Kiwango cha maarifa kuhusu muundo wa atomi na molekuli katika karne ya 19 haikuruhusu kueleza sababu kwa nini atomi huunda idadi fulani ya vifungo na chembe nyingine. Lakini mawazo ya wanasayansi yalikuwa kabla ya wakati wao, na valency bado inachunguzwa kama mojawapo ya kanuni za msingi za kemia.
Kutoka kwa historia ya dhana ya "valency ya elementi za kemikali"
Mkemia bora wa Kiingereza wa karne ya 19 Edward Frankland alianzisha neno "bond" katika matumizi ya kisayansi kuelezea mchakato wa mwingiliano wa atomi kati yao. Mwanasayansi huyo aliona kwamba baadhi ya vipengele vya kemikali huunda misombo yenye idadi sawa ya atomi nyingine. Kwa mfano, nitrojeni huambatisha atomi tatu za hidrojeni kwenye molekuli ya amonia.
Mnamo Mei 1852, Frankland alidokeza kwamba kulikuwa na idadi maalum ya vifungo vya kemikali ambavyo atomi inaweza kuunda na chembe nyingine ndogo za mada. Frankland alitumia maneno "nguvu ya kuunganisha" kuelezea kile ambacho kingeitwa valency baadaye. Mkemia wa Uingereza aliamua ni kiasi ganivifungo vya kemikali huunda atomi za vitu vya mtu binafsi vinavyojulikana katikati ya karne ya 19. Kazi ya Frankland ilikuwa mchango muhimu kwa kemia ya kisasa ya muundo.
Kukuza mitazamo
Mwanakemia Mjerumani F. A. Kekule alithibitisha mnamo 1857 kwamba kaboni ni tetrabasic. Katika kiwanja chake rahisi - methane - kuna vifungo na atomi 4 za hidrojeni. Mwanasayansi alitumia neno "msingi" kuashiria mali ya vitu ili kuambatanisha idadi iliyobainishwa ya chembe zingine. Huko Urusi, data juu ya muundo wa jambo ilipangwa na A. M. Butlerov (1861). Nadharia ya kuunganisha kemikali ilipokea shukrani za maendeleo zaidi kwa mafundisho ya mabadiliko ya mara kwa mara katika mali ya vipengele. Mwandishi wake ni mwanakemia mwingine bora wa Kirusi, D. I. Mendeleev. Alithibitisha kwamba thamani ya vipengele vya kemikali katika misombo na sifa nyingine ni kutokana na nafasi wanayochukua katika mfumo wa mara kwa mara.
Kiwakilisho cha picha cha valence na bondi ya kemikali
Uwezekano wa uwakilishi unaoonekana wa molekuli ni mojawapo ya faida zisizo na shaka za nadharia ya valency. Mifano ya kwanza ilionekana katika miaka ya 1860, na tangu 1864 fomula za kimuundo zimetumika, ambazo ni miduara yenye ishara ya kemikali ndani. Kati ya alama za atomi, dashi inaonyesha dhamana ya kemikali, na idadi ya mistari hii ni sawa na thamani ya valency. Katika miaka hiyo hiyo, mifano ya kwanza ya mpira-na-fimbo ilifanywa (angalia picha upande wa kushoto). Mnamo 1866, Kekule alipendekeza mchoro wa stereokemikali wa atomi.kaboni katika mfumo wa tetrahedron, ambayo aliijumuisha katika kitabu chake cha Organic Chemistry.
Thamani ya vipengele vya kemikali na kuibuka kwa bondi ilichunguzwa na G. Lewis, ambaye alichapisha kazi zake mwaka wa 1923 baada ya ugunduzi wa elektroni. Hili ni jina la chembe ndogo zaidi zilizo na chaji hasi ambazo ni sehemu ya makombora ya atomi. Katika kitabu chake, Lewis alitumia nukta zinazozunguka pande nne za alama ya kipengele cha kemikali kuwakilisha elektroni za valence.
Thamani ya hidrojeni na oksijeni
Kabla ya kuundwa kwa mfumo wa muda, valence ya elementi za kemikali katika misombo kwa kawaida ililinganishwa na zile atomi ambazo inajulikana kwayo. Hidrojeni na oksijeni zilichaguliwa kama viwango. Kipengele kingine cha kemikali kilivutia au kubadilisha idadi fulani ya atomi za H na O.
Kwa njia hii, sifa ziliamuliwa katika misombo yenye hidrojeni monovalent (valency ya kipengele cha pili inaonyeshwa na nambari ya Kirumi):
- HCl - klorini (I):
- H2O - oksijeni (II);
- NH3 - nitrojeni (III);
- CH4 - kaboni (IV).
Katika oksidi K2O, CO, N2O3, SiO 2, SO3 iliamua thamani ya oksijeni ya metali na zisizo za metali kwa kuongeza mara mbili idadi ya atomi O zilizoongezwa. Thamani zifuatazo zilipatikana: K (I), C (II), N (III), Si (IV), S (VI).
Jinsi ya kubaini valency ya elementi za kemikali
Kuna utaratibu katika uundaji wa dhamana ya kemikali inayohusisha kielektroniki cha kawaidawanandoa:
- Valency ya kawaida ya hidrojeni ni I.
- Valency ya kawaida ya oksijeni - II.
- Kwa vipengele visivyo vya metali, valence ya chini kabisa inaweza kubainishwa na fomula ya 8 - nambari ya kikundi ambamo zimo katika mfumo wa muda. Ya juu zaidi, ikiwezekana, inabainishwa na nambari ya kikundi.
- Kwa vipengele vya vikundi vidogo vidogo, kiwango cha juu zaidi cha uhalali kinachowezekana ni sawa na nambari ya kikundi chao katika jedwali la muda.
