Валентность

Простые и сложные вещества

Простыми называются вещества, в состав которых входят атомы одного и того же химического элемента.

Простое вещество и химический элемент – это не тождественные понятия, хотя такое отождествление иногда ошибочно делается. Исторически сложилось так, что простые вещества называются так же, как и химические элементы, но это не одно и то же. Например, говорят: 1) в состав воды (H₂O) входит кислород; 2) мы дышим кислородом. В первом случае речь идет о химическом элементе кислороде, а во втором – о веществе О₂, который находится в воздухе.

Если бы понятия «химический элемент» и «простое вещество» были тождественными понятиями, то простых веществ было бы столько же, сколько химических элементов, но в действительности их несколько сотен. Объясняется это тем, что многие элементы образуют не одно, а несколько простых веществ. Это явление называется аллотропией. Различные простые вещества, образованные одним и тем же химическим элементом, называются аллотропными модификациями (видоизменениями) этого вещества. Они отличаются составом молекул (О₂, О₃), кристаллическим строением (алмаз, графит) или и тем и другим одновременно (белый фосфор – молекулы Р₄, красный – полимерное вещество).

Сложным и называются вещества, в состав которых входят атомы различных химических элементов. Сложные вещества обычно называются химическими соединениями. Они подразделяются на органические (их изучает органическая химия) и неорганические.

Неорганические соединения разнообразны по составу и свойствам. Классификация, свойства и номенклатура неорганических соединений рассматриваются на следующей лекции, а также на практическом и лабораторном занятиях.

Валентностью элемента называется свойство его атомов соединяться с определенным числом других атомов. Количественным выражением валентности являются стехиометрическая и электронная (связевая) валентность. В этой лекции рассматривается первый показатель – стехиометрическая валентность.

Стехиометрическая валентность показывает, сколько атомов другого элемента может присоединять атом данного элемента. За единицу валентности принята валентность водорода, так как водород всегда одновалентен. Следовательно, валентность элемента – это число атомов водорода, присоединяемых или замещаемых одним атомом этого элемента. Например, в соединениях HCl, H₂O, NH₃ и CH₄ хлор одновалентен, кислород двухвалентен, азот трехвалентен и углерод четырехвалентен.

Но с водородом образуют соединения не все элементы, а с кислородом – почти все. Стехиометрическая валентность кислорода, как правило, равна двум. Следовательно, валентность элемента равна удвоенному числу атомов кислорода, присоединяемых к атому этого элемента. Например, в соединениях Na₂O, FeO, Cr₂O₃, SnO₂, V₂O₅, SeO₃ и Mn₂O₇ натрий одновалентен, железо двухвалентно, хром трехвалентен, олово четырехвалентно, ванадий пятивалентен, селен шестивалентен и марганец семивалентен.

Стехиометрическую валентность принято выражать римскими числами. Например, в соединениях N₂O, BaO, Al₂O₃, CO₂, P₂O₅, SO₃, Cl₂O₇ и XeO₄ валентность элементов равна I (N), II (Ba), III (Al), IV (C), V (P), VI (S), VII (Cl) и VIII (Xe).

Химические элементы подразделяются на элементы постоянной валентности и элементы переменой валентности. К элементам постоянной валентности относятся:

– водород, фтор и щелочные металлы (валентность I);

– все элементы второй группы, кроме ртути (валентность II);

– все элементы третей группы, кроме таллия (валентность III).

Остальные элементы имеют переменную валентность, например, сера (II, IV, VI), азот (I, II, III, IV, V), марганец (II, III, IV, V, VI, VII). Максимальная валентность таких элементов обычно равно номеру группы, в которой они расположены в периодической системе. В периодической системе имеется восемь групп, следовательно, валентности выше восьми не бывает.

Примечание. Максимальная валентность не равна номеру группы у фтора (группа VII, валентность I), кислорода (группа VI, валентность II), меди (группа I, валентность II), золота (группа I, валентность III), железа (группа VIII, валентность VI), кобальта (группа VIII, валентность V) и никеля (группа VIII, валентность IV). Гелий, неон и аргон не образуют химических соединений, т.е. они имеют нулевую валентность, хотя расположены в восьмой группе периодической системы.

Дата добавления: 2014-12-16