Как ставится валентность. Постоянная и переменная валентность
Энциклопедичный YouTube
-
1 / 5
Однако точное и позже полностью подтверждённое понимание феномена валентности было предложено в 1852 году химиком Эдуардом Франклендом в работе, в которой он собрал и переосмыслил все существовавшие на тот момент теории и предположения на этот счёт . Наблюдая способность к насыщению разных металлов и сравнивая состав органических производных металлов с составом неорганических соединений, Франкленд ввёл понятие о «соединительной силе » (соединительном весе ), положив этим основание учению о валентности. Хотя Франкленд и установил некоторые частные закономерности, его идеи не получили развития.
Решающую роль в создании теории валентности сыграл Фридрих Август Кекуле . В 1857 г. он показал, что углерод является четырёхосновным (четырёхатомным) элементом, и его простейшим соединением является метан СН 4 . Уверенный в истинности своих представлений о валентности атомов, Кекуле ввёл их в свой учебник органической химии: основность, по мнению автора - фундаментальное свойство атома, свойство такое же постоянное и неизменяемое, как и атомный вес . В 1858 г. взгляды, почти совпадающие с идеями Кекуле, высказал в статье «О новой химической теории » Арчибальд Скотт Купер .
Уже три года спустя, в сентябре 1861 г. А. М. Бутлеров внёс в теорию валентности важнейшие дополнения. Он провёл чёткое различие между свободным атомом и атомом, вступившим в соединение с другим, когда его сродство «связывается и переходит в новую форму ». Бутлеров ввёл представление о полноте использования сил сродства и о «напряжении сродства », то есть энергетической неэквивалентности связей, которая обусловлена взаимным влиянием атомов в молекуле. В результате этого взаимного влияния атомы в зависимости от их структурного окружения приобретают различное «химическое значение ». Теория Бутлерова позволила дать объяснение многим экспериментальным фактам, касавшимся изомерии органических соединений и их реакционной способности.
Огромным достоинством теории валентности явилась возможность наглядного изображения молекулы. В 1860-х гг. появились первые молекулярные модели . Уже в 1864 г. А. Браун предложил использовать структурные формулы в виде окружностей с помещёнными в них символами элементов, соединённых линиями, обозначающими химическую связь между атомами; количество линий соответствовало валентности атома. В 1865 г. А. фон Гофман продемонстрировал первые шаростержневые модели, в которых роль атомов играли крокетные шары. В 1866 г. в учебнике Кекуле появились рисунки стереохимических моделей , в которых атом углерода имел тетраэдрическую конфигурацию.
Первоначально за единицу валентности была принята валентность атома водорода. Валентность другого элемента можно при этом выразить числом атомов водорода, которое присоединяет к себе или замещает один атом этого другого элемента. Определенная таким образом валентность называется валентностью в водородных соединениях или валентностью по водороду: так, в соединениях HCl, H 2 O, NH 3 , CH 4 валентность по водороду хлора равна единице, кислорода – двум, азота – трём, углерода – четырём.
Валентность кислорода, как правило, равна двум. Поэтому, зная состав или формулу кислородного соединения того или иного элемента, можно определить его валентность как удвоенное число атомов кислорода, которое может присоединять один атом данного элемента. Определенная таким образом валентность называется валентностью элемента в кислородных соединениях или валентностью по кислороду: так, в соединениях K 2 O, CO, N 2 O 3 , SiO 2 , SO 3 валентность по кислороду калия равна единице, углерода – двум, азота – трём, кремния – четырём, серы – шести.
У большинства элементов значения валентности в водородных и в кислородных соединениях различны: например, валентность серы по водороду равна двум (H 2 S), а по кислороду шести (SO 3). Кроме того, большинство элементов проявляют в разных своих соединениях различную валентность [некоторые элементы могут не иметь ни гидридов, ни оксидов]. Наприм., углерод образует с кислородом два оксида: монооксид углерода CO и диоксид углерода CO 2 . В монооксиде углерода валентность углерода равна двум, а в диоксиде – четырём (некоторые элементы способны образовывать также пероксиды). Из рассмотренных примеров следует, что охарактеризовать валентность элемента каким-нибудь одним числом и/или методом, как правило, нельзя.
Современные представления о валентности
С момента возникновения теории химической связи понятие «валентность» претерпело существенную эволюцию. В настоящее время оно не имеет строгого научного толкования, поэтому практически полностью вытеснено из научной лексики и используется, преимущественно, в методических целях.
