Welcher Wissenschaftler hat das Konzept der Valenz eingeführt? Was ist Valenz? Elemente mit konstanter Wertigkeit

Für den Begriff „Valenz“ gibt es mehrere Definitionen. Am häufigsten bezieht sich dieser Begriff auf die Fähigkeit von Atomen eines Elements, eine bestimmte Anzahl von Atomen anderer Elemente zu binden. Wer gerade mit dem Chemiestudium beginnt, hat oft die Frage: Wie bestimmt man die Wertigkeit eines Elements? Das geht ganz einfach, wenn man ein paar Regeln kennt.

Valenzen konstant und variabel

Betrachten wir die Verbindungen HF, H2S und CaH2. In jedem dieser Beispiele bindet ein Wasserstoffatom nur ein Atom eines anderen chemischen Elements an sich, was bedeutet, dass seine Wertigkeit gleich eins ist. Der Wertigkeitswert wird in römischen Ziffern über dem Symbol des chemischen Elements angegeben.

Im angegebenen Beispiel ist das Fluoratom nur an ein einwertiges H-Atom gebunden, was bedeutet, dass seine Wertigkeit ebenfalls 1 ist. Das Schwefelatom in H2S bindet bereits zwei H-Atome an sich, ist also in dieser Verbindung zweiwertig. Calcium ist in seinem Hydrid CaH2 ebenfalls an zwei Wasserstoffatome gebunden, was bedeutet, dass es zweiwertig ist.

Sauerstoff ist in den allermeisten seiner Verbindungen zweiwertig, das heißt, er geht zwei chemische Bindungen mit anderen Atomen ein.

Im ersten Fall bindet das Schwefelatom zwei Sauerstoffatome an sich, d. h. es bildet insgesamt 4 chemische Bindungen (ein Sauerstoff bildet zwei Bindungen, was bedeutet, dass Schwefel zweimal 2 ist), d. h. seine Wertigkeit beträgt 4.

In der SO3-Verbindung bindet Schwefel bereits drei O-Atome, daher beträgt seine Wertigkeit 6 (dreimal bildet er mit jedem Sauerstoffatom zwei Bindungen). Das Calciumatom bindet nur ein Sauerstoffatom und bildet mit ihm zwei Bindungen, was bedeutet, dass seine Wertigkeit die gleiche wie die von O ist, also gleich 2.

Beachten Sie, dass das H-Atom in jeder Verbindung einwertig ist. Die Wertigkeit von Sauerstoff ist immer (mit Ausnahme des Hydroniumions H3O(+)) gleich 2. Calcium geht mit Wasserstoff und Sauerstoff zwei chemische Bindungen ein. Dies sind Elemente mit konstanter Wertigkeit. Zusätzlich zu den bereits angegebenen haben die folgenden eine konstante Wertigkeit:

• Li, Na, K, F – einwertig;
• Be, Mg, Ca, Zn, Cd – haben eine Wertigkeit von II;
• B, Al und Ga sind dreiwertig.

Das Schwefelatom hat im Gegensatz zu den betrachteten Fällen in Verbindung mit Wasserstoff die Wertigkeit II und kann mit Sauerstoff vier- oder sechswertig sein. Atome solcher Elemente sollen eine variable Wertigkeit haben. Darüber hinaus stimmt sein Maximalwert in den meisten Fällen mit der Nummer der Gruppe im Periodensystem überein, in der sich das Element befindet (Regel 1).

Von dieser Regel gibt es zahlreiche Ausnahmen. Somit weist Element 1 der Kupfergruppe sowohl die Valenzen I als auch II auf. Eisen, Kobalt, Nickel, Stickstoff und Fluor hingegen haben eine maximale Wertigkeit, die kleiner als die Gruppenzahl ist. Für Fe, Co, Ni sind dies also II und III, für N IV und für Fluor I.

Der minimale Wertigkeitswert entspricht immer der Differenz zwischen der Zahl 8 und der Gruppenzahl (Regel 2).

Die Wertigkeit der Elemente, für die sie variabel ist, kann nur anhand der Formel eines bestimmten Stoffes eindeutig bestimmt werden.

Bestimmung der Wertigkeit in einer binären Verbindung

Betrachten wir, wie man die Wertigkeit eines Elements in einer binären Verbindung (aus zwei Elementen) bestimmt. Hier gibt es zwei Möglichkeiten: In einer Verbindung ist die Wertigkeit der Atome eines Elements genau bekannt, oder beide Teilchen haben variable Wertigkeit.

Fall eins:

Fall zwei:

Bestimmung der Wertigkeit mit der Drei-Elemente-Teilchenformel.

Nicht alle chemischen Substanzen bestehen aus zweiatomigen Molekülen. Wie bestimmt man die Wertigkeit eines Elements in einem Drei-Elemente-Partikel? Betrachten wir diese Frage am Beispiel der Formeln zweier Verbindungen K2Cr2O7.

Wenn die Formel anstelle von Kalium Eisen oder ein anderes Element mit variabler Wertigkeit enthält, müssen wir wissen, welche Wertigkeit der Säurerest hat. Beispielsweise müssen Sie die Wertigkeiten der Atome aller Elemente in Kombination mit der Formel FeSO4 berechnen.

Es ist zu beachten, dass der Begriff „Valenz“ in der organischen Chemie häufiger verwendet wird. Bei der Zusammenstellung von Formeln für anorganische Verbindungen wird häufig der Begriff „Oxidationszustand“ verwendet.

Im Chemieunterricht haben Sie sich bereits mit dem Konzept der Wertigkeit chemischer Elemente vertraut gemacht. Wir haben alle nützlichen Informationen zu diesem Thema an einem Ort gesammelt. Nutzen Sie es, wenn Sie sich auf das Staatsexamen und das Einheitliche Staatsexamen vorbereiten.

Wertigkeit und chemische Analyse

Wertigkeit– die Fähigkeit von Atomen chemischer Elemente, mit Atomen anderer Elemente chemische Verbindungen einzugehen. Mit anderen Worten handelt es sich um die Fähigkeit eines Atoms, eine bestimmte Anzahl chemischer Bindungen mit anderen Atomen einzugehen.

Aus dem Lateinischen wird das Wort „Valenz“ mit „Stärke, Fähigkeit“ übersetzt. Ein sehr korrekter Name, oder?

