Валентность железа в соединении с серой. Высшая валентность элемента в большинстве случаев совпадает с номером группы, в которой находится данный элемент. Валентность и химический анализ

Железо (Fe, Ferrum) называют металлом жизни! И, как правильно отметил советский минералог академик А. Е. Ферсман: «Не будь железа, на Земле не смогло бы существовать ничто живое, ведь этот химический элемент входит в кровь всех представителей животного мира нашей планеты». Сегодня доказано, что железо - универсальный элемент, который обеспечивает функционирование более сотни белков и ферментов в нашем организме. В составе гема железо является одним из компонентов гемоглобина - универсальной молекулы, обеспечивающей связывание, транспорт и передачу кислорода клеткам различных органов и тканей, а также миоглобина - гемсодержащего белка мышечной ткани. Кроме того, железо участвует в ряде биологически важних процессов среди которых процесс деления клеток, биосинтезе ДНК, коллагена, а также в функциональной активности иммунной и нервной систем. И если по каким-либо причинам в нашем организме не хватает железа, то происходит сбой в работе всего организма, степень и выраженность которого пропорциональна степени недостатка этого микроэлемента.

В целом, в организме взрослого здорового человека содержится примерно 4–5 г железа.

Источником поступления в организм железа является пища.

Различают два вида железа: гемовое и негемовое. Гемовое железо входит в состав гемоглобина. Оно содержится лишь в небольшой части пищевого рациона (мясные продукты), всасывается на 20-30%, на его всасывание практически не влияют другие компоненты пищи. Негемовое железо находится в свободной ионной форме - двухвалентного (Fe II) или трехвалентного железа (Fe III). Большая часть пищевого железа - негемовое (содержится преимущественно в овощах). Степень его усвоения ниже, чем гемового, и зависит от целого ряда факторов. Из продуктов питания усваивается только двухвалентное негемовое железо. Чтобы восстановить трехвалентное железо в двухвалентное, необходим восстановитель (соляная кислота, аскорбиновая кислота, янтарная кислота и др.)

Сбалансированная ежедневная диета содержит около 5–10 мг железа (гемового и негемового), но всасывается не более 1–2 мг.

Обмен железа в организме осуществляется в замкнутой системе. Его суточный расход составляет в среднем 1–1,5 мг (при отсутствии потерь крови). Равновесие поддерживается за счет поступления извне такого же количества железа.

Обмен железа в организме включает следующие процессы:

• всасывание в кишечнике;
• транспорт к тканям (трансферрин);
• утилизацию тканями (миоглобин, гем, негемовые ферменты);
• депонирование (ферритин, гемосидерин);
• экскрецию и потери.

Важно отметить, что чем больше дефицит железа в организме, тем интенсивней происходит всасывание его в кишечнике, при анемиях в процессе всасывания участвуют все отделы тонкого кишечника!

Большая часть железа из разрушающихся эритроцитов (более 20 мг ежесуточно) вновь поступает в гемоглобин. Общая потеря железа при десквамации клеток кожи и кишечника достигает около 1 мг в сутки, около 0,4 мг выделяется с калом, 0,25 мг - с желчью, менее 0,1 мг - с мочой. Указанные потери являются общими для мужчин и женщин.

Кроме того, каждая женщина за одну менструацию теряет 15–25 мг железа. Во время беременности и кормления грудью в сутки ей требуется дополнительно около 20–30 мг железа. Принимая во внимание, что суточное поступление железа с пищей составляет только 1–3 мг, в указанные физиологические периоды женщины имеют отрицательный баланс железа.

Основные фонды железа в организме условно можно подразделить на:

• гемовое (клеточное) железо: составляет значительную часть (70–75%) от общего количества железа в организме, участвует во внутреннем обмене железа и входит в состав гемоглобина, миоглобина, ферментов (цитохромов, каталаз, пероксидазы, НАДН-дегидрогеназы), металлопротеидов (аконитазы и др.);
• внеклеточное (транспортное): свободное железо плазмы и железосвязывающие сывороточные белки (трансферрин, лактоферрин), участвующие в транспорте железа;
• депонированное железо находится в организме в виде двух белковых соединений - ферритина и гемосидерина - с преимущественным отложением в печени, селезенке и мышцах (включается в обмен при недостаточности клеточного железа).

Замечено, что железодефицитные состояния встречаются гораздо чаще, чем малое содержание других микроэлементов или витаминов и являются самой распространенной патологией среди населения различных стран!

Недостаток железа в организме, причины и проявления

Недостаток железа возникает в результате несоответствия между потребностями организма в железе и его поступлением (или потерями). Железодефицитные состояния когут варьировать от скрытого дефицита железа (прелатентный и латентный дефицит железа) до железодефицитной анемии (ЖДА) - клинико-гематологического симптомокомплекса, характеризующегося нарушением образования гемоглобина вследствие дефицита железа в сыворотке крови и костном мозге, а также развитием трофических нарушений в органах и тканях.

