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.
Значения валентности по водороду и кислороду различаются. Например, сера в соединении H2S двухвалентна, а в формуле SO3 - шестивалентна. Углерод образует с кислородом монооксид CO и диоксид CO2. В первом соединении валентность C равна II, а во втором - IV. Такое же значение в метане CH4.- Читайте подробнее на FB.ru:
Большинство элементов проявляет не постоянную, а переменную валентность , например, фосфор, азот, сера. Поиски основных причин этого явления привели к возникновению теорий химическй связи, представлений о валентной оболочке электронов, молекулярных орбиталях. Существование разных значений одного и того же свойства получило объяснение с позиций строения атомов и молекул.
Постоянная валентность. Эволюция понятия "валентность". Последовательность действий при определении валентности атомов элементов в соединениях, составление формулы. 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.
Согласно той теории валентности, которую выдвигал Кекуле, для углерода принималась одна постоянная валентность , тогда как поведение многих других элементов, как, впрочем, и самого углерода, очевидным образом противоречило понятию о постоянной валентности. Например, электроотрицательные элементы, такие, как хлор и сера, соединяются с кислородом в различных пропорциях элементы электроположительные, такие, как железо, дают несколько окислов. Логика требовали принять, что один и тот же элемент, смотря по обстоятельствам, может проявлять различные степени валентности. Как следствие из наблюдавшихся фактов и еще более из закона кратных отношений возникает понятие о многовалентности или переменной валентности. Все н<е, как заметил Эрлен-мейер следует полагать, что каждый элемент обладает максимальной валентностью , ему свойственной и. для него характерной, но которую он не всегда может проявить. Хотя на первый взгляд это предположение вполне приемлемо, не обошлось без серьезных возражений в самом деле, поскольку максимальная валентность есть характеристическое свойство атома, то соединения, в которых реализуется этот максимум, должны бы быть более устойчивыми. Максимальная валентность химического элемента – это число электронов во внешней электронной оболочке его атома. Понятие валентности тесно связано с Периодическим законом Менделеева. Если внимательно посмотреть на таблицу Менделеева, можно заметить: положение элемента в периодической системе и его валентность нерарывно связаны.
Валентность - II (минимальная ) Валентность – IV (высшая) Высшая (максимальная ) валентность в большинстве своем совпадает с номером группы химического элемента.
Схема образования химической связи: перекрывание внешних атомных орбиталей взаимодействующих атомов. Порядок связи. Простые и кратные связи. Би и пи- связи – разновидности неполярных и полярных химических связей.
Основные положения метода валентных связей. 1.Ковалентную химическую связь образуют два электрона с противоположными спинами, принадлежащие двум атомам. Например, при сближении двух атомов водорода происходит частичное перекрывание их электронных орбиталей и образуется общая пара электронов H× + × H = H: H
Ковалентная связь может быть образована и по донорно-акцепторному механизму. Механизм образования ковалентной связи за счёт электронной пары одного атома (донора) и другого атома (акцептора), предоставляющего для этой пары свободную орбиталь, называется донорно-акцепторным.
В качестве примера возьмём механизм образования иона аммония NH4+. В молекуле NH3 три поделённые электронные пары образуют три связи N- H, четвёртая пара внешних электронов является не поделённой, она может дать связь с ионом водорода, в результате получается ион аммония NH4+ . Ион NH4+ имеет четыре ковалентных связи, причем все четыре связи N-H равноценны, то есть электронная плотность равномерно распределена между ними.
2. При образовании ковалентной химической связи происходит перекрывание волновых функций электронов (электронных орбиталей), при этом связь будет тем прочнее, чем больше это перекрывание.
3. Ковалентная химическая связь располагается в том направлении, в котором возможность перекрывания волновых функций электронов, образующих связь будет наибольшей.
4. Валентность атома в нормальном (невозбужденном) состоянии определяется:
Числом неспаренных электронов, участвующих в образовании общих электронных пар с электронами других атомов;
Наличием донорной способности (за счёт одной неподелённой электронной пары).
