# Валентность Химия · 8 класс · Вещества и химические реакции Источник: https://razlozheno.ru/subject/himiya/8/valentnost Валентность — это «число рук» атома. Разберёмся, что она значит, какие атомы всегда держат одно и то же число «рук», и как по этому числу составлять и проверять формулы. ## Чему научишься - Объяснить, что такое валентность, и назвать её единицу отсчёта - Назвать валентность H, O, Na, K, Li, Mg, Ca, Ba, Zn, Al, S и инертных газов - Составить формулу бинарного соединения по валентностям и найти неизвестную валентность по формуле ## С чего начать Почему вода — это $\mathrm{H_2O}$, а не $\mathrm{HO}$ или $\mathrm{H_3O}$, а метан — $\mathrm{CH_4}$, а не $\mathrm{CH}$? Кто решает, сколько атомов и к кому «прицепится»? ## 1. Что такое валентность *Сколько «рук» у атома* Посмотри на формулы $\mathrm{HCl}$, $\mathrm{H_2O}$, $\mathrm{NH_3}$, $\mathrm{CH_4}$. Во всех есть водород, но число атомов водорода разное: 1, 2, 3, 4. Это не случайность. Каждый атом «умеет» удерживать возле себя только определённое число соседей. Вот это умение и называют валентностью. **Атом — человечек с руками** Представь, что у каждого атома есть «руки», и молекула — это хоровод, где все держатся за руки, а свободных рук не остаётся. У водорода рука одна: он схватит ровно одного соседа. У кислорода две руки — ему нужны два водорода. У азота три, у углерода четыре. Оговорка: «руки» — образ, а не настоящие части атома; строго это просто число присоединённых атомов. Способ запомнить: считай белые шарики на картинках ниже. Сколько белых шариков (атомов $\mathrm{H}$) держит центральный атом — такая у него и валентность: 1, 2, 3, 4. *Рисунок: Рисунок: атомы в виде человечков с разным числом рук, которые держатся за руки попарно* **Валентность** Валентность — свойство атомов химических элементов присоединять к себе строго определённое число других атомов. **Единица валентности** За единицу валентности принята валентность атома водорода, который в любом из веществ присоединяет к себе только один другой атом. Сама валентность — безразмерная величина, её выражают римскими цифрами. *Рисунок: Модель молекулы HCl: большая зелёная сфера и маленькая белая сфера* *Рисунок: Модель молекулы воды: большая красная сфера и две белые сферы* *Рисунок: Модель молекулы NH3: большая голубая сфера и три белые сферы* *Рисунок: Модель молекулы метана: большая серая сфера и четыре белые сферы* Так по водороду видно: хлор в $\mathrm{HCl}$ — одновалентный, кислород в $\mathrm{H_2O}$ — двухвалентный, азот в $\mathrm{NH_3}$ — трёхвалентный, углерод в $\mathrm{CH_4}$ — четырёхвалентный. Валентность записывают римскими цифрами: над знаком элемента или в скобках после названия, например оксид углерода(IV), оксид углерода(II). В бинарных соединениях с водородом валентность атомов второго элемента не может быть больше четырёх. Поэтому «пятирукого» соединения с водородом ты не встретишь. **Пример: Определи валентность по водороду** 1. В $\mathrm{H_2O}$ у кислорода два атома $\mathrm{H}$, каждый со своей единицей валентности. 2. Значит, кислород присоединил два атома — его валентность II. 3. В $\mathrm{NH_3}$ азот присоединил три атома $\mathrm{H}$ — валентность III. **Проверь себя:** Какова валентность серы в $\mathrm{H_2S}$? У неё, как и у кислорода в воде, два атома водорода. **Ответ:** II: сера присоединила два атома водорода. ### Проверь себя **Что такое валентность химического элемента согласно материалу параграфа?** - Общее число атомов, из которых состоит молекула данного вещества. - Свойство атомов присоединять к себе строго определённое число других атомов. — верно - Масса атома элемента, выраженная в атомных единицах массы. - Способность атома отдавать или принимать фиксированное число электронов. > Изучение состава веществ показало, что атомы связываются друг с другом не в произвольных, а в строго определенных количественных соотношениях. **Что в химии принято за единицу валентности?