• Что такое валентность
• Как определить валентность
• Таблица валентности химических элементов
• Примеры составления химических формул
• Примеры определения валентности химических элементов
• Как быстро определить валентность

Валентность — это способность атома химического элемента образовывать определенное количество химических связей. Например, в H₂O кислород образует две связи с водородом, поэтому его валентность равна II. Что такое постоянная и переменная валентность, как определить ее по формуле и составить формулу вещества — в материале РИА Новости.

Валентность показывает, сколько химических связей образует атом в конкретном соединении. В классическом школьном представлении одинарную связь считают за одну единицу валентности, двойную — за две, а тройную — за три.

Понятие валентности удобно объяснить с помощью формул:

• H-H — каждый атом водорода одновалентен;
• H-O-H — кислород двухвалентен, водород одновалентен;
• O=C=O — углерод образует четыре связи и имеет валентность IV, каждый атом кислорода — II;
• N≡N — каждый атом азота участвует в тройной связи и имеет валентность III.

Каждая черта в структурной формуле показывает одну химическую связь между атомами. По количеству таких черт можно определить валентность элемента.

Валентность записывают римскими цифрами без знаков "плюс" и "минус": I, II, III, IV. У одного элемента валентность может меняться в зависимости от вещества, в состав которого он входит.

Постоянной называют валентность, которая в рамках типичных школьных соединений сохраняет одно значение. Например, водород обычно одновалентен, кислород — двухвалентен, натрий — одновалентен, кальций — двухвалентен, алюминий — трехвалентен.

К элементам с характерной постоянной валентностью в базовых задачах относят:

• водород H — I;
• кислород O — II;
• фтор F — I;
• натрий Na и калий K — I;
• магний Mg и кальций Ca — II;
• алюминий Al — III.

Переменная валентность означает, что атом одного элемента может образовывать разное число связей в разных веществах. К характерным школьным примерам относятся:

• железо — II в FeO и III в Fe₂O₃;
• сера — II в H₂S, IV в SO₂ и VI в SO₃;
• углерод — II в CO и IV в CO₂;
• фосфор — III в PH₃ и V в P₂O₅.

Переменная валентность связана с электронным строением атома и возможностью по-разному участвовать в образовании химических связей.

Важно! Нельзя автоматически приписывать элементу одно значение только по номеру группы. Этот прием дает ориентир для части элементов, но не заменяет анализ химической формулы и строения соединения.

Валентность характеризует число связей атома, а степень окисления — его условный заряд, рассчитанный в предположении, что электроны каждой связи полностью перешли к более электроотрицательному атому. Эти понятия могут численно совпадать, но описывают разные свойства.

В молекуле воды числовые значения валентности и модуля степени окисления совпадают: у водорода I и +1, у кислорода II и -2. В молекуле азота N₂ ситуация другая: два атома соединены тройной связью, поэтому валентность каждого равна III, а степень окисления в простом веществе равна нулю.

Смешивать обозначения нельзя. Валентность железа в Fe₂O₃ записывают как III, а степень окисления — как +3.

Определить валентность можно по известным значениям других элементов, химической формуле, структурной формуле или электронному строению атома.

Схема определения по формуле:

Известная валентность — количество атомов известного элемента — общее число единиц валентности — деление на количество атомов неизвестного элемента — проверка результата

Для бинарного соединения действует соотношение:

число атомов первого элемента × его валентность = число атомов второго элемента × его валентность

Индексы в формуле показывают количество атомов. Если индекс возле символа отсутствует, считается, что он равен единице.

Положение в периодической системе помогает предположить характерные валентные возможности элементов главных групп. Для ряда элементов высшая валентность соответствует числу валентных электронов и номеру группы в школьной системе нумерации главных подгрупп.

В простых заданиях используются следующие ориентиры:

• элементы I группы часто имеют валентность I;
• элементы II группы — валентность II;
• алюминий из III группы — III;
• углерод и кремний из IV группы часто проявляют IV;
• для неметаллов IV — VII групп низшую валентность в соединениях с водородом нередко находят как разность 8 — номер группы.

