Валентность. Степень окисления.
Графические формулы

Опорный конспект № 1.7 Валентность. Степень окисления. Графические формулы.
Проверяемый элемент содержания: ОГЭ 1.3. Химическая формула. Валентность атомов химических элементов. Степень окисления.

Что такое валентность

💡 Представьте, что атомы – это люди на вечеринке. Каждый может держать за руки определённое количество других людей. Кто-то может держать только одного (как водород), кто-то – двух (как кислород), а кто-то – четырех (как углерод).

📌 Валентность – это способность атома химического элемента образовывать определённое число химических связей с другими атомами.
Иными словами, валентность показывает, со сколькими атомами другого элемента может соединиться данный атом.
Валентность обозначают римскими цифрами: I, II, III, IV, V, VI, VII, VIII.

Интересный факт: слово «валентность» происходит от латинского valentia – «сила». Действительно, это «сила» атома удерживать другие атомы.

Постоянная и переменная валентность

• 📌 У некоторых элементов валентность постоянная – она всегда одна и та же в любых соединениях.
• 📌 У других элементов валентность переменная – она может меняться в зависимости от того, с каким элементом соединяется атом.

Элементы с постоянной валентностью (запомнить!):

Интересный факт: кислород всегда двухвалентен. Единственное исключение – пероксиды (например, H₂O₂), где кислород проявляет валентность I. Но в школьном курсе мы считаем кислород всегда II.

Элементы с переменной валентностью (примеры):

⚠️ Валентность определяется по числу химических связей, которые образует атом. Для ковалентных соединений это число общих электронных пар.

Как определить валентность по формуле

📌 Для бинарных соединений (состоящих из двух элементов) работает правило креста:

Произведение индекса на валентность одного элемента равно произведению индекса на валентность другого элемента.

То есть для соединения вида X_aY_b (где X и Y – элементы, a и b – индексы):

a × val(X) = b × val(Y)

Пример 1. Определить валентность элементов в Fe₂O₃
Кислород – всегда II.
Индекс у кислорода – 3, значит, суммарная валентность кислорода = 3 × II = VI.
Железа – 2 атома, значит, валентность железа = VI : 2 = III.
✅ Ответ: Fe₂O₃ – оксид железа (III).

Пример 2. Определить валентность элементов в SO₃
Кислород – всегда II.
Индекс у кислорода – 3, значит, суммарная валентность кислорода = 3 × II = VI.
Серы – 1 атом, значит, валентность серы = VI : 1 = VI.
✅ Ответ: SO₃ – оксид серы (VI).

Пример 3. Определить валентность элементов в P₂O₅
Кислород – всегда II.
Индекс у кислорода – 5, значит, суммарная валентность = 5 × II = X.
Фосфора – 2 атома, значит, валентность фосфора = X : 2 = V.
✅ Ответ: P₂O₅ – оксид фосфора (V).

Как составить формулу по валентности

📌 Алгоритм:

1. Записать символы элементов в правильном порядке (металл первый, затем неметалл; если оба неметалла – тот, который стоит левее и ниже в таблице).
2. Над каждым элементом написать его валентность.
3. Найти общее наименьшее кратное для двух валентностей.
4. Разделить НОК на валентность каждого элемента – получатся индексы.

Пример. Составить формулу соединения алюминия с кислородом

Алюминий – металл, пишем первым: Al_aO_b
Валентность алюминия – III, кислорода – II.
НОК для III и II = 6.
Индекс у алюминия: 6 : III = 2
Индекс у кислорода: 6 : II = 3
✅ Формула: Al₂O₃

Что такое степень окисления

💡 Если валентность – это «реальная» способность атома образовывать связи, то степень окисления – это условный заряд, который получил бы атом, если бы все связи в молекуле были ионными.

📌 Степень окисления – это условный заряд атома в соединении, вычисленный исходя из предположения, что все связи имеют ионный характер.
Степень окисления обозначают арабскими цифрами со знаком «+» или «–» над символом элемента: ⁺¹H, ⁺²Ca, ^–2O.
⚠️ Важно: степень окисления не всегда совпадает с валентностью!

Например, в молекуле H₂O₂ (пероксид водорода):

• Валентность кислорода = II
• Степень окисления кислорода = –1

Интересный факт: степень окисления – это удобный инструмент для составления уравнений окислительно-восстановительных реакций. Без неё было бы очень сложно понять, кто отдаёт, а кто принимает электроны.