Der Begriff „Valenz“ ist einer der Grundbegriffe der Chemie. Es wurde bereits eingeführt, bevor Wissenschaftler die Struktur des Atoms kannten (im Jahr 1853). Als wir die Struktur des Atoms untersuchten, erfuhr es daher einige Veränderungen.

Aus Sicht der Elektronentheorie steht die Valenz also in direktem Zusammenhang mit der Anzahl der Außenelektronen des Atoms eines Elements. Das bedeutet, dass sich „Wertigkeit“ auf die Anzahl der Elektronenpaare bezieht, die ein Atom mit anderen Atomen hat.

Mit diesem Wissen konnten Wissenschaftler die Natur der chemischen Bindung beschreiben. Es liegt darin, dass ein Atompaar einer Substanz ein Paar Valenzelektronen teilt.

Sie fragen sich vielleicht: Wie konnten Chemiker des 19. Jahrhunderts die Wertigkeit beschreiben, obwohl sie glaubten, dass es keine Teilchen gab, die kleiner als ein Atom waren? Das soll nicht heißen, dass es so einfach war – sie verließen sich auf chemische Analysen.

Durch chemische Analysen bestimmten Wissenschaftler früher die Zusammensetzung einer chemischen Verbindung: wie viele Atome verschiedener Elemente im Molekül der betreffenden Substanz enthalten sind. Dazu war es notwendig, die genaue Masse jedes Elements in einer Probe einer reinen Substanz (ohne Verunreinigungen) zu bestimmen.

Es stimmt, diese Methode ist nicht ohne Mängel. Denn die Wertigkeit eines Elements kann auf diese Weise nur in seiner einfachen Kombination mit immer einwertigem Wasserstoff (Hydrid) oder immer zweiwertigem Sauerstoff (Oxid) bestimmt werden. Beispielsweise ist die Wertigkeit von Stickstoff in NH 3 III, da ein Wasserstoffatom an drei Stickstoffatome gebunden ist. Und die Wertigkeit von Kohlenstoff in Methan (CH 4) beträgt nach dem gleichen Prinzip IV.

Diese Methode zur Wertigkeitsbestimmung ist nur für einfache Stoffe geeignet. Aber bei Säuren können wir auf diese Weise nur die Wertigkeit von Verbindungen wie sauren Resten bestimmen, nicht aber von allen Elementen (außer der bekannten Wertigkeit von Wasserstoff) einzeln.

Wie Sie bereits bemerkt haben, wird die Wertigkeit durch römische Ziffern angegeben.

Wertigkeit und Säuren

Da die Wertigkeit von Wasserstoff unverändert bleibt und Ihnen bekannt ist, können Sie die Wertigkeit des Säurerests leicht bestimmen. So ist beispielsweise in H 2 SO 3 die Wertigkeit von SO 3 I, in HСlO 3 ist die Wertigkeit von СlO 3 I.

Wenn die Wertigkeit des Säurerests bekannt ist, lässt sich auf ähnliche Weise leicht die korrekte Formel der Säure aufschreiben: NO 2 (I) - HNO 2, S 4 O 6 (II) - H 2 S 4 O 6.

Wertigkeit und Formeln

Das Konzept der Wertigkeit ist nur für Stoffe molekularer Natur sinnvoll und eignet sich wenig zur Beschreibung chemischer Bindungen in Verbindungen Cluster-, ionischer, kristalliner Natur usw.

Indizes in den Summenformeln von Stoffen spiegeln die Anzahl der Atome der Elemente wider, aus denen sie bestehen. Die Kenntnis der Wertigkeit von Elementen hilft bei der korrekten Platzierung der Indizes. Auf die gleiche Weise können Sie anhand der Summenformel und der Indizes die Wertigkeiten der einzelnen Elemente erkennen.

Solche Aufgaben erledigt man im Chemieunterricht in der Schule. Wenn Sie beispielsweise über die chemische Formel einer Substanz verfügen, bei der die Wertigkeit eines der Elemente bekannt ist, können Sie die Wertigkeit eines anderen Elements leicht bestimmen.

Dazu muss man sich nur daran erinnern, dass in einer Substanz molekularer Natur die Anzahl der Valenzen beider Elemente gleich ist. Verwenden Sie daher das kleinste gemeinsame Vielfache (entsprechend der Anzahl der für die Verbindung erforderlichen freien Valenzen), um die Wertigkeit eines Ihnen unbekannten Elements zu bestimmen.

Zur Verdeutlichung nehmen wir die Formel von Eisenoxid Fe 2 O 3. Dabei sind zwei Eisenatome mit der Wertigkeit III und 3 Sauerstoffatome mit der Wertigkeit II an der Bildung einer chemischen Bindung beteiligt. Ihr kleinstes gemeinsames Vielfaches ist 6.

• Beispiel: Sie haben die Formeln Mn 2 O 7. Sie kennen die Wertigkeit von Sauerstoff. Es ist leicht zu berechnen, dass das kleinste gemeinsame Vielfache 14 ist, daher ist die Wertigkeit von Mn VII.

Auf ähnliche Weise können Sie das Gegenteil tun: Schreiben Sie die korrekte chemische Formel eines Stoffes auf und kennen Sie dabei die Wertigkeiten seiner Elemente.

• Beispiel: Um die Formel von Phosphoroxid richtig zu schreiben, berücksichtigen wir die Wertigkeit von Sauerstoff (II) und Phosphor (V). Das bedeutet, dass das kleinste gemeinsame Vielfache für P und O 10 ist. Daher hat die Formel die folgende Form: P 2 O 5.

Wenn man die Eigenschaften der Elemente, die sie in verschiedenen Verbindungen aufweisen, gut kennt, ist es möglich, ihre Wertigkeit bereits anhand des Auftretens solcher Verbindungen zu bestimmen.

Zum Beispiel: Kupferoxide haben eine rote (Cu 2 O) und schwarze (CuO) Farbe. Kupferhydroxide sind gelb (CuOH) und blau (Cu(OH) 2) gefärbt.

Um die kovalenten Bindungen in Stoffen für Sie anschaulicher und verständlicher zu machen, schreiben Sie deren Strukturformeln. Die Linien zwischen den Elementen stellen die Bindungen (Valenz) dar, die zwischen ihren Atomen entstehen:

Valenzmerkmale

Die Bestimmung der Wertigkeit von Elementen basiert heute auf der Kenntnis der Struktur der äußeren Elektronenhüllen ihrer Atome.

