Валентлыҡ

Валентлыҡ
	Валентлыҡ
Ҡайҙа өйрәнелә	химия
Үлсәме
Дәүмәл символы (LaTeX)
	Валентлыҡ Викимилектә

Валентлыҡ (от лат. valēns «көскә эйә»; рус. Валентность ) — атом барлыҡҡа килтергән химик бәйләнештәр иҫәбе, йәки атомдар һаны бирелгән элементтың атомын ҡуша йәки алмаштыра ала.

«Валентлыҡ» төшөнсәһе барлыҡҡа килеү тарихы

Валентлыҡ терминының этимологияһы 1424 йылдан, ғилми текста «экстракт», «препарат» мәғәнәһендә ҡулланыла башлағандан бирле күҙәтелә. Заманса билдәләмә сиктәрендә ҡулланыу 1884 йылда теркәлгән (нем. Valenz). 1789 йылда Уильям Хиггинс матдәләрҙең ваҡ киҫәксәләре араһында бәйләнештәр барлығы фаразланған ғилми хеҙмәт баҫтырып сығара.^[1].

Эдуард Франкленд — хәҙерге валентлыҡ төшөнсәһенә нигеҙ һалыусы

Ләкин валентлыҡ феномены тулыһынса раҫланған төшөнсәне 1852 йылда химик Эдуард Франкленд тәҡдим итә. Ул ошо мәлгә булған бөтә теорияларҙы һәм фараздарҙы йыя һәм ҡайтанан ҡарай^[2].

Төрлө металдарҙың тулыланыу һәләтен күҙәтеп һәм органик сығарылма металдарҙың составын органик булмаған берләшмәләр составы менән сағыштырып, Франкленд «берләшеү көсө» (берләшеү ауырлығы) тураһында төшөнсә индерә. Был валентлыҡ тураһындағы тәғлимәткә нигеҙ булып тора. Франкленд ҡайһы бер закондар урынлаштырһа ла, уның идеялары үҫешә алмай.

Валентлыҡ теорияһын төҙөүҙә Фридрих Август Кекуле хәл иткес роль уйнай. 1857 йылда ул углеродтың дүрт нигеҙле (дүрт атомлы) элемент булыуын күрһәтә, һәм уның иң ябай берләшмәһе булып СН₄ метан тора. Атомдарҙың валентлығы тураһындағы күҙаллауҙарының хаҡлығына ышанған Кекуле уларҙы үҙенең органик химия дәреслегенә индерә: автор фекеренсә, нигеҙлелек — атомдың фундаменталь үҙенсәлеге, атом ауырлығы кеүек үк даими һәм үҙгәрмәй торған үҙенсәлек. 1858 йылда Кекуле идеяларына тап килгән ҡараштар Арчибальд Скотт Купер тарафынан «Яңы химик теория тураһында»ғы мәҡәләлә телгә алына.

1861 йылдың сентябрендә А. М. Бутлеров валентлыҡ теорияһына мөһим өҫтәмәләр индерә. Ул ирекле атом һәм башҡалар менән берләшкән атом араһындағы аныҡ айырманы күрһәтә.. Бутлеров оҡшаш көстәрҙе тулыһынса файҙаланыу һәм «яҡынлыҡ көсөргәнеше», йәғни молекулалағы атомдарҙың үҙ-ара йоғонтоһо арҡаһында барлыҡҡа килгән бәйләнештәрҙең энергетик яҡтан эквивалентһыҙ булыуы тураһында төшөнсә индерә.Ошо үҙ-ара йоғонто һөҙөмтәһендә атомдар, структураһына ҡарап, төрлө «химик ҡиммәткә» эйә була. Бутлеров теорияһы органик берләшмәләрҙең изомерлығына һәм уларҙың реакцияға инеүенә ҡағылышлы бик күп факттарға аңлатма бирергә мөмкинлек бирә.

