Свойства элементов из группы металлов: как определить валентность по таблице Менделеева

Атомы химических элементов могут образовывать различное число связей. Эта способность имеет специальное название – валентность. Давайте разберемся, как определить валентность по таблице Менделеева, узнаем, в чем заключается ее отличие от степени окисления, увидим закономерности, характерные для водорода, углерода, фосфора, цинка, научимся находить валентность химических элементов….

Основные сведения

Валентность – это возможность атомов различных химических элементов образовывать связи между собой. Другими словами можно сказать, что это способность атома присоединить к себе определенное количество других атомов.

Важно! Это не всегда постоянное число для одного и того же элемента. В разных соединениях элемент может обладать различными значениями.

Определение по таблице Д.И. Менделеева

Для определения этой способности атома по таблице Менделеева необходимо знать, что такое группы и подгруппы периодической таблицы.

Это вертикальные столбцы, которые делят все элементы по определенному признаку. В зависимости от признака, выделяют подразделения элементов.

Этими столбцами элементы делятся на тяжелые и легкие элементы, а также подгруппы галогены, инертные газы и тому подобное.

Итак, для определения способности элемента образовывать связи нужно руководствоваться двумя правилами:

• Высшая валентность элемента равна номеру его группы.
• Низшая валентность находится как разница между числом 8 и номером группы, в которой расположен данный элемент.

Например, фосфор проявляет высшую валентность V – P2O5 и низшую (8-5)=3– PF3.

Стоит также отметить несколько основных характеристик и особенностей при определении этого показателя:

• Валентность водорода всегда I – H2O, HNO3, H3PO4.
• Валентность кислорода всегда равна II – CO2, SO3.
• У металлов, которые расположены в главной подгруппе, этот показатель всегда равен номеру группы – Al2O3, NaOH, KH.
• Для неметаллов чаще всего проявляются только две валентности – высшая и низшая.

Также существуют элементы, у которых может быть 3 или 4 разных значений этого показателя. К ним относятся хлор, бор, йод, хром, сера и другие. Например, хлор обладает валентностью I, III, V, VII – HCl, ClF3,ClF5,HClO4 соответственно.

Определение по формуле

Для определения по формуле можно воспользоваться несколькими правилами:

1. Если известна валентность (V) одного из элементов в двойном соединении: допустим, есть соединение углерода и кислорода СО2, при этом мы знаем, что валентность кислорода всегда равна II, тогда можем воспользоваться таким правилом: произведение числа атомов на его V одного элемента должно равняться произведению числа атомов другого элемента на его V. Таким образом, валентность углерода можно найти так – 22 (в молекуле 2 атома кислорода с V= 2), то есть валентность углерода равняется 4. Рассмотрим еще несколько примеров: P2O5 – тут валентность фосфора = (5*2)/2 = 5. HCl – валентность хлора будет равна I, так как в этой молекуле 1 атом водорода, и V= 1.
2. Если известна валентность нескольких элементов, которые составляют группу: в молекуле гидроксида натрия NaOH валентность кислорода равняется II, а валентность водорода – I, таким образом группа -OH обладает одной свободной валентностью, так как кислород присоединил только один атом водорода и еще одна связь свободна. К ней и присоединится натрий. Можно сделать вывод, что натрий – одновалентный элемент.

Разница между степенью окисления и валентностью

Очень важно понимать принципиальную разницу между этими понятиями. Степень окисления – это условный электрический заряд, которым обладает ядро атома, в то время как валентность – это количество связей, которые может установить ядро элемента.

Рассмотрим подробнее, что такое степень окисления. Согласно современной теории о строении атома, ядро элемента состоит из положительно заряженных протонов и нейтронов без заряда, а вокруг него находятся электроны с отрицательным зарядом, которые уравновешивают заряд ядра и делают элемент электрически нейтральным.

В случае, если атом устанавливает связь с другим элементом, он отдает или принимает электроны, то есть выходит из состоянии баланса и начинает обладать электрическим зарядом. При этом если атом отдает электрон, он становится положительно заряженным, а если принимает – отрицательным.

Внимание! В соединении хлора и водорода HCl водород отдает один электрон и приобретает заряд +1, а хлор принимает электрон и становится отрицательным -1. В сложных соединениях, HNO3 и H2SO4, степени окисления будут такими – H+1N+5O3 -2 и H2 +1S +6O4 -2.

Сравнивая два этих определения, можно сделать вывод, что валентность и степень окисления часто совпадают: валентность водорода +1 и валентность I, степень окисления кислорода -2 и V II, но очень важно помнить, что это правило выполняется не всегда!

В органическом соединении углерода под названием формальдегид и формулой HCOH у углерода степень окисления 0, но он обладает V, равной 4. В перекиси водорода H2O2 у кислорода степень окисления +1, но V остается равной 2. Поэтому не следует отождествлять два этих понятия, так как в ряде случаев это может привести к ошибке.

Валентности распространенных элементов

Водород

Один из самых распространенных элементов во вселенной, встречается во многих соединениях и всегда обладает V=1. Это связано со строением его внешней электронной орбитали, на которой у водорода находится 1 электрон.

На первом уровне может находиться не более двух электронов одновременно, таким образом, водород может либо отдать свой электрон и образовать связь (электронная оболочка останется пустой), либо принять 1 электрон, также образовав новую связь (электронная оболочка полностью заполнится).

Пример: H2O – 2 атома водорода с V=1 связаны с двухвалентным кислородом, HCl – одновалентные хлор и водород, HCN – синильная кислота, где водород также проявляет V, равную 1.

Углерод

Углерод может обладать либо валентностью II, либо IV. Связано это со строением внешнего электронного уровня, на котором находится 2 электрона, в случае если он их отдаст, его V будет II. То есть 2 электрона установили 2 новые связи, например, соединение CO – угарный газ, где и кислород, и водород двухвалентные. Однако бывают ситуации, когда один электрон с первого уровня переходит на второй, тогда у углерода образуется 4 свободных электрона, которые могут образовывать связи: СО2, НСООН, Н2СО3.

Фосфор

Данный элемент может обладать валентностью III и V. Как и в предыдущих случаях, связанно это со строением внешнего электронного уровня, на котором у него 3 электрона, то есть возможность образовать 3 связи, но, как и углерод, у него возможен переход 1 электрона с s-орбитали на d-орбиталь, тогда неспаренных электронов станет 5, а значит, и валентность тоже будет равна V. Например: РН3, Р2О5, Н3РО4.

Цинк

Как элемент главной подгруппы и металл, цинк может обладать только валентностью, которая равна номеру его группы, то есть 2. Во всех своих соединениях валентность цинка равна II и не зависит от типа элемента и вида связи с ним. Пример: ZnCl2, ZnO, ZnH2, ZnSO4.

Определение валентности химических элементов

Изучение валентности по периодической таблице Менделеева

Вывод

Теперь вы знаете, что такое валентность, чем она отличается от степени окисления, и легко определите валентность элементов по формулам или таблице Менделеева.

Это интересно! Основной закон Гесса и следствия из него