Ayrim moddalarning valentligi

Valentlik (lotincha: valentia — kuch) — atomlarning atom hosil qiladigan maʼlum miqdordagi kimyoviy bogʻlanishlarni hosil qilish qobiliyati yoki maʼlum bir element atomini biriktira oladigan yoki almashtira oladigan atomlar soni.

Valentlik atamasining etimologiyasini 1424 yilda ilmiy matnlarda " ekstrakti ", " dori " maʼnolarida qoʻllanila boshlanganidan kuzatish mumkin. Zamonaviy taʼrif doirasida foydalanish 1884 yilda qayd etilgan (nemischa: Valenz). 1789 yilda Уильям Хиггинс materiyaning eng kichik zarralari oʻrtasida bogʻlanish mavjudligini taklif qilgan maqolani nashr etdi.

Biroq, valentlik hodisasini toʻgʻri va keyinchalik toʻliq tasdiqlangan tushunish 1852 yilda kimyogar Edvard Frankland tomonidan ushbu mavzu boʻyicha oʻsha paytda mavjud boʻlgan barcha nazariya va taxminlarni toʻplagan va qayta koʻrib chiqqan asarida taklif qilingan. Turli metallarni toʻyintirish qobiliyatini kuzatib, metallarning organik hosilalari tarkibini noorganik birikmalar tarkibi bilan taqqoslab, Frankland " birlashtiruvchi kuch " (bogʻlovchi ogʻirlik) tushunchasini kiritdi va shu bilan valentlik taʼlimotiga asos soldi. Frankland baʼzi maxsus qonunlarni oʻrnatgan boʻlsa-da, uning gʻoyalari ishlab chiqilmagan.

Fridrix Avgust Kekule valentlik nazariyasini yaratishda hal qiluvchi rol oʻynadi. 1857 yilda u uglerodning toʻrtta asosiy (toʻrt atomli) element ekanligini va uning eng oddiy birikmasi metan CH ₄ ekanligini koʻrsatdi. Atomlarning valentligi haqidagi gʻoyalarining haqiqatiga ishongan Kekule ularni oʻzining organik kimyo darsligiga kiritdi: muallifning fikriga koʻra, asoslik atomning asosiy xususiyati, atom ogʻirligi kabi doimiy va oʻzgarmas xususiyatdir. 1858 yilda Archibald Skott Kuperning " Yangi kimyoviy nazariya toʻgʻrisida " maqolasida Kekulening qarashlari bilan deyarli mos keladigan qarashlar ifodalangan.

Uch yil oʻtgach, 1861 yil sentyabr oyida A. M. Butlerov valentlik nazariyasiga muhim qoʻshimchalar kiritdi. U erkin atom va boshqasi bilan birlashgan atom oʻrtasida aniq farqni koʻrsatdi, qachonki uning yaqinligi " bogʻlanadi va yangi shaklga oʻtadi ". Butlerov yaqinlik kuchlaridan foydalanishning toʻliqligi va " yaqinlik tarangligi „, yaʼni molekuladagi atomlarning oʻzaro taʼsiri bilan bogʻliq boʻlgan aloqalarning energiya ekvivalentsizligi tushunchasini kiritdi. Ushbu oʻzaro taʼsir natijasida atomlar oʻzlarining strukturaviy muhitiga qarab, boshqa “kimyoviy maʼno " ga ega boʻladilar. Butlerov nazariyasi organik birikmalarning izomeriyasi va ularning reaktivligiga oid koʻplab eksperimental faktlarni tushuntirishga imkon berdi.

Valentlik nazariyasining katta afzalligi molekulaning vizual tasvirini olish imkoniyati edi. 1860-yillarda birinchi molekulyar modellar paydo boʻldi. Allaqachon 1864 yilda A. Braun atomlar orasidagi kimyoviy bogʻlanishni bildiruvchi chiziqlar bilan bogʻlangan elementlarning belgilari bilan doira shaklida strukturaviy formulalardan foydalanishni taklif qildi; chiziqlar soni atomning valentligiga toʻgʻri keldi. 1865 yilda A. von Xoffman kroket toʻplari atomlar rolini oʻynagan birinchi toʻp va tayoq modellarini namoyish etdi. 1866 yilda Kekule darsligida stereokimyoviy modellarning chizmalari paydo boʻldi, unda uglerod atomi tetraedral konfiguratsiyaga ega edi. right|thumb|200x200px| Xoffmanning molekulyar modellari

Dastlab valentlik birligi sifatida vodorod atomining valentligi qabul qilingan. Boshqa elementning valentligi bu holda oʻziga biriktirilgan yoki ushbu boshqa elementning bir atomini almashtiradigan vodorod atomlari soni bilan ifodalanishi mumkin. Shu tarzda aniqlangan valentlik vodorod birikmalarida valentlik yoki vodorod uchun valentlik deyiladi: masalan, HCl, H 2 O, NH 3, CH 4 birikmalarida xlorning vodorod valentligi bitta, kislorod ikki, azot. uch, uglerod toʻrt.

