Các nguyên tố đơn trị. Xác định hóa trị của các nguyên tố hóa học

Có nhiều định nghĩa khác nhau về khái niệm “hóa trị”. Thông thường, thuật ngữ này đề cập đến khả năng các nguyên tử của một nguyên tố gắn vào một số nguyên tử nhất định của các nguyên tố khác. Thường những người mới bắt đầu nghiên cứu hóa học sẽ đặt ra câu hỏi: Làm thế nào để xác định hóa trị của một nguyên tố? Điều này rất dễ thực hiện nếu bạn biết một vài quy tắc.

Hóa trị không đổi và thay đổi

Hãy xem xét các hợp chất HF, H2S và CaH2. Trong mỗi ví dụ này, một nguyên tử hydro chỉ gắn vào chính nó một nguyên tử của một nguyên tố hóa học khác, có nghĩa là hóa trị của nó bằng một. Giá trị hóa trị được viết phía trên ký hiệu của nguyên tố hóa học bằng chữ số La Mã.

Trong ví dụ đã cho, nguyên tử flo chỉ liên kết với một nguyên tử H hóa trị một, nghĩa là hóa trị của nó cũng bằng 1. Nguyên tử lưu huỳnh trong H2S đã gắn hai nguyên tử H với chính nó nên nó có hóa trị hai trong hợp chất này. Canxi trong hydrua CaH2 của nó cũng liên kết với hai nguyên tử hydro, nghĩa là hóa trị của nó là hai.

Oxy trong phần lớn các hợp chất của nó là hóa trị hai, nghĩa là nó tạo thành hai liên kết hóa học với các nguyên tử khác.

Trong trường hợp đầu tiên, nguyên tử lưu huỳnh gắn hai nguyên tử oxy với chính nó, nghĩa là nó tạo thành tổng cộng 4 liên kết hóa học (một oxy tạo thành hai liên kết, nghĩa là lưu huỳnh - hai lần 2), nghĩa là hóa trị của nó là 4.

Trong hợp chất SO3, lưu huỳnh đã gắn ba nguyên tử O, do đó hóa trị của nó là 6 (ba lần nó tạo thành hai liên kết với mỗi nguyên tử oxy). Nguyên tử canxi chỉ gắn một nguyên tử oxy, tạo thành hai liên kết với nó, nghĩa là hóa trị của nó bằng với hóa trị của O, nghĩa là bằng 2.

Lưu ý rằng nguyên tử H là hóa trị một trong bất kỳ hợp chất nào. Hóa trị của oxy luôn (trừ ion hydronium H3O(+)) bằng 2. Canxi tạo thành hai liên kết hóa học với cả hydro và oxy. Đây là những yếu tố có hóa trị không đổi. Ngoài những chất đã được đề cập, những chất sau đây có hóa trị không đổi:

• Li, Na, K, F - đơn trị;
• Be, Mg, Ca, Zn, Cd - có hóa trị II;
• B, Al và Ga là hóa trị ba.

Nguyên tử lưu huỳnh, trái ngược với các trường hợp được xem xét, khi kết hợp với hydro có hóa trị II và với oxy, nó có thể là hóa trị bốn hoặc hóa trị sáu. Các nguyên tử của những nguyên tố như vậy được cho là có hóa trị thay đổi. Hơn nữa, giá trị tối đa của nó trong hầu hết các trường hợp trùng với số nhóm chứa nguyên tố đó trong Bảng tuần hoàn (quy tắc 1).

Có nhiều trường hợp ngoại lệ cho quy tắc này. Như vậy, nguyên tố 1 của nhóm đồng thể hiện hóa trị của cả I và II. Ngược lại, sắt, coban, niken, nitơ, flo có hóa trị tối đa nhỏ hơn số nhóm. Vì vậy, đối với Fe, Co, Ni thì đây là II và III, đối với N - IV và đối với flo - I.

Giá trị hóa trị tối thiểu luôn tương ứng với hiệu giữa số 8 và số nhóm (quy tắc 2).

Có thể xác định rõ ràng hóa trị của các nguyên tố mà nó thay đổi chỉ bằng công thức của một chất nhất định.

Xác định hóa trị trong hợp chất nhị phân

Chúng ta hãy xem xét cách xác định hóa trị của một nguyên tố trong hợp chất nhị phân (của hai nguyên tố). Ở đây có thể có hai lựa chọn: trong một hợp chất, hóa trị của các nguyên tử của một nguyên tố được biết chính xác hoặc cả hai hạt đều có hóa trị thay đổi.

Trường hợp một:

Trường hợp hai:

Xác định hóa trị bằng công thức hạt ba nguyên tố.

Không phải tất cả các chất hóa học đều bao gồm các phân tử hai nguyên tử. Làm thế nào để xác định hóa trị của một nguyên tố trong hạt ba nguyên tố? Hãy xem xét câu hỏi này bằng ví dụ về công thức của hai hợp chất K2Cr2O7.

Nếu thay vì kali, công thức chứa sắt hoặc một nguyên tố khác có hóa trị thay đổi thì chúng ta cần biết hóa trị của dư lượng axit là bao nhiêu. Ví dụ: bạn cần tính hóa trị của các nguyên tử của tất cả các nguyên tố kết hợp với công thức FeSO4.

Cần lưu ý rằng thuật ngữ “hóa trị” thường được sử dụng nhiều hơn trong hóa học hữu cơ. Khi biên soạn công thức của các hợp chất vô cơ, khái niệm “trạng thái oxy hóa” thường được sử dụng.

HÓA TRỊ(tiếng Latin valentia - sức mạnh) khả năng của một nguyên tử gắn hoặc thay thế một số nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử khác.

Trong nhiều thập kỷ, khái niệm hóa trị là một trong những khái niệm cơ bản, nền tảng trong hóa học. Tất cả sinh viên hóa học đều phải trải qua khái niệm này. Lúc đầu, đối với họ, điều này có vẻ khá đơn giản và rõ ràng: hydro là hóa trị một, oxy là hóa trị hai, v.v. Một trong những cuốn sách hướng dẫn dành cho người nộp đơn có nói như vậy: “Hóa trị là số lượng liên kết hóa học được hình thành bởi một nguyên tử trong hợp chất”. Nhưng theo định nghĩa này, hóa trị của cacbon trong cacbua sắt Fe 3 C, trong sắt cacbonyl Fe 2 (CO) 9, trong các muối đã biết từ lâu là K 3 Fe(CN) 6 và K 4 Fe( CN) 6? Và ngay cả trong natri clorua, mỗi nguyên tử trong tinh thể NaCl được liên kết với sáu nguyên tử khác! Vì vậy, nhiều định nghĩa, ngay cả những định nghĩa được in trong sách giáo khoa, đều phải được áp dụng hết sức cẩn thận.

