Стехиометрическая валентность и степень окисления

Для составления химических формул необходимо знание количественных соотношений атомов различных элементов, в которых они соединяются или взаимодействуют. Такая информация передаётся стехиометрической валентностью.

Стехиометрическая валентность элемента показывает, со сколькими атомами одновалентного элемента соединяется атом данного элемента.

Примером одновалентного элемента является водород, поэтому стехиометрическая валентность указывает на то, со сколькими атомами водорода соединяется атом данного элемента. Так, в HCl хлор одновалентен, в H₂O кислород двухвалентен, в NH₃ азот трехвалентен и т.д.

Водородные соединения известны не для всех элементов, но почти все элементы образуют соединения с кислородом, который всегда стехиометрически двухвалентен. Поэтому валентность элементов можно определять по составу их кислородных соединений. Например, калий одновалентен (K₂O), барий двухвалентен (BaO), алюминий трехвалентен (Al₂O₃).

Многие элементы проявляют несколько стехиометрических валентностей, т.е. они могут образовывать с другим элементом несколько соединений разного состава. Например, азот в соединениях с кислородом может быть одновалентным (N₂O), двухвалентным (NO), трехвалентным (N₂O₃), четырехвалентным (NO₂) и пятивалентным (N₂O₅).

Понятие о стехиометрической валентности было введено в химию задолго до того, как стало известно строение атомов (Франкланд, 1853). При изучении строения атомов было установлено, что валентность элементов связана с числом внешних электронов в их атомах.

Для всех элементов главных подгрупп число внешних электронов у их атомов равно номеру группы. Внешние электроны одновременно являются валентными электронами, поэтому высшая валентность элементов главных подгрупп равна номеру группы. Исключением из этого правила является кислород, который всегда двухвалентен, хотя находится в шестой группе, и фтор, который находится в седьмой группе, но всегда одновалентен.

Максимальная стехиометрическая валентность химических элементов главных подгрупп является периодическим свойством (рис. 16): в периодах она увеличивается, а в группах постоянна и равна номеру группы (кроме кислорода и фтора). Для элементов побочных подгрупп валентность также является периодическим свойством, но зависимость их валентности от положения в периодической системе является более сложной.

Рис 16. Зависимость максимальной стехиометрической валентности от атомного номера

для элементов главных подгрупп первого–пятого периодов.

Пример 12. Руководствуясь положением элементов в периодической системе, напишите формулы соединения алюминия с водородом, углеродом, кислородом и фтором.

Решение. Алюминий расположен в третьей группе периодической системы, поэтому его стехиометрическая валентность равна трём. Водород одновалентен, поэтому формула его соединения с аюминием – AlH₃ (гидрид алюминия). Углерод расположен в четвёртой группе, его валентность равна четырём, поэтому формула его соединения с алюминием – Al₄C₃ (карбид алюминия). Максимальная стехиометрическая валентность кислорода не соответствует номеру группы, в которой находится этот элемент и равна двум, поэтому формула соединения – Al₂O₃. Максимальная стехиометрическая валентность фтора также не соответствует номеру группы, в которой находится этот элемент и равна единице, поэтому формула соединения – AlF₃.

Дата добавления: 2014-12-16