Valenta.docx

Valența. Legături chimice Multe dintre proprietățile elementelor chimice depind de configurația electronică a acestora. Numărul de electroni de pe ultimul strat al învelișului electronic al unui atom determină, printre altele, și capacitatea atomilor elementului respectiv de a se combina cu alți atomi. Capacitatea atomilor unui element de a se combina cu atomi ai altor elemente chimice se numește valență. Valența se notează cu cifre romane în dreapta sus față de simbolul elementului (En). Din punct de vedere electronic, valența unui element este egală cu numărul de electroni cu care fiecare atom al elementului respectiv participă la formarea de legături chimice. Acești electroni se numesc electroni de valență, și aparțin, de regulă, ultimului strat, numit și strat de valență. Pentru formarea de legături chimice atomii unui element pot ceda, accepta sau pune în comun electroni. În cazul în care atomii unui element formează ioni pozitivi sau negativi prin cedare sau acceptare de electroni, valența elementului respectiv este egală cu numărul de electroni cedați sau acceptați, și se mai numește electrovalență. Atomii de sodiu (11Na: 1s2 2s2 2p6 3s1 ) își formează configurație stabilă de octet prin cedarea electronului de pe stratul 3, formând ioni Na+. Vom spune deci că sodiul are electrovalența I, sau că este monovalent. Atomii de magneziu (12Mg: 1s2 2s2 2p6 3s2 ) își formează configurație stabilă de octet prin cedarea celor 2 electroni de pe stratul 3, formând ioni Mg2+, deci magneziul are electrovalența II și spunem că Mg este divalent. Atomii de aluminiu (13Al: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1 ) își formează configurație stabilă de octet prin cedarea celor 3 electroni de pe stratul 3, formând ioni Al3+, deci Al are electrovalența III și spunem că Al este trivalent. Atomii de clor (17Cl: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5) își formează configurație stabilă de octet prin acceptarea unui electron pe stratul 3, formând ioni Cl-, deci clorul are electrovalența I, fiind monovalent. Atomii de oxigen (8O: 1s2 2s2 2p4) își formează configurație stabilă de octet prin acceptarea a doi electroni pe stratul 2, formând ioni O2-, deci O are electrovalența II, fiind divalent. Dat fiind că electrovalența este dată de numărul de electroni cedați sau acceptați, elementele care se găsesc în sistemul periodic în aceeași grupă vor avea aceeași electrovalență: - Metalele din grupele principale au valența egală cu cifra unităților din numărul grupei; - Nemetalele au electrovalența egală cu 18-nr. grupei. - Procesele de cedare și de acceptare de electroni au loc simultan, deoarece toți electronii cedați în procesul de formare a ionilor pozitivi trebuie să fie acceptați în procesul de formare a ionior negativi. - Astfel, atomii de metal se transformă în ioni pozitivi prin cedarea de electroni atomilor de nemetal, care se transformă în ioni negativi. - Între ionii de semn contrar formați se exercită forțe de atracție electrostatică. Acest tip de interacțiune se numește legătură ionică. Na → Na+ + 1eCl + 1e- → ClNa + Cl →Na+ + Cl- →NaCl Na → Na+ + 1e-| x 2 O + 2e- → O22 Na + O →2 Na+ + O2- →Na2O Al → Al3+ + 3e-| x 2 O + 2e- → O2-| x 3 2 Al + 3 O →2 Al3+ + 3 O2- →Al2O3

Electrovalența elementelor din grupele principale: Grupa 1 (I A) 2 (II A) 13 (III A) 15 (V A) Elemente

Electrovalența

Li Na K Rb Cs Fr I

Be Mg Ca Sr Ba Ra II

16 (VI A)

17 (VII A)

