Из материалов урока вы узнаете, что постоянство состава вещества объясняется наличием у атомов химических элементов определенных валентных возможностей; познакомитесь с понятием «валентность атомов химических элементов»; научитесь определять валентность элемента по формуле вещества, если известна валентность другого элемента.
Тема: Первоначальные химические представления
Урок: Валентность химических элементов
Состав большинства веществ постоянен. Например, молекула воды всегда содержит 2 атома водорода и 1 атом кислорода – Н 2 О. Возникает вопрос: почему вещества имеют постоянный состав?
Проанализируем состав предложенных веществ: Н 2 О, NaH, NH 3 , CH 4 , HCl. Все они состоят из атомов двух химических элементов, один из которых водород. На один атом химического элемента может приходиться 1,2,3,4 атома водорода. Но ни в одном веществе не будет на один атом водорода приходиться несколько атомов другого химического элемента. Таким образом, атом водорода может присоединять к себе минимальное количество атомов другого элемента, а точнее, только один.
Свойство атомов химического элемента присоединять к себе определенное число атомов других элементов называется валентностью.
Некоторые химические элементы имеют постоянные значения валентности (например, водород(I) и кислород(II)), другие могут проявлять несколько значений валентности (например, железо(II,III), сера(II,IV,VI), углерод(II,IV)), их называют элементами с переменной валентностью . Значения валентности некоторых химических элементов приведены в учебнике.
Зная валентности химических элементов, можно объяснить, почему вещество имеет именно такую химическую формулу. Например, формула воды H 2 O. Обозначим валентные возможности химического элемента с помощью черточек. Водород имеет валентность I, а кислород – II: Н- и -О-. Каждый атом может полностью использовать свои валентные возможности, если на один атом кислорода будет приходиться два атома водорода. Последовательность соединения атомов в молекуле воды можно представить в виде формулы: Н-О-Н.
Формула, в которой показана последовательность соединения атомов в молекуле, называется графической (или структурной ).
Рис. 1. Графическая формула воды
Зная формулу вещества, состоящего из атомов двух химических элементов, и валентность одного из них, можно определить валентность другого элемента.
Пример 1. Определим валентность углерода в веществе СН 4 . Зная, что валентность водорода всегда равна I, а углерод присоединил к себе 4 атома водорода, можно утверждать, что валентность углерода равна IV. Валентность атомов обозначается римской цифрой над знаком элемента: .
Пример 2. Определим валентность фосфорав соединении Р 2 О 5 . Для этого необходимо выполнить следующие действия:
1. над знаком кислорода записать значение его валентности – II (кислород имеет постоянное значение валентности);
2. умножив валентность кислорода на число атомов кислорода в молекуле, найти общее число единиц валентности – 2·5=10;
3. разделить полученное общее число единиц валентностей на число атомов фосфора в молекуле – 10:2=5.
Таким образом, валентность фосфора в данном соединении равна V – .
1. Емельянова Е.О., Иодко А.Г. Организация познавательной деятельности учащихся на уроках химии в 8-9 классах. Опорные конспекты с практическими заданиями, тестами: Часть I. – М.: Школьная Пресса, 2002. (с.33)
2. Ушакова О.В. Рабочая тетрадь по химии: 8-й кл.: к учебнику П.А. Оржековского и др. «Химия. 8 класс» / О.В. Ушакова, П.И. Беспалов, П.А. Оржековский; под. ред. проф. П.А. Оржековского - М.: АСТ: Астрель: Профиздат, 2006. (с. 36-38)
3. Химия: 8-й класс: учеб. для общеобр. учреждений / П.А. Оржековский, Л.М. Мещерякова, Л.С. Понтак. М.: АСТ: Астрель, 2005.(§16)
4. Химия: неорг. химия: учеб. для 8 кл. общеобразоват. учреждений / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М.: Просвещение, ОАО «Московские учебники», 2009. (§§11,12)
5. Энциклопедия для детей. Том 17. Химия / Глав. ред.В.А. Володин, вед. науч. ред. И. Леенсон. – М.: Аванта+, 2003.
Дополнительные веб-ресурсы
1. Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов ().
2. Электронная версия журнала «Химия и жизнь» ().
Домашнее задание
1. с.84 № 2 из учебника «Химия: 8-й класс» (П.А. Оржековский, Л.М. Мещерякова, Л.С. Понтак. М.: АСТ: Астрель, 2005).
