19-asrda atomlar va molekulalarning tuzilishi haqidagi bilim darajasi atomlarning boshqa zarralar bilan ma'lum miqdordagi bog'lanish sabablarini tushuntirishga imkon bermadi. Ammo olimlarning g'oyalari o'z davridan oldinda edi va valentlik hali ham kimyoning asosiy tamoyillaridan biri sifatida o'rganilmoqda.
"Kimyoviy elementlarning valentligi" tushunchasi tarixidan
19-asrning taniqli ingliz kimyogari Edvard Frankland atomlarning bir-biri bilan oʻzaro taʼsiri jarayonini tasvirlash uchun “bogʻ” atamasini ilmiy foydalanishga kiritgan. Olim ba'zi kimyoviy elementlar bir xil miqdordagi boshqa atomlar bilan birikmalar hosil qilishini payqadi. Masalan, azot ammiak molekulasida uchta vodorod atomini biriktiradi.
1852-yil may oyida Frankland atom boshqa mayda zarrachalar bilan hosil qilishi mumkin boʻlgan maʼlum miqdordagi kimyoviy bogʻlanishlar mavjudligini faraz qildi. Frankland keyinchalik valentlik deb ataladigan narsani tasvirlash uchun "bog'lovchi kuch" iborasini ishlatgan. Britaniya kimyogari qancha ekanligini aniqladikimyoviy bog'lanishlar 19-asrning o'rtalarida ma'lum bo'lgan alohida elementlarning atomlarini hosil qiladi. Franklandning ishi zamonaviy strukturaviy kimyoga qo'shgan muhim hissa edi.
Munosabatlarni rivojlantirish
Nemis kimyogari F. A. Kekule 1857 yilda uglerod tetrabazik ekanligini isbotladi. Uning eng oddiy birikmasida - metanda 4 ta vodorod atomi bilan bog'lanish mavjud. Olim "asosiylik" atamasini elementlarning boshqa zarrachalarning qat'iy belgilangan sonini biriktirish xususiyatini bildirish uchun ishlatgan. Rossiyada materiyaning tuzilishi haqidagi ma'lumotlar A. M. Butlerov (1861) tomonidan tizimlashtirilgan. Kimyoviy bog'lanish nazariyasi elementlarning xususiyatlarining davriy o'zgarishi haqidagi ta'limot tufayli keyingi rivojlanishga erishdi. Uning muallifi yana bir taniqli rus kimyogari D. I. Mendeleyevdir. U kimyoviy elementlarning birikmalardagi valentligi va boshqa xossalari ularning davriy sistemada egallagan oʻrni bilan bogʻliqligini isbotladi.
Valentlik va kimyoviy bogʻlanishning grafik tasviri
Molekulalarni vizual tasvirlash imkoniyati valentlik nazariyasining shubhasiz afzalliklaridan biridir. Birinchi modellar 1860-yillarda paydo bo'lgan va 1864 yildan boshlab strukturaviy formulalar qo'llanila boshlandi, ular ichida kimyoviy belgisi bo'lgan doiralar. Atomlarning belgilari orasidagi chiziqcha kimyoviy bog'lanishni ko'rsatadi va bu chiziqlar soni valentlik qiymatiga teng. Xuddi shu yillarda birinchi to'p va tayoq modellari yaratilgan (chapdagi rasmga qarang). 1866 yilda Kekule atomning stereokimyoviy chizmasini taklif qildi.tetraedr shaklidagi uglerodni u o'zining "Organik kimyo" darsligiga kiritgan.
Kimyoviy elementlarning valentligi va bogʻlanishlarning paydo boʻlishini G. Lyuis oʻrganib, 1923-yilda elektron kashf etilgandan keyin oʻz asarlarini nashr etgan. Bu atomlar qobig'ining bir qismi bo'lgan eng kichik manfiy zaryadlangan zarrachalarning nomi. Lyuis o'z kitobida valentlik elektronlarini ifodalash uchun kimyoviy element belgisining to'rt tomoni atrofidagi nuqtalardan foydalangan.
