Ayrim moddalarning valentligi

Валентлик (лотинча: валентиа — куч) — атомларнинг атом ҳосил қиладиган маълум миқдордаги кимёвий боғланишларни ҳосил қилиш қобилияти ёки маълум бир элемент атомини бириктира оладиган ёки алмаштира оладиган атомлар сони.

Валентлик атамасининг этимологиясини 1424 йилда илмий матнларда " экстракти ", " дори " маъноларида қўлланила бошланганидан кузатиш мумкин. Замонавий таъриф доирасида фойдаланиш 1884 йилда қайд этилган (олмонча: Валенз ). 1789 йилда Уильям Хиггинс^[эн] материянинг энг кичик зарралари ўртасида боғланиш мавжудлигини таклиф қилган мақолани нашр этди.

Бироқ, валентлик ҳодисасини тўғри ва кейинчалик тўлиқ тасдиқланган тушуниш 1852 йилда кимёгар Эдвард Франкланд томонидан ушбу мавзу бўйича ўша пайтда мавжуд бўлган барча назария ва тахминларни тўплаган ва қайта кўриб чиққан асарида таклиф қилинган. Турли металларни тўйинтириш қобилиятини кузатиб, металларнинг органик ҳосилалари таркибини ноорганик бирикмалар таркиби билан таққослаб, Франкланд " бирлаштирувчи куч " (боғловчи оғирлик) тушунчасини киритди ва шу билан валентлик таълимотига асос солди. Франкланд баъзи махсус қонунларни ўрнатган бўлса-да, унинг ғоялари ишлаб чиқилмаган.

Фридрих Август Кекуле валентлик назариясини яратишда ҳал қилувчи рол ўйнади. 1857 йилда у углероднинг тўртта асосий (тўрт атомли) элемент эканлигини ва унинг энг оддий бирикмаси метан CҲ ₄ эканлигини кўрсатди. Атомларнинг валентлиги ҳақидаги ғояларининг ҳақиқатига ишонган Кекуле уларни ўзининг органик кимё дарслигига киритди: муаллифнинг фикрига кўра, асослик атомнинг асосий хусусияти, атом оғирлиги каби доимий ва ўзгармас хусусиятдир. 1858 йилда Арчибалд Скотт Купернинг " Янги кимёвий назария тўғрисида " мақоласида Кекуленинг қарашлари билан деярли мос келадиган қарашлар ифодаланган.

Уч йил ўтгач, 1861 йил сентябр ойида А. М. Бутлеров валентлик назариясига муҳим қўшимчалар киритди. У эркин атом ва бошқаси билан бирлашган атом ўртасида аниқ фарқни кўрсатди, қачонки унинг яқинлиги " боғланади ва янги шаклга ўтади ". Бутлеров яқинлик кучларидан фойдаланишнинг тўлиқлиги ва " яқинлик таранглиги „, яъни молекуладаги атомларнинг ўзаро таъсири билан боғлиқ бўлган алоқаларнинг энергия эквиваленцизлиги тушунчасини киритди. Ушбу ўзаро таъсир натижасида атомлар ўзларининг структуравий муҳитига қараб, бошқа “кимёвий маъно " га эга бўладилар. Бутлеров назарияси органик бирикмаларнинг изомерияси ва уларнинг реактивлигига оид кўплаб экспериментал фактларни тушунтиришга имкон берди.

Валентлик назариясининг катта афзаллиги молекуланинг визуал тасвирини олиш имконияти эди. 1860-йилларда биринчи молекуляр моделлар пайдо бўлди. Аллақачон 1864 йилда А. Браун атомлар орасидаги кимёвий боғланишни билдирувчи чизиқлар билан боғланган элементларнинг белгилари билан доира шаклида структуравий формулалардан фойдаланишни таклиф қилди; чизиқлар сони атомнинг валентлигига тўғри келди. 1865 йилда А. вон Хоффман крокет тўплари атомлар ролини ўйнаган биринчи тўп ва таёқ моделларини намойиш этди. 1866 йилда Кекуле дарслигида стереокимёвий моделларнинг чизмалари пайдо бўлди, унда углерод атоми тетраэдрал конфигурацияга эга эди. ригҳт|тҳумб|200х200пх| Хоффманнинг молекуляр моделлари

Дастлаб валентлик бирлиги сифатида водород атомининг валентлиги қабул қилинган. Бошқа элементнинг валентлиги бу ҳолда ўзига бириктирилган ёки ушбу бошқа элементнинг бир атомини алмаштирадиган водород атомлари сони билан ифодаланиши мумкин. Шу тарзда аниқланган валентлик водород бирикмаларида валентлик ёки водород учун валентлик дейилади: масалан, ҲCл, Ҳ 2 О, НҲ 3, CҲ 4 бирикмаларида хлорнинг водород валентлиги битта, кислород икки, азот. уч, углерод тўрт.

