19-р зууны атом, молекулын бүтцийн талаарх мэдлэгийн түвшин нь атомууд бусад бөөмстэй тодорхой тооны холбоо үүсгэдэг шалтгааныг тайлбарлах боломжийг олгодоггүй. Гэвч эрдэмтдийн санаа цаг хугацаанаасаа түрүүлж байсан бөгөөд валентийг химийн үндсэн зарчмуудын нэг болгон судалсаар байна.
"Химийн элементийн валент" гэсэн ойлголтын түүхээс
19-р зууны Английн нэрт химич Эдвард Франкланд атомуудын харилцан үйлчлэлийн үйл явцыг тодорхойлохын тулд "бонд" гэсэн нэр томъёог шинжлэх ухааны хэрэглээнд нэвтрүүлсэн. Эрдэмтэн зарим химийн элементүүд ижил тооны бусад атомуудтай нэгдэл үүсгэдэг болохыг анзаарсан. Жишээлбэл, азот нь аммиакийн молекул дахь устөрөгчийн гурван атомыг холбодог.
1852 оны 5-р сард Франкланд атом нь материйн бусад жижиг хэсгүүдтэй үүсгэж болох тодорхой тооны химийн холбоо байдаг гэсэн таамаглал дэвшүүлсэн. Франкланд хожим валент гэж нэрлэгдэх зүйлийг тайлбарлахдаа "холбох хүч" гэсэн хэллэгийг ашигласан. Их Британийн химич хэдэнхимийн холбоо нь 19-р зууны дунд үеэс мэдэгдэж байсан бие даасан элементүүдийн атомуудыг үүсгэдэг. Франкландын бүтээл орчин үеийн бүтцийн химийн шинжлэх ухаанд оруулсан чухал хувь нэмэр байсан.
Хандлагыг хөгжүүлэх
Германы химич Ф. А. Кекуле 1857 онд нүүрстөрөгч нь тетрабатик гэдгийг баталсан. Хамгийн энгийн нэгдэл болох метан дотор 4 устөрөгчийн атомтай холбоо байдаг. Эрдэмтэн "суурь" гэсэн нэр томъёог бусад хэсгүүдийн хатуу тогтоосон тооны хавсаргах элементүүдийн шинж чанарыг илэрхийлэхэд ашигласан. Орос улсад материйн бүтцийн талаархи мэдээллийг A. M. Butlerov (1861) системчилсэн. Химийн холболтын онол нь элементүүдийн шинж чанарыг үе үе өөрчлөх тухай сургаалын ачаар цаашдын хөгжлийг олж авсан. Зохиогч нь Оросын өөр нэг нэрт химич Д. И. Менделеев юм. Тэрээр нэгдлүүд болон бусад шинж чанарууд дахь химийн элементүүдийн валент нь тэдгээрийн үелэх систем дэх байр сууриас шалтгаалдаг болохыг нотолсон.
Валент ба химийн бондын график дүрслэл
Молекулуудыг дүрслэн харуулах боломж нь валентийн онолын эргэлзээгүй давуу талуудын нэг юм. Анхны загварууд 1860-аад онд гарч ирсэн бөгөөд 1864 оноос хойш бүтцийн томъёог ашигласан бөгөөд энэ нь дотор нь химийн тэмдэг бүхий тойрог юм. Атомуудын тэмдгүүдийн хооронд зураас нь химийн холбоог илэрхийлдэг бөгөөд эдгээр шугамын тоо нь валентийн утгатай тэнцүү байна. Мөн тэр жилүүдэд бөмбөг, саваагаар хийсэн анхны загварууд хийгдсэн (зүүн талд байгаа зургийг үз). 1866 онд Кекуле атомын стереохимийн зургийг санал болгов. Нүүрстөрөгчийг тетраэдр хэлбэртэй гэж тэр өөрийн Органик хими сурах бичигт оруулсан.
Химийн элементүүдийн валент болон холбоо үүсэхийг Г. Льюис судалж, электроныг нээсний дараа 1923 онд бүтээлээ хэвлүүлсэн. Энэ бол атомын бүрхүүлийн нэг хэсэг болох сөрөг цэнэгтэй хамгийн жижиг хэсгүүдийн нэр юм. Льюис номондоо валентийн электроныг илэрхийлэхийн тулд химийн элементийн тэмдгийн дөрвөн талыг тойрсон цэгүүдийг ашигласан.
