Вы знаете, чем простые вещества отличаются от сложных? Напомню, что молекулы простых веществ состоят из атомов одного вида (сера S, золото Au, кислород O2), а сложные – из атомов разных видов (вода Н2О, фосфорная кислота Н3РО4, этиловый спирт С2Н5ОН). Тут резонно задать вопросом, а почему атомы не соединятся один с одним, ведь так всё будет гораздо проще, мы получим вещества с формулами вида НО, HS, CaOH и так далее. Но это решительно невозможно потому, что в дело вступает валентность.
Напомню, что валентность – это способность атома образовывать химическую связь. Вот представьте, что атом водорода хочет соединиться с атомом кислорода (это будет вода). И тут проблема:
водород всегда имеет валентность I, а кислород всегда имеет валентность II.
Это означает, что один атом водорода может образовать только одну связь и не больше. А атому кислорода подавай две и не меньше! Как же быть? А давайте-ка одному предложим соединиться с двумя атомами водорода. Это будет выглядеть так: Н-О-Н. Здесь тире означает ту самую химическую связь. И, как видно из этой простой схемы, все счастливы: каждый атом водорода получил одну связь, а единственный атом кислорода радостно образовал две. Таким образом, формула воды Н2О.
Перед тем, как мы начнём тренироваться, нужно запомнить две принципиально важные вещи. Мы их рассмотрим на примере оксида алюминия:
1. Валентность пишется над знаком элемента и всегда римскими цифрами. Валентность никогда не может быть дробной, это всегда целое число. Просто потому, что атома связаны одной, двумя, тремя связями. Атомы не могут быть связаны полутора, двумя с половиной или тремя четвертями связей.
2. Рядом со знаком элемента внизу справа находится индекс. Это важно запомнить! Индекс (он пишется привычной арабской цифрой) показывает, сколько атомов данного вида входит в молекулу. В нашем примере мы видим, что в молекуле оксида алюминия имеется два атома алюминия (справа внизу от знака алюминия цифра 2) и три атома кислорода (справа внизу от знака кислорода цифра 3). Индекс всегда целое число! Потому что в молекулу не может входит половина атома или полтора атома. Представьте для наглядности, что молекула – это семья, где есть родственники. В семье же не может быть две с половиной бабушки или полтора брата. По крайней мере, я таких не видела.
А теперь тренировка
Учитель химии просит
составить формулу вещества, при этом валентность атомов известна.
Напомню, что некоторые атомы, склонные к постоянству, всегда имеют одинаковую валентность. Она определяется группой, в которой атом стоит в таблице Менделеева. Так, металлы основной подгруппы первой группы всегда имеют валентность I, второй – II, третьей – III. Элементы основной подгруппы седьмой группы имеют валентность I (пока просто запомните это). Итак, нам нужно составить формулу оксида натрия. Сразу понимаем, что молекула состоит из атомов натрия и кислорода. Записываем это: NaO. Теперь вспоминаем про валентность (без неё никак): натрий – элемент основной подгруппы первой группы, имеющий валентность I, кислород тоже постоянен в привычках и имеет валентность II. Записываем и это:
Обратите внимание, что пока индексы обозначены X и Y, ведь мы же их не знаем. Репетитор по химии расскажет, что нужно найти наименьшее кратное и будет говорить всякие другие страшные слова, но мы будем действовать проще. Поставьте валентность по диагонали, превратив их в арабские цифры:
Смотрите, что произошло. Валентность кислорода II. Мы превращаем её в арабскую 2 и переносим по диагонали к натрию. Валентность натрия I. Мы превращаем её в арабскую 1 и переносим к кислороду. Вы скажете, что справа внизу от кислорода нет никаких единиц, в чём дело? А дело в том, что если в молекуле уже есть атом, то понятно, что он есть и он один. Мы же в формуле указали, что кислород присутствует, значит, он и есть в единственном числе. Таким образом формула оксида натрия Na2О.
Другой случай. Нам нужна формула оксида цинка. Кислород с валентностью II встречается с цинком, который тоже всегда имеет валентность II. Это идеальная пара, смотрите:
Цинк образует две связи и кислород образует две связи, значит, им больше ничего не нужно, эти два атома свяжутся друг с другом с помощью двух связей. Не надо ничего переносить по диагонали, достаточно понять, что если валентности равны, то атомы соединяются один к одному, то есть формула оксида цинка ZnO.
