Электроотрицательность

Электроотрицательность

Электроотрицательность — это способность атома любого химического элемента в соединении извлекать электроны из атомов других химических элементов, связанных с ним.

Электроотрицательность, как и другие свойства атомов химических элементов, периодически меняется с увеличением порядкового номера элемента:

На графике выше показана частота изменения электроотрицательности элементов основных подгрупп в зависимости от порядкового номера элемента.

По мере того, как вы перемещаетесь вниз по подгруппе периодической таблицы, электроотрицательность химических элементов уменьшается, по мере того, как вы двигаетесь вправо по периоду, она увеличивается.

Электроотрицательность отражает неметалличность элементов: чем выше значение электроотрицательности, тем больше у элемента неметаллических свойств.

Как найти степень окисления

Нулевой условный заряд характерен только для простых веществ: Fe0, Cl20, Al0. В сложных веществах степень определяется для каждого атома, исходя из их положения в таблице Дмитрия Ивановича Менделеева.

В бинарных соединениях

1. Определите степень окисления каждого атома сульфида меди (II) CuS.
2. Формальный заряд серы -2.
3. Чтобы найти степень окисления меди, вам нужно установить коэффициент для каждого атома. В сульфиде меди (II) сера и медь имеют коэффициенты, равные единице.

• Степень окисления серы необходимо умножить на коэффициент серы и разделить на коэффициент меди: -2 * 1: 1. Результат уравнения — -2. Следовательно, медь — это металл с положительной степенью окисления, которая в данном случае равна +2.

В молекулах с тремя элементами

1. Определите степень окисления каждого атома в молекуле NaOH.
2. Найдите каждый элемент периодической таблицы.
3. Натрий — это металл первой группы со степенью окисления +1. Атом водорода также находится в первой группе и имеет степень окисления +1.
4. Кислород является представителем шестой группы и почти всегда характеризуется степенью окисления -2.
5. Полный заряд в молекуле должен быть равен нулю. Для подтверждения этого положения необходимо сложить все степени окисления: + 1-2 + 1 = 0.

В соединении, где есть элемент с переменной степенью окисления

1. Определите степень окисления атомов в серной кислоте H2SO4.
2. Найдите каждый элемент в периодической таблице Дмитрия Ивановича Менделеева.
3. Атом водорода показывает степень окисления +1, а атом кислорода — -2.
4. Степень окисления серы следует обозначить как x.
5. Полный заряд молекулы серной кислоты равен нулю. Чтобы определить степень окисления серы, необходимо составить уравнение: 1 * 2 + x * 1 + (- 2) * 4 = 0. В результате уравнения x = 6 и степени окисления серы +6.

Степени окисления ионов можно найти не только в таблице Менделеева Дмитрия Ивановича, но и в таблице растворимости. Поэтому для удобства рекомендуется также пользоваться таблицей растворимости.

Как расставить коэффициенты в окислительно-восстановительных реакциях с органическими веществами

Существует два основных метода разработки схемы ORR и выбора коэффициентов в таких реакциях: метод электронного равновесия и ионно-электронный метод (полуреакции). Каждый из них удобнее использовать в той или иной ситуации. В данной статье мы не рассматриваем суть этих методов, а остановимся на их применении к ЧОО с участием органических веществ.

Итак, начнем с простейших окислительно-восстановительных реакций, в которых в качестве реагентов выступают органические соединения. Для определения степени окисления углерода воспользуемся описанным выше методом. Не будем останавливаться на этом на каждом конкретном примере.

Пример 1 CH4 + O2 → CO2 + H2O

При расстановке коэффициентов в этом случае лучше использовать метод электронного баланса:

1) определить единственные элементы;

2) разработать схемы полувзаимодействия с элементами, изменяющими их знания.;

3) используя данные о количестве электронов, отданных и полученных в полуреакциях, мы находим наименьшее общее кратное и определяем коэффициенты для каждой из полуреакций;

4) сложить полуракции с учетом найденных факторов (коэффициентов);

5) перенесите коэффициенты в схему реакции, поместив их перед соответствующими веществами;

6) выбрать коэффициенты для всех остальных химических элементов;

7) помните, что мы проверяем баланс количества атомов кислорода в последнюю очередь. Обычно, если количество атомов кислорода слева (перед стрелкой) и справа (после стрелки) сходится, это означает, что реакция составлена ​​правильно и все остальные коэффициенты верны.