При наличии дефицита железа происходит последовательное истощение основных его фондов. Фонд депонированного железа в условиях дефицита истощается в первую очередь. При этом количества в организме этого металла, необходимого для функционирования тканевых ферментов и синтеза гема, достаточно и клинических признаков дефицита железа нет. Фонд железа в составе транспортных белков ослабляется после истощения запасов депо. При уменьшении железа в составе транспортных белков возникает дефицит его в тканях, вследствие чего происходит снижение активности железосодержащих тканевых ферментов. Клинически это проявляется развитием сидеропенического синдрома. Истощение гемового фонда железа происходит в последнюю очередь. Уменьшение запасов этого металла в составе гемоглобина приводит к нарушению транспорта кислорода в ткани, что проявляется развитием анемического синдрома.

Причины развития железодефицита/ЖДА

Дефицит железа развивается как следствие неадекватного его поступления в организм, особенно на фоне повышенной потребности, увеличения потерь железа с кровью либо на фоне снижения абсорбции железа его из ЖКТ (см. табл. 4).

Лечение и профилактика

Своевременная диагностика и коррекция стадий ЖДС (предлатентного и латентного дефицита железа), предшествующих ЖДА, позволяют предупреждать ее развитие и связанные с ней нарушения в работе организма.

Целью терапии железодефицитных состояний является устранение дефицита железа до полного восстановления его запасов в организме. Для этого, с одной стороны, необходимо устранить причины, приведшие к развитию ЖДС, а с другой - проводить возмещение дефицита железа в организме.

Принципы лечения железодефицитных состояний сформулированы Л.И. Идельсоном еще в 1981 г. и остаются актуальными в настоящее время:

• возместить дефицит железа только с помощью диетотерапии без препаратов железа невозможно;
• терапия ЖДА должна проводиться преимущественно пероральными препаратами железа;
• терапия не должна прекращаться после нормализации уровня гемоглобина;
• гемотрансфузии при ЖДА должны проводиться только по жизненным показаниям.

Что касается терапии ЖДС у бе-ременных и детей, пациентов с патологией ЖКТ и пожилых пациентов, то ВОЗ настоятельно рекомендует применять железодержащие препараты на основе глюконата, фумарата либо других безопасных органических солей у данных пациентов в связи с более высокой усвояемостью органических солей железа и лучшей переносимостью.

Такого же мнения придерживается и Британское общество гастроэнтерологов. Для лечения железодефицитной анемии рекомендуют использовать органические соли двухвалентного железа (глюконат, фумарат) в жидкой форме как высокоэффективные и хорошо переносимые.

С учетом данных рекомендаций огромный интерес вызывает французский препарат ТОТЕМА на основе органической соли 2-х валентного железа (глюконат железа II) и эссенциальных микроэлементов - меди и марганца, производства компании Laboratoire Innotech International.

Препарат ТОТЕМА представляет собой раствор для орального применения в ампулах по 10 мл. Каждая упаковка содержит 20 ампул.

Действующие вещества препарата ТОТЕМА и их количество в 1 апмуле (10 мг):

• Железа (в виде железа глюконата) - 50 мг;
• Марганца (в виде марганца глюконата) - 1,33 мг;
• Меди (в виде меди глюконата) - 0, 7 мг

Уникальный состав препарата ТОТЕМА максимально соответствует физиологии обмена железа, где марганец и медь являются синергистами железа.

Исследованиями доказано, что в организме человека железо, медь и марганец находятся в конкурентном динамическом равновесии. Повышенное поступление в организм одного из них нарушает баланс других за счет потребления этим микроэлементом белков-переносчиков. В то же время при введении в организм сразу трех микроэлементов наблюдается их синергизм.

В практике любого врача или фармацевта основными критериями, при выборе конкретного препарата всегда являються: максимально высокая эффективность и безопасность, а также хорошая переносимость препарата. Данным критериям на все 100 % соответствует препарат ТОТЕМА, не имеющий аналогов на фармацевтическом рынке Украины.

Свойства препарата ТОТЕМА, обеспечивающие максимальную эффективность препарата

• Основа препарата ТОТЕМА - органическая соль 2-х валентного железа

Органичность и валентность железосодержащих солей в препаратах для терапии ЖДС определяют эффективность и безопасность препарата.

Что касается валентности соли железа, установлено, что при поступлении в организм железо всасывается через магний содержащие белки-транспортеры 2-х валентних металлов, поэтому 2-х валентные соли - быстрей и эффективней абсорбируются, чем 3-х валентные солевые соединения, которые еще проходят процедуру восстановления, а потом только происходит их частичное всасывание.

Также известно, что органические соли железа (глюконат железа) отличаются более высокой усвояемостью и лучшей переносимостью по сравнению с неорганическими, за счет более высокой физиологичности.