Молекуланың күргәҙмә һүрәтен төшөрөү мөмкинлеге лә валентлыҡ теорияһының ҙур өҫтөнлөгө була. 1860-сы йылдарҙа тәүге молекуляр моделдәр барлыҡҡа килә. 1864 йылда уҡ А. Браун структуралы формулаларҙы уларҙа урынлашҡан һәм атомдар араһында химик бәйләнеште билдәләүсе һыҙыҡтар менән тоташтырылған элементтар символдары булған түңәрәктәр рәүешендә файҙаланырға тәҡдим итә; һыҙыҡтар һаны атом валентлығына тап килә.1865 йылда А. фон Гофман тәүге шар стерженле моделдәр күрһәтә, уларҙа атомдар ролен крокет шарҙары алмаштарыа. 1866 йылда Кекуле дәреслегендә тетраэдр конфигурацияһы булған стереохимик моделдәрҙең һүрәттәре баҫыла.

Тәүҙә валентлыҡ берәмеге итеп водород атомының валентлығы ҡабул ителә. Икенсе элементтың валентын үҙенә ҡушылған йәки был икенсе элементтың бер атомын алмаштырған водород атомдары һаны менән күрһәтергә мөмкин. Шул рәүешле билдәләнгән валентлыҡ водород берләшмәләрендә валентлыҡ йәки водород буйынса валентлыҡ тип атала: HCl, H₂O, NH₃, CH₄ мәҫәлән, хлорҙың водород буйынса валентлығы — 1-гә, кислородтыҡы — 2-гә, азоттыҡы — 3-кә, углеродтыҡы — 4-кә тигеҙ.

Кислородтың валентлығы, ҡағиҙә булараҡ, икегә тигеҙ. Шуға күрә, теге йәки был элементтың кислород берләшмәһе составын йәки формулаһын белеп, уның валентлығын был элементтың бер атомын тоташтыра алған кислород атомдарының икеләтә һаны итеп билдәләргә мөмкин. Шул рәүешле билдәләнгән валентлыҡ элементтың кислород берләшмәләрендәге валентлығы йәки кислород буйынса валентлығы тип атала: мәҫәлән, K₂O, CO, N₂O₃, SiO₂, SO₃ берләшмәләрендә калийҙың кислород буйынса валентлығы — 1-гә, углеродтыҡы — 2-гә, азоттыҡы — 3-кә, кремнийҙыҡы — 4-кә, көкөрттөкө — 6-ға тигеҙ.

Күпселек элементтарҙа кислород һәм водород берләшмәләрендә валентлыҡтың мәғәнәһе төрлөсә: мәҫәлән, водород буйынса көкөрттөң (H₂S) валентлығы — 2-гә, ә кислород буйынса — 6-ға (SO₃). Бынан тыш, элементтарҙың күбеһе төрлө берләшмәләрҙә төрлө валентлыҡты (ҡайһы бер элементтарҙың гидридтары ла, оксидтары ла булмауы мөмкин) күрһәтә. Мәҫәлән, углерод кислород менән ике оксид барлыҡҡа килтерә: СО монооксид углероды һәм CO₂ углерод диоксиды Углерод монооксидында углерод валентылығы — 2-гә, ә диоксидта 4-кә тигеҙ (ҡайһы бер элементтар шулай уҡ пероксидтар барлыҡҡа килтерә ала). Тикшерелгән миҫалдарҙан күренеүенсә, элементтың валентлығын, ҡағиҙә булараҡ, бер һан һәм/йәки ысул менән баһалау мөмкин түгел.

Валентлыҡ тураһында хәҙерге заман ҡарашы

Химик бәйләнеш теорияһы барлыҡҡа килгәндән алып «валентлыҡ» төшөнсәһе һиҙелерлек эволюция кисерә. Әлеге ваҡытта уның аныҡ фәнни аңлатмаһы юҡ, шуға күрә фәнни лексиканан тулыһынса тиерлек ҡыҫырыҡлап сығарылған һәм башлыса методик маҡсатта файҙаланыла.

