Acasă » Caracteristici » Valența atomilor în stări staționare și excitate. Posibilitățile de valență ale atomilor elementelor din compușii chimici

Valența atomilor în stări staționare și excitate. Posibilitățile de valență ale atomilor elementelor din compușii chimici

Structura nivelurilor exterioare de energie ale atomilor elementelor chimice determină în principal proprietățile atomilor lor. Prin urmare, aceste niveluri sunt numite niveluri de valență. Electronii acestor niveluri, și uneori ai nivelurilor pre-externe, pot lua parte la formarea legăturilor chimice. Astfel de electroni sunt numiți și electroni de valență.
Valența unui atom al unui element chimic este determinată în primul rând de numărul de electroni nepereche care participă la formarea unei legături chimice.
Electronii de valență ai atomilor elementelor subgrupurilor principale sunt localizați în orbitalii s și p ai stratului exterior de electroni. Pentru elementele subgrupurilor laterale, cu excepția lantanidelor și actinidelor, electronii de valență sunt localizați în orbitalul s al orbitalilor exteriori și d-ai stratului pre-exterior.
Pentru a evalua corect capacitățile de valență ale atomilor elementelor chimice, este necesar să se ia în considerare distribuția electronilor în ei pe niveluri și subniveluri de energie și să se determine numărul de electroni nepereche în conformitate cu principiul Pauli și cu regula lui Hund pentru cei neexcitați ( starea solului sau staționară a atomului și pentru cea excitată (atunci care a primit energie suplimentară, în urma căreia electronii stratului exterior sunt perechi și transferați la orbitalii liberi). Un atom în stare excitată este desemnat prin simbolul elementului corespunzător cu un asterisc. De exemplu, luați în considerare posibilitățile de valență ale atomilor de fosfor în stări staționare și excitate:

În starea neexcitată, atomul de fosfor are trei electroni nepereche în subnivelul p. Când un atom trece la o stare excitată, unul dintre perechile de electroni ai subnivelului d se poate deplasa la un orbital gol al subnivelului d. Valența fosforului se schimbă de la trei (în starea fundamentală) la cinci (în starea excitată).
Separarea electronilor perechi necesită energie, deoarece împerecherea electronilor este însoțită de o scădere a energiei potențiale a atomilor. În același timp, consumul de energie pentru a transfera atomul într-o stare excitată este compensat de energia eliberată în timpul formării legăturilor chimice de către electronii nepereche.
Astfel, un atom de carbon în stare staționară are doi electroni nepereche. În consecință, cu participarea lor, se pot forma două perechi de electroni comuni, creând două legături covalente. Cu toate acestea, știți bine că mulți compuși anorganici și toți organici conțin atomi de carbon tetravalenți. Este evident că atomii săi au format patru legături covalente în acești compuși în timp ce se aflau într-o stare excitată.

Energia cheltuită pentru excitarea atomilor de carbon este mai mult decât compensată de energia eliberată în timpul formării a două legături covalente suplimentare. Astfel, pentru a transfera atomii de carbon din starea staționară 2s 2 2р 2 în starea excitată - 2s 1 2р 3 este necesar să se cheltuiască aproximativ 400 kJ/mol de energie. Dar când se formează o legătură C-H în hidrocarburile saturate, se eliberează 360 kJ/mol. În consecință, atunci când se formează doi moli de legături C-H, se vor elibera 720 kJ, ceea ce depășește energia de transfer a atomilor de carbon în starea excitată cu 320 kJ/mol.
În concluzie, trebuie remarcat faptul că capacitățile de valență ale atomilor elementelor chimice sunt departe de a fi limitate la numărul de electroni nepereche în stările staționare și excitate ale atomilor. Dacă vă amintiți mecanismul donor-acceptor pentru formarea legăturilor covalente, atunci vă vor deveni clare alte două posibilități de valență ale atomilor elementelor chimice, care sunt determinate de prezența orbitalilor liberi și de prezența perechilor de electroni singuri care pot da o legătură chimică covalentă prin mecanismul donor-acceptor. Reamintim formarea ionului de amoniu NH4+. (Vom lua în considerare mai detaliat implementarea acestor posibilități de valență de către atomii elementelor chimice atunci când studiem legăturile chimice.) Să tragem o concluzie generală.

