DEFINICIJA
Fosfor nalazi se u trećoj periodi skupine V glavne (A) podskupine periodnog sustava.
Fosfor tvori nekoliko alotropa: bijeli, crveni i crni fosfor.
U svom čistom obliku, bijeli fosfor je potpuno bezbojan i proziran; tehnički bijeli fosfor je žućkaste boje i izgled izgleda kao vosak. Gustoća 1,83 g/cm3. Na hladnoći bijeli fosfor je krhak, ali na temperaturama iznad 15 o C postaje mekan i lako se reže nožem. Lako oksidira na zraku, uzrokujući da svijetli u mraku. Ima molekularnu kristalna rešetka u čijim se čvorovima nalaze tetraedarske molekule P4. Otrovno.
Crveni fosfor sastoji se od nekoliko oblika, koji su polimerne tvari, čiji sastav nije u potpunosti shvaćen. Sporo oksidira na zraku, ne svijetli u mraku i nije otrovan. Gustoća 2,0-2,4 g/cm3. Zagrijavanjem sublimira. Kad se para crvenog fosfora ohladi, dobiva se bijeli fosfor.
Crni fosfor nastaje iz bijelog fosfora zagrijavanjem pod visokim tlakom na 200-220 o C. Izgledom je sličan grafitu, mastan na dodir. Gustoća - 2,7 g / cm3. Poluvodič.
Valencija fosfora u spojevima
Fosfor je petnaesti element periodnog sustava D.I. Mendeljejev. U VA skupini je treća trećina. Jezgra atoma fosfora sadrži 15 protona i 16 neutrona ( maseni broj jednako 31). Atom fosfora ima tri energetske razine, koje sadrže 15 elektrona (slika 1).
Riža. 1. Građa atoma fosfora.
Elektronska formula atoma fosfora u osnovnom stanju je sljedeća:
1s 2 2s 2 2str 6 3s 2 3str 3 .
I energetski dijagram (konstruiran samo za elektrone vanjske energetske razine, koji se inače nazivaju valencija):
Prisutnost tri nesparena elektrona ukazuje da je fosfor sposoban pokazati valenciju III (P III 2 O 3, Ca 3 P III 2, P III H 3, itd.).
Budući da u trećem energetskom sloju, osim 3s i 3p podrazine, postoji i 3d podrazina, atom fosfora karakterizira prisutnost pobuđenog stanja: par elektrona 3s podrazine je isparen i jedan od njih zauzima praznu orbitalu 3d podrazine.
Prisutnost pet nesparenih elektrona ukazuje da je fosfor također karakteriziran valencijom V (P V 2 O 5, H 3 P V O 4, P V Cl 5, itd.).
Primjeri rješavanja problema
PRIMJER 1
Svojstva atoma uvelike su određena strukturom njegovog vanjskog sloja elektrona. U formiranju mogu sudjelovati elektroni koji se nalaze na vanjskom, a ponekad i na pretposljednjem elektronskom sloju atoma kemijske veze. Takvi se elektroni nazivaju valencija Na primjer, atom fosfora ima 5 valentnih elektrona: (slika 1).
Riža. 1. Elektronska formula atoma fosfora
Valentni elektroni atoma elemenata glavnih podskupina nalaze se u s- i p-orbitalama vanjskog elektronskog sloja. Za elemente sporednih podskupina, osim za lantanide i aktinoide, valentni elektroni nalaze se u s-orbitali vanjskog i d-orbitali pretposljednjeg sloja.
Valencija je sposobnost atoma da stvara kemijske veze. Ova definicija a sam pojam valencije točan je samo u odnosu na tvari s kovalentnim tipom veze. Za ionske spojeve ovaj koncept nije primjenjiv; umjesto njega se koristi formalni koncept "oksidacijskog stanja".
Valenciju karakterizira broj elektronskih parova koji se formiraju kada atom međudjeluje s drugim atomima. Na primjer, valencija dušika u amonijaku NH3 je tri (slika 2).
Riža. 2. Elektroničke i grafičke formule molekule amonijaka
Broj elektronskih parova koje atom može formirati s drugim atomima ovisi prije svega o broju njegovih nesparenih elektrona. Na primjer, ugljikov atom ima dva nesparena elektrona u 2p orbitalama (slika 3). Iz broja nesparenih elektrona možemo reći da takav atom ugljika može pokazivati valenciju II.
