Валентность и составление формул

Теория

Валентность — это число химических связей, которые атом образует с другими атомами. У водорода валентность всегда I, у кислорода II, у алюминия III, у углерода бывает II и IV. Записывают валентность римскими цифрами над знаком элемента.

Составлять формулы по валентностям помогает правило: произведение валентности на число атомов одинаково для всех элементов формулы. Для соединения \(A_xB_y\) это \(x \cdot v(A) = y \cdot v(B)\). Отсюда индексы находят через наименьшее общее кратное валентностей: \(x = \frac{\text{НОК}}{v(A)}\), \(y = \frac{\text{НОК}}{v(B)}\), а если оба индекса делятся на одно число, их сокращают до наименьших целых.

Например, для алюминия (III) и кислорода (II): НОК(3; 2) = 6, значит индексы 6:3 = 2 и 6:2 = 3 — формула Al₂O₃. Для кальция (II) и кислорода (II): НОК = 2, индексы 1 и 1 — формула CaO, а не Ca₂O₂.

Обратная задача — определить валентность элемента по готовой формуле: если известно, что кислород двухвалентен, то в Fe₂O₃ из \(2x = 3 \cdot 2 = 6\) получаем \(x = 3\), то есть железо трёхвалентно.

Важно: валентность не путайте со степенью окисления. Валентность — число связей, она не бывает отрицательной; степень окисления — условный заряд со знаком, и у одного элемента в разных соединениях она разная.

Пример с решением

1. Условие. Составьте формулу соединения алюминия (III) с кислородом (II) и определите валентность железа в Fe₂O₃, если кислород двухвалентен.
2. НОК валентностей. НОК(3; 2) = 6.
3. Индексы. У алюминия 6 : 3 = 2, у кислорода 6 : 2 = 3.
4. Формула. Al₂O₃.
5. Проверка. 2 · III = 6 и 3 · II = 6 — число связей совпало.
6. Обратная задача. В Fe₂O₃ два атома железа и три атома кислорода: \(2x = 3 \cdot 2 = 6\), значит \(x = 3\).
7. Ответ. Al₂O₃ и железо(III) в Fe₂O₃. В калькуляторе это режимы «Составить формулу по валентностям» (Al, 3, O, 2) и «Найти валентность по формуле» (Fe2O3, O, 2).

Главное

• Правило валентности: \(x \cdot v(A) = y \cdot v(B)\) — число связей одинаково.
• Индексы: \(x = \frac{\text{НОК}}{v(A)}\), затем сокращаются до наименьших целых.
• Постоянные валентности: H — I, O — II, Al — III.
• Обратная задача: валентность неизвестного элемента \(= \frac{v(\text{изв.}) \cdot n(\text{изв.})}{n(\text{неизв.})}\).