Articole Desene Tabele Despre site English

Valenta fosforului

Fosforul P (Is 2s 2/f 3s Зр) este un analog al azotului în ceea ce privește numărul de electroni de valență. Totuși, ca element al perioadei a 3-a, diferă semnificativ de azot, un element al perioadei a 2-a. Această diferență este că fosforul are o dimensiune atomică mai mare, o energie de ionizare mai mică, o afinitate electronică mai mare și o polarizare atomică mai mare decât azotul. Numărul maxim de coordonare al fosforului este de șase. Ca și pentru alte elemente din perioada a 3-a, legătura RL - RL nu este tipică pentru atomul de fosfor și, prin urmare, spre deosebire de azot, stările sp- și sp-hibride ale orbitalilor de fosfor sunt instabile. Fosforul din compuși prezintă stări de oxidare de la -3 la +5. Cea mai tipică stare de oxidare este +5.

Să creăm o formulă pentru un compus care constă din și. fosfor (valenta V) si oxigen (valenta II).

În ce compuși fosforul are valența maximă?

Care sunt capacitățile de valență ale fosforului? Cum diferă în acest sens de analogul său - azotul?

Structura electronică a atomului de fosfor corespunde formulei 16Р 5 25 2р Зз Зр. Fosforul are electroni de valență în al treilea nivel de energie (exterior), la care, pe lângă cei 5 și trei orbitali p, există cinci orbitali liberi.

Conform unui alt punct de vedere, diferența dintre proprietățile fosforului și azotului se explică prin prezența orbitalilor de valență 3 în atomul de fosfor,

Explicați diferența dintre prima energie de ionizare a fosforului, P (1063 kJ mol) și a sulfului, 8 (1000 kJ mol), pe baza unei comparații a configurațiilor electronice orbitale de valență ale atomilor P și 8.

Dar în fosfor, ca element al perioadei a 3-a, rolul orbitalilor de valență îl joacă și orbitalii 3. Prin urmare, împreună cu proprietățile comune în chimia acestor elemente tipice din grupa V, apar diferențe semnificative. Pentru fosfor, sunt posibile tipurile de hibridizare zrCh-, zrCh- și 5p a orbitalilor de valență. Numărul maxim de coordonare al fosforului este 6. Spre deosebire de azot, fosforul se caracterizează prin legături l - rl datorită acceptării perechilor de electroni ale atomilor corespunzători de către orbitalii 3d liberi

Numărul stabil de coordonare al fosforului (V) este 4, ceea ce corespunde hibridizării sp a orbitalilor de valență. Numerele de coordonare 5 și 6 apar mai rar, în aceste cazuri, stările sp4- și, respectiv, sp-hibrid sunt atribuite atomului de fosfor (p. 415).

Comportament similar se găsește în elementele grupului VA, dar granița dintre metale și nemetale din acest grup este mai mică. Azotul și fosforul sunt nemetale, chimia compușilor lor covalenti și posibilele stări de oxidare sunt determinate de prezența a cinci electroni de valență în configurație.Azotul și fosforul au cel mai adesea stări de oxidare - 3, -b 3 și +5. Arsenicul As și antimoniul Sb sunt semimetale care formează oxizi amfoteri, iar numai bismutul are proprietăți metalice. Pentru As și Sb, cea mai importantă stare de oxidare este + 3. Pentru Bi, este singura posibilă, în afară de stările de oxidare manifestate în unele condiții extrem de specifice. Bismutul nu poate pierde toți cei cinci electroni de valență; energia necesară pentru aceasta este prea mare. Cu toate acestea, pierde trei electroni br, formând un ion Bi.

Mendeleev și-a desfășurat lucrarea de disertație în Germania, la Heidelberg, chiar în timpul Congresului Internațional de Chimie de la Karlsruhe. A participat la congres și a ascultat discursul lui Cannizzaro în care și-a exprimat clar punctul de vedere asupra problemei greutății atomice. Revenind în Rusia, Mendeleev a început să studieze lista elementelor și a atras atenția asupra periodicității modificărilor de valență ale elementelor dispuse în ordinea crescătoare a greutăților atomice: valența hidrogenului 1, litiu I, beriliu 2, bor 3, carbon 4, magneziu 2, azot 3, sulf 2, fluor 1, sodiu 1, aluminiu 3, siliciu 4, fosfor 3, k1 carbon 2, clor I etc.

Fosforul este un analog al azotului în ceea ce privește numărul de electroni de valență (35 3р)

Atomii de oxigen se combină cu cel puțin doi atomi diferiți. Calciul, sulful, magneziul și bariul se comportă în același mod. Aceste elemente au o valență de două, în timp ce azotul, fosforul, aluminiul și aurul au o valență de trei. Fierul poate avea o valență de două sau trei. În principiu, problema valenței s-a dovedit a nu fi atât de simplă pe cât părea la început, dar chiar și această versiune cea mai simplă a acestei teorii a făcut posibilă tragerea unor concluzii importante.

La trecerea de la litiu la fluor G, există o slăbire naturală a proprietăților metalice și o creștere a proprietăților nemetalice cu o creștere simultană a valenței. Trecerea de la fluor G la următorul element din punct de vedere al masei atomice, sodiu La, este însoțită de o schimbare bruscă a proprietăților și valenței, iar sodiul repetă în mare măsură proprietățile litiului, fiind un metal monovalent tipic, deși mai activ. Alături de sodiu, magneziul este în multe privințe similar cu beriliul Be (ambele sunt divalente și prezintă proprietăți metalice, dar activitatea chimică a ambelor este mai puțin pronunțată decât cea a perechii Li - Na). Aluminiul A1, alături de magneziu, seamănă cu borul B (valență 3). Cât de apropiate sunt rude similare între ele sunt siliciul 81 și carbonul C, fosforul P și azotul S, sulful 8 și oxigenul O, clorul C1 și fluorul G. Când treceți la următorul element după clor în secvența creșterii masei atomice, potasiul K, un salt în schimbare are loc din nou valență și proprietăți chimice. Potasiul, ca litiul și sodiul, deschide o serie de elemente (al treilea la rând), ai căror reprezentanți arată o analogie profundă cu elementele primelor două rânduri.

Eficacitatea aditivului depinde de starea de valență și de poziția elementelor în molecula de aditiv, de prezența grupărilor funcționale, de sinergia acestora și de alți factori. Utilizarea compușilor care conțin fosfor, sulf, oxigen și azot ca aditivi pentru uleiurile lubrifiante este strâns legată de particularitatea structurii electronice a acestor elemente. Interacțiunea lor cu suprafața metalică a pieselor motorului duce la modificarea acestora din urmă (modificarea structurii) și datorită formării de pelicule protectoare, se asigură proprietățile anticorozive, anti-uzură și presiune extremă ale acestor compuși într-o soluție de ulei. . În plus, aditivii care conțin aceste elemente stabilizează uleiul prin ruperea lanțului de oxidare prin reacția cu radicalii peroxid și distrugerea hidroperoxizilor.

Halogenare. Catalizatorii cei mai des utilizați pentru clorurare sunt fierul metalic, oxidul de cupru, bromul, sulful, iodul, halogenurile de fier, antimoniul, staniul, arsenul, fosforul, aluminiul și cupru, cărbunele vegetal și animal, bauxita activată și alte argile. Majoritatea acestor catalizatori sunt purtători de halogen. Astfel, Fe, Sb și P din compușii halogeni sunt capabili să existe în două stări de valență în prezența clorului liber; ei adaugă și eliberează alternativ clorul în formă activă. În mod similar, iodul, bromul și sulful formează compuși instabili cu clorul. Catalizatorii de bromurare sunt similari cu catalizatorii de clorinare. Fosforul este cel mai bun accelerator pentru iodare. Procesul de fluorurare nu necesită un catalizator. În prezența oxigenului, halogenarea încetinește.

Clorurarea catalitică se bazează pe utilizarea unui purtător de clor, cum ar fi iod, sulf, fosfor, antimoniu și altele, sub formă de cloruri corespunzătoare, care sunt dizolvate în hidrocarbura care se clorează sau în clorurarea hidrocarburilor de parafină gazoasă - într-un solvent. Sunt utilizate numai elemente cu cel puțin două valori de valență. Substanțele care formează radicali, cum ar fi diazo-metanul, tetraetil plumbul și hexafeniletanul, pot fi, de asemenea, utilizate ca catalizatori omogene. Ei au capacitatea de a împărți o moleculă de clor în atomi, ceea ce provoacă imediat o reacție în lanț.

Când un element formează mai multe serii de compuși corespunzătoare unor stări de oxidare diferite, după denumirea compusului se indică între paranteze fie valența cationului (cu cifre romane), fie numărul de halogen, oxigen, sulf sau acid. reziduuri din molecula compusă (în cuvinte). De exemplu, clorură de fier (P1), clorură de fosfor trei), oxid de mangan (două). În acest caz, denumirea de valență este de obicei dată pentru stările de valență mai puțin caracteristice. De exemplu, pentru cuprul în cazul unei stări bivalente, indicația de valență este omisă, în timp ce cuprul monovalent este desemnat iodură de cupru (I).

Conductivitatea unor substanțe precum siliciul și germaniul poate fi crescută prin introducerea în ele a unor cantități mici de anumite impurități. De exemplu, introducerea impurităților de bor sau fosfor în cristalele de siliciu duce la o îngustare eficientă a interbandului. Cantități mici de bor sau fosfor (câteva părți per milion) pot fi încorporate în structura de siliciu în timpul creșterii cristalelor. Atomul de fosfor are cinci electroni de valență și, prin urmare, după ce patru dintre ei sunt utilizați -

Fosforul, arsenul, antimoniul și bismutul formează compuși stoechiometrici corespunzători valenței formale numai cu elementele s și d din subgrupa zincului.

Faptul că colorantul și adsorbantul constituie un singur sistem cuantic este evident din multe fapte. Cel mai evident dintre ele este că absorbția de radiație a oricărei frecvențe, de exemplu cea mai scăzută, în banda de absorbție a unui anumit fosfor, determină emisia întregului său spectru de radiații, inclusiv frecvențe semnificativ mai mari decât frecvențele luminii absorbite. Aceasta înseamnă că cuantele de radiație sunt folosite pentru uz comun, iar energia care este insuficientă pentru a emite frecvențe care depășesc frecvența mică a luminii absorbite provine și din resursele generale ale corpului solid. Faptul că, deși colorantul este, fără îndoială, doar la suprafață, absorbția de lumină a undelor sale lungi caracteristice (pentru care cristalul care adsorb acest colorant este practic transparent) este însoțită de formarea argintului metalic în volumul cristalului de bromură de argint. nu permite alte interpretări. În acest caz, sensibilitatea bromurii de argint se deplasează mai mult spre unde lungi, cu cât lanțul de legături conjugate este mai lung în structura moleculei de colorant (Fig. 44). Faptul este că electronii colorantului sunt în mișcare ondulatorie și că molecula de colorant, conectându-se la cristal cu o legătură de valență, formează un singur întreg cu acesta. Cristalul și colorantul formează un singur sistem cuantic. Nu este surprinzător, prin urmare, că mecanismul de fotoliză a pur

Fosforul, P, are o configurație de valență de 3x 3p, iar sulful, 8, are o configurație de valență de 3x 3p. Atomul P are astfel o înveliș 3p pe jumătate umplut, în timp ce atomul 8 are un electron suplimentar forțat să se împerecheze cu unul dintre electronii deja prezenți în orbitalii 3p.

Pentru formarea de legături covalente în structura cristalină a siliciului, fosforul reține încă un electron. Când un câmp electric este aplicat cristalului, acest electron se poate îndepărta de atomul de fosfor; prin urmare, se spune că fosforul este un donor de electroni în cristalul de siliciu. Pentru a elibera electronii donați, este necesar doar 1,05 kJ mol; această energie transformă un cristal de siliciu cu un mic amestec de fosfor într-un conductor. Când impuritățile de bor sunt introduse într-un cristal de siliciu, are loc fenomenul opus. Atomul de bor îi lipsește un electron pentru a forma numărul necesar de legături covalente într-un cristal de siliciu. Prin urmare, pentru fiecare atom de bor dintr-un cristal de siliciu există un loc liber în orbital de legătură. Electronii de valență de siliciu pot fi excitați în acești orbitali liberi asociați cu atomii de bor, permițând electronilor să se miște liber în întregul cristal. O astfel de conductivitate apare ca urmare a faptului că un electron de la un atom de siliciu vecin sare în orbitalul liber al unui atom de bor. Locul liber nou format în orbital atomului de siliciu este imediat umplut cu un electron de la un alt atom de siliciu care îl urmează. Are loc un efect de cascadă în care electronii sar de la un atom la altul. Fizicienii preferă să descrie acest fenomen ca mișcarea unei găuri încărcate pozitiv în direcția opusă. Dar indiferent de modul în care este descris fenomenul, este ferm stabilit că este necesară mai puțină energie pentru a activa conductivitatea într-o substanță precum siliciul dacă cristalul conține o cantitate mică de donor de electroni, cum ar fi fosfor, sau un acceptor de electroni, cum ar fi borul.

Fosforul alb este format din molecule P4 tetraedrice, prezentate schematic în Fig. 21.25. După cum se menționează în Sect. 8.7, partea 1, unghiuri de legătură de 60", ca și în molecula P4, sunt destul de rare în alte molecule. Ele indică prezența legăturilor foarte tensionate, ceea ce este în concordanță cu o capacitate mare de reacție

Deși fosforul este un analog electronic al azotului, prezența orbitalilor i liberi în stratul de mectron de valență al atomului face compușii fosforului diferiți de compușii cu azot.

Structura electronică a compușilor organofosforici și natura legăturilor chimice; energia și lungimea legăturilor fosforice; unghiurile de legătură; formarea legăturilor care implică al treilea orb al italului.

Într-o măsură și mai mare, proprietățile aromatice sunt inerente inelului fosforin. 2,4,6-trifenilfosforul nu se autooxidează și nu se cuaternizează sub acțiunea iodurii de metil sau a borofluorurii de trietiloxoniu. În același timp, interacțiunea sa cu reactivii nucleofili - compuși alchil sau arilitiu, are loc cu ușurință în benzen deja la temperatura camerei." În acest caz, atacul are loc asupra fosforului, a cărui înveliș de valență se extinde la decetum și o rezonanță stabilizată. Apare anionul fosfor-rin ( 1). Formarea anionului (I) a fost dovedită folosind spectre PMR și UV. Hidroliza amestecului de reacție, care are o culoare albastru-violet adânc, duce la 1-alchil(aril)-2, 4,6-tri-

Prepararea silicatului de fosfor. Compoziția chimică a fosforului, structura fosforului, valența Mn. Există un număr semnificativ de metode diferite pentru prepararea fosforilor cristalin pe bază de silicați. Ca exemplu, vom da unul dintre ele. O soluție de amoniac bine purificată de oxid de zinc, o soluție apoasă de nitrat de mangan și o soluție alcoolică de acid silicic (silicat de etil) sunt turnate împreună pentru a forma un gel. Gelul este uscat, măcinat și calcinat la 1200°C în vase de cuarț și răcit rapid după calcinare. Dacă conținutul de Mn este scăzut, calcinarea se poate efectua în aer cu un conținut scăzut de Mn; pentru a evita oxidarea acestuia, calcinarea se realizează într-o atmosferă de dioxid de carbon.

Oxidarea catalitică a reziduurilor de ulei. Există multe încercări de a accelera procesul de oxidare a materiilor prime, de a îmbunătăți calitatea sau de a conferi anumite proprietăți bitumului oxidat folosind diferiți catalizatori și inițiatori. Se propune utilizarea sărurilor acidului clorhidric și a metalelor cu valență variabilă (fier, cupru, staniu, titan etc.) ca catalizatori pentru reacțiile redox. Ca catalizatori pentru deshidratare, alchilare și cracare (transfer de protoni), aluminiul, fierul, clorurile de staniu și pentoxidul de fosfor sunt propuși ca inițiatori de oxidare - peroxizii. Majoritatea acestor catalizatori inițiază reacții de compactare a moleculelor de materie primă (uleiuri și rășini) în asfalteni, fără a îmbogăți bitumul cu oxigen. Posibilitățile de accelerare a procesului de oxidare a materiilor prime și de îmbunătățire a proprietăților bitumului (în principal în direcția creșterii pătrunderii la o anumită temperatură de înmuiere), date în numeroase literaturi de brevete, sunt rezumate în, dar întrucât autorii brevetelor fac propunerile lor fără a dezvălui chimia procesului, concluziile lor sunt în această monografie nu sunt luate în considerare. Cercetare de A. Hoiberg

În cele mai multe cazuri, halogenarea este accelerată prin iradiere luminoasă (lungime de undă 3000-5000 A) sau temperatură ridicată (cu sau fără catalizator). Compușii cu halogenuri metalice care au două stări de valență și sunt capabili să doneze atomi de halogen în timpul tranziției de la o stare de valență la alta - P I5, P I3, Fe lg - sunt utilizați de obicei ca catalizatori. Se folosesc și clorura de antimoniu sau clorura de mangan, precum și catalizatori nemetalici - iod, brom sau fosfor.

Litiul și sodiul au afinități electronice moderate, beriliul are o afinitate electronică negativă, iar magneziul are o afinitate electronică aproape de zero. În atomii Be și M, orbitalul x de valență este complet umplut, iar electronul adăugat trebuie să ocupe orbitalul p situat mai înalt în energie. Azotul și fosforul au afinități electronice scăzute, deoarece electronul adăugat trebuie să se împerecheze în acești atomi cu unul dintre electronii din orbitalii p pe jumătate.