Riža. 3. Elektronička struktura atom ugljika u osnovnom stanju
U svemu organska tvar i još Ne organski spojevi ugljik je četverovalentan. Takva je valencija moguća samo u pobuđenom stanju atoma ugljika, u koje se on pretvara primanjem dodatne energije.
U pobuđenom stanju 2s elektroni u ugljikovom atomu su spareni, od kojih jedan odlazi u slobodnu 2p orbitalu. Četiri nesparena elektrona mogu tvoriti četiri kovalentne veze. Pobuđeno stanje atoma obično se označava "zvjezdicom" (slika 4).
Riža. 4. Elektronska struktura ugljikovog atoma u pobuđenom stanju
Može li dušik imati valenciju pet, na temelju broja njegovih valentnih elektrona? Razmotrimo mogućnosti valencije atoma dušika.
Atom dušika ima dva elektronska sloja, na kojima se nalazi samo 7 elektrona (slika 5).
Riža. 5. Elektronički sklop struktura vanjskog sloja atoma dušika
Dušik može dijeliti tri elektronska para s tri druga elektrona. Par elektrona u 2s orbitali također može sudjelovati u stvaranju veze, ali putem drugačijeg mehanizma - donor-akceptora, tvoreći četvrtu vezu.
Sparivanje 2s elektrona u atomu dušika je nemoguće, budući da na drugom elektronskom sloju ne postoji d podrazina. Stoga je najveća valencija dušika IV.
Sažimanje lekcije
U lekciji ste naučili odrediti valentne sposobnosti atoma kemijski elementi. Dok ste proučavali materijal, naučili ste koliko atoma drugih kemijskih elemenata određeni atom može vezati na sebe, kao i zašto elementi pokazuju različite vrijednosti valencije.
Izvori
http://www.youtube.com/watch?t=3&v=jSTB1X1mD0o
http://www.youtube.com/watch?t=7&v=6zwx_d-MIvQ
http://www.youtube.com/watch?t=1&v=qj1EKzUW16M
http://interneturok.ru/ru/school/chemistry/11-klass - sažetak
Broj kovalentnih veza koje atom može formirati naziva se valencija elementa. Valentne sposobnosti atoma određene su prisutnošću valentnih elektrona na vanjskoj energetskoj razini.
Svi elementi planeta formirani su od atoma. To su sićušne čestice koje se sastoje od pozitivno nabijene jezgre i negativno nabijenih elektrona. Jezgra sadrži protone i neutrone. Elektroni privučeni jezgrom nalaze se i kreću u orbitalama na različitim udaljenostima od središta. Neravnomjeran položaj elektrona u odnosu na jezgru nazivamo energetskim razinama.
Riža. 1. Građa atoma.
U periodnom sustavu najviša valencija odgovara broju skupine u kojoj se element nalazi. Broj energetskih razina podudara se s brojem razdoblja, elektroni - s serijskim brojem.
Riža. 2. Periodni sustav.
Mogućnosti valencije
Za procjenu valentnih sposobnosti atoma kemijskih elemenata potrebno je detaljno razmotriti raspodjelu elektrona na energetskim razinama.
Valencija odgovara broju nesparenih elektrona koji se nalaze u s- i p-orbitalama vanjske energetske razine. Valentni elektroni atoma elemenata uključenih u sekundarne skupine periodnog sustava nalaze se u s-orbitali vanjske razine i d-orbitalama koje tvore vanjsku podrazinu.
U običnom (stacionarnom) stanju elektroni zauzimaju određeni položaj u atomu. Stacionarna elektronička konfiguracija fiksirana je u periodnom sustavu. U pobuđenom stanju (reakcija s drugim elementima) dolazi do redistribucije energije atoma i mijenjanja položaja elektrona.
Pogledajmo primjer. Atom fosfora u stacionarnom položaju ima elektronička konfiguracija 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 .
To znači da je 15 elektrona raspoređeno na tri razine. Na vanjska razina, koji uključuje s- i p-orbitale, postoji pet valentnih elektrona. U ovom slučaju tri elektrona u p-orbitali su nesparena, a dva elektrona u s-orbitali čine par. U skladu s tim mogu nastati tri nesparena elektrona kovalentne veze, a valencija fosfora je tri.