HNO3 молекулаһында ковалентлы бәйләнештәр булдырыуҙың резонанс моделе

Нигеҙҙә, химик элементтарҙың валентлығында, ғәҙәттә, уның ирекле атомдарының билдәле бер һанда ковалент бәйләнештәр барлыҡҡа килтереүгә һәләтлелеге (тарыраҡ мәғәнәлә — уның һәләтлелек үлсәме) аңлатыла. Ковалент бәйләнешле берләшмәләрҙә атомдарҙың валентлығы барлыҡҡа килгән ике электрон ике үҙәкле бәйләнештәр һаны менән билдәләнә. 1927 йылда В. Гайтлер һәм Ф. Лондон тәҡдим иткән локаль валентлыҡ бәйләнештәре теорияһында тап ошондай алым ҡабул ителә. Әгәр атомда n парһыҙ электрондар һәм m бүленмәгән электрон парҙар бар икән, был атом башҡа атомдар менән n + m ковалент бәйләнештәр барлыҡҡа килтереүе мөмкин^[3]. Максималь валентлыҡты баһалағанда гипотетик «ярһыулы» (валентлыҡ) хәленең электрон конфигурацияһынан сығып эш ителә. Мәҫәлән, бор, углерод, азот атомының максималь валентлығы — 4 (мәҫәлән, [BF4],CH4 һәм [NH4]+), фосфор — 5 (PCl5), көкөрт — 6 (H2SO4), ә хлор — 7 (Cl2O7). Атом барлыҡҡа килтерә алған бәйләнештәр һаны уның дөйөм электрон парҙары (молекуляр ике электрон болот) барлыҡҡа килеүгә барған парһыҙ электрондары һанына тигеҙ. Ковалентлы бәйләнеш донор-акцептор механизмы ярҙамында ла барлыҡҡа килә ала. Ике осраҡта ла бәйләнеш барлыҡҡа килтергән полярлыҡ иҫәпкә алынмай, шунлыҡтан валентлыҡ тамғаһыҙ була — окисланыу торошонан айырмалы рәүештә ыңғай ҙа, кире лә була алмай (N2, NO2, NH3 һәм [NH4]+).

Этан молекулаһының структур формулаһы

Водород һәм кислород буйынса валентлыҡтан тыш, был элемент атомдарының бер-береһе йәки башҡа элементтар атомдары менән берләшеү һәләте ҡайһы бер осраҡтарҙа элементтың окисланыу дәрәжәһен ковалентлыҡты асыҡларға һәм башҡа ысулдар менән тигеҙләргә мөмкин. Был характеристикалар яҡын һәм хатта һан яғынан тура килергә мөмкин, ләкин бер-береһенә тождество булмаҫҡа тейеш^[4]. Мәҫәлән, N2 азотының изоэлектрон молекулаларында CO углерод оксиды һәм цианид ионы CN−, өсләтә бәйләнеш башҡара (йәғни һәр атомдың валентлығы — 3), ләкин элементтарҙың окисланыу дәрәжәһе — 0, +2, +2, +3 һәм −3. Этан молекулаһында (һүрәтте ҡара) углерод күпселек органик берләшмәләрҙәге кеүек тетравалентлы, ә окисланыу дәрәжәһе −3.

Был бигерәк тә делокализацияланған химик бәйләнешле молекулаларға ҡағыла; мәҫәлән, азот кислотаһында азоттың окисланыу дәрәжәһе +5, ә азоттың валентлығы 4-тән юғары була алмай. Күп кенә мәктәп дәреслектәренән билдәле ҡағиҙә — «Элементтың максималь валентлығы һан яғынан Периодик таблицалағы төркөм номерына тигеҙ» — тик окисланыу дәрәжәһенә генә ҡарай. «Даими валентлыҡ» һәм «үҙгәреүсән валентлыҡ» төшөнсәләре лә башлыса окисланыу дәрәжәһен күҙҙә тота.

