ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Под валентностью подразумевается свойство атома данного элемента присоединять или замещать определенное число атомов другого элемента. Мерой валентности поэтому может быть число химических связей, образуемых данным атомом с другими атомами.
Таким образом, в настоящее время под валентностью химического элемента обычно понимается его способность (в более узком смысле - мера его способности) к образованию химических связей. В представлении метода валентных связей числовое значение валентности соответствует числу ковалентных связей, которые образует атом.
Составление химических формул по валентности
С помощью химических знаков по валентности элементов можно составить формулу сложного вещества. Для этого необходимо знать:
— химические знаки элементов, входящих в состав сложного вещества;
— валентность элементов;
— уметь находить наименьшее общее кратное для валентностей элементов;
— определять индексы для атомов элементов.
Рассмотрим правила составления химических формул сложных соединений по валентности на примере неорганических веществ разных классов:
а) оксиды
Предположим, что нам необходимо вывести формулу оксида железа (III). Для этого нужно осуществить следующие действия:
— изображаем химические знаки элементов, входящих в состав сложного вещества:
— поставим над знаком каждого элемента валентность римской цифрой:
— найдем наименьшее общее кратное чисел единиц валентностей:
— разделим наименьшее общее кратное на число единиц валентности каждого элемента в отдельности (полученные частные и будут индексами в формуле):
б) основания, соли и кислоты
При составлении формул оснований и солей пользуются теми же действиями, что и при составлении формул оксидов. Различие заключается лишь в том, что вместо атома кислорода будут стоять гидроксогруппа (OH) или кислотные остатки (SO 4 , SO 3 , CO 3 , NO 3 , PO 4 , SiO 3 , S, Cl и т.д.).
Предположим, что нам необходимо вывести формулу гидроксида кальция:
общее кратное II × I = 2
2 / 2 = 1 (единица не ставится);
2 / 1 = 2 (OH следует взять в скобки);
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
| Задание | Определите валентность элементов в следующих соединениях: а) Mg 3 P 2 ; б) Al 2 S 3 ; в) Na 2 O; г) AgCl; д) FeCl 3 . |
| Решение | Определение валентностей элементов в химическом соединении стоит начинать с указания валентности известного элемента. В варианте «а» — это магний, поскольку элементы IIA группы имеют постоянное значение валентности, равное номеру группы, т.е. II. Запишем формулу вещества и укажем римскими цифрами валентность известного элемента:
Находим наименьшее кратное чисел единиц валентностей. Для этого умножаем значение валентности магния на количество атомов данного элемента в соединении (3): Чтобы определить валентность фосфора поделим наименьшее кратное чисел единиц валентностей на количество атомов фосфора в соединении (2): Это означает, что валентность фосфора равна III: Mg II 3 P III 2 . Аналогичным образом определяем валентности элементов в других соединениях: б) Al III 2 S II 3 ; в) Na I 2 O II ; г) Ag I Cl I ; д) Fe III Cl I 3 . |
| Ответ | а) Mg II 3 P III 2 ;б) Al III 2 S II 3 ; в) Na I 2 O II ; г) Ag I Cl I ; д) Fe III Cl I 3 |
ПРИМЕР 2
| Задание | Определите валентность элементов в следующих соединениях: а) CuO; б) Au 2 O; в) PbO 2 ; г) Li 3 N; д) AlF 3 . |
| Решение | Определение валентностей элементов в химическом соединении стоит начинать с указания валентности известного элемента. В варианте «а» — это кислород, поскольку его валентность всегда равна II:
Проставляем полученное значение справа от химического знака этого элемента, обозначая арабскими цифрами: Теперь делим общее число единиц валентности на число атомов (индекс) элемента, для которого известна валентность: Поставим полученное частное (2) римской цифрой над искомым элементом как его валентность: Значит валентность элементов в соединении CuO равна: у меди - II и у кислорода - II. Аналогичным образом определяем валентности элементов в других соединениях: б) Au I 2 O II ; в) Pb IV O II 2 ; г) Li I 3 N II ; д) Al III F I 3 . |
| Ответ | а) Cu II O II ;б) Au I 2 O II ; в) Pb IV O II 2 ; г) Li I 3 N II ; д) Al III F I 3 |
Одной из самых главных задач в химии является правильное составление химических формул. Химическая формула — это письменное представление состава химического вещества с помощью латинского обозначения элемента и индексов. Для правильного составления формулы нам обязательно понадобится таблица Менделеева и знание простых правил. Они достаточно простые и запомнить их смогут даже дети.
