Rambler's Top100 Service
Поиск   
 
Обратите внимание!   Посетите Сервер по Физике Обратите внимание!
 
  Наука >> Физика >> Общие вопросы >> Справочники >> Физическая энциклопедия | Словарные статьи
 Написать комментарий  Добавить новое сообщение
 См. также

Популярные статьиМеханизмы и модели зарядовой компенсации при гетеровалентных замещениях в кристаллах.

Популярные статьиМежатомное взаимодействие и электронная структура твердых тел: Ковалентная связь

Популярные статьиМеханизмы и модели зарядовой компенсации при гетеровалентных замещениях в кристаллах.: дефицит зарядов

Популярные статьиТвёрдые растворы в мире минералов: условие электронейтральности

Популярные статьиТвёрдые растворы в мире минералов: принцип электронейтральности

Популярные статьиЕстественный отбор минеральных видов: энергия решетки

Курсы лекцийКурс лекций И.М.Гельфанда по линейной алгебре: тензор

Популярные статьиТвёрдые растворы в мире минералов: условие электронейтральности

Словарные статьиВалентное состояние атома

КнигиЗонная структура электронного энергетического спектра в твердых телах. Модели свободных и сильно связанных электронов.: 2.1. Исходная модель металла

Популярные статьиТвёрдые растворы в мире минералов: принцип электронейтральности

Пи-комплекс Валентность
8.01.2002 0:54 | Phys.Web.Ru
    

Валентность (от лат. valentia - сила) - способность атомов образовывать химические связи. Валентность можно рассматривать как способность атома отдавать или присоединять определенное число электронов. Валентность положительна, если атом отдает электроны, и отрицательна, если атом их присоединяет. Количественной мерой валентности принято считать число валентных штрихов в структурной формуле молекулы, соединяющих данный атом с другими атомами молекулы (число штрихов равно кратности химической связи).

Полная картина строения молекул разных классов и химических связей в них крайне сложна и многообразна, поэтому единого и всеобъемлющего определения валентности нет. Однако в подавляющем большинстве случаев можно ограничиться рассмотрением двух типов валентности - ковалентности и ионной валентности (последнюю называют также электровалентностью или гетеровалентностью). Ковалентность равна сумме кратностей ковалентных связей, образованных данным атомом, т. е. связей, возникающих за счет обобществления пар электронов (в случае одинарной связи это одна пара, в случае двойной связи - две пары и т. п.). Ионная валентность определяется числом электронов, которое данный атом отдал или получил при образовании ионной связи. В некоторых случаях под валентностью понимают координационное число, равное числу атомов, находящихся в непосредственной близости с данным атомом в молекуле, комплексном соединении или кристалле.

Валентность атома связана с его электронной структурой, а следовательно, и с его положением в периодической системе элементов, так как, отдавая или присоединяя электроны, атом стремится иметь заполненную, наиболее устойчивую внешнюю электронную оболочку. Так, максимальная валентность атома С, имеющего во внешней (валентной) оболочке 4 электрона, равна 4, поэтому, например, в молекуле метана (CH4) он связан ковалентными связями с 4 атомами водорода, его ковалентность равна 4. Атом Na отдает единственный внешний электрон (валентность Na +1) атому F, имеющему во внешней оболочке 7 электронов (валентность F -1), в результате чего образуется молекула NaF. Таким образом, можно заключить, что атомы щелочных металлов имеют валентность +1, атомы щелочноземельных элементов - валентность +2, атомы галогенов - валентность -1, атом N, имеющий на внешней оболочке 5 электронов, должен быть трехвалентным, а атом O, имеющий 6 внешних электронов, - двухвалентным.

Исторически понятие валентности сложилось на основе сформулированного в начале 19 века Дж. Дальтоном (J. Dalton) закона кратных отношений. В середине 19 века стало известно, что допустимы далеко не все возможные кратные отношения; например, атом F способен соединиться лишь с одним атомом H, атом O - с двумя, атом N - с тремя, атом C - с четырьмя атомами H. Эта способность связывать или замещать определенное количество атомов и была названа валентностью. После возникновения первой теории атома Г. Льюис (G. Lewis) в 1916-17 сформулировал правило, по которому каждый элемент стремится иметь в различных соединениях заполненную внешнюю электронную оболочку, и теоретически обосновал ковалентность, а В. Коссель (W. Kossel) дал теорию ионной валентности. Понятие валентность приобрело новое содержание, которое затем существенно обогатилось и усложнилось благодаря развитию квантовой химии и синтезу соединений, обладающих необычными свойствами.

В квантовой химии широкое распространение получило понятие направленной валентности. Так, считается, что у атома С, имеющего координационное число 4 (4 ближайших соседа, с которыми данный атом образует ковалентные связи), валентности направлены в вершины тетраэдра (при условии, что сам атом находится в центре тетраэдра): у атома C с координационным числом 3 (одна из ковалентных связей является двойной) валентности лежат в одной плоскости и образуют между собой углы 120 и т.д. В $\pi$- комплексах типа приведенных на рисунке 1, где М - атом Fe, Cr, Ti и т. п. связан с двумя пентадиенильными циклами C5H5, валентности направлены от атома металла к атомам, образующим пентадиенильные циклы. Для таких комплексов возникли представления о делокализованной валентности (поскольку $\pi$-электроны в таких кольцах делокализованы по всему циклу - "обобществлены") и групповой валентности (поскольку речь идет о взаимодействии атома металла с группой атомов).

В настоящее время синтезированы соединения инертных газов (XeF2, XeF4, XeO3 и прочие), валентности которых считалась равной нулю. Наконец, обнаружено очень большое число соединений, в которых один и тот же атом соединяется с атомами другого элемента в различных стехиометрических соотношениях, зависящих от внешних условий. Так, газообразное соединение PCl5, конденсируясь, дает комплексы [PCl4]+ и [PCl6]+ с координационными числами 4 и 6 соответственно. При повышении температуры образуются соединения PCl3, PCl2, PCl, и ионы PCl2+, PCl3+, PCl4+, PCl+ и так далее. Более того, оказалось, что проявлять "переменную" валентность может подавляющее большинство элементов, образуя ряд валентно-ненасыщенных соединений с валентностью от 1 до некоторого максимального значения.

Таким образом, строго говоря, валентность не является специфической характеристикой элемента: можно говорить лишь о склонности элемента проявлять в различных химических соединениях ту или иную валентность.

С понятием валентности тесно связано понятие валентного состояния атома, т.е. такого гипотетического состояния, в котором атом находится в молекуле. Это состояние определяется типом и числом занятых и вакантных валентных атомных орбиталей (т. е. таких, которые соответствуют внешним электронным оболочкам), числом электронов, заселяющих каждую атомную орбиталь, и относительной ориентацией спинов электронов. Очевидно, в рассмотренном выше ряду соединений, состоящих из P и Cl, валентное состояние атома P меняется от соединения к соединению.


Написать комментарий
 Copyright © 2000-2015, РОО "Мир Науки и Культуры". ISSN 1684-9876 Rambler's Top100 Яндекс цитирования