Vodorod va kislorod uchun valentlik
Davriy tizim yaratilgunga qadar birikmalardagi kimyoviy elementlarning valentligi odatda ma'lum bo'lgan atomlar bilan taqqoslanardi. Vodorod va kislorod standartlar sifatida tanlangan. Boshqa kimyoviy element ma'lum miqdordagi H va O atomlarini o'ziga tortdi yoki almashtirdi.
Shunday qilib, bir valentli vodorodli birikmalarning xossalari aniqlandi (ikkinchi elementning valentligi rim raqami bilan ko'rsatilgan):
- HCl - xlor (I):
- H2O - kislorod (II);
- NH3 - azot (III);
- CH4 - uglerod (IV).
Oksidlarda K2O, CO, N2O3, SiO 2, SO3 qoʻshilgan O atomlari sonini ikki baravar oshirish orqali metallar va metall boʻlmaganlarning kislorod valentligini aniqladi. Quyidagi qiymatlar olindi: K (I), C (II), N (III), Si (IV), S (VI).
Kimyoviy elementlarning valentligini qanday aniqlash mumkin
Umumiy elektron ishtirokida kimyoviy bogʻlanishning hosil boʻlishida qonuniyatlar mavjudjuftliklar:
- Odatdagi vodorod valentligi I.
- Oddiy kislorod valentligi - II.
- Metal bo'lmagan elementlar uchun eng past valentlikni 8-formula bo'yicha aniqlash mumkin - ular davriy tizimda joylashgan guruh soni. Eng yuqori, iloji bo'lsa, guruh raqami bilan belgilanadi.
- Ikkinchi darajali kichik guruhlar elementlari uchun maksimal mumkin boʻlgan valentlik ularning davriy jadvaldagi guruh raqami bilan bir xil.
Kimyoviy elementlarning valentligini birikma formulasi boʻyicha aniqlash quyidagi algoritm yordamida amalga oshiriladi:
- Kimyoviy belgi ustidagi elementlardan biri uchun ma'lum qiymatni yozing. Masalan, Mn2O7 da kislorod valentligi II.
- Jami qiymatni hisoblang, buning uchun valentlikni molekuladagi bir xil kimyoviy element atomlari soniga ko'paytirish kerak: 27=14.
- Noma'lum ikkinchi elementning valentligini aniqlang. 2-bosqichda olingan qiymatni molekuladagi Mn atomlar soniga bo'ling.
- 14: 2=7. Marganetsning yuqori oksididagi valentligi VII.
Doimiy va oʻzgaruvchan valentlik
Vodorod va kislorod uchun valentlik qiymatlari boshqacha. Masalan, H2S birikmasidagi oltingugurt ikki valentli, SO3 formulasida esa olti valentli. Uglerod oksidi CO va dioksid CO2 kislorod bilan hosil qiladi. Birinchi birikmada C ning valentligi II, ikkinchisida esa IV ga teng. Metanda bir xil qiymat CH4.
Engelementlar doimiy emas, balki o'zgaruvchan valentlikni namoyon qiladi, masalan, fosfor, azot, oltingugurt. Ushbu hodisaning asosiy sabablarini izlash kimyoviy bog'lanish nazariyalarining, elektronlarning valentlik qobig'i va molekulyar orbitallar haqidagi g'oyalarning paydo bo'lishiga olib keldi. Xuddi shu xususiyatning turli qiymatlari mavjudligi atomlar va molekulalarning tuzilishi nuqtai nazaridan tushuntirildi.
Valentlik haqidagi zamonaviy g'oyalar
Barcha atomlar manfiy zaryadlangan elektronlar bilan oʻralgan musbat yadrodan iborat. Ular hosil qiladigan tashqi qobiq tugallanmagan. Tugallangan struktura eng barqaror bo'lib, unda 8 ta elektron (oktet) mavjud. Umumiy elektron juftlari tufayli kimyoviy bog'lanishning paydo bo'lishi atomlarning energetik jihatdan qulay holatiga olib keladi.