Fosfor je u skupini V, glavnoj podskupini. To znači da atom sadrži praznu d-podrazinu. U pobuđenom stanju spareni su elektroni s-razine, a jedan elektron prelazi na d-podrazinu. Nastaje pet slobodnih, nesparenih elektrona. Prema tome, atom fosfora dobiva petu valenciju.
Riža. 3. Grafička elektronička formula fosfora u normalnom i pobuđenom stanju.
Parenje se događa uz utrošak energije. Potrošnja energije nadoknađuje se stvaranjem kovalentnih veza uz oslobađanje energije.
Ovisno o sposobnosti prelaska u pobuđeno stanje, elementi se dijele u dvije skupine: s promjenjivom i konstantnom valencijom. alkalna, zemnoalkalijski metali, fluor i aluminij. Promjenjiva valencija svojstvena je svim ostalim elementima. Inertni plinovi ne reagiraju, pa se smatra da nemaju valentnost.
Što smo naučili?
Valencija pokazuje koliko se atoma element može vezati kovalentnim vezama. Vrijednost valencije podudara se s brojem elektrona na vanjskoj energetskoj razini i odgovara broju skupine periodnog sustava u kojoj se element nalazi. Zbog sposobnosti ulaska u pobuđeno stanje većina elemenata ima promjenjivu valenciju. Aktivni metali i fluor zadržavaju istu valenciju u bilo kojem stanju.
Struktura vanjskih energetskih razina atoma kemijskih elemenata uglavnom određuje svojstva njihovih atoma. Stoga se te razine nazivaju valentnim razinama. Elektroni ovih razina, a ponekad i predvanjskih razina, mogu sudjelovati u stvaranju kemijskih veza. Takvi se elektroni nazivaju i valentni elektroni.
Valencija atoma kemijskog elementa određena je prvenstveno brojem nesparenih elektrona koji sudjeluju u stvaranju kemijske veze.
Valentni elektroni atoma elemenata glavnih podskupina nalaze se u s- i p-orbitalama vanjskog elektronskog sloja. Za elemente pobočnih podskupina, osim za lantanide i aktinoide, valentni elektroni nalaze se u s-orbitali vanjskog i d-orbitali predvanjskog sloja.
Da bi se ispravno procijenile valentne sposobnosti atoma kemijskih elemenata, potrebno je razmotriti raspodjelu elektrona u njima prema razine energije i podrazine i odrediti broj nesparenih elektrona u skladu s Paulijevim načelom i Hundovim pravilom za nepobuđeno (osnovno ili stacionarno) stanje atoma i za pobuđeno stanje (odnosno primiti dodatnu energiju, uslijed koje elektroni vanjskog sloja se sparuju i prenose na slobodne orbitale) . Atom u pobuđenom stanju označen je odgovarajućim simbolom elementa sa zvjezdicom. Na primjer, razmotrite mogućnosti valencije atoma fosfora u stacionarnim i pobuđenim stanjima:
U nepobuđenom stanju atom fosfora ima tri nesparena elektrona u p podrazini. Kada atom prijeđe u pobuđeno stanje, jedan od para elektrona d-podrazine može se pomaknuti na praznu orbitalu d-podrazine. Valencija fosfora se mijenja od tri (u osnovnom stanju) do pet (u pobuđenom stanju).
Odvajanje sparenih elektrona zahtijeva energiju, budući da je sparivanje elektrona popraćeno smanjenjem potencijalna energija atomi. Istodobno, potrošnja energije za prijenos atoma u pobuđeno stanje kompenzira se energijom koja se oslobađa tijekom stvaranja kemijskih veza nesparenih elektrona.
Dakle, atom ugljika u stacionarnom stanju ima dva nesparena elektrona. Posljedično, uz njihovo sudjelovanje, mogu se formirati dva zajednička elektronska para, stvarajući dvije kovalentne veze. Međutim, dobro vam je poznato da mnogi anorganski i svi organski spojevi sadrže četverovalentne ugljikove atome. Očito je da su njegovi atomi u tim spojevima u pobuđenom stanju formirali četiri kovalentne veze. 
