Стехиометрические законы химии (стр. 5 )

В случае ковалентной связи используется понятие ковалентность.

Ковалентность (Wк) - число ковалентных связей, образованных атомом. Ковалентность атома равна числу электронных пар, связывающих атом с другими атомами молекулы или кристалла. Если атом образует одну связь, то его называют одновалентным, если две связи - двухвалентным, и так далее.

В случае ионной связи используется понятие электровалентность.

Электровалентность (Wэ) - абсолютная величина формального заряда атома.

В настоящее время очень часто ковалентность называют просто валентностью, игнорируя существование электровалентности.

Валентность атома определяется как сумма электровалентности и ковалентности: 

W = Wэ + Wк

Если известно химическое строение вещества, то валентность каждого из атомов можно просто посчитать по структурной формуле, например:

1) NaCl, (Nа+) (Cl-) Wэ(Nа) = 1, Wк (Nа) = 0, W(Nа) = 1; Wэ(Cl) = 1, Wк(Cl) = 0, W(Cl) = 1;
2) НCl, Н –Cl,  Wэ(Н) = 0, Wк(Н) = 1, W(H) = 1; Wэ(Cl) = 0, Wк(Cl) = 1, W(Cl) = 1;
3) CaCl2, (Ca2+)(Cl-)2  Wэ(Ca) = 2, Wк(Ca) = 0, W(Ca) = 2; Wэ(Cl) = 1, Wк(Cl) = 0, W(Cl) = 1;

4) CH4, Wэ(C) = 0, Wк(C) = 4, W(C) = 4; Wэ(H) = 0, Wк(H) = 1, W(H) = 1;
5) NH4Cl, Wэ(H) = 0, Wк(H) = 1, W(H) = 1; Wэ(N) = 1, Wк(N) = 4, W(N) = 5; Wэ(Cl) = 1,

Wк(Cl) = 0, W(Cl) = 1.

6) CO2, O=C=O, Wэ(C) = 0, Wк(C) = 4, W(C) = 4; Wэ(O) = 0, Wк(O) = 2, W(O) = 2;
7) (H3O)2SO4, Wэ(H) = 0, Wк(H) = 1, W(H) = 1; Wэ(OА) = 1, Wк(OА) = 3, W(OА) = 4;

Wэ(OБ) = 1, Wк(OБ) = 1, W(OБ) = 2; Wэ(OВ) = 0, Wк(OВ) = 2, W(OВ) = 2; Wэ(S) = 0,

Wк(S) = 6, W(S) = 6.

Зная только валентности атомов, входящих в состав вещества, нельзя составить структурную формулу этого вещества! Например, зная, что Wк(O) = 2, а Wк(H) = 1, можно составить сколько угодно структурных формул соединений кислорода с водородом:  H-О-Н, Н-О-О-Н, Н-О - О-О-Н и т. д. Формально все эти структурные формулы правильные, но реально существующим соединениям соответствуют только первые две из них.
Чтобы составить структурную формулу вещества, нужно прежде всего знать:
1) тип структуры (молекулярный или немолекулярный);
2) простейшую или молекулярную формулу;
3) тип химических связей (ионные или ковалентные);
4) валентности атомов.

Для простейших соединений этого достаточно, а для более сложных потребуется дополнительная информация (химическая).
Попробуем составить структурную формулу сернистого газа. Это молекулярное вещество с молекулярной формулой SO2. Связи в молекуле ковалентные. Wк(S) = 4, Wк(O) = 2. По этим данным можно составить единственную структурную формулу: O=S=O.
Составим теперь структурную формулу серной кислоты. Это тоже молекулярное вещество. Молекулярная формула H2SO4. Связи в молекуле ковалентные. Wк(H) = 1, Wк(S) = 6, Wк(O) = 2. В этом случае по имеющимся данным можно составить пять " правильных" структурных формул. Чтобы выбрать из них действительно правильную надо вспомнить, что серная кислота - гидроксид, а из этого следует, что все атомы водорода в ее молекуле связаны с атомами кислорода.

Для соединений, в которых атомы связаны только ионными связями, структурные формулы составляют, используя заряды ионов, например:

(Na+)(Cl-); (Ca2+)(Br-)2; (K+)2(S2-) и т. д.

А как определить, какую валентность атом может проявлять, соединяясь с другими атомами, то есть, как охарактеризовать его валентные возможности? Для этого, прежде всего, вспомним, что должно быть у атома, чтобы он мог образовать химические связи. Это может быть
1) электрический заряд;
2) неспаренный валентный электрон;
3) неподеленная пара валентных электронов;
4) свободная валентная орбиталь.

