19. yüzyılda atomların ve moleküllerin yapısı hakkındaki bilgi düzeyi, atomların diğer parçacıklarla belirli sayıda bağ oluşturmasının nedenini açıklamaya izin vermiyordu. Ancak bilim adamlarının fikirleri zamanlarının ötesindeydi ve değerlik, kimyanın temel ilkelerinden biri olarak hala inceleniyor.
"Kimyasal elementlerin değerliliği" kavramının tarihinden
19. yüzyılın seçkin İngiliz kimyacısı Edward Frankland, atomların birbirleriyle etkileşim sürecini tanımlamak için "bağ" terimini bilimsel kullanıma soktu. Bilim adamı, bazı kimyasal elementlerin aynı sayıda diğer atomlara sahip bileşikler oluşturduğunu fark etti. Örneğin, nitrojen, amonyak molekülüne üç hidrojen atomu bağlar.
Mayıs 1852'de Frankland, bir atomun maddenin diğer küçük parçacıklarıyla oluşturabileceği belirli sayıda kimyasal bağ olduğunu varsaymıştı. Frankland, daha sonra değerlik olarak adlandırılacak şeyi tanımlamak için "bağlayıcı kuvvet" ifadesini kullandı. İngiliz kimyager ne kadar olduğunu belirledikimyasal bağlar, 19. yüzyılın ortalarında bilinen bireysel elementlerin atomlarını oluşturur. Frankland'ın çalışması, modern yapısal kimyaya önemli bir katkıydı.
Tutum geliştirme
Alman kimyager F. A. Kekule 1857'de karbonun tetrabazik olduğunu kanıtladı. En basit bileşiğinde - metan - 4 hidrojen atomlu bağlar vardır. Bilim adamı, "temellik" terimini, kesin olarak tanımlanmış sayıda başka parçacık eklemek için elementlerin özelliğini belirtmek için kullandı. Rusya'da, maddenin yapısı hakkındaki veriler A. M. Butlerov (1861) tarafından sistemleştirildi. Kimyasal bağ teorisi, elementlerin özelliklerindeki periyodik değişim doktrini sayesinde daha da geliştirildi. Yazarı, bir başka seçkin Rus kimyager olan D. I. Mendeleev'dir. Bileşiklerdeki kimyasal elementlerin değerliklerinin ve diğer özelliklerinin periyodik sistemdeki konumlarından kaynaklandığını kanıtladı.
Değerlik ve kimyasal bağın grafik gösterimi
Moleküllerin görsel bir temsili olasılığı, değerlik teorisinin şüphesiz avantajlarından biridir. İlk modeller 1860'larda ortaya çıktı ve 1864'ten beri içinde kimyasal işaretli daireler olan yapısal formüller kullanıldı. Atom sembolleri arasında bir çizgi kimyasal bir bağı gösterir ve bu çizgilerin sayısı değerlik değerine eşittir. Aynı yıllarda ilk top ve çubuk modelleri yapıldı (soldaki fotoğrafa bakın). 1866'da Kekule, atomun stereokimyasal bir çizimini önerdi. Organik Kimya ders kitabına dahil ettiği tetrahedron şeklinde karbon.
Kimyasal elementlerin değerliliği ve bağların ortaya çıkışı, 1923'te elektronun keşfinden sonra çalışmalarını yayınlayan G. Lewis tarafından incelenmiştir. Bu, atomların kabuklarının bir parçası olan en küçük negatif yüklü parçacıkların adıdır. Lewis kitabında değerlik elektronlarını temsil etmek için kimyasal element sembolünün dört tarafının etrafındaki noktaları kullandı.
Hidrojen ve oksijenin değerliliği
Periyodik sistemin yaratılmasından önce, bileşiklerdeki kimyasal elementlerin değeri genellikle bilinen atomlarla karşılaştırıldı. Standart olarak hidrojen ve oksijen seçilmiştir. Başka bir kimyasal element, belirli sayıda H ve O atomunu çekti veya değiştirdi.
Bu şekilde, monovalent hidrojen içeren bileşiklerde özellikler belirlendi (ikinci elementin değeri bir Romen rakamı ile gösterilir):
- HCl - klor (I):
- H2O - oksijen (II);
- NH3 - nitrojen (III);
- CH4 - karbon (IV).
Oksitlerde K2O, CO, N2O3, SiO 2, SO3 eklenen O atomlarının sayısını ikiye katlayarak metallerin ve metal olmayanların oksijen değerliliğini belirledi. Aşağıdaki değerler elde edildi: K (I), C (II), N (III), Si (IV), S (VI).
Kimyasal elementlerin değerliliği nasıl belirlenir
Ortak elektronik içeren bir kimyasal bağın oluşumunda düzenlilikler vardır.çiftler:
- Tipik hidrojen değerliği I'dir.
- Olağan oksijen değeri - II.
- Metal olmayan elementler için, en düşük değerlik formül 8 ile belirlenebilir - periyodik sistemde bulundukları grubun sayısı. Mümkünse en yüksek, grup numarasına göre belirlenir.
- İkincil alt grupların elemanları için, mümkün olan maksimum değerlik, periyodik tablodaki grup numaralarıyla aynıdır.