Trong các ấn phẩm hiện đại, người ta có thể tìm thấy những định nghĩa khác nhau, thường không nhất quán. Ví dụ: “Hóa trị là khả năng của các nguyên tử hình thành một số liên kết cộng hóa trị nhất định”. Định nghĩa này rõ ràng và rõ ràng nhưng nó chỉ áp dụng được cho các hợp chất có liên kết cộng hóa trị. Hóa trị của một nguyên tử được xác định bởi tổng số electron tham gia vào việc hình thành liên kết hóa học; và số cặp electron mà nguyên tử này liên kết với các nguyên tử khác; và số lượng electron chưa ghép cặp của nó tham gia vào việc hình thành các cặp electron chung. Một định nghĩa khác thường gặp về hóa trị là số lượng liên kết hóa học mà một nguyên tử nhất định được kết nối với các nguyên tử khác cũng gây ra khó khăn, vì không phải lúc nào cũng có thể xác định rõ ràng liên kết hóa học là gì. Xét cho cùng, không phải tất cả các hợp chất đều có liên kết hóa học được hình thành bởi các cặp electron. Ví dụ đơn giản nhất là các tinh thể ion, chẳng hạn như natri clorua; trong đó, mỗi nguyên tử natri tạo thành liên kết (ion) với sáu nguyên tử clo và ngược lại. Liên kết hydro có nên được coi là liên kết hóa học (ví dụ, trong phân tử nước)?

Câu hỏi đặt ra là hóa trị của một nguyên tử nitơ có thể bằng bao nhiêu theo các định nghĩa khác nhau của nó. Nếu hóa trị được xác định bằng tổng số electron tham gia vào quá trình hình thành liên kết hóa học với các nguyên tử khác, thì hóa trị tối đa của nguyên tử nitơ phải được coi là bằng năm, vì nguyên tử nitơ có thể sử dụng cả năm electron bên ngoài của nó - hai s-electron và ba p-electron - khi hình thành liên kết hóa học. Nếu hóa trị được xác định bằng số cặp electron mà một nguyên tử nhất định được kết nối với các nguyên tử khác, thì trong trường hợp này hóa trị tối đa của một nguyên tử nitơ là bốn. Trong trường hợp này, ba electron p tạo thành ba liên kết cộng hóa trị với các nguyên tử khác và một liên kết khác được hình thành do hai electron 2s của nitơ. Một ví dụ là phản ứng của amoniac với axit để tạo thành cation amoni. Cuối cùng, nếu hóa trị chỉ được xác định bởi số lượng electron chưa ghép cặp trong một nguyên tử, thì hóa trị của nitơ không thể nhiều hơn ba, vì nguyên tử N không thể có nhiều hơn. hơn ba electron chưa ghép cặp (sự kích thích của electron 2s chỉ có thể xảy ra ở mức n = 3, cực kỳ bất lợi về mặt năng lượng). Do đó, trong halogenua, nitơ chỉ tạo thành ba liên kết cộng hóa trị và không có các hợp chất như NF 5, NCl 5 hoặc NBr 5 (không giống như PF 3, PCl 3 và PBr 3 hoàn toàn ổn định). Nhưng nếu một nguyên tử nitơ chuyển một trong số các electron 2s của nó sang một nguyên tử khác thì cation N+ thu được sẽ có bốn electron chưa ghép cặp và hóa trị của cation này sẽ là bốn. Điều này xảy ra, ví dụ, trong một phân tử axit nitric. Do đó, các định nghĩa khác nhau về hóa trị sẽ dẫn đến các kết quả khác nhau ngay cả đối với các phân tử đơn giản.

Định nghĩa nào trong số này là “đúng” và thậm chí có thể đưa ra một định nghĩa rõ ràng về hóa trị không? Để trả lời những câu hỏi này, sẽ rất hữu ích nếu bạn quay về quá khứ và xem xét khái niệm “hóa trị” đã thay đổi như thế nào cùng với sự phát triển của hóa học.

Ý tưởng về hóa trị của các nguyên tố (tuy nhiên, không nhận được sự công nhận vào thời điểm đó) lần đầu tiên được thể hiện vào giữa thế kỷ 19. Nhà hóa học người Anh E. Frankland: ông đã nói về một “khả năng bão hòa” nhất định của kim loại và oxy. Sau đó, hóa trị bắt đầu được hiểu là khả năng một nguyên tử gắn hoặc thay thế một số nguyên tử (hoặc nhóm nguyên tử) khác để tạo thành liên kết hóa học. Một trong những người sáng tạo ra lý thuyết về cấu trúc hóa học, Friedrich August Kekule, đã viết: “Hóa trị là một tính chất cơ bản của nguyên tử, một tính chất không đổi và không thể thay đổi như chính trọng lượng nguyên tử”. Kekule coi hóa trị của một nguyên tố là một giá trị không đổi. Vào cuối những năm 1850, hầu hết các nhà hóa học đều tin rằng hóa trị (khi đó được gọi là “độ nguyên tử”) của carbon là 4, hóa trị của oxy và lưu huỳnh là 2, và các halogen là 1. Năm 1868, nhà hóa học người Đức K. G. Wichelhaus đã đề xuất sử dụng thuật ngữ “tính nguyên tử” thay vì “hóa trị” (trong tiếng Latin valentia - sức mạnh). Tuy nhiên, trong một thời gian dài, nó hầu như không được sử dụng, ít nhất là ở Nga (thay vào đó, họ nói, chẳng hạn như về “đơn vị ái lực”, “số lượng tương đương”, “số cổ phần”, v.v.). Điều quan trọng là ở Từ điển bách khoa của Brockhaus và Efron(hầu như tất cả các bài viết về hóa học trong bộ bách khoa toàn thư này đều được D.I. Mendeleev xem xét, biên tập và thường viết) không có bài nào về “hóa trị” cả. Nó cũng không được tìm thấy trong tác phẩm kinh điển của Mendeleev. Khái niệm cơ bản về hóa học(anh ấy chỉ thỉnh thoảng đề cập đến khái niệm “tính nguyên tử” mà không đi sâu vào nó một cách chi tiết và không đưa ra một định nghĩa rõ ràng).