Теперь разберём пример посложнее. В учебнике химии задание: составить формулу оксида железа (III). Обратите внимание, что тут указана валентность железа. Так пишут в случае, когда элемент может обладать разной валентность. Например, желез может быть двухвалентным или трёхвалентным. Чтобы было понятно, о каком именно идёт речь, валентность указывают в скобках. Итак, действуем привычным способом:
Что мы видим? Валентности, увы, разные, следовательно атомы не соединяются один к одному. Тогда без колебаний действуем как в первом примере: используем перенос по диагонали. Валентность железа III превращаем в арабскую 3 и приписываем справа внизу к кислороду. Валентность кислорода II превращаем в арабскую 2 и приписываем внизу справа к железу. Вуаля!
Вот так симпатично и выглядит оксид железа (III) Fe2О3!
Продолжаем. Хотите узнать формулу оксида серы (VI)? Это просто. Давайте сразу запишем:
Тут придётся слегка напрячься. По идее мы можем сделать перенос по диагонали и получить формулу S2О6. Но это неверно, будьте внимательны! Дело в том, что в такой куче получается слишком много атомов, а ведь их можно просто уменьшить в два раза, получив более простую (и правильную!) формулу SО3.
Ну и в заключение ещё один пример, который может встретиться в контрольной по химии. Как выглядит оксид азота (V)? Азот, кстати, тоже любит хулиганить и выступать с разной валентностью. Конкретно в этом случае у него валентность V. Думаю, теперь уже без заумных пояснений понятно, что формула будет такой:
Ура!
Но спешу вас немного огорчить: пока мы натренировались составлять формулы, если известна валентность. В следующий раз мы будет решать обратную задачу: зная формулу, будем определять валентность. Это уже гораздо проще, так что готовьте чай и печеньки.
Пожалуйста, пишите в комментариях, что осталось непонятным, и я обязательно дам дополнительные пояснения. Жалуйтесь на сложности в изучении школьного курса и говорите, что вас испугало в учебнике химии. И тогда следующая статья будет рассказывать именно об этой проблеме.
Урок №13. Составление химических формул по валентности
Cоставление
бинарных формул
по валентностям химических элементов
|
Бинарная |
||
|
ОКСИДЫ |
СУЛЬФИДЫ |
ХЛОРИДЫ |
|
Оксид – это сложное вещество, в состав которого входят два вида K2О |
Сульфид – это сложное вещество, в состав которого входят два вида Na2S |
Хлорид – это сложное вещество, в состав которого входят два вида FeCl3 |
|
Общая формула где Э – элемент; Х – валентность элемента |
Общая формула где Э – элемент; Х – валентность элемента |
Общая формула где Э – элемент; Х – валентность элемента |
Пример -анимация
Задание – Алгоритм
Составьте бинарные формулы соединений по их названиям: Оксид калия, сульфид алюминия, хлорид меди (II)
Решение:
|
Действие |
Примеры |
||
|
1.Записать символы |
Оксид натрия NaO |
Сульфид алюминия AlS |
Хлорид железа (II) FeCl |
|
2. Проставить значения валентностей над элементами |
I II Na O |
III II Al S |
II I Fe Cl |
|
3. Найти наименьшее кратное для валентностей элементов |
1·2=2 |
3·2=6 |
2·1=2 |
|
4. Путём деления кратного на значения валентностей, находим индексы элементов |
2 : 2 : Na2O |
6 : 6 : Al2S3 |
2 : 2 : Fe Cl2 |
Запомните!
Особенности составления химических формул соединений.
1) Низшую
валентность проявляет тот элемент, который находится в таблице Д.И.Менделеева
правее и выше, а высшую валентность – элемент, расположенный левее и ниже.
Например, в
соединении с кислородом сера проявляет высшую валентность VI, а кислород –
низшую II. Таким образом, формула оксида серы будет SO3.
В соединении
кремния с углеродом первый проявляет высшую валентность IV, а второй – низшую
IV. Значит, формула – SiC. Это
карбид кремния, основа огнеупорных и абразивных материалов.
2) Атом
металла стоит в формуле на первое место.
2) В
формулах соединений атом неметалла, проявляющий низшую валентность, всегда
стоит на втором месте, а название такого соединения оканчивается на «ид».