Как составлять химические формулы
Основным понятием при составлении химических формул является «валентность «. Валентность — это свойство одного элемента удерживать определенное число атомов в соединении. Валентность химического элемента можно посмотреть в таблице Менделеева, а также нужно помнить и уметь применять простые общие правила.
- Валентность металла всегда равна номеру группы, при условии, что он находится в главной подгруппе. Например, калий имеет валентность 1, а кальций — 2.
- С неметаллами немного сложнее. Неметалл может иметь высшую и низшую валентности. Высшая валентность равна номеру группы. Низшую валентность можно определить вычтя номер группы элемента из восьми. При соединении с металлами неметаллы всегда имеют низшую валентность. Кислород всегда имеет валентность 2.
- В соединении двух неметаллов низшую валентность имеет тот химический элемент, который находится в таблице Менделеева правее и выше. Однако, фтор всегда имеет валентность 1.
- И еще одно важное правило при расстановке коэффициентов! Общее число валентностей одного элемента всегда должно быть равно общему количеству валентностей другого элемента!
Закрепим полученные знания на примере соединения лития и азота. Металл литий имеет валентность, равную 1. Неметалл азот располагается в 5 группе и имеет высшую валентность 5 и низшую — 3. Как мы уже знаем, в соединениях с металлами неметаллы всегда имеют низшую валентность, поэтому азот в данном случае будет иметь валентность равную трем. Расставляем коэффициенты и получаем искомую формулу: Li 3 N.
Вот так, достаточно просто, мы научились составлять химические формулы! А для лучшего запоминания алгоритма составления формул мы подготовили его графическое представление.
В уроке рассматривается алгоритм составления химических формул веществ по известным валентностям химических элементов. Учитель объяснит два разных способа вывода химической формулы вещества.
2. определим число общих единиц валентности, оно равно наименьшему общему кратному валентностей элементов: НОК (2,4)= 4;
3. определим число атомов каждого химического элемента в молекуле, разделив число общих единиц валентности на валентность элемента;
4. запишем формулу вещества: SO 2 .
Пример 2 . Составим формулу вещества, образованного атомами фосфора (с валентностью V) и атомами кислорода.
1. Запишем знаки элементов и над ними укажем их валентности: .
2. Найдем число общих единиц валентности: НОК(2,5)=10
3. Найдем число атомов фосфора в молекуле: 10:5=2.
4. Найдем число атомов кислорода в молекуле: 10:2=5.
5. Запишем формулу вещества: .
Рис. 2. Составление химической формулы оксида фосфора
1. Емельянова Е.О., Иодко А.Г. Организация познавательной деятельности учащихся на уроках химии в 8-9 классах. Опорные конспекты с практическими заданиями, тестами: Часть I. - М.: Школьная Пресса, 2002. (с.33)
2. Ушакова О.В. Рабочая тетрадь по химии: 8-й кл.: к учебнику П.А. Оржековского и др. «Химия. 8 класс» / О.В. Ушакова, П.И. Беспалов, П.А. Оржековский; под. ред. проф. П.А. Оржековского - М.: АСТ: Астрель: Профиздат, 2006. (с. 36-38)
3. Химия: 8-й класс: учеб. для общеобр. учреждений / П.А. Оржековский, Л.М. Мещерякова, Л.С. Понтак. М.: АСТ: Астрель, 2005.(§16)
4. Химия: неорг. химия: учеб. для 8 кл. общеобразоват. учреждений / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. - М.: Просвещение, ОАО «Московские учебники», 2009. (§§11,12)
5. Энциклопедия для детей. Том 17. Химия / Глав. ред.В.А. Володин, вед. науч. ред. И. Леенсон. - М.: Аванта+, 2003.
Дополнительные веб-ресурсы
1. Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов ().
2. Электронная версия журнала «Химия и жизнь» ().
Домашнее задание
1. с.84 №№ 3,4 из учебника «Химия: 8-й класс» (П.А. Оржековский, Л.М. Мещерякова, Л.С. Понтак. М.: АСТ: Астрель, 2005).