В основном, под валентностью химических элементов обычно понимается способность свободных его атомов (в более узком смысле - мера его способности) к образованию определённого числа ковалентных связей . В соединениях с ковалентными связями валентность атомов определяется числом образовавшихся двухэлектронных двухцентровых связей. Именно такой подход принят в теории локализованных валентных связей , предложенной в 1927 году В. Гайтлером и Ф. Лондоном . Очевидно, что если в атоме имеется n неспаренных электронов и m неподелённых электронных пар , то этот атом может образовывать n + m ковалентных связей с другими атомами . При оценке максимальной валентности следует исходить из электронной конфигурации гипотетического, т. н. «возбуждённого» (валентного) состояния. Например, максимальная валентность атома бора, углерода и азота равна 4 (например, в − , CH 4 и +), фосфора - 5 (PCl 5), серы - 6 (H 2 SO 4), хлора - 7 (Cl 2 O 7).
Число связей, которые может образовывать атом, равно числу его неспаренных электронов , идущих на образование общих электронных пар (молекулярных двухэлектронных облаков). Ковалентная связь может образовываться также по донорно-акцепторному механизму . При этом в обоих случаях не учитывается полярность образовавшихся связей , а потому валентность не имеет знака - она не может быть ни положительной, ни отрицательной, в отличие от степени окисления (N 2 , NO 2 , NH 3 и +).Кроме валентности по водороду и по кислороду, способность атомов данного элемента соединяться друг с другом или с атомами других элементов в ряде случаев можно выразить [часто и отождествить] иными способами: как, например, степень окисления элемента (условный заряд атома в предположении, что вещество состоит из ионов), ковалентность (число химических связей, образуемых атомом данного элемента, в том числе и с одноимённым элементом; см. ниже), координационное число атома (число атомов, непосредственно окружающих данный атом) и т. п. Эти характеристики могут быть близки и даже совпадать количественно, но ни коим образом не тождественны друг другу . Например, в изоэлектронных молекулах азота N 2 , монооксида углерода CO и цианид-ионе CN − реализуется тройная связь (то есть валентность каждого атома равна 3), однако степень окисления элементов равна, соответственно, 0, +2, −2, +2 и −3. В молекуле этана (см. рис.) углерод четырёхвалентен, как и в большинстве органических соединений, тогда как степень окисления равна −3.
Особенно это справедливо для молекул с делокализованными химическими связями, например в азотной кислоте степень окисления азота равна +5, тогда как азот не может иметь валентность выше 4. Известное из многих школьных учебников правило - «Максимальная валентность элемента численно равна номеру группы в Периодической таблице» - относится исключительно к степени окисления. Понятия «постоянной валентности» и «переменной валентности» также преимущественно относятся к степени окисления.
Ковалентность элемента (мера валентных возможностей элементов; ёмкость насыщения) определяется общим числом неспаренных электронов [валентных электронных пар ] как в нормальном, так и в возбуждённом состоянии атома, или, иначе говоря, число образуемых атомом ковалентных связей (углерод 2s 2 2p 2 II-ковалентен, а в возбуждённом состоянии C* 2s 1 2p 3 - IV-ковалентный; таким образом в CO и CO 2 валентность составляет II или IV, а ковалентность - II и /или IV). Так, ковалентность азота в молекулах N 2 , NH 3 , Al≡N и цианамиде Ca=N-C≡N равна трём, ковалентность кислорода в молекулах H 2 O и CO 2 - двум, ковалентность углерода в молекулах CH 4 , CO 2 и кристалле (алмаза) - четырём.
В классическом и/или пост-квантовохимическом представлении по электронным спектрам поглощения двухатомных молекул можно определять число оптических (валентных) электронов при данной энергии возбуждения . Согласно этому методу, обратная величина тангенса угла наклона корреляционной прямой/прямых (при релевантных значениях молекулярных электронных термов, которые образованы относительными суммами атомных) соответствует числу пар валентных электронов, то есть валентности в её классическом понимании .
