ระดับความรู้เกี่ยวกับโครงสร้างของอะตอมและโมเลกุลใน XIXศตวรรษไม่อนุญาตให้อธิบายเหตุผลว่าทำไมอะตอมจึงสร้างพันธะจำนวนหนึ่งกับอนุภาคอื่น ๆ แต่ความคิดของนักวิทยาศาสตร์เกิดขึ้นก่อนเวลาและวาเลนซ์ยังคงได้รับการศึกษาว่าเป็นหนึ่งในหลักการพื้นฐานของเคมี
นักเคมีชาวอังกฤษที่มีชื่อเสียงในศตวรรษที่ 19 เอ็ดเวิร์ดแฟรงก์แลนด์นำคำว่า "พันธะ" มาใช้ในทางวิทยาศาสตร์เพื่ออธิบายกระบวนการปฏิสัมพันธ์ของอะตอมซึ่งกันและกัน นักวิทยาศาสตร์สังเกตว่าองค์ประกอบทางเคมีบางชนิดก่อตัวเป็นสารประกอบที่มีอะตอมอื่นจำนวนเท่ากัน ตัวอย่างเช่นไนโตรเจนจะยึดติดกับอะตอมของไฮโดรเจนสามอะตอมกับโมเลกุลแอมโมเนีย
ในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2395 Frankland ได้ตั้งสมมติฐานเกี่ยวกับว่ามีพันธะเคมีจำนวนเฉพาะที่อะตอมสามารถก่อตัวกับอนุภาคขนาดเล็กอื่น ๆ ของสสารได้ แฟรงก์แลนด์ใช้วลี "กำลังเชื่อมต่อ" เพื่ออธิบายถึงสิ่งที่เรียกว่าวาเลนซ์ในภายหลัง นักเคมีชาวอังกฤษได้กำหนดจำนวนพันธะเคมีที่ก่อตัวเป็นอะตอมของแต่ละองค์ประกอบซึ่งรู้จักกันในช่วงกลางศตวรรษที่ 19 งานของแฟรงก์แลนด์กลายเป็นส่วนสนับสนุนที่สำคัญสำหรับเคมีโครงสร้างสมัยใหม่
นักเคมีชาวเยอรมัน F.A. Kekuléได้รับการพิสูจน์ในปี 1857 ว่าคาร์บอนเป็นเตตราเบสิก ในสารประกอบที่ง่ายที่สุดคือมีเธนพันธะเกิดขึ้นกับไฮโดรเจน 4 อะตอม นักวิทยาศาสตร์ใช้คำว่า "ความเป็นพื้นฐาน" เพื่อแสดงถึงคุณสมบัติขององค์ประกอบเพื่อแนบอนุภาคอื่น ๆ ตามจำนวนที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด ในรัสเซียข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างของสสารได้รับการจัดระบบโดย A.M. Butlerov (1861) ทฤษฎีพันธะเคมีได้รับการพัฒนาต่อไปเนื่องจากหลักคำสอนของการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของธาตุเป็นระยะ ๆ ผู้เขียนเป็นนักเคมีชาวรัสเซียที่โดดเด่นอีกคนหนึ่งคือ DI Mendeleev เขาพิสูจน์แล้วว่าความจุขององค์ประกอบทางเคมีในสารประกอบและคุณสมบัติอื่น ๆ เกิดจากตำแหน่งที่พวกมันครอบครองในตารางธาตุ
ความสามารถในการมองเห็นโมเลกุลเป็นสิ่งหนึ่งข้อดีที่ไม่ต้องสงสัยของทฤษฎีวาเลนซ์ แบบจำลองแรกปรากฏในทศวรรษที่ 1860 และตั้งแต่ปี 1864 มีการใช้สูตรโครงสร้างซึ่งเป็นวงกลมที่มีสัญลักษณ์ทางเคมีอยู่ภายใน เส้นประระหว่างสัญลักษณ์ของอะตอมแสดงถึงพันธะเคมีและจำนวนของเส้นเหล่านี้จะเท่ากับค่าความจุ ในปีเดียวกันนั้นมีการผลิตแบบจำลองลูกบอลและแท่งรุ่นแรก (ดูรูปด้านซ้าย) ในปีพ. ศ. 2409 Kekuléได้เสนอภาพวาดทางเคมีของอะตอมของคาร์บอนในรูปของจัตุรมุขซึ่งรวมอยู่ในตำรา "เคมีอินทรีย์" ของเขา