Например, СаО – оксид кальция, NaCl
– хлорид натрия, PbS – сульфид свинца.
Теперь вы
сами можете написать формулы любых соединений металлов с неметаллами.
3) Атом металла ставится в формуле на первое место.
Задания для закрепления
Тренажер 1
Тренажер 2
№1.
Даны химические элементы и указана их валентность. Составьте соответствующие химические формулы:
I II V IV III IV III II I III
Li O Ca O P O PbO N H MnO Fe O H S N O Cr Cl
№2.
Составьте формулы молекул для следующих соединений:
1) меди и кислорода,
2) меди и хлора,
3) натрия и брома,
4) калия и серы.
№3.
Составьте бинарные формулы :
А) азот и кислород;
Б) железо и хлор;
В) литий и сера.
№4.
Составьте формулы веществ по их названиям:
оксид серы (IV) , хлорид железа (II), сульфид углерода, оксид азота (III), оксид азота (IV), х
лорид серы (IV), сульфид углерода
№5.
Вычислите относительные молекулярные массы веществ
Al2S3, Fe Cl2 по их химическим формулам.
Содержание:
- § 1 Валентность химических элементов
- § 2 Определение валентности по формулам соединений
- § 3 Составление химических формул по валентности
- § 4 Определение названия вещества по химической формуле
§ 1 Валентность химических элементов
В свое время, состав всех веществ был установлен на основании данных эксперимента. Однако можно составлять химические формулы, не прибегая к предварительному выполнению сложных опытов, требующих длительной, кропотливой работы.
Если сравнить между собой формулы таких веществ, как вода H2O, оксид кальция СаО, оксид алюминия Al2O3, оксид углерода СО2, оксид фосфора Р2О5, оксид серы SО3 и оксид хлора Cl2О7, то можно заметить, что кислород во всех этих соединениях присоединяет к себе неодинаковое число атомов других химических элементов.
Для определения состава бинарных или двухэлементных, то есть состоящих из атомов двух химических элементов соединений, и составления их формул, достаточно знать валентность химических элементов.
Валентность (от латинского слова Valentia – «сила») – свойство атома химического элемента присоединять или замещать определённое число атомов другого химического элемента
Поскольку атомы в молекуле соединены между собой химическими связями, валентность определяется числом простых (одинарных) химических связей, которые данный атом образует с другими атомами.
§ 2 Определение валентности по формулам соединений
Как это можно представить себе, если не прибегать к теории строения атома? Каждый атом имеет определенное число потенциальных химических связей – валентных возможностей.
Например, водород – одну, кислород и кальций – по две, алюминий – три, углерод – четыре, фосфор – пять, сера – шесть, хлор – семь. Соединяться друг с другом эти атомы могут, только используя эти самые валентные возможности.
Поэтому атомы химических элементов и образуют соединения, подчиняясь закону постоянства состава.
Закон постоянства состава утверждает, что вещества, независимо от нахождения в природе или способа получения их в лаборатории, всегда имеют один и тот же состав.
Способность элементов проявлять то или иное значение валентности определяется строением их атомов. Поскольку строение атомов обычно изучается позднее, научимся определять валентность, исходя из положения элементов в периодической системе.
Для этого следует учитывать, что каждая группа (вертикальный столбец) элементов состоит из двух подгрупп: главной А и побочной В.
Элементы-металлы, располагающиеся в главных подгруппах I и II групп, проявляют постоянную валентность, равную номеру группы. Это же относится и к алюминию (III группа). А вот металлические элементы IV группы (главная подгруппа) олово и свинец служат исключением и проявляют переменную валентность, численно равную 2 и 4. Длямногих металлов побочных подгрупп также характерно наличие переменной валентности, однако высшее значение валентности обычно равно номеру группы!
Большая часть неметаллов, располагающихся в главных подгруппах групп с четвёртой по седьмую, проявляет переменную валентность. В ряду возможных значений валентностей неметаллов следует выделять высшую и низшую. Высшая валентность равна номеру группы, низшая – разности, полученной вычитанием числа, равного номеру группы, из числа 8. Например: высшая валентность элемента фосфора, стоящего в V группе, равна 5,
низшая: 8-5=3. Следовательно, валентность фосфора переменная – 3 и 5. Следует помнить, что высшая валентность неметаллов проявляется только в соединениях с кислородом, а низшая – в соединениях с металлами и водородом. Валентность водорода всегда во всех соединениях равна 1, валентность кислорода всегда 2.
