Як визначити валентність

Слово «валентність» з латинської мови («valens») перекладається як «має силу». Вперше воно згадується на початку 15 століття, але то його значення («препарат» або «екстракт») не мало нічого спільного з сучасним тлумаченням. Основоположником нинішнього уявлення про валентність є відомий англійський хімік Е. Франкленд. Він в 1852 році опублікував роботу, в якій були переосмислені всі теорії і припущення, що існували на той момент. Саме Едуардом Франкленд було введено поняття про «сполучної силі», яке стало основою вчення про валентності, але відповідь на питання «Як знайти валентність?» В той час ще не був сформульований.

Подальшу роль у розвитку теорії зіграли роботи Фрідріха Августа Кекуле (1857 рік), Арчібальда Скотта Купера (1858 рік), А. М. Бутлерова (1861), А. фон Гофмана (1865 рік). А в 1866 році Ф. А. Кекуле в своєму підручнику привів стереохимические моделі молекул хімічних речовин з атомом вуглецю тетраедричних конфігурації у вигляді малюнків, за якими стало очевидно, як визначити валентність, наприклад, вуглецю.

Основами сучасної теорії хімічного зв`язку є квантово-механічні уявлення, що доводять, що в результаті взаємодії двох атомів утворюється загальна пара електронів. Атоми з неспареними електронами, що мають паралельні спини, відштовхуються, а з антипаралельними здатні утворювати спільну електронну пару. Хімічний зв`язок, утворилася між двома атомами при їх зближенні, являє собою частково перекриті електронні хмари. В результаті між двома ядрами утворюється щільність електричного заряду, до якого притягуються позитивно заряджені ядра, і утворюється молекула. Таке уявлення про механізм взаємодії різних атомів лягло в основу теорії хімічного зв`язку або методу валентної зв`язку. Так все-таки, як визначити валентність? Потрібно визначити число зв`язків, які здатний утворювати атом. Інакше можна сказати, що потрібно знайти кількість валентних електронів.

Якщо скористатися таблицею Менделєєва, то легко зрозуміти, як визначити валентність елемента по числу електронів, що знаходяться в зовнішній оболонці атома. Вони і називаються валентними. Всі елементи в кожній групі (розташовані в стовпцях) мають у зовнішніх оболонках однакове число електронів. У елементів першої групи (H, Li, Na, K та інші) є по одному валентному електрону. У другій (Be, Mg, Ca, Sr і так далі) - по два. У третьому (B, Al, Ga та інші) - по три. У четвертій (C, Si, Ge та інші) - по чотири валентних електрони. У елементів п`ятої групи (N, P, As та інші) по п`ять валентних електронів. Можна продовжити далі, оскільки абсолютно очевидно, що кількість електронів, що знаходяться в зовнішній оболонці електронної хмари, буде дорівнює номеру групи таблиці Менделєєва. Однак це дотримується для перших трьох груп всіх семи періодів і їх парних і непарних рядів (періоди і ряди розташовані в рядках таблиці). Починаючи з четвертого періоду та четвертої групи (наприклад, Ti, Zr, Hf, Ku) елементи побічних підгруп, що знаходяться в парних рядах, мають у зовнішній оболонці число електронів, відмінне від номера групи.

Поняття «валентність» за весь цей час зазнало істотних змін. В даний час немає його наукового або стандартизованого тлумачення. Тому вміння відповісти на питання «Як визначити валентність?» Використовується зазвичай в методичних цілях. Валентністю прийнято вважати здатність атомів, вступаючи в реакції, утворювати молекули з хімічними зв`язками, які називаються ковалентними. Тому валентність може бути виражена тільки цілим числом.

Наприклад, як визначити валентність атома сірки в таких з`єднаннях, як сірководень або сірчана кислота. Для молекули, де атом сірки пов`язаний з двома водневими атомами, валентність сірки за воднем буде дорівнювати двом. У молекулі сірчаної кислоти її валентність по кисню дорівнює шести. І в тому, і в іншому випадку валентність чисельно збігається з абсолютною величиною ступеня окислення атома сірки в цих молекулах. У молекулі H2S її ступінь окислення буде -2 (так як електронна щільність при утворенні зв`язку зрушена до атома сірки, що є більшою мірою електронегативним). У молекулі H2SO4 ступінь окислення атома сірки дорівнює +6 (так як електронна щільність зрушена до більш електронегативного атома кисню).