Để chứng minh rõ ràng những khó khăn đi kèm với khái niệm “hóa trị” ngay từ đầu, cần trích dẫn một khái niệm phổ biến vào đầu thế kỷ 20. Ở nhiều nước, nhờ tài năng sư phạm tuyệt vời của tác giả, cuốn sách giáo khoa của nhà hóa học người Mỹ Alexander Smith, được ông xuất bản năm 1917 (bản dịch tiếng Nga - năm 1911, 1916 và 1931): “Chưa có khái niệm nào trong hóa học lại nhận được nhiều quan niệm như vậy”. định nghĩa không rõ ràng và thiếu chính xác về khái niệm hóa trị " Và hơn nữa trong phần Một số điều kỳ lạ trong quan điểm về giá trị tác giả viết:

“Khi khái niệm hóa trị lần đầu tiên được xây dựng, người ta đã tin - hoàn toàn sai lầm - rằng mỗi nguyên tố có một hóa trị. Vì vậy, khi xét các cặp hợp chất như CuCl và CuCl 2, hay... FeCl 2 và FeCl 3, chúng ta xuất phát từ giả định rằng đồng Luôn luôn là hóa trị hai, và sắt là hóa trị ba, và trên cơ sở này họ đã bóp méo các công thức để phù hợp với giả định này. Vì vậy, công thức của monoclorua đồng đã được viết (và vẫn còn được viết cho đến ngày nay) như sau: Cu 2 Cl 2. Trong trường hợp này, công thức của hai hợp chất clorua đồng được biểu diễn bằng đồ họa có dạng: Cl–Cu–Cu–Cl và Cl–Cu–Cl. Trong cả hai trường hợp, mỗi nguyên tử đồng chứa (trên giấy) hai đơn vị và do đó có giá trị hóa trị hai (trên giấy). Tương tự như vậy... nhân đôi công thức FeCl 2 sẽ cho Cl 2 >Fe–Fe 2, cho phép chúng ta coi... sắt là hóa trị ba.” Và sau đó Smith luôn đưa ra một kết luận rất quan trọng và phù hợp: “Việc bịa ra hoặc bóp méo sự thật nhằm hỗ trợ một ý tưởng vốn chỉ là kết quả của sự phỏng đoán là hoàn toàn trái ngược với phương pháp khoa học. Tuy nhiên, lịch sử khoa học cho thấy những sai sót như vậy thường được quan sát thấy.”

Một đánh giá về những ý tưởng đầu thế kỷ về hóa trị đã được đưa ra vào năm 1912 bởi nhà hóa học người Nga L.A. Chugaev, người đã nhận được sự công nhận trên toàn thế giới về công trình nghiên cứu về hóa học của các hợp chất phức tạp. Chugaev đã chỉ ra rõ ràng những khó khăn liên quan đến việc định nghĩa và áp dụng khái niệm hóa trị:

“Hóa trị là một thuật ngữ được sử dụng trong hóa học có cùng ý nghĩa với “tính nguyên tử” để biểu thị số lượng nguyên tử hydro tối đa (hoặc các nguyên tử đơn nguyên tử hoặc gốc đơn nguyên tử khác) mà một nguyên tử của một nguyên tố nhất định có thể liên kết trực tiếp (hoặc mà nó có khả năng thay thế). Từ hóa trị cũng thường được sử dụng theo nghĩa đơn vị hóa trị hoặc đơn vị ái lực. Vì vậy, họ nói rằng oxy có hai, nitơ có ba, v.v. Các từ hóa trị và “tính nguyên tử” trước đây được sử dụng mà không có bất kỳ sự phân biệt nào, nhưng vì chính các khái niệm được chúng thể hiện đã mất đi tính đơn giản ban đầu và trở nên phức tạp hơn, nên trong một số trường hợp chỉ còn từ hóa trị được sử dụng... Sự phức tạp của khái niệm hóa trị bắt đầu bằng việc thừa nhận rằng hóa trị là một đại lượng có thể thay đổi... và theo nghĩa của vấn đề, nó luôn được biểu thị dưới dạng số nguyên.”

Các nhà hóa học biết rằng nhiều kim loại có hóa trị thay đổi, và lẽ ra họ nên nói về crom hóa trị hai, hóa trị ba và hóa trị sáu chẳng hạn. Chugaev cho rằng ngay cả trong trường hợp carbon, cần phải thừa nhận khả năng hóa trị của nó có thể khác 4, và CO không phải là ngoại lệ duy nhất: “Carbilamines CH 3 -N=C rất có thể chứa carbon hóa trị hai, trong axit fulminat và các muối của nó C=NOH, C=NOMe, v.v. Chúng ta biết rằng cacbon ba nguyên tử cũng tồn tại…” Thảo luận về lý thuyết của nhà hóa học người Đức I. Thiele về các hóa trị “một phần” hay một phần, Chugaev đã nói về nó như “một trong những nỗ lực đầu tiên mở rộng khái niệm cổ điển về hóa trị và mở rộng nó sang những trường hợp mà nó không thể áp dụng được. Nếu Thiele thấy cần... cho phép "sự phân mảnh" các đơn vị hóa trị, thì có cả một loạt sự kiện buộc chúng ta, theo một nghĩa khác, phải rút ra khái niệm về hóa trị từ khuôn khổ hẹp mà nó ban đầu đã được chứa đựng. Chúng ta đã thấy rằng việc nghiên cứu các hợp chất đơn giản nhất (chủ yếu là nhị phân...) được hình thành bởi các nguyên tố hóa học đối với từng nguyên tố sau này buộc chúng ta phải thừa nhận một số giá trị nhất định, luôn nhỏ và tất nhiên là toàn bộ giá trị hóa trị của chúng. Nói chung, những giá trị như vậy là rất ít (các nguyên tố biểu hiện nhiều hơn ba hóa trị khác nhau là rất hiếm)... Tuy nhiên, kinh nghiệm cho thấy rằng khi tất cả các đơn vị hóa trị nêu trên được coi là bão hòa, khả năng của các phân tử thu được tiếp tục phép cộng chưa đạt đến giới hạn. Như vậy, muối kim loại thêm nước, amoniac, amin..., tạo thành các loại hydrat, amoniac... v.v. các hợp chất phức tạp mà... hiện nay chúng tôi phân loại là phức tạp. Sự tồn tại của những hợp chất như vậy không phù hợp với khuôn khổ của ý tưởng hóa trị đơn giản nhất đương nhiên đòi hỏi phải mở rộng nó và đưa ra các giả thuyết bổ sung. Một trong những giả thuyết này, do A. Werner đề xuất, là cùng với các đơn vị hóa trị chính hoặc cơ bản, còn có những đơn vị hóa trị khác. Cái sau thường được biểu thị bằng một đường chấm chấm.”