Устөрөгч ба хүчилтөрөгчийн валент
Үелэх системийг бий болгохоос өмнө нэгдлүүдийн химийн элементүүдийн валентыг ихэвчлэн мэдэгдэж байгаа атомуудтай харьцуулдаг байв. Устөрөгч ба хүчилтөрөгчийг стандарт болгон сонгосон. Өөр нэг химийн элемент нь тодорхой тооны H ба O атомыг татсан эсвэл сольсон.
Ийм маягаар нэг валент устөрөгчтэй нэгдлүүдийн шинж чанарыг тодорхойлсон (хоёр дахь элементийн валентийг Ром тоогоор илэрхийлнэ):
- HCl - хлор (I):
- H2O - хүчилтөрөгч (II);
- NH3 - азот (III);
- CH4 - нүүрстөрөгч (IV).
оксидын K2O, CO, N2O3, SiO 2, SO3 нэмсэн O атомын тоог хоёр дахин нэмэгдүүлэх замаар металл ба металл бусын хүчилтөрөгчийн валентийг тодорхойлсон. Дараах утгыг олж авав. K (I), C (II), N (III), Si (IV), S (VI).
Химийн элементүүдийн валентыг хэрхэн тодорхойлох вэ
Ердийн электроныг хамарсан химийн холбоо үүсэх зүй тогтол байдагхосууд:
- Устөрөгчийн ердийн валент нь I.
- Хүчилтөрөгчийн ердийн валент - II.
- Металл бус элементүүдийн хувьд хамгийн бага валентыг 8-р томъёогоор тодорхойлж болно - тэдгээрийн үечилсэн системд байрлах бүлгийн тоо. Боломжтой бол хамгийн ихийг бүлгийн дугаараар тодорхойлно.
- Хоёрдогч дэд бүлгийн элементүүдийн хувьд хамгийн их боломжтой валент нь тэдгээрийн үелэх систем дэх бүлгийн дугаартай ижил байна.
Нэгдлийн томъёоны дагуу химийн элементүүдийн валентыг тодорхойлохдоо дараах алгоритмыг ашиглан гүйцэтгэнэ:
- Химийн тэмдгийн дээрх аль нэг элементийн мэдэгдэж буй утгыг бичнэ үү. Жишээлбэл, Mn2O7-д хүчилтөрөгчийн валент II байна.
- Молекул дахь ижил химийн элементийн атомын тоогоор валентыг үржүүлэх шаардлагатай нийт утгыг тооцоол: 27=14.
- Үл мэдэгдэх хоёр дахь элементийн валентыг тодорхойл. 2-р алхамд олж авсан утгыг молекул дахь Mn атомын тоонд хуваана.
- 14: 2=7. Дээд исэл дэх манганы валент нь VII.
Тогтмол ба хувьсах валенци
Устөрөгч ба хүчилтөрөгчийн валентын утга өөр байна. Жишээлбэл, H2S нэгдэл дэх хүхэр нь хоёр валент, SO3 томъёонд зургаан валенттай байдаг. Нүүрстөрөгч нь хүчилтөрөгчтэй хамт CO оксид ба давхар исэл CO2 үүсгэдэг. Эхний нэгдэлд С-ийн валент нь II, хоёрдугаарт IV байна. Метан дахь ижил утга CH4.
Хамгийн ихэлементүүд нь тогтмол биш, харин хувьсах валентыг харуулдаг, жишээлбэл, фосфор, азот, хүхэр. Энэ үзэгдлийн гол шалтгааныг хайх нь химийн бондын онол, электронуудын валентын бүрхүүл, молекулын орбиталуудын талаархи санааг бий болгоход хүргэсэн. Ижил шинж чанарын өөр өөр утгууд байдгийг атом ба молекулын бүтцийн үүднээс тайлбарлав.
Валентын талаарх орчин үеийн санаанууд
Бүх атомууд сөрөг цэнэгтэй электронуудаар хүрээлэгдсэн эерэг цөмөөс бүрддэг. Тэдний үүсгэсэн гаднах бүрхүүл нь дуусаагүй байна. Дууссан бүтэц нь 8 электрон (октет) агуулсан хамгийн тогтвортой бүтэц юм. Нийтлэг электрон хосуудын улмаас химийн холбоо үүсэх нь атомыг энергийн хувьд таатай төлөвт хүргэдэг.