Atomii elementelor din perioada a treia și cele ulterioare nu se supun adesea regulii octetului. Unele dintre ele prezintă capacitatea remarcabilă de a se lega de mai mulți atomi (adică de a fi înconjurate de mai multe perechi de electroni) decât prezice regula octetului. De exemplu, fosforul și sulful formează compușii PF5 și, respectiv, SF. În structurile Lewis ale acestor compuși, toți electronii de valență ai elementului greu sunt utilizați de acesta pentru a forma legături cu alți atomi.

În aceste diagrame, săgeata completă arată poziția legăturii de coordonare. Elementele donatoare care apar aici (sulf, arsen și azot), precum și seleniu, fosfor și altele, nu formează compuși care au proprietăți de otrăvuri catalitice dacă se află în starea de cea mai mare valență, deoarece în acest caz moleculele fac. nu au perechi de electroni liberi. Același lucru este valabil și pentru ionii acestor elemente. De exemplu, ionul sulfit este o otravă, în timp ce ionul sulfat nu este

Numărul de electroni din învelișul exterior determină stările de valență inerente unui element dat și, prin urmare, tipurile de compuși ai acestuia - hidruri, oxizi, hidroxizi, săruri etc. Astfel, în învelișurile exterioare ale atomilor de fosfor, arsen, antimoniu și bismut există același număr (cinci) electroni. Acest lucru determină asemănarea stărilor lor de valență principale (-3, -f3, -b5), același tip de hidruri de EH3, oxizi de E2O3 și EaO, hidroxizi etc. Această circumstanță este în cele din urmă motivul pentru care aceste elemente sunt situate în același sistem periodic subgrup.

Astfel, numărul de electroni nepereche din atomii de beriliu, bor și carbon în stare excitată corespunde cu valența reală a acestor elemente. În ceea ce privește atomii de azot, oxigen și fluor, excitarea lor nu poate duce la o creștere a numărului de electroni neionari în al doilea nivel al învelișului lor de electroni. Cu toate acestea, analogii acestor elemente - fosfor, sulf și clor - deoarece la al treilea nivel ele

Numărul de electroni nepereche într-un atom de fosfor la excitare ajunge la cinci, ceea ce corespunde palenței sale maxime reale. Când un atom de sulf este excitat, numărul de electroni nepereche crește la patru și chiar la [este], iar pentru un atom de clor - la trei, cinci și, maxim, la șapte, ceea ce corespunde, de asemenea, valorilor reale ale valența pe care o prezintă. Ei se comportă într-un mod similar atunci când sunt entuziasmați

Proprietățile unui atom sunt în mare măsură determinate de structura stratului său exterior de electroni. Electronii aflați pe stratul exterior exterior și uneori pe penultimul strat electronic al atomului pot lua parte la formarea legăturilor chimice. Astfel de electroni se numesc valenţă De exemplu, un atom de fosfor are 5 electroni de valență: (Fig. 1).

Orez. 1. Formula electronică a atomului de fosfor

Electronii de valență ai atomilor elementelor subgrupurilor principale sunt localizați în orbitalii s și p ai stratului exterior de electroni. Pentru elementele subgrupurilor laterale, cu excepția lantanidelor și actinidelor, electronii de valență sunt localizați în orbitalul s al orbitalilor exterior și d ai penultimului strat.

Valența este capacitatea unui atom de a forma legături chimice. Această definiție și conceptul de valență în sine sunt corecte numai în raport cu substanțele cu o legătură de tip covalent. Pentru compușii ionici, acest concept nu este aplicabil; în schimb, este folosit conceptul formal de „stare de oxidare”.

Valenta este caracterizata de numarul de perechi de electroni formate atunci cand un atom interactioneaza cu alti atomi. De exemplu, valența azotului în amoniacul NH3 este de trei (Fig. 2).

Orez. 2. Formule electronice și grafice ale moleculei de amoniac

Numărul de perechi de electroni pe care le poate forma un atom cu alți atomi depinde, în primul rând, de numărul de electroni neperechi. De exemplu, un atom de carbon are doi electroni neperechi în orbitali 2p (Fig. 3). Din numărul de electroni nepereche, putem spune că un astfel de atom de carbon poate prezenta o valență de II.