2. с. 38 № 9 из Рабочей тетради по химии: 8-й кл.: к учебнику П.А. Оржековского и др. «Химия. 8 класс» / О.В. Ушакова, П.И. Беспалов, П.А. Оржековский; под. ред. проф. П.А. Оржековского - М.: АСТ: Астрель: Профиздат, 2006.
Класс 8 Дата урока
Тема урока: Валентность. Составление химических формул
по валентности
Цели. Дидактическая: рассмотреть понятие «валентность» как атомность элемента, познакомить учащихся с различными видами валентности (высшей и низшей, переменной и постоянной).
Психологическая: вызвать интерес к предмету, выработать умение логически рассуждать, грамотно выражать свои мысли.
Воспитательная: развивать умение работать коллективно, оценивать ответы своих товарищей.
Тип урока. Комбинированный.
Методы обучения. Частично поисковый, репродуктивный, программированный опрос, беседа с элементами лекции.
Эпиграф к уроку. «Всякое вещество – от самого простого до самого сложного – имеет три различные, но взаимосвязанные стороны: свойства, состав, строение…» (Б.М.Кедров).
Оборудование. Модели молекул воды, углекислого газа, наборы для построения моделей молекул различных веществ, индивидуальные карточки для проверки домашнего задания и самостоятельной работы учащихся в группе, таблички-анаграммы для химической разминки, шкала для определения эмоционального состояния ученика.
ХОД УРОКА
Ориентировочно-мотивационный этап
Психологическая разминка
Цель разминки – определить эмоциональное состояние учащихся. У каждого ученика на внутренней стороне обложки тетради приклеена табличка с шестью лицами – шкала для определения эмоционального состояния (рис.). Каждый ученик ставит галочку под той рожицей, чье выражение отражает его настроение.
Рис. Определи свое эмоциональное состояниеУчитель. Было бы замечательно, если бы к концу урока каждому удалось переместить галочку хотя бы на одну клеточку влево.
Для этого нужно задуматься над вопросами: может ли человек полюбить не очень интересный ему учебный предмет? Что для этого нужно сделать?
Химическая разминка
Разминку готовят и проводят ученики.
Ученик. Анаграммы – это слова, в которых изменен порядок букв. Попробуйте разгадать некоторые из химических анаграмм. Переставьте буквы в каждом слове и получите название химического элемента. Обратите внимание на подсказку.
«Одоврод» – у этого элемента самая маленькая относительная атомная масса.
«Маилинюй» – этот элемент называют «крылатым» металлом.
«Тьурт» – содержится в медицинском градуснике.
«Цалький» – без него наши кости были бы непрочными и хрупкими.
«Росфоф» – веществом, состоящим из атомов этого элемента, была намазана шерсть собаки Баскервилей.
Учитель. Если вы легко разгадали слова-анаграммы, скажите себе: «Я – молодец!»
Химические знаки и химические формулы
(Проверка домашнего задания)
Индивидуальная работа у доски по карточкам.
К а р т о ч к а 1(примерные задания для карточек)
Задание 1. Разгадай загадку:
«И графит я, и алмаз,
В организме есть у вас,
Хоть в печах меня и жгут –
Черным золотом зовут!»
Задание 2. Ответь на вопросы.
1. Какой химический знак имеет этот элемент?
2. К металлам или неметаллам он относится?
3. Какова его относительная атомная масса?
4. Рассчитай массовую долю этого элемента в соединении ЭО 2 .
Цифровой диктант
Контроль за выполнением диктанта учащиеся осуществляют методом взаимопроверки.
Задание. Напротив правильных утверждений поставьте цифру 1, напротив неверных – 0.
1. Химический элемент – это определенный вид атомов.
2. В каждой клетке таблицы Д.И.Менделеева, помимо обозначения и названия элемента, записаны два числа: верхнее – относительная атомная масса элемента, нижнее – его порядковый номер.
3. Химический элемент галлий был назван так в честь Франции.
4. В таблице Д.И.Менделеева элементы располагаются, как правило, в порядке убывания их атомных масс.
5. Значения относительной атомной массы и массы атома, выраженной в а. е. м., никогда не совпадают численно.
6. Простыми называют вещества, состоящие из атомов одного элемента.
7. Индекс – это число, показывающее количество взятых частиц (атомов или молекул) вещества.
8. Массовая доля элемента показывает, какую часть (долю) составляет масса данного элемента от всей массы вещества.
