Menschen hören oft das Wort „Valenz“, ohne vollständig zu verstehen, was es ist. Was ist also Valenz? Wertigkeit ist einer der Begriffe, die in der chemischen Struktur verwendet werden. Die Valenz bestimmt im Wesentlichen die Fähigkeit eines Atoms, chemische Bindungen einzugehen. Quantitativ ist die Wertigkeit die Anzahl der Bindungen, an denen ein Atom beteiligt ist.

Was ist die Wertigkeit eines Elements?

Die Wertigkeit ist ein Indikator für die Fähigkeit eines Atoms, sich an andere Atome zu binden und mit ihnen innerhalb des Moleküls chemische Bindungen einzugehen. Die Anzahl der Bindungen eines Atoms ist gleich der Anzahl seiner ungepaarten Elektronen. Diese Bindungen werden kovalent genannt.

Ein ungepaartes Elektron ist ein freies Elektron auf der äußeren Hülle eines Atoms, das sich mit dem äußeren Elektron eines anderen Atoms paart. Jedes Paar solcher Elektronen wird als „Elektron“ bezeichnet, und jedes der Elektronen wird als Valenz bezeichnet. Die Definition des Wortes „Valenz“ ist also die Anzahl der Elektronenpaare, mit denen ein Atom mit einem anderen Atom verbunden ist.

Valenz kann in chemischen Strukturformeln schematisch dargestellt werden. Wenn dies nicht erforderlich ist, werden einfache Formeln verwendet, bei denen die Wertigkeit nicht angegeben wird.

Die maximale Wertigkeit chemischer Elemente einer Gruppe des Periodensystems von Mendelejew ist gleich der Seriennummer dieser Gruppe. Atome desselben Elements können in verschiedenen chemischen Verbindungen unterschiedliche Wertigkeiten haben. Die Polarität der gebildeten kovalenten Bindungen wird nicht berücksichtigt. Deshalb hat die Valenz kein Vorzeichen. Außerdem kann die Wertigkeit kein negativer Wert und gleich Null sein.

Manchmal wird der Begriff „Valenz“ mit dem Begriff „Oxidationszustand“ gleichgesetzt, aber das stimmt nicht, obwohl diese Indikatoren manchmal durchaus übereinstimmen. Die Oxidationszahl ist ein formaler Begriff, der sich auf die mögliche Ladung bezieht, die ein Atom erhalten würde, wenn seine Elektronenpaare auf elektrisch negativere Atome übertragen würden. Hier kann der Oxidationszustand ein Vorzeichen haben und wird in Ladungseinheiten ausgedrückt. Dieser Begriff ist in der anorganischen Chemie gebräuchlich, da es bei anorganischen Verbindungen schwierig ist, die Wertigkeit zu beurteilen. Umgekehrt wird in der organischen Chemie die Valenz verwendet, da die meisten organischen Verbindungen eine molekulare Struktur haben.

Jetzt wissen Sie, wie hoch die Wertigkeit chemischer Elemente ist!

Unter Valenz versteht man die Fähigkeit von Atomen, eine bestimmte Anzahl anderer Atome an sich zu binden.

Ein Atom eines anderen einwertigen Elements wird mit einem Atom eines einwertigen Elements kombiniert(HCl) . Ein Atom eines zweiwertigen Elements verbindet sich mit zwei Atomen eines einwertigen Elements.(H2O) oder ein zweiwertiges Atom(CaO) . Das bedeutet, dass die Wertigkeit eines Elements als Zahl dargestellt werden kann, die angibt, mit wie vielen Atomen eines einwertigen Elements sich ein Atom eines bestimmten Elements verbinden kann. Die Wertigkeit eines Elements ist die Anzahl der Bindungen, die ein Atom eingeht:

N / A – einwertig (eine Bindung)

H – einwertig (eine Bindung)

Ö – zweiwertig (zwei Bindungen für jedes Atom)

S – sechswertig (bildet sechs Bindungen mit benachbarten Atomen)

Regeln zur Bestimmung der Wertigkeit
Elemente in Verbindungen

1. Wertigkeit Wasserstoff verwechselt ICH(Einheit). Dann werden gemäß der Formel von Wasser H 2 O zwei Wasserstoffatome an ein Sauerstoffatom gebunden.

2. Sauerstoff weist in seinen Verbindungen immer Wertigkeit auf II. Daher hat der Kohlenstoff in der Verbindung CO 2 (Kohlendioxid) die Wertigkeit IV.

3. Höhere Wertigkeit gleich Gruppennummer .

4. Niedrigste Wertigkeit ist gleich der Differenz zwischen der Zahl 8 (der Anzahl der Gruppen in der Tabelle) und der Nummer der Gruppe, in der sich dieses Element befindet, d.h. 8 - N Gruppen .