В возбужденном состоянии валентность атома определяется:
Числом неспаренных электронов;
Числом вакантных орбиталей, способных акцептировать электронные пары доноров.
Таким образом, валентность выражается небольшими целыми числами и не имеет знака. Мерой валентности является число химических связей, которыми данный атом соединён с другими.
К валентным относятся прежде всего электроны внешних уровней, но для элементов побочных подгрупп к ним относятся и электроны предпоследних (предвнешних) уровней.
- одновалентны водород, галогены, щелочные металлы
- двухвалентны кислород, щелочноземельные металлы.
- трехвалентны алюминий (Al) и бор (B).
- высшая валентность соответстует (равна) номеру группы;
- низшая же валентность определяется формулой: номер группы - 8.
- II в соединении H2S
- IV в соединении SO2
- VI в соединении SO3
Для того чтобы определить валентность того или иного вещества, вам нужно взглянуть на периодическую таблицу химических элементов Менделеева, обозначения римскими цифрами будут являться валентностями тех или иных веществ в этой таблице. К примеру, НО, водород (Н) будет всегда одновалентным а, а кислород (О) всегда двухвалентным. Вот ниже некая шпаргалка, которая как я полагаю поможет вам)
В первую очередь стоит отметить, что химические элементы могут иметь как постоянную, так и переменную валентность. Что касается постоянной валентности, то такие элементы вам просто напросто необходимо заучить
Одновалентными считаются щелочные металлы, водород, а также галогены;
А вот трхвалентен бор и алюминий.
Итак, теперь давайте пройдмся по таблице Менделеева для определения валентности. Самая высокая валентность для элемента всегда приравнивается к его номеру группы
Низшая валентность же узнатся путм вычитания из 8 номера группы. Низшей валентностью наделены неметаллы в большей степени.
Химические элементы могут быть постоянной или переменной валентности. Элементы с постоянной валентностью необходимо выучить. Всегда
Валентность можно определить по таблице Менделеева . Высшая валентность элемента всегда равна номеру группы, в которой он находится.
Низшей переменной валентностью чаще всего обладают неметаллы. Чтобы узнать низшую валентность, из 8 вычитают номер группы - в результате будет искомая величина. Например, сера находится в 6 группе и е высшая валентность - VI, низшая валентность будет II (86=2).
Согласно школьному определению валентность это способность химического элемента образовывать то или иное количество химических связей с другими атомами.
Как известно, валентность бывает постоянной (когда химический элемент образует всегда одно и то же количество связей с другими атомами) и переменной (когда в зависимости от того или иного вещества валентность одного и того же элемента изменяется).
Определить валентность нам поможет периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева.
Действуют такие правила:
1) Максимальная валентность химического элемента равняется номеру группы. Например, хлор находится в 7-й группе, а значит, у него максимальная валентность равна 7. Сера: она в 6-й группе, значит, у не максимальная валентность равна 6.
2) Минимальная валентность для неметаллов равна 8 минус номер группы. Например, минимальная валентность того же хлора равна 8 7, то есть 1.
Увы, из обоих правил имеются исключения.
Например, медь находится в 1-й группе, однако максимальная валентность меди равна не 1, а 2.
Кислород находится в 6-й группе, но у него валентность почти всегда 2, а вовсе не 6.
Полезно помнить ещ следующие правила:
3) Все щелочные металлы (металлы I группы, главной подгруппы) всегда имеют валентность 1 . Например, валентность натрия всегда равна 1, потому что это щелочной металл.
4) Все щлочно-земельные металлы (металлы II группы, главной подгруппы) всегда имеют валентность 2 . Например, валентность магния всегда равна 2, потому что это щлочно-земельный металл.
5) Алюминий всегда имеет валентность 3.
6) Водород всегда имеет валентность 1.
7) Кислород практически всегда имеет валентность 2.
8) Углерод практически всегда имеет валентность 4.
Следует помнить, что в разных источниках определения валентности могут отличаться.