Пример 2. C3H8 + O2 → CO2 + H2O

В этом случае также удобнее использовать метод электронного баланса.

Расстановку коэффициентов выполняем, как в предыдущем случае. Однако есть нюанс. После определения углерода в пропане мы обнаруживаем, что их два: -2 и -3. Поэтому будут разработаны две схемы полуреакции углерода.

Пример 3. H2C2O4 + KMnO4 → CO2 + K2CO3 + MnO2 + H2O

Для организации коэффициентов мы снова воспользуемся методом электронного баланса.

Пример 4. CH3OH + K2Cr2O7 + H2SO4 → HCOOH + Cr2 (SO4) 3 + K2SO4 + H2O

В этом случае метанол и дихромат калия реагируют в кислой среде. Вы можете использовать любой из методов для размещения коэффициентов. Снова применяем метод электронного баланса.

Пример 5. C6H12O6 + KMnO4 + H2SO4 → CO2 + MnSO4 + K2SO4 + H2O

Мы организуем коэффициенты тремя разными способами.

Метод 1. В молекуле глюкозы степень окисления углерода -1, 0 и +1. Предположим, что среднее i равно 0. Учтите, что такой подход не всегда и не для всех веществ он будет оправдан. В этом случае это вполне возможно.

Метод 2. Мы систематизируем коэффициенты методом электронного баланса, используя все три углерода SO.

Метод 3. Поскольку реакция между глюкозой и перманганатом калия происходит в кислой среде (в H2SO4), организуем коэффициенты ионно-электронным методом (полуреакции):

1) молекулярные вещества (а глюкоза к ним относится) не диссоциируют на ионы, поэтому в схемах полупотока они записаны в исходном виде;

2) количество кислорода и водорода, недостающее в полуреакциях, компенсируется добавлением, при необходимости, молекул воды H2O или ионов водорода H+;

3) мы считаем слева и справа в каждой полуреакции общий заряд (он создается ионами, образующимися при диссоциации реагирующих веществ, и ионами водорода H+);

4) компенсируем разницу в заряде отданных или полученных электронов;

5) как и в методе электронного равновесия, находим наименьшее общее кратное, определяем коэффициенты для каждой из полуреакций;

6) сложить полураакции с учетом найденных факторов (коэффициентов);

7) перенесите коэффициенты в схему реакции, поместив их перед соответствующими веществами;

8) выбрать коэффициенты для всех остальных химических элементов;

9) помните, что мы проверяем баланс количества атомов кислорода в последнюю очередь.

Пример 6. C3H4 + KMnO4 + H2SO4 → CH3COOH + CO2 + MnSO4 + K2SO4 + H2O

В исходном материале C3H4 (пропино) степени окисления углерода принимают значения -3, -1 и 0. В полученной уксусной кислоте CH3COOH: -3 и +3. Кроме того, в углекислом газе CO2 s или углерод составляет +4.

Такое разнообразие степеней окисления элемента затрудняет применение метода электронного баланса. Поэтому лучше использовать метод полуреакции.

Степень окисления

Степень окисления — это условный заряд атома химического элемента в соединении, рассчитываемый исходя из предположения, что все связи в его молекуле являются ионными, то есть все связывающие электронные пары смещены в сторону атомов с более высокой электроотрицательностью.

Как рассчитать степень окисления элемента в соединении?

1) Степень окисления химических элементов в простых веществах всегда равна нулю.