9. Относительная молекулярная масса воды Н 2 О равна 20.
10. Массовая доля кальция в оксиде кальция СаО составляет 71%.
П р а в и л ь н ы е о т в е т ы: 1 – 1, 2 – 0, 3 – 1, 4 – 0, 5 – 0, 6 – 1, 7 – 0, 8 – 1, 9 – 0, 10 – 1.
Операционно-исполнительный этап
Учитель. Вы знаете, что химические формулы веществ показывают количественные соотношения, в которых атомы соединяются между собой, вы также научились рассчитывать массовую долю элемента по химической формуле вещества. Например, в воде Н 2 О на один атом кислорода приходится два атома водорода, или 11% Н и 89% О. В углекислом газе СО 2 на один атом углерода приходится два атома кислорода. (демонстрация моделей молекул данных веществ.)
Валентность
Учитель. Валентность – это способность атомов присоединять к себе определенное число других атомов.
С одним атомом одновалентного элемента соединяется один атом другого одновалентного элемента (HF, NaCl) . С атомом двухвалентного элемента соединяются два атома одновалентного (H 2 O) или один атом двухвалентного (CaO) . Значит, валентность элемента можно представить как число, которое показывает, со сколькими атомами одновалентного элемента может соединяться атом данного элемента.
Правила определения валентности
элементов в соединениях
Валентность водорода принимают за I (единицу). Тогда в соответствии с формулой воды Н 2 О к одному атому кислорода присоединено два атома водорода.
Кислород в своих соединениях всегда проявляет валентность II. Поэтому углерод в соединении СО 2 (углекислый газ) имеет валентность IV.
Учитель. Как определить валентность элемента, исходя из таблицы Д.И.Менделеева?
У металлов, находящихся в группах а, валентность равна номеру группы.
У неметаллов в основном проявляются две валентности: высшая и низшая (схема).
Высшая валентность равна номеру группы.
Низшая валентность равна разности между числом 8 (количество групп в таблице) и номером группы, в которой находится данный элемент.
Учитель. Например: сера имеет высшую валентность VI и низшую (8 – 6), равную II; фосфор проявляет валентности V и III.
Валентность может быть постоянной (у элементов главных подгрупп таблицы Д.И.Менделеева) или переменной (у элементов побочных подгрупп в таблице), но с этим явлением вы познакомитесь чуть позже, а если интересуетесь, то почитайте учебник 9-го класса.
Валентность элементов необходимо знать, чтобы составлять химические формулы соединений. Для этого удобно воспользоваться следующей таблицей.
Таблица
Алгоритм составления формулы соединения Р и О
Последовательность действийСоставление формулы оксида фосфора
1. Написать символы элементов
Р О
2. Определить валентности элементов
V II
P O
3. Найти наименьшее общее кратное численных значений валентностей
5 2 = 10
4. Найти соотношения между атомами элементов путем деления найденного наименьшего кратного на соответствующие валентности элементов
10: 5 = 2, 10: 2 = 5;
P: О = 2: 5
5. Записать индексы при символах элементов
Р 2 О 5
6. Формула соединения (оксида)
Р 2 О 5
Учитель. Запомните еще два правила для составления химических формул соединений неметаллов между собой.
1) Низшую валентность проявляет тот элемент, который находится в таблице Д.И.Менделеева правее и выше, а высшую валентность – элемент, расположенный левее и ниже. (Демонстрация таблицы Д.И.Менделеева.)
Например, в соединении с кислородом сера проявляет высшую валентность VI, а кислород – низшую II. Таким образом, формула оксида серы будет SO 3.
В соединении кремния с углеродом первый проявляет высшую валентность IV, а второй – низшую IV. Значит, формула – SiC. Это карбид кремния, основа огнеупорных и абразивных материалов.
2) В формулах соединений атом неметалла, проявляющий низшую валентность, всегда стоит на втором месте, а название такого соединения оканчивается на «ид».
Например, СаО – оксид кальция, NaCl – хлорид натрия, PbS – сульфид свинца.
Теперь вы сами можете написать формулы любых соединений металлов с неметаллами.
Текст работы заранее написан на доске. Двое учащихся решают задание на обратной стороне доски, остальные в тетрадях.
Задание 1.
