Валентность — это способность атома соединяться с другими атомами, определяемая количеством связей, которые он способен образовывать.
Простыми словами валентность показывает , сколько связей образует атом.
Пример : У атома углерода в основном состоянии 2 неспаренных углерода, валентность II. Однако если перевести атом в возбужденное состояние, то количество неспаренных электронов становится равным 4-валентность равна IV, поскольку он может образовать 4 связи с другими атомами. (например, в метане CH₄).
На примере углекислого газа видно, что неспаренные электроны углерода и кислорода соединяются вместе, образуя пары ( связи). Углерод образует 4 связи, а каждый из кислородов по две.
У любого элемента есть два вида валентности: постоянная валентность и переменная:
- Высшая валентность равна номеру группы.
Исключение: азот - максимальная валентность азота в соединениях — IV! Кислород- максимальная валентность кислорода III. Фтор- максимальная валентность I.
- Низшая валентность вычисляется как 8-№ группы.
- Промежуточные валентности находятся между высшей и низшей.
В обычном (основном или стационарном)состоянии электроны занимают одно положение, которое закреплено в периодической системе. Это минимальная валентность элемента. Но при переходе в возбужденное состояние электроны перераспределяются, меняют свое положение относительно энергетических уровней, из-за чего меняется и валентность. Отсюда и появляются разные валентности. ( не все элементы способны переходить в возбужденное состояние.)
Химические связи могут образовываться за счет:
- Неспаренных электронов на внешнем энергетическом уровне (ВЭУ). Валентность напрямую связана с количеством валентных (внешних) электронов, которые элемент может потерять, получить или поделить с другими атомами.
- Неподеленных электронных пар
- Свободных орбиталей на ВЭУ. Некоторые элементы имеют большее желание образовывать связи благодаря своей радиусной сфере, наличию вакантных орбитальной, энергии и свойствам, что тоже влияет на валентность.
Есть два основных механизма формирования связей:
- обменный
Простыми словами два неспаренных электрона формируют общую электронную пару. Как будто договариваются работать вместе.
- донорно-акцепторный
Это когда у одного атома ( ион или молекула) есть место, а у другого пара свободных электронов, которые необходимо пристроить.
Можно сделать вывод , что валентность зависит от нескольких факторов :
- Электронная конфигурация : Это распределение электронов по энергетическим уровням. Чем больше валентных электронов, тем больше потенциальных связей может образовать атом.
- Групповая принадлежность в периодической таблице : Элементы в одной группе имеют схожую электронную структуру и, следовательно, аналогичную валентность. Например, все щелочные металлы (группа 1) имеют валентность I.
- Тип связей : Разные типы химических связей (ковалентные, ионные) могут также влиять на валентность. Атом может изменять свою валентность в зависимости от того, с какими другими атомами он связывается.
- Состояние вещества : В некоторых случаях валентность может меняться в зависимости от условий (например, температуры или давления). Это часто наблюдается у переходных металлов.
Степень окисления (СО) — это условный заряд, вычисленный на основе предположения, что все связи в данном соединении являются ионными ( молекула состоит из ионов) и показывает, сколько электронов он «притянул» или, наоборот, «отдал» при образовании химической связи. Она может быть положительной, отрицательной или равной нулю.
❗️❗️❗️Катионы образуются путем потери электронов.
Анионы путем увеличения числа электронов.
Вновь на примере с углекислым газов :
Углерод отдал 4 электрона, поэтому приобрел заряд +4, а каждый кислород принял по 2, поэтому у кислорода заряд -2.
Степень окисления, как и валентность, может быть:
- высшая, она будет равна номеру группы;
Исключения:
— побочные подгруппы I и VIII групп;
— кислород (максимальная +2);
— фтор (максимальная 0).
- промежуточная;
- низшая
Степень окисления атома в простом веществе равна нулю.
Степень окисления химических элементов обозначают римской или арабской цифрой с предшествующим знаком (в отличие от заряда иона, где знак ставится после числа).
Алгебраическая сумма степеней окисления атомов в многозарядном ионе равна заряду иона. Значение степени окисления обычно является целочисленным и может изменяться от –4 до +8.
Итак, в чем же разница между валентностью и степенью окисления?
- Степень окисления отражает изменение состояния электрона в процессе химической реакции. Она касается потока электронов и окислительно-восстановительных процессов.
- Валентность описывает количество связей, которые образует атом, и чаще всего используется для определения типа соединений, которые он может образовывать.
📌Степень окисления важно учитывать при анализе реакций окисления и восстановления, а также при написании уравнений реакций.
📌Валентность используется для определения структуры молекул и их химических свойств.
Примеры
В угле (C) валентность составляет 4, так как он может образовать четыре связи с другими атомами. Степень окисления углерода может варьироваться от -4 до +4 в зависимости от соединения (например, в метане (CH₄) она -4, а в углекислом газе (CO₂) +4).
Таким образом, степень окисления и валентность служат различным целям и помогают понять разные аспекты химического поведения атомов.