Wertigkeit kann sein:

• konstant (Metalle der Hauptuntergruppen);
• variabel (Nichtmetalle und Metalle sekundärer Gruppen):
• höhere Wertigkeit;
• niedrigste Wertigkeit.

In verschiedenen chemischen Verbindungen bleibt Folgendes konstant:

• Wertigkeit von Wasserstoff, Natrium, Kalium, Fluor (I);
• Wertigkeit von Sauerstoff, Magnesium, Kalzium, Zink (II);
• Wertigkeit von Aluminium (III).

Aber die Wertigkeit von Eisen und Kupfer, Brom und Chlor sowie vielen anderen Elementen ändert sich, wenn sie verschiedene chemische Verbindungen bilden.

Valenz- und Elektronentheorie

Im Rahmen der Elektronentheorie wird die Wertigkeit eines Atoms anhand der Anzahl ungepaarter Elektronen bestimmt, die an der Bildung von Elektronenpaaren mit Elektronen anderer Atome beteiligt sind.

An der Bildung chemischer Bindungen sind nur Elektronen beteiligt, die sich in der äußeren Hülle eines Atoms befinden. Daher ist die maximale Wertigkeit eines chemischen Elements die Anzahl der Elektronen in der äußeren Elektronenhülle seines Atoms.

Das Konzept der Valenz steht in engem Zusammenhang mit dem von D. I. Mendelejew entdeckten Periodengesetz. Wenn Sie sich das Periodensystem genau ansehen, können Sie leicht erkennen: Die Position eines Elements im Periodensystem und seine Wertigkeit sind untrennbar miteinander verbunden. Die höchste Wertigkeit von Elementen, die zur gleichen Gruppe gehören, entspricht der Ordnungszahl der Gruppe im Periodensystem.

Die niedrigste Wertigkeit finden Sie heraus, wenn Sie die Gruppennummer des Elements, das Sie interessiert, von der Anzahl der Gruppen im Periodensystem (es gibt acht davon) subtrahieren.

Beispielsweise stimmt die Wertigkeit vieler Metalle mit den Nummern der Gruppen in der Tabelle der periodischen Elemente überein, zu denen sie gehören.

Wertigkeitstabelle chemischer Elemente

Ordnungsnummer chem. Element (Ordnungszahl)	Name	Chemisches Symbol	Wertigkeit
1	Wasserstoff Helium Lithium Beryllium Kohlenstoff Stickstoff / Stickstoff Sauerstoff Fluor Neon / Neon Natrium/Natrium Magnesium / Magnesium Aluminium Silizium Phosphor / Phosphor Schwefel/Schwefel Chlor Argon / Argon Kalium/Kalium Kalzium Scandium / Scandium Titan Vanadium Chrom / Chrom Mangan / Mangan Eisen Kobalt Nickel Kupfer Zink Gallium Germanium Arsen/Arsen Selen Brom Krypton / Krypton Rubidium / Rubidium Strontium / Strontium Yttrium / Yttrium Zirkonium / Zirkonium Niob / Niob Molybdän Technetium / Technetium Ruthenium / Ruthenium Rhodium Palladium Silber Cadmium Indium Zinn/Zinn Antimon / Antimon Tellur / Tellur Jod / Jod Xenon / Xenon Cäsium Barium / Barium Lanthan / Lanthan Cer Praseodym / Praseodym Neodym / Neodym Promethium / Promethium Samarium / Samarium Europium Gadolinium / Gadolinium Terbium / Terbium Dysprosium / Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium / Ytterbium Lutetium / Lutetium Hafnium / Hafnium Tantal / Tantal Wolfram/Wolfram Rhenium / Rhenium Osmium / Osmium Iridium / Iridium Platin Gold Quecksilber Thalium / Thallium Führung/Führung Wismut Polonium Astatin Radon / Radon Francium Radium Aktinium Thorium Proactinium / Protactinium Uran / Uran	H	ICH (I), II, III, IV, V I, (II), III, (IV), V, VII II, (III), IV, VI, VII II, III, (IV), VI (I), II, (III), (IV) I, (III), (IV), V (II), (III), IV (II), III, (IV), V (II), III, (IV), (V), VI (II), III, IV, (VI), (VII), VIII (II), (III), IV, (VI) I, (III), (IV), V, VII (II), (III), (IV), (V), VI (I), II, (III), IV, (V), VI, VII (II), III, IV, VI, VIII (I), (II), III, IV, VI (I), II, (III), IV, VI (II), III, (IV), (V) Keine Daten Keine Daten (II), III, IV, (V), VI

Die Valenzen, die die Elemente, die sie besitzen, selten aufweisen, sind in Klammern angegeben.

Wertigkeit und Oxidationsstufe

Wenn man also vom Grad der Oxidation spricht, bedeutet dies, dass ein Atom in einer Substanz ionischer (was wichtig ist) Natur eine bestimmte konventionelle Ladung hat. Und wenn die Wertigkeit ein neutrales Merkmal ist, kann die Oxidationsstufe negativ, positiv oder gleich Null sein.

Interessant ist, dass für ein Atom desselben Elements je nach den Elementen, mit denen es eine chemische Verbindung eingeht, die Wertigkeit und der Oxidationszustand gleich (H 2 O, CH 4 usw.) oder unterschiedlich (H 2 O) sein können 2, HNO 3 ).

Abschluss

Indem Sie Ihr Wissen über die Struktur von Atomen vertiefen, lernen Sie die Wertigkeit tiefer und detaillierter. Diese Beschreibung chemischer Elemente ist nicht erschöpfend. Aber es hat eine große praktische Bedeutung. Wie Sie selbst schon mehr als einmal gesehen haben, ist das Lösen von Problemen und das Durchführen chemischer Experimente ein Teil Ihres Unterrichts.

Dieser Artikel soll Ihnen dabei helfen, Ihr Wissen über Valenz zu organisieren. Und erinnern Sie auch daran, wie sie bestimmt werden kann und wo die Valenz verwendet wird.

Wir hoffen, dass Sie dieses Material bei der Vorbereitung Ihrer Hausaufgaben und bei der Selbstvorbereitung auf Tests und Prüfungen hilfreich finden.

