3 подписчика

6. Валентность

17 февраля 202317 фев 2023

3 мин

Оглавление

Атомный радиус, энергия ионизации и энергия сродства к электрону
Электроотрицательность

Как мы узнали ранее, атомы разными способами могут связываться друг с другом, образуя молекулы. Термин валентность обозначает число атомных связей между атомами. Обычно валентность обозначается римскими цифрами.

Как мы помним одна черточка означает 1 пару электронов, что равняется одной связи. Таким образом мы видим, что в оксиде цинка (ZnO) цинк (Zn) имеет валентность II, в серной кислоте (H2SO4) сера (S) имеет валентность VI, в азотной кислоте (HNO3) азот имеет валентность IV. Можно заметить, что в атоме азотной кислоты от азота к кислородам идет половинчатая связь. Чтобы понять почему это происходит, давайте посмотри на валентность с другой стороны.

Предположим, что с одним атомом одновалентного элемента соединяется один атом другого одновалентного элемента (HСl), а с атомом двухвалентного элемента соединяются два атома одновалентного (H2O) или один атом двухвалентного (CaO). Значит, валентность элемента можно представить как число, которое показывает, со сколькими атомами одновалентного элемента может соединяться атом данного элемента. Для того, чтобы определять валентность необходимо запомнить постоянные валентности:

Одновалентные (I) К, Na, Rb, Li, H, Cs;
Двухвалентные (II) O, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Zn, Cd;
Трехвалентные (III) B, Al, Ga, In.

Итак, чтобы ответить на вопрос относительно азотной кислоты, который мы поставили выше, давайте обратимся к теме, которую мы уже разбирали, а именно механизмы образования химической связи.

Рис. 2 Механизм образование связей в молекуле HNO3

Как видно из рисунка 3 (сцепление различных электронов показано разными цветами), у молекулы азота на внешнем слое есть 3 неспаренных электрона. При этом у молекулы кислорода их 2. В свою очередь на 1 атом азота приходится 3 атома кислорода. При этом нельзя забывать, что у нас также есть атом водорода. Как видно из рисунка 3, атом кислорода слева от азота без проблем нашел 2 связи (пристроил 2 своих неспаренных электрона) - один с азотом и другой с водородом. А вот на оставшиеся 2 атома кислорода остается по одному неспаренному электрону азота. Получается так, что один из атомов кислорода забирает на себя 2 электрона по обменному механизму (бирюзовый цвет) и другому кислороду ничего не остается. Поэтому, чтобы образовать связь с азотом, атому кислорода приходится пользовать донорно-акцепторным механизмом образования связи (бардовый цвет). В общем эти два атома кислорода (которые выше и ниже азота) ничем не отличаются друг от друга. Поэтому принято обозначать, что они как бы делят одну связь с азотом друг между другом. Отсюда и получается вязь равная 1/2 (рисунок 2). Не так очевидно, неправда ли? Но, если начинаешь визуализировать, то все становится более понятным.

Атомный радиус, энергия ионизации и энергия сродства к электрону

Для общего понимания, а так, чтобы подготовить школьников и студентов начальных курсов к новым теориям, необходимо отдельно обратить внимание на такое понятие, как атомный радиус. Размер отдельного атома не определён. Это связано с тем, что внешняя граница атома размыта, за счет вероятного нахождения электрона в разных точках пространства около ядра. В связи с этим определяют либо орбитальный радиус (расстояние от ядра до максимально удаленной точки электронной плотности) или ковалентный радиус (радиус атома, связанного с другими атомами в молекуле или кристалле). С увеличением числа энергетических уровней атомный радиус возрастает.

Энергия ионизации - это энергия, которая необходима для отрыва наименее прочносвязанного с ядром электрона от изолированного невозбужденного атома в газовой фазе и измеряется в кДж/моль. Например, мы помним, что у лития (Li) всего 3 электрона. Энергия ионизации первого равно 520 кДж/моль, второго 7298 кДж/моль, третьего 11815 кДж/моль.

Энергия сродства к электрону - это энергия, которая выделяется или поглощается при присоединении электрона к изолированному атому данного элемента в газовой фазе.

У благородных газов (VIIIa группа), а также цинка (Zn), кадмия (Cd) и ртути (Hg) она равна 0. Это связано с тем, что у данных атомов на внешнем слое уже максимальное количество электронов.

Присоединение первого электрона к атому всегда сопровождается выделением энергии (за исключение атома азота). При присоединении остальных электронов 2, 3 и т.д. энергия падает. Энергию наоборот необходимо затратить для присоединения очередного электрона.