Thật vậy, chẳng hạn, hóa trị nào nên được gán cho nguyên tử coban trong clorua của nó, chất này đã thêm sáu phân tử amoniac để tạo thành hợp chất CoCl 3 6NH 3 (hoặc tương tự là Co(NH 3) 6 Cl 3) ? Trong đó, một nguyên tử coban được kết hợp đồng thời với chín nguyên tử clo và nitơ! D.I. Mendeleev đã viết trong dịp này về “các lực ái lực còn lại” ít được nghiên cứu. Và nhà hóa học người Thụy Sĩ A. Werner, người đã tạo ra lý thuyết về các hợp chất phức tạp, đã đưa ra các khái niệm về hóa trị chính (chính) và hóa trị thứ cấp (thứ cấp) (trong hóa học hiện đại, những khái niệm này tương ứng với trạng thái oxy hóa và số phối trí). Cả hai hóa trị đều có thể thay đổi và trong một số trường hợp rất khó hoặc thậm chí không thể phân biệt được chúng.

Tiếp theo, Chugaev đề cập đến lý thuyết điện hóa trị của R. Abegg, lý thuyết này có thể dương (trong các hợp chất có lượng oxy cao hơn) hoặc âm (trong các hợp chất có hydro). Hơn nữa, tổng hóa trị cao nhất của các nguyên tố oxy và hydro thuộc nhóm IV đến VII đều bằng 8. Việc trình bày trong nhiều sách giáo khoa hóa học vẫn dựa trên lý thuyết này. Để kết luận, Chugaev đề cập đến các hợp chất hóa học mà khái niệm hóa trị trên thực tế không thể áp dụng được - các hợp chất liên kim loại, thành phần của chúng “thường được biểu thị bằng các công thức rất đặc biệt, rất ít gợi nhớ đến các giá trị hóa trị thông thường. Ví dụ: đây là các hợp chất sau: NaCd 5, NaZn 12, FeZn 7, v.v.”

Một nhà hóa học nổi tiếng người Nga khác là I.A Kablukov đã chỉ ra một số khó khăn trong việc xác định hóa trị trong sách giáo khoa của mình. Nguyên tắc cơ bản của hóa học vô cơ, xuất bản năm 1929. Về số phối trí, chúng tôi xin trích dẫn (bằng bản dịch tiếng Nga) một cuốn sách giáo khoa xuất bản tại Berlin năm 1933 của một trong những người sáng lập ra lý thuyết nghiệm hiện đại, nhà hóa học người Đan Mạch Niels Bjerrum:

“Các số hóa trị thông thường không cho biết các tính chất đặc trưng được thể hiện bởi nhiều nguyên tử trong nhiều hợp chất phức tạp. Để giải thích khả năng của các nguyên tử hoặc ion tạo thành các hợp chất phức tạp, một dãy số đặc biệt mới đã được đưa ra cho các nguyên tử và ion, khác với các số hóa trị thông thường. Trong các ion bạc phức tạp... hầu hết chúng liên kết trực tiếp với nguyên tử kim loại trung tâm hai nguyên tử hoặc hai nhóm nguyên tử, ví dụ Ag(NH 3) 2 +, Ag(CN) 2 –, Ag(S 2 O 3) 2 –... Để mô tả liên kết này, khái niệm số phối hợp và gán số phối trí là 2 cho các ion Ag + Như có thể thấy từ các ví dụ đã cho, các nhóm liên kết với. nguyên tử trung tâm, có thể là các phân tử trung tính (NH 3) và các ion (CN –, S 2 O 3 –). Ion đồng hóa trị hai Cu ++ và ion vàng hóa trị ba Au +++ trong hầu hết các trường hợp có số phối trí là 4. Tất nhiên, số phối trí của một nguyên tử vẫn chưa cho biết loại liên kết nào tồn tại giữa nguyên tử trung tâm và nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử khác liên kết với nó; nhưng hóa ra nó lại là một công cụ tuyệt vời để hệ thống hóa các hợp chất phức tạp.”

A. Smith đưa ra những ví dụ rất rõ ràng về “tính chất đặc biệt” của các hợp chất phức tạp trong sách giáo khoa của mình:

“Hãy xem xét các hợp chất bạch kim “phân tử” sau đây: PtCl 4 2NH 3, PtCl 4 4NH 3, PtCl 4 6NH 3 và PtCl 4 2KCl. Nghiên cứu kỹ hơn về các hợp chất này cho thấy một số tính năng đáng chú ý. Hợp chất đầu tiên trong dung dịch thực tế không bị phân hủy thành các ion; độ dẫn điện của dung dịch của nó cực kỳ thấp; bạc nitrat không tạo ra kết tủa AgCl cùng với nó. Werner chấp nhận rằng các nguyên tử clo liên kết với nguyên tử bạch kim bằng các hóa trị thông thường; Werner gọi chúng là những phân tử chính và các phân tử amoniac được kết nối với nguyên tử bạch kim bằng các hóa trị phụ bổ sung. Hợp chất này, theo Werner, có cấu trúc như sau:

Dấu ngoặc lớn biểu thị tính toàn vẹn của một nhóm nguyên tử, một phức chất không bị phân hủy khi hòa tan hợp chất.

