تدوین فرمول های شیمیایی ترکیبات با توجه به ظرفیت عناصر. فرمول ها توسط او نوشته شده است. بررسی کنید: درست است؟ در اینجا برخی از

یکی از مباحث مهم در بررسی مباحث مدرسه، درس ظرفیت است. این در مقاله مورد بحث قرار خواهد گرفت.

ظرفیت - چیست؟

ظرفیت در شیمی به معنای خاصیت اتم های یک عنصر شیمیایی برای اتصال اتم های یک عنصر دیگر به خود است. ترجمه از لاتین - قدرت. به صورت اعداد بیان می شود. به عنوان مثال، ظرفیت هیدروژن همیشه برابر با یک خواهد بود. اگر فرمول آب - H2O را بگیریم، می توان آن را به صورت H - O - H نشان داد. یک اتم اکسیژن توانست دو اتم هیدروژن را به خود متصل کند. این بدان معنی است که تعداد پیوندهایی که اکسیژن ایجاد می کند دو است. و ظرفیت این عنصر برابر با دو خواهد بود.

به نوبه خود، هیدروژن دو ظرفیتی خواهد بود. اتم آن فقط می تواند به یک اتم از یک عنصر شیمیایی متصل شود. در این مورد، اکسیژن. به طور دقیق تر، اتم ها، بسته به ظرفیت عنصر، جفت الکترون را تشکیل می دهند. چه تعداد از این جفت ها تشکیل می شود - ظرفیت آن چنین خواهد بود. مقدار عددی را شاخص می نامند. شاخص اکسیژن 2 است.

نحوه تعیین ظرفیت عناصر شیمیایی با توجه به جدول دیمیتری مندلیف

با نگاهی به جدول تناوبی عناصر، می توانید ردیف های عمودی را ببینید. به آنها گروهی از عناصر می گویند. ارزش نیز به گروه بستگی دارد. عناصر گروه اول دارای ظرفیت اول هستند. دومی دومی است. سوم - سوم. و غیره.

همچنین عناصری با شاخص ظرفیت ثابت وجود دارد. به عنوان مثال، هیدروژن، گروه هالوژن، نقره و غیره. آنها را باید آموخت.

چگونه ظرفیت عناصر شیمیایی را با فرمول تعیین کنیم؟

گاهی اوقات تعیین ظرفیت از جدول تناوبی دشوار است. سپس باید به فرمول شیمیایی خاص نگاه کنید. اکسید FeO را بگیرید. در اینجا، آهن، مانند اکسیژن، دارای شاخص ظرفیت دو است. اما در اکسید Fe2O3 متفاوت است. آهن سه ظرفیتی خواهد بود.

همیشه باید به یاد آورد روش های مختلفتعاریف ظرفیت و فراموش نکنید. مقادیر عددی ثابت آن را بدانید. کدام عناصر آنها را دارند. و البته از جدول عناصر شیمیایی استفاده کنید. و همچنین فرمول های شیمیایی فردی را مطالعه کنید. بهتر است آنها را به صورت شماتیک نشان دهید: برای مثال H - O - H. سپس اتصالات قابل مشاهده است. و تعداد خط تیره ها (خط تیره) مقدار عددی ظرفیت خواهد بود.

الکترونگاتیوی، مانند سایر خواص اتم های عناصر شیمیایی، به طور دوره ای با افزایش تعداد ترتیبی عنصر تغییر می کند:

نمودار بالا تناوب تغییر در الکترونگاتیوی عناصر زیرگروه های اصلی را بسته به عدد ترتیبی عنصر نشان می دهد.

هنگام حرکت به سمت پایین در زیر گروه جدول تناوبی، الکترونگاتیوی عناصر شیمیایی کاهش می یابد، زمانی که در طول دوره به سمت راست حرکت می کند، افزایش می یابد.

الکترونگاتیوی نشان دهنده غیرفلزی بودن عناصر است: هر چه مقدار الکترونگاتیوی بالاتر باشد، خواص غیرفلزی بیشتری در عنصر بیان می شود.

حالت اکسیداسیون

چگونه می توان وضعیت اکسیداسیون یک عنصر را در یک ترکیب محاسبه کرد؟

1) حالت اکسیداسیون عناصر شیمیایی در مواد ساده همیشه صفر است.

2) عناصری وجود دارند که حالت اکسیداسیون ثابتی در مواد پیچیده از خود نشان می دهند:

3) عناصر شیمیایی وجود دارند که در اکثریت قریب به اتفاق ترکیبات حالت اکسیداسیون ثابتی از خود نشان می دهند. این عناصر عبارتند از:

عنصر	حالت اکسیداسیون تقریباً در همه ترکیبات	استثناها
هیدروژن H	+1	هیدریدهای فلزات قلیایی و قلیایی خاکی، به عنوان مثال:
اکسیژن O	-2	هیدروژن و پراکسیدهای فلزی: اکسیژن فلوراید - عناصر با ظرفیت ثابت و متغیر را به خاطر بسپارید Masters J. Evolution خواص شیمیاییبرای همان دوره پایداری اتم های گاز نجیب: در طبیعت، اتم ها به شکل پیوند تمایل دارند. فصل 1 ساختار و خواص اتم - طبقه بندی دوره ای عناصر خلاصه درس ساختارهای هسته ای و اتمی اتم از یک هسته و فرآیندی از الکترون ها تشکیل می شود. اهداف کلی درس شیمی. وقتی ادوارد فرانکلند تعداد زیادی را مطالعه می کند ترکیبات آلی، او کشف می کند که مواد دارای "نیروی منسجم" هستند - اتم های یک عنصر شیمیایی همیشه با تعداد دقیقی از اتم های یک عنصر شیمیایی دیگر مرتبط هستند. به این خاصیت valency می گویند.

4) مجموع جبری حالت های اکسیداسیون همه اتم های یک مولکول همیشه صفر است. مجموع جبری حالت های اکسیداسیون همه اتم های یک یون برابر با بار یون است.

5) بالاترین (حداکثر) حالت اکسیداسیون برابر با عدد گروه است. استثناهایی که تحت این قانون قرار نمی گیرند عناصر زیر گروه ثانویه گروه I، عناصر زیر گروه ثانویه گروه هشتم و همچنین اکسیژن و فلوئور هستند.

عناصر شیمیایی که تعداد گروه آنها با بالاترین حالت اکسیداسیون مطابقت ندارد (به خاطر سپردن الزامی است)

6) کمترین حالت اکسیداسیون فلزات همیشه صفر است و کمترین حالت اکسیداسیون غیر فلزات با فرمول محاسبه می شود:

کمترین حالت اکسیداسیون یک غیر فلز = عدد گروه - 8

بر اساس قوانین ارائه شده در بالا، می توان درجه اکسیداسیون یک عنصر شیمیایی را در هر ماده تعیین کرد.

یافتن حالت های اکسیداسیون عناصر در ترکیبات مختلف

مثال 1

حالت های اکسیداسیون تمام عناصر موجود در اسید سولفوریک را تعیین کنید.

راه حل:

بیایید فرمول اسید سولفوریک را بنویسیم:

حالت اکسیداسیون هیدروژن در تمام مواد پیچیده +1 است (به جز هیدریدهای فلزی).

حالت اکسیداسیون اکسیژن در همه مواد پیچیده -2 است (به جز پراکسیدها و اکسیژن فلوراید OF 2). بیایید حالت های اکسیداسیون شناخته شده را مرتب کنیم:

اجازه دهید حالت اکسیداسیون گوگرد را به صورت مشخص نشان دهیم ایکس:

مولکول اسید سولفوریک، مانند مولکول هر ماده، عموماً از نظر الکتریکی خنثی است، زیرا. مجموع حالت های اکسیداسیون تمام اتم های یک مولکول صفر است. به طور شماتیک، این را می توان به صورت زیر نشان داد:

آن ها معادله زیر را بدست آوردیم:

حلش کنیم:

بنابراین، حالت اکسیداسیون گوگرد در اسید سولفوریک 6+ است.

مثال 2

وضعیت اکسیداسیون تمام عناصر موجود در دی کرومات آمونیوم را تعیین کنید.