5. Bei Metallen in der Untergruppe „A“ ist die Wertigkeit gleich der Gruppennummer.

6. Nichtmetalle weisen im Allgemeinen zwei Wertigkeiten auf: eine höhere und eine niedrigere.

Zum Beispiel: Schwefel hat die höchste Wertigkeit VI und die niedrigste (8 – 6) gleich II; Phosphor weist die Valenzen V und III auf.

7. Die Wertigkeit kann konstant oder variabel sein.

Um chemische Formeln von Verbindungen zusammenstellen zu können, muss die Wertigkeit der Elemente bekannt sein.

Algorithmus zum Zusammenstellen der Formel einer Phosphoroxidverbindung

Sequenzierung	Formulierung von Phosphoroxid
1. Schreiben Sie die Symbole der Elemente	R O
2. Bestimmen Sie die Wertigkeiten der Elemente	V II P O
3. Finden Sie das kleinste gemeinsame Vielfache der numerischen Valenzwerte	5 2 = 10
4. Finden Sie die Beziehungen zwischen Atomen von Elementen, indem Sie das gefundene kleinste Vielfache durch die entsprechenden Wertigkeiten der Elemente dividieren	10: 5 = 2, 10: 2 = 5; P:O=2:5
5. Schreiben Sie Indizes für Elementsymbole	R 2 O 5
6. Formel der Verbindung (Oxid)	R 2 O 5

Erinnern!

Merkmale der Zusammenstellung chemischer Formeln von Verbindungen.

1) Die niedrigste Wertigkeit wird durch das Element angezeigt, das sich in der Tabelle von D.I. Mendeleev rechts und darüber befindet, und die höchste Wertigkeit wird durch das Element angezeigt, das sich links und darunter befindet.

Beispielsweise weist Schwefel in Verbindung mit Sauerstoff die höchste Wertigkeit VI und Sauerstoff die niedrigste Wertigkeit II auf. Somit lautet die Formel für Schwefeloxid SO 3.

In der Verbindung von Silizium mit Kohlenstoff weist das erste die höchste Wertigkeit IV und das zweite die niedrigste Wertigkeit auf. Also die Formel – SiC. Dabei handelt es sich um Siliziumkarbid, die Grundlage feuerfester und abrasiver Materialien.

2) Das Metallatom steht in der Formel an erster Stelle.

2) In den Formeln von Verbindungen steht das Nichtmetallatom mit der niedrigsten Wertigkeit immer an zweiter Stelle und der Name einer solchen Verbindung endet auf „id“.

Zum Beispiel,Sao - Calciumoxid, NaCl - Natriumchlorid, PbS – Bleisulfid.

Jetzt können Sie die Formeln für beliebige Verbindungen von Metallen und Nichtmetallen schreiben.

DEFINITION

Unter Wertigkeit bezieht sich auf die Eigenschaft eines Atoms eines bestimmten Elements, eine bestimmte Anzahl von Atomen eines anderen Elements anzuhängen oder zu ersetzen.

Ein Maß für die Wertigkeit kann daher die Anzahl der chemischen Bindungen sein, die ein bestimmtes Atom mit anderen Atomen eingeht. Unter der Wertigkeit eines chemischen Elements versteht man heute daher meist seine Fähigkeit (im engeren Sinne ein Maß für seine Fähigkeit), chemische Bindungen einzugehen. In der Darstellung der Valenzbindungsmethode entspricht der numerische Wert der Valenz der Anzahl der kovalenten Bindungen, die ein Atom bildet.

Elemente mit konstanter Wertigkeit

Es gibt Elemente mit dem sogenannten. konstante Wertigkeit (Metalle der Gruppen IA und IIA, Aluminium, Wasserstoff, Fluor, Sauerstoff usw.), die in ihren Verbindungen eine einzige Oxidationsstufe aufweisen, die am häufigsten mit der Gruppennummer des Periodensystems D.I. übereinstimmt. Mendeleev, wo sie sich befinden). Schauen wir uns das Beispiel einiger chemischer Elemente an.