Energija potrošena na pobuđivanje ugljikovih atoma više je nego kompenzirana energijom koja se oslobađa tijekom stvaranja dviju dodatnih kovalentnih veza. Dakle, za prijenos atoma ugljika iz stacionarnog stanja 2s 2 2r 2 u pobuđeno stanje - 2s 1 2r 3 potrebno je utrošiti oko 400 kJ/mol energije. Ali kada se CH veza formira u zasićeni ugljikovodici Oslobađa se 360 kJ/mol. Posljedično, kada se formiraju dva mola C-H veza, oslobodit će se 720 kJ, što premašuje energiju prijenosa ugljikovih atoma u pobuđeno stanje za 320 kJ/mol.
Zaključno, treba napomenuti da valentne sposobnosti atoma kemijskih elemenata nisu ograničene samo na broj nesparenih elektrona u stacionarnim i pobuđenim stanjima atoma. Ako se prisjetite donorsko-akceptorskog mehanizma za stvaranje kovalentnih veza, tada će vam postati jasne još dvije valentne mogućnosti atoma kemijskih elemenata, koje su određene prisutnošću slobodnih orbitala i prisutnošću usamljenih elektronskih parova koji mogu dati kovalentna kemijska veza putem donor-akceptorskog mehanizma. Prisjetite se nastanka amonijevog iona NH4+. (Razmotrit ćemo detaljnije implementaciju ovih valentnih mogućnosti pomoću atoma kemijskih elemenata pri proučavanju kemijskih veza.) Izvucimo opći zaključak.
Na nastavi kemije već ste se upoznali s pojmom valencije kemijskih elemenata. Sve smo sakupili na jednom mjestu korisna informacija o ovom pitanju. Koristite ga kada se pripremate za državni ispit i Jedinstveni državni ispit.
Valencija i kemijska analiza
Valencija– sposobnost atoma kemijskih elemenata da stupaju u kemijske spojeve s atomima drugih elemenata. Drugim riječima, to je sposobnost atoma da stvori određeni broj kemijskih veza s drugim atomima.
S latinskog se riječ "valencija" prevodi kao "snaga, sposobnost". Vrlo ispravno ime, zar ne?
Pojam "valencije" jedan je od osnovnih u kemiji. Uveden je čak i prije nego što su znanstvenici upoznali strukturu atoma (još 1853. godine). Stoga, dok smo proučavali strukturu atoma, ona je doživjela neke promjene.
Dakle, sa stajališta elektronske teorije, valencija je izravno povezana s brojem vanjskih elektrona atoma elementa. To znači da pod "valencijom" mislimo na broj elektronskih parova kojima je atom povezan s drugim atomima.
Znajući to, znanstvenici su mogli opisati prirodu kemijske veze. Leži u činjenici da par atoma tvari dijeli par valentnih elektrona.
Možete se zapitati kako su kemičari 19. stoljeća mogli opisati valentnost čak i kad su vjerovali da ne postoje čestice manje od atoma? To ne znači da je bilo tako jednostavno – oslanjali su se na kemijsku analizu.
Po kemijska analiza Znanstvenici iz prošlosti odredili su sastav kemijskog spoja: koliko je atoma različitih elemenata sadržano u molekuli dotične tvari. Da bi se to postiglo, bilo je potrebno odrediti kolika je točna masa svakog elementa u uzorku čiste (bez nečistoća) tvari.
Istina, ova metoda nije bez nedostataka. Budući da se valencija elementa može tako odrediti samo u njegovoj jednostavnoj kombinaciji s uvijek jednovalentnim vodikom (hidrid) ili uvijek dvovalentnim kisikom (oksid). Na primjer, valencija dušika u NH 3 je III, jer je jedan atom vodika vezan na tri atoma dušika. I valencija ugljika u metanu (CH 4), prema istom principu, je IV.
Ova metoda za određivanje valencije prikladna je samo za jednostavne tvari. Ali u kiselinama na ovaj način možemo odrediti samo valenciju spojeva kao što su kiselinski ostaci, ali ne i svih elemenata (osim poznate valencije vodika) pojedinačno.
Kao što ste već primijetili, valencija je označena rimskim brojevima.