Kislorodning valentligi odatda ikkitadir. Shuning uchun, maʼlum bir elementning kislorod birikmasining tarkibi yoki formulasini bilib, uning valentligini ushbu elementning bir atomi biriktira oladigan kislorod atomlari sonidan ikki barobar koʻpligini aniqlash mumkin. Shu tarzda aniqlanadigan valentlik kislorod birikmalarida elementning valentligi yoki kislorodning valentligi deyiladi: masalan, K 2 O, CO, N 2 O 3, SiO 2, SO 3 bitta, uglerod — ikkita, azot — uch, kremniy — toʻrt, oltingugurt — olti.

Koʻpgina elementlar uchun vodorod va kislorod birikmalarida valentlik qiymatlari har xil: masalan, vodoroddagi oltingugurtning valentligi ikkita (H 2 S), kislorodda esa olti (SO 3). Bundan tashqari, koʻpchilik elementlar oʻzlarining turli birikmalarida turli xil valentliklarni namoyish etadilar . Masalan, uglerod kislorod bilan ikkita oksid hosil qiladi: karbon monoksit CO va karbonat angidrid CO 2 . Uglerod oksidida uglerodning valentligi ikkiga, dioksidda esa toʻrtga teng (baʼzi elementlar ham peroksid hosil qilishga qodir). Koʻrib chiqilgan misollardan kelib chiqadiki, qoida tariqasida, elementning valentligini biron bir raqam va / yoki usul bilan tavsiflash mumkin emas.

Valentlik haqidagi zamonaviy gʻoyalar

Kimyoviy bogʻlanish nazariyasi paydo boʻlganidan beri „valentlik“ tushunchasi sezilarli evolyutsiyani boshdan kechirdi. Hozirgi vaqtda u qatʼiy ilmiy talqinga ega emas, shuning uchun u ilmiy lugʻatdan deyarli butunlay chiqarib tashlangan va asosan uslubiy maqsadlarda qoʻllaniladi.

Asosan, kimyoviy elementlarning valentligi odatda uning erkin atomlarining (tor maʼnoda, uning qobiliyatining oʻlchovi) maʼlum miqdordagi kovalent bogʻlanishlarni hosil qilish qobiliyati sifatida tushuniladi. Kovalent bogʻlanishga ega boʻlgan birikmalarda atomlarning valentligi hosil boʻlgan ikki elektronli ikki markazli bogʻlarning soni bilan belgilanadi. Bu 1927 yilda V. Heitler va F. London tomonidan taklif qilingan mahalliy valentlik aloqalari nazariyasida qabul qilingan yondashuv. Shubhasiz, agar atomda n ta juftlanmagan elektron va m boʻlinmagan elektron juft boʻlsa, bu atom boshqa atomlar bilan n+m kovalent bogʻlanish hosil qilishi mumkin. Maksimal valentlikni baholashda gipotetik deb ataladigan elektron konfiguratsiyadan boshlash kerak. „hayajonlangan“ (valentlik) holati. Masalan, bor, uglerod va azot atomlarining maksimal valentligi 4 ga (masalan, ^-, CH 4 va +), fosfor — 5 (PCl ₅), oltingugurt — 6 (H) ga teng. ₂ SO ₄), xlor — 7 (Cl ₂ O ₇).Atom yaratishi mumkin boʻlgan bogʻlanishlar soni uning umumiy elektron juftlarini (molekulyar ikki elektronli bulutlar) hosil qiladigan juftlanmagan elektronlar soniga teng. Kovalent bogʻlanish donor-akseptor mexanizmi orqali ham hosil boʻlishi mumkin. Ikkala holatda ham hosil boʻlgan bogʻlarning qutbliligi hisobga olinmaydi va shuning uchun valentlik hech qanday belgiga ega emas — oksidlanish darajasidan farqli oʻlaroq (N 2, NO 2, NH 3 va +).