2) Есть элементы, которые показывают постоянную степень окисления в сложных веществах:

Значение постоянной СО этого элемента

Щелочные металлы, например, все металлы
Группа IA — Li, Na, K, Rb, Cs, Fr +1 Все элементы группы II, кроме ртути:
Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Zn, Cd +2 Алюминий Al +3 Фтор F -1

3) Есть химические элементы, которые показывают постоянную степень окисления в подавляющем большинстве соединений. Эти элементы включают:

Элемент

Степень окисления практически во всех соединениях

Исключения

водород H + 1 гидриды щелочных и щелочноземельных металлов, например:
кислород O -2 Пероксиды водорода и металлов:
Фтористый кислород —

4) Алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов молекулы всегда равна нулю. Алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов в ионе равна заряду иона.

5) Наивысшая (максимальная) степень окисления равна номеру группы. Исключениями, не попадающими в это правило, являются элементы боковой подгруппы I группы, элементы боковой подгруппы VIII группы, а также кислород и фтор.

Химические элементы, номер группы которых не совпадает с их высшей степенью окисления (необходимо хранить)

Химический элемент

Номер группы

Высшая степень окисления

Кислород VI + 2 (в OF2) Фтор VII0 Медь I + 2 Железо VIII +6 (например, K2FeO4)

6) Самая низкая степень окисления металлов всегда равна нулю, а самая низкая степень окисления неметаллов рассчитывается по формуле:

самая низкая степень окисления неметалла = группа n. — 8

Основываясь на приведенных выше правилах, можно установить степень окисления химического элемента в любом веществе.

Нахождение степеней окисления элементов в различных соединениях

Пример 1

Определите степени окисления всех элементов серной кислоты.

Решение:

Запишем формулу серной кислоты:

Степень окисления водорода во всех сложных веществах +1 (за исключением гидридов металлов).

Степень окисления кислорода во всех сложных веществах составляет -2 (за исключением пероксидов и фторида кислорода OF2). Организуем известные степени окисления:

Обозначим степень окисления серы как x:

Молекула серной кислоты, как и молекула любого вещества, обычно электрически нейтральна, потому что сумма степеней окисления всех атомов молекулы равна нулю. Схематично это можно представить следующим образом:

Те у нас есть следующее уравнение:

Решим это:

Следовательно, степень окисления серы в серной кислоте +6.

Пример 2

Определите степень окисления всех элементов в дихромате аммония.

Решение:

Запишем формулу дихромата аммония:

Как и в предыдущем случае, мы можем организовать степени окисления водорода и кислорода:

Однако мы видим, что степени окисления неизвестны для двух химических элементов одновременно: азота и хрома. Следовательно, мы не можем найти степени окисления так же, как в предыдущем примере (уравнение с двумя переменными не имеет единственного решения).

Обращаем внимание на то, что указанное вещество относится к классу солей и, соответственно, имеет ионную структуру. Тогда можно с полным правом сказать, что катионы NH4 + входят в состав дихромата аммония (заряд этого катиона указан в таблице растворимости). Следовательно, поскольку в формульной единице дихромата аммония есть два положительно заряженных катиона NH4 +, заряд дихромат-иона равен -2, поскольку вещество в целом электрически нейтрально. Это вещество образовано катионами NH4 + и анионами Cr2O72-.

Мы знаем степени окисления водорода и кислорода. Зная, что сумма степеней окисления атомов всех элементов в ионе равна заряду, и обозначая степени окисления азота и хрома соответственно как x и y, мы можем записать:

Так мы получаем два независимых уравнения:

Решив это, мы находим x и y:

Следовательно, в дихромате аммония степени окисления азота равны -3, водорода +1, хрома +6 и кислорода -2.

Вы можете прочитать здесь, как определить степень окисления элементов в органических веществах.

Определение степени окисления элементов в соединениях

Определение

Степень окисления называется условным зарядом, который атом приобретает в соединении, если мы рассматриваем связь в соединении как ионную, т.е мы предполагаем, что электроны полностью передаются более электроотрицательному атому.

Степень окисления соответствует количеству электронов, перемещенных атомом или атомом.

Определение

При положительной степени окисления наблюдается смещение электронов от атома. Это характерно для атома с меньшей электроотрицательностью.

Определение

Отрицательная степень окисления — это степень окисления, в которой электроны перемещаются к атому.

Примечание

В случае простых веществ электронный сдвиг отсутствует. В этом случае степень окисления атомов принимает нулевое значение.

Степень окисления находится и пишется над знаком химического элемента:

Расчет степени окисления проводится по правилам:

1. Если элемент входит в состав простого вещества, его степень окисления считается нулевой. Когда вещество имеет атомарное состояние, степень окисления его атомов принимает нулевое значение.
2. Некоторые элементы характеризуются постоянной степенью окисления в соединениях. Эти элементы включают фтор (-1), щелочные металлы (+1), щелочноземельные металлы, бериллий, магний и цинк (+2), алюминий (+3).
3. Степень окисления кислорода в соединениях очень часто составляет -2, но есть исключения: перекись водорода H2O2 — (- 1), фторид кислорода OF2 — (+ 2) и др.
4. Соединяясь с металлами, то есть с образованием гидрида, водород приобретает степень окисления -1. В случае соединения с неметаллами этот показатель для водорода равен +1, за исключением SiH4 и B2H6.
5. Алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов молекулы должна равняться нулю. В случае сложного иона этот показатель равен заряду этого иона.
6. Наивысшая положительная степень окисления соответствует номеру группы элемента в периодической системе. Например, сера (элемент группы VIA) характеризуется максимальной степенью окисления +6. Для азота (элемент V группы) эта характеристика принимает значение +5. Марганец, который является переходным элементом группы VIIB, имеет наивысшую степень окисления +7. Описанная модель не распространяется на элементы боковой подгруппы первой группы, степень окисления которых больше +1. Кроме того, правило не выполняется для элементов вторичной подгруппы VIII группы. Кислород и фтор не показывают наивысших степеней окисления, соответствующих номеру группы.
7. Расчет самой низкой отрицательной степени окисления для неметаллов выполняется путем вычитания числа 8 из номера группы. Следовательно, сера (элемент группы VIA) характеризуется самой низкой степенью окисления -2 для азота (элемент группы V) — низшая степень окисления -3.

Как определить степень окисления в органических соединениях: примеры

Используемые нами методы определения влажности неорганических веществ применимы к органическим веществам только в очень редких случаях.

Напомним, что в этом случае мы всегда исходим из того, что молекула вещества электрически нейтральна, т.е алгебраическая сумма всех зарядов (состояний окисления), как положительных, так и отрицательных, внутри нее равна нулю. Например:
Аналогичный подход в случае органических веществ может быть справедливо применен, когда в веществе присутствует только один атом углерода. А таких органических веществ очень мало. Например:
В случае более сложных органических веществ такой подход не работает:
То есть в молекуле пропана C3H8 углерод имеет две степени окисления: -2 и -3.

Особенности определения с.о в органических веществах

Есть несколько способов определить степень окисления органических веществ. Разберем самые простые и, на наш взгляд, удобные. Вот почему мы упомянули, что такое относительная электроотрицательность, ковалентная связь и ее типы.

Вернемся к уже упомянутому пропану C3H8 и рассмотрим, какие типы ковалентных связей присутствуют в его молекуле.

Из-за этого:

1) запишите полную структурную формулу вещества и пронумеруйте атомы углерода;

2) определение того, какие связи в молекуле будут полярными ковалентными, а неполярными ковалентными;

3) для ковалентных полярных связей стрелкой показано смещение общей электронной пары (поскольку OEO (C)> OEO (H), смещение происходит от H к C);
4) добавить водород H, он всегда в соединениях с неметаллами равен +1;
5) рассмотрим ситуацию у первого атома углерода С1; над ним будут смещены общие электронные пары от трех атомов H; связь с соседним атомом углерода C2 неполярна и нет сдвига общей электронной пары; следовательно, на С1 появится заряд (так) -3. То же самое происходит с третьим атомом углерода C3;
6) аналогично определяем второй атом углерода C2:
Таким образом, получается, что в молекуле пропана со-углерода -2 и -3.

Вот еще несколько примеров.

