§ 33. Валентність хімічних елементів

Зміст

ДІЗНАЄТЕСЯ, ЗРОЗУМІЄТЕ, ВИКОРИСТАЄТЕ

Яку властивість атома називають валентністю?

Валентність — це здатність атомів хімічного елемента утворювати зв’язки з певною кількістю інших атомів.

Як визначають валентність хімічного елемента?

Її визначають за кількістю утворених спільних електронних пар або за кількістю неспарених електронів атома в основному чи збудженому стані.

Як складають хімічну формулу сполуки двох елементів за їхніми валентностями?

Алгоритм складання формули бінарної сполуки:

1. Записати символи елементів і вказати їхні валентності.
2. Знайти найменше спільне кратне (НСК) для цих валентностей.
3. Поділити НСК на валентність кожного елемента для визначення індексів (кількості атомів).

ДОСЛІДЖУЄМО ЗВ’ЯЗКИ МІЖ АТОМАМИ, МОЛЕКУЛАМИ, ЙОНАМИ

Доведіть валентність Сульфуру в оксиді $SO_2$, склавши спрощену електронну формулу молекули речовини та її графічну формулу.

В оксиді $SO_2$ атом Сульфуру утворює чотири спільні електронні пари з двома двовалентними атомами Оксигену.

Це доводить, що валентність Сульфуру в цій сполуці дорівнює IV.

Доведіть, що Фосфор може бути три- і п’ятивалентним, зобразивши зміну будови його атома за допомогою електронних формул.

В основному стані атом Фосфору (V група) має конфігурацію зовнішнього рівня $3s^2 3p^3$. Три неспарені електрони на $3p$-підрівні забезпечують валентність III.

Схема зовнішнього рівня (основний стан):

При поглинанні енергії атом переходить у збуджений стан: один електрон із $3s$-орбіталі переміщується на вільну $3d$-орбіталь. Нова конфігурація $3s^1 3p^3 3d^1$ дає п’ять неспарених електронів, що зумовлює валентність V.

Схема зовнішнього рівня (збуджений стан):

Отже, Фосфор буває:

• тривалентним (3 неспарені електрони, основний стан);
• п’ятивалентним (5 неспарених електронів, збуджений стан).

ПОМІРКУЙТЕ

Чому значення валентності Сульфуру парні, а Фосфору і Хлору — непарні?

Значення валентності залежать від будови зовнішнього енергетичного рівня та кількості електронів, які розпаровуються під час збудження.

• Сульфур (VI група): В основному стані має 2 неспарені електрони ($3s^2 3p^4$). У збуджених станах розпаровування електронів з $3p$- та $3s$-підрівнів збільшує їхню кількість до 4 і 6. Тому валентність Сульфуру парна (II, IV, VI).
• Фосфор (V група) і Хлор (VII група): Мають непарну кількість валентних електронів (5 і 7). При розпаровуванні кількість неспарених електронів завжди збільшується на 2, залишаючись непарною. Фосфор має валентності III, V; Хлор — I, III, V, VII.

Визначте валентність Хлору у сполуках $Cl_2O$ і $Cl_2O_7$.

• У $Cl_2O$: Оксиген має сталу валентність II. На два атоми Хлору припадає один атом Оксигену. Валентність Хлору — I.
• У $Cl_2O_7$: Сім атомів Оксигену (II) дають 14 одиниць валентності ($7 \times 2 = 14$). Ділимо на два атоми Хлору ($14 : 2 = 7$). Валентність Хлору — VII.

Бор — тривалентний елемент. Наведіть електронну формулу, яку має його атом, сполучаючись з іншими атомами. Складіть хімічні формули сполук Бору із Флуором та Оксигеном.

В основному стані атом Бору ($1s^2 2s^2 2p^1$) має один неспарений електрон. Для виявлення валентності III атом переходить у збуджений стан: один $2s$-електрон переміщується на $2p$-орбіталь.

Електронна формула збудженого стану: $1s^2 2s^1 2p^2$

Сполуки (Бор має валентність III, Флуор — I, Оксиген — II):

• З Флуором: $BF_3$ (бор фторид).
• З Оксигеном: $B_2O_3$ (бор оксид).

ВИОКРЕМЛЮЄМО ОСНОВНЕ

Проаналізувавши матеріал, викладений у параграфі, запишіть у зошиті висновки про валентність хімічних елементів, з’ясування її значення за формулою сполуки і складання формули сполуки за валентністю елементів, якими вона утворена.

1. Валентність — здатність атома утворювати хімічні зв’язки. Залежить від кількості неспарених електронів.
2. Максимальна валентність (для s- та p-елементів) переважно дорівнює номеру групи.
3. Визначення за формулою $A_x B_y$: добуток валентності на індекс першого елемента дорівнює аналогічному добутку другого ($Val(A) \cdot x = Val(B) \cdot y$).
4. Складання формули: знайти НСК валентностей і поділити його на валентність кожного елемента, щоб отримати індекси.

Сформулюйте цікаве запитання за темою параграфа і поставте його своїм однокласникам / однокласницям. Порівняйте свою і їхні відповіді та оцініть їх.

