19-cu əsrdə atomların və molekulların quruluşu haqqında bilik səviyyəsi atomların digər hissəciklərlə müəyyən sayda əlaqə yaratmasının səbəbini izah etməyə imkan vermirdi. Lakin alimlərin fikirləri öz dövrünü qabaqlayırdı və valentlik hələ də kimyanın əsas prinsiplərindən biri kimi öyrənilir.
"Kimyəvi elementlərin valentliyi" anlayışının tarixindən
19-cu əsrin görkəmli ingilis kimyaçısı Edvard Frankland atomların bir-biri ilə qarşılıqlı əlaqəsi prosesini təsvir etmək üçün "bağ" terminini elmi istifadəyə təqdim etdi. Alim bəzi kimyəvi elementlərin eyni sayda digər atomlarla birləşmələr əmələ gətirdiyini qeyd etdi. Məsələn, azot ammonyak molekulunda üç hidrogen atomunu birləşdirir.
1852-ci ilin mayında Frankland bir atomun maddənin digər kiçik hissəcikləri ilə yarada biləcəyi müəyyən sayda kimyəvi bağlar olduğunu fərz etdi. Frankland sonradan valentlik adlandırılacaq şeyi təsvir etmək üçün "birləşdirici qüvvə" ifadəsini istifadə etdi. İngilis kimyaçısı nə qədər olduğunu təyin etdikimyəvi bağlar 19-cu əsrin ortalarında məlum olan ayrı-ayrı elementlərin atomlarını meydana gətirir. Franklandın işi müasir struktur kimyasına mühüm töhfə idi.
Münasibətlərin inkişafı
Alman kimyaçısı F. A. Kekule 1857-ci ildə karbonun tetrabazik olduğunu sübut etdi. Ən sadə birləşməsində - metanda 4 hidrogen atomu olan bağlar var. Alim digər hissəciklərin ciddi şəkildə müəyyən edilmiş sayını əlavə etmək üçün elementlərin xassəsini ifadə etmək üçün "əsaslıq" terminindən istifadə etdi. Rusiyada maddənin quruluşu haqqında məlumatlar A. M. Butlerov (1861) tərəfindən sistemləşdirilmişdir. Kimyəvi birləşmə nəzəriyyəsi elementlərin xassələrinin dövri dəyişməsi doktrinası sayəsində daha da inkişaf etdi. Onun müəllifi başqa bir görkəmli rus kimyaçısı D. İ. Mendeleyevdir. O, sübut etdi ki, kimyəvi elementlərin birləşmələrdəki valentliyi və digər xassələri onların dövri sistemdə tutduqları mövqe ilə bağlıdır.
Valentlik və kimyəvi əlaqənin qrafik təsviri
Molekulların vizual təsvirinin mümkünlüyü valentlik nəzəriyyəsinin şübhəsiz üstünlüklərindən biridir. İlk modellər 1860-cı illərdə ortaya çıxdı və 1864-cü ildən bəri içərisində kimyəvi işarəsi olan dairələr olan struktur düsturlar istifadə olunur. Atomların simvolları arasında tire kimyəvi bağı göstərir və bu xətlərin sayı valentliyin dəyərinə bərabərdir. Eyni illərdə ilk top və çubuq modelləri hazırlanmışdır (soldakı fotoşəkilə baxın). 1866-cı ildə Kekule atomun stereokimyəvi rəsmini təklif etdi.tetraedr şəklində olan karbonu özünün Üzvi Kimya dərsliyinə daxil etmişdir.
Kimyəvi elementlərin valentliyi və bağların yaranması Q. Lyuis tərəfindən tədqiq edilmiş və 1923-cü ildə elektronun kəşfindən sonra əsərlərini nəşr etdirmişdir. Bu, atomların qabıqlarının bir hissəsi olan ən kiçik mənfi yüklü hissəciklərin adıdır. Lyuis kitabında valent elektronları təmsil etmək üçün kimyəvi element simvolunun dörd tərəfindəki nöqtələrdən istifadə etmişdir.