§ 3 Составление химических формул по валентности
Для составления формул сложных веществ, состоящих из атомов двух неметаллов, следует учитывать, что высшую валентность проявит тот элемент, который стоит в периодической системе левее или ниже, а низшую – соответственно тот, который стоит правее или выше.
Составляем формулы и названия веществ по валентности, используя следующий алгоритм:
1. записываем знаки элементов (по наличию) в порядке: металл, водород, неметалл, кислород;
2. расставляем значения валентностей элементов по периодической системе химических элементов;
3. находим наименьшее общее кратное значений валентностей (наименьшее число, которое делится на оба значения валентностей), делим его на валентность каждого элемента, получаем и записываем индекс;
4. называем вещество. К латинскому корню второго элемента прибавляем суффикс ид, указываем русское название первого элемента и его валентность, если она не постоянная.
Составим формулу и название для вещества, состоящего из атомов фосфора и кислорода:
1. записываем знаки Р и О;
2. валентность фосфора высшая, равна 5, валентность кислорода, как и во всех соединениях равна 2;
3. наименьшее общее кратное 10
10/5=2, пишем индекс у знака Р
10/2=5, пишем индекс у знака О
получилось Р2О5;
4. назовем вещество: корень латинского названия кислорода «оксигениум» окс, к нему прибавляем суффикс ид, получаем оксид. Русское название первого элемента – фосфор, валентность его переменная, равная 5. Получилось название «оксид фосфора 5».
§ 4 Определение названия вещества по химической формуле
Таким образом, при составлении названия вещества, имеющего определенную химическую формулу, необходимо указывать валентность, а чтобы ее указать, необходимо определить. По периодической системе это получается не всегда. Определить валентность и составить название веществаможно, используя алгоритм:
1. указать валентность известного элемента;
2. умножить указанную валентность на соответствующий индекс;
3. полученный результат делим на индекс элемента с неизвестной валентностью;
4. называем вещество. К латинскому корню второго элемента прибавляем суффикс ид, указываем русское название первого элемента и его валентность.
Определим валентность и составим название вещества, имеющего формулу CrO3:
1. валентность кислорода постоянна и равна 2;
2. 2×3=6;
3. 6/1=6. Валентность хрома равна 6;
4. название вещества – оксид хрома 6.
Теперь научимся составлять формулу по названию вещества
1. записываем знаки химических элементов в нужном порядке;
2. указываем валентности, обращая внимание на название. Если валентность первого элемента переменная, она будет указана. Валентность второго элемента – низшая;
3. находим наименьшее общее кратное значений валентностей (наименьшее число, которое делится на оба значения валентностей), делим его на валентность каждого элемента, получаем и записываем индекс.
Определим формулу оксида серы:
1. записываем знаки S и О.
2. валентность серы равна 4, валентность кислорода, как и во всех соединениях – два.
3. наименьшее общее кратное 4
4/2=2, пишем индекс у знака О
4/4=1, пишем индекс у знака S;
4. получилось SО2.
Список использованной литературы:
- Н.Е. Кузнецова. Химия. 8 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений. – М. Вентана-Граф, 2012.
Использованные изображения:
Определение валентности химического элемента по формуле его соединения
Суммы единиц валентности каждого элемента в формуле бинарного соединения равны.
Пример:
определим валентность хлора в его соединении с кислородом —
Cl2O7
.
1. Записываем известную валентность кислорода над формулой. Неизвестную валентность обозначаем буквой (x):
2. Находим сумму единиц валентности каждого элемента. Для этого его валентность умножаем на число атомов:
3. Вычисляем (x):
2x=14,x=14:2=7.
Валентность хлора равна
VII
:
Составление формулы бинарного соединения по валентностям химических элементов
Если известны валентности двух элементов, то можно составить формулу их соединения.
Пример:
составим формулу соединения алюминия с углеродом, валентность которого равна
IV
.
1. Записываем символы химических элементов рядом. Указываем над ними валентности. Валентность алюминия постоянная и равна
III
.
2. Находим наименьшее общее кратное валентностей, записываем его над формулой.
Наименьшее общее кратное равно
3⋅4=12
.
3. Делим НОК на валентность каждого элемента:
12:3=4,12:4=3.
Получаем индексы в формуле соединения:
