Валентні можливості атомів хімічних елементів
Будова зовнішніх енергетичних рівнів атомів хімічних елементів і визначає в основному властивості їх атомів. Тому ці рівні називають валентними. Електрони цих рівнів, а іноді і предвнешнего рівнів можуть брати участь в утворенні хімічних зв’язків. Такі електрони також називають валентними.
Валентність атома хімічного елемента визначається в першу чергу числом неспарених електронів, які беруть участь в утворенні хімічного зв’язку.
Валентні електрони атомів елементів головних підгруп розташовані на s – і р-орбіталях зовнішнього електронного шару. У елементів побічних підгруп, крім лантаноїдів і актиноїдів, валентні електрони розташовані на s-орбіталі зовнішнього і d-орбіталях предвнешнего шарів.
Для того щоб правильно оцінити валентні можливості атомів хімічних елементів, потрібно розглянути розподіл електронів в них по енергетичним рівням і подуровням і визначити число неспарених електронів відповідно до принципу Паулі і правилом Хунда для збудженому (основного, або стаціонарного) стану атома і для порушеної (то є отримав додаткову енергію, в результаті чого відбувається розпарювання електронів зовнішнього шару і перехід їх на вільні орбіталі). Атом в збудженому стані позначають відповідним символом елемента із зірочкою. Наприклад, розглянемо валентні можливості атомів фосфору в стаціонарному і збудженому станах:
Валентні можливості атомів хімічних елементів
У збудженому стані атом фосфору має зо три не-спарених електрона на р-підрівні. При переході атома в збуджений стан один з пари електронів d-підрівні може переходити на вільну орбіталь d-підрівні. Валентність фосфору при цьому змінюється з трьох (в основному стані) до п’яти (в збудженому стані).
Роз’єднання спарених електронів вимагає витрат енергії, так як спаровування електронів супроводжується зниженням потенційної енергії атомів. Разом з тим витрата енергії на переклад атома в збуджений стан компенсується енергією, що виділяється при утворенні хімічних зв’язків неспареними електронами.
Так, атом вуглецю в стаціонарному стані має два неспарених електрона. Отже, з їх участю можуть утворитися дві загальні електронні пари, які здійснюють дві ковалентні зв’язку. Однак вам добре відомо, що в багатьох неорганічних і у всіх органічних сполуках присутні атоми чотирьохвалентного вуглецю. Очевидно, що його атоми утворили чотири ковалентні зв’язки в цих з’єднаннях, перебуваючи в збудженому стані.
Валентні можливості атомів хімічних елементів
Витрати енергії на збудження атомів вуглецю з надлишком компенсуються енергією, що виділяється при утворенні двох додаткових ковалентних зв’язків. Так, для перекладу атомів вуглецю зі стаціонарного стану 2s22р2 в порушену – 2s12р3 потрібно затратити близько 400 кДж / моль енергії. Але при утворенні С-Н-зв’язку в граничних вуглеводнях виділяється 360 кДж / моль. Отже, при утворенні двох молей С-Н-зв’язків виділиться 720 кДж, що перевищує енергію перекладу атомів вуглецю в збуджений стан на 320 кДж / моль.
На закінчення слід зазначити, що валентні можливості атомів хімічних елементів далеко не вичерпуються числом неспарених електронів в стаціонарному і збудженому станах атомів. Якщо ви згадаєте донорно-ак-цепторний механізм утворення ковалентних зв’язків, то вам стануть зрозумілі і дві інші валентні можливості атомів хімічних елементів, які визначаються наявністю вільних орбіталей і наявністю неподіленого електронних пар, здатних дати ковалентну хімічний зв’язок по донор-но-акцепторному механізму. Згадайте освіту іона амонію NH4 +. (Більш детально ми розглянемо реалізацію цих валентних можливостей атомами хімічних елементів при вивченні хімічного зв’язку.)
Зробимо загальний висновок.
Валентні можливості атомів хімічних елементів визначаються: 1) числом неспарених електронів (одноелектронних орбіталей); 2) наявністю вільних орбіталей; 3) наявністю неподіленого пар електронів.
1. Якими трьома факторами визначаються валентні можливості атомів хімічних елементів?
2. Чому максимальна валентність атомів елементів другого періоду не може бути більше чотирьох?
3. Згадайте, чим відрізняються поняття валентності та ступені окислення. Що між ними спільного?
4. Вкажіть валентність і ступінь окиснення атомів азоту в йоні амонію NH4 +.
5. Визначте валентність і ступінь окиснення атомів вуглецю в речовинах з формулами С2Н6, С2Н4, С2Н2.
6. Визначте валентність і ступінь окиснення атомів в речовинах з формулами N2, NF3, Н202, ОF2, 02F2.
7. Визначте валентні можливості атомів сірки і хлору в основному і збудженому станах.
(2 votes, average: 3.50 out of 5)