Валентность химических элементов

Валентность химических элементов — это характеристика, определяющая способность атомов взаимодействовать с другими атомами.

Она основана на количестве электронов, которые атом может потерять, приобрести или поделиться в процессе образования химических связей.

Основные концепции валентности включают следующие аспекты:

1. Состояние электроники: Валентность часто связана с электронами, находящимися на внешнем энергетическом уровне атома. Эти электроны участвуют в образовании связей с другими атомами.

2. Типы валентности: Существуют разные типы валентности, такие как одновалентные (например, натрий), двувалентные (например, кальций) и многовалентные элементы (например, железо, которое может иметь валентность 2 или 3).

3. Влияние на химические свойства: Валентность влияет на реакционную способность элементов и их возможности образовывать сложные соединения. Например, элементы с высокой валентностью часто являются более реакционно способными и способны образовывать разнообразные химические вещества.

Валентность химических элементов

С точки зрения современных представлений валентность элемента определяется числом не спаренных электронов в его атомах.

Однако если посмотреть на распределение электронов по квантовым ячейкам в атомах элементов третьего периода, то оказывается, что алюминий должен быть одновалентным металлом, а магний — нульвалентным:

Mg 1s² 2s² p⁶ 3s²

Al 1s² 2s² p⁶ 3s² p¹

Такое заключение является неправильным и вот почему.

Мы все время рассматривали распределение электронов в атомах, находящихся в нормальном, т. е. невозбужденном, состоянии.

Химические реакции обычно протекают в жестких условиях:

1. На свету.
2. При повышенной температуре.
3. В присутствии катализаторов.

Вступающие в реакцию атомы поглощают извне энергию.

Электроны наружного квантового слоя переходят на более высокие энергетические подуровни, и общее число не спаренных электронов увеличивается.

Пример

Например, в возбужденных атомах магния два не спаренных электрона, а в возбужденных атомах алюминия — три не спаренных электрона:

Энергия, затрачиваемая на возбуждение атомов, с избытком окупается за счет образования дополнительных химических связей.

На основе представления о возбужденном состоянии атомов легко объясняется наблюдаемая валентность большинства элементов (табл.).

Например, атомы хлора в нормальном состоянии имеют на наружном слое один не спаренный электрон:

В соответствии с этим хлор образует такие соединения, как ClF и Сl₂O, в которых он одновалентен.

При возбуждении атомов хлора происходит последовательное заполнение свободного 3d-подуровня.

Число не спаренных электронов становится при этом равным сначала трем, затем пяти и, наконец, семи.

Таблица валентность элементов второго периода

Поэтому существуют соединения, в которых хлор трехвалентен (НСlO₂), пятивалентен (КСlO₃ и семи валентен (Сl₂O₇, НСlO₄).

Последовательное возбуждение атома хлора приводит к появлению всегда нечетного числа не спаренных электронов.

Если же проследить за изменением валентного состояния атома серы, то оно оказывается всегда четным:

Статья на тему Валентность химических элементов