Die Wertigkeit der Elemente der Hauptuntergruppe der Gruppe I ist gleich eins, da die Atome dieser Elemente auf der äußeren Ebene ein Elektron haben:

3 Li 1s 2 2s 1

11 Na 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1

Die Wertigkeit von Elementen der Hauptuntergruppe der Gruppe II im Grundzustand (unerregt) ist Null, da es auf dem äußeren Energieniveau keine ungepaarten Elektronen gibt:

4 Be1s 2 2 S 2

12 Mg 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2

Wenn diese Atome angeregt werden, werden die gepaarten s-Elektronen in freie Zellen der p-Unterebene derselben Ebene getrennt und die Wertigkeit wird gleich zwei (II):

Sauerstoff und Fluor weisen in allen Verbindungen eine konstante Wertigkeit von zwei (II) für Sauerstoff und eins (I) für Fluor auf. Die Valenzelektronen dieser Elemente befinden sich im zweiten Energieniveau, wo keine freien Zellen mehr vorhanden sind:

8 O 1s 2 2s 2 2p 4

9 F 1s 2 2s 2 2p 5

Beispiele für Problemlösungen

BEISPIEL 1

Übung	Die Anzahl der ungepaarten Elektronen in einem Boratom im Grundzustand ist dieselbe wie in einem Atom aus: 1) Rubidium; 2) Silizium; 3) Sauerstoff; 4) Kalzium.
Lösung	Die Anzahl der ungepaarten Elektronen in einem Atom eines chemischen Elements entspricht meist einem der Valenzwerte dieses Elements. Um die Anzahl der ungepaarten Elektronen in einem Boratom im Grundzustand zu bestimmen, schreiben wir die elektronische Formel dieses Elements: 5 B 1s 2 2s 2 2p 1 . Die äußere Elektronenebene von Bor enthält 3 Elektronen, von denen nur eines ungepaart ist. Auch Rubidium verfügt im Grundzustand über ein ungepaartes Elektron, da es sich in der IA-Gruppe befindet und in seiner äußeren elektronischen Ebene nur ein Elektron vorhanden ist, das natürlicherweise ungepaart ist.
Antwort	Variante 1

BEISPIEL 2

Übung	Bestimmen Sie die Wertigkeit der Elemente in den folgenden Verbindungen: a) NH 3 ; b) SO 2; c) CO 2; d) H 2 S; e) P 2 O 5.
Lösung	Die Bestimmung der Wertigkeiten von Elementen in einer chemischen Verbindung sollte mit der Angabe der Wertigkeit des bekannten Elements beginnen. In Option „a“ handelt es sich um Wasserstoff, da seine Wertigkeit immer gleich I ist: Den resultierenden Wert setzen wir rechts neben das chemische Symbol dieses Elements und bezeichnen es in arabischen Ziffern: Nun dividieren wir die Gesamtzahl der Wertigkeitseinheiten durch die Anzahl der Atome (Index) des Elements, dessen Wertigkeit bekannt ist: Platzieren wir den resultierenden Quotienten (3) mit einer römischen Zahl über dem gewünschten Element als dessen Wertigkeit: Dies bedeutet, dass die Wertigkeit der Elemente in der NH 3 -Verbindung gleich ist: für Stickstoff - III und für Wasserstoff - I. Ebenso bestimmen wir die Wertigkeiten von Elementen in anderen Verbindungen: b) S IV O II 2; c) C IV O II 2; d) H I 2 S II; e) P V 2 O II 5.
Antwort	a) N III H I 3; b) S IV O II 2; c) C IV O II 2; d) H I 2 S II; e) P V 2 O II 5

Im Chemieunterricht haben Sie sich bereits mit dem Konzept der Wertigkeit chemischer Elemente vertraut gemacht. Wir haben alle nützlichen Informationen zu diesem Thema an einem Ort gesammelt. Verwenden Sie es, wenn Sie sich auf das Staatsexamen und das Einheitliche Staatsexamen vorbereiten.

Wertigkeit und chemische Analyse

Wertigkeit– die Fähigkeit von Atomen chemischer Elemente, mit Atomen anderer Elemente chemische Verbindungen einzugehen. Mit anderen Worten handelt es sich um die Fähigkeit eines Atoms, eine bestimmte Anzahl chemischer Bindungen mit anderen Atomen einzugehen.

Aus dem Lateinischen wird das Wort „Valenz“ mit „Stärke, Fähigkeit“ übersetzt. Ein sehr korrekter Name, oder?

Der Begriff „Valenz“ ist einer der Grundbegriffe der Chemie. Es wurde bereits eingeführt, bevor Wissenschaftler die Struktur des Atoms kannten (im Jahr 1853). Als wir die Struktur des Atoms untersuchten, erfuhr es daher einige Veränderungen.

Aus Sicht der Elektronentheorie steht die Valenz also in direktem Zusammenhang mit der Anzahl der Außenelektronen des Atoms eines Elements. Das bedeutet, dass wir unter „Valenz“ die Anzahl der Elektronenpaare verstehen, mit denen ein Atom mit anderen Atomen verbunden ist.

Mit diesem Wissen konnten Wissenschaftler die Natur der chemischen Bindung beschreiben. Es liegt darin, dass ein Atompaar einer Substanz ein Paar Valenzelektronen teilt.

