O nível de conhecimento sobre a estrutura dos átomos e moléculas no século XIXséculo não permitiu explicar a razão pela qual os átomos formam um certo número de ligações com outras partículas. Mas as ideias dos cientistas estavam à frente de seu tempo e a valência ainda está sendo estudada como um dos princípios básicos da química.
Químico inglês proeminente do século 19 EdwardFrankland introduziu o termo "vínculo" no uso científico para descrever o processo de interação dos átomos entre si. O cientista percebeu que alguns elementos químicos formam compostos com o mesmo número de outros átomos. Por exemplo, o nitrogênio anexa três átomos de hidrogênio a uma molécula de amônia.
Em maio de 1852, Frankland apresentou a hipótese sobreque existe um número específico de ligações químicas que um átomo pode formar com outras partículas minúsculas de matéria. Frankland usou a frase "força de conexão" para descrever o que mais tarde seria chamado de valência. O químico britânico estabeleceu quantas ligações químicas formam os átomos de elementos individuais, conhecidas em meados do século XIX. O trabalho de Frankland se tornou uma importante contribuição para a química estrutural moderna.
Químico alemão F.A.Kekulé provou em 1857 que o carbono é tetrabásico. Em seu composto mais simples, o metano, surgem ligações com 4 átomos de hidrogênio. O cientista usou o termo "basicidade" para denotar as propriedades dos elementos para anexar uma quantidade estritamente definida de outras partículas. Na Rússia, os dados sobre a estrutura da matéria foram sistematizados por A.M. Butlerov (1861). A teoria da ligação química foi desenvolvida graças à doutrina das mudanças periódicas nas propriedades dos elementos. Seu autor é outro notável químico russo, DI Mendeleev. Ele provou que a valência dos elementos químicos em compostos e outras propriedades se deve à posição que ocupam na tabela periódica.
A capacidade de visualizar moléculas é uma coisados indubitáveis méritos da teoria da valência. Os primeiros modelos surgiram na década de 1860, e desde 1864 são utilizadas fórmulas estruturais, que são círculos com um símbolo químico no interior. Um traço entre os símbolos dos átomos denota uma ligação química e o número dessas linhas é igual ao valor de valência. Na mesma época, foram fabricados os primeiros modelos de bola e pau (ver foto à esquerda). Em 1866, Kekulé propôs um desenho estereoquímico de um átomo de carbono na forma de um tetraedro, que ele incluiu em seu livro "Química Orgânica".
Valência de elementos químicos e ocorrênciaas conexões foram estudadas por G. Lewis, que publicou seus trabalhos em 1923 após a descoberta do elétron. Este é o nome das menores partículas carregadas negativamente que fazem parte das camadas dos átomos. Em seu livro, Lewis usou pontos ao redor dos quatro lados de um símbolo químico para representar elétrons de valência.
Antes da criação do sistema periódico, a valênciaEra comum comparar elementos químicos em compostos com os átomos pelos quais é conhecido. Hidrogênio e oxigênio foram escolhidos como padrões. Outro elemento químico atraiu ou substituiu um certo número de átomos de H e O.
Desta forma, as propriedades foram determinadas em compostos com hidrogênio monovalente (a valência do segundo elemento é indicada por um algarismo romano):
Em óxidos K2O, CO, N2Oh3, SiO2, ENTÃO3 a valência do oxigênio de metais e não metais foi determinada dobrando o número de átomos de O adicionados. Os seguintes valores foram obtidos: K (I), C (II), N (III), Si (IV), S (VI).
Existem regularidades na formação de uma ligação química com a participação de pares de elétrons comuns:
A determinação da valência de elementos químicos pela fórmula composta é realizada usando o seguinte algoritmo:
Os valores de valência para hidrogênio e oxigênio são diferentes. Por exemplo, enxofre no composto H2S é divalente e na fórmula SO3 - hexavalente. O carbono se forma com monóxido de CO de oxigênio e dióxido de CO2... No primeiro composto, a valência de C é II e, no segundo, IV. O mesmo valor em metano CH4.
A maioria dos elementos não mostra constante, masvalência variável, por exemplo, fósforo, nitrogênio, enxofre. A busca pelos principais motivos desse fenômeno levou ao surgimento de teorias de ligações químicas, conceitos da camada de valência dos elétrons, orbitais moleculares. A existência de diferentes valores da mesma propriedade foi explicada do ponto de vista da estrutura de átomos e moléculas.
Todos os átomos são constituídos por um núcleo positivo,rodeado por elétrons carregados negativamente. A camada externa, que eles formam, está inacabada. A estrutura completa é a mais estável, contém 8 elétrons (octeto). O surgimento de uma ligação química devido a pares de elétrons compartilhados leva a um estado energeticamente favorável dos átomos.
A regra para formar conexões éconclusão da camada aceitando elétrons ou desistindo de elétrons desemparelhados, dependendo de qual processo é mais fácil. Se um átomo fornece partículas negativas que não têm um par para a formação de uma ligação química, então ele forma tantas ligações quanto tem elétrons desemparelhados. De acordo com os conceitos modernos, a valência dos átomos de elementos químicos é a capacidade de formar um certo número de ligações covalentes. Por exemplo, na molécula de sulfeto de hidrogênio H2O enxofre S adquire valência II (-), uma vez quecada átomo participa da formação de dois pares de elétrons. O sinal "-" indica a atração de um par de elétrons por um elemento mais eletronegativo. Para um valor menos eletronegativo, adicione "+" ao valor de valência.
Com o mecanismo doador-aceitador, pares de elétrons de um elemento e orbitais de valência livre de outro estão envolvidos no processo.
Vamos considerar, usando o exemplo do carbono e do oxigênio, como a valência dos elementos químicos depende da estrutura de uma substância. A tabela periódica dá uma ideia das principais características do átomo de carbono:
Se um átomo de carbono em monóxido de CO formar doisconexão, então apenas 6 partículas negativas entram em uso. Para adquirir um octeto, os pares devem formar 4 partículas externas negativas. O carbono tem valência IV (+) no dióxido e IV (-) no metano.
Número ordinal do oxigênio - 8, valênciaa camada consiste em seis elétrons, 2 deles não formam pares e participam de ligações químicas e da interação com outros átomos. A valência de oxigênio típica é II (-).
Em muitos casos, é mais conveniente usaro conceito de "estado de oxidação". Este é o nome da carga de um átomo que ele adquiriria se todos os elétrons de ligação fossem transferidos para um elemento que possui um valor de eletronegatividade (EO) maior. O número de oxidação em uma substância simples é zero. O sinal "-" é adicionado ao estado de oxidação do elemento mais EO, o sinal "+" é adicionado ao estado menos eletronegativo. Por exemplo, para metais dos subgrupos principais, os estados de oxidação e cargas iônicas são típicos, iguais ao número do grupo com o sinal "+". Na maioria dos casos, a valência e o estado de oxidação dos átomos no mesmo composto são numericamente iguais. Somente ao interagir com mais átomos eletronegativos o estado de oxidação é positivo, com elementos com menor EO - negativo. O conceito de "valência" é frequentemente aplicado apenas a substâncias de estrutura molecular.