Valencija i kiseline
Budući da valencija vodika ostaje nepromijenjena i dobro vam je poznata, možete lako odrediti valenciju kiselinskog ostatka. Tako, na primjer, u H 2 SO 3 valencija SO 3 je I, u HClO 3 valencija ClO 3 je I.
Na sličan način, ako je poznata valencija kiselinskog ostatka, lako je napisati ispravnu formulu kiseline: NO 2 (I) - HNO 2, S 4 O 6 (II) - H 2 S 4 O 6.
Valencija i formule
Koncept valencije ima smisla samo za tvari molekularne prirode i nije baš prikladan za opisivanje kemijskih veza u spojevima klasterne, ionske, kristalne prirode itd.
Indeksi u molekulskim formulama tvari odražavaju broj atoma elemenata koji ih čine. Poznavanje valencije elemenata pomaže u ispravnom postavljanju indeksa. Na isti način, gledajući molekulsku formulu i indekse, možete odrediti valencije sastavnih elemenata.
Ovakve zadatke radite na satovima kemije u školi. Na primjer, imati kemijska formula tvar u kojoj je poznata valencija jednog od elemenata, lako se može odrediti valencija drugog elementa.
Da biste to učinili, samo se trebate sjetiti da je u tvari molekularne prirode broj valencija oba elementa jednak. Stoga upotrijebite najmanji zajednički višekratnik (koji odgovara broju slobodnih valencija potrebnih za spoj) da odredite valenciju elementa koji vam nije poznat.
Da budemo jasniji, uzmimo formulu željeznog oksida Fe 2 O 3. Ovdje u stvaranju kemijske veze sudjeluju dva atoma željeza s valencijom III i 3 atoma kisika s valencijom II. Njihov najmanji zajednički višekratnik je 6.
- Primjer: imate formule Mn 2 O 7. Znate valenciju kisika, lako je izračunati da je najmanji zajednički višekratnik 14, stoga je valencija Mn VII.
Na sličan način možete učiniti suprotno: zapišite ispravnu kemijsku formulu tvari, znajući valencije njezinih elemenata.
- Primjer: da bismo pravilno napisali formulu fosfornog oksida, uzimamo u obzir valenciju kisika (II) i fosfora (V). To znači da je najmanji zajednički višekratnik za P i O 10. Stoga formula ima sljedeći oblik: P 2 O 5.
Poznavajući dobro svojstva elemenata koja oni pokazuju u raznim spojevima, moguće je već po izgledu takvih spojeva odrediti njihovu valenciju.
Na primjer: bakreni oksidi su crvene (Cu 2 O) i crne (CuO) boje. Bakreni hidroksidi obojeni su žuto (CuOH) i plavo (Cu(OH) 2).
Kako bi vam kovalentne veze u tvarima bile zornije i razumljivije, napišite njihove strukturne formule. Crte između elemenata predstavljaju veze (valenciju) koje nastaju između njihovih atoma:
Karakteristike valentnosti
Danas se određivanje valencije elemenata temelji na poznavanju strukture vanjskih elektronskih ljuski njihovih atoma.
Valencija može biti:
- konstanta (metali glavnih podskupina);
- varijabilni (nemetali i metali sekundarnih skupina):
- viša valencija;
- najniža valencija.
Sljedeće ostaje konstantno u različitim kemijskim spojevima:
- valencija vodika, natrija, kalija, fluora (I);
- valencija kisika, magnezija, kalcija, cinka (II);
- valencija aluminija (III).
Ali valencija željeza i bakra, broma i klora, kao i mnogih drugih elemenata mijenja se kada tvore različite kemijske spojeve.
Teorija valencije i elektrona
U okviru elektronske teorije, valencija atoma se određuje na temelju broja nesparenih elektrona koji sudjeluju u formiranju elektronskih parova s elektronima drugih atoma.
U stvaranju kemijskih veza sudjeluju samo elektroni smješteni u vanjskoj ljusci atoma. Stoga je najveća valencija kemijskog elementa broj elektrona u vanjskoj elektronskoj ljusci njegovog atoma.