• Синергичность действующих веществ

Медь и марганец в составе препарата ТОТЕМА проявляют синергичность в отношении железа, повышая его адсорбцию следующим образом:

• марганец посредством особых белков (ДМТ1-белки), являющихся ион-транспортерами двухвалентных металлов с помощью которых глюконат железа всасывается в дуоденальных энтероцитах, а также происходит рецептор-опосредованный захват железа из трансферрина внутрь клеток;
• медь является составляющей медьзависимых феррооксидаз: гефестина (на базальной мембране энтероцитов) и церулоплазмина (в плазме крови) посредством которых железо окисляется до трехвалентного состояния, что является обязательным условием в первом случае - адсорбции железа в энтероциты, а во втором - дальнейшего связывания железа с транспортным белком-трансферрином.

Марганец и медь также наряду с железом принимают участие в синтезе гемоглобина. Марганец путем регуляции уровня железа в митохондриях с помощью Mn-зависимой супероксид редуктазы. Медь является основным активатором гемоглобина.

Еще одним преимуществом присутствия в составе препарата ТОТЕМА меди и марганца является то, что они обеспечивают антиоксидантную защиту в организме человека, посредством церрулоплазмина (медь) и спецефических супероксид дисмутаз (медь, марганец).

• Жидкая лекарственная форма препарата Тотема

При пероральном приеме раствор равномерно распределяется по слизистой, таким образом, обеспечивая максимальный контакт препарата с абсорбирующей поверхностью кишечных ворсинок и следовательно максимальную всасываемость действующих веществ.

Свойства препарата ТОТЕМА, обеспечивающие максимальную безопасность при эффективной терапии ЖДС

• Оптимальное усвоение железа без развития оксидантного стресса

Чрезвычайно важным моментом при лечении ЖДС препаратами железа является обеспечение максимальной антиоксидантной защиты. Доказанным является тот факт, что при лечении ЖДС препаратами, содержащими только железо, снижается синтез антиоксидантного фермента Mn-супероксиддис-мутазы, вследствие конкуренции Fe с Mn за участок связывания на уровне транскрипции данного фермента. Учитывая, что на фоне предшествующего дефицита железа, уже снижена активность каталазы, разлагающей перекись водорода, а также на фоне гипоксии повышено перекисное окисление липидов, дополнительное снижение антиоксидантной защиты приводит к активному повреждению тканей, контактирующих с ионами железа (слизистые ЖКТ, печень и молодые эритроциты).

Избежать столь сильнейшего оксидантного стресса и в тоже время эффективно восполнить дефицит железа позволяет сбалансированный состав препарата ТОТЕМА. Так как именно медь и марганец - микроэлементы, обеспечивающие функционирование антиоксидантной системы (медь в составе церулоплазмина и супероксиддисмутазы, марганец - в составе супероксиддисмутазы), что обеспечивает ингибирование супероксидного и ферритинзависимого перикисного окисления липидов.

• Форма выпуска - ампулы - низкий риск отравления железом

При употреблении препаратов железа важно соблюдать рекомендованный дозовый режим и комплаентость так как передозировка солями железа может привести к раздражению и некрозу желудочно-кишечного тракта, особенно у детей. В этом плане ампульная форма выпуска препарата ТОТЕМА снижает риск передозивки (особенно у детей), в связи с особенностью открытия ампул.

• Применение у детей/беременных или кормящих женщин

Безопасность применения препарата ТОТЕМА у детей подтверждена клиническими исследованиями, в результате чего препарат разрешен к применению у детей с 1-го месяца жизни. Также в результате ограниченных наблюдений относительно применения препарата ТОТЕМА беременными и кормящими женщинами не выявлено нежелательных эффектов относительно беременных, течения беременности, плода и новорожденного. На этом основании препарат разрешен к применению женщинам в период кормления грудью и беременным на протяжении второго и третього триместров беременности или начиная с 4-го месяца беременности.

Свойства препарата ТОТЕМА, обеспечивающие хорошую переносимость

• Более быстрая абсорбция питьевого раствора, минимальное раздражение слизистой оболочки ЖКТ

В отличие от таблетированных лекарственных форм, суспензия препарата ТОТЕМА не скапливается локально в большой концентрации, а распределяется равномерно по всей площади адсорбирующей поверхности тонкого кишечника, что снижает к минимуму раздражение слизистой оболочки ЖКТ и способствует более быстрой адсорбции действующих веществ, обеспечивая тем самым хорошую переносимость препарата.

Согласно инструкции по медицинскому применению, препарат ТОТЕМА показан как для лечения железодефицитной анемии так и для профилактики железодефицита у беременных женщин, недоношенных младенцев, близнецов или детей, рожденных женщинами с железодефицитом, а также у людей, чей рацион питания не содержит достаточного количества железа.