Bileşik formülüne göre kimyasal elementlerin değerliklerinin belirlenmesi aşağıdaki algoritma kullanılarak gerçekleştirilir:
- Kimyasal işaretin üzerindeki elementlerden birinin bilinen değerini yazın. Örneğin, Mn2O7'da oksijen değeri II'dir.
- Değerliği moleküldeki aynı kimyasal elementin atom sayısıyla çarpmanız gereken toplam değeri hesaplayın: 27=14.
- Bilinmeyen ikinci elemanın değerini belirleyin. 2. adımda elde edilen değeri moleküldeki Mn atomlarının sayısına bölün.
- 14: 2=7. Manganezin yüksek oksitindeki değeri VII'dir.
Sabit ve değişken değerlik
Hidrojen ve oksijen için değerlik değerleri farklıdır. Örneğin, H2S bileşiğindeki kükürt iki değerlidir ve SO3 formülünde altı değerlidir. Karbon, oksijenle birlikte monoksit CO ve dioksit CO2 oluşturur. İlk bileşikte, C'nin değeri II ve ikincisinde IV'tür. Metanda aynı değer CH4.
Çoğuelementler sabit değil, örneğin fosfor, azot, kükürt gibi değişken bir değer sergiler. Bu fenomenin ana nedenlerinin araştırılması, kimyasal bağ teorilerinin, elektronların değerlik kabuğu hakkındaki fikirlerin ve moleküler orbitallerin ortaya çıkmasına neden oldu. Aynı özelliğin farklı değerlerinin varlığı atomların ve moleküllerin yapısı açısından açıklanmıştır.
Değerlilik hakkında modern fikirler
Tüm atomlar, negatif yüklü elektronlarla çevrili pozitif bir çekirdekten oluşur. Oluşturdukları dış kabuk bitmemiş. Tamamlanan yapı, 8 elektron (bir oktet) içeren en kararlı yapıdır. Ortak elektron çiftleri nedeniyle bir kimyasal bağın ortaya çıkması, atomların enerjik olarak uygun bir durumuna yol açar.
Bileşik oluşturma kuralı, elektronları kabul ederek veya eşleşmemiş olanları vererek kabuğun tamamlanmasıdır - hangi işlemin daha kolay olduğuna bağlı olarak. Bir atom, bir çifti olmayan negatif parçacıkların bir kimyasal bağ oluşumunu sağlıyorsa, o zaman eşleşmemiş elektronlara sahip olduğu kadar çok bağ oluşturur. Modern kavramlara göre, kimyasal elementlerin atomlarının değeri, belirli sayıda kovalent bağ oluşturma yeteneğidir. Örneğin, bir hidrojen sülfür molekülü H2S'de kükürt, her bir atom iki elektron çiftinin oluşumunda yer aldığından, değerlik II (–) kazanır. “-” işareti, bir elektron çiftinin daha elektronegatif bir elemente olan çekimini gösterir. Daha az elektronegatif olan için, değerlik değerine “+” eklenir.
Verici-alıcı mekanizma ile bir elementin elektron çiftleri ve diğer elementin serbest değerlik orbitalleri sürece katılır.
Değerliğin atomun yapısına bağımlılığı
Karbon ve oksijen örneğine bakalım, kimyasal elementlerin değerliklerinin maddenin yapısına nasıl bağlı olduğu. Periyodik tablo, karbon atomunun temel özellikleri hakkında fikir verir:
- kimyasal işaret - C;
- öğe numarası - 6;
- çekirdek yükü - +6;
- çekirdekteki protonlar - 6;
- elektronlar - 2'si bir çift oluşturan 4 harici elektron dahil, 2'si eşleştirilmemiş.
CO monoksitteki bir karbon atomu iki bağ oluşturursa, yalnızca 6 negatif parçacık kullanıma gelir. Bir oktet elde etmek için çiftlerin 4 harici negatif parçacık oluşturması gerekir. Karbonun dioksitte IV (+) ve metanda IV (–) değeri vardır.
Ordinal oksijen sayısı 8'dir, değerlik kabuğu altı elektrondan oluşur, 2 tanesi çift oluşturmaz ve diğer atomlarla kimyasal bağ ve etkileşimde yer alır. Tipik bir oksijen değeri II (–).
Değerlik ve oksidasyon durumu
Birçok durumda "oksidasyon durumu" kavramını kullanmak daha uygundur. Bu, bir atomun tüm bağ elektronlarının elektronegatiflik değeri (EO) daha yüksek olan bir elemente aktarılması durumunda alacağı yüküne verilen isimdir. Basit bir maddedeki oksidasyon sayısısıfır. Daha fazla EO elementinin oksidasyon durumuna “–” işareti eklenir, daha az elektronegatif olana “+” işareti eklenir. Örneğin, ana alt grupların metalleri için oksidasyon durumları ve iyon yükleri tipiktir ve “+” işaretli grup numarasına eşittir. Çoğu durumda, aynı bileşikteki atomların değerlik ve oksidasyon durumu sayısal olarak aynıdır. Sadece daha elektronegatif atomlarla etkileşime girdiğinde, oksidasyon durumu pozitiftir, EO'nun daha düşük olduğu elementlerle negatiftir. "Değerlik" kavramı genellikle yalnızca moleküler yapıya sahip maddelere uygulanır.