Sie fragen sich vielleicht: Wie konnten Chemiker des 19. Jahrhunderts die Wertigkeit beschreiben, obwohl sie glaubten, dass es keine Teilchen gab, die kleiner als ein Atom waren? Das soll nicht heißen, dass es so einfach war – sie verließen sich auf chemische Analysen.

Durch chemische Analysen bestimmten Wissenschaftler früher die Zusammensetzung einer chemischen Verbindung: wie viele Atome verschiedener Elemente im Molekül der betreffenden Substanz enthalten sind. Dazu war es notwendig, die genaue Masse jedes Elements in einer Probe einer reinen Substanz (ohne Verunreinigungen) zu bestimmen.

Es stimmt, diese Methode ist nicht ohne Mängel. Denn die Wertigkeit eines Elements kann auf diese Weise nur in seiner einfachen Kombination mit immer einwertigem Wasserstoff (Hydrid) oder immer zweiwertigem Sauerstoff (Oxid) bestimmt werden. Beispielsweise ist die Wertigkeit von Stickstoff in NH 3 III, da ein Wasserstoffatom an drei Stickstoffatome gebunden ist. Und die Wertigkeit des Kohlenstoffs in Methan (CH 4) beträgt nach dem gleichen Prinzip IV.

Diese Methode zur Wertigkeitsbestimmung ist nur für einfache Stoffe geeignet. Aber bei Säuren können wir auf diese Weise nur die Wertigkeit von Verbindungen wie sauren Resten bestimmen, nicht aber alle Elemente (außer der bekannten Wertigkeit von Wasserstoff) einzeln.

Wie Sie bereits bemerkt haben, wird die Wertigkeit durch römische Ziffern angegeben.

Wertigkeit und Säuren

Da die Wertigkeit von Wasserstoff unverändert bleibt und Ihnen bekannt ist, können Sie die Wertigkeit des Säurerests leicht bestimmen. So ist beispielsweise in H 2 SO 3 die Wertigkeit von SO 3 I, in HСlO 3 ist die Wertigkeit von СlO 3 I.

Wenn die Wertigkeit des Säurerests bekannt ist, lässt sich auf ähnliche Weise leicht die korrekte Formel der Säure aufschreiben: NO 2 (I) - HNO 2, S 4 O 6 (II) - H 2 S 4 O 6.

Wertigkeit und Formeln

Der Begriff der Valenz ist nur für Stoffe molekularer Natur sinnvoll und eignet sich wenig zur Beschreibung chemischer Bindungen in Verbindungen Cluster-, ionischer, kristalliner Natur usw.

Indizes in den Summenformeln von Stoffen spiegeln die Anzahl der Atome der Elemente wider, aus denen sie bestehen. Die Kenntnis der Wertigkeit von Elementen hilft bei der korrekten Platzierung der Indizes. Auf die gleiche Weise können Sie anhand der Summenformel und der Indizes die Wertigkeiten der einzelnen Elemente erkennen.

Solche Aufgaben erledigt man im Chemieunterricht in der Schule. Wenn Sie beispielsweise über die chemische Formel einer Substanz verfügen, bei der die Wertigkeit eines der Elemente bekannt ist, können Sie die Wertigkeit eines anderen Elements leicht bestimmen.

Dazu muss man sich nur daran erinnern, dass in einer Substanz molekularer Natur die Anzahl der Valenzen beider Elemente gleich ist. Verwenden Sie daher das kleinste gemeinsame Vielfache (entsprechend der Anzahl der für die Verbindung erforderlichen freien Valenzen), um die Wertigkeit eines Ihnen unbekannten Elements zu bestimmen.

Zur Verdeutlichung nehmen wir die Formel von Eisenoxid Fe 2 O 3. Dabei sind zwei Eisenatome mit der Wertigkeit III und 3 Sauerstoffatome mit der Wertigkeit II an der Bildung einer chemischen Bindung beteiligt. Ihr kleinstes gemeinsames Vielfaches ist 6.

• Beispiel: Sie haben die Formeln Mn 2 O 7. Sie kennen die Wertigkeit von Sauerstoff. Es ist leicht zu berechnen, dass das kleinste gemeinsame Vielfache 14 ist, daher ist die Wertigkeit von Mn VII.

Auf ähnliche Weise können Sie das Gegenteil tun: Schreiben Sie die korrekte chemische Formel eines Stoffes auf und kennen Sie dabei die Wertigkeiten seiner Elemente.

• Beispiel: Um die Formel von Phosphoroxid richtig zu schreiben, berücksichtigen wir die Wertigkeit von Sauerstoff (II) und Phosphor (V). Das bedeutet, dass das kleinste gemeinsame Vielfache für P und O 10 ist. Daher hat die Formel die folgende Form: P 2 O 5.

