Niveli i njohurive për strukturën e atomeve dhe molekulave në shekullin e 19-të nuk lejonte shpjegimin e arsyes pse atomet formojnë një numër të caktuar lidhjesh me grimcat e tjera. Por idetë e shkencëtarëve ishin përpara kohës së tyre dhe valenca ende po studiohet si një nga parimet bazë të kimisë.
Nga historia e konceptit të "valencës së elementeve kimike"
Kimisti i shquar anglez i shekullit të 19-të Edward Frankland futi termin "lidhje" në përdorim shkencor për të përshkruar procesin e ndërveprimit të atomeve me njëri-tjetrin. Shkencëtari vuri re se disa elementë kimikë formojnë komponime me të njëjtin numër atomesh të tjerë. Për shembull, azoti bashkon tre atome hidrogjeni në molekulën e amoniakut.
Në maj 1852, Frankland hipotezoi se ekzistonte një numër specifik i lidhjeve kimike që një atom mund të formonte me grimca të tjera të vogla të materies. Frankland përdori frazën "forcë lidhëse" për të përshkruar atë që më vonë do të quhej valencë. Kimisti britanik përcaktoi se salidhjet kimike formojnë atome të elementeve individuale të njohura në mesin e shekullit të 19-të. Puna e Frankland ishte një kontribut i rëndësishëm në kiminë strukturore moderne.
Zhvillimi i qëndrimeve
Kimisti gjerman F. A. Kekule vërtetoi në 1857 se karboni është tetrabazik. Në përbërjen e tij më të thjeshtë - metanin - ka lidhje me 4 atome hidrogjeni. Shkencëtari përdori termin "bazicitet" për të treguar vetinë e elementeve për të bashkangjitur një numër të përcaktuar rreptësisht të grimcave të tjera. Në Rusi, të dhënat mbi strukturën e materies u sistemuan nga A. M. Butlerov (1861). Teoria e lidhjes kimike mori zhvillim të mëtejshëm falë doktrinës së ndryshimit periodik në vetitë e elementeve. Autori i tij është një tjetër kimist i shquar rus, D. I. Mendeleev. Ai vërtetoi se valenca e elementeve kimike në komponimet dhe vetitë e tjera janë për shkak të pozicionit që ata zënë në sistemin periodik.
Parafaqja grafike e valencës dhe lidhjes kimike
Mundësia e një paraqitje vizuale të molekulave është një nga avantazhet e padyshimta të teorisë së valencës. Modelet e para u shfaqën në vitet 1860 dhe që nga viti 1864 janë përdorur formula strukturore, të cilat janë rrathë me një shenjë kimike brenda. Midis simboleve të atomeve, një vizë tregon një lidhje kimike dhe numri i këtyre rreshtave është i barabartë me vlerën e valencës. Në të njëjtat vite, u bënë modelet e para me top dhe shkop (shih foton në të majtë). Në 1866, Kekule propozoi një vizatim stereokimik të atomit.karboni në formën e një tetraedri, të cilin ai e përfshiu në librin e tij shkollor Kimia Organike.
Valenca e elementeve kimike dhe shfaqja e lidhjeve u studiua nga G. Lewis, i cili botoi veprat e tij në 1923 pas zbulimit të elektronit. Ky është emri i grimcave më të vogla të ngarkuara negativisht që janë pjesë e predhave të atomeve. Në librin e tij, Lewis përdori pikat rreth katër anëve të simbolit të elementit kimik për të përfaqësuar elektronet e valencës.
Valenca për hidrogjenin dhe oksigjenin
Para krijimit të sistemit periodik, valenca e elementeve kimike në përbërje zakonisht krahasohej me ato atome për të cilat njihet. Si standarde u zgjodhën hidrogjeni dhe oksigjeni. Një tjetër element kimik tërhoqi ose zëvendësoi një numër të caktuar atomesh H dhe O.
Në këtë mënyrë, vetitë u përcaktuan në përbërjet me hidrogjen monovalent (valenca e elementit të dytë tregohet me një numër romak):
- HCl - klor (I):
- H2O - oksigjen (II);
- NH3 - nitrogjen (III);
- CH4 - karbon (IV).
Në oksidet K2O, CO, N2O3, SiO 2, SO3 përcaktoi valencën e oksigjenit të metaleve dhe jometaleve duke dyfishuar numrin e atomeve të shtuar O. Janë marrë vlerat e mëposhtme: K (I), C (II), N (III), Si (IV), S (VI).
Si të përcaktohet valenca e elementeve kimike
Ka rregullsi në formimin e një lidhjeje kimike që përfshin elektronikë të përbashkëtçifte:
- Valenca tipike e hidrogjenit është I.
- Valenca e zakonshme e oksigjenit - II.
- Për elementët jometalë, valenca më e ulët mund të përcaktohet me formulën 8 - numri i grupit në të cilin ndodhen në sistemin periodik. Më e larta, nëse është e mundur, përcaktohet nga numri i grupit.
- Për elementët e nëngrupeve dytësore, valenca maksimale e mundshme është e njëjtë me numrin e grupit të tyre në tabelën periodike.
Përcaktimi i valencës së elementeve kimike sipas formulës së përbërjes kryhet duke përdorur algoritmin e mëposhtëm:
- Shkruani vlerën e njohur për një nga elementët mbi shenjën kimike. Për shembull, në Mn2O7 valenca e oksigjenit është II.