Проверьте, правильно ли написаны формулы следующих соединений: Na
2
S, KBr, Al
2
O
3
,
Mg
3
N
2
, MgO.
Задание 2. Напишите формулы соединений металлов с неметаллами: кальция с кислородом, алюминия с хлором, натрия с фосфором. Назовите эти соединения.
После выполнения работы ученики обмениваются тетрадями, происходит взаимопроверка. Учитель может выборочно проверить некоторые тетради, похвалить тех учащихся, которые справились быстрее всех и сделали меньше всего ошибок.
Закрепление изученного материала
Беседа с учащимися по вопросам
1) Что такое валентность?
2) Почему валентность иногда называют атомностью элемента?
3) Чему равны валентности водорода и кислорода?
4) Какие два значения валентности могут проявлять неметаллы?
5) Как определить низшую и высшую валентности неметаллов?
6) Как найти наименьшее общее кратное между численными значениями валентностей?
7) Могут ли атомы в соединении иметь свободные валентности?
8) Какой из двух неметаллов в химической формуле их соединения занимает 1-е место, а какой –
2-е? Поясните на примере оксида NO
2
, используя таблицу Д.И.Менделеева.
Творческая работа в группах
Задание . Используя наборы для составления моделей молекул различных веществ, составьте формулы и модели молекул для следующих соединений:
1-я группа – меди и кислорода,
2-я группа – цинка и хлора,
3-я группа – калия и йода,
4-я группа – магния и серы.
После окончания работы один учащийся из группы отчитывается о выполненном задании и вместе с классом приводит анализ ошибок.
Задание на дом. По учебнику «Химия-8» Л.С.Гузея: § 3.1, задания № 3, 4, 5, с. 51. Желающие могут подготовить сообщения о французском ученом Ж.Л.Прусте и английском ученом Дж.Дальтоне.
Рефлексивно-оценочный этап и подведение итогов урока
Объявить оценки за урок отвечавшим ученикам, поблагодарить всех за работу на уроке. Провести оценку эмоционального состояния по шкале (см. рис.). Учитель еще раз напоминает вопросы, над которыми необходимо подумать для эффективной работы на следующем уроке.
Л и т е р а т у р а
Гузей Л.С., Сорокин В.В., Суровцева Р.П. Химия-8, М.: Дрофа, 2000; Тыльдсепп А.А., Корк В.А. Мы изучаем химию. М.: Просвещение, 1988; Букреева Р.В., Быканова Т.А. Уроки новых технологий по химии. Воронеж, 1997.
Одного химического элемента присоединять или замещать определённое количество атомов другого.
За единицу валентности принята валентность атома водорода , равная 1, то есть водород одновалентен. Поэтому валентность элемента указывает на то, со сколькими атомами водорода соединён один атом рассматриваемого элемента. Например, HCl , где хлор - одновалентен; H 2O , где кислород - двухвалентен; NH 3 , где азот - трёхвалентен.
Таблица элементов с постоянной валентностью.
Формулы веществ можно составлять по валентностям входящих в них элементов. И наоборот, зная валентности элементов, можно составить из них химическую формулу.
Алгоритм составления формул веществ по валентности.
1. Записать символы элементов.
2. Определить валентности входящих в формулу элементов.
3. Найти наименьшее общее кратное численных значений валентности.
4. Найти соотношения между атомами элементов путём деления найденного наименьшего общего кратного на соответствующие валентности элементов.
5. Записать индексы элементов в химической формуле.
Пример: составим химическую формулу оксида фосфора.
1. Запишем символы:
2. Определим валентности:
4. Найдём соотношения между атомами:
5. Запишем индексы:
Алгоритм определения валентности по формулам химических элементов.
1. Записать формулу химического соединения.
2. Обозначить известную валентность элементов.
3. Найти наименьшее общее кратное валентности и индекса.
4. Найти соотношение наименьшего общего кратного к количеству атомов второго элемента. Это и есть искомая валентность.
5. Сделать проверку путём перемножения валентности и индекса каждого элемента. Их произведения должны быть равны.
Пример: определим валентность элементов сульфида водорода.
1. Запишем формулу:
H 2 S
2. Обозначим известную валентность:
H 2 S
3. Найдём наименьшее общее кратное:
H 2 S
4. Найдём соотношение наименьшего общего кратного к количеству атомов серы :
H 2 S
5. Сделаем проверку.