Противопоказан данный препарат при: избытке железа в организме (особенно на фоне нормоцитарной анемии или гиперсидероемии, например талассемия), регулярных гемотрансфузиях; одновременном применении парентеральных форм железа; кишечной непроходимости; железорефракторной анемии; анемии, связанной с недостаточностью медулярного кроветворения; гиперчувствительности к компонентам препарата; непереносимости фруктозы.

Принимать препарат за 30 минут до начала приема пищи или спустя 2 часа после еды;

• Для лучшего всасывания и снижения возможных нежелательных явлений со стороны желудочно-кишечного тракта рекомендуется разбавлять содержимое ампулы в минимум 100 мл воды или сока;
• Начинать прием препарата (первые 2–3 дня) с минимальных доз 50 мг (1 ампула), затем постепенно увеличивать дозу до необходимой лечебной 100–200 мг (зависит от тяжести дефицитного состояния) и принимать в лечебной дозе до нормализации уровня гемоглобина. Далее перейти на профилактическую дозировку до нормализации показателей депо железа. Для пациентов с воспалительными заболеваниями ЖКТ разовую дозу можно делить на 2–3 приема для лучшей переносимости. Полный курс лечения, как правило, составляет 2–4 месяца, в зависимости от первоначальной тяжести железодефицита;
• По возможности принимать препарат через трубочку или споласкивать ротовую полость сразу после приема препарата, чтобы снизить вероятность окрашивания эмали зубов.

Таким образом, ТОТЕМА представляет собой уникальный комплексный антианемический препарат, содержащий три важнейших незаменимых элемента - железо, медь и марганец - в оптимальных дозах, обеспечивающих физиологические потребности организма в этих микроэлементах, характеризующийся максимальной эффективностью, безопасностью и отличной переносимостью, что несомненно делает его препаратом выбора в корректировке железодефицитных состояний и лечении железодефицитной анемии!

Лина Овсиенко, клинический провизор

Одной из важных в изучении школьных тем является курс, касающийся валентности. Об этом пойдет речь в статье.

Валентность – что это такое?

Валентность в химии означает свойство атомов химического элемента привязывать к себе атомы другого элемента. В переводе с латыни – сила. Выражается она в числах. Например, валентность водорода всегда будет равняться единице. Если взять формулу воды – Н2О, ее можно представить в виде Н – О – Н. Один атом кислорода смог связать с собой два атома водорода. Значит, количество связей, которые создает кислород, равно двум. И валентность этого элемента будет равняться двум.

В свою очередь, водород будет двухвалентным. Его атом может быть соединен только с одним атомом химического элемента. В данном случае с кислородом. Говоря точнее, атомы в зависимости от валентности элемента, образуют пары электронов. Сколько таких пар образовано – таковой и будет валентность. Числовое значение именуется индексом. У кислорода индекс 2.

Как определить валентность химических элементов по таблице Дмитрия Менделеева

Посмотрев на таблицу элементов Менделеева, можно заметить вертикальные ряды. Их называют группами элементов. От группы зависит и валентность. Элементы первой группы имеют первую валентность. Второй – вторую. Третьей – третью. И так далее.

Есть также элементы с постоянным индексом валентности. Например, водород, группа галогенов, серебро и так далее. Их необходимо выучить обязательно.

Как определить валентность химических элементов по формулам?

Иногда сложно определить по таблице Менделеева валентность. Тогда нужно смотреть конкретную химическую формулу. Возьмем оксид FeO. Здесь и у железа, как у кислорода, индекс валентности будет равняться двум. А вот в оксиде Fe2O3 – по-другому. Железо будет трехвалентным.

Нужно помнить всегда разные способы определения валентности и не забывать их. Знать постоянные ее числовые значения. У каких элементов они есть. И, конечно, пользоваться таблицей химических элементов. А также изучать отдельные химические формулы. Лучше представлять их в схематическом виде: Н – О – Н, например. Тогда видны связи. И количество черточек (тире) будет числовым значением валентности.

Понятие валентности сыграло в истории химии большую роль, прояснив, каким образом, в каких соотношениях и почему атомы разных химических элементов могут соединяться друг с другом. В случае простейших неорганических и органических соединений теория работала. Однако со временем, как это обычно и бывает в науке, накапливались сведения, которые постепенно заставили химиков отказаться от понятия валентности как универсального способа для описания строения вещества.

Прежде всего, оказалось, что многие элементы, в отличие от водорода и кислорода, могут иметь не одну, а несколько валентностей, так что водород и кислород скорее исключения. Но с этой трудностью довольно легко справились ещё в XIX веке, приписав ряду элементов несколько возможных валентностей.

В результате стало понятно, почему некоторые вещества, образованные всего двумя элементами, могут так сильно отличаться по составу. Например, в одном из оксидов железа (то есть в соединении железа и кислорода) на одну массовую часть железа приходится примерно 0,3 массовые части кислорода, а в другом оксиде — вдвое больше.