Pojam valencije usko je povezan s Periodični zakon, otkrio D.I.Mendeleev. Ako pažljivo pogledate periodni sustav, lako možete primijetiti: položaj elementa u periodnom sustavu i njegova valencija neraskidivo su povezani. Najveća valencija elemenata koji pripadaju istoj skupini odgovara rednom broju skupine u periodnom sustavu.
Najnižu valenciju saznat ćete kada od broja skupina u periodnom sustavu (ima ih osam) oduzmete broj skupine elementa koji vas zanima.
Na primjer, valencija mnogih metala podudara se s brojevima skupina u tablici periodični elementi kojoj pripadaju.
Tablica valencije kemijskih elemenata
|
Serijski broj kem. element (atomski broj) |
Ime |
Kemijski simbol |
Valencija |
| 1 | Vodik Helij Litij Berilijum Ugljik Dušik / dušik Kisik Fluor Neon / Neon Natrij/natrij Magnezij / magnezij Aluminij Silicij Fosfor / Fosfor Sumpor/Sumpor Klor Argon / Argon Kalij/Kalij Kalcij Skandij / Skandij Titanij Vanadij Krom / Krom Mangan / Mangan Željezo Kobalt nikal Bakar Cinkov Galij germanij Arsen/Arsen Selen Brom Kripton / Kripton Rubidij / Rubidij Stroncij / Stroncij Itrij / itrij Cirkonij / cirkonij Niobij / niobij Molibden Tehnecij / tehnecij Rutenij / rutenij Rodij paladij Srebro Kadmij Indij Lim/Kositer Antimon / Antimon Telur / Telur Jod / Jod Xenon / Xenon cezij Barij / barij Lantan / Lantan Cerij Praseodim / Praseodim Neodimij / Neodimij Prometij / Prometij Samarij / Samarium Europij Gadolinij / Gadolinij Terbij / terbij Disprozij / Disprozij Holmij Erbij tulij Iterbij / Iterbij Lutecij / Lutecij Hafnij / hafnij Tantal / tantal Volfram/Volfram Renij / Renij Osmij / Osmij Iridij / Iridij Platina Zlato Merkur Talij / talij Voditi/Voditi Bizmut Polonij Astatin Radon / Radon francij Radij / radij aktinij torij Proactinium / Protaktinij Uran / uran |
H | ja (I), II, III, IV, V I, (II), III, (IV), V, VII II, (III), IV, VI, VII II, III, (IV), VI (I), II, (III), (IV) I, (III), (IV), V (II), (III), IV (II), III, (IV), V (II), III, (IV), (V), VI (II), III, IV, (VI), (VII), VIII (II), (III), IV, (VI) I, (III), (IV), V, VII (II), (III), (IV), (V), VI (I), II, (III), IV, (V), VI, VII (II), III, IV, VI, VIII (I), (II), III, IV, VI (I), II, (III), IV, VI (II), III, (IV), (V) Nema podataka Nema podataka (II), III, IV, (V), VI |
One valencije koje elementi koji ih posjeduju rijetko pokazuju dane su u zagradama.
Valencija i oksidacijsko stanje
Dakle, govoreći o stupnju oksidacije, misli se da atom u tvari ionske (što je važno) prirode ima određeni konvencionalni naboj. A ako je valencija neutralna karakteristika, tada oksidacijsko stanje može biti negativno, pozitivno ili jednako nuli.
Zanimljivo, za atom istog elementa, ovisno o elementima s kojima se tvori kemijski spoj, valencija i oksidacijsko stanje mogu biti isti (H 2 O, CH 4 itd.) ili različiti (H 2 O 2, HNO 3).
Zaključak
Produbljivanjem znanja o građi atoma dublje ćete i detaljnije učiti o valenciji. Ovaj opis kemijskih elemenata nije iscrpan. Ali ima veliki praktični značaj. Kao što ste i sami vidjeli više od jednom, rješavanje problema i provođenje kemijskih eksperimenata na vašim satovima.
Ovaj je članak osmišljen kako bi vam pomogao organizirati svoje znanje o valenciji. I podsjetiti vas kako se može odrediti i gdje se koristi valencija.
Nadamo se da će vam ovaj materijal biti od koristi u pripremi domaće zadaće i samostalnoj pripremi za kolokvije i ispite.
web stranice, pri kopiranju materijala u cijelosti ili djelomično, poveznica na izvor je obavezna.