راه حل:

بیایید فرمول دی کرومات آمونیوم را بنویسیم:

مانند مورد قبلی، می توانیم حالت های اکسیداسیون هیدروژن و اکسیژن را ترتیب دهیم:

با این حال، می بینیم که حالت اکسیداسیون دو عنصر شیمیایی به طور همزمان، نیتروژن و کروم، ناشناخته است. بنابراین، نمی‌توانیم حالت‌های اکسیداسیون را مانند مثال قبلی پیدا کنیم (یک معادله با دو متغیر راه‌حل یکتا ندارد).

اجازه دهید به این واقعیت توجه کنیم که ماده نشان داده شده متعلق به کلاس نمک ها است و بر این اساس دارای ساختار یونی است. سپس به درستی می توان گفت که ترکیب دی کرومات آمونیوم شامل کاتیون های NH 4 + است (بار این کاتیون را می توان در جدول حلالیت مشاهده کرد). بنابراین، از آنجایی که در واحد فرمول دی کرومات آمونیوم دو کاتیون با بار منفرد مثبت NH 4 + وجود دارد، بار یون دی کرومات 2- است، زیرا ماده به عنوان یک کل از نظر الکتریکی خنثی است. آن ها این ماده توسط کاتیون های NH 4 + و آنیون های Cr 2 O 7 2- تشکیل شده است.

ما از حالات اکسیداسیون هیدروژن و اکسیژن می دانیم. دانستن اینکه مجموع حالت های اکسیداسیون اتم های همه عناصر موجود در یون برابر با بار است و حالت های اکسیداسیون نیتروژن و کروم را به صورت ایکسو yبر این اساس می توانیم بنویسیم:

آن ها دو معادله مستقل بدست می آوریم:

حل آن را پیدا می کنیم ایکسو y:

بنابراین، در دی کرومات آمونیوم، حالت های اکسیداسیون نیتروژن 3-، هیدروژن +1، کروم +6 و اکسیژن -2 است.

نحوه تعیین وضعیت اکسیداسیون عناصر در مواد آلی قابل مطالعه است.

ظرفیت

ظرفیت اتم ها با اعداد رومی نشان داده می شود: I، II، III و غیره.

احتمالات ظرفیت یک اتم به کمیت بستگی دارد:

1) الکترون های جفت نشده

2) جفت الکترون های مشترک در اوربیتال های سطوح ظرفیت

3) اوربیتال های الکترونی خالی از سطح ظرفیت

احتمالات ظرفیت اتم هیدروژن

بیایید فرمول گرافیکی الکترونیکی اتم هیدروژن را به تصویر بکشیم:

گفته شد که سه عامل می تواند بر احتمالات ظرفیت تأثیر بگذارد - وجود الکترون های جفت نشده، وجود جفت الکترون های مشترک در سطح بیرونی و وجود اوربیتال های خالی (تهی) سطح بیرونی. ما یک الکترون جفت نشده را در سطح انرژی بیرونی (و تنها) می بینیم. بر این اساس، هیدروژن دقیقاً می تواند ظرفیتی برابر با I داشته باشد. با این حال، در اولین سطح انرژی تنها یک سطح فرعی وجود دارد - اس،آن ها اتم هیدروژن در سطح بیرونی جفت الکترون مشترک یا اوربیتال خالی ندارد.

بنابراین، تنها ظرفیتی که یک اتم هیدروژن می تواند نشان دهد I است.

احتمالات ظرفیت یک اتم کربن

ساختار الکترونیکی اتم کربن را در نظر بگیرید. در حالت پایه، پیکربندی الکترونیکی سطح بیرونی آن به شرح زیر است:

آن ها در حالت پایه، سطح انرژی بیرونی یک اتم کربن تحریک نشده حاوی 2 الکترون جفت نشده است. در این حالت می تواند ظرفیتی برابر با II نشان دهد. با این حال، وقتی اتم کربن به آن انرژی داده می شود، به راحتی به حالت برانگیخته می رود و پیکربندی الکترونیکی لایه بیرونی در این مورد به شکل زیر است:

اگرچه مقداری انرژی در فرآیند برانگیختگی اتم کربن صرف می شود، اما این هزینه بیش از حد با تشکیل چهار پیوند کووالانسی جبران می شود. به همین دلیل، ظرفیت IV بسیار بیشتر مشخصه اتم کربن است. بنابراین، برای مثال، کربن دارای ظرفیت IV در مولکول ها است دی اکسید کربن، اسید کربنیک و کاملاً تمام مواد آلی.