Выяснилось, что железо в этих оксидах имеет разную валентность: в оксиде FeO железо двухвалентно, а в оксиде Fe2О3 — трёхвалентно.

Был известен также оксид железа Fe3О4. Какая же в нём валентность железа?

Если кислород двухвалентен, то получается, что валентность железа 2-4/3 = 8/3! Как такое может быть?

Проблему решили, когда было доказано, что в этом оксиде один атом железа двухвалентен, а два — трёхвалентны, то есть формулу этого оксида можно представить в виде FeO Fe2О3. Аналогично была решена проблема со свинцовым суриком, состав которого отвечает формуле Рb3О4.

Но атомы свинца трёхвалентными не бывают. В данном случае оказалось, что два атома свинца двухвалентны (как в РbО), а один — четырёхвалентен (как в РbО2), так что формулу свинцового сурика можно представить в виде 2РbО РbО2.

Многовалентными могут быть и металлы, и неметаллы. Так, йод в соединениях с фтором может быть одновалентным (IF), трёхвалентным (IF3), пятивалентными (IF5) и семивалентным (IF7), то есть проявлять четыре разные валентности, тогда как фтор всегда одновалентен.

Металл молибден в соединениях с галогенами может проявлять валентности 2, 3,4, 5 и 6. Разная валентность у атомов данного элемента — скорее правило, чем исключение. Такое свойство весьма обогащает химию.

Например, углерод с кислородом образует два газа — угарный СО и углекислый СО2, и понятно, что валентность углерода в этих соединениях разная. Сера с кислородом тоже образует по крайней мере два соединения — сернистый газ SО2 и серный ангидрид SО3, в которых сера, как нетрудно догадаться, имеет валентность соответственно 4 и 6. Существование разнообразных оксидов марганца (МnО, Мn2О3, Мn3О4, МnО2, Мn2О7 и др.) показывает, что марганец может иметь несколько разных валентностей.

Валентность в названиях веществ часто обозначают римскими цифрами — в скобках после символа или названия элемента. Химик может назвать вещество FeO оксидом железа (II), а вещество Fe2О3 — оксидом железа (III). И поскольку кислород образует соединения со значительно большим числом элементов, чем водород, химики чаще всего устанавливали валентности элементов именно по их соединениям с кислородом.

Когда химики изучили сложные органические соединения, оказалось, что атомы углерода в них, как и в молекуле метана, практически всегда четырёхвалентны. Четырёхвалентность атомов углерода сыграла огромную роль в истории органической химии; это свойство исключительно важно также для всего живого, поскольку химия органических соединений — это в подавляющем большинстве случаев химия углерода.

Как же объясняется определённая валентность элемента? Оказывается, это связано со строением атомов, вернее, их внешних (то есть наиболее далёких от ядра) электронных оболочек.

Строение этих оболочек у разных атомов разное, поэтому отличается и их валентность.

Именно благодаря электронам атомы могут связываться друг с другом в определённых соотношениях.

Каким же образом электроны осуществляют химическую связь, то есть связывают атомы друг с другом? Химическая связь бывает разной, и её тип зависит от строения электронных оболочек реагирующих атомов.

Известно, что металлический натрий бурно (с пламенем) реагирует с хлором, образуя хлорид натрия NaCl (поваренную соль). Как происходит образование этого вещества?

Рассмотрим изолированный атом натрия. У него 11 электронов, расположенных на трёх электронных оболочках.

На самой близкой к ядру находятся 2 электрона. Дальше — 8 электронов.

По этой же причине натрий находится в 1 — й группе периодической системы. Электронную оболочку, на которой расположен этот «дальний» электрон, называют валентной, а находящийся на ней электрон (или электроны, если их несколько) — валентными электронами.

На уроках химии вы уже познакомились с понятием валентности химических элементов. Мы собрали в одном месте всю полезную информацию по этому вопросу. Используйте ее, когда будете готовиться к ГИА и ЕГЭ.

Валентность и химический анализ

Валентность – способность атомов химических элементов вступать в химические соединения с атомами других элементов. Другими словами, это способность атома образовывать определенное число химических связей с другими атомами.

С латыни слово «валентность» переводится как «сила, способность». Очень верное название, правда?

Понятие «валентность» - одно из основных в химии. Было введено еще до того, как ученым стало известно строение атома (в далеком 1853 году). Поэтому по мере изучения строения атома пережило некоторые изменения.

Так, с точки зрения электронной теории валентность напрямую связана с числом внешних электронов атома элемента. Это значит, что под «валентностью» подразумевают число электронных пар, которыми атом связан с другими атомами.

Зная это, ученые смогли описать природу химической связи. Она заключается в том, что пара атомов вещества делит между собой пару валентных электронов.