Uamuzi wa valency ya elementi za kemikali kulingana na fomula ya kiwanja hufanywa kwa kutumia algoriti ifuatayo:
- Andika thamani inayojulikana ya mojawapo ya vipengele vilivyo juu ya ishara ya kemikali. Kwa mfano, katika Mn2O7 valency ya oksijeni ni II.
- Hesabu jumla ya thamani, ambayo unahitaji kuzidisha valensi kwa idadi ya atomi za kipengele sawa cha kemikali katika molekuli: 27=14.
- Amua valence ya kipengele cha pili ambacho hakijulikani kwayo. Gawanya thamani iliyopatikana katika hatua ya 2 kwa idadi ya atomi Mn katika molekuli.
- 14: 2=7. Valency ya manganese katika oksidi yake ya juu ni VII.
Valency ya mara kwa mara na inayobadilika
Thamani za valence kwa hidrojeni na oksijeni ni tofauti. Kwa mfano, salfa katika kiwanja H2S ina bivalent, na katika fomula SO3 ni hexavalent. Kaboni huunda monoksidi CO na dioksidi CO2 yenye oksijeni. Katika kiwanja cha kwanza, valency ya C ni II, na ya pili, IV. Thamani sawa katika methane CH4.
Nyingi zaidivipengele havionyeshi mara kwa mara, lakini valence ya kutofautiana, kwa mfano, fosforasi, nitrojeni, sulfuri. Utafutaji wa sababu kuu za jambo hili ulisababisha kuibuka kwa nadharia za dhamana ya kemikali, mawazo kuhusu shell ya valence ya elektroni, na orbitals ya molekuli. Kuwepo kwa thamani tofauti za mali moja kulielezewa kutoka kwa mtazamo wa muundo wa atomi na molekuli.
Mawazo ya kisasa kuhusu valency
Atomi zote zinajumuisha kiini chanya kilichozungukwa na elektroni zenye chaji hasi. Ganda la nje wanalounda halijakamilika. Muundo uliokamilishwa ni thabiti zaidi, una elektroni 8 (octet). Kutokea kwa dhamana ya kemikali kutokana na jozi za elektroni za kawaida husababisha hali nzuri ya atomi.
Sheria ya uundaji wa misombo ni ukamilishaji wa ganda kwa kukubali elektroni au kutoa ambazo hazijaoanishwa - kulingana na mchakato gani ni rahisi zaidi. Ikiwa atomi hutoa kwa ajili ya uundaji wa bondi ya kemikali chembe hasi ambazo hazina jozi, basi hutengeneza vifungo vingi kama vile ina elektroni ambazo hazijaoanishwa. Kwa mujibu wa dhana za kisasa, valence ya atomi ya vipengele vya kemikali ni uwezo wa kuunda idadi fulani ya vifungo vya covalent. Kwa mfano, katika molekuli ya sulfidi hidrojeni H2S, salfa hupata valency II (–), kwa kuwa kila atomi inashiriki katika uundaji wa jozi mbili za elektroni. Ishara "-" inaonyesha mvuto wa jozi ya elektroni kwa kipengele cha elektroni zaidi. Kwa ile isiyotumia umeme kidogo, "+" huongezwa kwa thamani ya utumishi.
Kwa utaratibu wa kipokezi cha wafadhili, jozi za elektroni za kipengele kimoja na obiti zisizolipishwa za valence za kipengele kingine hushiriki katika mchakato huo.
Utegemezi wa valency kwenye muundo wa atomi
Hebu tuangalie mfano wa kaboni na oksijeni, jinsi valence ya vipengele vya kemikali inategemea muundo wa dutu. Jedwali la mara kwa mara linatoa wazo la sifa kuu za atomi ya kaboni:
- alama ya kemikali - C;
- nambari ya kipengele - 6;
- chaji msingi - +6;
- protoni kwenye kiini - 6;
- elektroni - 6, ikijumuisha 4 za nje, ambapo 2 zinaunda jozi, 2 hazijaoanishwa.
Iwapo atomi ya kaboni katika monoksidi kaboni hutengeneza vifungo viwili, basi ni chembe hasi 6 pekee zinazokuja kutumika. Ili kupata octet, ni muhimu kwamba jozi zitengeneze chembe 4 za nje hasi. Carbon ina valency IV (+) katika dioksidi na IV (–) katika methane.
Nambari ya kawaida ya oksijeni ni 8, ganda la valence lina elektroni sita, 2 kati yao haziunda jozi na hushiriki katika kuunganisha kemikali na kuingiliana na atomi nyingine. Kiwango cha kawaida cha oksijeni ni II (–).
Valency na hali ya oxidation
Katika hali nyingi ni rahisi zaidi kutumia dhana ya "hali ya oksidi". Hili ni jina linalopewa chaji ya atomi ambayo ingepata ikiwa elektroni zote za kuunganisha zilihamishiwa kwenye kipengele ambacho kina thamani ya juu ya elektronegativity (EO). Nambari ya oxidation katika dutu rahisi nisufuri. Ishara "-" imeongezwa kwa hali ya oxidation ya kipengele cha EO zaidi, ishara "+" inaongezwa kwa moja ya chini ya electronegative. Kwa mfano, kwa metali ya vikundi vidogo, majimbo ya oxidation na malipo ya ion ni ya kawaida, sawa na nambari ya kikundi yenye ishara "+". Katika hali nyingi, hali ya valency na oxidation ya atomi katika kiwanja sawa ni nambari sawa. Tu wakati wa kuingiliana na atomi zaidi ya elektroni, hali ya oxidation ni chanya, na mambo ambayo EO ni ya chini, ni hasi. Dhana ya "valency" mara nyingi hutumika tu kwa vitu vya muundo wa molekuli.
