Ang antas ng kaalaman tungkol sa istruktura ng mga atomo at molekula noong ika-19 na siglo ay hindi pinahintulutan na ipaliwanag ang dahilan kung bakit ang mga atomo ay bumubuo ng isang tiyak na bilang ng mga bono sa iba pang mga particle. Ngunit ang mga ideya ng mga siyentipiko ay nauuna sa kanilang panahon, at ang katatagan ay pinag-aaralan pa rin bilang isa sa mga pangunahing prinsipyo ng kimika.
Mula sa kasaysayan ng konsepto ng "valency of chemical elements"
Ang natatanging English chemist ng ika-19 na siglo na si Edward Frankland ay nagpakilala ng terminong "bond" sa siyentipikong paggamit upang ilarawan ang proseso ng interaksyon ng mga atomo sa isa't isa. Napansin ng siyentipiko na ang ilang mga elemento ng kemikal ay bumubuo ng mga compound na may parehong bilang ng iba pang mga atomo. Halimbawa, ang nitrogen ay nakakabit ng tatlong hydrogen atoms sa ammonia molecule.
Noong Mayo 1852, ipinalagay ni Frankland na mayroong tiyak na bilang ng mga bono ng kemikal na maaaring mabuo ng isang atom kasama ng iba pang maliliit na particle ng bagay. Ginamit ni Frankland ang pariralang "puwersa sa pagkonekta" upang ilarawan kung ano ang tatawaging valency. Tinukoy ng British chemist kung magkanoAng mga kemikal na bono ay bumubuo ng mga atomo ng mga indibidwal na elemento na kilala sa kalagitnaan ng ika-19 na siglo. Ang gawa ni Frankland ay isang mahalagang kontribusyon sa modernong structural chemistry.
Pagpapaunlad ng mga saloobin
German chemist F. A. Pinatunayan ni Kekule noong 1857 na ang carbon ay isang tetrabasic. Sa pinakasimpleng tambalan nito - methane - mayroong mga bono na may 4 na hydrogen atoms. Ginamit ng siyentipiko ang terminong "basicity" upang tukuyin ang pag-aari ng mga elemento upang ilakip ang isang mahigpit na tinukoy na bilang ng iba pang mga particle. Sa Russia, ang data sa istraktura ng bagay ay na-systematize ni A. M. Butlerov (1861). Ang teorya ng pagbubuklod ng kemikal ay nakatanggap ng karagdagang pag-unlad salamat sa doktrina ng pana-panahong pagbabago sa mga katangian ng mga elemento. Ang may-akda nito ay isa pang natitirang Russian chemist, D. I. Mendeleev. Pinatunayan niya na ang valency ng mga elemento ng kemikal sa mga compound at iba pang mga katangian ay dahil sa posisyon ng mga ito sa periodic system.
Graphic na representasyon ng valence at chemical bond
Ang posibilidad ng isang visual na representasyon ng mga molekula ay isa sa mga hindi mapag-aalinlanganang bentahe ng teorya ng valency. Ang mga unang modelo ay lumitaw noong 1860s, at mula noong 1864 ay ginamit ang mga istrukturang formula, na mga bilog na may chemical sign sa loob. Sa pagitan ng mga simbolo ng mga atom, ang isang gitling ay nagpapahiwatig ng isang kemikal na bono, at ang bilang ng mga linyang ito ay katumbas ng halaga ng valency. Sa parehong mga taon, ginawa ang mga unang modelo ng ball-and-stick (tingnan ang larawan sa kaliwa). Noong 1866, iminungkahi ni Kekule ang isang stereochemical drawing ng atom.carbon sa anyo ng isang tetrahedron, na isinama niya sa kanyang aklat-aralin na Organic Chemistry.
Ang lakas ng mga elemento ng kemikal at ang paglitaw ng mga bono ay pinag-aralan ni G. Lewis, na naglathala ng kanyang mga gawa noong 1923 pagkatapos matuklasan ang elektron. Ito ang pangalan ng pinakamaliit na mga particle na may negatibong charge na bahagi ng mga shell ng mga atomo. Sa kanyang aklat, ginamit ni Lewis ang mga tuldok sa paligid ng apat na panig ng simbolo ng elementong kemikal upang kumatawan sa mga valence electron.