Более или менее точно валентность можно определить как количество общих электронных пар, посредством которых данный атом связан с другими .
Согласно такому определению, валентность азота в HNO3 равна 4, а не 5. Пятивалентным азот быть не может, потому что в таком случае вокруг атома азота кружилось бы 10 электронов. А такого не может быть, потому что максимум электронов составляет 8.
Валентность любого химического элемента - это его свойство, а точнее свойство его атомов (атомов этого элемента) удерживать какое - то количество атомов, но уже другого хим - ого элемента.
Существуют Хим - ие элементы как с постоянной, так и с переменной валентностью, которая меняется в зависимости от того в соединение с каким элементом он (данный элемент) находится или же вступает.
Валентности некоторых химических элементов:
Перейдем теперь к тому, как же определяется валентность элемента по таблице.
Итак, валентность можно определить по таблице Менделеева :
Из школьного курса по химии мы знаем, что все химические элементы могут быть с постоянной или же переменной валентностью. Элементы у которых постоянная валентность нужно просто запомнить (например водород, кислород, щелочные металлы и другие элементы). Валентность легко определить по таблице Менделеева, которая есть в любом учебнике по химии. Высшая валентность соответствует своему номеру группы, в которой она расположена.
Валентность какого-либо элемента можно определить по самой таблице Менделеева, по номеру группы.
По крайней мере, так можно поступать в случае с металлами, ведь их валентность равна номеру группы.
С неметаллами немного другая история: их высшая валентность (в соединениях с кислородом) также равна номеру группы, а вот низшую валентность (в соединениях с водородом и металлами) нужно определять по следующей формуле: 8 - номер группы.
Чем больше работаешь с химическими элементами, тем лучше запоминаешь и их валентность. А для начала хватит и такой шпаргалки:
Розовым цветом выделены те элементы, чья валентность непостоянна.
Валетность- это способность атомов одних химических элементов присоединить к себе атомы других элементов. Для успешного написания формул, правильного решения задач необходимо хорошо знать, как определить валентность. Для начала нужно выучить все элементы с постоянной валентностью. Вот они: 1. Водород, галогены, щелочные металлы(всегда одновалентны) ; 2. Кислород и щелочноземельные металлы (двухвалентны) ; 3. B и Al (трехвалентны) . Чтобы определить валентность по таблице Менделеева , нужно выяснить в какой группе стоит химический элемент и определить, находится он в основной группе или побочной.
Элемент может иметь одну или несколько валентностей.
Максимальная валентность элементов равна числу валентных электронов. Мы можем определить валентность, зная расположение элемента в периодической таблице. Максимальное число валентности равно номеру группы, в которой находится необходимый элемент.
Валентность обозначается римской цифрой и, как правило, пишется в правом верхнем углу символа элемента.
Некоторые элементы могут иметь разную валентность в разных соединениях.
Например, сера имеет следующие валентности:
Правила определения валентности не как просты в использовании, поэтомуих нужно запомнить.
Определять валентность по таблице Менделеева просто. Как правило она соответствует номеру группы в которой элемент расположен. Но есть элементы, которые в разных соединениях могут иметь разную валентность. В этом случае речь идет о постоянной и переменной валентности. Переменная может быть максимальной, равной номеру группы, а может быть минимальной или промежуточной.
Но гораздо интереснее определять валентность в соединениях. Для этого существует ряд правил. Прежде всего легко определить валентность элементов если один элемент в соединении обладает постоянной валентностью, например это кислород или водород. Слева ставится восстановитель, то есть элемент с положительной валентностью, справа - окислитель, то есть элемент с отрицательной валентностью. Индекс элемента с постоянной валентностью умножается на эту валентность и делится на индекс элемента с неизвестной валентностью.
Пример: оксиды кремния. Валентность кислорода -2. Найдем валентность кремния.
SiO 1*2/1=2 Валентность кремния в моноксиде равна +2.
SiO2 2*2/1=4 Валентность кремния в диоксиде равна +4.
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).