Кислороднинг валентлиги одатда иккитадир. Шунинг учун, маълум бир элементнинг кислород бирикмасининг таркиби ёки формуласини билиб, унинг валентлигини ушбу элементнинг бир атоми бириктира оладиган кислород атомлари сонидан икки баробар кўплигини аниқлаш мумкин. Шу тарзда аниқланадиган валентлик кислород бирикмаларида элементнинг валентлиги ёки кислороднинг валентлиги дейилади: масалан, К 2 О, CО, Н 2 О 3, СиО 2, СО 3 битта, углерод — иккита, азот — уч, кремний — тўрт, олтингугурт — олти.

Кўпгина элементлар учун водород ва кислород бирикмаларида валентлик қийматлари ҳар хил: масалан, водороддаги олтингугуртнинг валентлиги иккита (Ҳ 2 С), кислородда эса олти (СО 3). Бундан ташқари, кўпчилик элементлар ўзларининг турли бирикмаларида турли хил валентликларни намойиш этадилар [баъзи элементларда на гидридлар, на оксидлар бўлиши мумкин]. Масалан, углерод кислород билан иккита оксид ҳосил қилади: карбон моноксит CО ва карбонат ангидрид CО 2 . Углерод оксидида углероднинг валентлиги иккига, диоксидда эса тўртга тенг (баъзи элементлар ҳам пероксид ҳосил қилишга қодир). Кўриб чиқилган мисоллардан келиб чиқадики, қоида тариқасида, элементнинг валентлигини бирон бир рақам ва / ёки усул билан тавсифлаш мумкин эмас.

Валентлик ҳақидаги замонавий ғоялар

Кимёвий боғланиш назарияси пайдо бўлганидан бери „валентлик“ тушунчаси сезиларли эволюцияни бошдан кечирди. Ҳозирги вақтда у қатъий илмий талқинга эга эмас, шунинг учун у илмий луғатдан деярли бутунлай чиқариб ташланган ва асосан услубий мақсадларда қўлланади.

Асосан, кимёвий элементларнинг валентлиги одатда унинг эркин атомларининг (тор маънода, унинг қобилиятининг ўлчови) маълум миқдордаги ковалент боғланишларни ҳосил қилиш қобилияти сифатида тушунилади. Ковалент боғланишга эга бўлган бирикмаларда атомларнинг валентлиги ҳосил бўлган икки электронли икки марказли боғларнинг сони билан белгиланади. Бу 1927 йилда В. Ҳеитлер ва Ф. Лондон томонидан таклиф қилинган маҳаллий валентлик алоқалари назариясида қабул қилинган ёндашув. Шубҳасиз, агар атомда н та жуфтланмаган электрон ва м бўлинмаган электрон жуфт бўлса, бу атом бошқа атомлар билан н+м ковалент боғланиш ҳосил қилиши мумкин. Максимал валентликни баҳолашда гипотетик деб аталадиган электрон конфигурациядан бошлаш керак. „ҳаяжонланган“ (валентлик) ҳолати. Масалан, бор, углерод ва азот атомларининг максимал валентлиги 4 га (масалан, [БФ ₄ ] ^-, CҲ 4 ва [НҲ 4 ] +), фосфор — 5 (ПCл ₅), олтингугурт — 6 (Ҳ) га тенг. ₂ СО ₄), хлор — 7 (Cл ₂ О ₇).Атом яратиши мумкин бўлган боғланишлар сони унинг умумий электрон жуфтларини (молекуляр икки электронли булутлар) ҳосил қиладиган жуфтланмаган электронлар сонига тенг. Ковалент боғланиш донор-аксептор механизми орқали ҳам ҳосил бўлиши мумкин. Иккала ҳолатда ҳам ҳосил бўлган боғларнинг қутблилиги ҳисобга олинмайди ва шунинг учун валентлик ҳеч қандай белгига эга эмас — оксидланиш даражасидан фарқли ўлароқ (Н 2, НО 2, НҲ 3 ва [НҲ) на ижобий, на салбий бўлиши мумкин. 4 ] +).

