Еще немного о валентности. Информация для вдумчивых

← Начало статьи

В первой статье о валентности мы рассмотрели классическое определение этого понятия, привели несколько простых примеров. К сожалению, "формальное правило" определения валентности не всегда "работает".

Пример 6. Установите валентности элементов в молекуле Н₂О₂ (это вещество - известная всем перекись водорода).

Решение. "Ну, что же, ничего сложного! - скажете вы. - Валентность водорода известна (I), составим уравнение: 2 • 1 = 2 • Х. Вывод: валентность кислорода также = I. Правильно?"

Нет, друзья, неверно! Взгляните на перечень элементов с постоянной валентностью. Разве для кислорода она равна I?

"Хорошо, попробуем иначе, - скажете вы. - Валентность кислорода = II, валентность водорода = Х,
2 • 2 = 2 • х, следовательно, валентность водорода также равна II. На этот раз верно?"

Нет, снова промах! В той же таблице видим, что валентность Н всегда равна I. Кроме того, водород находится в I группе, значит, его валентность не может быть больше одного.

Да, верно, формальное правило в данном случае оказывается бессильным. Но нет никаких причин для беспокойства! Молекула пероксида водорода имеет следующую структуру: H-O-O-Н. Мы видим, что валентность кислорода действительно равна двум (т. к. атом О образует две связи), а водорода - единице (по одной связи на каждый атом Н).

Для большинства органических соединений применение "формального правила" вообще приводит к абсурдным цифрам.

Пример 7. Установите валентности элементов в молекуле С₃Н₈ (пропан).

Решение. Валентность водорода нам известна, следовательно, для углерода получаем значение ... 8/3. Абсурд!

В действительности, все не так уж плохо. Структурная формула пропана имеет вид СH₃-CH₂-CH₃. Каждый атом углерода соединен с четырьмя соседями. Валентность углерода в пропане равна IV. Кстати, в подавляющем большинстве органических соединений углерод имеет такую же валентность.

"Формальное правило" неэффективно в данном случае, поскольку часть валентных возможностей углерода тратится не на водород, а на связь с соседними атомами С.

Приведенные примеры показывает, что даже в бинарном соединении определить валентность не всегда легко. Но если бы дело было только в этом! Существует масса примеров, когда понятие валентности вообще теряет смысл.

Пример 8. Чему равна валентность кальция в простом веществе?

Аналогичный вопрос можно было бы задать по поводу магния, железа, урана или любого другого металла. Люди, знакомые со строением металлов и с понятием "металлическая связь", понимают, что вопрос о валентности задавать в данном случае вообще бессмысленно! Можно говорить о координационном числе, но это уже совершенно другое понятие.

Пример 9. Определите валентность железа в комплексном соединении K₃[Fe(CN)₆].

Степень окисления железа в данном веществе равна +3, а вот валентность ...

С этим вновь проблемы. Опять корректнее говорить не о валентности, а о координационном числе атома Fe. Координационное число = 6.

Пример 10. Чему равна валентность железа в FeO?

Ну, с формальной точки зрения все очень просто: валентность железа, разумеется, равна II. Мы так и называем это вещество: оксид железа (II).

Не будем, однако, спешить с выводами. Во-первых, оксид железа - вещество немолекулярного строения. Если мы рассматриваем, например, оксид SO₂, можно выделить отдельные молекулы, в каждой из которых атомы кислорода соединены двумя ковалентными связями с атомом серы. В случае с FeO подобные рассуждения ошибочны. В кристаллической решетке нет "молекул" FeO.

Но и это еще не все. Состав оксида железа (II) вообще неправильно описывать формулой FeO. Правильнее записывать: Fe_хO, где х находится в диапазоне 0,9-0,95. Да-да, это соединение т. н. переменного состава. Вопреки канонам "классической" химии, его состав зависит от метода и условий получения. Вот и думайте тут о валентности! Считать ее переменной или считать, что различные атомы железа в кристалле имеют разную валентность?

В любом случае, о двухвалентном железе в данной ситуации можно забыть!

Прежде чем переходить к следующей части статьи, рекомендую вам задуматься над следующими вопросами:

1. Чему равна валентность азота в ионе аммония (NH₄⁺)? Если вы считаете, что валентность выше трех, как это согласуется с тем фактом, что в атоме азота имеется три неспаренных электрона?
2. Некоторые утверждают, что валентность азота в HNO₃ равна V. Возможно ли такое?
3. В молекуле СО углерод и кислород связаны тремя ковалентными связями, однако в основном состоянии в атоме углерода два неспаренных электрона, а в первом возбужденном состоянии - четыре. Как можно объяснить данное противоречие?
4. А как вообще можно утверждать, что валентность углерода в СО равна III? Как это доказать экспериментальным путем?

В следующей части мы ответим на эти вопросы и рассмотрим еще несколько интересных соединений.

Продолжение статьи →