Hợp chất thứ hai có các đặc tính khác với hợp chất thứ nhất; đây là chất điện phân, độ dẫn điện của dung dịch nó cùng bậc với độ dẫn điện của dung dịch muối phân hủy thành ba ion (K 2 SO 4, BaCl 2, MgCl 2); bạc nitrat kết tủa hai trong số bốn nguyên tử. Theo Werner, đây là hợp chất có cấu trúc như sau: 2– + 2Cl–. Ở đây chúng ta có một ion phức; các nguyên tử clo trong nó không bị kết tủa bởi bạc nitrat và phức hợp này tạo thành một khối cầu nguyên tử bên trong xung quanh hạt nhân - nguyên tử Pt trong hợp chất, các nguyên tử clo tách ra dưới dạng ion tạo thành hình cầu bên ngoài của các nguyên tử, đó là lý do tại sao chúng ta viết chúng bên ngoài dấu ngoặc lớn. Nếu chúng ta giả sử rằng Pt có bốn hóa trị chính thì chỉ có hai hóa trị được sử dụng trong phức hợp này, trong khi hai hóa trị còn lại được giữ bởi hai nguyên tử clo bên ngoài. Trong hợp chất đầu tiên, tất cả bốn hóa trị của bạch kim đều được sử dụng trong phức chất, do đó hợp chất này không phải là chất điện phân.

Trong hợp chất thứ ba, cả bốn nguyên tử clo đều bị kết tủa bởi bạc nitrat; độ dẫn điện cao của muối này cho thấy nó tạo ra 5 ion; Rõ ràng cấu trúc của nó như sau: 4– + 4Cl – ... Trong ion phức, tất cả các phân tử amoniac liên kết với Pt bằng hóa trị thứ cấp; tương ứng với bốn hóa trị chính của bạch kim, có bốn nguyên tử clo ở quả cầu bên ngoài.

Trong hợp chất thứ tư, bạc nitrat hoàn toàn không kết tủa clo, độ dẫn điện của dung dịch của nó cho thấy sự phân hủy thành ba ion và phản ứng trao đổi cho thấy các ion kali. Chúng tôi gán cho hợp chất này cấu trúc sau 2– + 2K + . Trong ion phức, bốn hóa trị chính của Pt được sử dụng, nhưng vì các hóa trị chính của hai nguyên tử clo không được sử dụng nên hai ion hóa trị một dương (2K +, 2NH 4 +, v.v.) có thể được giữ lại ở quả cầu bên ngoài. ”

Các ví dụ đã cho về sự khác biệt nổi bật về tính chất của các phức bạch kim bề ngoài tương tự nhau đưa ra ý tưởng về những khó khăn mà các nhà hóa học gặp phải khi cố gắng xác định hóa trị một cách rõ ràng.

Sau khi tạo ra các ý tưởng điện tử về cấu trúc của nguyên tử và phân tử, khái niệm “điện hóa” bắt đầu được sử dụng rộng rãi. Vì các nguyên tử có thể cho và nhận electron, nên điện hóa trị có thể là dương hoặc âm (ngày nay, thay vì điện hóa trị, khái niệm trạng thái oxy hóa được sử dụng). Những ý tưởng điện tử mới về hóa trị có sự nhất quán như thế nào với những ý tưởng trước đó? N. Bjerrum, trong cuốn sách giáo khoa đã được trích dẫn, viết về điều này: “Có một số sự phụ thuộc giữa các số hóa trị thông thường và các số mới được giới thiệu - điện hóa trị và số phối trí - nhưng chúng hoàn toàn không giống nhau. Khái niệm cũ về hóa trị đã chia thành hai khái niệm mới.” Nhân dịp này, Bjerrum đã đưa ra một lưu ý quan trọng: “Số phối trí của carbon trong hầu hết các trường hợp là 4, và hóa trị điện của nó là +4 hoặc –4. Vì cả hai con số thường trùng khớp với một nguyên tử cacbon nên các hợp chất cacbon không phù hợp để nghiên cứu sự khác biệt giữa hai khái niệm này.”

Trong khuôn khổ lý thuyết điện tử về liên kết hóa học, được phát triển trong các công trình của nhà hóa học vật lý người Mỹ G. Lewis và nhà vật lý người Đức W. Kossel, các khái niệm như liên kết cho-chấp (phối hợp) và cộng hóa trị đã xuất hiện. Theo lý thuyết này, hóa trị của một nguyên tử được xác định bởi số lượng electron của nó tham gia vào việc hình thành các cặp electron chung với các nguyên tử khác. Trong trường hợp này, hóa trị cực đại của một nguyên tố được coi là bằng số electron ở lớp vỏ electron bên ngoài của nguyên tử (nó trùng với số nhóm trong bảng tuần hoàn mà nguyên tố này thuộc về). Theo những ý tưởng khác, dựa trên các định luật hóa học lượng tử (chúng được phát triển bởi các nhà vật lý người Đức W. Heitler và F. London), không nên đếm tất cả các electron bên ngoài mà chỉ đếm những electron chưa ghép cặp (ở trạng thái cơ bản hoặc trạng thái kích thích của nguyên tử) ; Đây chính xác là định nghĩa được đưa ra trong một số bộ bách khoa toàn thư về hóa học.

Tuy nhiên, sự thật được biết là không phù hợp với sơ đồ đơn giản này. Do đó, trong một số hợp chất (ví dụ, trong ozon), một cặp electron có thể chứa không phải hai mà là ba hạt nhân; trong các phân tử khác, liên kết hóa học có thể được thực hiện bởi một electron. Không thể mô tả những kết nối như vậy nếu không sử dụng bộ máy hóa học lượng tử. Ví dụ, làm thế nào chúng ta có thể xác định hóa trị của các nguyên tử trong các hợp chất như pentaborane B 5 H 9 và các boran khác bằng liên kết “cầu nối”, trong đó một nguyên tử hydro liên kết với hai nguyên tử boron cùng một lúc; ferrocene Fe(C 5 H 5) 2 (một nguyên tử sắt có trạng thái oxy hóa +2 được liên kết với 10 nguyên tử carbon cùng một lúc); sắt pentacarbonyl Fe(CO) 5 (nguyên tử sắt ở trạng thái oxy hóa bằng 0 được liên kết với năm nguyên tử carbon); Natri pentacarbonyl cromat Na 2 Cr(CO) 5 (trạng thái oxy hóa của crom-2)? Những trường hợp “phi cổ điển” như vậy không phải là ngoại lệ chút nào. Khi hóa học phát triển, những “chất vi phạm hóa trị” và các hợp chất có “hóa trị kỳ lạ” khác nhau ngày càng nhiều.