องค์ประกอบทางเคมีและการเกิดขึ้นการเชื่อมต่อได้รับการศึกษาโดย G. Lewis ผู้ตีพิมพ์ผลงานของเขาในปี 1923 หลังจากการค้นพบอิเล็กตรอน นี่คือชื่อของอนุภาคที่มีประจุลบที่เล็กที่สุดซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของเปลือกของอะตอม ในหนังสือของเขา Lewis ใช้จุดรอบทั้งสี่ด้านของสัญลักษณ์ทางเคมีเพื่อแสดงถึงเวเลนซ์อิเล็กตรอน
ก่อนการสร้างระบบธาตุความจุเป็นเรื่องปกติที่จะเปรียบเทียบองค์ประกอบทางเคมีในสารประกอบกับอะตอมเหล่านั้นซึ่งเป็นที่รู้จักกันดี ไฮโดรเจนและออกซิเจนได้รับเลือกให้เป็นมาตรฐาน องค์ประกอบทางเคมีอื่นดึงดูดหรือแทนที่อะตอม H และ O จำนวนหนึ่ง
ด้วยวิธีนี้คุณสมบัติของสารประกอบที่มีโมโนวาเลนต์ไฮโดรเจนถูกกำหนด (ความจุขององค์ประกอบที่สองแสดงด้วยตัวเลขโรมัน):
ในออกไซด์ K2O, CO, N2โอ้3, SiO2, ดังนั้น3 ความจุออกซิเจนของโลหะและอโลหะถูกกำหนดโดยการเพิ่มจำนวนอะตอม O ที่เพิ่มเป็นสองเท่าได้ค่าต่อไปนี้: K (I), C (II), N (III), Si (IV), S (VI)
มีความสม่ำเสมอในการสร้างพันธะเคมีด้วยการมีส่วนร่วมของคู่อิเล็กตรอนทั่วไป:
การกำหนดความจุขององค์ประกอบทางเคมีด้วยสูตรผสมทำได้โดยใช้อัลกอริทึมต่อไปนี้:
ค่าความจุของไฮโดรเจนและออกซิเจนแตกต่างกัน ตัวอย่างเช่นกำมะถันในสารประกอบ H2S คือดิวาเลนต์และในสูตร SO3 - เฮกซะวาเลนต์ คาร์บอนก่อตัวเป็น CO monoxide และ CO dioxide พร้อมออกซิเจน2... ในสารประกอบแรกความจุของ C คือ II และในครั้งที่สอง IV ค่าเดียวกันในก๊าซมีเทน CH4.
องค์ประกอบส่วนใหญ่ไม่คงที่ แต่ความจุผันแปรเช่นฟอสฟอรัสไนโตรเจนกำมะถัน การค้นหาสาเหตุหลักของปรากฏการณ์นี้ทำให้เกิดทฤษฎีของพันธะเคมีแนวคิดของเปลือกวาเลนซ์ของอิเล็กตรอนออร์บิทัลระดับโมเลกุล การดำรงอยู่ของค่าที่แตกต่างกันของคุณสมบัติเดียวกันได้รับการอธิบายจากมุมมองของโครงสร้างของอะตอมและโมเลกุล
อะตอมทั้งหมดประกอบด้วยนิวเคลียสบวกล้อมรอบด้วยอิเล็กตรอนที่มีประจุลบ เปลือกนอกที่พวกมันก่อตัวยังไม่เสร็จ โครงสร้างที่เสร็จสมบูรณ์มีเสถียรภาพมากที่สุดประกอบด้วยอิเล็กตรอน 8 ตัว (ออกเตต) การเกิดขึ้นของพันธะเคมีเนื่องจากคู่อิเล็กตรอนร่วมกันนำไปสู่สถานะของอะตอมที่เอื้ออำนวย