Hidrogen və oksigen üçün valentlik
Dövri sistem yaradılmazdan əvvəl birləşmələrdəki kimyəvi elementlərin valentliyi adətən məlum olan atomlarla müqayisə edilirdi. Standart olaraq hidrogen və oksigen seçilmişdir. Başqa bir kimyəvi element müəyyən sayda H və O atomunu cəlb etdi və ya əvəz etdi.
Beləliklə, monovalent hidrogenli birləşmələrdə xassələr müəyyən edilmişdir (ikinci elementin valentliyi Roma rəqəmi ilə göstərilir):
- HCl - xlor (I):
- H2O - oksigen (II);
- NH3 - azot (III);
- CH4 - karbon (IV).
Oksidlərdə K2O, CO, N2O3, SiO 2, SO3 əlavə edilmiş O atomlarının sayını iki dəfə artırmaqla metalların və qeyri-metalların oksigen valentliliyini təyin etdi. Aşağıdakı qiymətlər əldə edildi: K (I), C (II), N (III), Si (IV), S (VI).
Kimyəvi elementlərin valentliyini necə təyin etmək olar
Ümumi elektronu əhatə edən kimyəvi bağın formalaşmasında qanunauyğunluqlar varcütlər:
- Tipik hidrogen valentliyi I-dir.
- Adi oksigen valentliyi - II.
- Qeyri-metal elementlər üçün ən aşağı valentlik düstur 8 - onların dövri sistemdə yerləşdiyi qrupun sayı ilə müəyyən edilə bilər. Ən yüksək, mümkünsə, qrup nömrəsi ilə müəyyən edilir.
- İkinci dərəcəli altqrupların elementləri üçün maksimum mümkün valentlik onların dövri cədvəldəki qrup nömrəsi ilə eynidir.
Birləşmənin düsturuna görə kimyəvi elementlərin valentliyinin təyini aşağıdakı alqoritmdən istifadə etməklə həyata keçirilir:
- Kimyəvi işarənin üstündəki elementlərdən biri üçün məlum dəyəri yazın. Məsələn, Mn2O7 dilində oksigen valentliyi II-dir.
- Valentliyi molekuldakı eyni kimyəvi elementin atomlarının sayına vurmalı olduğunuz ümumi dəyəri hesablayın: 27=14.
- Məlum olmayan ikinci elementin valentliyini təyin edin. 2-ci addımda əldə edilən dəyəri molekuldakı Mn atomlarının sayına bölün.
- 14: 2=7. Manqanın daha yüksək oksidində valentliyi VII-dir.
Daimi və dəyişən valentlik
Hidrogen və oksigen üçün valentlik dəyərləri fərqlidir. Məsələn, H2S birləşməsindəki kükürd ikivalentdir, SO3 düsturunda isə altıvalentlidir. Karbon oksigenlə monoksid CO və dioksid CO2 əmələ gətirir. Birinci birləşmədə C-nin valentliyi II, ikincidə isə IV-dür. Metanda eyni dəyər CH4.
Ən çoxelementlər sabit deyil, dəyişkən valentlik nümayiş etdirir, məsələn, fosfor, azot, kükürd. Bu hadisənin əsas səbəblərinin axtarışı kimyəvi rabitə nəzəriyyələrinin, elektronların valentlik qabığı və molekulyar orbitallar haqqında fikirlərin yaranmasına səbəb oldu. Eyni xassələrin müxtəlif qiymətlərinin mövcudluğu atomların və molekulların quruluşu nöqteyi-nəzərindən izah edilmişdir.
Valentlik haqqında müasir fikirlər
Bütün atomlar mənfi yüklü elektronlarla əhatə olunmuş müsbət nüvədən ibarətdir. Onların meydana gətirdiyi xarici qabıq tamamlanmamışdır. Tamamlanmış struktur ən sabitdir, tərkibində 8 elektron (oktet) var. Ümumi elektron cütlərinə görə kimyəvi bağın yaranması atomların enerji baxımından əlverişli vəziyyətinə gətirib çıxarır.