Wenn man die Eigenschaften der Elemente, die sie in verschiedenen Verbindungen aufweisen, gut kennt, ist es möglich, ihre Wertigkeit bereits anhand des Auftretens solcher Verbindungen zu bestimmen.

Zum Beispiel: Kupferoxide haben eine rote (Cu 2 O) und schwarze (CuO) Farbe. Kupferhydroxide sind gelb (CuOH) und blau (Cu(OH) 2) gefärbt.

Um die kovalenten Bindungen in Stoffen für Sie anschaulicher und verständlicher zu machen, schreiben Sie deren Strukturformeln. Die Linien zwischen den Elementen stellen die Bindungen (Valenz) dar, die zwischen ihren Atomen entstehen:

Valenzmerkmale

Die Bestimmung der Wertigkeit von Elementen basiert heute auf der Kenntnis der Struktur der äußeren Elektronenhüllen ihrer Atome.

Wertigkeit kann sein:

• konstant (Metalle der Hauptuntergruppen);
• variabel (Nichtmetalle und Metalle sekundärer Gruppen):
• höhere Wertigkeit;
• niedrigste Wertigkeit.

In verschiedenen chemischen Verbindungen bleibt Folgendes konstant:

• Wertigkeit von Wasserstoff, Natrium, Kalium, Fluor (I);
• Wertigkeit von Sauerstoff, Magnesium, Kalzium, Zink (II);
• Wertigkeit von Aluminium (III).

Aber die Wertigkeit von Eisen und Kupfer, Brom und Chlor sowie vielen anderen Elementen ändert sich, wenn sie verschiedene chemische Verbindungen bilden.

Valenz- und Elektronentheorie

Im Rahmen der Elektronentheorie wird die Wertigkeit eines Atoms anhand der Anzahl ungepaarter Elektronen bestimmt, die an der Bildung von Elektronenpaaren mit Elektronen anderer Atome beteiligt sind.

An der Bildung chemischer Bindungen sind nur Elektronen beteiligt, die sich in der äußeren Hülle eines Atoms befinden. Daher ist die maximale Wertigkeit eines chemischen Elements die Anzahl der Elektronen in der äußeren Elektronenhülle seines Atoms.

Das Konzept der Wertigkeit steht in engem Zusammenhang mit dem von D. I. Mendelejew entdeckten Periodengesetz. Wenn Sie sich das Periodensystem genau ansehen, können Sie leicht erkennen: Die Position eines Elements im Periodensystem und seine Wertigkeit sind untrennbar miteinander verbunden. Die höchste Wertigkeit von Elementen, die zur gleichen Gruppe gehören, entspricht der Ordnungszahl der Gruppe im Periodensystem.

Die niedrigste Wertigkeit finden Sie heraus, wenn Sie die Gruppennummer des Elements, das Sie interessiert, von der Anzahl der Gruppen im Periodensystem (es gibt acht davon) subtrahieren.

Beispielsweise stimmt die Wertigkeit vieler Metalle mit den Nummern der Gruppen im Periodensystem der Elemente überein, zu denen sie gehören.

Wertigkeitstabelle chemischer Elemente

Ordnungsnummer chem. Element (Ordnungszahl)	Name	Chemisches Symbol	Wertigkeit
1	Wasserstoff Helium Lithium Beryllium Kohlenstoff Stickstoff / Stickstoff Sauerstoff Fluor Neon / Neon Natrium/Natrium Magnesium / Magnesium Aluminium Silizium Phosphor / Phosphor Schwefel/Schwefel Chlor Argon / Argon Kalium/Kalium Kalzium Scandium / Scandium Titan Vanadium Chrom / Chrom Mangan / Mangan Eisen Kobalt Nickel Kupfer Zink Gallium Germanium Arsen/Arsen Selen Brom Krypton / Krypton Rubidium / Rubidium Strontium / Strontium Yttrium / Yttrium Zirkonium / Zirkonium Niob / Niob Molybdän Technetium / Technetium Ruthenium / Ruthenium Rhodium Palladium Silber Cadmium Indium Zinn/Zinn Antimon / Antimon Tellur / Tellur Jod / Jod Xenon / Xenon Cäsium Barium / Barium Lanthan / Lanthan Cer Praseodym / Praseodym Neodym / Neodym Promethium / Promethium Samarium / Samarium Europium Gadolinium / Gadolinium Terbium / Terbium Dysprosium / Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium / Ytterbium Lutetium / Lutetium Hafnium / Hafnium Tantal / Tantal Wolfram/Wolfram Rhenium / Rhenium Osmium / Osmium Iridium / Iridium Platin Gold Quecksilber Thalium / Thallium Führung/Führung Wismut Polonium Astatin Radon / Radon Francium Radium Aktinium Thorium Proactinium / Protactinium Uran / Uran	H	ICH (I), II, III, IV, V I, (II), III, (IV), V, VII II, (III), IV, VI, VII II, III, (IV), VI (I), II, (III), (IV) I, (III), (IV), V (II), (III), IV (II), III, (IV), V (II), III, (IV), (V), VI (II), III, IV, (VI), (VII), VIII (II), (III), IV, (VI) I, (III), (IV), V, VII (II), (III), (IV), (V), VI (I), II, (III), IV, (V), VI, VII (II), III, IV, VI, VIII (I), (II), III, IV, VI (I), II, (III), IV, VI (II), III, (IV), (V) Keine Daten Keine Daten (II), III, IV, (V), VI