Водород ва кислороддаги валентликка қўшимча равишда, маълум бир элемент атомларининг бир-бири билан ёки бошқа элементларнинг атомлари билан бирлашиш қобилиятини баъзи ҳолларда бошқа йўллар билан ифодалаш мумкин [кўпинча ва аниқланган]: масалан, оксидланиш . элементнинг ҳолати (модда ионлардан иборат деган тахмин бўйича атомнинг шартли заряди), ковалентлик (маълум бир элемент атоми томонидан, шу жумладан бир хил номдаги элемент билан ҳосил бўлган кимёвий боғланишлар сони; қаранг.). қуйида), атомнинг координацион рақами (маълум бир атомни дарҳол ўраб турган атомлар сони) ва бошқалар. П. Бу хусусиятлар бир-бирига яқин бўлиши ва ҳатто миқдорий жиҳатдан мос келиши мумкин, лекин ҳеч қандай ҳолатда бир-бирига ўхшаш эмас . Масалан, азот Н ₂, углерод оксиди CО ва сиянид ионининг − изоэлектрон молекулаларида уч томонлама боғланиш амалга оширилади (яъни ҳар бир атомнинг валентлиги 3 га тенг), аммо элементларнинг оксидланиш даражаси мос равишда, 0, +2, −2, +3 ва −3. Этан молекуласида (расмга қаранг) углерод кўпчилик органик бирикмаларда бўлгани каби тўрт валентли, оксидланиш даражаси эса −3 га тенг.

Бу, айниқса, делокализацияланган кимёвий алоқаларга эга бўлган молекулалар учун тўғри келади; масалан, нитрат кислотада азотнинг оксидланиш даражаси +5 га тенг, азотнинг валентлиги 4 дан юқори бўлиши мумкин эмас. Кўпгина мактаб дарсликларида маълум бўлган қоида — „Элементнинг максимал валентлиги даврий тизимдаги гуруҳ рақамига сон жиҳатдан тенг“ — фақат оксидланиш даражасига тегишли. „Доимий валентлик“ ва „ўзгарувчан валентлик“ тушунчалари ҳам асосан оксидланиш ҳолатига тегишли.

Семиполяр ва донор-аксептор (датив) боғланишлар моҳиятан „жуфт“ боғланишдир, чунки иккала жараён ҳам уларнинг ҳосил бўлишида содир бўлади: электронлар алмашинуви (ион боғланиш ҳосил бўлиши) ва электронларнинг социализацияси (ковалент боғланишнинг шаклланиши)

Валентлик тушунчасини икки электронли икки марказли боғланиш моделини қўллашнинг иложи бўлмаган жуда кўп ҳолларда қўллаш мумкин эмас — ковалент боғланишлар мавжуд бўлмаган бирикмалардаги элементларнинг валентлиги ҳақида гапириш мумкин эмас (кўпинча бундай ҳолларда оксидланиш даражаси ҳақида гапириш тўғрироқ). Валентлик тушунчаси кластер бирикмалари, боргидридлар, карборанлар, п-комплекслар, асил газ бирикмалари ва бошқаларни тавсифлаш учун қўлланилмайди. Масалан, тож эфирлари билан комплексларда ишқорий металлар катионлари оксидланиш даражасидан анча юқори валентликни намоён қилади.

Ион кристалли тузилишга эга бўлган бирикмаларни тавсифлаш учун валентликдан фойдаланиш нотўғри бўлади. Шундай қилиб, натрий хлорид НаCл кристалида, ҳар бир На ⁺ ёки Cл − ион учун — бирлик ҳужайранинг маркази — қўшни ионларнинг ҳақиқий сони — координацион сони — 6, оксидланиш даражаси +1 ва −1, мос равишда. Локализацияланган электрон жуфтлар умуман йўқ.

Замонавий кимёда молекуляр орбиталлар усули фаол қўлланади, унда атомнинг валентлиги тушунчасининг ўхшашлари йўқ. Шу билан бирга, кимёвий боғланишнинг кўплиги тушунчаси ҳосил бўлган боғланишлар сонининг характеристикасига энг яқин. Икки электронли молекуляр орбитал билан битта боғланишни аниқлаш фақат чекловчи, маҳаллийлаштирилган ҳолатда мумкин. Квант кимёсида молекуладаги атомнинг характеристикаси сифатида валентлик тушунчасининг ўхшаши йўқ ва ишлатиладиган спин-валентлик тушунчаси ажратилган атомга тегишли.

Элементнинг ковалентлиги (элементларнинг валентлик қобилиятининг ўлчови; тўйинганлик сиғими) атомнинг нормал ва қўзғалувчан ҳолатидаги жуфтланмаган электронларнинг умумий сони [валентлик электрон жуфтлари] билан белгиланади. сўзлар, атом томонидан ҳосил бўлган ковалент боғланишлар сони (углерод 2с 2 2п 2 ИИ-ковалент ва қўзғатилган ҳолатда C * 2с 1 2п 3 — ИВ-ковалент; Шундай қилиб, CО ва CО 2 да валентлик ИИ ёки ИВ, ва ковалентлик ИИ ва / ёки ИВ). Шундай қилиб, Н 2, НҲ 3, Ал≡Н ва сиянамид Cа=НC≡Н молекулаларида азотнинг ковалентлиги учта, Ҳ 2 О ва CО 2 молекулаларида кислороднинг ковалентлиги иккита, углероднинг ковалентлиги иккига тенг. молекулалар CҲ 4, CО 2 ва кристалл C (олмос) — тўртта.