2. с. 37-38 №№ 2,4,5,6 из Рабочей тетради по химии: 8-й кл.: к учебнику П.А. Оржековского и др. «Химия. 8 класс» / О.В. Ушакова, П.И. Беспалов, П.А. Оржековский; под. ред. проф. П.А. Оржековского - М.: АСТ: Астрель: Профиздат, 2006.
Существует несколько определений понятия «валентность». Чаще всего этим термином называют способность атомов одного элемента присоединять определённое число атомов других элементов. Часто у тех, кто только начинает изучать химию, возникает вопрос: Как определить валентность элемента?. Сделать это несложно, зная несколько правил.
Валентности постоянные и переменные
Рассмотрим соединения HF, H2S и CaH2. В каждом из этих примеров один атом водорода присоединяет к себе только один атом другого химического элемента, значит его валентность равна одному. Значение валентности записывают над символом химического элемента римскими цифрами.
В приведённом примере атом фтора связан только с одним одновалентным атомом H, значит валентность его тоже равна 1. Атом серы в H2S присоединяет к себе уже два атома H, поэтому она в данном соединении двухвалентна. С двумя водородными атомами связан и кальций в его гидриде CaH2, а значит, и его валентность равна двум.
Кислород в подавляющем большинстве своих соединений двухвалентен, то есть образует две химические связи с другими атомами.
Атом серы в первом случае присоединяет к себе два кислородных атома, то есть всего образует 4 химические связи (один кислород образует две связи, значит сера — два раза по 2), то есть валентность ее равна 4.
В соединении SO3 сера присоединяет уже три атома O, поэтому и валентность ее равна 6 (три раза образует по две связи с каждым атомом кислорода). Атом кальция же присоединяет только один атом кислорода, образуя с ним две связи, значит, его валентность такая же, как и у O, то есть равна 2.
Обратите внимание на то, что атом H одновалентен в любом соединении. Всегда (кроме иона гидроксония H3O(+)) равна 2 валентность кислорода. По две химические связи как с водородом, так и с кислородом образует кальций. Это элементы с постоянной валентностью. Кроме уже указанных, постоянную валентность имеют:
- Li, Na, K, F — одновалентны;
- Be, Mg, Ca, Zn, Cd — обладают валентностью, равной II;
- B, Al и Ga — трехвалентны.
Атом серы, в отличие от рассмотренных случаев, в соединении с водородом имеет валентность, равную II, а с кислородом может быть и четырех- и шестивалентна. Про атомы таких элементов говорят, что они имеют переменную валентность. При этом максимальное ее значение в большинстве случаев совпадает с номером группы, в которой находится элемент в Периодической системе (правило 1).
Из этого правила есть много исключений. Так, элемент 1 группы медь, проявляет валентности и I, и II. Железо, кобальт, никель, азот, фтор, напротив, имеют максимальную валентность, меньшую, чем номер группы. Так, для Fe, Co, Ni это II и III, для N — IV, а для фтора — I.
Минимальное значение валентности всегда соответствует разнице между числом 8 и номером группы (правило 2).
Однозначно определить, какова же валентность элементов, у которых она переменная, можно только по формуле определенного вещества.
Определение валентности в бинарном соединении
Рассмотрим, как определить валентность элемента в бинарном (из двух элементов) соединении. Здесь возможны два варианта: в соединении валентность атомов одного элемента известна точно или же обе частицы с переменной валентностью.
Случай первый:
Случай второй:
Определение валентности по формуле трехэлементной частицы.
Далеко не все химические вещества состоят из двухатомных молекул. Как определить валентность элемента в трёхэлементной частице? Рассмотрим этот вопрос на примере формул двух соединения K2Cr2O7.
Если же вместо калия в формуле будет присутствовать железо, или другой элемент с переменной валентностью, нам потребуется знать, какова же валентность кислотного остатка. Например, нужно вычислить валентности атомов всех элементов в соединении с формулой FeSO4.
Следует отметить, что термин «валентность» чаще использую в органической химии. При составлении формул неорганических соединений чаще используют понятие «степень окисления».
Элемента;
> прогнозировать возможные значения валентности элемента, исходя из его размещения в периодической системе;
> определять значения валентности элементов в бинарных соединениях по их формулам;
> составлять формулы бинарных соединений, исходя из значений валентности элементов.
Значение валентности элемента при необходимости указывают в химической формуле римской цифрой над его символом: В математических расчетах и тексте для этого используют арабские цифры.
Определите валентность элементов в молекулах аммиака NH 3 и метана CH 4 .