Ете поляр (семиполярные) һәм донор-акцепторлы (датив) бәйләнештәр асылда «икеләтә» бәйләнештәр булып тора, сөнки улар барлыҡҡа килгәндә ике процесс та бара: электрондың күсерелеүе (ионлы элемтәнең барлыҡҡа килеүе) һәм электрондарҙың дөйөмләштерелеүе (ковалентлы бәйләнештең барлыҡҡа килеүе).

Әгәр ике электронлы ике үҙәкле бәйләнеш моделен ҡулланыу мөмкин булмаһа^[5] һәм ковалентлы берләшмәләр юҡ икән, валентлыҡ төшөнсәһен ҡулланырға ярамай. Валентлыҡ кластер берләшмәләрен, бороводородтарҙы, карборндарҙы, затлы газ берләшмәләрен һәм башҡаларҙы тасуирлау өсөн ҡулланылмай. Мәҫәлән, һелтеле металл катиондары краун-эфирлы комплекстарҙа уларҙың окисланыу кимәленән валентлыҡ күпкә юғарыраҡ күрһәтә.

Ионлы кристалл төҙөлөшө булған берләшмәләрҙе тасуирлау өсөн валентлыҡ ҡулланыу дөрөҫ булмаҫ ине. Әйтәйек, натрий хлориды NaCl кристаллында һәр ион Na+йәки Cl − — берәмек күҙәнәктең үҙәге — күрше иондарҙың реаль һаны — координация һаны — 6, ә окисланыу дәрәжәһенә ярашлы рәүештә +1 һәм −1 тәшкил итә. Локалләштерелгән электрон парҙар бөтөнләй юҡ.

Хәҙерге химияла молекуляр орбиталдар ысулы әүҙем ҡулланыла, уларҙа атомдың валентлығы төшөнсәһе аналогтары юҡ^[4].Шул уҡ ваҡытта химик бәйләнештең күплеге төшөнсәһе барлыҡҡа килеүсе бәйләнештәр һанына хас. Ике электрон молекуляр орбиталь менән берҙәм бәйләнеште асыҡлау тик экстремаль, локалләштерелгән осраҡта ғына мөмкин^[6]. Квант химияһында валентлыҡ төшөнсәһенең молекулалағы атом характеристикаһы булараҡ аналогы юҡ, ә ҡулланылған спин-валентлыҡ төшөнсәһе айырым атомға ҡарай^[7]

Элменттың ковалентлығы (элементтарҙың валент мөмкинлектәре үлсәме; һыйҙырышлығы) парһыҙ электрондарҙың дөйөм һаны менән билдәләнә^[8] атомдың нормаль һәм ярһыу хәлдә (матдә атомы электрондарының яҡтылыҡ төшөү йәки башҡа юл менән тәьҫирләнеп, беренсе стационар хәлдән икенсе стационар хәлгә күсеүе), икенсе төрлө әйткәндә, атом барлыҡҡа килтергән ковалентлы бәйләнештәр һаны (углерод 2s22p2 II ковалентлы, ә ярһыған хәлдә C*2s12p3 IV-ковалентлы; шулай итеп, CO һәм CO2-лә валентлыҡ — II йәки IV, ә ковалентлыҡ — II һәм/йәки IV). , Азоттың N2, NH3, Al≡N һәм Сa = N-C≡N молекулаларында кислород коваленты — 3-кә, H2O һәм CO2 молекулаларында кислород ковалентлығы — 2-гә, CH₄, СО2 молекулаларында һәм (алмас) кристалында углерод ковалентлығы — 4-кә тигеҙ.