Vodorod va kisloroddagi valentlikka qoʻshimcha ravishda, maʼlum bir element atomlarining bir-biri bilan yoki boshqa elementlarning atomlari bilan birlashish qobiliyatini baʼzi hollarda boshqa yoʻllar bilan ifodalash mumkin : masalan, oksidlanish . elementning holati (modda ionlardan iborat degan taxmin boʻyicha atomning shartli zaryadi), kovalentlik (maʼlum bir element atomi tomonidan, shu jumladan bir xil nomdagi element bilan hosil boʻlgan kimyoviy bogʻlanishlar soni; qarang.). quyida), atomning koordinatsion raqami (maʼlum bir atomni darhol oʻrab turgan atomlar soni) va boshqalar. P. Bu xususiyatlar bir-biriga yaqin boʻlishi va hatto miqdoriy jihatdan mos kelishi mumkin, lekin hech qanday holatda bir-biriga oʻxshash emas . Masalan, azot N ₂, uglerod oksidi CO va siyanid ionining − izoelektron molekulalarida uch tomonlama bogʻlanish amalga oshiriladi (yaʼni har bir atomning valentligi 3 ga teng), ammo elementlarning oksidlanish darajasi mos ravishda, 0, +2, −2, +3 va −3. Etan molekulasida (rasmga qarang) uglerod koʻpchilik organik birikmalarda boʻlgani kabi toʻrt valentli, oksidlanish darajasi esa −3 ga teng.

Bu, ayniqsa, delokalizatsiyalangan kimyoviy aloqalarga ega boʻlgan molekulalar uchun toʻgʻri keladi; masalan, nitrat kislotada azotning oksidlanish darajasi +5 ga teng, azotning valentligi 4 dan yuqori boʻlishi mumkin emas. Koʻpgina maktab darsliklarida maʼlum boʻlgan qoida — „Elementning maksimal valentligi davriy tizimdagi guruh raqamiga son jihatdan teng“ — faqat oksidlanish darajasiga tegishli. „Doimiy valentlik“ va „oʻzgaruvchan valentlik“ tushunchalari ham asosan oksidlanish holatiga tegishli.

Semipolyar va donor-akseptor (dativ) bogʻlanishlar mohiyatan „juft“ bogʻlanishdir, chunki ikkala jarayon ham ularning hosil boʻlishida sodir boʻladi: elektronlar almashinuvi (ion bogʻlanish hosil boʻlishi) va elektronlarning sotsializatsiyasi (kovalent bogʻlanishning shakllanishi)

Valentlik tushunchasini ikki elektronli ikki markazli bogʻlanish modelini qoʻllashning iloji boʻlmagan juda koʻp hollarda qoʻllash mumkin emas — kovalent bogʻlanishlar mavjud boʻlmagan birikmalardagi elementlarning valentligi haqida gapirish mumkin emas (koʻpincha bunday hollarda oksidlanish darajasi haqida gapirish toʻgʻriroq). Valentlik tushunchasi klaster birikmalari, borgidridlar, karboranlar, p-komplekslar, asil gaz birikmalari va boshqalarni tavsiflash uchun qoʻllanilmaydi. Masalan, toj efirlari bilan komplekslarda ishqoriy metallar kationlari oksidlanish darajasidan ancha yuqori valentlikni namoyon qiladi.

Ion kristalli tuzilishga ega boʻlgan birikmalarni tavsiflash uchun valentlikdan foydalanish notoʻgʻri boʻladi. Shunday qilib, natriy xlorid NaCl kristalida, har bir Na ⁺ yoki Cl − ion uchun — birlik hujayraning markazi — qoʻshni ionlarning haqiqiy soni — koordinatsion soni — 6, oksidlanish darajasi +1 va −1, mos ravishda. Lokalizatsiyalangan elektron juftlar umuman yoʻq.

Zamonaviy kimyoda molekulyar orbitallar usuli faol qoʻllaniladi, unda atomning valentligi tushunchasining oʻxshashlari yoʻq. Shu bilan birga, kimyoviy bogʻlanishning koʻpligi tushunchasi hosil boʻlgan bogʻlanishlar sonining xarakteristikasiga eng yaqin. Ikki elektronli molekulyar orbital bilan bitta bogʻlanishni aniqlash faqat cheklovchi, mahalliylashtirilgan holatda mumkin. Kvant kimyosida molekuladagi atomning xarakteristikasi sifatida valentlik tushunchasining oʻxshashi yoʻq va ishlatiladigan spin-valentlik tushunchasi ajratilgan atomga tegishli.

Elementning kovalentligi (elementlarning valentlik qobiliyatining oʻlchovi; toʻyinganlik sigʻimi) atomning normal va qoʻzgʻaluvchan holatidagi juftlanmagan elektronlarning umumiy soni bilan belgilanadi. soʻzlar, atom tomonidan hosil boʻlgan kovalent bogʻlanishlar soni (uglerod 2s 2 2p 2 II-kovalent va qoʻzgʻatilgan holatda C * 2s 1 2p 3 — IV-kovalent; Shunday qilib, CO va CO 2 da valentlik II yoki IV, va kovalentlik II va / yoki IV). Shunday qilib, N 2, NH 3, Al≡N va siyanamid Ca=NC≡N molekulalarida azotning kovalentligi uchta, H 2 O va CO 2 molekulalarida kislorodning kovalentligi ikkita, uglerodning kovalentligi ikkiga teng. molekulalar CH 4, CO 2 va kristall C (olmos) — toʻrtta.