Запитання: «Чому Оксиген (елемент VI групи) виявляє сталу валентність II, а Сульфур (теж елемент VI групи) може мати валентність II, IV і VI?»
Відповідь: Атом Оксигену не має $d$-підрівня, тому розпаровування електронів неможливе (залишається два неспарені). Атом Сульфуру має вільний $3d$-підрівень, куди переходять електрони при збудженні, збільшуючи валентність.

ПЕРЕВІРМО СЕБЕ

344. Як визначити валентність атома в молекулі за її графічною та електронною формулами?

• За графічною формулою: за кількістю рисок (зв’язків) біля символу елемента.
• За електронною формулою: за кількістю спільних електронних пар, утворених з іншими атомами.

345. Які значення валентності може мати хімічний елемент, якщо електронна формула його атома — $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^2$?

Формула належить Силіцію ($Si$, №14).

• В основному стані є 2 неспарені електрони ($3p^2$), валентність — II (наприклад, $SiO$).
• У збудженому стані ($3s^1 3p^3$) є 4 неспарені електрони, валентність — IV (наприклад, $SiO_2$, $SiH_4$).

346. Допишіть значення валентності хімічних елементів у формулах сполук: $SCl_4$; $PBr_5$; $NI_3$; $CS_2$; $P_3N_5$.

$\overset{\text{IV}}{\text{S}}\overset{\text{I}}{\text{Cl}_4}; \quad \overset{\text{V}}{\text{P}}\overset{\text{I}}{\text{Br}_5}; \quad \overset{\text{III}}{\text{N}}\overset{\text{I}}{\text{I}_3}; \quad \overset{\text{IV}}{\text{C}}\overset{\text{II}}{\text{S}_2}; \quad \overset{\text{V}}{\text{P}_3}\overset{\text{III}}{\text{N}_5}$

ВИКОНАЙМО ВПРАВУ

347. Визначте валентність хімічних елементів у сполуках, що мають такі формули: а) $V_2O_5$, $SiF_4$, $PH_3$; б) $H_2Se$, $P_2O_3$, $Mn_2O_7$.

а)

• $V_2O_5$: Оксиген (II). $2 \cdot 5 = 10 \rightarrow 10 : 2 = 5$. Ванадій — V.
• $SiF_4$: Флуор (I). $1 \cdot 4 = 4 \rightarrow 4 : 1 = 4$. Силіцій — IV.
• $PH_3$: Гідроген (I). $1 \cdot 3 = 3 \rightarrow 3 : 1 = 3$. Фосфор — III.

б)

• $H_2Se$: Гідроген (I). $1 \cdot 2 = 2 \rightarrow 2 : 1 = 2$. Селен — II.
• $P_2O_3$: Оксиген (II). $2 \cdot 3 = 6 \rightarrow 6 : 2 = 3$. Фосфор — III.
• $Mn_2O_7$: Оксиген (II). $2 \cdot 7 = 14 \rightarrow 14 : 2 = 7$. Манган — VII.

348. Складіть формули сполук: а) Si…H…, W…O…; O…F…; б) N…O…, P…O…, C…Cl…

а)

• Силіцій (IV) і Гідроген (I): $SiH_4$.
• Вольфрам (VI) і Оксиген (II): $WO_3$.
• Оксиген (II) і Флуор (I): $OF_2$.

б)

• Нітроген (III) і Оксиген (II): $N_2O_3$.
• Фосфор (V) і Оксиген (II): $P_2O_5$.
• Карбон (IV) і Хлор (I): $CCl_4$.

ВИКОНАЙМО ВПРАВУ

349. Визначте валентність елементів у сполуках за графічними формулами молекул.

1. $H-N=C=S$
   • Гідроген ($H$): 1 зв’язок $\rightarrow$ валентність I.
   • Нітроген ($N$): 3 зв’язки $\rightarrow$ валентність III.
   • Карбон ($C$): 4 зв’язки $\rightarrow$ валентність IV.
   • Сульфур ($S$): 2 зв’язки $\rightarrow$ валентність II.
2. Сполука $Cl_2O_7$
   • Хлор ($Cl$) $\rightarrow$ валентність VII.
   • Оксиген ($O$) $\rightarrow$ валентність II.
3. Сполука $H_2SeO_3$
   • Гідроген ($H$) $\rightarrow$ валентність I.
   • Оксиген ($O$) $\rightarrow$ валентність II.
   • Селен ($Se$): 4 зв’язки $\rightarrow$ валентність IV.

ПОМІРКУЙМО

350. Чому в книжках та інтернеті немає відомостей про валентність Гелію, Неону, Аргону?

Ці елементи належать до інертних газів із завершеним і дуже стійким зовнішнім енергетичним рівнем. За звичайних умов вони не утворюють спільних електронних пар (мають нульову валентність) і не вступають у хімічні реакції.

ФОРМУЙМО СЛОВНИЧОК

351. Випишіть ключові слова і словосполучення з тексту параграфа для укладання двомовного словничка.

• Валентність — Valency
• Хімічна формула — Chemical formula
• Графічна формула — Graphic formula
• Стала валентність — Constant valency
• Змінна валентність — Variable valency
• Спільна електронна пара — Shared electron pair
• Неспарений електрон — Unpaired electron

ОЦІНЮЙМО СВОЇ ЗНАННЯ

352. Створіть у зошиті таблицю оцінювання ваших знань і заповніть її.