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Eine chemische Formel spiegelt die Zusammensetzung (Struktur) einer chemischen Verbindung oder eines einfachen Stoffes wider. Zum Beispiel H 2 O – zwei Wasserstoffatome sind mit einem Sauerstoffatom verbunden. Chemische Formeln enthalten auch einige Informationen über die Struktur des Stoffes: zum Beispiel Fe(OH) 3, Al 2 (SO 4) 3 – diese Formeln geben einige stabile Gruppen (OH, SO 4) an, die Teil des Stoffes sind – es Molekül, Formel oder Struktureinheit (FU oder SE).

Molekularformel gibt die Anzahl der Atome jedes Elements in einem Molekül an. Die Summenformel beschreibt nur Stoffe mit molekularer Struktur (Gase, Flüssigkeiten und einige Feststoffe). Die Zusammensetzung eines Stoffes mit atomarer oder ionischer Struktur kann nur durch Formeleinheitssymbole beschrieben werden.

Formeleinheiten geben den einfachsten Zusammenhang zwischen der Anzahl der Atome verschiedener Elemente in einer Substanz an. Beispielsweise ist die Formeleinheit von Benzol CH, die Summenformel ist C 6 H 6.

Strukturelle (grafische) Formel gibt die Reihenfolge der Verbindung von Atomen in einem Molekül (sowie in PU und CE) und die Anzahl der Bindungen zwischen Atomen an.

Die Betrachtung solcher Formeln führte zu der Idee Wertigkeit(valentia – Stärke) – als die Fähigkeit eines Atoms eines bestimmten Elements, eine bestimmte Anzahl anderer Atome an sich zu binden. Es können drei Arten der Wertigkeit unterschieden werden: stöchiometrische (einschließlich Oxidationsstufe), strukturelle und elektronische.

Stöchiometrische Wertigkeit. Ein quantitativer Ansatz zur Valenzbestimmung erwies sich als möglich, nachdem der Begriff „Äquivalent“ etabliert und nach dem Äquivalentgesetz definiert wurde. Basierend auf diesen Konzepten können wir eine Idee vorstellen stöchiometrische Wertigkeit ist die Anzahl der Äquivalente, die ein bestimmtes Atom an sich selbst binden kann, oder die Anzahl der Äquivalente in einem Atom. Äquivalente werden durch die Anzahl der Wasserstoffatome bestimmt, dann bedeutet V сх tatsächlich die Anzahl der Wasserstoffatome (oder dazu äquivalenten Teilchen), mit denen ein bestimmtes Atom interagiert.

V stx = Z B oder V stx = . (1.1)

Beispielsweise ist in SO 3 ( S= +6) Z B (S) gleich 6 V stx (S) = 6.

Das Äquivalent von Wasserstoff ist 1, daher gilt für die Elemente in den folgenden Verbindungen Z B (Cl) = 1, Z B (O) = 2, Z B (N) = 3 und Z B (C) = 4. Der numerische Wert von Die stöchiometrische Wertigkeit wird üblicherweise in römischen Ziffern angegeben:

I I I II III I IV I

HCl, H 2 O, NH 3, CH 4.

In Fällen, in denen sich ein Element nicht mit Wasserstoff verbindet, wird die Wertigkeit des gesuchten Elements anhand des Elements bestimmt, dessen Wertigkeit bekannt ist. Am häufigsten wird es mit Sauerstoff gefunden, da seine Wertigkeit in Verbindungen normalerweise zwei beträgt. Zum Beispiel in Verbindungen:

II II III II IV II

CaO Al 2 O 3 CO 2.

Bei der Bestimmung der stöchiometrischen Wertigkeit eines Elements anhand der Formel einer binären Verbindung ist zu beachten, dass die Gesamtwertigkeit aller Atome eines Elements gleich der Gesamtwertigkeit aller Atome eines anderen Elements sein muss.

Wenn Sie die Wertigkeit der Elemente kennen, können Sie die chemische Formel eines Stoffes erstellen. Beim Zusammenstellen chemischer Formeln können Sie wie folgt vorgehen:

1. Schreiben Sie neben die chemischen Symbole der Elemente, aus denen die Verbindung besteht: KO AlCl AlO ;

2. Ihre Wertigkeit ist über den Symbolen chemischer Elemente angegeben:

I II III I III II

3. Bestimmen Sie mithilfe der obigen Regel das kleinste gemeinsame Vielfache der Zahlen, die die stöchiometrische Wertigkeit beider Elemente (2, 3 bzw. 6) ausdrücken.

Durch Division des kleinsten gemeinsamen Vielfachen durch die Wertigkeit des entsprechenden Elements erhält man die Indizes:

I II III I III II

K 2 O AlCl 3 Al 2 O 3 .

Beispiel 1. Erstellen Sie eine Formel für Chloroxid und wissen Sie, dass das darin enthaltene Chlor siebenwertig und Sauerstoff zweiwertig ist.

Lösung. Wir finden das kleinste Vielfache der Zahlen 2 und 7 – es ist gleich 14. Dividiert man das kleinste gemeinsame Vielfache durch die stöchiometrische Wertigkeit des entsprechenden Elements, erhält man die Indizes: für Chloratome 14/7 = 2, für Sauerstoffatome 14 /2 = 7.

Die Oxidformel lautet -Cl 2 O 7.

Oxidationszustand charakterisiert auch die Zusammensetzung des Stoffes und entspricht der stöchiometrischen Wertigkeit mit einem Pluszeichen (für ein Metall oder ein elektropositiveres Element im Molekül) oder einem Minuszeichen.

 = ±V stx. (1.2)

w ist durch V stx definiert, also durch ein Äquivalent, und das bedeutet, dass w(H) = ±1; Darüber hinaus kann das w aller anderen Elemente in verschiedenen Verbindungen experimentell ermittelt werden. Insbesondere ist es wichtig, dass eine Reihe von Elementen immer oder fast immer konstante Oxidationsstufen aufweisen.

Es ist nützlich, sich die folgenden Regeln zur Bestimmung der Oxidationsstufen zu merken.

1. w(H) = ±1 (. w = +1 in H 2 O, HCl; . w = –1 in NaH, CaH 2);

2. F(Fluor) hat in allen Verbindungen w = –1, die übrigen Halogene mit Metallen, Wasserstoff und anderen elektropositiveren Elementen haben ebenfalls w = –1.

3. Sauerstoff in gewöhnlichen Verbindungen hat. w = –2 (Ausnahmen sind Wasserstoffperoxid und seine Derivate – H 2 O 2 oder BaO 2, in denen Sauerstoff eine Oxidationsstufe von –1 hat, sowie Sauerstofffluorid OF 2, in dem die Oxidationsstufe von Sauerstoff +2 beträgt ).