Orez. 3. Structura electronică a atomului de carbon în starea fundamentală

În toate substanțele organice și unii compuși anorganici, carbonul este tetravalent. O astfel de valență este posibilă numai în starea excitată a atomului de carbon, în care se transformă atunci când primește energie suplimentară.

În starea excitată, electronii 2s din atomul de carbon sunt perechi, dintre care unul intră în orbitalul 2p liber. Patru electroni nepereche pot forma patru legături covalente. Starea excitată a unui atom este de obicei indicată printr-un „asterisc” (Fig. 4).

Orez. 4. Structura electronică a atomului de carbon în stare excitată

Poate azotul să aibă o valență de cinci, pe baza numărului de electroni de valență? Să luăm în considerare posibilitățile de valență ale atomului de azot.

Atomul de azot are două straturi de electroni, pe care se află doar 7 electroni (Fig. 5).

Orez. 5. Schema electronică a structurii stratului exterior al atomului de azot

Azotul poate împărți trei perechi de electroni cu alți trei electroni. O pereche de electroni din orbitalul 2s poate participa, de asemenea, la formarea unei legături, dar printr-un mecanism diferit - donor-acceptor, formând o a patra legătură.

Împerecherea electronilor 2s într-un atom de azot este imposibilă, deoarece nu există un subnivel d pe al doilea strat de electroni. Prin urmare, cea mai mare valență a azotului este IV.

Rezumând lecția

În această lecție ați învățat să determinați capacitățile de valență ale atomilor elementelor chimice. Pe măsură ce ați studiat materialul, ați învățat câți atomi din alte elemente chimice se poate atașa un anumit atom și, de asemenea, de ce elementele prezintă valori de valență diferite.

Surse

http://www.youtube.com/watch?t=3&v=jSTB1X1mD0o

http://www.youtube.com/watch?t=7&v=6zwx_d-MIvQ

http://www.youtube.com/watch?t=1&v=qj1EKzUW16M

http://interneturok.ru/ru/school/chemistry/11-klass - rezumat

Orez. 1. Formula electronică a atomului de fosfor

Valenta este caracterizata de numarul de perechi de electroni formate atunci cand un atom interactioneaza cu alti atomi. De exemplu, valența azotului în amoniacul NH3 este de trei (Fig. 2).

Orez. 2. Formule electronice și grafice ale moleculei de amoniac

Orez. 3. Structura electronică a atomului de carbon în starea fundamentală

Orez. 4. Structura electronică a atomului de carbon în stare excitată

Poate azotul să aibă o valență de cinci, pe baza numărului de electroni de valență? Să luăm în considerare posibilitățile de valență ale atomului de azot.

Atomul de azot are două straturi de electroni, pe care se află doar 7 electroni (Fig. 5).

Orez. 5. Schema electronică a structurii stratului exterior al atomului de azot

Împerecherea electronilor 2s într-un atom de azot este imposibilă, deoarece nu există un subnivel d pe al doilea strat de electroni. Prin urmare, cea mai mare valență a azotului este IV.

Rezumând lecția

Bibliografie

Novoshinsky I.I., Novoshinskaya N.S. Chimie. Manual pentru invatamantul general clasa a X-a. stabilire Nivel de profil. - M.: LLC TID „Cuvânt rusesc - RS”, 2008. (§ 9)
Rudzitis G.E. Chimie. Fundamentele chimiei generale. Clasa a XI-a: educațională. pentru învăţământul general instituție: nivel de bază / G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - M.: Educație, OJSC „Manuale de la Moscova”, 2010. (§ 5)
Radetsky A.M. Chimie. Material didactic. 10-11 clase. - M.: Educație, 2011.
Hhomcenko I.D. Culegere de probleme și exerciții de chimie pentru liceu. - M.: RIA „New Wave”: Editura Umerenkov, 2008. (p. 8)

O colecție unificată de resurse educaționale digitale (experiențe video pe această temă) ().
Versiunea electronică a revistei „Chimie și viață” ().

Teme pentru acasă

Cu. 30 Nr. 2.41, 2.43 din Colecția de probleme și exerciții de chimie pentru școala secundară (Khomchenko I.D.), 2008.
Notați diagramele electronice ale structurii atomului de clor în stările fundamentale și excitate.
Câți electroni de valență sunt într-un atom de: a) beriliu; b) oxigen; c) sulf?