علاوه بر الکترون‌های جفت نشده و جفت‌های الکترون تنها، وجود اوربیتال‌های خالی () سطح ظرفیت نیز بر احتمالات ظرفیت تأثیر می‌گذارد. وجود چنین اوربیتال هایی در سطح پر شده منجر به این واقعیت می شود که اتم می تواند به عنوان یک گیرنده جفت الکترون عمل کند، یعنی. پیوندهای کووالانسی اضافی توسط مکانیسم دهنده-گیرنده تشکیل می شود. بنابراین، برای مثال، بر خلاف انتظارات، در مولکول مونوکسید کربن CO، پیوند دو برابر نیست، بلکه سه برابر است، که به وضوح در تصویر زیر نشان داده شده است:

احتمالات ظرفیت اتم نیتروژن

بیایید فرمول گرافیکی الکترونی سطح انرژی خارجی اتم نیتروژن را بنویسیم:

همانطور که از تصویر بالا مشاهده می شود، اتم نیتروژن در حالت عادی خود دارای 3 الکترون جفت نشده است و بنابراین منطقی است که فرض کنیم می تواند ظرفیتی برابر با III از خود نشان دهد. در واقع، ظرفیت سه در مولکول های آمونیاک (NH 3)، اسید نیتروژن (HNO 2)، تری کلرید نیتروژن (NCl 3) و غیره مشاهده می شود.

در بالا گفته شد که ظرفیت یک اتم یک عنصر شیمیایی نه تنها به تعداد الکترون های جفت نشده، بلکه به وجود جفت الکترون های غیر مشترک نیز بستگی دارد. این به این دلیل است که پیوند شیمیایی کووالانسی می تواند نه تنها زمانی تشکیل شود که دو اتم هر کدام یک الکترون به یکدیگر بدهند، بلکه همچنین زمانی که یک اتم دارای یک جفت الکترون مشترک است - دهنده () آن را به اتم دیگری با یک الکترون خالی می دهد. () سطح ظرفیت مداری (پذیرنده). آن ها برای اتم نیتروژن، ظرفیت IV نیز ممکن است به دلیل یک پیوند کووالانسی اضافی که توسط مکانیسم دهنده - گیرنده تشکیل شده است. بنابراین، به عنوان مثال، چهار پیوند کووالانسی، که یکی از آنها توسط مکانیسم دهنده - گیرنده تشکیل می شود، در طول تشکیل کاتیون آمونیوم مشاهده می شود:

علیرغم این واقعیت که یکی از پیوندهای کووالانسی توسط مکانیسم دهنده-پذیرنده تشکیل می شود، همه پیوندهای N-Hدر کاتیون های آمونیوم کاملاً یکسان هستند و با یکدیگر تفاوتی ندارند.

ظرفیتی برابر با V، اتم نیتروژن قادر به نشان دادن نیست. این به دلیل این واقعیت است که انتقال به حالت برانگیخته برای اتم نیتروژن غیرممکن است، که در آن جفت شدن دو الکترون با انتقال یکی از آنها به یک اوربیتال آزاد، که نزدیکترین سطح انرژی است، رخ می دهد. اتم نیتروژن ندارد ددر سطح فرعی، و انتقال به مدار 3s از نظر انرژی آنقدر گران است که هزینه های انرژی با تشکیل پیوندهای جدید پوشش داده نمی شود. بسیاری ممکن است تعجب کنند، پس ظرفیت نیتروژن، به عنوان مثال، در مولکول های اسید نیتریک HNO 3 یا اکسید نیتریک N 2 O 5 چیست؟ همانطور که از فرمول های ساختاری زیر می توان مشاهده کرد، به اندازه کافی عجیب، ظرفیت در آنجا نیز IV است:

خط نقطه چین در تصویر به اصطلاح را نشان می دهد غیر محلی شده π -ارتباط. به همین دلیل، اوراق قرضه پایانه NO را می توان "یک و نیم" نامید. پیوندهای یک و نیم مشابهی نیز در مولکول ازن O 3 ، بنزن C 6 H 6 و غیره یافت می شود.