กฎสำหรับการสร้างการเชื่อมต่อคือเสร็จสิ้นของเปลือกโดยรับอิเล็กตรอนหรือให้อิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่ขึ้นอยู่กับกระบวนการที่ง่าย ถ้าอะตอมให้อนุภาคลบที่ไม่มีคู่ในการสร้างพันธะเคมีมันก็จะสร้างพันธะได้มากพอ ๆ กับที่มีอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่ ตามแนวคิดสมัยใหม่ความจุของอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีคือความสามารถในการสร้างพันธะโควาเลนต์จำนวนหนึ่ง ตัวอย่างเช่นในไฮโดรเจนซัลไฟด์โมเลกุล H2S กำมะถันได้รับ Valence II (-) ตั้งแต่แต่ละอะตอมมีส่วนในการสร้างอิเล็กตรอนสองคู่ เครื่องหมาย "-" แสดงถึงแรงดึงดูดของคู่อิเล็กตรอนไปยังองค์ประกอบที่มีอิเล็กโทรเนกาติวิตีมากขึ้น สำหรับค่าความจุอิเล็กโทรเนกาติวิตีที่น้อยกว่าให้เพิ่ม "+"
ด้วยกลไกการรับผู้บริจาคคู่อิเล็กตรอนขององค์ประกอบหนึ่งและวงโคจรเวเลนซ์อิสระของอีกคู่มีส่วนเกี่ยวข้องในกระบวนการนี้
ให้เราพิจารณาโดยใช้ตัวอย่างของคาร์บอนและออกซิเจนความจุขององค์ประกอบทางเคมีขึ้นอยู่กับโครงสร้างของสารอย่างไร ตารางธาตุให้แนวคิดเกี่ยวกับลักษณะสำคัญของอะตอมของคาร์บอน:
ถ้าอะตอมของคาร์บอนใน CO monooxide ก่อตัวเป็นสองการเชื่อมต่อจากนั้นมีอนุภาคลบเพียง 6 อนุภาคเท่านั้นที่เข้ามาใช้ ในการรับออคเต็ตคู่ต้องสร้างอนุภาคลบภายนอก 4 อนุภาค คาร์บอนมีความจุ IV (+) ในไดออกไซด์และ IV (-) ในมีเธน
เลขลำดับออกซิเจน - 8 วาเลนซ์เปลือกประกอบด้วยอิเล็กตรอน 6 ตัวโดย 2 ตัวไม่สร้างคู่และมีส่วนร่วมในพันธะเคมีและปฏิสัมพันธ์กับอะตอมอื่น ความจุออกซิเจนโดยทั่วไปคือ II (-)
ในหลาย ๆ กรณีจะสะดวกกว่าในการใช้งานแนวคิดของ "สถานะออกซิเดชัน" นี่คือชื่อของประจุของอะตอมซึ่งจะได้มาหากอิเล็กตรอนที่ยึดเหนี่ยวทั้งหมดถูกถ่ายโอนไปยังองค์ประกอบที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตี (EO) สูงกว่า เลขออกซิไดซ์ในสารอย่างง่ายเป็นศูนย์ เครื่องหมาย "-" จะถูกเพิ่มเข้าไปในสถานะออกซิเดชั่นมากกว่าองค์ประกอบ EO และเครื่องหมาย "+" จะถูกเพิ่มเข้าไปในสถานะอิเล็กโทรเนกาติวิตีน้อย ตัวอย่างเช่นสำหรับโลหะของกลุ่มย่อยหลักสถานะออกซิเดชันและประจุไอออนเท่ากับหมายเลขกลุ่มที่มีเครื่องหมาย "+" เป็นเรื่องปกติ ในกรณีส่วนใหญ่ความจุและสถานะออกซิเดชันของอะตอมในสารประกอบเดียวกันจะเหมือนกันในเชิงตัวเลข เฉพาะเมื่อมีปฏิสัมพันธ์กับอะตอมที่มีอิเล็กโตรเนกาติวิตีมากขึ้นเท่านั้นคือสถานะออกซิเดชันเป็นบวกโดยองค์ประกอบที่มี EO ต่ำกว่า - เป็นลบ แนวคิดของ "วาเลนซ์" มักใช้กับสารที่มีโครงสร้างโมเลกุลเท่านั้น