Все это вместе взятое и определяет валентные возможности атома каждого из элементов. При этом надо помнить, что прежде всего реализуются валентные возможности, определяемые зарядом и наличием неспаренных электронов как в основном, так и в возбужденном состоянии (основные валентные возможности), а уж затем - определяемые наличием у атома неподеленных электронных пар и свободных валентных орбиталей (дополнительные валентные возможности).
Валентные возможности зависят от того, в каком валентном состоянии находится атом. Валентное состояние - состояние электронной оболочки атома перед образованием связи. К валентным состояниям относятся основное, возбужденные и ионизированные состояния атома.

Дополнительные валентные возможности проявляются атомами при образовании связей по донорно-акцепторному механизму. Причем, атомы прежде всего реализуют свои основные валентные возможности и только после этого при наличии соответствующих условий - дополнительные валентные возможности.

Упражнение

1.Составьте структурные формулы следующих соединений:
а) триоксид серы SO3 (молекулярное вещество, Wк(S) = 6);
б) сернистая кислота H2SO3 (молекулярное вещество, Wк(S) = 4);
в) гидроксид бария Ba(OH)2 [немолекулярное вещество, ионный кристалл, в анионе связь ковалентная, W(O) = 2, Wэ(Ba) = 2, Wк(H) = 1];
г) сульфат марганца MnSO4 [немолекулярное вещество, ионный кристалл, в анионе связь ковалентная, Wэ(Mn) = 2, Wк(S) = 6, W(O) = 2].
3.Охарактеризуйте основные валентные возможности атомов следующих элементов: Na, Ca, Se, Br. Приведите примеры простейших соединений этих элементов. Составьте молекулярные (или простейшие) и структурные формулы этих веществ; назовите их.

Тестовые задания для проверки знаний

1. Закон сохранения массы веществ впервые сформулирован:

1) в 1748 г. ; *

2) в 1789 г. ;*

3) А. Авогадро;

4) ;

5)-Люссак

2. Закон постоянства состава имеет современную формулировку:

1) состав соединений молекулярной структуры является постоянным

независимо от способа получения;*

2) состав соединений с немолекулярной структурой (с атомной, ионной

и металлической решетками) не является постоянным и зависит от

условий получения*

3) состав любого сложного вещества один и тот же независимо от способа

его получения;

4) каждое химическое соединение имеет вполне определенный и

постоянный состав;

5) каждое химическое соединение имеет вполне определенный и

постоянный состав независимо от способа его получения;

3. Масса данного количества вещества (т. е. числа молей) зависит, в частности, от энергии, в соответствии с соотношением:

1) Эйнштейна Е = mc2;*

2) Е = m/c2;

3) Е = m+ c2;

4)Е = m - c2;

5) m= Е/c2; *

4. Из выражения Е = mc2 можно рассчитать, что увеличение энергии порции вещества на 1 Дж вызывает увеличение ее массы на:

1) 1·10–17 кг *

2) 1·10–14 кг 

3) 1,5·10–17 кг 

4) 1·10–16 кг 

5) 1,5·10–14 кг 

5.Для химической реакции образования водорода H + H = H2 + 435 кДж.

изменение массы в соответствии с выражением Е = mc2 составляет:

1) 1·10–17 кг 

2) 4,8•10–12 кг  * 

3) 4,8•10–17 кг 

4) 1·10–16 кг 

5) 1,5·10–14 кг 

6. В открытой или закрытой системе:

1) выделившаяся в ходе реакции энергия полностью теряется;*

2) масса продукта реакции уменьшиться на величину массы выделяемой энергии;*

3) выделившаяся энергия не теряется системой;

4) масса продуктов реакции равна массе реагентов;

5) выделение и поглощение энергии не происходит.

7. В изолированной системе:

1) выделившаяся в ходе реакции энергия полностью теряется;

2) масса продукта реакции уменьшиться на величину массы выделяемой энергии;

3) масса продуктов реакции равна массе реагентов;*

4) выделившаяся энергия не теряется системой;*

5) выделение и поглощение энергии не происходит.

8. Состав дальтонидов:

1) выражается простыми формулами с целочисленными стехиометрическими индексами;*

2) выражается нецелочисленными индексами;

3) изменяется и зависит от способа получения;

4) не отвечает стехиометрическим отношениям;

5) строго определенный независимо от способа их получения;*

9.Состав бертоллидов:

1) изменяется и зависит от способа получения;*

2) не отвечает стехиометрическим отношениям;*

3) не изменяется и не зависит от способа получения;

4) не зависит от способа получения;

5) постоянный.

10. За атомную единицу массы (а. е. м.) принята:

1) 1/12 массы атома нуклида 12С; *

2) масса одного атома углерода;

3) масса одного атома водорода;

4) 1/12 массы атома нуклида 1Н;

5) абсолютная масса атома.

11. В атомных единицах массы (а. е. м.) выражены:

1)массы атомов химических элементов, приведенные в таблице Менделеева;*

2) относительные атомные массы химических элементов;*

3) массы атомов химических элементов;