4. Alkalimetalle (Li – Fr) und Erdalkalimetalle (Ca – Ra) haben immer eine Oxidationsstufe, die der Gruppennummer entspricht, also +1 bzw. +2;

5. Al, Ga, In, Sc, Y, La und Lanthanoide (außer Ce) – w = +3.

6. Die höchste Oxidationsstufe eines Elements entspricht der Gruppennummer des Periodensystems und die niedrigste = (Gruppennummer - 8). Beispielsweise ist das höchste w (S) = +6 in SO 3, das niedrigste w = -2 in H 2 S.

7. Die Oxidationsstufen einfacher Stoffe werden mit Null angenommen.

8. Die Oxidationsstufen der Ionen entsprechen ihren Ladungen.

9. Die Oxidationsstufen der Elemente in einer Verbindung heben sich gegenseitig auf, sodass ihre Summe für alle Atome in einem Molekül oder einer neutralen Formeleinheit Null ist und für ein Ion seine Ladung. Damit lässt sich aus bekannten Oxidationsstufen eine unbekannte bestimmen und Formeln für Multielementverbindungen erstellen.

Beispiel 2. Bestimmen Sie den Oxidationsgrad von Chrom im Salz K 2 CrO 4 und im Ion Cr 2 O 7 2 - .

Lösung. Wir akzeptieren w(K) = +1; w(O) =-2. Für die Struktureinheit K 2 CrO 4 gilt:

2 . (+1) + X + 4 . (-2) = 0, daher X =w(Cr) = +6.

Für das Ion Cr 2 O 7 2 - haben wir: 2 . X + 7 . (-2) =-2, X =w(Cr) = +6.

Das heißt, die Oxidationsstufe von Chrom ist in beiden Fällen gleich.

Beispiel 3. Bestimmen Sie den Oxidationsgrad von Phosphor in den Verbindungen P 2 O 3 und PH 3.

Lösung. In der Verbindung P 2 O 3 w(O) = -2. Basierend auf der Tatsache, dass die algebraische Summe der Oxidationsstufen eines Moleküls gleich Null sein muss, finden wir die Oxidationsstufe von Phosphor: 2. X + 3. (-2) = 0, daher X =w(P) = +3.

In der Verbindung PH 3 w(H) = +1, daher X + 3.(+1) = 0. X =w(P) =-3.

Beispiel 4. Schreiben Sie die Formeln der Oxide auf, die durch thermische Zersetzung der unten aufgeführten Hydroxide erhalten werden können:

H 2 SiO 3 ; Fe(OH) 3 ; H 3 AsO 4 ; H2WO4; Cu(OH)2.

Lösung. H 2 SiO 3 - bestimmen wir den Oxidationszustand von Silizium: w(H) = +1, w(O) =-2, also: 2. (+1) + X + 3 . (-2) = 0.w(Si) = X = +4. Wir bilden die Formel des Oxids-SiO 2.

Fe(OH) 3 – die Ladung der Hydroxogruppe ist gleich -1, daher w(Fe) = +3 und die Formel des entsprechenden Oxids ist Fe 2 O 3.

H 3 AsO 4 - Oxidationsstufe von Arsen in Säure: 3. (+1) +X+ 4 . (-2) = 0.X=w(As) = +5. Somit lautet die Oxidformel As 2 O 5.

H 2 WO 4 -w(W) in Säure ist +6, daher lautet die Formel des entsprechenden Oxids WO 3.

Cu(OH) 2 – da es zwei Hydroxogruppen gibt, deren Ladung -1 ist, ist w(Cu) = +2 und die Oxidformel ist -CuO.

Die meisten Elemente haben mehrere Oxidationsstufen.

Betrachten wir, wie wir anhand der Tabelle D.I. Mendeleev kann die wichtigsten Oxidationsstufen von Elementen bestimmen.

Stabile Oxidationsstufen Elemente der Hauptuntergruppen kann nach folgenden Regeln ermittelt werden:

1. Elemente der Gruppen I–III haben nur eine Oxidationsstufe – positiv und im Wert gleich den Gruppennummern (mit Ausnahme von Thallium, das w = +1 und +3 hat).

Für Elemente der Gruppen IV-VI gibt es neben der positiven Oxidationsstufe, die der Gruppennummer entspricht, und der negativen, die der Differenz zwischen der Zahl 8 und der Gruppennummer entspricht, auch mittlere Oxidationsstufen, die sich normalerweise um 2 unterscheiden Einheiten. Für Gruppe IV sind die Oxidationsstufen +4, +2, -2, -4; für Elemente der Gruppe V jeweils -3, -1 +3 +5; und für Gruppe VI - +6, +4, -2.

3. Elemente der Gruppe VII haben alle Oxidationsstufen von +7 bis -1, die sich um zwei Einheiten unterscheiden, d. h. +7, +5, +3, +1 und -1. In der Gruppe der Halogene wird Fluor freigesetzt, das keine positiven Oxidationsstufen aufweist und in Verbindungen mit anderen Elementen nur in einer Oxidationsstufe -1 vorliegt. (Es gibt mehrere Halogenverbindungen mit gleichmäßigen Oxidationsstufen: ClO, ClO 2 usw.)

Die Elemente Nebenuntergruppen Es gibt keinen einfachen Zusammenhang zwischen stabilen Oxidationsstufen und der Gruppenzahl. Für einige Elemente sekundärer Untergruppen sollte man sich einfach stabile Oxidationsstufen merken. Zu diesen Elementen gehören:

Cr (+3 und +6), Mn (+7, +6, +4 und +2), Fe, Co und Ni (+3 und +2), Cu (+2 und +1), Ag (+1). ), Au (+3 und +1), Zn und Cd (+2), Hg (+2 und +1).