Степень окисления углерода в молекуле метанола составляет -2:
Степень окисления углерода в молекуле диметилового эфира -2:
Степень окисления углерода в молекуле ацетальдегида принимает значения -3 и +1:
Степень окисления углерода в молекуле пропионовой кислоты составляет -3, -2 и +3:
Степень окисления углерода в молекуле C4H8 неоднозначна. Эта молекулярная формула соответствует нескольким веществам, которые отличаются друг от друга по строению (иными словами, изомерам):
Степень окисления углерода в молекуле анилина -1 и +1:
Степень окисления углерода в молекуле глюкозы принимает три различных значения: -1, 0 и +1:

Предыдущие примеры позволяют сделать общие выводы о том, как определять степень окисления в органических соединениях.

1) Каждая ковалентная полярная связь, электронная плотность которой смещена на атоме углерода (H → C), прибавляется к значению ее sr -uno.

2) Каждая ковалентная полярная связь, электронная плотность которой замещается атомом углерода (C → O, C → N и т.д.), Добавляет s к своему значению. +1.

3) Определение конечного значения соуглерода, необходимо рассчитать количество связей, перешедших от него и по направлению к нему, с учетом знака (+ или -).

Правила

1. Для атомов металла присущ только положительный заряд.
2. Водород в молекулах с металлами находится в степени окисления -1 и +1 с неметаллами.
3. В кислороде, как правило, условный заряд атома -2, а в пероксидах -1.

 

Как определить степень окисления элементов: чему она равна и что это такое

В химических процессах основную роль играют атомы и молекулы, свойства которых определяют исход химических реакций. Одной из важных характеристик атома является степень окисления, которая упрощает метод учета переноса электронов в частице. Как определить степень окисления или формальный заряд частицы и какие правила нужно знать для этого?

Определение

Любая химическая реакция вызывается взаимодействием атомов различных веществ. Процесс реакции и ее результат зависят от характеристик мельчайших частиц.

Термин окисление (окисление) в химии означает реакцию, во время которой группа атомов или один из них теряет электроны или приобретает, в случае приобретения, реакция называется «восстановлением».

Степень окисления — это величина, которая измеряется количественно и характеризует перераспределение электронов во время реакции. Те.

во время окисления электроны в атоме уменьшаются или увеличиваются, перераспределяясь между другими взаимодействующими частицами, и уровень окисления показывает, как именно они перестраиваются.

Эта концепция тесно связана с электроотрицательностью частиц — их способностью притягивать и отталкивать от себя свободные ионы.

! Что такое алканы: строение и химические свойства

Определение степени окисления зависит от характеристик и свойств конкретного вещества, поэтому процедуру расчета нельзя определить однозначно простой или сложной, но ее результаты помогают условно фиксировать процессы окислительно-восстановительных реакций. Следует понимать, что результат, полученный в результате расчетов, является результатом учета переноса электронов и не имеет физического значения, к тому же не является истинным зарядом ядра.

важно знать! В неорганической химии часто используется термин валентность вместо степени окисления элементов, это не ошибка, но следует иметь в виду, что второе понятие более универсально.

Понятия и правила расчета движения электронов являются основой классификации химических веществ (номенклатуры), описания их свойств и составления формул связывания. Но очень часто это понятие используется для описания окислительно-восстановительных реакций и работы с ними.

Правила определения степени окисления

Как узнать степень окисления? При работе с окислительно-восстановительными реакциями важно знать, что формальный заряд частицы всегда будет равен значению электрона, выраженному в числовом значении.

Эта особенность связана с предположением, что электронные пары, образующие связь, всегда полностью смещены в сторону более отрицательных частиц.

Следует понимать, что речь идет об ионных связях, и в случае реакции с ковалентной связью электроны будут поровну делиться между идентичными частицами.

Окислительное число может иметь как положительные, так и отрицательные значения.

Дело в том, что в процессе реакции атом должен стать нейтральным, а для этого необходимо либо присоединить к иону определенное количество электронов, если оно положительное, либо удалить их, если оно отрицательное.

Для обозначения этого понятия при написании формулы обычно прописывают арабское число с соответствующим знаком над обозначением элемента. Например, и т.д.