Để tránh một số khó khăn, một định nghĩa đã được đưa ra, theo đó, khi xác định hóa trị của một nguyên tử, cần phải tính đến tổng số electron chưa ghép cặp, các cặp electron đơn độc và các quỹ đạo trống liên quan đến sự hình thành liên kết hóa học. Các quỹ đạo trống tham gia trực tiếp vào việc hình thành liên kết cho-chấp trong nhiều loại hợp chất phức tạp.

Một trong những kết luận là sự phát triển lý thuyết và thu thập dữ liệu thực nghiệm mới đã dẫn đến thực tế là những nỗ lực đạt được sự hiểu biết rõ ràng về bản chất của hóa trị đã chia khái niệm này thành một số khái niệm mới, chẳng hạn như hóa trị chính và hóa trị phụ, hóa trị ion và cộng hóa trị, số phối trí và mức độ oxy hóa, v.v. Tức là khái niệm “hóa trị” đã “phân chia” thành nhiều khái niệm độc lập, mỗi khái niệm hoạt động trong một lĩnh vực nhất định”. Rõ ràng, khái niệm hóa trị truyền thống chỉ có ý nghĩa rõ ràng và rõ ràng đối với các hợp chất trong đó tất cả các liên kết hóa học đều có hai tâm (tức là chỉ liên kết hai nguyên tử) và mỗi liên kết được thực hiện bởi một cặp electron nằm giữa hai nguyên tử lân cận, trong nói cách khác - đối với các hợp chất cộng hóa trị như HCl, CO 2, C 5 H 12, v.v.

Kết luận thứ hai không hoàn toàn thông thường: thuật ngữ “hóa trị”, mặc dù được sử dụng trong hóa học hiện đại, nhưng có ứng dụng rất hạn chế; những nỗ lực nhằm đưa ra một định nghĩa rõ ràng “cho mọi trường hợp” không hiệu quả lắm và hầu như không cần thiết. Không phải vô cớ mà các tác giả của nhiều sách giáo khoa, đặc biệt là những cuốn sách được xuất bản ở nước ngoài, hoàn toàn không có khái niệm này hoặc hạn chế chỉ ra rằng khái niệm “hóa trị” chủ yếu có ý nghĩa lịch sử, trong khi hiện nay các nhà hóa học chủ yếu sử dụng khái niệm phổ biến hơn, mặc dù hơi giả tạo, khái niệm về quá trình oxy hóa “độ”."

Ilya Leenson

Trong bài viết này chúng ta sẽ xem xét các phương pháp và hiểu cách xác định hóa trị các nguyên tố của bảng tuần hoàn.

Trong hóa học, người ta chấp nhận rằng hóa trị của các nguyên tố hóa học có thể được xác định theo nhóm (cột) trong bảng tuần hoàn. Trong thực tế, hóa trị của một nguyên tố không phải lúc nào cũng tương ứng với số nhóm, nhưng trong hầu hết các trường hợp, một hóa trị nhất định khi sử dụng phương pháp này sẽ cho kết quả đúng; tùy thuộc vào các yếu tố khác nhau, các nguyên tố có nhiều hơn một hóa trị.

Đơn vị hóa trị được lấy là hóa trị của nguyên tử hydro bằng 1, nghĩa là hydro là hóa trị một. Do đó, hóa trị của một nguyên tố cho biết một nguyên tử của nguyên tố đó được kết nối với bao nhiêu nguyên tử hydro. Ví dụ, HCl, trong đó clo là hóa trị một; H2O, trong đó oxy là hóa trị hai; NH3, trong đó nitơ có hóa trị ba.

Cách xác định hóa trị bằng bảng tuần hoàn.

Bảng tuần hoàn chứa các nguyên tố hóa học được sắp xếp trong đó theo những nguyên tắc và định luật nhất định. Mỗi phần tử đứng tại chỗ, được xác định bởi đặc điểm và tính chất của nó và mỗi phần tử có số riêng. Các đường ngang được gọi là dấu chấm, tăng dần từ dòng đầu tiên trở xuống. Nếu một khoảng thời gian bao gồm hai hàng (được biểu thị bằng cách đánh số ở bên cạnh), thì khoảng thời gian đó được gọi là lớn. Nếu nó chỉ có một hàng thì được gọi là nhỏ.

Ngoài ra, trong bảng còn có các nhóm, tổng cộng có tám nhóm. Các phần tử được đặt theo cột dọc. Ở đây vị trí của chúng không đồng đều - một mặt có nhiều phần tử hơn (nhóm chính), mặt khác - ít hơn (nhóm phụ).

Hóa trị là khả năng của một nguyên tử hình thành một số liên kết hóa học nhất định với các nguyên tử của các nguyên tố khác.

sử dụng bảng tuần hoàn sẽ giúp bạn hiểu được kiến ​​thức về các loại hóa trị.

Đối với các nguyên tố thuộc phân nhóm thứ cấp (và chúng chỉ bao gồm kim loại), phải nhớ hóa trị, đặc biệt vì trong hầu hết các trường hợp, nó bằng I, II, ít thường xuyên hơn III. Bạn cũng sẽ phải ghi nhớ hóa trị của các nguyên tố hóa học có nhiều hơn hai nghĩa. Hoặc luôn có sẵn một bảng hóa trị của các nguyên tố.

Thuật toán xác định hóa trị bằng công thức của các nguyên tố hóa học.

1. Viết công thức của một hợp chất hóa học.

2. Chỉ định hóa trị đã biết của các nguyên tố.

3. Tìm bội số chung nhỏ nhất của hóa trị và chỉ số.

4. Tìm tỉ số của bội số chung nhỏ nhất với số nguyên tử của nguyên tố thứ hai. Đây là hóa trị mong muốn.

5. Kiểm tra bằng cách nhân hóa trị và chỉ số của từng nguyên tố. Sản phẩm của họ phải bằng nhau. Ví dụ:

Hãy xác định hóa trị của các nguyên tố hydro sunfua.