Вы спросите, как же химики 19 века смогли описать валентность еще тогда, когда считали, что мельче атома частиц не бывает? Нельзя сказать, что это было так уж просто – они опирались на химический анализ.

Путем химического анализа ученые прошлого определяли состав химического соединения: сколько атомов различных элементов содержится в молекуле рассматриваемого вещества. Для этого нужно было определить, какова точная масса каждого элемента в образце чистого (без примесей) вещества.

Правда, метод этот не без изъянов. Потому что определить подобным образом валентность элемента можно только в его простом соединении со всегда одновалентным водородом (гидрид) или всегда двухвалентным кислородом (оксид). К примеру, валентность азота в NH 3 – III, поскольку один атом водорода связан с тремя атомами азота. А валентность углерода в метане (СН 4), по тому же принципу, – IV.

Этот метод для определения валентности годится только для простых веществ. А вот в кислотах таким образом мы можем только определить валентность соединений вроде кислотных остатков, но не всех элементов (кроме известной нам валентности водорода) по отдельности.

Как вы уже обратили внимание, обозначается валентность римскими цифрами.

Валентность и кислоты

Поскольку валентность водорода остается неизменной и хорошо вам известна, вы легко сможете определить и валентность кислотного остатка. Так, к примеру, в H 2 SO 3 валентность SO 3 – I, в HСlO 3 валентность СlO 3 – I.

Аналогчиным образом, если известна валентность кислотного остатка, несложно записать правильную формулу кислоты: NO 2 (I) – HNO 2 , S 4 O 6 (II) – H 2 S 4 O 6 .

Валентность и формулы

Понятие валентности имеет смысл только для веществ молекулярной природы и не слишком подходит для описания химических связей в соединениях кластерной, ионной, кристаллической природы и т.п.

Индексы в молекулярных формулах веществ отражают количество атомов элементов, которые входят в их состав. Правильно расставить индексы помогает знание валентности элементов. Таким же образом, глядя на молекулярную формулу и индексы, вы можете назвать валентности входящих в состав элементов.

Вы выполняете такие задания на уроках химии в школе. Например, имея химическую формулу вещества, в котором известна валентность одного из элементов, можно легко определить валентность другого элемента.

Для этого нужно только запомнить, что в веществе молекулярной природы число валентностей обоих элементов равны. Поэтому используйте наименьшее общее кратное (соответсвует числу свободных валентностей, необходимых для соединения), чтобы определить неизвестную вам валентность элемента.

Чтобы было понятно, возьмем формулу оксида железа Fe 2 O 3 . Здесь в образовании химической связи участвуют два атома железа с валентностью III и 3 атома кислорода с валентностью II. Наименьшим общим кратным для них является 6.

• Пример: у вас есть формулы Mn 2 O 7 . Вам известна валентность кислорода, легко вычислить, что наименьше общее кратное – 14, откуда валентность Mn – VII.

Аналогичным образом можно поступить и наоборот: записать правильную химическую формулу вещества, зная валентности входящих в него элементов.

• Пример: чтобы правильно записать формулу оксида фосфора, учтем валентность кислорода (II) и фосфора (V). Значит, наименьшее общее кратное для Р и О – 10. Следовательно, формула имеет следующий вид: Р 2 О 5 .

Хорошо зная свойства элементов, которые они проявляют в различных соединениях, можно определить их валентность даже по внешнему виду таких соединений.

Например: оксиды меди имеют красную (Cu 2 O) и черную (CuО) окраску. Гидроксиды меди окрашены в желтый (CuОН) и синий (Cu(ОН) 2) цвета.

А чтобы ковалентные связи в веществах стали для вас более наглядными и понятными, напишите их структурные формулы. Черточки между элементами изображают возникающие между их атомами связи (валентности):

Характеристики валентности

Сегодня определение валентности элементов базируется на знаниях о строении внешних электронных оболочек их атомов.

Валентность может быть:

• постоянной (металлы главных подгрупп);
• переменной (неметаллы и металлы побочных групп):
• высшая валентность;
• низшая валентность.

Постоянной в различных химических соединениях остается:

• валентность водорода, натрия, калия, фтора (I);
• валентность кислорода, магния, кальция, цинка (II);
• валентность алюминия (III).

А вот валентность железа и меди, брома и хлора, а также многих других элементов изменяется, когда они образуют различные химические соедения.

Валентность и электронная теория

В рамках электронной теории валентность атома определеяется на основании числа непарных электронов, которые участвуют в образовании электронных пар с электронами других атомов.

В образовании химических связей участвуют только электроны, находящиеся на внешней оболочке атома. Поэтому максимальная валентность химического элемента – это число электронов во внешней электронной оболочке его атома.