Um Formeln für Drei- und Mehrelementverbindungen nach Oxidationsstufen zu erstellen, ist es notwendig, die Oxidationsstufen aller Elemente zu kennen. In diesem Fall wird die Anzahl der Atome von Elementen in der Formel aus der Bedingung bestimmt, dass die Summe der Oxidationsstufen aller Atome gleich der Ladung der Formeleinheit (Molekül, Ion) ist. Wenn beispielsweise bekannt ist, dass eine ungeladene Formeleinheit K-, Cr- und O-Atome mit Oxidationsstufen von +1, +6 bzw. -2 enthält, wird diese Bedingung durch die Formeln K 2 CrO 4, K erfüllt 2 Cr 2 O 7, K 2 Cr 3 O 10 und viele andere; In ähnlicher Weise entspricht dieses Ion mit einer Ladung -2, das Cr +6 und O - 2 enthält, den Formeln CrO 4 2 -, Cr 2 O 7 2 -, Cr 3 O 10 2 -, Cr 4 O 13 2 - usw.

3. Elektronische Valenz V - die Anzahl der chemischen Bindungen, die ein bestimmtes Atom bildet.

Zum Beispiel im Molekül H 2 O 2 H ¾ O

V stx (O) = 1, V c.h (O) = 2, V .(O) = 2

Das heißt, es gibt chemische Verbindungen, bei denen die stöchiometrische und elektronische Wertigkeit nicht übereinstimmen; Hierzu zählen beispielsweise komplexe Verbindungen.

Koordination und elektronische Valenzen werden in den Themen „Chemische Bindung“ und „Komplexe Verbindungen“ ausführlicher besprochen.

Im Chemieunterricht haben Sie sich bereits mit dem Konzept der Wertigkeit chemischer Elemente vertraut gemacht. Wir haben alle nützlichen Informationen zu diesem Thema an einem Ort gesammelt. Nutzen Sie es, wenn Sie sich auf das Staatsexamen und das Einheitliche Staatsexamen vorbereiten.

Wertigkeit und chemische Analyse

Wertigkeit– die Fähigkeit von Atomen chemischer Elemente, mit Atomen anderer Elemente chemische Verbindungen einzugehen. Mit anderen Worten handelt es sich um die Fähigkeit eines Atoms, eine bestimmte Anzahl chemischer Bindungen mit anderen Atomen einzugehen.

Aus dem Lateinischen wird das Wort „Valenz“ mit „Stärke, Fähigkeit“ übersetzt. Ein sehr korrekter Name, oder?

Der Begriff „Valenz“ ist einer der Grundbegriffe der Chemie. Es wurde bereits eingeführt, bevor Wissenschaftler die Struktur des Atoms kannten (im Jahr 1853). Als wir die Struktur des Atoms untersuchten, erfuhr es daher einige Veränderungen.

Aus Sicht der Elektronentheorie steht die Valenz also in direktem Zusammenhang mit der Anzahl der Außenelektronen des Atoms eines Elements. Das bedeutet, dass sich „Wertigkeit“ auf die Anzahl der Elektronenpaare bezieht, die ein Atom mit anderen Atomen hat.

Mit diesem Wissen konnten Wissenschaftler die Natur der chemischen Bindung beschreiben. Es liegt darin, dass ein Atompaar einer Substanz ein Paar Valenzelektronen teilt.

Sie fragen sich vielleicht: Wie konnten Chemiker des 19. Jahrhunderts die Wertigkeit beschreiben, obwohl sie glaubten, dass es keine Teilchen gab, die kleiner als ein Atom waren? Das soll nicht heißen, dass es so einfach war – sie verließen sich auf chemische Analysen.

Durch chemische Analysen bestimmten Wissenschaftler früher die Zusammensetzung einer chemischen Verbindung: wie viele Atome verschiedener Elemente im Molekül der betreffenden Substanz enthalten sind. Dazu war es notwendig, die genaue Masse jedes Elements in einer Probe einer reinen Substanz (ohne Verunreinigungen) zu bestimmen.

Es stimmt, diese Methode ist nicht ohne Mängel. Denn die Wertigkeit eines Elements kann auf diese Weise nur in seiner einfachen Kombination mit immer einwertigem Wasserstoff (Hydrid) oder immer zweiwertigem Sauerstoff (Oxid) bestimmt werden. Beispielsweise ist die Wertigkeit von Stickstoff in NH 3 III, da ein Wasserstoffatom an drei Stickstoffatome gebunden ist. Und die Wertigkeit von Kohlenstoff in Methan (CH 4) beträgt nach dem gleichen Prinzip IV.

Diese Methode zur Wertigkeitsbestimmung ist nur für einfache Stoffe geeignet. Aber bei Säuren können wir auf diese Weise nur die Wertigkeit von Verbindungen wie sauren Resten bestimmen, nicht aber von allen Elementen (außer der bekannten Wertigkeit von Wasserstoff) einzeln.

Wie Sie bereits bemerkt haben, wird die Wertigkeit durch römische Ziffern angegeben.

Wertigkeit und Säuren

Da die Wertigkeit von Wasserstoff unverändert bleibt und Ihnen bekannt ist, können Sie die Wertigkeit des Säurerests leicht bestimmen. So ist beispielsweise in H 2 SO 3 die Wertigkeit von SO 3 I, in HСlO 3 ist die Wertigkeit von СlO 3 I.

Wenn die Wertigkeit des Säurerests bekannt ist, lässt sich auf ähnliche Weise leicht die korrekte Formel der Säure aufschreiben: NO 2 (I) - HNO 2, S 4 O 6 (II) - H 2 S 4 O 6.

Wertigkeit und Formeln

Das Konzept der Wertigkeit ist nur für Stoffe molekularer Natur sinnvoll und eignet sich wenig zur Beschreibung chemischer Bindungen in Verbindungen Cluster-, ionischer, kristalliner Natur usw.

Indizes in den Summenformeln von Stoffen spiegeln die Anzahl der Atome der Elemente wider, aus denen sie bestehen. Die Kenntnis der Wertigkeit von Elementen hilft bei der korrekten Platzierung der Indizes. Auf die gleiche Weise können Sie anhand der Summenformel und der Indizes die Wertigkeiten der einzelnen Elemente erkennen.

Solche Aufgaben erledigt man im Chemieunterricht in der Schule. Wenn Sie beispielsweise über die chemische Formel einer Substanz verfügen, bei der die Wertigkeit eines der Elemente bekannt ist, können Sie die Wertigkeit eines anderen Elements leicht bestimmen.

Dazu muss man sich nur daran erinnern, dass in einer Substanz molekularer Natur die Anzahl der Valenzen beider Elemente gleich ist. Verwenden Sie daher das kleinste gemeinsame Vielfache (entsprechend der Anzahl der für die Verbindung erforderlichen freien Valenzen), um die Wertigkeit eines Ihnen unbekannten Elements zu bestimmen.