Al Ga In

N P

O S Se

F Cl Br I At

III

III

II

I

Pe lângă ionii obținuți din procesele de ionizare există și ioni poliatomici, cum ar fi cei din tabelul de mai jos; Ion Denumire Valența Ion Denumire Valența Carbonat II Fosfit III 𝐶𝑂32− 𝑃𝑂33− − 2− Carbonat acid I Fosfit acid II 𝐻𝐶𝑂3 𝐻𝑃𝑂3 − 2− Sulfit II I 𝐻2 𝑃𝑂3 Fosfit diacid 𝑆𝑂3 2− − Sulfit acid I Hipoclorit I 𝐶𝑙𝑂 𝐻𝑆𝑂3 − 2− Sulfat II Clorit I 𝐶𝑙𝑂2 𝑆𝑂4 − 2− Sulfat acid I Clorat I 𝐶𝑙𝑂3 𝐻𝑆𝑂4 − − Azotat I Perclorat I 𝑁𝑂3 𝐶𝑙𝑂4 Azotit I II 𝑁𝑂2− 𝐶𝑟2 𝑂72− Bicromat − 3− Fosfat III Permanganat I 𝑀𝑛𝑂4 𝑃𝑂4 2− Fosfat acid II 𝐻𝑃𝑂4 I amoniu I 𝐻2 𝑃𝑂4− Fosfat diacid 𝑁𝐻4+ La scrierea formulei unui compus ionic valențale celor doi ioni vor da raportul în care se combină ionii respectivi. Acest raport se reprezintă prin indici trecuți în partea dreaptă jos a fiecărui ion. Observații: - Indicele 1 nu se scrie; - În cazul ionilor poliatomici, indicii se scriu după ce ionul se pune între paranteze. NaI și ClI → NaCl NaI și NO3I → NaNO3 NaI și OII → Na2O CaII și NO3I → Ca(NO3)2 II I Ca și Cl → CaCl2 NaI și SO4II → Na2SO4 AlIII și OII → Al2O3 CaII și SO4II → CaSO4 II II Ca și O → CaO MgII și PO4III → Ca3(PO4)2 La combinarea atomilor de nemetal între ei nu se cedează electroni, deoarece toate nemetalele vor să accepte electroni. Din acest motiv atomii de nemetal își pot forma configurații stabile și prin punere în comun electroni. Un atom va pune în comun atâția electroni câți îi mai trebuie pentru a avea configurație stabilă. Valența exprimată prin numărul de electroni puși în comun se mai numește și covalență. Covalența se poate exprima în raport cu hidrogenul sau în raport cu oxigenul. Hidrogenul are covalența I, deoarece el pune un electron în comun, iar oxigenul pune în comun 2 electroni, având mereu covalența II.

La combinarea cu hidrogenul, atomii de nemetal se vor combina cu 8-nr. de electroi de pe ultimul strat atomi de hidrogen, astfel încât covalența lor față de H va fi egală tot cu 8-nr. de electroi de pe ultimul strat.

Covalența față de hidrogen a celor mai folosite nemetale: Grupa 1 4(IV A) 15 (V A) 16 (VI A) Element C N O Si P S

17 (VII A) F Cl Br I Compus CH4 NH3 H2O HF SiH4 PH3 H2S HCl HBr HI Covalența IV III II I La combinarea cu oxigenul, atomii de nemetal pot prezenta mai multe valențe. Valența maximă față de oxigen este egală cu cifra unităților din numărul grupei. Nemetalele din grupele 14-16 mai pot prezenta față de oxigen o valență cu 2 unități mai mică decât cea maximă, iar cele din grupa 17 (Cl, Br, I) pot forma compuși cu oxigenul cu valența: VII, V, III sau I. Azotul poate avea față de oxigen valențe cuprinse între I și V, iar fluorul are doar valența I. Covalența față de oxigen a celor mai folosite nemetale: Element Grupa Valența Compus Alte Compuși maximă valențe C

14 (IV A)

IV

CO2

II

CO

P

15 (V A)

V

P2O5

III

P2O3

N

15 (V A)

V

N2O5

IV III II I

NO2 N2O3 NO N2 O

S

16 (VI A)

VI

SO3

IV

SO2

Cl, Br, I (X)

17 (VII A)

VII

X2O7

V III I

X2O5 X2O3 X2 O

Legătura formată prin punerea în comun de electroni se numește legătură covalentă. În funcție de numărul de electroni puși în comun de doi atomi, legătura covalentă poate fi: - simplă, formată prin punerea în comun a câte 1 e- (H-Cl); - dublă, formată prin punerea în comun a câte 2 e-(C=O); - triplă, formată prin punerea în comun a câte 3 e-(N≡N); Molecula este cea mai mică particulă dintr-o substanță care poate exista în stare liberă și care prezintă toate proprietățile chimice ale substanței respective. Moleculele sunt caracteristice compușilor formați exclusiv prin legături covalente. Compușii ionici nu formează molecule. Moleculele pot fi clasificate după compoziție în: - molecule formate din atomi identici: H2, O2, O3 etc. - molecule formate din atomi diferiți: HCl, H2O, NHO3 etc. După numărul de atomi din care sunt compuse pot fi: - molecule monoatomice: He, Ne, Ar, Xe, Kr, Rn - molecule diatomice: H2, Cl2, HCl, CO, NO etc. - molecule poliatomice: P4, O3, CO2, H2O, H2SO4 etc. Moleculele au următoarele caracteristici: - sunt neutre din punct de vedere electric; - pot fi formate din atomi de același fel sau diferiți; - au mase și dimensiuni foarte reduse; - sunt în continuă mișcare; - sunt separate prin spații libere numite spații intermoleculare; - se atrag cu forțe invers proporționale cu distanța dintre ele.