ПМ-21 хімія 27.12.22

27.12.2022

Комбіноване заняття (2 год.)

Тема 6.2. Валентність і ступені окиснення елементів.

Опрацювати: Хімія 11 клас (за посиланням «Підручники»), §3, с.16-23.

Виконати (письмово):

1. Проілюструйте збудження атома Бору відповідними електронними формулами.

2. Визначте ступені окиснення елементів у сполуках із такими формулами: Li₃N, SCl₂, HClO₄.

3. У переліку Н, C, N, F, Si укажіть елементи: а) атоми яких перебувають лише в основному стані; б) для атомів яких збуджений стан є характерним.

4. Схема переходу атома Хлору в збуджені стани: Cl → Cl* → Cl** → Cl***. Запишіть скорочені електронні формули атома Хлору в кожному стані й зобразіть графічні варіанти цих формул.

5. Які значення валентності та ступені окиснення має Карбон у метані, етані, етені та етині?

6. Визначте ступені окиснення Фосфору в сполуках із формулами Ca₃P₂, PBr₅, HPO₃.

 

1. Валентність елементів. Валентність елемента визначається кількістю спільних електронних пар (ковалентних зв’язків), які утворює його атом з іншими атомами за рахунок неспарених електронів.

В атомі Гідрогену є лише один електрон (1s¹ ), який бере участь в утворенні хімічного зв’язку. Тому цей елемент в усіх речовинах одновалентний. Флуор — теж одновалентний елемент, а Оксиген — двовалентний. Атом Флуору має на зовнішньому енергетичному рівні один неспарений електрон, а атом Оксигену — два.

Отже, кількість неспарених електронів в атомі вказує на можливе значення валентності елемента.

Електронна будова атомів деяких елементів може змінюватися. Однією з умов для цього є наявність в атомі на останньому енергетичному рівні вільних орбіталей. При отриманні атомом певної порції енергії пара зовнішніх електронів роз’єднується і один із них переміщується в нову орбіталь. Атом переходить з основного стану в так званий збуджений стан (його позначають зірочкою справа від символу елемента). При збудженні атома кількість неспарених електронів зростає, і в нього виникає можливість утворювати більшу кількість ковалентних зв’язків.

Наприклад,

основний стан атома Карбону С → 1s² 2s² 2p²;

збуджений стан С*  → 1s² 2s¹ 2p³

Наявність у збудженого атома Карбону чотирьох неспарених електронів зумовлює те, що цей елемент майже в усіх речовинах чотиривалентний. Збуджені стани існують для атомів інших неметалічних елементів — Бору, Силіцію, Фосфору, Сульфуру, Хлору тощо. Якщо для атомів перших трьох елементів можливий один такий стан, то для атомів Сульфуру і Хлору — два і три стани відповідно.

Збуджені стани для атомів Нітрогену, Оксигену і Флуору неможливі, оскільки всі орбіталі 2-го (зовнішнього) енергетичного рівня цих атомів заповнені одним чи двома електронами.

2. Ступені окиснення елементів. Ступінь окиснення — важлива характеристика елемента в речовині. Її використовують у класифікації речовин, для прогнозування можливості окисно-відновних реакцій, при складанні відповідних хімічних рівнянь.

Ступені окиснення елементів у бінарній йонній сполуці дорівнюють зарядам їхніх йонів. Так, у літій хлориді й алюміній сульфіді ступені окиснення елементів становлять +1, –1 та +3, –2 відповідно:

 +1 –1           +3 –2

   LiCl            Al₂S₃

У речовинах молекулярної та атомної будови реалізуються ковалентні зв’язки між атомами. Для того щоб з’ясувати значення ступенів окиснення елементів у таких речовинах, електронні пари ковалентних полярних зв’язків переміщують до більш електронегативних атомів і визначають заряди, які після цього виникають (за потреби використовують таблицю електронегативності елементів:

   +1–1                +2 –1                         +4 –2

   HF                OF₂                       SiO₂

У сполуках, утворених трьома або більшою кількістю елементів, ступені окиснення елементів часто визначають, за правилом електронейтральності: сума ступенів окиснення всіх атомів у речовині дорівнює нулю. Ступінь окиснення атомів простої речовини дорівнює нулю.

Завдяки переходу атомів у збуджені стани розширюються валентні можливості елементів і водночас збільшується кількість можливих ступенів окиснення елементів у сполуках.

Важливо розрізняти поняття «валентність» і «ступінь окиснення». Валентність визначається кількістю ковалентних зв’язків, які утворює атом, а ступінь окиснення є умовним зарядом на атомі, що виникає, якщо повністю змістити електронні пари ковалентних полярних зв’язків до більш електронегативного атома (атомів).

Значення валентності й ступеня окиснення елемента (без урахування знака «плюс» чи «мінус») у сполуці часто збігаються.

При переході від одного періоду до іншого значення валентності й ступенів окиснення елементів головної підгрупи певної групи в більшості випадків повторюються. Ця тенденція поширюється і на хімічні елементи побічних підгруп.

ВИСНОВКИ

Кількість неспарених електронів в атомі вказує на можливе значення валентності елемента. При збудженні атома кількість таких електронів збільшується за рахунок роз’єднання електронних пар. Цей процес відбувається при поглинанні атомом енергії та за наявності на останньому енергетичному рівні вільної орбіталі, в яку переходить електрон з електронної пари. Завдяки збудженню атомів розширюються валентні можливості елементів та інтервал значень їх ступенів окиснення. Значення валентності й ступенів окиснення елементів зі зростанням зарядів ядер атомів періодично повторюються.