1. Hãy viết công thức:

2. Hãy ký hiệu hóa trị đã biết:

3. Tìm bội số chung nhỏ nhất:

4. Tìm tỉ số của bội số chung nhỏ nhất với số nguyên tử lưu huỳnh:

5. Hãy kiểm tra:

Bảng giá trị hóa trị đặc trưng của một số nguyên tử trong hợp chất hóa học.	Yếu tố	hóa trị
		Ví dụ kết nối
H2, HF, Li 2O, NaCl, KBr		O, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn
		H 2 O, MgCl 2, CaH 2, SrBr 2, BaO, ZnCl 2
		CO 2, CH4, SiO 2, SiCl 4
		CrCl 2, CrCl 3, CrO 3
		H2S, SO2, SO3
		NH3, NH4Cl, HNO3
		PH 3, P 2 O 5, H 3 PO 4
		SnCl 2, SnCl 4, PbO, PbO 2

Từ tài liệu bài học, bạn sẽ biết rằng sự ổn định thành phần của một chất được giải thích bằng sự hiện diện của các khả năng hóa trị nhất định trong nguyên tử của các nguyên tố hóa học; làm quen với khái niệm “hóa trị của nguyên tử các nguyên tố hóa học”; học cách xác định hóa trị của một nguyên tố bằng công thức của một chất nếu biết hóa trị của nguyên tố khác.

Chủ đề: Ý tưởng hóa học ban đầu

Bài học: Hóa trị của các nguyên tố hóa học

Thành phần của hầu hết các chất là không đổi. Ví dụ, một phân tử nước luôn chứa 2 nguyên tử hydro và 1 nguyên tử oxy - H 2 O. Câu hỏi đặt ra: tại sao các chất có thành phần không đổi?

Hãy phân tích thành phần các chất đề xuất: H 2 O, NaH, NH 3, CH 4, HCl. Tất cả chúng đều bao gồm các nguyên tử của hai nguyên tố hóa học, một trong số đó là hydro. Có thể có 1,2,3,4 nguyên tử hydro trên mỗi nguyên tử của một nguyên tố hóa học. Nhưng không có bản chất nào sẽ có mỗi nguyên tử hydro phải một số nguyên tử khác nguyên tố hoá học. Do đó, một nguyên tử hydro có thể gắn vào mình một số lượng tối thiểu các nguyên tử của một nguyên tố khác, hay nói đúng hơn là chỉ một nguyên tử.

Tính chất của nguyên tử của một nguyên tố hóa học là gắn vào mình một số nguyên tử nhất định của nguyên tố khác gọi là hóa trị.

Một số nguyên tố hóa học có giá trị hóa trị không đổi (ví dụ: hydro(I) và oxy(II)), một số nguyên tố khác có thể biểu hiện một số giá trị hóa trị (ví dụ: sắt(II,III), lưu huỳnh(II,IV,VI ), cacbon(II, IV)), chúng được gọi là các nguyên tố có hóa trị thay đổi. Giá trị hóa trị của một số nguyên tố hóa học được cho trong sách giáo khoa.

Biết hóa trị của các nguyên tố hóa học có thể giải thích được tại sao một chất lại có công thức hóa học như vậy. Ví dụ, công thức của nước là H 2 O. Chúng ta hãy biểu thị khả năng hóa trị của một nguyên tố hóa học bằng dấu gạch ngang. Hydro có hóa trị I và oxy có hóa trị II: H- và -O-. Mỗi nguyên tử có thể sử dụng hết khả năng hóa trị của nó nếu có hai nguyên tử hydro trên mỗi nguyên tử oxy. Trình tự liên kết của các nguyên tử trong phân tử nước có thể được biểu diễn dưới dạng công thức: H-O-H.

Công thức biểu diễn trình tự các nguyên tử trong phân tử được gọi là đồ họa(hoặc cấu trúc).

Cơm. 1. Đồ họa công thức của nước

Biết công thức của một chất gồm các nguyên tử của hai nguyên tố hóa học và hóa trị của một trong số chúng, bạn có thể xác định hóa trị của nguyên tố kia.

Ví dụ 1. Hãy xác định hóa trị của cacbon trong chất CH4. Biết rằng hóa trị của hydro luôn bằng I và cacbon đã gắn 4 nguyên tử hydro vào chính nó nên có thể nói hóa trị của cacbon bằng IV. Hóa trị của các nguyên tử được biểu thị bằng chữ số La Mã phía trên dấu nguyên tố: .

Ví dụ 2. Hãy xác định hóa trị của photpho trong hợp chất P 2 O 5. Để làm điều này, bạn cần phải làm như sau:

1. Phía trên dấu oxy ghi giá trị hóa trị của nó – II (oxy có giá trị hóa trị không đổi);

2. nhân hóa trị của oxy với số nguyên tử oxy trong phân tử, tìm tổng số đơn vị hóa trị – 2·5=10;

3. chia tổng số đơn vị hóa trị thu được cho số nguyên tử phốt pho trong phân tử – 10:2=5.

Như vậy hóa trị của photpho trong hợp chất này bằng V – .

1. Emelyanova EO, Iodko A.G. Tổ chức hoạt động nhận thức của học sinh trong bài học hóa học lớp 8-9. Ghi chú cơ bản với các bài tập thực hành, bài kiểm tra: Phần I. - M.: School Press, 2002. (tr. 33)

2. Ushakova O.V. Sách bài tập hóa học: lớp 8: vào sách giáo khoa của P.A. Orzhekovsky và những người khác. lớp 8” / O.V. Ushakova, P.I. Bespalov, P.A. Orzhekovsky; dưới. biên tập. giáo sư P.A. Orzhekovsky - M.: AST: Astrel: Profizdat, 2006. (tr. 36-38)

3. Hóa học: lớp 8: SGK. cho giáo dục phổ thông tổ chức / P.A. Orzhekovsky, L.M. Meshcherykova, L.S. Pontak. M.: AST: Astrel, 2005.(§16)

4. Hóa học: inorg. hóa học: sách giáo khoa. cho lớp 8. giáo dục phổ thông tổ chức / G.E. Viêm Rudz, F.G. Feldman. – M.: Education, OJSC “Sách giáo khoa Moscow”, 2009. (§§11,12)

5. Bách khoa toàn thư dành cho trẻ em. Tập 17. Hóa học/Chương. ed.V.A. Volodin, Ved. có tính khoa học biên tập. Tôi. Leenson. – M.: Avanta+, 2003.