Zur Verdeutlichung nehmen wir die Formel von Eisenoxid Fe 2 O 3. Dabei sind zwei Eisenatome mit der Wertigkeit III und 3 Sauerstoffatome mit der Wertigkeit II an der Bildung einer chemischen Bindung beteiligt. Ihr kleinstes gemeinsames Vielfaches ist 6.

• Beispiel: Sie haben die Formeln Mn 2 O 7. Sie kennen die Wertigkeit von Sauerstoff. Es ist leicht zu berechnen, dass das kleinste gemeinsame Vielfache 14 ist, daher ist die Wertigkeit von Mn VII.

Auf ähnliche Weise können Sie das Gegenteil tun: Schreiben Sie die korrekte chemische Formel eines Stoffes auf und kennen Sie dabei die Wertigkeiten seiner Elemente.

• Beispiel: Um die Formel von Phosphoroxid richtig zu schreiben, berücksichtigen wir die Wertigkeit von Sauerstoff (II) und Phosphor (V). Das bedeutet, dass das kleinste gemeinsame Vielfache für P und O 10 ist. Daher hat die Formel die folgende Form: P 2 O 5.

Wenn man die Eigenschaften der Elemente, die sie in verschiedenen Verbindungen aufweisen, gut kennt, ist es möglich, ihre Wertigkeit bereits anhand des Auftretens solcher Verbindungen zu bestimmen.

Zum Beispiel: Kupferoxide haben eine rote (Cu 2 O) und schwarze (CuO) Farbe. Kupferhydroxide sind gelb (CuOH) und blau (Cu(OH) 2) gefärbt.

Um die kovalenten Bindungen in Stoffen für Sie anschaulicher und verständlicher zu machen, schreiben Sie deren Strukturformeln. Die Linien zwischen den Elementen stellen die Bindungen (Valenz) dar, die zwischen ihren Atomen entstehen:

Valenzmerkmale

Die Bestimmung der Wertigkeit von Elementen basiert heute auf der Kenntnis der Struktur der äußeren Elektronenhüllen ihrer Atome.

Wertigkeit kann sein:

• konstant (Metalle der Hauptuntergruppen);
• variabel (Nichtmetalle und Metalle sekundärer Gruppen):
• höhere Wertigkeit;
• niedrigste Wertigkeit.

In verschiedenen chemischen Verbindungen bleibt Folgendes konstant:

• Wertigkeit von Wasserstoff, Natrium, Kalium, Fluor (I);
• Wertigkeit von Sauerstoff, Magnesium, Kalzium, Zink (II);
• Wertigkeit von Aluminium (III).

Aber die Wertigkeit von Eisen und Kupfer, Brom und Chlor sowie vielen anderen Elementen ändert sich, wenn sie verschiedene chemische Verbindungen bilden.

Valenz- und Elektronentheorie

Im Rahmen der Elektronentheorie wird die Wertigkeit eines Atoms anhand der Anzahl ungepaarter Elektronen bestimmt, die an der Bildung von Elektronenpaaren mit Elektronen anderer Atome beteiligt sind.

An der Bildung chemischer Bindungen sind nur Elektronen beteiligt, die sich in der äußeren Hülle eines Atoms befinden. Daher ist die maximale Wertigkeit eines chemischen Elements die Anzahl der Elektronen in der äußeren Elektronenhülle seines Atoms.

Das Konzept der Valenz steht in engem Zusammenhang mit dem von D. I. Mendelejew entdeckten Periodengesetz. Wenn Sie sich das Periodensystem genau ansehen, können Sie leicht erkennen: Die Position eines Elements im Periodensystem und seine Wertigkeit sind untrennbar miteinander verbunden. Die höchste Wertigkeit von Elementen, die zur gleichen Gruppe gehören, entspricht der Ordnungszahl der Gruppe im Periodensystem.

Die niedrigste Wertigkeit finden Sie heraus, wenn Sie die Gruppennummer des Elements, das Sie interessiert, von der Anzahl der Gruppen im Periodensystem (es gibt acht davon) subtrahieren.

Beispielsweise stimmt die Wertigkeit vieler Metalle mit den Nummern der Gruppen in der Tabelle der periodischen Elemente überein, zu denen sie gehören.

Wertigkeitstabelle chemischer Elemente

Ordnungsnummer chem. Element (Ordnungszahl)	Name	Chemisches Symbol	Wertigkeit
1	Wasserstoff Helium Lithium Beryllium Kohlenstoff Stickstoff / Stickstoff Sauerstoff Fluor Neon / Neon Natrium/Natrium Magnesium / Magnesium Aluminium Silizium Phosphor / Phosphor Schwefel/Schwefel Chlor Argon / Argon Kalium/Kalium Kalzium Scandium / Scandium Titan Vanadium Chrom / Chrom Mangan / Mangan Eisen Kobalt Nickel Kupfer Zink Gallium Germanium Arsen/Arsen Selen Brom Krypton / Krypton Rubidium / Rubidium Strontium / Strontium Yttrium / Yttrium Zirkonium / Zirkonium Niob / Niob Molybdän Technetium / Technetium Ruthenium / Ruthenium Rhodium Palladium Silber Cadmium Indium Zinn/Zinn Antimon / Antimon Tellur / Tellur Jod / Jod Xenon / Xenon Cäsium Barium / Barium Lanthan / Lanthan Cer Praseodym / Praseodym Neodym / Neodym Promethium / Promethium Samarium / Samarium Europium Gadolinium / Gadolinium Terbium / Terbium Dysprosium / Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium / Ytterbium Lutetium / Lutetium Hafnium / Hafnium Tantal / Tantal Wolfram/Wolfram Rhenium / Rhenium Osmium / Osmium Iridium / Iridium Platin Gold Quecksilber Thalium / Thallium Führung/Führung Wismut Polonium Astatin Radon / Radon Francium Radium Aktinium Thorium Proactinium / Protactinium Uran / Uran	H	ICH (I), II, III, IV, V I, (II), III, (IV), V, VII II, (III), IV, VI, VII II, III, (IV), VI (I), II, (III), (IV) I, (III), (IV), V (II), (III), IV (II), III, (IV), V (II), III, (IV), (V), VI (II), III, IV, (VI), (VII), VIII (II), (III), IV, (VI) I, (III), (IV), V, VII (II), (III), (IV), (V), VI (I), II, (III), IV, (V), VI, VII (II), III, IV, VI, VIII (I), (II), III, IV, VI (I), II, (III), IV, VI (II), III, (IV), (V) Keine Daten Keine Daten (II), III, IV, (V), VI

Die Valenzen, die die Elemente, die sie besitzen, selten aufweisen, sind in Klammern angegeben.

