Het kennisniveau over de structuur van atomen en moleculen in de XIXeeuw stond niet toe om de reden uit te leggen waarom atomen een bepaald aantal bindingen met andere deeltjes vormen. Maar de ideeën van wetenschappers waren hun tijd ver vooruit, en valentie wordt nog steeds bestudeerd als een van de basisprincipes van de chemie.
Prominente Engelse chemicus uit de 19e eeuw, EdwardFrankland introduceerde de term "binding" in wetenschappelijk gebruik om het proces van interactie van atomen met elkaar te beschrijven. De wetenschapper merkte op dat sommige chemische elementen verbindingen vormen met hetzelfde aantal andere atomen. Stikstof verbindt bijvoorbeeld drie waterstofatomen aan een ammoniakmolecuul.
In mei 1852 bracht Frankland de hypothese naar voren overdat er een specifiek aantal chemische bindingen is dat een atoom kan vormen met andere kleine materiedeeltjes. Frankland gebruikte de uitdrukking "verbindende kracht" om te beschrijven wat later valentie zou worden genoemd. De Britse chemicus stelde vast hoeveel chemische bindingen de atomen van afzonderlijke elementen vormen, bekend in het midden van de 19e eeuw. Franklands werk is een belangrijke bijdrage aan de moderne structuurchemie geworden.
Duitse chemicus F.A. Kekulé bewees in 1857 dat koolstof tetrabasisch is. In zijn eenvoudigste verbinding, methaan, ontstaan bindingen met 4 waterstofatomen. De wetenschapper gebruikte de term "basiciteit" om de eigenschappen van elementen aan te duiden om een strikt gedefinieerde hoeveelheid andere deeltjes te verbinden. In Rusland werden gegevens over de structuur van materie gesystematiseerd door A.M. Butlerov (1861). De theorie van chemische binding werd verder ontwikkeld dankzij de leer van periodieke veranderingen in de eigenschappen van elementen. De auteur is een andere uitstekende Russische chemicus, DI Mendeleev. Hij bewees dat de valentie van chemische elementen in verbindingen en andere eigenschappen te wijten is aan de positie die ze innemen in het periodiek systeem.
Het vermogen om moleculen te visualiseren is één dingvan de onbetwiste verdiensten van de valentie-theorie. De eerste modellen verschenen in de jaren 1860 en sinds 1864 worden structuurformules gebruikt, dit zijn cirkels met een chemisch teken erin. Een streepje tussen de symbolen van atomen geeft een chemische binding aan, en het aantal van deze lijnen is gelijk aan de valentiewaarde. In dezelfde jaren werden de eerste ball-and-stick-modellen vervaardigd (zie foto links). In 1866 stelde Kekulé een stereochemische tekening voor van een koolstofatoom in de vorm van een tetraëder, die hij in zijn leerboek "Organische chemie" opnam.
Valentie van chemische elementen en voorkomenverbindingen werden bestudeerd door G. Lewis, die zijn werken in 1923 publiceerde na de ontdekking van het elektron. Dit is de naam van de kleinste negatief geladen deeltjes die deel uitmaken van de schillen van atomen. In zijn boek gebruikte Lewis stippen rond de vier zijden van een chemisch symbool om valentie-elektronen weer te geven.
Vóór de oprichting van het periodiek systeem, de valentieHet was gebruikelijk om chemische elementen in verbindingen te vergelijken met die atomen waarvoor het bekend is. Waterstof en zuurstof werden als standaarden gekozen. Een ander chemisch element heeft een bepaald aantal H- en O-atomen aangetrokken of vervangen.
Op deze manier werden de eigenschappen bepaald in verbindingen met eenwaardige waterstof (de valentie van het tweede element wordt aangegeven door een Romeins cijfer):
In oxiden K2O, CO, N2oh3SiO2, Dus3 de zuurstofvalentie van metalen en niet-metalen werd bepaald door het aantal toegevoegde O-atomen te verdubbelen. De volgende waarden werden verkregen: K (I), C (II), N (III), Si (IV), S (VI).