Birləşmələrin əmələ gəlməsi qaydası, elektronların qəbulu və ya qoşalaşmamışların verilməsi ilə qabığın tamamlanmasıdır - hansı prosesin daha asan olmasından asılı olaraq. Əgər atom bir cütü olmayan mənfi hissəciklər kimyəvi bağın əmələ gəlməsini təmin edərsə, o, qoşalaşmamış elektronları olduğu qədər çox bağ əmələ gətirir. Müasir anlayışlara görə, kimyəvi elementlərin atomlarının valentliyi müəyyən sayda kovalent bağlar yaratmaq qabiliyyətidir. Məsələn, H2S hidrogen sulfid molekulunda kükürd II (–) valentliyi əldə edir, çünki hər bir atom iki elektron cütünün əmələ gəlməsində iştirak edir. “–” işarəsi elektron cütünün daha elektronmənfi elementə cəlb edilməsini göstərir. Daha az elektronmənfi olan üçün valentlik dəyərinə “+” əlavə edilir.
Donor-akseptor mexanizmi ilə prosesdə bir elementin elektron cütləri və digər elementin sərbəst valentlik orbitalları iştirak edir.
Valentliyin atomun strukturundan asılılığı
Kimyəvi elementlərin valentliyinin maddənin quruluşundan necə asılı olduğuna karbon və oksigen nümunəsinə baxaq. Dövri cədvəl karbon atomunun əsas xüsusiyyətləri haqqında fikir verir:
- kimyəvi işarə - C;
- element nömrəsi - 6;
- əsas ödəniş - +6;
- nüvədəki protonlar - 6;
- elektron - 6, o cümlədən 4 xarici, bunlardan 2-si cüt təşkil edir, 2-si qoşalaşmamışdır.
Əgər CO-monoksiddə bir karbon atomu iki bağ əmələ gətirirsə, onda onun istifadəsinə yalnız 6 mənfi hissəcik gəlir. Oktet əldə etmək üçün cütlərin 4 xarici mənfi hissəcik təşkil etməsi lazımdır. Karbon dioksiddə IV (+), metanda IV (-) valentliyə malikdir.
Oksigenin ordinal sayı 8-dir, valentlik qabığı altı elektrondan ibarətdir, onlardan 2-si cüt əmələ gəlmir və kimyəvi birləşmədə və digər atomlarla qarşılıqlı təsirdə iştirak edir. Tipik bir oksigen valentliyi II (–).
Valentlik və oksidləşmə vəziyyəti
Bir çox hallarda "oksidləşmə vəziyyəti" anlayışından istifadə etmək daha əlverişlidir. Bu, bir atomun bütün bağlanan elektronları daha yüksək elektronmənfilik dəyərinə (EO) malik olan elementə köçürsə, əldə edəcəyi yükə verilən addır. Sadə bir maddədə oksidləşmə sayıdırsıfır. “–” işarəsi daha çox EO elementinin oksidləşmə vəziyyətinə, daha az elektronmənfi olana isə “+” işarəsi əlavə edilir. Məsələn, əsas alt qrupların metalları üçün oksidləşmə vəziyyəti və ion yükləri tipikdir, "+" işarəsi olan qrup nömrəsinə bərabərdir. Əksər hallarda eyni birləşmədəki atomların valentliyi və oksidləşmə vəziyyəti ədədi olaraq eyni olur. Yalnız daha çox elektronmənfi atomlarla qarşılıqlı əlaqədə olduqda, oksidləşmə vəziyyəti müsbətdir, EO-nun aşağı olduğu elementlərlə mənfi olur. "Valentlik" anlayışı çox vaxt yalnız molekulyar quruluşlu maddələrə tətbiq edilir.
