Tahap pengetahuan tentang struktur atom dan molekul pada abad ke-19 tidak membenarkan menjelaskan sebab mengapa atom membentuk sejumlah ikatan dengan zarah lain. Tetapi idea saintis mendahului zaman mereka, dan valensi masih dikaji sebagai salah satu prinsip asas kimia.
Daripada sejarah konsep "valensi unsur kimia"
Ahli kimia Inggeris yang cemerlang pada abad ke-19 Edward Frankland memperkenalkan istilah "ikatan" ke dalam penggunaan saintifik untuk menerangkan proses interaksi atom antara satu sama lain. Para saintis mendapati bahawa beberapa unsur kimia membentuk sebatian dengan bilangan atom lain yang sama. Contohnya, nitrogen melekatkan tiga atom hidrogen dalam molekul ammonia.
Pada Mei 1852, Frankland membuat hipotesis bahawa terdapat bilangan ikatan kimia tertentu yang boleh dibentuk oleh atom dengan zarah jirim yang lain. Frankland menggunakan frasa "daya penghubung" untuk menerangkan apa yang kemudiannya dipanggil valency. Ahli kimia British menentukan berapa banyakikatan kimia membentuk atom unsur-unsur individu yang dikenali pada pertengahan abad ke-19. Kerja Frankland merupakan sumbangan penting kepada kimia struktur moden.
Membangunkan sikap
Ahli kimia Jerman F. A. Kekule membuktikan pada tahun 1857 bahawa karbon adalah tetrabasic. Dalam sebatian termudah - metana - terdapat ikatan dengan 4 atom hidrogen. Ahli sains menggunakan istilah "keasasan" untuk menandakan sifat unsur-unsur untuk melampirkan bilangan zarah lain yang ditentukan dengan ketat. Di Rusia, data mengenai struktur jirim disusun oleh A. M. Butlerov (1861). Teori ikatan kimia menerima perkembangan selanjutnya berkat doktrin perubahan berkala dalam sifat unsur. Pengarangnya ialah seorang lagi ahli kimia Rusia yang terkenal, D. I. Mendeleev. Dia membuktikan bahawa valensi unsur kimia dalam sebatian dan sifat lain adalah disebabkan oleh kedudukan yang didudukinya dalam sistem berkala.
Perwakilan grafik valens dan ikatan kimia
Kemungkinan perwakilan visual molekul adalah salah satu kelebihan teori valensi yang tidak diragui. Model pertama muncul pada tahun 1860-an, dan sejak 1864 formula struktur telah digunakan, iaitu bulatan dengan tanda kimia di dalamnya. Di antara simbol atom, sengkang menunjukkan ikatan kimia, dan bilangan garis ini adalah sama dengan nilai valensi. Pada tahun yang sama, model bola dan kayu pertama telah dibuat (lihat foto di sebelah kiri). Pada tahun 1866, Kekule mencadangkan lukisan stereokimia atom.karbon dalam bentuk tetrahedron, yang dimasukkannya dalam buku teks Kimia Organiknya.
Vaensi unsur kimia dan kemunculan ikatan telah dikaji oleh G. Lewis, yang menerbitkan karyanya pada tahun 1923 selepas penemuan elektron. Ini adalah nama zarah bercas negatif terkecil yang merupakan sebahagian daripada cengkerang atom. Dalam bukunya, Lewis menggunakan titik-titik di sekeliling empat sisi simbol unsur kimia untuk mewakili elektron valens.
Valency untuk hidrogen dan oksigen
Sebelum penciptaan sistem berkala, valensi unsur kimia dalam sebatian biasanya dibandingkan dengan atom yang diketahui. Hidrogen dan oksigen dipilih sebagai piawaian. Unsur kimia lain menarik atau menggantikan bilangan atom H dan O tertentu.
Dengan cara ini, sifat ditentukan dalam sebatian dengan hidrogen monovalen (valensi unsur kedua ditunjukkan dengan angka Rom):
- HCl - klorin (I):
- H2O - oksigen (II);
- NH3 - nitrogen (III);
- CH4 - karbon (IV).
Dalam oksida K2O, CO, N2O3, SiO 2, SO3 menentukan valensi oksigen bagi logam dan bukan logam dengan menggandakan bilangan atom O yang ditambah. Nilai berikut diperoleh: K (I), C (II), N (III), Si (IV), S (VI).
Cara menentukan valensi unsur kimia
Terdapat ketetapan dalam pembentukan ikatan kimia yang melibatkan elektronik biasapasangan:
- valensi hidrogen biasa ialah I.
- valensi oksigen biasa - II.
- Untuk unsur bukan logam, valens terendah boleh ditentukan dengan formula 8 - bilangan kumpulan di mana ia berada dalam sistem berkala. Yang tertinggi, jika boleh, ditentukan oleh nombor kumpulan.
- Untuk unsur subkumpulan sekunder, valensi maksimum yang mungkin adalah sama dengan nombor kumpulan mereka dalam jadual berkala.
Penentuan valensi unsur kimia mengikut formula sebatian dijalankan menggunakan algoritma berikut:
- Tulis nilai yang diketahui untuk salah satu unsur di atas tanda kimia. Contohnya, dalam Mn2O7 valency oksigen ialah II.