Понятие валентности тесно связано с Периодическим законом, открытым Д. И. Менделеевым. Если вы внимательно посмотрите на таблицу Менделеева, легко сможете заметить: положение элемента в перодической системе и его валентность неравзрывно связаны. Высшая валентность элементов, которые относятся к одной и тоже группе, соответсвует порядковому номеру группы в периодичнеской системе.

Низшую валентность вы узнаете, когда от числа групп в таблице Менделеева (их восемь) отнимете номер группы элемента, который вас интересует.

Например, валентность многих металлов совпадает с номерами групп в таблице периодических элементов, к которым они относятся.

Таблица валентности химических элементов

Порядковый номер хим. элемента (атомный номер)	Наименование	Химический символ	Валентность
1	Водород / Hydrogen Гелий / Helium Литий / Lithium Бериллий / Beryllium Углерод / Carbon Азот / Nitrogen Кислород / Oxygen Фтор / Fluorine Неон / Neon Натрий / Sodium Магний / Magnesium Алюминий / Aluminum Кремний / Silicon Фосфор / Phosphorus Сера / Sulfur Хлор / Chlorine Аргон / Argon Калий / Potassium Кальций / Calcium Скандий / Scandium Титан / Titanium Ванадий / Vanadium Хром / Chromium Марганец / Manganese Железо / Iron Кобальт / Cobalt Никель / Nickel Медь / Copper Цинк / Zinc Галлий / Gallium Германий /Germanium Мышьяк / Arsenic Селен / Selenium Бром / Bromine Криптон / Krypton Рубидий / Rubidium Стронций / Strontium Иттрий / Yttrium Цирконий / Zirconium Ниобий / Niobium Молибден / Molybdenum Технеций / Technetium Рутений / Ruthenium Родий / Rhodium Палладий / Palladium Серебро / Silver Кадмий / Cadmium Индий / Indium Олово / Tin Сурьма / Antimony Теллур / Tellurium Иод / Iodine Ксенон / Xenon Цезий / Cesium Барий / Barium Лантан / Lanthanum Церий / Cerium Празеодим / Praseodymium Неодим / Neodymium Прометий / Promethium Самарий / Samarium Европий / Europium Гадолиний / Gadolinium Тербий / Terbium Диспрозий / Dysprosium Гольмий / Holmium Эрбий / Erbium Тулий / Thulium Иттербий / Ytterbium Лютеций / Lutetium Гафний / Hafnium Тантал / Tantalum Вольфрам / Tungsten Рений / Rhenium Осмий / Osmium Иридий / Iridium Платина / Platinum Золото / Gold Ртуть / Mercury Талий / Thallium Свинец / Lead Висмут / Bismuth Полоний / Polonium Астат / Astatine Радон / Radon Франций / Francium Радий / Radium Актиний / Actinium Торий / Thorium Проактиний / Protactinium Уран / Uranium	H	I (I), II, III, IV, V I, (II), III, (IV), V, VII II, (III), IV, VI, VII II, III, (IV), VI (I), II, (III), (IV) I, (III), (IV), V (II), (III), IV (II), III, (IV), V (II), III, (IV), (V), VI (II), III, IV, (VI), (VII), VIII (II), (III), IV, (VI) I, (III), (IV), V, VII (II), (III), (IV), (V), VI (I), II, (III), IV, (V), VI, VII (II), III, IV, VI, VIII (I), (II), III, IV, VI (I), II, (III), IV, VI (II), III, (IV), (V) Нет данных Нет данных (II), III, IV, (V), VI

В скобках даны те валентности, которые обладающие ими элементы проявляют редко.

Валентность и степень окисления

Так, говоря о степени окисления, подразумевают, что атом в веществе ионной (что важно) природы имеет некий условный заряд. И если валентность – это нейтральная характеристика, то степень окисления может быть отрицательной, положительной или равной нулю.

Интересно, что для атома одного и того же элемента, в зависимости от элементов, с которыми он образует химическое соединение, валентность и степень окисления могут совпадать (Н 2 О, СН 4 и др.) и различаться (Н 2 О 2 , HNO 3).

Заключение

Углубляя свои знания о строении атомов, вы глубже и подробнее узнаете и валентность. Эта характеристика химических элементов не является исчерпывающей. Но у нее большое прикладное значение. В чем вы сами не раз убедились, решая задачи и проводя химические опыты на уроках.

Эта статья создана, чтобы помочь вам систематизировать свои знания о валентности. А также напомнить, как можно ее определить и где валентность находит применение.

Надеемся, этот материал окажется для вас полезным при подготовке домашних заданий и самоподготовке к контрольным и экзаменам.

сайт, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

Валентность - это способность атома данного элемента образовывать определенное количество химических связей.

Образно говоря, валентность - это число "рук", которыми атом цепляется за другие атомы. Естественно, никаких "рук" у атомов нет; их роль играют т. н. валентные электроны.

Можно сказать иначе: валентность - это способность атома данного элемента присоединять определенное число других атомов.