Tài nguyên web bổ sung

1. Bộ sưu tập thống nhất các tài nguyên giáo dục số ().

2. Tạp chí “Hóa học và cuộc sống” phiên bản điện tử ().

bài tập về nhà

1. tr.84 số 2 từ sách giáo khoa “Hóa học: lớp 8” (P.A. Orzhekovsky, L.M. Meshcherykova, L.S. Pontak. M.: AST: Astrel, 2005).

2. Với. 37-38 số 2,4,5,6 từ Sách bài tập Hóa học lớp 8: đến sách giáo khoa của P.A. Orzhekovsky và những người khác. lớp 8” / O.V. Ushakova, P.I. Bespalov, P.A. Orzhekovsky; dưới. biên tập. giáo sư P.A. Orzhekovsky - M.: AST: Astrel: Profizdat, 2006.

Nhìn vào công thức của các hợp chất khác nhau, dễ dàng nhận thấy rằng số lượng nguyên tử của cùng một nguyên tố trong phân tử của các chất khác nhau là không giống nhau. Ví dụ: HCl, NH 4 Cl, H 2 S, H 3 PO 4, v.v. Số lượng nguyên tử hydro trong các hợp chất này thay đổi từ 1 đến 4. Đây là đặc điểm không chỉ của hydro.

Làm thế nào bạn có thể đoán được chỉ số nào sẽ được đặt bên cạnh tên gọi của một nguyên tố hóa học? Công thức của một chất được lập như thế nào? Điều này rất dễ thực hiện khi bạn biết hóa trị của các nguyên tố tạo nên phân tử của một chất nhất định.

– Đây là tính chất của một nguyên tử của một nguyên tố nhất định để gắn, giữ lại hoặc thay thế một số nguyên tử nhất định của nguyên tố khác trong các phản ứng hóa học. Đơn vị hóa trị là hóa trị của nguyên tử hydro. Do đó, đôi khi định nghĩa về hóa trị được xây dựng như sau: hóa trị – Đây là tính chất của một nguyên tử của một nguyên tố nhất định để gắn hoặc thay thế một số nguyên tử hydro nhất định.

Nếu một nguyên tử hydro được gắn vào một nguyên tử của một nguyên tố nhất định thì nguyên tố đó là hóa trị một, nếu hai – hóa trị hai và vân vân. Các hợp chất hydro không được biết đến với tất cả các nguyên tố, nhưng hầu hết tất cả các nguyên tố đều tạo thành hợp chất với oxy O. Oxy được coi là liên tục hóa trị hai.

Hóa trị không đổi:

TÔI – H, Na, Li, K, Rb, Cs
II – O, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Zn, Cd
III – B, Al, Ga, Trong

Nhưng phải làm gì nếu nguyên tố đó không kết hợp với hydro? Sau đó, hóa trị của nguyên tố cần tìm được xác định bởi hóa trị của nguyên tố đã biết. Thông thường nó được tìm thấy bằng cách sử dụng hóa trị của oxy, bởi vì trong các hợp chất, hóa trị của nó luôn bằng 2. Ví dụ, không khó để tìm ra hóa trị của các nguyên tố trong các hợp chất sau: Na 2 O (hóa trị của Na – 1, Ô – 2), Al 2 O 3 (hóa trị của Al – 3, Ô – 2).

Công thức hóa học của một chất nhất định chỉ có thể được biên soạn bằng cách biết hóa trị của các nguyên tố. Ví dụ, có thể dễ dàng tạo công thức cho các hợp chất như CaO, BaO, CO, vì số lượng nguyên tử trong phân tử là như nhau, vì hóa trị của các nguyên tố bằng nhau.

Nếu các hóa trị khác nhau thì sao? Khi nào chúng ta hành động trong trường hợp như vậy? Cần nhớ quy tắc sau: trong công thức của bất kỳ hợp chất hóa học nào, tích hóa trị của một nguyên tố với số nguyên tử của nó trong phân tử bằng tích của hóa trị với số nguyên tử của nguyên tố kia. . Ví dụ: nếu biết hóa trị của Mn trong hợp chất là 7 và O – 2 thì công thức của hợp chất sẽ có dạng: Mn 2 O 7.

Làm thế nào chúng ta có được công thức?

Chúng ta hãy xem xét một thuật toán để biên soạn công thức theo hóa trị cho các hợp chất gồm hai nguyên tố hóa học.

Có một quy luật là số hóa trị của nguyên tố hóa học này bằng số hóa trị của nguyên tố hóa học khác. Chúng ta hãy xem xét ví dụ về sự hình thành một phân tử bao gồm mangan và oxy.
Chúng ta sẽ soạn theo thuật toán:

1. Chúng ta viết ký hiệu của các nguyên tố hóa học cạnh nhau:

2. Chúng tôi đặt số hóa trị của chúng cho các nguyên tố hóa học (hóa trị của một nguyên tố hóa học có thể được tìm thấy trong bảng hệ thống tuần hoàn của Mendelev, đối với mangan – 7, tại oxy – 2.

3. Tìm bội số chung nhỏ nhất (số nhỏ nhất chia hết cho 7 và 2 không có số dư). Con số này là 14. Chúng ta chia nó cho hóa trị của các nguyên tố 14: 7 = 2, 14: 2 = 7, 2 và 7 sẽ lần lượt là chỉ số của phốt pho và oxy. Chúng tôi thay thế các chỉ số.

Biết hóa trị của một nguyên tố hóa học, tuân theo quy tắc: hóa trị của một nguyên tố × số nguyên tử của nó trong phân tử = hóa trị của nguyên tố khác × số nguyên tử của nguyên tố này (khác), bạn có thể xác định hóa trị của nguyên tố khác.

Mn 2 O 7 (7 2 = 2 7).

Khái niệm hóa trị đã được đưa vào hóa học trước khi người ta biết đến cấu trúc của nguyên tử. Hiện nay người ta đã xác định được rằng tính chất này của một nguyên tố có liên quan đến số lượng electron bên ngoài. Đối với nhiều nguyên tố, hóa trị tối đa xuất phát từ vị trí của các nguyên tố này trong bảng tuần hoàn.

Vẫn còn thắc mắc? Bạn muốn biết thêm về hóa trị?
Để nhận được sự giúp đỡ từ một gia sư -.

blog.site, khi sao chép toàn bộ hoặc một phần tài liệu, cần có liên kết đến nguồn gốc.