Klassik va/yoki kvantdan keyingi kimyoviy tasvirda maʼlum qo‘zg‘alish energiyasidagi optik (valentlik) elektronlar sonini ikki atomli molekulalarning elektron yutilish spektrlaridan aniqlash mumkin. Ushbu usulga koʻra, toʻgʻri chiziq / toʻgʻri chiziqlar korrelyatsiyasi qiyaligi tangensining oʻzaro nisbati (atom atamalarining nisbiy yigʻindisidan hosil boʻlgan molekulyar elektron atamalarning tegishli qiymatlari uchun) juftliklar soniga mos keladi. valentlik elektronlar, yaʼni klassik maʼnoda valentlik.

Berilgan birikmadagi valentlik, uning atomlarining molyar massasi va uning ekvivalent massasi oʻrtasida bevosita atom nazariyasidan va " ekvivalent massa " taʼrifidan kelib chiqadigan oddiy bogʻliqlik mavjud.

Berilgan birikma tarkibidagi elementning stoxiometrik valentligi uning atomlarining molekulyar og‘irligi (g/mol) elementning ekvivalent massasiga (g/molda) bo‘linganiga teng:

V={\frac {M}{E}}

V — stoxiometrik valentlikM — molekulyar ogʻirlik (g/mol)E — ekvivalent massa (g/mol)Shunday qilib, CO 12 (g / mol) / 6 (g / mol) \u003d 2 va CO 2 12/3 \ u003d 4 dagi uglerodning stoxiometrik valentligi.

Noorganik kimyoda koʻp hollarda elementning valentligi tushunchasi oʻzining aniqligini yoʻqotadi: bu qiymat birikmaning kimyoviy tuzilishi haqidagi bilimga bogʻliq, koʻp hollarda u guruh raqamidan kattaroq boʻlishi mumkin (ПСХЭ jadvallari). Noorganik kimyoda odatda oksidlanish darajasi tushunchasi, organik kimyoda esa valentlik qoʻllaniladi, chunki noorganik moddalarning aksariyati molekulyar boʻlmagan tuzilishga ega, organiklar esa molekulyar tuzilishga ega. Bu ikki tushunchani aniqlab boʻlmaydi, garchi ular son jihatdan bir-biriga toʻgʻri kelsa ham. " Valent elektronlar " atamasi ham keng qoʻllaniladi, yaʼni atom yadrosi bilan eng zaif bogʻlangan, koʻpincha tashqi elektronlar.

Elementlarning valentligiga koʻra, birikmalarning haqiqiy formulalarini tuzish mumkin va aksincha, haqiqiy formulalarga asoslanib, ushbu birikmalardagi elementlarning valentligini aniqlash mumkin. Bunday holda , bitta elementning valentligining uning atomlari soniga koʻpaytmasi ikkinchi elementning valentligining uning atomlari soniga koʻpaytmasiga teng boʻlishi printsipiga rioya qilish kerak. Demak, azot oksidi (III) formulasini tuzish uchun uni elementlarning valentlik belgisi ustiga yozish kerak. ${\stackrel {III}{\mbox{N}}}$ ${\stackrel {II}{\mbox{O}}}$ . Eng kichik umumiy koʻpaytmani aniqlab, uni mos keladigan valentlarga boʻlib, biz azotning kislorodga atom nisbatini olamiz, yaʼni 2:3. Shuning uchun azot oksidi (III) formulasi mos keladi ${\stackrel {+3}{\mbox{N}}}_{2}{\stackrel {-2}{\mbox{O}}}_{3}$ . Valentlikni aniqlash uchun xuddi shu tarzda teskari yoʻnalishda davom eting.

Manbalar

L. Pauling Priroda ximicheskoy svyazi. M., L.: Gos. NTI xim. literaturi, 1947.
Kartmell, Fouls. Valentnost i stroenie molekul. M.: Ximiya, 1979. 360 s.]
Koulson Ch. Valentnost. M.: Mir, 1965.
Marrel Dj., Kettl S., Tedder Dj. Teoriya valentnosti. Per. s angl. M.: Mir. 1968. (nedostupnaya ssilka)
Razvitie ucheniya o valentnosti. Pod red. Kuznesova V. I. M.: Ximiya, 1977. 248s.
Valentnost atomov v molekulax / Korolkov D. V. Osnovi neorganicheskoy ximii. — M.: Prosveщenie, 1982. — S. 126.