Между валентностью [стехиометрической] в данном соединении, мольной массой его атомов и его эквивалентной массой существует простое соотношение, непосредственно вытекающее из атомной теории и определения понятия «эквивалентная масса ».CO - валентность , так как большинство неорганических веществ имеет немолекулярное строение, а органических - молекулярное. Нельзя отождествлять эти два понятия, даже если они численно совпадают. Широко применяется также термин «валентные электроны », то есть наиболее слабо связанные с ядром атома, чаще всего внешние электроны.
По валентности элементов можно составлять истинные формулы соединений, и, наоборот, исходя из истинных формул можно определять валентности элементов в данных соединениях . При этом необходимо придерживаться принципа, согласно которому произведение валентности одного элемента на число его атомов равно произведению валентности второго элемента на число его атомов . Так, чтобы составить формулу оксида азота (III), следует записать сверху над символом валентности элементов N I I I {\displaystyle {\stackrel {III}{\mbox{N}}}} O I I {\displaystyle {\stackrel {II}{\mbox{O}}}} . Определив наименьший общий знаменатель и разделив его на соответствующие валентности, получим атомное соотношение азота к кислороду, а именно 2: 3. Следовательно, формула оксида азота (III) соответствует N + 3 2 O − 2 3 {\displaystyle {\stackrel {+3}{\mbox{N}}}_{2}{\stackrel {-2}{\mbox{O}}}_{3}} . Для определения валентности поступают таким же образом наоборот.
Как определять валентность химических элементов? С этим вопросом сталкивается каждый, кто только начинает знакомиться с химией. Сначала выясним, что же это такое. Валентность можно рассматривать как свойство атомов одного элемента удерживать определенное количество атомов другого элемента.
Элементы с постоянной и переменной валентностью
Например, из формулы Н-О-Н видно, что каждый атом Н соединен только с одним атомом (в данном случае с кислородом). Отсюда следует, что его валентность равна 1. Атом О в молекуле воды связан с двумя одновалентными атомами Н, значит он двухвалентен. Значения валентностей записывают римскими цифрами над символами элементов:
Валентности водорода и кислорода постоянны. Впрочем, для кислорода существуют и исключения. Например, в ионе гидроксония Н3О+ кислород трехвалентен. Существуют и другие элементы с постоянной валентностью.
- Li, Na, K, F – одновалентны;
- Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Cd, Zn – обладают валентностью, равной II;
- Al, B – трехвалентны.
Теперь определим валентность серы в соединениях H2S, SO2 и SO3.
В первом случае один атом серы связан с двумя одновалентными атомами Н, значит его валентность равна двум. Во втором примере на один атом серы приходится два атома кислорода, который, как известно, двухвалентен. Получаем валентность серы, равную IV. В третьем случае один атом S присоединяет три атома О, значит, валентность серы равна VI (валентность атомов одного элемента помноженная на их количество).
Как видим, сера может быть двух-, четырёх- и шестивалентной:
Про такие элементы говорят, что они обладают переменной валентностью.
Правила определения валентностей
- Максимальная валентность для атомов данного элемента совпадает с номером группы, в которой он находится в Периодической системе. Например, для Са это 2, для серы – 6, для хлора – 7. Исключений из этого правила тоже немало:
-элемент 6 группы, О, имеет валентность II (в H3O+ – III);
-одновалентен F (вместо 7);
-двух- и трехвалентно обычно железо, элемент VIII группы;
-N может удержать возле себя только 4 атома, а не 5, как следует из номера группы;
-одно- и двухвалентна медь, расположенная в I группе. - Минимальное значение валентности для элементов, у которых она переменная, определяется по формуле: № группы в ПС – 8. Так, низшая валентность серы 8 – 6 = 2, фтора и других галогенов – (8 – 7) = 1, азота и фосфора – (8 – 5)= 3 и так далее.
- В соединении сумма единиц валентности атомов одного элемента должна соответствовать суммарной валентности другого.
- В молекуле воды Н-О-Н валентность Н равна I, таких атомов 2, значит, всего единиц валентности у водорода 2 (1×2=2). Такое же значение имеет и валентность кислорода.
- В соединении, состоящем из атомов двух видов, элемент, расположенный на втором месте, обладает низшей валентностью.
- Валентность кислотного остатка совпадает с количеством атомов Н в формуле кислоты, валентность группы OH равна I.
- В соединении, образованном атомами трех элементов, тот атом, который находится в середине формулы, называют центральным. Непосредственно с ним связаны атомы О, а с кислородом образуют связи остальные атомы.
Используем эти правила для выполнения заданий.