Valency para sa hydrogen at oxygen
Bago ang paglikha ng periodic system, ang valence ng mga elemento ng kemikal sa mga compound ay karaniwang inihahambing sa mga atoms kung saan ito kilala. Ang hydrogen at oxygen ay pinili bilang mga pamantayan. Naakit o pinalitan ng isa pang elemento ng kemikal ang isang tiyak na bilang ng mga atomo ng H at O.
Sa ganitong paraan, natukoy ang mga katangian sa mga compound na may monovalent hydrogen (ang valency ng pangalawang elemento ay ipinahiwatig ng Roman numeral):
- HCl - chlorine (I):
- H2O - oxygen (II);
- NH3 - nitrogen (III);
- CH4 - carbon (IV).
In oxides K2O, CO, N2O3, SiO Tinukoy ng 2, SO3 ang oxygen valency ng mga metal at non-metal sa pamamagitan ng pagdodoble sa bilang ng mga idinagdag na O atoms. Nakuha ang mga sumusunod na value: K (I), C (II), N (III), Si (IV), S (VI).
Paano matukoy ang valency ng mga elemento ng kemikal
May mga regularidad sa pagbuo ng isang chemical bond na kinasasangkutan ng karaniwang electronicmag-asawa:
- Ang karaniwang hydrogen valency ay I.
- Karaniwang oxygen valency - II.
- Para sa mga elementong hindi metal, ang pinakamababang valence ay maaaring matukoy ng formula 8 - ang bilang ng pangkat kung saan sila matatagpuan sa periodic system. Ang pinakamataas, kung maaari, ay tinutukoy ng numero ng pangkat.
- Para sa mga elemento ng pangalawang subgroup, ang maximum na posibleng valency ay kapareho ng kanilang numero ng pangkat sa periodic table.
Ang pagtukoy ng valency ng mga elemento ng kemikal ayon sa formula ng compound ay isinasagawa gamit ang sumusunod na algorithm:
- Isulat ang alam na halaga para sa isa sa mga elemento sa itaas ng chemical sign. Halimbawa, sa Mn2O7 ang oxygen valency ay II.
- Kalkulahin ang kabuuang halaga, kung saan kailangan mong i-multiply ang valency sa bilang ng mga atom ng parehong elemento ng kemikal sa molekula: 27=14.
- Tukuyin ang valence ng pangalawang elemento kung saan ito ay hindi alam. Hatiin ang halagang nakuha sa hakbang 2 sa bilang ng mga Mn atom sa molekula.
- 14: 2=7. Ang valency ng manganese sa mas mataas nitong oxide ay VII.
Constant at variable valency
Magkaiba ang mga value ng Valence para sa hydrogen at oxygen. Halimbawa, ang sulfur sa tambalang H2S ay bivalent, at sa formula na SO3 ito ay hexavalent. Ang carbon ay bumubuo ng monoxide CO at dioxide CO2 na may oxygen. Sa unang tambalan, ang valency ng C ay II, at sa pangalawa, IV. Parehong halaga sa methane CH4.
KaramihanAng mga elemento ay nagpapakita ng hindi isang pare-pareho, ngunit isang variable na valence, halimbawa, posporus, nitrogen, asupre. Ang paghahanap para sa mga pangunahing sanhi ng hindi pangkaraniwang bagay na ito ay humantong sa paglitaw ng mga teorya ng chemical bond, mga ideya tungkol sa valence shell ng mga electron, at molecular orbitals. Ang pagkakaroon ng magkakaibang mga halaga ng parehong ari-arian ay ipinaliwanag mula sa pananaw ng istraktura ng mga atomo at molekula.