Er zijn regelmatigheden in de vorming van een chemische binding met de deelname van gewone elektronenparen:
Bepaling van de valentie van chemische elementen door de samengestelde formule wordt uitgevoerd met behulp van het volgende algoritme:
De valentiewaarden voor waterstof en zuurstof zijn verschillend. Bijvoorbeeld zwavel in verbinding H2S is tweewaardig, en in de formule SO3 - zeswaardig. Koolstof vormt CO-monoxide en CO-dioxide met zuurstof2... In de eerste verbinding is de valentie van C II, en in de tweede is IV. Dezelfde waarde in methaan CH4.
De meeste elementen tonen niet constant, maarvariabele valentie, bijvoorbeeld fosfor, stikstof, zwavel. De zoektocht naar de belangrijkste redenen voor dit fenomeen leidde tot de opkomst van theorieën over chemische bindingen, concepten van de valentieschil van elektronen, moleculaire orbitalen. Het bestaan van verschillende waarden van dezelfde eigenschap werd verklaard vanuit het standpunt van de structuur van atomen en moleculen.
Alle atomen zijn opgebouwd uit een positieve kern,omgeven door negatief geladen elektronen. De buitenschil, die ze vormen, is onafgewerkt. De voltooide structuur is het meest stabiel, het bevat 8 elektronen (octet). Het ontstaan van een chemische binding door gedeelde elektronenparen leidt tot een energetisch gunstige toestand van atomen.
De regel voor het vormen van verbindingen isvoltooiing van de schaal door elektronen te accepteren of ongepaarde elektronen op te geven, afhankelijk van welk proces gemakkelijker is. Als een atoom negatieve deeltjes levert die geen paar hebben voor de vorming van een chemische binding, dan vormt het evenveel bindingen als ongepaarde elektronen. Volgens moderne concepten is de valentie van atomen van chemische elementen het vermogen om een bepaald aantal covalente bindingen te vormen. Bijvoorbeeld in het waterstofsulfidemolecuul H2S-zwavel verwerft valentie II (-), sindselk atoom neemt deel aan de vorming van twee elektronenparen. Het teken "-" geeft aan dat een elektronenpaar wordt aangetrokken door een meer elektronegatief element. Voeg voor een minder elektronegatieve waarde "+" toe aan de valentiewaarde.
Bij het donor-acceptor-mechanisme zijn elektronenparen van het ene element en vrije valentie-orbitalen van een ander bij het proces betrokken.
Laten we, aan de hand van het voorbeeld van koolstof en zuurstof, bekijken hoe de valentie van chemische elementen afhangt van de structuur van een stof. Het periodiek systeem geeft een idee van de belangrijkste kenmerken van het koolstofatoom:
Als een koolstofatoom in CO monooxide er twee vormtaansluiting, dan komen er slechts 6 negatieve deeltjes in gebruik. Om een octet te krijgen, moeten de paren 4 externe negatieve deeltjes vormen. Koolstof heeft een valentie van IV (+) in dioxide en IV (-) in methaan.
Zuurstof rangnummer - 8, valentiede schaal bestaat uit zes elektronen, waarvan er twee geen paren vormen en deelnemen aan chemische binding en interactie met andere atomen. De typische zuurstofvalentie is II (-).
In veel gevallen is het handiger in gebruikhet concept van "oxidatietoestand". Dit is de naam van de lading van een atoom, die het zou krijgen als alle bindende elektronen zouden worden overgebracht naar een element met een hogere waarde van elektronegativiteit (EO). Het oxiderende getal in een eenvoudige stof is nul. Het teken "-" wordt toegevoegd aan de oxidatietoestand van meer dan het EO-element, en het teken "+" wordt toegevoegd aan de minder elektronegatieve toestand. Voor metalen van de belangrijkste subgroepen zijn bijvoorbeeld oxidatietoestanden en ionenladingen typisch, gelijk aan het groepsnummer met het teken "+". In de meeste gevallen zijn de valentie- en oxidatietoestand van atomen in dezelfde verbinding numeriek hetzelfde. Alleen bij interactie met meer elektronegatieve atomen is de oxidatietoestand positief, met elementen met een lagere EO - negatief. Het concept van "valentie" wordt vaak alleen toegepast op stoffen met een moleculaire structuur.