** - Одна двенадцатая часть валентности углерода. - Валентность атома водорода. — верно - Валентность любого метала I группы. - Валентность атома кислорода. > Атом водорода в любом из своих соединений присоединяет к себе только один другой атом, поэтому выбран эталоном. **Какова максимальная валентность атомов второго элемента в бинарных соединениях с водородом?** - Восемь (VIII) - Два ($II$) - Четыре ($IV$) — верно - Шесть ($VI$) > Согласно правилу бинарных водородных соединений, валентность элемента в паре с водородом не превышает четырех. **Чему равна валентность атомов инертных (благородных) газов ($He$, $Ne$, $Ar$)?** - $0$ — верно - $I$ - Не определена - VIII > Инертные газы не образуют химических соединений в обычных условиях, поэтому значение их валентности минимально и равно нулю. **Какова валентность алюминия ($Al$) во всех его химических соединениях?** - $II$ - $I$ - $III$ — верно - $IV$ > Алюминий относится к элементам с постоянной валентностью, равной трем. **Каковы валентности углерода и кислорода в молекуле угарного газа ($CO$)?** - Углерод — $IV$, кислород — $II$ - Углерод — $IV$, кислород — $I$ - Углерод — $II$, кислород — $II$ — верно - Углерод — $I$, кислород — $I$ > В угарном газе один атом углерода связан с одним двухвалентным атомом кислорода, следовательно, валентность углерода равна двум. **Как правильно произносится номенклатурное название вещества $CO_2$ — «оксид углерода($IV$)»?** - «Оксид углерода четвёртый» - «Оксид углерода четырёхвалентный» - «Четырёхоксид углерода» - «Оксид углерода четыре» — верно > В тексте прямо указано правило произношения: числительное произносится в именительном падеже без добавления слова «валентный». ## 2. Постоянная валентность *Кого надо знать наизусть* Чтобы составлять формулы, не придётся каждый раз вспоминать водород. У ряда элементов валентность в любых соединениях одна и та же — их нужно выучить, как «паспорта». Они станут опорой для всех остальных. **Постоянная валентность** Валентность I (постоянная во всех соединениях): $\mathrm{H}$, $\mathrm{Na}$, $\mathrm{K}$, $\mathrm{Li}$. Валентность II (постоянная во всех соединениях): $\mathrm{O}$, $\mathrm{Mg}$, $\mathrm{Ca}$, $\mathrm{Ba}$, $\mathrm{Zn}$. Валентность III (постоянная во всех соединениях): $\mathrm{Al}$. Валентность II (в соединениях с металлами и водородом): $\mathrm{S}$. Валентность 0: инертные (благородные) газы ($\mathrm{He}$, $\mathrm{Ne}$, $\mathrm{Ar}$). **Как это удержать в голове** Аналогия: у одних элементов «руки» как у человека — всегда одинаковые, а у других число рук меняется от партнёра к партнёру. Оговорка: сера постоянна лишь в соединениях с металлами и водородом, в остальных случаях её валентность другая. Опорные числа: в первой строке элементы с валентностью I, во второй — II, в третьей всего один элемент — алюминий с III. Инертные газы — «нулевые руки»: ни с кем не соединяются. Самопроверка: перед любой задачей сперва найди в формуле $\mathrm{O}$ или $\mathrm{H}$ — их валентность известна сразу. **Проверь себя:** Какая валентность у $\mathrm{Ca}$, $\mathrm{Al}$ и $\mathrm{Na}$? **Ответ:** У $\mathrm{Ca}$ — II, у $\mathrm{Al}$ — III, у $\mathrm{Na}$ — I. ### Проверь себя **Какую постоянную валентность проявляет сера ($S$) в соединениях с металлами и водородом?