Mga modernong ideya tungkol sa valency
Lahat ng mga atom ay binubuo ng isang positibong nucleus na napapalibutan ng mga electron na may negatibong charge. Ang panlabas na shell na kanilang nabuo ay hindi natapos. Ang nakumpletong istraktura ay ang pinaka-matatag, na naglalaman ng 8 mga electron (isang octet). Ang paglitaw ng isang kemikal na bono dahil sa karaniwang mga pares ng elektron ay humahantong sa isang masiglang paborableng estado ng mga atom.
Ang panuntunan para sa pagbuo ng mga compound ay ang pagkumpleto ng shell sa pamamagitan ng pagtanggap ng mga electron o pagbibigay ng mga hindi pares - depende sa kung aling proseso ang mas madali. Kung ang isang atom ay nagbibigay para sa pagbuo ng isang kemikal na bono ng mga negatibong partikulo na walang isang pares, kung gayon ito ay bumubuo ng maraming mga bono gaya ng mayroon itong mga hindi magkapares na mga electron. Ayon sa mga modernong konsepto, ang valence ng mga atomo ng mga elemento ng kemikal ay ang kakayahang bumuo ng isang tiyak na bilang ng mga covalent bond. Halimbawa, sa isang molekula ng hydrogen sulfide H2S, ang sulfur ay nakakakuha ng valency II (–), dahil ang bawat atom ay nakikibahagi sa pagbuo ng dalawang pares ng elektron. Ang tandang “–” ay nagpapahiwatig ng pagkahumaling ng isang pares ng elektron sa isang mas electronegative na elemento. Para sa mas kaunting electronegative, idinaragdag ang “+” sa valency value.
Gamit ang mekanismo ng donor-acceptor, ang mga pares ng electron ng isang elemento at mga libreng valence orbital ng isa pang elemento ay nakikibahagi sa proseso.
Dependence ng valency sa istruktura ng atom
Tingnan natin ang halimbawa ng carbon at oxygen, kung paano nakadepende ang valence ng mga elemento ng kemikal sa istruktura ng substance. Ang periodic table ay nagbibigay ng ideya ng mga pangunahing katangian ng carbon atom:
- chemical sign - C;
- element number - 6;
- core charge - +6;
- proton sa nucleus - 6;
- electrons - 6, kabilang ang 4 na panlabas, kung saan 2 ay bumubuo ng isang pares, 2 ay hindi nakapares.
Kung ang isang carbon atom sa CO monoxide ay bumubuo ng dalawang bono, 6 na negatibong particle lamang ang magagamit nito. Upang makakuha ng isang octet, kinakailangan na ang mga pares ay bumuo ng 4 na panlabas na negatibong mga particle. Ang carbon ay may valency IV (+) sa dioxide at IV (–) sa methane.
Ordinal na bilang ng oxygen ay 8, ang valence shell ay binubuo ng anim na electron, 2 sa mga ito ay hindi bumubuo ng mga pares at nakikibahagi sa chemical bonding at pakikipag-ugnayan sa ibang mga atomo. Ang karaniwang oxygen valency ay II (–).
Valency at oxidation state
Sa maraming pagkakataon, mas maginhawang gamitin ang konsepto ng "estado ng oksihenasyon". Ito ang pangalan na ibinigay sa singil ng isang atom na makukuha nito kung ang lahat ng mga bonding electron ay inilipat sa isang elemento na may mas mataas na halaga ng electronegativity (EO). Ang oxidation number sa isang simpleng substance aysero. Ang “–” sign ay idinaragdag sa oxidation state ng mas maraming EO na elemento, ang “+” sign ay idinaragdag sa mas kaunting electronegative. Halimbawa, para sa mga metal ng mga pangunahing subgroup, ang mga estado ng oksihenasyon at mga singil ng ion ay tipikal, katumbas ng numero ng pangkat na may tandang "+". Sa karamihan ng mga kaso, ang valency at oxidation state ng mga atoms sa parehong compound ay pare-pareho sa numero. Kapag nakikipag-ugnayan lamang sa mas maraming electronegative atoms, positibo ang estado ng oksihenasyon, na may mga elemento kung saan mas mababa ang EO, ito ay negatibo. Ang konsepto ng "valency" ay kadalasang ginagamit lamang sa mga substance ng isang molekular na istraktura.