Классик йәки кванттан һуңғы химик сағылышта ике атомлы молекулаларҙың электрон йотоу спектрынан бирелгән энергияһында оптик (валентлыҡ) электрондар һанын билдәләргә мөмкин^[9]. Был ысулға ярашлы, корреляция тура һыҙыҡтарының ауышлыҡ мөйөшө тангенсының кире дәүмәле валентлы электрондар парҙары һанына тап килә^[10].

Ошо берләшмәлә валентлыҡ (стехиометрик), уның атомдарының моляр массаһы һәм уның эквивалент массаһы араһында туранан-тура атом теорияһынан барлыҡҡа килгән «эквивалент масса» төшөнсәһен билдәләүсе ябай нисбәт бар.

Элементтың был берләшмәләге стехиометрик валентлығы^[11] уның атомдарының молекуляр массаһына тигеҙ (г/моль), элементтың эквивалент массаһына (г/моль) бүленгән :

V={\frac {M}{E}}

V — Стехиометрик валентлыҡ;

M — Молекуляр масса (г/моль);

E — Эквивалентлы масса (г/моль);

Мәҫәлән, -углеродтың стехиометрик валентлығы CO 12 (г/моль) /6 (г/моль) = 2, ә CO2 12 /3 = 4.

Органик булмаған химияла күп осраҡта элементтың валентлыҡ төшөнсәһе билдәлелеген юғалта: был дәүмәл берләшеүҙең химик төҙөлөшөн белеүгә бәйле, күп осраҡта ул төркөм номерынан күберәк булыуы мөмкин (таблица ПСХЭ). Органик булмаған химияла ғәҙәттә — окисланыу дәрәжәһе, ә органик химияла валентлыҡ төшөнсәһе ҡулланыла, сөнки органик булмаған матдәләрҙең күбеһе молекуляр булмаған, ә органик химияла молекуляр төҙөлөшлө. Был ике төшөнсә һан яғынан тура килһә лә, уларҙы тигеҙләргә ярамай. Шулай уҡ «валентлы электрондар» термины, йәғни атом ядроһы менән ныҡ бәйләнмәгәндәре, йышыраҡ тышҡы электрондар, киң ҡулланыла. Шулай уҡ «валентлы электрондар>» термины, йәғни атом ядроһы менән ныҡ бәйләнмәгәндәре, йышыраҡ тышҡы электрондар, киң ҡулланыла.

Элементтарҙың валентлығы буйынса берләшмәләрҙең ысын формулаларын төҙөргә мөмкин, һәм, киреһенсә, ысын формулаларҙан сығып, был берләшмәләрҙә элементтарҙың валентлығын билдәләргә мөмкин. Шул уҡ ваҡытта бер элементтың валентлыҡ ҡабатландығы уның атомдары һанына икенсе элементтың валентлығы ҡабатландығына тигеҙ тигән принципты иҫтә тоторға кәрәк. Мәҫәлән, азот оксиды (III) формулаһын төҙөү өсөн химик тамғаның өҫтөнә валентлыҡтарын яҙып ҡуялар ${\stackrel {III}{\mbox{N}}}$ ${\stackrel {II}{\mbox{O}}}$ . Иң бәләкәй уртаҡ бүленеүсене билдәләп һәм уны тейешле валентлыҡҡа бүлеп, азоттың кислородҡа ҡарата атом нисбәтен алабыҙ, атап әйткәндә, 2:3. Ошонан сығып, азот (III) оксиды формулаһы — ${\stackrel {+3}{\mbox{N}}}_{2}{\stackrel {-2}{\mbox{O}}}_{3}$ .

Ошо рәүешле валентлыҡты билдәләү өсөн киреһенсә эшләйҙәр.