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.
blog.сайт, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.
Тема урока: «Валентность. Определение валентности по формулам их соединений»
Тип урока : изучение и первичное закрепление новых знаний
Организационные формы: беседа, индивидуальные задания, самостоятельная
Цели урока:
Дидактические:
Опираясь на знания учащихся, повторить понятия “химическая формула”;
Способствовать формированию у учащихся понятия “валентность” и умению определять валентность атомов элементов по формулам веществ;
Акцентировать внимание школьников на возможности интеграции курсов химии, математики.
Развивающие:
Продолжить формирование умений формулировать определения;
Разъяснять смысл изученных понятий и объяснять последовательность действий при определении валентности по формуле вещества;
Способствовать обогащению словарного запаса, развитию эмоций, творческих способностей;
Развивать умение выделять главное, существенное, сравнивать, обобщать, развивать дикцию, речь.
Воспитательные:
Воспитывать чувство товарищества, умение работать коллективно;
Повысить уровень эстетического воспитания учащихся;
Ориентировать учащихся на здоровый образ жизни.
Планируемые результаты обучения:
Предметные: знать определение понятия «валентность».
Уметь определять валентность элементов по формулам бинарных соединений. Знать валентность некоторых химических элементов.
Метапредметные: формировать умение работать по алгоритму для решения учебных и познавательных задач.
Личностные: формирование ответственного отношения к учению, готовности учащихся к самообразованию на основе мотивации к обучению.
Основные виды деятельности учащихся. Определять валентность элементов в бинарных соединениях.
Основные понятия: валентность, постоянная и переменная валентность.
Оборудование для учащихся: учебник Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман «Химия. 8 класс». - М.: Просвещение, 2015; на каждом столе “Алгоритм определения валентности” (приложение 2); раздаточный материал.
Ход урока
Деятельность учителя
Деятельность учащихся
1.Организационный момент
Учитель приветствует учащихся, определяет готовность к уроку, создает благоприятный микроклимат в классе
Приветствуют учителя, демонстрируют готовность к уроку
2.Актуализация знаний
Фронтальная беседа с учащимися по пройденной теме “Химическая формула”.
Задание 1: Что здесь написано?
Учитель демонстрирует формулы, отпечатанные на отдельных листах (приложение 1).
Задание 2: индивидуальная работа по карточкам (двое учащихся работают у доски). После окончания расчетов проверка.
Карточка № 1. Рассчитайте относительную молекулярную массу данных веществ: NaCl, K2O.
Карточка № 2. Рассчитайте относительную молекулярную массу данных веществ: CuO, SO2.
Учащиеся отвечают на вопросы учителя, читают формулы на «химическом языке»
Учащиеся получают карточки: первый вариант - № 1, второй вариант - № 2 и выполняют задания. Двое учащихся выходят к доске и производят расчеты на обратной стороне доски. Когда выполнят задания, проверяют все вместе правильность, если есть ошибки, находят пути их устранения.
3.Изучение нового материа
1. Объяснение учителя. Постановка проблемы.
Понятие о валентности.
До сих пор мы пользовались готовыми формулами, приведёнными в учебнике. Химические формулы можно вывести на основании данных о составе веществ. Но чаще всего при составлении химических формул учитываются закономерности, которым подчиняются элементы, соединяясь между собой.
Задание: сравните качественный и количественный состав в молекулах: HCl , H2O, NH3, CH4.
Что общего в составе молекул?
Чем они отличаются друг от друга?
Проблема: Почему различные атомы удерживают различное количество атомов водорода?
Вывод: У атомов разная способность удерживать определённое количество других атомов в соединениях. Это и называется валентностью. Слово “валентность” происходит от лат. valentia - сила.
Запишите определение в тетрадь:
Валентность - это свойство атомов удерживать определённое число других атомов в соединении.
Валентность обозначается римскими цифрами.
Валентность атома водорода принята за единицу, а у кислорода - два.
1.Отметить валентность известного элемента: I
2. найти общее число единиц валентности известного элемента:
3.общее число единиц валентности делят на количество атомов другого элемента и узнают его валентность:
Слушают учителя
Наличие атомов водорода.
HCl - один атом хлора удерживает один атом водорода
H2O - один атом кислорода удерживает два атома водорода
NH3 - один атом азота удерживает три атома водорода
CH4 - один атом углерода удерживает четыре атома водорода.