Вы должны знать, что формальный заряд металлов всегда будет положительным, и в большинстве случаев вы можете использовать периодическую таблицу для его определения. Существует ряд характеристик, которые необходимо учитывать, чтобы правильно определять показатели.

Как определить степень окисления

Степень окисления:

1. У простых элементов всегда есть ноль: или .
2. Фтор всегда будет -1.
3. Как и в случае с металлами, элементы групп IA, IIA и IIIA всегда имеют одну и ту же группу: это номер группы, в которой они находятся.
4. Кислород в любой связи равен -2, за исключением связей с пероксидами (H2O2), когда значение равно -1, и оксидом фтора (O + 2F2-1, O2 + 1F2-1), когда оно равно +2.
5. Водород всегда имеет +1, за исключением его взаимодействия с гидридами (связи Na + H- и C + 4H4-1).
6. Простое вещество, не связанное с другими элементами, всегда равно нулю.
7. Простой ион с атомом равен номеру его электрона (Na +, Ca + 2).
8. Если мы рассмотрим соединение двух веществ разной природы (металлического и неметаллического), отрицательная степень окисления будет наблюдаться у вещества с более высокой электроотрицательностью (H + F-, Cu + Br-) и положительной степенью окисления единица соответственно в элементе с электроотрицательностью больше нуля.
9. Щелочные металлы, такие как литий, натрий, калий и другие, всегда имеют +1.
10. Металлы основной подгруппы II (магний, барий, кальций и стронций) +2.
11. Алюминий всегда имеет одинаковую ценность — +3.

Запомнив эти характеристики, определить окислительное число элементов будет довольно просто, независимо от сложности и количества атомных уровней.

Как определить степень окисления

Таблица Менделеева содержит почти всю информацию, необходимую для работы с химическими элементами. Например, студенты используют его только для описания химических реакций. Итак, для определения максимальных положительных и отрицательных значений степени окисления необходимо сверить обозначение химического элемента в таблице:

1. Самый положительный — это номер группы, в которой находится товар.
2. Максимальная отрицательная степень окисления — это разница между максимальным положительным пределом и числом 8.

Таким образом, достаточно просто выяснить крайние границы формального обвинения того или иного элемента. Это действие можно выполнить с помощью расчетов на основе таблицы Менделеева.

важно знать! Элемент может иметь одновременно несколько индикаторов окисления.

Существует два основных метода определения степени окисления, примеры которых представлены ниже. Первый из них — это метод, требующий знаний и навыков для применения законов химии. Как с помощью этого метода организовать степени окисления?

Правило определения степени окисления

Это требует:

1. Определите, является ли данное вещество элементарным и находится ли оно вне пределов досягаемости. Если это так, его степень окисления будет равна 0, независимо от состава вещества (одиночные атомы или многоуровневые атомные соединения).
2. Определите, состоит ли рассматриваемое вещество из ионов. В этом случае степень окисления будет равна их заряду.
3. Если рассматриваемое вещество является металлом, посмотрите на показатели других веществ в формуле и вычислите показания металла с помощью арифметических операций.
4. Если все соединение имеет заряд (по сути, это сумма всех частиц представленных элементов), то достаточно определить показатели простых веществ, затем вычесть их из общей суммы и получить данные металла.
5. Если облигация нейтральна, общая сумма должна быть равна нулю.

! Уроки химии: что такое галогены

Например, рассмотрим комбинацию с ионом алюминия, полный заряд которого равен нулю. Правила химии подтверждают тот факт, что ион Cl имеет степень окисления -1, и в данном случае их в соединении три. Это означает, что ион Al должен быть равен +3, чтобы все соединение было нейтральным.

Этот метод очень эффективен, потому что правильность решения всегда можно проверить, добавив все степени окисления.

Второй метод можно применять без знания химических законов:

1. Нахождение данных о частицах, относительно которых нет строгих правил и точное количество их электронов неизвестно (возможно путем исключения).
2. Узнайте показатели всех других частиц, а затем найдите нужную частицу из общего количества путем вычитания.