** - $VI$ - $IV$ - $II$ — верно - $I$ > Согласно таблице постоянных валентностей, с водородом и металлами сера всегда проявляет валентность II. ## 3. Составляем формулы и проверяем их *Равенство суммарных валентностей* Вернёмся к вопросу про воду. В $\mathrm{H_2O}$ у двух атомов водорода общая валентность $2 \cdot 1 = 2$, у одного кислорода — $1 \cdot 2 = 2$. Двойки сошлись. Если бы было $\mathrm{HO}$, у кислорода осталась бы «висящая рука». Вот главное правило. **Правило равенства суммарных валентностей** В химической формуле бинарного соединения суммарная валентность всех атомов одного элемента равна суммарной валентности всех атомов другого элемента (произведение валентности на число атомов для обоих элементов одинаково). **Две команды тянут канат** Аналогия: одна команда — атомы первого элемента, другая — второго. Сила каждой — валентность, умноженная на число игроков. Формула верна, только когда канат стоит на месте, то есть силы равны. Оговорка: это образ для проверки, атомы ничего не тянут в буквальном смысле. Самопроверка: умножь валентность на индекс с одной стороны и с другой — числа должны совпасть. Не совпали — в формуле ошибка. Правило работает в обе стороны. Можно **найти неизвестную валентность** по готовой формуле, а можно **составить формулу** по валентностям. **Пример: Найти валентность по формуле: $\mathrm{CO_2}$ и $\mathrm{CO}$** 1. В $\mathrm{CO_2}$ два атома кислорода с валентностью II: суммарно $2 \cdot 2 = 4$. 2. У одного атома углерода суммарная валентность тоже 4, значит, углерод здесь IV. Это оксид углерода(IV). 3. В $\mathrm{CO}$ один атом кислорода: $1 \cdot 2 = 2$, значит, углерод здесь II. Это оксид углерода(II). 4. Вывод: у углерода валентность переменная, поэтому её и указывают в названии в скобках. **Пример: Найти валентность по формуле: $\mathrm{P_2O_3}$** 1. У кислорода три атома по II: $3 \cdot 2 = 6$. 2. Атомов фосфора два, и суммарно у них тоже должно быть 6. 3. Валентность фосфора: $6 : 2 = 3$, то есть III. **Алгоритм составления формул бинарных соединений по названиям** 1. Записать знаки химических элементов. 2. Обозначить валентность элементов римскими цифрами над их знаками. 3. Найти наименьшее общее кратное (НОК) значений валентностей. 4. Разделить НОК на валентность каждого элемента для получения индексов. 5. Расставить полученные индексы справа внизу у знаков химических элементов (индекс 1 не пишется). **Пример: Составить формулу оксида азота(III)** 1. Знаки: $\mathrm{N}$ и $\mathrm{O}$. 2. Валентности: у азота III (указана в названии), у кислорода II. 3. НОК чисел 3 и 2 равен 6. 4. Индекс азота: $6 : 3 = 2$. Индекс кислорода: $6 : 2 = 3$. 5. Записываем: $\mathrm{N_2O_3}$. Проверка: $2 \cdot 3 = 6$ и $3 \cdot 2 = 6$. *Рисунок: Надпись NO с римскими цифрами III и II над буквами и обведённой цифрой 6* *Рисунок: Формула N2O3 с римскими цифрами III, III и II, стрелками у крайних атомов и цифрами 2 и 3, справа обведена цифра 6* **Две задачи на одном правиле** | | Найти валентность | Составить формулу | | --- | --- | --- | | Что дано | Формула | Названия и валентности | | Что ищем | Неизвестную валентность | Индексы | | Ход | Сумму по известному элементу разделить на индекс | НОК разделить на валентность | | Проверка | Суммы валентностей сходятся | Суммы валентностей сходятся | **Неправильно:** Формула оксида алюминия $\mathrm{AlO}$: у обоих же по одному атому. **Правильно:** У $\mathrm{Al}$ валентность III, у $\mathrm{O}$ — II, НОК равен 6, индексы 2 и 3: $\mathrm{Al_2O_3}$. **Проверь себя:** Составь формулу оксида магния ($\mathrm{Mg}$ и $\mathrm{O}$, обе валентности II). **Ответ:** НОК равен 2, индексы $2 : 2 = 1$ у обоих, а единица не пишется: $\mathrm{MgO}$. **Откуда взялось слово** Эдуард Франкленд (Франкланд) в 1858 г. ввёл понятие «соединительная сила», которое позднее было заменено понятием «валентность». ### Проверь себя **Какой учёный в $1858$ году ввёл понятие «соединительная сила», развившееся позже в понятие «валентность»?** - Д. И. Менделеев - А. М. Бутлеров - Джон Дальтон - Эдуард Франкленд — верно > Именно английский химик Франкленд предложил этот термин для описания способности атомов связываться друг с другом. **Каким образом по формуле $P_2O_3$ определить валентность фосфора?