Die Valenzen, die die Elemente, die sie besitzen, selten aufweisen, sind in Klammern angegeben.

Wertigkeit und Oxidationsstufe

Wenn man also vom Grad der Oxidation spricht, bedeutet dies, dass ein Atom in einer Substanz ionischer (was wichtig ist) Natur eine bestimmte konventionelle Ladung hat. Und wenn die Valenz ein neutrales Merkmal ist, kann die Oxidationsstufe negativ, positiv oder gleich Null sein.

Interessant ist, dass für ein Atom desselben Elements je nach den Elementen, mit denen es eine chemische Verbindung eingeht, die Wertigkeit und der Oxidationszustand gleich (H 2 O, CH 4 usw.) oder unterschiedlich (H 2 O) sein können 2, HNO 3 ).

Abschluss

Indem Sie Ihr Wissen über die Struktur von Atomen vertiefen, lernen Sie die Wertigkeit tiefer und detaillierter. Diese Beschreibung chemischer Elemente ist nicht erschöpfend. Aber es hat eine große praktische Bedeutung. Wie Sie selbst schon mehr als einmal gesehen haben, gehören das Lösen von Problemen und das Durchführen chemischer Experimente in Ihren Unterricht.

Dieser Artikel soll Ihnen dabei helfen, Ihr Wissen über Valenz zu organisieren. Und erinnern Sie auch daran, wie sie bestimmt werden kann und wo die Wertigkeit verwendet wird.

Wir hoffen, dass Sie dieses Material bei der Vorbereitung Ihrer Hausaufgaben und bei der Selbstvorbereitung auf Tests und Prüfungen hilfreich finden.

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Der Wissensstand über die Struktur von Atomen und Molekülen im 19. Jahrhundert erlaubte es nicht, den Grund zu erklären, warum Atome eine bestimmte Anzahl von Bindungen mit anderen Teilchen eingehen. Aber die Ideen der Wissenschaftler waren ihrer Zeit voraus und die Valenz wird immer noch als eines der Grundprinzipien der Chemie untersucht.

Aus der Entstehungsgeschichte des Konzepts der „Wertigkeit chemischer Elemente“

Der herausragende englische Chemiker des 19. Jahrhunderts, Edward Frankland, führte den Begriff „Bindung“ in den wissenschaftlichen Gebrauch ein, um den Prozess der Wechselwirkung von Atomen untereinander zu beschreiben. Der Wissenschaftler stellte fest, dass einige chemische Elemente mit der gleichen Anzahl anderer Atome Verbindungen eingehen. Stickstoff bindet beispielsweise drei Wasserstoffatome an ein Ammoniakmolekül.

Im Mai 1852 stellte Frankland die Hypothese auf, dass ein Atom eine bestimmte Anzahl chemischer Bindungen mit anderen winzigen Materieteilchen eingehen könne. Frankland verwendete den Ausdruck „Kohäsionskraft“, um das zu beschreiben, was später als Valenz bezeichnet wurde. Ein britischer Chemiker ermittelte, wie viele chemische Bindungen die Mitte des 19. Jahrhunderts bekannten Atome einzelner Elemente eingehen. Franklands Arbeit war ein wichtiger Beitrag zur modernen Strukturchemie.

Entwicklung von Ansichten

Deutscher Chemiker F.A. Kekule bewies 1857, dass Kohlenstoff vierbasisch ist. In seiner einfachsten Verbindung, Methan, entstehen Bindungen mit 4 Wasserstoffatomen. Mit dem Begriff „Basizität“ bezeichnete der Wissenschaftler die Eigenschaft von Elementen, eine genau definierte Anzahl anderer Teilchen anzulagern. In Russland wurden die Daten von A. M. Butlerov (1861) systematisiert. Die Theorie der chemischen Bindungen wurde dank der Lehre von periodischen Änderungen der Eigenschaften von Elementen weiterentwickelt. Sein Autor ist ein weiterer herausragender D.I. Er bewies, dass die Wertigkeit chemischer Elemente in Verbindungen und andere Eigenschaften durch die Position bestimmt werden, die sie im Periodensystem einnehmen.

