Приветствую любителей неорганической химии. Сегодня начнем разбирать задание № 4 из ОГЭ. Тема этого задания, как она сформулирована на сайте «Решу ОГЭ»: «Валентность и степень окисления химических элементов». Задание повышенной сложности и оценивается от 1 до 2 баллов. Балл снимают за одну ошибку.
Тема действительно сложная для понимания. Валентность исторически более старый термин. Связан с понятием общих электронных пар. Степень окисления связана с количеством отданных/принятых электронов.
Попробую рассказать нюансы в ИНСТРУКЦИИ:
1. Химические связи бывают ковалентные (полярные и неполярные), ионные, металлические. Это то, что рассматривается в обычном школьном курсе химии. Ковалентные связи – между неметаллами, ионные связи – между металлом и неметаллом, между металлом и сложным ионом, состоящим их неметаллов, между ионами, каждый из которых состоит из нескольких атомов. Металлическая связь – между атомами металлов.
2. Ковалентная связь образуется за счет обобществления электронов двух или более атомов и образования общих электронных пар.
3. Так вот валентность – число общих электронных пар или число химических связей, образованных данным атомом с другими атомами. Еще раз – валентность считают по числу образованных общих пар электронов.
- 4. А теперь запомним навсегда!
- Валентность кислорода О – 2;
- валентность водорода Н – 1;
- валентность углерода С – 2 и 4;
- валентность галогенов F, Cl, Br, I – у всех 1, у Cl, Br, I еще 3, 5, 7;
- валентность азота N – 2, 3, 4!!!
5. При составлении химических формул используем валентность. Например, формула углекислого газа, где углерод имеет валентность 4 и соединен с кислородом с валентностью 2:
углерод может образовать 4 пары электронов с другим атомом, а кислород – только 2 пары. Чтобы получилось 4 пары электронов, надо взять на 1 атом углерода 2 атома кислорода и будет им счастье СО2.
Рассмотрим составление формулы метана: углерод – 4 пары электронов, водород – 1 пара электронов. На 1 атом углерода возьмем 4 атома водорода, получим СН4.
Оксид азота 2: атом азота предоставляет 2 электрона, атом кислорода – 2 электрона. Получается 2 электронных облака, но для этого нужно только по одному атому каждого вида, получаем NO.
Оксид азота 3: азот дает 3 электрона, а кислород 2 электрона. Значит остается у азота 1 неспаренный электрон. Берем еще один атом кислорода. Электроны азота соединены полностью, но остался электрон у кислорода. Берем еще атом азота. Теперь у этого второго атома азота осталось 2 неспаренных электрона. Берем еще один атом кислорода и его 2 неспаренных электрона. Все потребности атомов закрыты. Для чего понадобилось 2 атома азота (6 электронов) и 3 атома кислорода (6 электронов), формула N2O3. думаю, любители математики поняли, что для сочетания четная-нечетная валентность надо искать наименьшее общее кратное и проставлять индексы в формуле крест-накрест.
Оксид азота 4: здесь все просто – один атом азота предоставляет 4 электрона, 2 атома кислорода тоже дают 4 электрона, получаем NO2.
Оксид азота 5… Имеет формулу N2O5. А валентность азота здесь (та-дам!) – 4!!! Просто за счет того, что для электронов азота нет свободных электронных слоев (орбиталей), куда электроны «распариваются» перед «спариванием». Максимальная валентность азота 4 – это надо простить и принять. И запомнить.
Теперь несколько заданий с сайта «Решу ОГЭ» именно про валентность. В целом заданий про валентность мало по сравнению с заданиями на степень окисления, но они труднее для понимания.
Тип 4 № 20569
Установите соответствие между формулой вещества и валентностью серы в данном веществе: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА
А) H2S
Б) Na2SO3
В) SO3
ВАЛЕНТНОСТЬ СЕРЫ
1) VI
2) II
3) III
4) IV
Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
Решение.
Валентность — способность атома химического элемента образовывать химические связи. В сероводороде сера имеет валентность II (две одинарных связи с водородом), в сульфите натрия — валентность IV (одна двойная связь с кислородом и две одинарных связи с другими атомами водорода), в серном ангидриде — валентность серы VI (три двойные связи с атомами кислорода).