- Llogaritni vlerën totale, për të cilën duhet të shumëzoni valencën me numrin e atomeve të të njëjtit element kimik në molekulë: 27=14.
- Përcaktoni valencën e elementit të dytë për të cilin është i panjohur. Pjestojeni vlerën e marrë në hapin 2 me numrin e atomeve të Mn në molekulë.
- 14: 2=7. Valenca e manganit në oksidin e tij më të lartë është VII.
Valencë konstante dhe e ndryshueshme
Vlerat e valencës për hidrogjenin dhe oksigjenin janë të ndryshme. Për shembull, squfuri në përbërjen H2S është bivalent, dhe në formulën SO3 është gjashtëvalent. Karboni formon monoksid CO dhe dioksid CO2 me oksigjen. Në përbërjen e parë, valenca e C është II, dhe në të dytën, IV. E njëjta vlerë në metan CH4.
Shumicaelementet nuk shfaqin një valencë konstante, por të ndryshueshme, për shembull, fosfor, azot, squfur. Kërkimi i shkaqeve kryesore të këtij fenomeni çoi në shfaqjen e teorive të lidhjeve kimike, ideve për shtresën e valencës së elektroneve dhe orbitaleve molekulare. Ekzistenca e vlerave të ndryshme të së njëjtës veti u shpjegua nga pikëpamja e strukturës së atomeve dhe molekulave.
Ide moderne rreth valencës
Të gjithë atomet përbëhen nga një bërthamë pozitive e rrethuar nga elektrone të ngarkuar negativisht. Predha e jashtme që formojnë është e papërfunduar. Struktura e përfunduar është më e qëndrueshme, që përmban 8 elektrone (një oktet). Shfaqja e një lidhjeje kimike për shkak të çifteve të përbashkëta të elektroneve çon në një gjendje të favorshme energjetike të atomeve.
Rregulli për formimin e komponimeve është plotësimi i shtresës duke pranuar elektrone ose duke i dhënë ato të paçiftuara - varësisht se cili proces është më i lehtë. Nëse një atom parashikon formimin e një lidhjeje kimike grimca negative që nuk kanë një çift, atëherë ai formon aq lidhje sa ka elektrone të paçiftuar. Sipas koncepteve moderne, valenca e atomeve të elementeve kimike është aftësia për të formuar një numër të caktuar lidhjesh kovalente. Për shembull, në një molekulë të sulfurit të hidrogjenit H2S, squfuri fiton valencën II (–), pasi çdo atom merr pjesë në formimin e dy çifteve elektronike. Shenja "–" tregon tërheqjen e një çifti elektronik në një element më elektronegativ. Për një më pak elektronegativ, "+" i shtohet vlerës së valencës.
Me mekanizmin dhurues-pranues, çiftet elektronike të një elementi dhe orbitalet e valencës së lirë të një elementi tjetër marrin pjesë në proces.
Varësia e valencës nga struktura e atomit
Le të shohim shembullin e karbonit dhe oksigjenit, se si valenca e elementeve kimike varet nga struktura e substancës. Tabela periodike jep një ide të karakteristikave kryesore të atomit të karbonit:
- shenja kimike - C;
- numri i elementit - 6;
- tarifa bazë - +6;
- protonet në bërthamë - 6;
- elektrone - 6, duke përfshirë 4 të jashtme, nga të cilat 2 formojnë një çift, 2 janë të paçiftuar.
Nëse një atom karboni në monoksidin e CO formon dy lidhje, atëherë përdoren vetëm 6 grimca negative. Për të fituar një oktet, është e nevojshme që çiftet të formojnë 4 grimca të jashtme negative. Karboni ka valencë IV (+) në dioksid dhe IV (–) në metan.
Numri rendor i oksigjenit është 8, shtresa e valencës përbëhet nga gjashtë elektrone, 2 prej tyre nuk formojnë çifte dhe marrin pjesë në lidhjen kimike dhe ndërveprimin me atomet e tjerë. Një valencë tipike e oksigjenit është II (–).
Valenca dhe gjendja e oksidimit
Në shumë raste është më i përshtatshëm të përdoret koncepti i "gjendjes së oksidimit". Ky është emri që i jepet ngarkesës së një atomi që do të fitonte nëse të gjitha elektronet e lidhjes do të transferoheshin në një element që ka një vlerë më të lartë të elektronegativitetit (EO). Numri i oksidimit në një substancë të thjeshtë ështëzero. Shenja “–” i shtohet gjendjes së oksidimit të elementit më shumë EO, shenja “+” i shtohet atij më pak elektronegativ. Për shembull, për metalet e nëngrupeve kryesore, gjendjet e oksidimit dhe ngarkesat jonike janë tipike, të barabarta me numrin e grupit me shenjën "+". Në shumicën e rasteve, valenca dhe gjendja e oksidimit të atomeve në të njëjtin përbërës janë numerikisht të njëjta. Vetëm kur ndërveprohet me më shumë atome elektronegative, gjendja e oksidimit është pozitive, me elementët në të cilët EO është më e ulët, është negative. Koncepti i "valencës" përdoret shpesh vetëm për substancat me strukturë molekulare.