Необходимо четко усвоить следующие принципы:

Существуют элементы с постоянной валентностью (их относительно немного) и элементы с переменной валентностью (коих большинство).

Элементы с постоянной валентностью необходимо запомнить:

Остальные элементы могут проявлять разную валентность.

Высшая валентность элемента в большинстве случаев совпадает с номером группы, в которой находится данный элемент.

Например, марганец находится в VII группе (побочная подгруппа), высшая валентность Mn равна семи. Кремний расположен в IV группе (главная подгруппа), его высшая валентность равна четырем.

Следует помнить, однако, что высшая валентность не всегда является единственно возможной. Например, высшая валентность хлора равна семи (убедитесь в этом!), но известны соединения, в которых этот элемент проявляет валентности VI, V, IV, III, II, I.

Важно запомнить несколько исключений : максимальная (и единственная) валентность фтора равна I (а не VII), кислорода - II (а не VI), азота - IV (способность азота проявлять валентность V - популярный миф, который встречается даже в некоторых школьных учебниках).

Валентность и степень окисления - это не тождественные понятия.

Эти понятия достаточно близки, но не следует их путать! Степень окисления имеет знак (+ или -), валентность - нет; степень окисления элемента в веществе может быть равна нулю, валентность равна нулю лишь в случае, если мы имеем дело с изолированным атомом; численное значение степени окисления может НЕ совпадать с валентностью. Например, валентность азота в N 2 равна III, а степень окисления = 0. Валентность углерода в муравьиной кислоте = IV, а степень окисления = +2.

Если известна валентность одного из элементов в бинарном соединении, можно найти валентность другого.

Делается это весьма просто. Запомните формальное правило: произведение числа атомов первого элемента в молекуле на его валентность должно быть равно аналогичному произведению для второго элемента .

В соединении A x B y: валентность (А) x = валентность (В) y

Пример 1 . Найти валентности всех элементов в соединении NH 3 .

Решение . Валентность водорода нам известна - она постоянна и равна I. Умножаем валентность Н на число атомов водорода в молекуле аммиака: 1 3 = 3. Следовательно, для азота произведение 1 (число атомов N) на X (валентность азота) также должно быть равно 3. Очевидно, что Х = 3. Ответ: N(III), H(I).

Пример 2 . Найти валентности всех элементов в молекуле Cl 2 O 5 .

Решение . У кислорода валентность постоянна (II), в молекуле данного оксида пять атомов кислорода и два атома хлора. Пусть валентность хлора = Х. Составляем уравнение: 5 2 = 2 Х. Очевидно, что Х = 5. Ответ: Cl(V), O(II).

Пример 3 . Найти валентность хлора в молекуле SCl 2 , если известно, что валентность серы равна II.

Решение . Если бы авторы задачи не сообщили нам валентность серы, решить ее было бы невозможно. И S, и Cl - элементы с переменной валентностью. С учетом дополнительной информации, решение строится по схеме примеров 1 и 2. Ответ: Cl(I).

Зная валентности двух элементов, можно составить формулу бинарного соединения.

В примерах 1 - 3 мы по формуле определяли валентность, попробуем теперь проделать обратную процедуру.

Пример 4 . Составьте формулу соединения кальция с водородом.

Решение . Валентности кальция и водорода известны - II и I соответственно. Пусть формула искомого соединения - Ca x H y . Вновь составляем известное уравнение: 2 x = 1 у. В качестве одного из решений этого уравнения можно взять x = 1, y = 2. Ответ: CaH 2 .

"А почему именно CaH 2 ? - спросите вы. - Ведь варианты Ca 2 H 4 и Ca 4 H 8 и даже Ca 10 H 20 не противоречат нашему правилу!"

Ответ прост: берите минимально возможные значения х и у. В приведенном примере эти минимальные (натуральные!) значения как раз и равны 1 и 2.

"Значит, соединения типа N 2 O 4 или C 6 H 6 невозможны? - спросите вы. - Следует заменить эти формулы на NO 2 и CH?"

Нет, возможны. Более того, N 2 O 4 и NO 2 - это совершенно разные вещества. А вот формула СН вообще не соответствует никакому реальному устойчивому веществу (в отличие от С 6 Н 6).

Несмотря на все сказанное, в большинстве случаев можно руководствоваться правилом: берите наименьшие значения индексов.

Пример 5 . Составьте формулу соединения серы с фтором, если известно, что валентность серы равна шести.

Решение . Пусть формула соединения - S x F y . Валентность серы дана (VI), валентность фтора постоянна (I). Вновь составляем уравнение: 6 x = 1 y. Несложно понять, что наименьшие возможные значения переменных - это 1 и 6. Ответ: SF 6 .

Вот, собственно, и все основные моменты.

А теперь проверьте себя! Предлагаю пройти небольшой тест по теме "Валентность" .