** - Умножить число атомов кислорода на его валентность ($3 \cdot 2 = 6$) и разделить на число атомов фосфора ($6 : 2 = 3$). — верно - Разделить индекс кислорода на индекс фосфора ($3 : 2 = 1{,}5$). - Приравнять валентность фосфора к количеству атомов кислорода ($3$). - Сложить индексы фосфора и кислорода ($2 + 3 = 5$). > Суммарные валентности обоих элементов в бинарном соединении равны, поэтому общая валентность $6$ делится на $2$ атома фосфора. **Как правильно записывается номенклатурное название углекислого газа ($CO_2$) с указанием валентности?** - оксид углерода-4 - оксид углерода($IV$) — верно - диуглерод оксид - оксид($IV$) углерода > Валентность переменного элемента пишется римской цифрой в круглых скобках слитно со словом «углерода». **Каков первый шаг при составлении химической формулы бинарного соединения по его названию (например, оксида азота($III$))?** - Записать индексы в формулу. - Найти наименьшее общее кратное (НОК). - Разделить НОК на валентность каждого элемента. - Записать знаки химических элементов. — верно > Составление формулы начинается со слитного написания символов элементов, входящих в состав соединения ($N$ и $O$). **Чему равно наименьшее общее кратное (НОК) валентностей элементов при составлении формулы оксида азота($III$)?** - $6$ — верно - $5$ - $12$ - $3$ > Валентность азота — $III$, кислорода — $II$. Наименьшее общее кратное для чисел $3$ и $2$ равно $6$. **Каковы индексы азота и кислорода в формуле оксида азота($III$), полученные делением НОК ($6$) на валентности элементов ($III$ и $II$)?** - Азот — $1$, кислород — $3$ ($NO_3$) - Азот — $1$, кислород — $1$ ($NO$) - Азот — $2$, кислород — $3$ ($N_2O_3$) — верно - Азот — $3$, кислород — $2$ ($N_3O_2$) > $6 : 3 = 2$ (индекс азота); $6 : 2 = 3$ (индекс кислорода). **Какую постоянную валентность проявляют химические элементы натрий ($Na$), калий ($K$) и литий ($Li$)?** - $II$ - Переменную - $I$ — верно - $III$ > В таблице $1.14$ водород, натрий, калий и литий отнесены к группе одновалентных элементов во всех соединениях. ## Ключевые термины - **Валентность** — Свойство атомов химических элементов присоединять к себе строго определённое число других атомов. - **Единица валентности** — Валентность атома водорода; безразмерная величина, выражаемая римскими цифрами. - **НОК** — Наименьшее общее кратное значений валентностей, нужное для нахождения индексов. ## Итог - Валентность — свойство атомов присоединять строго определённое число других атомов; единица — валентность водорода (I) - Валентность пишут римскими цифрами над знаком или в скобках после названия: оксид углерода(IV) - Постоянная валентность: $\mathrm{H}$, $\mathrm{Na}$, $\mathrm{K}$, $\mathrm{Li}$ — I; $\mathrm{O}$, $\mathrm{Mg}$, $\mathrm{Ca}$, $\mathrm{Ba}$, $\mathrm{Zn}$ — II; $\mathrm{Al}$ — III - В бинарной формуле суммарные валентности двух элементов равны - Формулу составляют через НОК валентностей и индексы ## Шпаргалка ### Постоянная валентность - **$\mathrm{H}$, $\mathrm{Na}$, $\mathrm{K}$, $\mathrm{Li}$** — I - **$\mathrm{O}$, $\mathrm{Mg}$, $\mathrm{Ca}$, $\mathrm{Ba}$, $\mathrm{Zn}$** — II - **$\mathrm{Al}$** — III - **$\mathrm{S}$** — II в соединениях с металлами и водородом - **$\mathrm{He}$, $\mathrm{Ne}$, $\mathrm{Ar}$** — 0 ### Формула по валентностям 1. **Знаки** — записать знаки элементов 2. **Валентности** — обозначить римскими цифрами над знаками 3. **НОК** — найти НОК значений валентностей 4. **Индексы** — разделить НОК на валентность каждого элемента 5. **Запись** — индексы справа внизу, единица не пишется ### Две задачи | | Найти валентность | Составить формулу | | --- | --- | --- | | Дано | формула | названия, валентности | | Ищем | валентность | индексы | | Проверка | суммы равны | суммы равны | ## Любопытное - Эдуард Франкленд в 1858 г. ввёл «соединительную силу», позже понятие заменили словом «валентность». - Инертные газы ($\mathrm{He}$, $\mathrm{Ne}$, $\mathrm{Ar}$) имеют валентность 0: они практически ни к чему не присоединяются.