Wertigkeit und Oxidationsstufe

Wenn man also vom Grad der Oxidation spricht, bedeutet dies, dass ein Atom in einer Substanz ionischer (was wichtig ist) Natur eine bestimmte konventionelle Ladung hat. Und wenn die Wertigkeit ein neutrales Merkmal ist, kann die Oxidationsstufe negativ, positiv oder gleich Null sein.

Interessant ist, dass für ein Atom desselben Elements je nach den Elementen, mit denen es eine chemische Verbindung eingeht, die Wertigkeit und der Oxidationszustand gleich (H 2 O, CH 4 usw.) oder unterschiedlich (H 2 O) sein können 2, HNO 3 ).

Abschluss

Indem Sie Ihr Wissen über die Struktur von Atomen vertiefen, lernen Sie die Wertigkeit tiefer und detaillierter. Diese Beschreibung chemischer Elemente ist nicht erschöpfend. Aber es hat eine große praktische Bedeutung. Wie Sie selbst schon mehr als einmal gesehen haben, ist das Lösen von Problemen und das Durchführen chemischer Experimente ein Teil Ihres Unterrichts.

Dieser Artikel soll Ihnen dabei helfen, Ihr Wissen über Valenz zu organisieren. Und erinnern Sie auch daran, wie sie bestimmt werden kann und wo die Valenz verwendet wird.

Wir hoffen, dass Sie dieses Material bei der Vorbereitung Ihrer Hausaufgaben und bei der Selbstvorbereitung auf Tests und Prüfungen hilfreich finden.

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Unter Valenz versteht man die Fähigkeit von Atomen, eine bestimmte Anzahl anderer Atome an sich zu binden.

Ein Atom eines anderen einwertigen Elements wird mit einem Atom eines einwertigen Elements kombiniert(HCl) . Ein Atom eines zweiwertigen Elements verbindet sich mit zwei Atomen eines einwertigen Elements.(H2O) oder ein zweiwertiges Atom(CaO) . Dies bedeutet, dass die Wertigkeit eines Elements als Zahl dargestellt werden kann, die angibt, mit wie vielen Atomen eines einwertigen Elements sich ein Atom eines bestimmten Elements verbinden kann. Die Wertigkeit eines Elements ist die Anzahl der Bindungen, die ein Atom eingeht:

N / A – einwertig (eine Bindung)

H – einwertig (eine Bindung)

Ö – zweiwertig (zwei Bindungen für jedes Atom)

S – sechswertig (bildet sechs Bindungen mit benachbarten Atomen)

Regeln zur Bestimmung der Wertigkeit
Elemente in Verbindungen

1. Wertigkeit Wasserstoff verwechselt ICH(Einheit). Dann werden gemäß der Formel von Wasser H 2 O zwei Wasserstoffatome an ein Sauerstoffatom gebunden.

2. Sauerstoff weist in seinen Verbindungen immer Wertigkeit auf II. Daher hat der Kohlenstoff in der Verbindung CO 2 (Kohlendioxid) die Wertigkeit IV.

3. Höhere Wertigkeit gleich Gruppennummer .

4. Niedrigste Wertigkeit ist gleich der Differenz zwischen der Zahl 8 (der Anzahl der Gruppen in der Tabelle) und der Nummer der Gruppe, in der sich dieses Element befindet, d.h. 8 - N Gruppen .

5. Bei Metallen in der Untergruppe „A“ ist die Wertigkeit gleich der Gruppennummer.

6. Nichtmetalle weisen im Allgemeinen zwei Wertigkeiten auf: eine höhere und eine niedrigere.

Zum Beispiel: Schwefel hat die höchste Wertigkeit VI und die niedrigste (8 – 6) gleich II; Phosphor weist die Valenzen V und III auf.

7. Die Wertigkeit kann konstant oder variabel sein.

Um chemische Formeln von Verbindungen zusammenstellen zu können, muss die Wertigkeit der Elemente bekannt sein.

Algorithmus zum Zusammenstellen der Formel einer Phosphoroxidverbindung

Sequenzierung	Formulierung von Phosphoroxid
1. Schreiben Sie die Symbole der Elemente	R O
2. Bestimmen Sie die Wertigkeiten der Elemente	V II P O
3. Finden Sie das kleinste gemeinsame Vielfache der numerischen Werte der Valenzen	5 2 = 10
4. Finden Sie die Beziehungen zwischen Atomen von Elementen, indem Sie das gefundene kleinste Vielfache durch die entsprechenden Wertigkeiten der Elemente dividieren	10: 5 = 2, 10: 2 = 5; P:O=2:5
5. Schreiben Sie Indizes für Elementsymbole	R 2 O 5
6. Formel der Verbindung (Oxid)	R 2 O 5

Erinnern!

Merkmale der Zusammenstellung chemischer Formeln von Verbindungen.

1) Die niedrigste Wertigkeit wird durch das Element angezeigt, das sich rechts und oben in D.I. Mendelejews Tabelle befindet, und die höchste Wertigkeit wird durch das Element angezeigt, das sich links und unten befindet.

Beispielsweise weist Schwefel in Verbindung mit Sauerstoff die höchste Wertigkeit VI und Sauerstoff die niedrigste Wertigkeit II auf. Somit lautet die Formel für Schwefeloxid SO 3.

In der Verbindung von Silizium mit Kohlenstoff weist das erste die höchste Wertigkeit IV und das zweite die niedrigste Wertigkeit auf. Also die Formel – SiC. Dabei handelt es sich um Siliziumkarbid, die Grundlage feuerfester und abrasiver Materialien.

2) Das Metallatom steht in der Formel an erster Stelle.

2) In den Formeln von Verbindungen steht das Nichtmetallatom mit der niedrigsten Wertigkeit immer an zweiter Stelle und der Name einer solchen Verbindung endet auf „id“.

Zum Beispiel,SaO - Calciumoxid, NaCl - Natriumchlorid, PbS – Bleisulfid.

Jetzt können Sie die Formeln für beliebige Verbindungen von Metallen und Nichtmetallen schreiben.