Иҫкәрмәләр

↑ Partington, J.R. A Short History of Chemistry. — Dover Publications, Inc, 1989. — ISBN 0-486-65977-1.
↑ Frankland E. On a New Series of Organic Bodies Containing Metals. // Phil. Trans. 1852. Vol. 142. P. 417—444.
↑ Неорганическая химия / Б. Д. Степин, А. А. Цветков ; Под ред. Б. Д. Степина. — М.: Высш. шк., 1994. — С. 71—72
↑ ^4,0 ^4,1 Валентность атомов в молекулах / Корольков Д. В. Основы неорганической химии. — М.: Просвещение, 1982. — С. 126
↑ Развитие учения о валентности. Под ред. Кузнецова В. И. М.: Химия, 1977. стр.19.
↑ Татевский В. М. Квантовая механика и теория строения молекул. М.: Изд-во МГУ, 1965. Глава 3.
↑ Татевский В. М. Квантовая механика и теория строения молекул. М.: Изд-во МГУ, 1965. Глава 3.
↑ в том числе в донорно-акцепторной связи
↑ Серов Н. В. Электронные термы простых молекул // Оптика и спектроскопия, 1984, Т.56, вып.3, с. 390—406.
↑ Ionov S.P. and Kuznetsov N.T. Excited and Ionized and States of H2 in Terms of the Structural Thermodynamic Model// Russian Journal of Inorganic Chemistry Vol. 50, No. 2, February 2005, pp. 233—237
↑ В предположении что Валентность неизвестна, но известны молекулярная масса и эквивалентная масса соединения.

Шулай уҡ ҡарағыҙ

Окисланыу дәрәжәһе
Координация һаны

Әҙәбиәт

Л. Паулинг Природа химической связи. М., Л.: Гос. НТИ хим. литературы, 1947.
Картмелл, Фоулс. Валентность и строение молекул. М.: Химия, 1979. 360 с.]
Коулсон Ч. Валентность. М.: Мир, 1965.
Маррел Дж., Кеттл С., Теддер Дж. Теория валентности. Пер. с англ. М.: Мир. 1968.(недоступная ссылка)
Развитие учения о валентности. Под ред. Кузнецова В. И. М.: Химия, 1977. 248с.
Валентность атомов в молекулах / Корольков Д. В. Основы неорганической химии. — М.: Просвещение, 1982. — С. 126.

Һылтанмалар

Угай Я. А. Валентность, химическая связь и степень окисления — важнейшие понятия химии // Соросовский образовательный журнал. — 1997. — № 3. — С. 53-57.
Возникновение структурной химии 2014 йыл 6 октябрь архивланған. / Левченков С. И. Краткий очерк истории химии.

[Partington-1] Partington, J.R. A Short History of Chemistry. — Dover Publications, Inc, 1989. — ISBN 0-486-65977-1.

[2] Frankland E. On a New Series of Organic Bodies Containing Metals. // Phil. Trans. 1852. Vol. 142. P. 417—444.

[3] Неорганическая химия / Б. Д. Степин, А. А. Цветков ; Под ред. Б. Д. Степина. — М.: Высш. шк., 1994. — С. 71—72

[korolkov-4] 4,0 ^4,1 Валентность атомов в молекулах / Корольков Д. В. Основы неорганической химии. — М.: Просвещение, 1982. — С. 126

[5] Развитие учения о валентности. Под ред. Кузнецова В. И. М.: Химия, 1977. стр.19.

[6] Татевский В. М. Квантовая механика и теория строения молекул. М.: Изд-во МГУ, 1965. Глава 3.

[7] Татевский В. М. Квантовая механика и теория строения молекул. М.: Изд-во МГУ, 1965. Глава 3.

[8] в том числе в донорно-акцепторной связи

[9] Серов Н. В. Электронные термы простых молекул // Оптика и спектроскопия, 1984, Т.56, вып.3, с. 390—406.

[10] Ionov S.P. and Kuznetsov N.T. Excited and Ionized and States of H2 in Terms of the Structural Thermodynamic Model// Russian Journal of Inorganic Chemistry Vol. 50, No. 2, February 2005, pp. 233—237

[11] В предположении что Валентность неизвестна, но известны молекулярная масса и эквивалентная масса соединения.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]