Рассмотрим второй способ на примере вещества Na2SO4, в котором атом серы S не определен, известно только, что он ненулевой.

! Уроки химии: катионы и анионы — что это такое

Чтобы узнать, каковы все степени окисления, вам необходимо:

1. Находите известные предметы, помня о традиционных правилах и исключениях.
2. Ион Na = +1 и каждый кислород = -2.
3. Умножьте количество частиц каждого вещества на их электроны, и вы получите степени окисления всех атомов, кроме одного.
4. Na2SO4 содержит 2 натрия и 4 кислорода, умножая это, получаем: 2 X +1 = 2 — окислительное число всех частиц натрия и 4 X -2 = -8 — кислорода.
5. Сложив полученные результаты, 2 + (- 8) = -6 — это общий заряд соединения без частицы серы.
6. Он представляет собой химическое обозначение в виде уравнения: сумма известных данных + неизвестное число = общий заряд.
7. Na2SO4 представлен следующим образом: -6 + S = 0, S = 0 + 6, S = 6.

Итак, чтобы воспользоваться вторым методом, достаточно знать простые законы арифметики.

Валентность

Валентность — это количество химических связей, которые атом элемента образует в химическом соединении.

Валентность атомов обозначается римскими цифрами: I, II, III и т.д.

Валентность атома зависит от количества:

1) неспаренные электроны

2) пары уединенных электронов на орбиталях валентных уровней

3) пустые электронные орбитали валентного уровня

Валентные возможности атома водорода

Опишем электронную графическую формулу атома водорода:

было сказано, что на валентные емкости могут влиять три фактора: наличие неспаренных электронов, наличие неподеленных электронных пар на внешнем уровне и наличие пустых (пустых) орбиталей на внешнем уровне. Мы видим неспаренный электрон на внешнем (и единственном) уровне энергии. Исходя из этого, водород может иметь именно валентность, равную I. Однако на первом энергетическом уровне есть только один подуровень — s, т.е атом водорода на внешнем уровне не имеет ни неподеленных электронных пар, ни пустых орбиталей.

Следовательно, единственная валентность, которую может проявлять атом водорода, — это I.

Валентные возможности атома углерода

Рассмотрим электронную структуру атома углерода. В основном состоянии электронная конфигурация его внешнего уровня выглядит следующим образом:

В основном состоянии на внешнем энергетическом уровне невозбужденного атома углерода находятся 2 неспаренных электрона. В этом состоянии он может проявлять валентность, равную II. Однако атом углерода очень легко переходит в возбужденное состояние при передаче ему энергии, и электронная конфигурация внешнего слоя в этом случае принимает вид:

Несмотря на то, что определенное количество энергии тратится на процесс возбуждения атома углерода, потери более чем компенсируются образованием четырех ковалентных связей. По этой причине валентность IV гораздо более характерна для атома углерода. Так, например, углерод валентности IV присутствует в молекулах углекислого газа, угольной кислоты и абсолютно всех органических веществ.

Помимо неспаренных электронов и неподеленных электронных пар, на валентные возможности также влияет наличие свободных орбиталей () валентного уровня. Наличие таких полноуровневых орбиталей приводит к тому, что атом может действовать как акцептор электронной пары, например, для образования дополнительных ковалентных связей посредством донорно-акцепторного механизма. Так, например, вопреки ожиданиям, в молекуле окиси углерода CO связь не двойная, а тройная, как ясно показано на следующем рисунке:

Обобщая информацию о валентных емкостях атома углерода:

1) Для углерода возможны валентности II, III, IV

2) Наиболее распространенная валентность углерода в соединениях IV

3) В молекуле окиси углерода CO существует тройная связь (!), При этом одна из трех связей образована по донорно-акцепторному механизму

Валентные возможности атома азота

Запишем электронно-графическую формулу внешнего энергетического уровня атома азота:

Как видно из рисунка выше, атом азота в своем нормальном состоянии имеет 3 неспаренных электрона, и поэтому логично предположить его способность проявлять валентность, равную III. Фактически, валентность три наблюдается в молекулах аммиака (NH3), азотистой кислоты (HNO2), трихлорида азота (NCl3) и т.д.