Concept valenţă provine din cuvântul latin „valentia” și era cunoscut la mijlocul secolului al XIX-lea. Prima mențiune „extensă” a valenței a fost în lucrările lui J. Dalton, care a susținut că toate substanțele constau din atomi legați între ei în anumite proporții. Apoi, Frankland a introdus însuși conceptul de valență, care a fost dezvoltat în continuare în lucrările lui Kekule, care a vorbit despre relația dintre valență și legătura chimică, A.M. Butlerov, care în teoria sa asupra structurii compușilor organici a legat valența cu reactivitatea unui anumit compus chimic și D.I. Mendeleev (în Tabelul periodic al elementelor chimice, cea mai mare valență a unui element este determinată de numărul grupului).

DEFINIȚIE

Valenţă este numărul de legături covalente pe care le poate forma un atom atunci când este combinat cu o legătură covalentă.

Valența unui element este determinată de numărul de electroni nepereche dintr-un atom, deoarece aceștia participă la formarea legăturilor chimice între atomi din moleculele compușilor.

Starea fundamentală a unui atom (starea cu energie minimă) se caracterizează prin configurația electronică a atomului, care corespunde poziției elementului în Tabelul Periodic. O stare excitată este o nouă stare de energie a unui atom, cu o nouă distribuție a electronilor în nivelul de valență.

Configurațiile electronice ale electronilor dintr-un atom pot fi descrise nu numai sub formă de formule electronice, ci și folosind formule grafice electronice (energie, celule cuantice). Fiecare celulă indică un orbital, o săgeată indică un electron, direcția săgeții (în sus sau în jos) indică spinul electronului, o celulă liberă reprezintă un orbital liber pe care un electron îl poate ocupa atunci când este excitat. Dacă într-o celulă există 2 electroni, astfel de electroni se numesc perechi, dacă există 1 electron, se numesc nepereche. De exemplu:

6 C 1s 2 2s 2 2p 2

Orbitalii sunt umpluți după cum urmează: mai întâi, un electron cu aceiași spini și apoi un al doilea electron cu spini opuși. Deoarece subnivelul 2p are trei orbitali cu aceeași energie, fiecare dintre cei doi electroni a ocupat un orbital. Un orbital a rămas liber.

Determinarea valenței unui element folosind formule grafice electronice

Valența unui element poate fi determinată prin formule electron-grafice pentru configurațiile electronice ale electronilor dintr-un atom. Să luăm în considerare doi atomi - azot și fosfor.

7 N 1s 2 2s 2 2p 3

Deoarece Valența unui element este determinată de numărul de electroni nepereche, prin urmare, valența azotului este III. Deoarece atomul de azot nu are orbiti goali, o stare excitată nu este posibilă pentru acest element. Cu toate acestea, III nu este valența maximă a azotului, valența maximă a azotului este V și este determinată de numărul grupului. Prin urmare, trebuie amintit că folosind formule grafice electronice nu este întotdeauna posibil să se determine cea mai mare valență, precum și toate valențele caracteristice acestui element.

15 P 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3

În starea fundamentală, atomul de fosfor are 3 electroni nepereche, prin urmare, valența fosforului este III. Cu toate acestea, în atomul de fosfor există orbitali d liberi, prin urmare electronii aflați la subnivelul 2s sunt capabili să se perecheze și să ocupe orbitalii liberi ai subnivelului d, adică. intra într-o stare de excitat.

Acum atomul de fosfor are 5 electroni nepereche, prin urmare fosforul are și o valență de V.

Elemente cu valori multiple de valență

Elementele grupelor IVA – VIIA pot avea mai multe valori de valență, iar, de regulă, valența se modifică în trepte de 2 unități. Acest fenomen se datorează faptului că electronii participă în perechi la formarea unei legături chimice.

Spre deosebire de elementele subgrupurilor principale, elementele subgrupurilor B din majoritatea compușilor nu prezintă o valență mai mare egală cu numărul grupului, de exemplu, cuprul și aurul. În general, elementele de tranziție prezintă o mare varietate de proprietăți chimice, care se explică printr-o gamă largă de valențe.

Să luăm în considerare formulele grafice electronice ale elementelor și să stabilim de ce elementele au valențe diferite (Fig. 1).

Sarcini: determinați posibilitățile de valență ale atomilor de As și Cl în stările fundamentale și excitate.

Valenta fosforului

Determinarea valenței unui element folosind formule grafice electronice

Elemente cu valori multiple de valență

Articole similare