Нэгдлүүд үүсэх дүрэм бол аль процесс нь илүү хялбар байхаас шалтгаалж электрон хүлээн авах эсвэл хосгүй электронуудыг өгөх замаар бүрхүүлийг дуусгах явдал юм. Хэрэв атом нь хосгүй сөрөг тоосонцор химийн холбоо үүсгэдэг бол хосгүй электронтой адил олон тооны холбоо үүсгэдэг. Орчин үеийн үзэл баримтлалын дагуу химийн элементийн атомын валент нь тодорхой тооны ковалент холбоо үүсгэх чадвар юм. Жишээлбэл, хүхэрт устөрөгчийн молекул H2S-д атом бүр хоёр электрон хос үүсэхэд оролцдог тул хүхэр II (-) валентыг авдаг. “–” тэмдэг нь электрон хосыг илүү цахилгаан сөрөг элемент рүү татахыг илтгэнэ. Бага цахилгаан сөрөг утгын хувьд "+"-г валентийн утга дээр нэмнэ.
Донор-хүлээн авагч механизмтай бол процесст нэг элементийн электрон хос, нөгөө элементийн чөлөөт валентын орбитал оролцдог.
Валентийн атомын бүтцээс хамаарах хамаарал
Химийн элементүүдийн валент нь тухайн бодисын бүтцээс хэрхэн хамаардаг нүүрстөрөгч ба хүчилтөрөгчийн жишээг харцгаая. Тогтмол хүснэгт нь нүүрстөрөгчийн атомын үндсэн шинж чанаруудын талаархи санааг өгдөг:
- химийн тэмдэг - C;
- элементийн дугаар - 6;
- үндсэн төлбөр - +6;
- цөм дэх протонууд - 6;
- электрон - 6, түүний дотор 4 гадаад электрон, үүнээс 2 нь хос үүсгэдэг, 2 нь хосгүй байна.
Хэрэв СО дутуу исэл дэх нүүрстөрөгчийн атом нь хоёр холбоо үүсгэдэг бол зөвхөн 6 сөрөг бөөмс түүний хэрэглээнд ордог. Октет олж авахын тулд хосууд 4 гадаад сөрөг бөөмс үүсгэх шаардлагатай. Нүүрстөрөгч нь давхар исэлд IV (+), метан дахь IV (-) валенттай.
Хүчилтөрөгчийн энгийн тоо 8, валентын бүрхүүл нь зургаан электроноос бүрдэх ба тэдгээрийн 2 нь хос үүсгэдэггүй, бусад атомуудтай химийн холбоо, харилцан үйлчлэлд оролцдог. Ердийн хүчилтөрөгчийн валент нь II (–).
Валент ба исэлдэлтийн төлөв
Олон тохиолдолд "исэлдэлтийн төлөв" гэсэн ойлголтыг ашиглах нь илүү тохиромжтой байдаг. Энэ нь бүх холболтын электроныг цахилгаан сөрөг (EO) өндөр утгатай элемент рүү шилжүүлсэн тохиолдолд атомын цэнэгийг авсан нэр юм. Энгийн бодис дахь исэлдэлтийн тоо ньтэг. Илүү их EO элементийн исэлдэлтийн төлөвт “–” тэмдэг, электрон сөрөг багатайд “+” тэмдэг нэмэгддэг. Жишээлбэл, үндсэн дэд бүлгийн металлын хувьд исэлдэлтийн төлөв ба ионы цэнэг нь "+" тэмдэгтэй бүлгийн дугаартай тэнцүү байдаг. Ихэнх тохиолдолд ижил нэгдэл дэх атомуудын валент ба исэлдэлтийн төлөв нь тоон хувьд ижил байдаг. Зөвхөн электрон сөрөг атомуудтай харилцан үйлчлэлцэх үед исэлдэлтийн төлөв эерэг, EO багатай элементүүдэд сөрөг байдаг. "Валент" гэсэн ойлголтыг ихэвчлэн зөвхөн молекулын бүтэцтэй бодисуудад ашигладаг.