Grafische Darstellung von Wertigkeit und chemischer Bindung

Die Möglichkeit, Moleküle visuell darzustellen, ist einer der unbestrittenen Vorteile der Valenztheorie. Die ersten Modelle erschienen in den 1860er Jahren und werden seit 1864 zur Darstellung von Kreisen mit einem chemischen Zeichen im Inneren verwendet. Zwischen den Symbolen der Atome wird ein Strich angezeigt, und die Anzahl dieser Linien entspricht dem Wertigkeitswert. In denselben Jahren wurden die ersten Kugel-Stab-Modelle hergestellt (siehe Foto links). Im Jahr 1866 schlug Kekule eine stereochemische Zeichnung des Kohlenstoffatoms in Form eines Tetraeders vor, die er in sein Lehrbuch Organische Chemie aufnahm.

Die Wertigkeit chemischer Elemente und die Bildung von Bindungen wurden von G. Lewis untersucht, der seine Arbeiten 1923 veröffentlichte. Dies ist die Bezeichnung für die kleinsten negativ geladenen Teilchen, aus denen die Hüllen von Atomen bestehen. In seinem Buch verwendete Lewis Punkte um die vier Seiten, um Valenzelektronen darzustellen.

Wertigkeit von Wasserstoff und Sauerstoff

Vor seiner Entstehung wurde die Wertigkeit chemischer Elemente in Verbindungen üblicherweise mit den Atomen verglichen, für die sie bekannt war. Als Standards wurden Wasserstoff und Sauerstoff gewählt. Ein anderes chemisches Element zog eine bestimmte Anzahl von H- und O-Atomen an oder ersetzte sie.

Auf diese Weise wurden Eigenschaften in Verbindungen mit einwertigem Wasserstoff bestimmt (die Wertigkeit des zweiten Elements wird durch eine römische Zahl angegeben):

• HCl - Chlor (I):
• H 2 O – Sauerstoff (II);
• NH 3 – Stickstoff (III);
• CH 4 - Kohlenstoff (IV).

In den Oxiden K 2 O, CO, N 2 O 3, SiO 2, SO 3 wurde die Sauerstoffwertigkeit von Metallen und Nichtmetallen durch Verdoppelung der Anzahl der zugesetzten O-Atome bestimmt. Es wurden folgende Werte erhalten: K ( I), C (II), N (III), Si(IV), S(VI).

So bestimmen Sie die Wertigkeit chemischer Elemente

Es gibt Gesetzmäßigkeiten bei der Bildung chemischer Bindungen, an denen gemeinsame Elektronenpaare beteiligt sind:

• Die typische Wertigkeit von Wasserstoff ist I.
• Die übliche Wertigkeit von Sauerstoff ist II.
• Für nichtmetallische Elemente kann die niedrigste Wertigkeit durch Formel 8 bestimmt werden – die Nummer der Gruppe, in der sie sich im Periodensystem befinden. Die höchste, wenn möglich, wird durch die Gruppennummer bestimmt.
• Für Elemente von Nebenuntergruppen entspricht die maximal mögliche Wertigkeit ihrer Gruppennummer im Periodensystem.

Die Bestimmung der Wertigkeit chemischer Elemente gemäß der Verbindungsformel erfolgt nach folgendem Algorithmus:

1. Schreiben Sie den bekannten Wert für eines der Elemente über das chemische Symbol. Beispielsweise ist in Mn 2 O 7 die Wertigkeit von Sauerstoff II.
2. Berechnen Sie den Gesamtwert, für den Sie die Wertigkeit mit der Anzahl der Atome desselben chemischen Elements im Molekül multiplizieren müssen: 2 * 7 = 14.
3. Bestimmen Sie die Wertigkeit des zweiten Elements, für das sie unbekannt ist. Teilen Sie den in Schritt 2 erhaltenen Wert durch die Anzahl der Mn-Atome im Molekül.
4. 14: 2 = 7. in seinem höheren Oxid - VII.

Konstante und variable Wertigkeit

Die Wertigkeitswerte für Wasserstoff und Sauerstoff unterscheiden sich. Beispielsweise ist Schwefel in der Verbindung H 2 S zweiwertig und in der Formel SO 3 sechswertig. Kohlenstoff bildet mit Sauerstoff CO-Monoxid und CO 2 -Dioxid. In der ersten Verbindung ist die Wertigkeit von C II und in der zweiten Verbindung IV. Der gleiche Wert gilt für Methan CH 4.