Фиксируют проблему, высказывают предположения, совместно с учителем приходят к выводу.
Записывают определение, слушают объяснения учителя.
Используя алгоритм определения валентности, записывают в тетрадь формулу и определяют валентность элементов
Слушают объяснения учителя
4.Первичная проверка усвоенных знаний
Упражнение 1: определить валентность элементов в веществах. Задание в раздаточном материале.
Упражнение 2: В течение трёх минут необходимо выполнить одно из трёх заданий по выбору. Выбирайте только то задание, с которым вы справитесь. Задание в раздаточном материале.
Прикладной уровень (“4”).
Творческий уровень (“5”).
Учитель выборочно проверяет тетради учащихся, за правильно выполненные задания ставит оценки.
тренажёр: ученики цепочкой выходят к доске и определяют валентности элементов в предложенных формулах
Учащиеся выполняют предложенные задания, выбирая тот уровень, на который, по их мнению, они способны. Анализируют ответы вместе с учителем
5.Подведение итогов урока
Беседа с учащимися:
Какую проблему мы поставили в начале урока?
К какому выводу мы пришли?
Дать определение “валентности”.
Чему равна валентность атома водорода? Кислорода?
Как определить валентность атома в соединении?
Оценка работы учащихся в целом и отдельных учащихся.
Отвечают на вопросы учителя. Анализируют свою работу на уроке.
6.Домашнее задание
§ 16, упр. 1, 2, 5, тестовые задания
Записывают задание в дневник
7.Рефлексия
Организует выбор учащимися адекватной оценки своего отношения к уроку и состояния после проведенного урока (приложение 3, распечатать для каждого)
Выполняют оценку своих ощущений после проведенного урока
Литература:
Гара Н. Н. Химия: уроки в 8 классе: пособие для учителя / Н. Н. Гара. - М.: Просвещение, 2014.
Контрольно-измерительные материалы. Химия 8 класс/Сост. Н.П. Троегубова. - М.: ВАКО, 2013.
Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. «Химия. 8 класс». - М.: Просвещение, 2015.
Троегубова Н.П. Поурочные разработки по химии 8 класс. - М.: ВАКО, 2014.
Журнал «Биология» - www.1september.ru - технология личностно-ориентированного обучения.
Приложение 1
Что означает следующая запись?
а) 4H; 7Fe; H2; 4H2 б) NaCl; AlBr3; FeS
Приложение 2
Алгоритм определения валентности.
Алгоритм определения валентности
Пример
1. Запишите формулу вещества.
2. Обозначьте известную валентность элемента
3. Найдите число единиц валентности атомов известного элемента, умножив валентность элемента на количество его атомов
2
II
Cu2O4. Поделите число единиц валентности атомов на количество атомов другого элемента. Полученный ответ и является искомой валентностью
2
I II
H2S2
I II
Cu2O5. Сделайте проверку, то есть подсчитайте число единиц валентностей каждого элемента
I II
H2S
(2=2)I II
Cu2O
(2=2)На уроке я работал: активно/пассивно
Своей работой на уроке я: доволен/не доволен
Урок для меня показался: коротким/длинным
За урок я: не устал/устал
Мое настроение: стало лучше/стало хуже
Материал урока мне был: понятен/не понятен, интересен/скучен.
Раздаточный материал.
Упражнение 1: определить валентность элементов в веществах:
SiH4, CrO3, H2S, CO2, CO, SO3, SO2, Fe2O3, FeO, HCl, HBr, Cl2O5, Cl2O7, РН3, K2O, Al2O3, P2O5, NO2, N2O5, Cr2O3, SiO2, B2O3, SiH4, Mn2O7, MnO, CuO, N2O3.
Упражнение 2:
В течение трёх минут необходимо выполнить одно из трёх заданий по выбору. Выбирайте только то задание, с которым вы справитесь.
Репродуктивный уровень (“3”). Определите валентность атомов химических элементов по формулам соединений: NH3, Au2O3, SiH4, CuO.
Прикладной уровень (“4”). Из приведённого ряда выпишите только те формулы, в которых атомы металлов двухвалентны: MnO, Fe2O3 , CrO3, CuO, K2O, СаH2.
Творческий уровень (“5”). Найдите закономерность в последовательности формул: N2O, NO, N2O3 и проставьте валентности над каждым элементом.
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.
