Il livello di conoscenza della struttura di atomi e molecole nel XIXsecolo non ha permesso di spiegare il motivo per cui gli atomi formano un certo numero di legami con altre particelle. Ma le idee degli scienziati erano in anticipo sui tempi e la valenza viene ancora studiata come uno dei principi di base della chimica.
Chimico inglese di spicco del 19 ° secolo EdwardFrankland ha introdotto il termine "legame" in uso scientifico per descrivere il processo di interazione degli atomi tra loro. Lo scienziato ha notato che alcuni elementi chimici formano composti con lo stesso numero di altri atomi. Ad esempio, l'azoto attacca tre atomi di idrogeno a una molecola di ammoniaca.
Nel maggio 1852, Frankland avanzò l'ipotesiche esiste un numero specifico di legami chimici che un atomo può formare con altre minuscole particelle di materia. Frankland usò la frase "forza di collegamento" per descrivere ciò che in seguito sarebbe stato chiamato valenza. Il chimico britannico ha stabilito quanti legami chimici formano gli atomi di singoli elementi conosciuti a metà del XIX secolo. Il lavoro di Frankland è diventato un importante contributo alla moderna chimica strutturale.
Chimico tedesco F.A.Nel 1857 Kekulé dimostrò che il carbonio è tetrabasico. Nel suo composto più semplice, il metano, i legami sorgono con 4 atomi di idrogeno. Lo scienziato ha usato il termine "basicità" per indicare le proprietà degli elementi per attaccare una quantità rigorosamente definita di altre particelle. In Russia, i dati sulla struttura della materia furono sistematizzati da A.M. Butlerov (1861). La teoria del legame chimico è stata ulteriormente sviluppata grazie alla dottrina dei cambiamenti periodici nelle proprietà degli elementi. Il suo autore è un altro eccezionale chimico russo, DI Mendeleev. Ha dimostrato che la valenza degli elementi chimici nei composti e in altre proprietà è dovuta alla posizione che occupano nella tavola periodica.
La capacità di visualizzare molecole è una cosadegli indubbi meriti della teoria della valenza. I primi modelli apparvero nel 1860 e dal 1864 sono state utilizzate formule strutturali, che sono cerchi con un segno chimico all'interno. Un trattino tra i simboli degli atomi indica un legame chimico e il numero di queste linee è uguale al valore di valenza. Negli stessi anni furono prodotti i primi modelli a sfera e levetta (vedi foto a sinistra). Nel 1866, Kekulé propose un disegno stereochimico di un atomo di carbonio sotto forma di un tetraedro, che includeva nel suo libro di testo "Chimica organica".
Valenza di elementi chimici e presenzaConnessioni studiò G. Lewis, che pubblicò le sue opere nel 1923 dopo la scoperta dell'elettrone. Questo è il nome delle più piccole particelle caricate negativamente che fanno parte dei gusci degli atomi. Nel suo libro, Lewis ha usato punti attorno ai quattro lati di un simbolo chimico per rappresentare elettroni di valenza.
Prima della creazione del sistema periodico, la valenzaEra consuetudine confrontare elementi chimici nei composti con quegli atomi per i quali è noto. L'idrogeno e l'ossigeno sono stati scelti come standard. Un altro elemento chimico ha attratto o sostituito un certo numero di atomi di H e O.
In questo modo, le proprietà sono state determinate in composti con idrogeno monovalente (la valenza del secondo elemento è indicata da un numero romano):
In ossidi K2O, CO, N2oh3, SiO2, CO3 la valenza dell'ossigeno di metalli e non metalli è stata determinata raddoppiando il numero di atomi di O aggiunti. Sono stati ottenuti i seguenti valori: K (I), C (II), N (III), Si (IV), S (VI).
Esistono regolarità nella formazione di un legame chimico con la partecipazione di comuni coppie di elettroni:
La determinazione della valenza degli elementi chimici mediante la formula composta viene effettuata utilizzando il seguente algoritmo:
I valori di valenza per idrogeno e ossigeno sono diversi. Ad esempio, zolfo nel composto H2S è bivalente e nella formula SO3 - esavalente. Forme di carbonio con ossido di CO e monossido di CO2... Nel primo composto, la valenza di C è II e nel secondo IV. Lo stesso valore nel metano CH4.
La maggior parte degli elementi mostra non costante, mavalenza variabile, ad esempio fosforo, azoto, zolfo. La ricerca delle ragioni principali di questo fenomeno ha portato alla nascita di teorie sul legame chimico, idee sul guscio di valenza di elettroni, orbitali molecolari. L'esistenza di valori diversi della stessa proprietà è stata spiegata dal punto di vista della struttura di atomi e molecole.
Tutti gli atomi sono costituiti da un nucleo positivo,circondato da elettroni caricati negativamente. Il guscio esterno, che formano, è incompiuto. La struttura completata è la più stabile, contiene 8 elettroni (ottetto). L'emergere di un legame chimico dovuto a coppie di elettroni comuni porta a uno stato degli atomi energeticamente favorevole.
La regola per formare connessioni ècompletamento del guscio accettando elettroni o rinunciando a elettroni spaiati, a seconda di quale processo è più facile. Se un atomo fornisce particelle negative che non hanno una coppia per la formazione di un legame chimico, allora forma tanti legami quanti sono gli elettroni spaiati. Secondo i concetti moderni, la valenza degli atomi degli elementi chimici è la capacità di formare un certo numero di legami covalenti. Ad esempio, nella molecola di idrogeno solforato H2Lo zolfo S acquisisce valenza II (-), da alloraogni atomo prende parte alla formazione di due coppie di elettroni. Il segno "-" indica l'attrazione di una coppia di elettroni verso un elemento più elettronegativo. Per un valore di valenza meno elettronegativo, aggiungi "+".
Con il meccanismo donatore-accettore, le coppie di elettroni di un elemento e gli orbitali di valenza liberi di un altro sono coinvolti nel processo.
Consideriamo, usando l'esempio del carbonio e dell'ossigeno, come la valenza degli elementi chimici dipende dalla struttura di una sostanza. La tavola periodica dà un'idea delle principali caratteristiche dell'atomo di carbonio:
Se un atomo di carbonio in CO monoossido forma dueconnessione, quindi solo 6 particelle negative entrano nel suo uso. Per acquisire un ottetto, le coppie devono formare 4 particelle negative esterne. Il carbonio ha una valenza di IV (+) nel biossido e IV (-) nel metano.
Numero ordinale di ossigeno - 8, valenzail guscio è costituito da sei elettroni, 2 dei quali non formano coppie e prendono parte al legame chimico e all'interazione con altri atomi. La valenza tipica dell'ossigeno è II (-).
In molti casi è più comodo da usareil concetto di "stato di ossidazione". Questo è il nome della carica di un atomo, che acquisirebbe se tutti gli elettroni di legame venissero trasferiti a un elemento che ha un valore più alto di elettronegatività (EO). Il numero ossidante in una sostanza semplice è zero. Il segno "-" si aggiunge allo stato di ossidazione di più dell'elemento EO, il segno "+" si aggiunge a quello meno elettronegativo. Ad esempio, per i metalli dei principali sottogruppi, gli stati di ossidazione e le cariche ioniche sono tipici, pari al numero del gruppo con il segno "+". Nella maggior parte dei casi, la valenza e lo stato di ossidazione degli atomi nello stesso composto sono numericamente uguali. Solo quando si interagisce con più atomi elettronegativi lo stato di ossidazione è positivo, con elementi con un EO inferiore - negativo. Il concetto di "valenza" è spesso applicato solo a sostanze di struttura molecolare.