Die meisten Elemente weisen keine konstante, sondern variable Wertigkeit auf, beispielsweise Phosphor, Stickstoff, Schwefel. Die Suche nach den Hauptursachen dieses Phänomens führte zur Entstehung von Theorien über chemische Bindungen, Vorstellungen über die Valenzschale von Elektronen und Molekülorbitalen. Die Existenz unterschiedlicher Werte derselben Eigenschaft wurde vom Standpunkt der Struktur von Atomen und Molekülen erklärt.

Moderne Vorstellungen von Valenz

Alle Atome bestehen aus einem positiven Kern, der von negativ geladenen Elektronen umgeben ist. Die äußere Hülle, die sie bilden, ist manchmal unvollendet. Die fertige Struktur ist die stabilste und enthält 8 Elektronen (Oktett). Die Entstehung einer chemischen Bindung aufgrund gemeinsamer Elektronenpaare führt zu einem energetisch günstigen Zustand der Atome.

Bei der Bildung von Verbindungen gilt die Regel, die Schale durch Aufnahme oder Abgabe ungepaarter Elektronen zu vervollständigen – je nachdem, welcher Vorgang einfacher ist. Wenn ein Atom negative Teilchen bereitstellt, die kein Paar zur Bildung einer chemischen Bindung haben, dann bildet es so viele Bindungen, wie es ungepaarte Elektronen hat. Nach modernen Konzepten ist die Wertigkeit von Atomen chemischer Elemente die Fähigkeit, eine bestimmte Anzahl kovalenter Bindungen zu bilden. Beispielsweise erhält Schwefel im Schwefelwasserstoffmolekül H 2 S die Valenz II (-), da jedes Atom an der Bildung von zwei Elektronenpaaren beteiligt ist. Das „-“-Zeichen zeigt die Anziehung des Elektronenpaares zum elektronegativeren Element an. Für diejenigen, die weniger elektronegativ sind, wird „+“ zum Valenzwert hinzugefügt.

Beim Donor-Akzeptor-Mechanismus sind an dem Prozess Elektronenpaare eines Elements und freie Valenzorbitale eines anderen beteiligt.

Abhängigkeit der Valenz von der Atomstruktur

Betrachten wir am Beispiel von Kohlenstoff und Sauerstoff, wie die Wertigkeit chemischer Elemente von der Struktur des Stoffes abhängt. Das Periodensystem gibt einen Überblick über die Haupteigenschaften des Kohlenstoffatoms:

• chemisches Symbol - C;
• Elementnummer - 6;
• Kernladung - +6;
• Protonen im Kern - 6;
• Elektronen - 6, davon 4 externe, davon 2 bilden ein Paar, 2 - ungepaart.

Bildet das Kohlenstoffatom im CO-Monoxid zwei Bindungen, kommen nur 6 negative Teilchen zum Einsatz. Um ein Oktett zu erhalten, müssen die Paare 4 externe negative Teilchen bilden. Kohlenstoff hat die Wertigkeit IV (+) in Dioxid und IV (-) in Methan.

Die Ordnungszahl von Sauerstoff beträgt 8, die Valenzschale besteht aus sechs Elektronen, von denen 2 keine Paare bilden und an chemischen Bindungen und Wechselwirkungen mit anderen Atomen teilnehmen. Die typische Wertigkeit von Sauerstoff ist II (-).

Wertigkeit und Oxidationsstufe

In vielen Fällen ist es bequemer, den Begriff „Oxidationszustand“ zu verwenden. Dies ist die Bezeichnung für die Ladung eines Atoms, die es erhalten würde, wenn alle Bindungselektronen auf ein Element mit einem höheren Elektronegativitätswert (EO) übertragen würden. Die Oxidationszahl in einer einfachen Substanz ist Null. Dem Oxidationszustand eines elektronegativeren Elements wird ein „-“-Zeichen hinzugefügt; dem Oxidationszustand eines weniger elektronegativen Elements wird ein „+“-Zeichen hinzugefügt. Beispielsweise sind für Metalle der Hauptnebengruppen Oxidationsstufen und Ionenladungen gleich der Gruppennummer mit einem „+“-Zeichen typisch. In den meisten Fällen sind die Wertigkeit und der Oxidationszustand von Atomen in derselben Verbindung numerisch gleich. Nur bei Wechselwirkung mit elektronegativeren Atomen ist die Oxidationsstufe positiv, bei Elementen mit niedrigerem EO ist sie negativ. Der Begriff „Valenz“ wird oft nur auf Stoffe mit molekularer Struktur angewendet.