выше было сказано, что валентность атома химического элемента зависит не только от количества неспаренных электронов, но и от наличия неподеленных электронных пар. Это связано с тем, что ковалентная химическая связь может образовываться не только тогда, когда два атома снабжают друг друга электроном, но и когда атом, имеющий неподеленную пару электронов — донор (), поставляет его другому атому с вакуумом () уровень орбитальной валентности (акцепторный). Для атома азота валентность IV также возможна из-за дополнительной ковалентной связи, образованной донорно-акцепторным механизмом. Так, например, при образовании катиона аммония наблюдаются четыре ковалентные связи, одна из которых образуется по донорно-акцепторному механизму:

Несмотря на то, что одна из ковалентных связей образована по донорно-акцепторному механизму, все связи NH в катионе аммония абсолютно идентичны и ничем не отличаются друг от друга.

Атом азота не может показать валентность, равную V. Это связано с тем, что для атома азота невозможен переход в возбужденное состояние, в котором два электрона разрушаются с переходом одного из них на свободную орбиталь, который является ближайшим энергетическим уровнем. Атом азота не имеет подуровня d, и переход на 3s-орбиталь энергетически настолько дорог, что затраты энергии не покрываются образованием новых связей. Многие могут задать вопрос, какова же тогда валентность азота, например, в молекулах азотной кислоты HNO3 или оксида азота N2O5? Как ни странно, валентность тоже IV, что видно из следующих структурных формул:

Пунктирная линия на иллюстрации показывает так называемую делокализованную π-связь. По этой причине концевые связи NO можно назвать «полуторными». Подобные связи продолжительностью полтора года встречаются также в молекуле озона O3, бензоле C6H6 и т.д.

em> Обобщая информацию о валентных емкостях атома азота:

1) Для азота возможны валентности I, II, III и IV

2) Азот не имеет валентности V!

3) В молекулах азотной кислоты и оксида азота N2O5 азот имеет валентность IV и степень окисления +5 (!).

4) В соединениях, в которых атом азота четырехвалентен, одна из ковалентных связей образована по донорно-акцепторному механизму (соли аммония NH4 +, азотная кислота и др).

Валентные возможности фосфора

Представляем электронно-графическую формулу внешнего энергетического уровня атома фосфора:

Как мы видим, структура внешнего слоя атома фосфора в основном состоянии и атома азота одинакова, и поэтому логично ожидать для атома фосфора, как и для атома азота, возможные валентности равны I, II, III и IV, как это наблюдается на практике.

Однако, в отличие от азота, атом фосфора также имеет подуровень d с 5 свободными орбиталями на внешнем энергетическом уровне.

В связи с этим он может переходить в возбужденное состояние за счет испарения электронов орбитали 3s:

Следовательно, валентность V, недоступная азоту для атома фосфора, возможна. Так, например, атом фосфора имеет валентность пять в молекулах таких соединений, как фосфорная кислота, галогениды фосфора (V), оксид фосфора (V) и так далее

Валентные возможности атома кислорода

Электронно-графическая формула для внешнего энергетического уровня атома кислорода:

Мы видим на 2-м уровне два неспаренных электрона, поэтому для кислорода возможна валентность II. Следует отметить, что такая валентность атома кислорода наблюдается практически во всех соединениях. Выше, рассматривая валентные возможности атома углерода, мы обсуждали образование молекулы монооксида углерода. Связь в молекуле CO тройная, поэтому кислород там трехвалентный (кислород является донором электронной пары).

В связи с тем, что атом кислорода не имеет подуровня от внешнего уровня, электронный пар s- и p-орбиталей невозможен, поэтому валентные возможности атома кислорода ограничены по сравнению с другими элементами его подгруппы, например сера.

Следовательно, кислород почти всегда имеет валентность, равную II, но в некоторых частицах он трехвалентен, в частности в молекуле монооксида углерода C≡O. В том случае, если кислород имеет валентность III, одна из ковалентных связей образуется по донорно-акцепторному механизму.