Zināšanu līmenis par atomu un molekulu struktūru XIXgadsimts neļāva izskaidrot iemeslu, kāpēc atomi veido noteiktu skaitu saišu ar citām daļiņām. Bet zinātnieku idejas ir priekšā savam laikam, un valence joprojām tiek pētīta kā viens no ķīmijas pamatprincipiem.
Izcils 19. gadsimta angļu ķīmiķis EdvardsFrenlands ieviesa terminu “savienojums” zinātniskajā lietojumā, lai aprakstītu atomu mijiedarbības procesu savā starpā. Zinātnieks atzīmēja, ka daži ķīmiskie elementi veido savienojumus ar tādu pašu skaitu citu atomu. Piemēram, slāpeklis amonjaka molekulā piestiprina trīs ūdeņraža atomus.
1852. gada maijā Franklands izvirzīja hipotēzika pastāv noteikts skaits ķīmisko saišu, kuras atoms var veidoties ar citām minimālām matērijas daļiņām. Frenlands izmantoja frāzi “savienojošā jauda”, lai aprakstītu to, ko vēlāk sauks par valenci. Britu ķīmiķis noskaidroja, cik daudz ķīmisko saišu veido atsevišķu elementu atomus, kas bija zināmi XIX gadsimta vidū. Frenlandes darbs ir devis nozīmīgu ieguldījumu mūsdienu strukturālajā ķīmijā.
Vācu ķīmiķis F.A.Kekule 1857. gadā pierādīja, ka ogleklis ir tetrabasa. Vienkāršākajā savienojumā, metānā, rodas saites ar 4 ūdeņraža atomiem. Lai apzīmētu elementu īpašības, zinātnieks izmantoja terminu “pamatīgums”, lai piesaistītu stingri noteiktu skaitu citu daļiņu. Krievijā datus par matērijas struktūru sistematizēja A. M. Butlerovs (1861). Ķīmiskās saites teorija tika tālāk attīstīta, izpētot elementu īpašību periodiskās izmaiņas. Tās autors ir vēl viens ievērojams krievu ķīmiķis D. I. Mendelejevs. Viņš pierādīja, ka savienojumu ķīmisko elementu valence un citas īpašības ir saistītas ar stāvokli, ko tie ieņem periodiskajā sistēmā.
Spēja vizualizēt molekulas ir viena lietavalences teorijas neapšaubāmajiem nopelniem. Pirmie modeļi parādījās 1860. gados, un kopš 1864. gada tiek izmantotas struktūras formulas, kas ir apļi ar ķīmisku zīmi iekšpusē. Ķīmisko saiti norāda ar domuzīmi starp atomu simboliem, un šo līniju skaits ir vienāds ar valences vērtību. Tajā pašā gadā tika izgatavoti pirmie lodīšu stieņu modeļi (skat. Fotoattēlu kreisajā pusē). 1866. gadā Kekule ierosināja oglekļa atoma stereoķīmisko rasējumu tetraedra formā, kuru viņš iekļāva savā mācību grāmatā Organiskā ķīmija.
Валентность химических элементов и возникновение G. Lūiss pētīja savienojumus, savus darbus publicēja 1923. gadā pēc elektrona atklāšanas. Tā sauktās negatīvi lādētās sīkās daļiņas, kas ir atomu čaulas daļa. Savā grāmatā Lūiss izmantoja punktus ap ķīmisko elementu simbola četrām pusēm, lai parādītu valences elektronus.
Pirms periodiskās sistēmas izveidošanas valenceBija pieņemts salīdzināt ķīmiskos elementus savienojumos ar tiem atomiem, par kuriem tas ir zināms. Kā standarts tika izvēlēts ūdeņradis un skābeklis. Cits ķīmiskais elements piesaistīja vai aizstāja noteiktu skaitu H un O atomu.
Tādā veidā īpašības tika noteiktas savienojumos ar vienvērtīgu ūdeņradi (otrā elementa valence ir apzīmēta ar romiešu ciparu):
Oksīdos K2O, CO, N2Par3, SiO2, TĀ3 noteica metālu un nemetālu skābekļa valenci, dubultojot pievienoto O. atomu skaitu. Tika iegūtas šādas vērtības: K (I), C (II), N (III), Si (IV), S (VI).