- Kira jumlah nilai, yang mana anda perlu mendarabkan valensi dengan bilangan atom unsur kimia yang sama dalam molekul: 27=14.
- Tentukan valens unsur kedua yang tidak diketahui. Bahagikan nilai yang diperoleh dalam langkah 2 dengan bilangan atom Mn dalam molekul.
- 14: 2=7. Valensi mangan dalam oksida yang lebih tinggi ialah VII.
valensi malar dan berubah
Nilai Valensi untuk hidrogen dan oksigen adalah berbeza. Contohnya, sulfur dalam sebatian H2S ialah dwivalen, dan dalam formula SO3 ia adalah heksavalen. Karbon membentuk CO monoksida dan dioksida CO2 dengan oksigen. Dalam sebatian pertama, valensi C ialah II, dan dalam sebatian kedua, IV. Nilai yang sama dalam metana CH4.
Kebanyakanunsur mempamerkan bukan pemalar, tetapi valensi berubah, contohnya, fosforus, nitrogen, sulfur. Pencarian punca utama fenomena ini membawa kepada kemunculan teori ikatan kimia, idea tentang kulit valensi elektron, dan orbital molekul. Kewujudan nilai yang berbeza bagi sifat yang sama dijelaskan dari sudut struktur atom dan molekul.
Idea moden tentang valency
Semua atom terdiri daripada nukleus positif yang dikelilingi oleh elektron bercas negatif. Cangkang luar yang mereka bentuk belum selesai. Struktur yang lengkap adalah yang paling stabil, mengandungi 8 elektron (satu oktet). Kemunculan ikatan kimia akibat pasangan elektron biasa membawa kepada keadaan atom yang menggalakkan secara bertenaga.
Peraturan untuk pembentukan sebatian ialah penyiapan kulit dengan menerima elektron atau memberikan yang tidak berpasangan - bergantung pada proses mana yang lebih mudah. Jika atom menyediakan pembentukan ikatan kimia zarah negatif yang tidak mempunyai pasangan, maka ia membentuk sebanyak ikatan kerana ia mempunyai elektron tidak berpasangan. Menurut konsep moden, valensi atom unsur kimia adalah keupayaan untuk membentuk sejumlah ikatan kovalen. Contohnya, dalam molekul hidrogen sulfida H2S, sulfur memperoleh valency II (–), kerana setiap atom mengambil bahagian dalam pembentukan dua pasangan elektron. Tanda “–” menunjukkan daya tarikan pasangan elektron kepada unsur yang lebih elektronegatif. Untuk yang kurang elektronegatif, “+” ditambahkan pada nilai valency.
Dengan mekanisme penerima penderma, pasangan elektron satu unsur dan orbital valens bebas unsur lain mengambil bahagian dalam proses itu.
Pergantungan valensi pada struktur atom
Mari kita lihat contoh karbon dan oksigen, bagaimana valens unsur kimia bergantung kepada struktur bahan tersebut. Jadual berkala memberi gambaran tentang ciri utama atom karbon:
- tanda kimia - C;
- nombor elemen - 6;
- caj teras - +6;
- proton dalam nukleus - 6;
- elektron - 6, termasuk 4 elektron luar, yang mana 2 membentuk sepasang, 2 tidak berpasangan.
Jika atom karbon dalam CO monoksida membentuk dua ikatan, maka hanya 6 zarah negatif yang digunakan. Untuk memperoleh oktet, pasangan itu perlu membentuk 4 zarah negatif luaran. Karbon mempunyai valensi IV (+) dalam dioksida dan IV (–) dalam metana.
Nombor ordinal oksigen ialah 8, kulit valens terdiri daripada enam elektron, 2 daripadanya tidak membentuk pasangan dan mengambil bahagian dalam ikatan kimia dan interaksi dengan atom lain. Valensi oksigen biasa ialah II (–).
Keadaan kevalensi dan pengoksidaan
Dalam banyak kes adalah lebih mudah untuk menggunakan konsep "keadaan pengoksidaan". Ini adalah nama yang diberikan kepada cas atom yang akan diperolehi jika semua elektron ikatan dipindahkan ke unsur yang mempunyai nilai elektronegativiti (EO) yang lebih tinggi. Nombor pengoksidaan dalam bahan ringkas ialahsifar. Tanda “–” ditambah kepada keadaan pengoksidaan bagi unsur yang lebih EO, tanda “+” ditambah kepada yang kurang elektronegatif. Sebagai contoh, untuk logam subkumpulan utama, keadaan pengoksidaan dan cas ion adalah tipikal, sama dengan nombor kumpulan dengan tanda "+". Dalam kebanyakan kes, keadaan valensi dan pengoksidaan atom dalam sebatian yang sama adalah sama secara berangka. Hanya apabila berinteraksi dengan lebih banyak atom elektronegatif, keadaan pengoksidaan adalah positif, dengan unsur di mana EO lebih rendah, ia adalah negatif. Konsep "valensi" selalunya digunakan hanya pada bahan struktur molekul.