A Б В
2 4 1
Ответ: 241.
Комментарий к заданию. Говорить о валентности как об общих электронных парах можно между атомами неметаллов. Для сероводорода H2S все понятно – 2 атома водорода с валентностью 1 образуют 2 пары общих электронов с атомом серы, 2 пары электронов – валентность 2.
Аналогично с серным ангидридом SO3: 3 атома кислорода с валентностью 2 каждый дают 6 электронов для образования общих пар. Атом серы находится в 6 группе Таблицы Менделеева, имеет 6 электронов на внешнем уровне. Итого получим 6 пар общих электронов, валентность серы =6.
Сульфит натрия Na2SO3 имеет ионные и ковалентные связи: 2 атома металла Na отдали по одному своему электрону двум атомам кислорода, значит у этих атомов кислорода осталось только по одному неспаренному электрону. Плюс у третьего атома кислорода свободны как обычно, 2 электрона. Всего свободных электронов 4, с атомом серы может образоваться 4 общих пары, валентность серы =4.
Но! Довольно часто понятие валентность применяют и для соединений с ионной связью! Например, в оксиде кальция CaO можно говорить о валентности кальция =2, хотя считают, что кальций как бы полностью отдает свои электроны кислороду и про общее электронное облако речи не идет. Здесь про количество связей как таковых. В последнем примере этой статьи будет аналогичная ситуация с бромидом кальция.
Тип 4 № 10742
Установите соответствие между формулой соединения и валентностью хлора в этом соединении: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
ФОРМУЛА СОЕДИНЕНИЯ
А) HClO3
Б) CCl4
В) Cl2O
ВАЛЕНТНОСТЬ ХЛОРА
1) V
2) IV
3) II
4) I
Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:
Решение.
Валентность — способность атома химического элемента образовывать химические связи. Валентность хлора в хлорноватой кислоте HClO3 равна V (по две связи с двумя атомами кислорода и одна связь с гидроксильной группой), в тетрахлорметане CCl4 — I (четыре одинарных связи углерод — хлор), в оксиде хлора (I) Cl2O — I (мостиковый кислород имеет две одинарных связи с двумя атомами хлора).
A Б В
1 4 4
Ответ: 144.
Тип 4 № 10761
Установите соответствие между формулой соединения и валентностью фосфора в этом соединении: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
ФОРМУЛА СОЕДИНЕНИЯ
А) Н3РО4
Б) Р2О3
В) НРО3
ВАЛЕНТНОСТЬ ФОСФОРА
1) V
2) IV
3) III
4) II
Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:
Решение.
Валентность — способность атома химического элемента образовывать химические связи. В ортофосфорной кислоте фосфор имеет валентность V (одна двойная связь с кислород и три одинарных связи с гидроксильными группами), в оксиде фосфора (III) — валентность III (одна одинарная связь с мостиковым кислородом и одна двойная связь с другим атомом кислорода), в метафосфорной кислоте — валентность V (одна одинарная связь с гидроксильной группой и две двойные с атомами кислорода).
A Б В
1 3 1
Ответ: 131.
Тип 4 № 10762
Установите соответствие между формулой соединения и валентностью брома в этом соединении: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
ФОРМУЛА СОЕДИНЕНИЯ
А) HBrO
Б) CaBr2
В) Br2O5
ВАЛЕНТНОСТЬ БРОМА
1) I
2) II
3) IV
4) V
Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:
Решение.
Валентность — способность атома химического элемента образовывать химические связи. В бромноватистой кислоте бром имеет валентность I (одна одинарная связь с гидроксильной группой), в бромиде кальция — валентность I (одна одинарная связь с кальцием у каждого атома брома), в оксиде брома (V) — валентность V (одна одинарная связь с мостиковым кислородом и две двойные связи с кислородами).
A Б В
1 4 4
Ответ: 114.
На этом пока остановлюсь. В следующей части рассмотрим понятие степени окисления и как ее считать.