Ķīmiskās saites veidošanā, piedaloties kopīgiem elektronu pāriem, ir likumsakarības:
Ķīmisko elementu valences noteikšana ar savienojuma formulu tiek veikta, izmantojot šādu algoritmu:
Ūdeņraža un skābekļa valences vērtības ir atšķirīgas. Piemēram, sērs savienojumā H2S ir divvērtīgs, un formulā SO3 - sešvērtīgs. Ogleklis veidojas ar skābekļa CO monoksīdu un CO dioksīdu2... Pirmajā savienojumā C valence ir II, bet otrajā - IV. Tā pati vērtība ir metānā CH4.
Lielākā daļa elementu parāda nevis pastāvīgu, betmainīga valence, piemēram, fosfors, slāpeklis, sērs. Šīs parādības galveno iemeslu meklēšana izraisīja ķīmisko saišu teoriju parādīšanos, elektronu valences apvalka koncepcijas, molekulārās orbitāles. Viena un tā paša īpašuma dažādu vērtību esamība tika izskaidrota no atomu un molekulu struktūras viedokļa.
Visi atomi sastāv no pozitīva kodola,ieskauj negatīvi lādēti elektroni. Ārējais apvalks, ko tie veido, nav pabeigts. Pabeigtā struktūra ir visstabilākā, tajā ir 8 elektroni (oktets). Ķīmiskās saites parādīšanās kopīgu elektronu pāru dēļ noved pie enerģētiski labvēlīga atomu stāvokļa.
Savienojumu veidošanas noteikums irapvalka pabeigšana, pieņemot elektronus vai atsakoties no nepāra elektroniem, atkarībā no tā, kurš process ir vieglāks. Ja atoms nodrošina negatīvas daļiņas, kurām nav pāra ķīmiskās saites veidošanai, tad tas veido tik daudz saišu, cik ir nesapārotu elektronu. Saskaņā ar mūsdienu koncepcijām ķīmisko elementu atomu valence ir spēja veidot noteiktu skaitu kovalento saišu. Piemēram, sērūdeņraža molekulā H2S sērs iegūst II (-) valenci, jokatrs atoms piedalās divu elektronu pāru veidošanā. Zīme "-" norāda elektronu pāra piesaisti vairāk elektronegatīvam elementam. Lai iegūtu mazāk elektronegatīvu valences vērtību, pievienojiet "+".
Izmantojot donora-akceptora mehānismu, procesā tiek iesaistīti viena elementa elektronu pāri un cita brīvās valences orbitāles.
Aplūkosim, izmantojot oglekļa un skābekļa piemēru, kā ķīmisko elementu valence ir atkarīga no vielas struktūras. Periodiskā tabula sniedz priekšstatu par oglekļa atoma galvenajām īpašībām:
Ja oglekļa atoms CO monoksīdā veido divussavienojumu, tad tā lietošanā nonāk tikai 6 negatīvās daļiņas. Lai iegūtu oktetu, pāriem jāveido 4 ārējās negatīvās daļiņas. Oglekļa valence ir IV (+) dioksīdā un IV (-) metānā.
Skābekļa kārtas numurs - 8, valenceapvalks sastāv no sešiem elektroniem, 2 no tiem neveido pārus un piedalās ķīmiskā savienošanā un mijiedarbībā ar citiem atomiem. Tipiskā skābekļa valence ir II (-).
Daudzos gadījumos to ir ērtāk izmantotjēdziens "oksidācijas stāvoklis". Tas ir atoma lādiņa nosaukums, ko tas iegūtu, ja visi saistošie elektroni tiktu pārnesti uz elementu, kuram ir augstāka elektronegativitātes (EO) vērtība. Vienkāršās vielas oksidējošais skaitlis ir nulle. Zīme "-" tiek pievienota oksidācijas stāvoklim, kas pārsniedz EO elementu, un zīme "+" tiek pievienota mazāk elektronegatīvam stāvoklim. Piemēram, galveno apakšgrupu metāliem ir raksturīgi oksidācijas stāvokļi un jonu lādiņi, kas vienādi ar grupas numuru ar "+" zīmi. Vairumā gadījumu tajā pašā savienojumā esošo atomu valences un oksidācijas stāvoklis skaitliski ir vienāds. Tikai mijiedarbojoties ar vairāk elektronegatīviem atomiem, oksidācijas stāvoklis ir pozitīvs, elementiem ar zemāku EO - negatīvs. Jēdziens "valence" bieži tiek piemērots tikai molekulārās struktūras vielām.