Классик ва/ёки квантдан кейинги кимёвий тасвирда маълум қўзғалиш энергиясидаги оптик (валентлик) электронлар сонини икки атомли молекулаларнинг электрон ютилиш спектрларидан аниқлаш мумкин. Ушбу усулга кўра, тўғри чизиқ / тўғри чизиқлар корреляцияси қиялиги тангенсининг ўзаро нисбати (атом атамаларининг нисбий йиғиндисидан ҳосил бўлган молекуляр электрон атамаларнинг тегишли қийматлари учун) жуфтликлар сонига мос келади. валентлик электронлар, яъни классик маънода валентлик.

Берилган бирикмадаги [стохиометрик] валентлик, унинг атомларининг моляр массаси ва унинг эквивалент массаси ўртасида бевосита атом назариясидан ва " эквивалент масса " таърифидан келиб чиқадиган оддий боғлиқлик мавжуд.

Берилган бирикма таркибидаги элементнинг стохиометрик валентлиги [ҳисобланган] унинг атомларининг молекуляр оғирлиги (г/мол) элементнинг эквивалент массасига (г/молда) бўлинганига тенг:

{\дисплайстйле В=\фраc{М}{Э}}

В — стохиометрик валентликМ — молекуляр оғирлик (г/мол)Э — эквивалент масса (г/мол)Шундай қилиб, CО 12 (г / мол) / 6 (г / мол) \у003д 2 ва CО 2 12/3 \ у003д 4 даги углероднинг стохиометрик валентлиги.

Ноорганик кимёда кўп ҳолларда элементнинг валентлиги тушунчаси ўзининг аниқлигини йўқотади: бу қиймат бирикманинг кимёвий тузилиши ҳақидаги билимга боғлиқ, кўп ҳолларда у гуруҳ рақамидан каттароқ бўлиши мумкин (ПСХЭ жадваллари). Ноорганик кимёда одатда оксидланиш даражаси тушунчаси, органик кимёда эса валентлик қўлланади, чунки ноорганик моддаларнинг аксарияти молекуляр бўлмаган тузилишга эга, органиклар эса молекуляр тузилишга эга. Бу икки тушунчани аниқлаб бўлмайди, гарчи улар сон жиҳатдан бир-бирига тўғри келса ҳам. " Валент электронлар " атамаси ҳам кенг қўлланади, яъни атом ядроси билан энг заиф боғланган, кўпинча ташқи электронлар.

Элементларнинг валентлигига кўра, бирикмаларнинг ҳақиқий формулаларини тузиш мумкин ва аксинча, ҳақиқий формулаларга асосланиб, ушбу бирикмалардаги элементларнинг валентлигини аниқлаш мумкин. Бундай ҳолда , битта элементнинг валентлигининг унинг атомлари сонига кўпайтмаси иккинчи элементнинг валентлигининг унинг атомлари сонига кўпайтмасига тенг бўлиши принципига риоя қилиш керак. Демак, азот оксиди (ИИИ) формуласини тузиш учун уни элементларнинг валентлик белгиси устига ёзиш керак. ${\дисплайстйле \стаcкрел{ИИИ}{\мбох{Н}}}$ ${\дисплайстйле \стаcкрел{ИИ}{\мбох{О}}}$ . Энг кичик умумий кўпайтмани аниқлаб, уни мос келадиган валентларга бўлиб, биз азотнинг кислородга атом нисбатини оламиз, яъни 2:3. Шунинг учун азот оксиди (ИИИ) формуласи мос келади ${\дисплайстйле \стаcкрел{+3}{\мбох{Н}}_{2} \стаcкрел{-2}{\мбох{О}}_{3}}$ . Валентликни аниқлаш учун худди шу тарзда тескари йўналишда давом этинг.

Манбалар

Л. Паулинг Природа химической связи. М., Л.: Гос. НТИ хим. литератури, 1947.
Картмелл, Фоулс. Валентност и строэниэ молекул. М.: Химия, 1979. 360 с.]
Коулсон Ч. Валентност. М.: Мир, 1965.
Маррел Дж., Кеттл С., Теддер Дж. Теория валентности. Пер. с англ. М.: Мир. 1968. (недоступная ссилка)
Развитиэ учения о валентности. Под ред. Кузнесова В. И. М.: Химия, 1977. 248с.
Валентност атомов в молекулах / Королков Д. В. Основи неорганической химии. — М.: Просвещэниэ, 1982. — С. 126.