احتمالات ظرفیت فسفر

اجازه دهید فرمول گرافیکی الکترونی سطح انرژی خارجی اتم فسفر را به تصویر بکشیم:

همانطور که می بینیم، ساختار لایه بیرونی اتم فسفر در حالت پایه و اتم نیتروژن یکسان است و بنابراین منطقی است که انتظار داشته باشیم برای اتم فسفر و همچنین برای اتم نیتروژن ظرفیت های ممکن برابر باشد. تا I، II، III و IV که در عمل رعایت می شود.

با این حال، بر خلاف نیتروژن، اتم فسفر نیز دارد دزیرسطح با 5 اوربیتال خالی.

در این راستا قادر است به حالت برانگیخته عبور کند و الکترون ها را بخار کند 3 س-اوربیتال ها:

بنابراین، ظرفیت V برای اتم فسفر، که برای نیتروژن غیر قابل دسترس است، امکان پذیر است. بنابراین، به عنوان مثال، یک اتم فسفر دارای ظرفیت پنج در مولکول های ترکیباتی مانند اسید فسفریک، هالیدهای فسفر (V)، اکسید فسفر (V) و غیره است.

احتمالات ظرفیت اتم اکسیژن

فرمول الکترون گرافیک سطح انرژی خارجی اتم اکسیژن به شکل زیر است:

ما دو الکترون جفت نشده را در سطح 2 می بینیم و بنابراین ظرفیت II برای اکسیژن امکان پذیر است. لازم به ذکر است که این ظرفیت اتم اکسیژن تقریباً در تمام ترکیبات مشاهده می شود. در بالا، هنگام در نظر گرفتن احتمالات ظرفیت اتم کربن، تشکیل مولکول مونوکسید کربن را مورد بحث قرار دادیم. پیوند در مولکول CO سه گانه است، بنابراین، اکسیژن در آنجا سه ​​ظرفیتی است (اکسیژن یک جفت الکترون دهنده است).

با توجه به اینکه اتم نیتروژن سطح خارجی ندارد د-سطوح فرعی، تحلیل رفتن الکترونها سو پ-اوربیتال ها غیرممکن است، به همین دلیل است که قابلیت های ظرفیت اتم اکسیژن در مقایسه با سایر عناصر زیر گروه آن، به عنوان مثال، گوگرد، محدود است.

احتمالات ظرفیت اتم گوگرد

سطح انرژی خارجی اتم گوگرد در حالت تحریک نشده:

اتم گوگرد، مانند اتم اکسیژن، دارای دو الکترون جفت نشده در حالت عادی خود است، بنابراین می توان نتیجه گرفت که ظرفیت دو برای گوگرد امکان پذیر است. در واقع، گوگرد دارای ظرفیت II است، به عنوان مثال، در مولکول سولفید هیدروژن H 2 S.

همانطور که می بینیم، اتم گوگرد در سطح بیرونی دارد دسطح فرعی با اوربیتال های خالی به همین دلیل، اتم گوگرد بر خلاف اکسیژن، به دلیل گذار به حالت های برانگیخته، قادر است قابلیت های ظرفیت خود را گسترش دهد. بنابراین، هنگام جداسازی یک جفت الکترون تنها 3 پ- سطح فرعی، اتم گوگرد پیکربندی الکترونیکی سطح بیرونی شکل زیر را به دست می آورد:

در این حالت، اتم گوگرد دارای 4 الکترون جفت نشده است که به ما در مورد امکان نشان دادن ظرفیت اتم های گوگرد برابر با IV می گوید. در واقع، گوگرد دارای ظرفیت IV در مولکول های SO 2، SF 4، SOCl 2 و غیره است.

هنگام جداسازی دومین جفت الکترون تنها واقع در 3 س- سطح فرعی، سطح انرژی خارجی پیکربندی زیر را به دست می آورد:

در این حالت می شود تظاهرات ممکنظرفیت VII. نمونه ای از ترکیبات با سولفور VI ظرفیتی عبارتند از SO 3، H 2 SO 4، SO 2 Cl 2 و غیره.

به همین ترتیب، می‌توانیم احتمال ظرفیت سایر عناصر شیمیایی را در نظر بگیریم.