Birikmalarni hosil qilish qoidasi elektronlarni qabul qilish yoki juftlashtirilmaganlarni berish orqali qobiqning tugallanishi - qaysi jarayon osonroq ekanligiga qarab. Agar atom juft bo'lmagan manfiy zarrachalar kimyoviy bog'lanish hosil bo'lishini ta'minlasa, u juftlashtirilmagan elektronlarga ega bo'lganidek ko'p bog'lanish hosil qiladi. Zamonaviy tushunchalarga ko'ra, kimyoviy elementlar atomlarining valentligi ma'lum miqdordagi kovalent bog'lanishlarni hosil qilish qobiliyatidir. Masalan, H2S vodorod sulfid molekulasida oltingugurt II (–) valentlikka ega bo'ladi, chunki har bir atom ikkita elektron juft hosil bo'lishida ishtirok etadi. "-" belgisi elektron juftning ko'proq elektronegativ elementga tortilishini ko'rsatadi. Elektromanfiyligi kamroq boʻlsa, valentlik qiymatiga “+” qoʻshiladi.
Donor-akseptor mexanizmida jarayonda bir elementning elektron juftlari va boshqa elementning erkin valentlik orbitallari ishtirok etadi.
Valentlikning atom tuzilishiga bogʻliqligi
Keling, uglerod va kislorod misolini ko'rib chiqaylik, kimyoviy elementlarning valentligi moddaning tuzilishiga qanday bog'liq. Davriy jadval uglerod atomining asosiy xususiyatlari haqida tushuncha beradi:
- kimyoviy belgisi - C;
- element raqami - 6;
- asosiy zaryad - +6;
- yadrodagi protonlar - 6;
- elektron - 6 ta, shu jumladan 4 ta tashqi elektron, shundan 2 tasi juftlik hosil qiladi, 2 tasi juftlashtirilmagan.
Agar CO monoksiddagi uglerod atomi ikkita bog' hosil qilsa, u holda faqat 6 ta manfiy zarracha foydalanishga kirishadi. Okteta olish uchun juftliklar 4 ta tashqi manfiy zarracha hosil qilishlari kerak. Uglerod dioksidda IV (+) va metanda IV (-) valentlikka ega.
Kislorodning tartib raqami 8, valentlik qobig'i oltita elektrondan iborat bo'lib, ulardan 2 tasi juft hosil qilmaydi va kimyoviy bog'lanishda va boshqa atomlar bilan o'zaro ta'sir qilishda ishtirok etadi. Oddiy kislorod valentligi II (-).
Valentlik va oksidlanish darajasi
Ko'p hollarda "oksidlanish darajasi" tushunchasidan foydalanish qulayroq. Bu atom zaryadiga berilgan nom, agar barcha bog'lovchi elektronlar elektronegativligi (EO) yuqori bo'lgan elementga o'tkazilsa, u oladi. Oddiy moddadagi oksidlanish soninol. "-" belgisi ko'proq EO elementining oksidlanish darajasiga qo'shiladi, "+" belgisi kamroq elektronegativ elementga qo'shiladi. Masalan, asosiy kichik guruhlardagi metallar uchun oksidlanish darajasi va ion zaryadlari odatiy bo'lib, "+" belgisi bilan guruh raqamiga teng. Aksariyat hollarda bitta birikmadagi atomlarning valentlik va oksidlanish darajasi son jihatdan bir xil bo'ladi. Faqat ko'proq elektron manfiy atomlar bilan o'zaro ta'sirlashganda, oksidlanish darajasi ijobiy bo'ladi, EO pastroq bo'lgan elementlar bilan u manfiy bo'ladi. "Valentlik" tushunchasi ko'pincha faqat molekulyar tuzilishdagi moddalarga nisbatan qo'llaniladi.