Правила определения степени окисления

📌 Основные правила (запомнить!):

1. В простом веществе степень окисления любого элемента равна 0. (O₂⁰, Na⁰, Fe⁰).
2. У фтора степень окисления всегда –1 (самый электроотрицательный элемент).
3. У кислорода степень окисления обычно –2. Исключения: в пероксидах (H₂O₂) – –1, в соединениях со фтором (OF₂) – +2.
4. У водорода в соединениях с неметаллами степень окисления +1, а в гидридах металлов (NaH, CaH₂) – –1.
5. У металлов степень окисления всегда положительная и равна номеру группы (для главных подгрупп) или переменная.
6. Сумма степеней окисления всех атомов в молекуле равна 0.
7. Сумма степеней окисления всех атомов в сложном ионе равна заряду иона.

Примеры определения степени окисления

Пример 1. Определить степень окисления серы в H₂SO₄.
Водород: ⁺¹H (2 атома → +2)
Кислород: ^–2O (4 атома → –8)
Сумма: (+2) + X + (–8) = 0
X = +6
✅ Ответ: H₂⁺¹S⁺⁶O₄^–2

Пример 2. Определить степень окисления хрома в K₂Cr₂O₇.
Калий: ⁺¹K (2 атома → +2)
Кислород: ^–2O (7 атомов → –14)
Сумма: (+2) + 2X + (–14) = 0
2X = 12 → X = +6
✅ Ответ: K₂⁺¹Cr₂⁺⁶O₇^–2

Графические формулы

📌 Графическая (структурная) формула – это изображение, которое показывает порядок соединения атомов в молекуле и количество связей между ними.
В графической формуле каждая черта (—) обозначает одну химическую связь (общую электронную пару).

Примеры

• Вода H₂O: H–O–H (атом кислорода связан с двумя атомами водорода)
• Углекислый газ CO₂: O=C=O (каждая связь – двойная)
• Азот N₂: N≡N (тройная связь)

• Учёт валентности. Число чёрточек, отходящих от символа каждого атома, равно его валентности. Например, в оксиде натрия Na2O графическая формула выглядит так: Na — O — Na (натрий одновалентен, кислород двухвалентен).
• Изображение кислот и оснований. Состав таких соединений начинают изображать с центрального атома.
• Особенности соединений с кислородом. Если в молекуле кислоты больше атомов кислорода, чем водорода, то «избыточные» атомы кислорода могут быть соединены с центральным атомом двойной связью.
• Составление формул солей. При их изображении исходят из графических формул кислот, заменяя атомы водорода на атомы металла с учётом его валентности.

• Развёрнутая — самая полная, изображает все химические элементы и все связи.
• Сокращённая — не указывает связи с атомами водорода.
• Скелетная — наиболее краткая, не указывает атомы водорода, связанные с атомами углерода, и сами связи. Атомы углерода и связи между ними обозначаются ломаной линией.
• Для ароматических соединений (например, бензола) может использоваться изображение шестиугольника с окружностью внутри.

Графические формулы помогают наглядно увидеть:

• Сколько связей образует каждый атом (это валентность)
• Порядок соединения атомов в молекуле
• Какие связи одинарные, а какие – кратные

Интересный факт: именно графические формулы позволили химикам понять, почему вещества с одинаковым составом (изомеры) имеют разные свойства – у них разный порядок соединения атомов!

Практическое задание

📌 Задание 1. Определите валентность элементов в соединениях:
P₂O₅, CO₂, N₂O₃, Cl₂O₇, Mn₂O₇

📌 Задание 2. Составьте формулы бинарных соединений по валентности:
Оксид фосфора (V), хлорид алюминия (Al III, Cl I), сульфид железа (II), оксид марганца (VII).

📌 Задание 3. Определите степени окисления всех элементов в веществах:
HNO₃, Na₂SO₄, KMnO₄, NH₄Cl, CaCO₃

⚡️ Подсказка: для задания 3 используйте правила: сумма степеней окисления = 0. В NH₄Cl: водород +1, хлор –1, значит азот –3.

Памятка

• ✅ Валентность – способность атома образовывать определённое число связей (реальное число).
• ✅ Степень окисления – условный заряд атома (формальное число).
• ✅ У элементов с постоянной валентностью запомнить: H (I), O (II), металлы IA (I), IIA (II), Al (III), F (I).
• ✅ Правило креста: a × val(X) = b × val(Y).
• ✅ Степень окисления в простом веществе = 0.
• ✅ Сумма степеней окисления в молекуле = 0, в ионе = заряду иона.
• ✅ Графическая формула показывает порядок соединения атомов.

Вы смотрели конспект урока химии по теме «Валентность. Степень окисления. Графические формулы». Выберите дальнейшее действие:

• Перейти к Списку конспектов по химии (по классам)
• Найти конспект в Кодификаторе ОГЭ по химии
• Найти конспект в Кодификаторе ЕГЭ по химии

Следующая тема: «Количество вещества. Моль. Молярная масса».