Сведения о валентности элементов в веществе можно представить другим способом. Сначала записывают на определенном расстоянии друг от друга символы каждого атома, находящегося в молекуле. Затем одновалентный атом соединяют с другим одной черточкой, от двухвалентного атома проводят две черточки и т. д.:
Такие формулы называют графическими. Они показывают порядок соединения атомов в молекулах.
Молекула простого вещества водорода имеет графическую формулу H-H. Аналогичными являются графические формулы молекул фтора, хлора, брома, иода. Графическая формула молекулы кислорода 0=0, а молекулы
азота .
Составляя такие формулы для молекул сложных веществ, следует иметь в виду, что атомы одного элемента, как правило, не соединены между собой.
Изобразите графические формулы молекул аммиака и метана.
Из графической формулы молекулы легко определить валентность каждого атома. Значение валентности равно количеству черточек, которые исходят от атома.
Для соединений ионного и атомного строения графические формулы не используют.
Валентность элемента и его размещение в периодической системе.
Некоторые элементы имеют постоянную валентность.
Это интересно
В начале XIX в. во взглядах на состав химических соединений господствовал
принцип «наибольшей простоты». Так, формулу воды записывали HO, а не H 2 O.
Гидроген и Флуор всегда одновалентны, а Оксиген
- двухвалентен. Другие элементы с постоянной валентностью находятся в I-III группах периодической системы, причем значение валентности каждого элемента совпадает с номером группы. Так, элемент I группы Литий одновалентен, элемент II группы Магний двухвалентен, а элемент III группы Бор трехвалентен. Исключениями являются элементы I группы Купрум (значения валентности - I и 2) и Аурум (I и 3).
Большинство элементов имеют переменную валентность. Приводим ее значения для некоторых из них:
Плюмбум (IV группа) - 2,4;
Фосфор (V группа) - 3,5;
Хром (VI группа) - 2, 3, 6;
Сульфур (VI группа) - 2, 4, 6;
Манган (VII группа) - 2, 4, 6, 7;
Хлор (VII группа) - I, 3, 5, 7.
Из этих сведений вытекает важное правило: максимальное значение валентности элемента совпадает с номером группы, в которой он находится1. Поскольку в периодической системе
восемь групп, то значения валентности элементов могут быть от I до 8.
Существует еще одно правило: значение валентности неметаллического элемента в соединении с Гидрогеном или с металлическим элементом равно 8 минус номер группы, в которой размещен элемент. Подтвердим его примерами соединений элементов с Гидрогеном. Элемент VII группы Иод в иодоводороде HI одновалентен (8-7=1), элемент VI группы Оксиген в воде H 2 O двухвалентен (8 - 6 = 2), элемент V группы Нитроген в аммиаке
NH3 трехвалентен (8 - 5 = 3).
Определение валентности элементов в бинарном соединении по его формуле.
Бинарным 2 называют соединение, образованное двумя элементами.
1 Существует несколько исключений.
2 Термин происходит от латинского слова binarius - двойной; состоящий из двух частей.
Это интересно
Формулы соединений, образованных тремя и более элементами, составляют иначе.
Выяснить значение валентности элемента в соединении нужно тогда, когда элемент имеет переменную валентность. Как выполняют такое задание , покажем на примере.
Найдем значение валентности Иода в его соединении с Оксигеном, которое имеет формулу I 2 O 5 .
Вы знаете, что Оксиген - двухвалентный элемент. Запишем значение его валентности над символом этого элемента в химической формуле соединения: . На 5 атомов Оксигена приходится 2 * 5 = 10 единиц валентности. Их нужно «распределить» между двумя атомами Иода (10: 2 = 5). Из этого следует, что Иод в соединении пятивалентен.
Формула соединения с обозначением валентности элементов -
Определите валентность элементов в соединениях с формулами CO 2 и Cl 2 O 7 .
Составление химических формул соединений по валентности элементов.
Выполним задание, противоположное предыдущему, - составим химическую формулу соединения Сульфура с Оксигеном, в котором Сульфур шестивалентен.
Сначала запишем символы элементов, образующих соединение, и укажем над ними значения валентности: . Затем находим наименьшее число, которое делится без остатка на оба значения валентности. Это число 6. Делим его на значение валентности каждого элемента и получаем соответствующие индексы в химической формуле соединения: 
.
Для проверки химической формулы используют правило: произведения значений валентности каждого элемента на количество его атомов в формуле одинаковы. Эти произведения для только что выведенной химической формулы: 6 -1 = 2-3.