Например, для углерода из IV группы высшая валентность равна IV. У серы из VI группы встречается высшая валентность VI, а значение 8 − 6 = 2 соответствует валентности II в сероводороде H₂S.

Эти закономерности нельзя применять механически. Так, кислород обычно имеет валентность II, фтор — I, а переходные металлы, включая железо и медь, способны проявлять несколько значений.

Для расчета выбирают элемент с известной валентностью, умножают ее на индекс и делят результат на количество атомов второго элемента.

Пример 1. CH₄

1. Валентность водорода равна I.
2. В формуле четыре атома H: 4 × I = IV.
3. Атом углерода один.
4. Валентность углерода: IV ÷ 1 = IV.

Следовательно, в метане углерод четырехвалентен.

Пример 2. H₂O

1. Валентность H равна I.
2. Два атома водорода дают 2 × I = II.
3. Атом кислорода один.
4. Валентность O равна II.

Следовательно, кислород в воде двухвалентен.

Пример 3. Fe₂O₃

1. Валентность кислорода равна II.
2. Три атома O дают 3 × II = VI.
3. В формуле два атома железа.
4. Для одного атома Fe: VI ÷ 2 = III.

Следовательно, железо в Fe₂O₃ имеет валентность III.

Пример 4. P₂O₅

1. Валентность кислорода равна II.
2. Пять атомов O дают 5 × II = X.
3. Полученное значение делят между двумя атомами фосфора: X ÷ 2 = V.
4. Валентность фосфора равна V.

В школьных расчетах оксид фосфора(V) часто записывают как P₂O₅. Эта запись отражает простейшее соотношение атомов; молекулярная формула одного из распространенных оксидов — P₄O₁₀.

После вычисления результат нужно проверить: произведение индекса на валентность для обоих элементов должно совпадать.

Правило октета означает, что многие атомы при образовании соединений стремятся получить восемь электронов на внешнем уровне. Количество недостающих электронов часто показывает, сколько связей может образовать атом.

Например, углероду не хватает четырех электронов, поэтому в CH₄ он образует четыре связи. Кислороду не хватает двух — в H₂O он образует две связи, а азоту не хватает трех — в NH₃ у него три связи. Водороду для заполнения первого уровня нужны два электрона, поэтому он обычно образует одну связь.

Это упрощенное правило имеет исключения, поэтому его используют как ориентир для простых школьных задач.

Таблица содержит характерные значения, которые чаще всего встречаются в школьных задачах. Если элемент обладает переменной валентностью, нужное значение следует определять по формуле конкретного соединения.

Чтобы составить формулу бинарного соединения, можно использовать метод "крест-накрест". Валентность первого элемента становится индексом второго, а валентность второго — индексом первого. После этого индексы обязательно сокращают до наименьшего целого соотношения.

Порядок действий:

1. Записать символы элементов.
2. Указать их валентности.
3. Перенести значения крест-накрест в индексы.
4. Сократить индексы, если у них есть общий делитель.
5. Не записывать индекс 1.
6. Проверить равенство произведений "индекс × валентность".

После применения метода формула должна показывать наименьшее целочисленное соотношение атомов.

Вода H₂O

Валентность H — I, валентность O — II. Переносим значения крест-накрест: у водорода появляется индекс 2, у кислорода — индекс 1, который не записывают. Получается H₂O.

Оксид алюминия Al₂O₃

Алюминий имеет валентность III, кислород — II. После переноса значений получаем Al₂O₃. Индексы 2 и 3 сократить нельзя.

Проверка: 2 × III = 3 × II = VI.

Хлорид железа(III) FeCl₃

Железо имеет валентность III, хлор в этом соединении — I. Перенос дает Fe₁Cl₃. Индекс 1 не записывают, поэтому формула — FeCl₃.