Запомните, что в формулах соединений, в том числе бинарных, сначала записывают символы металлических элементов, а потом - неметаллических. Если соединение образовано только неметаллическими элементами и среди них есть Оксиген или Флуор, то эти элементы записывают последними.
Это интересно
Порядок записи элементов в формуле соединения Оксигена с Флуором такой: OF 2 .
Составьте химические формулы соединений Бора с Флуором и Оксигеном.
Причины соединения атомов друг с другом и объяснение значений валентности элементов связаны со строением атомов. Этот материал будет рассмотрен в 8 классе.
Выводы
Валентность - это способность атома соединяться с определенным количеством таких же или других атомов.
Существуют элементы с постоянной и переменной валентностью. Гидроген и Флуор всегда одновалентны, Оксиген - двухвалентен.
Значения валентности элементов отражают в графических формулах молекул соответствующим количеством черточек возле атомов.
Произведения значений валентности каждого элемента на количество его атомов в формуле бинарного соединения одинаковы.
?
75. Что такое валентность? Назовите максимальное и минимальное значения валентности химических элементов.
76. Укажите символы элементов, имеющих постоянную валентность: К, Ca, Cu, Cl, Zn, F, Н.
77. Определите валентность всех элементов в соединениях, которые имеют такие формулы: 
78. Определите валентность элементов в соединениях с такими формулами:
a) BaH 2 , V 2 O 5 , MoS 3 , SiF 4 , Li 3 P; б) CuS, TiCI 4 , Ca 3 N 2 , P 2 O 3 , Mn 2 O 7 .
79. Составьте формулы соединений, образованных элементами с постоянной валентностью: Na...H..., Ba...F..., Al...О..., AI...F....
80. Составьте формулы соединений, используя указанные валентности некоторых элементов:
81. Напишите формулы соединений с Оксигеном таких элементов: а) Лития; б) Магния; в) Осмия (проявляет валентность 4 и 8).
82. Изобразите графические формулы молекул CI 2 O, PH 3 , SO 3 .
83. Определите валентность элементов по графическим формулам молекул:
На досуге
«Конструируем» молекулы
Рис. 45. Модель молекулы метана CH 4
По графическим формулам можно изготовлять модели молекул (рис. 45). Самым удобным материалом для этого является пластилин. Из него делают шарикиатомы (для атомов различных элементов используют пластилин разного цвета). Шарики соединяют с помощью спичек; каждая спичка заменяет одну черточку в графической формуле молекулы.
Изготовьте модели молекул H 2 , O 2 , H 2 O (имеет угловую форму), NH3 (имеет форму пирамиды), CO 2 (имеет линейную форму).
Часто люди слышат слово «валентность», не до конца понимая, что это такое. Так что такое валентность? Валентность - один из терминов, которые употребляются в химическом строении. Валентность, по сути, определяет возможность атома образовывать химические связи. Количественно валентность - это число связей, в которых участвует атом.
Что такое валентность элемента
Валентность - это показатель способности атома присоединить другие атомы, образовав с ними, внутри молекулы, химические связи. Число связей атома равно числу его неспаренных электронов. Эти связи называют ковалентными.
Неспаренный электрон - это свободный электрон на внешней оболочке атома, который соединяется в пары с внешним электроном иного атома. Каждая пара таких электронов называется «электронной», а каждый из электронов - валентным. Так определение слова «валентность» - это количество электронных пар, с помощью которых один атом связан с другим атомом.
Валентность схематично можно изобразить в структурных химических формулах. Когда это не нужно, используют простые формулы, где валентность не указана.
Максимальная валентность химических элементов из одной группы периодической системы Менделеева равна порядковому номеру этой группы. Атомы одного и того же элемента могут иметь разную валентность в разных химических соединениях. Полярность ковалентных связей, которые образуются, при этом не учитывается. Вот почему валентность не имеет знака. Также валентность не может быть отрицательной величиной и равняться нулю.
Иногда понятие «валентность» приравнивают к понятию «степень окисления», но это не так, хотя иногда эти показатели действительно совпадают. Степень окисления - это формальный термин, который обозначает возможный заряд, который бы атом получил, если его электронные пары перешли бы к более электрически отрицательным атомам. Тут степень окисления может иметь какой то знак и выражена в единицах заряда. Этот термин распространен в неорганической химии, ведь в неорганических соединениях тяжело судить о валентности. И, наоборот, в органической химии используют валентность, потому что молекулярное строение имеет большая часть органических соединений.
Теперь Вы знаете, что такое валентность химических элементов!