Оксид кальция CaO

Кальций и кислород имеют валентность II. После переноса значений получается Ca₂O₂. Оба индекса делятся на два, поэтому их сокращают и получают CaO.

В типовых задачах сначала ищут элемент с постоянной или уже известной валентностью. Затем по индексам вычисляют значение второго элемента и проверяют равенство общего числа единиц валентности.

У водорода, кислорода, натрия, кальция и алюминия в базовых школьных заданиях используют постоянные значения.

Примеры:

• Na₂O: кислород имеет валентность II. Два атома натрия вместе должны дать II, поэтому каждый Na имеет валентность I.
• CaCl₂: хлор одновалентен. Два атома Cl дают II, следовательно, кальций имеет валентность II.
• Al₂O₃: три атома O дают VI единиц валентности. Их делят между двумя атомами Al, поэтому валентность алюминия равна III.
• NH₃: три атома одновалентного водорода дают III, поэтому азот в аммиаке трехвалентен.

Для элемента с переменной валентностью значение устанавливают отдельно в каждом соединении. Название вещества часто содержит римскую цифру, но расчет по формуле позволяет проверить ее.

Примеры:

• FeO: один атом O с валентностью II связан с одним атомом Fe, поэтому железо имеет валентность II.
• Fe₂O₃: три атома O дают VI; VI ÷ 2 = III, поэтому железо трехвалентно.
• SO₂: два атома кислорода дают IV, поэтому сера имеет валентность IV.
• SO₃: три атома кислорода дают VI, следовательно, валентность серы — VI.
• CO: один двухвалентный кислород соответствует углероду с валентностью II.
• CO₂: два атома O дают IV, поэтому углерод имеет валентность IV.
• PH₃: три атома одновалентного водорода дают III, поэтому фосфор имеет валентность III.
• P₂O₅: пять атомов O дают X; X ÷ 2 = V, поэтому фосфор пятивалентен.

Один элемент может проявлять разные валентные возможности, поэтому формулы FeO и Fe₂O₃, CO и CO₂ или SO₂ и SO₃ обозначают разные вещества с разным составом и химическими свойствами.

Для быстрого решения задачи следует сначала определить тип соединения, затем найти элемент с известной валентностью и учесть индексы. Полезно держать в памяти постоянные значения H(I), O(II), F(I), щелочных металлов(I), щелочноземельных металлов(II) и Al(III).

Кратко:

1. Выписать индексы обоих элементов.
2. Выбрать элемент с известной валентностью.
3. Умножить его валентность на индекс.
4. Разделить результат на индекс второго элемента.
5. Записать ответ римской цифрой без знака.
6. Проверить равенство произведений для обоих элементов.

Например, для Fe₂O₃ расчет занимает одну строку: 3 × II ÷ 2 = III. Если результат не является целым числом, вероятнее всего, неверно прочитан индекс, выбрано неправильное известное значение или рассматривается вещество, к которому упрощенная школьная схема неприменима.

Чаще всего ошибки возникают из-за смешения валентности со степенью окисления, неправильного чтения индексов и механического применения номера группы.

Распространенные ошибки:

• записывать валентность со знаком "плюс" или "минус";
• считать индекс после символа валентностью этого элемента;
• забывать умножать известную валентность на количество атомов;
• использовать номер группы без учета исключений;
• не сокращать индексы при составлении формулы;
• записывать индекс 1;
• считать валентность элемента одинаковой во всех соединениях;
• не проверять полученную формулу.

Правильный результат должен удовлетворять балансу валентностей: суммарное число единиц для одного элемента равно соответствующему числу для другого.

Важно! Типичная ошибка — попытка определить валентность только по таблице Менделеева. Положение элемента показывает возможные закономерности электронного строения, но конкретное значение зависит от вещества и характера образованных связей.

В итоге алгоритм действий следующий: сначала определить известную валентность, затем учесть число атомов, выполнить расчет и проверить результат.