Как определить валентность по таблице Менделеева: правила и примеры

Валентность — одно из первых понятий, которые проверяют в 8 классе, и одно из самых путаных. Значительную часть ответа можно прочитать прямо по таблице Менделеева. Ниже — как определить валентность по таблице и по формуле и как не запутаться в исключениях.

Что такое валентность

Валентность показывает, сколько химических связей атом образует с другими атомами. Её записывают римскими цифрами: I, II, III, IV и так далее. В молекуле воды H₂O атом кислорода связан с двумя атомами водорода, поэтому кислород в ней двухвалентен (II), а водород одновалентен (I).

У валентности нет знака. Не путайте её со степенью окисления: у степени окисления есть знак (+2, −1), и её вводят позже, в 8 или 9 классе, в зависимости от учебника. На первых порах считайте, что валентность — это число «рук», которыми атом держится за соседей.

Элементы с постоянной валентностью

Часть элементов почти всегда ведёт себя одинаково. Эти значения полезно просто запомнить:

• I: водород H, литий Li, натрий Na, калий K, фтор F;
• II: кислород O, бериллий Be, магний Mg, кальций Ca, цинк Zn, барий Ba;
• III: алюминий Al.

Эти элементы служат опорой при расчётах. Если в формуле есть кислород или водород, вы почти всегда знаете одну из двух валентностей сразу.

Как найти валентность по номеру группы

Таблицу Менделеева в школе чаще всего показывают в короткой форме: восемь групп, обозначенных римскими цифрами. Для элементов главных подгрупп работает простое правило.

• Высшая валентность равна номеру группы. Сера S стоит в VI группе, значит, её высшая валентность — VI (в оксиде SO₃). Хлор Cl в VII группе: высшая валентность VII (Cl₂O₇). Фосфор P в V группе: высшая валентность V (P₂O₅).
• Низшая валентность неметалла равна 8 минус номер группы. У серы это 8 − 6 = 2: в сероводороде H₂S сера двухвалентна. У хлора 8 − 7 = 1: в хлороводороде HCl он одновалентен. У фосфора 8 − 5 = 3: в фосфине PH₃ он трёхвалентен.

Правило относится к главным подгруппам: это элементы малых периодов и те элементы больших периодов, что стоят под ними (в длинной таблице — группы 1–2 и 13–18). Исключения: у кислорода и фтора высшая валентность не равна номеру группы (фтор всегда одновалентен, кислород, как правило, двухвалентен), а азот в V группе имеет высшую валентность IV. К побочным подгруппам правило не применяется.

Переменная валентность

У многих элементов валентность разная в разных соединениях. Классические примеры:

• железо Fe: II в FeO и III в Fe₂O₃;
• медь Cu: I в Cu₂O и II в CuO;
• сера S: II в H₂S, IV в SO₂, VI в SO₃;
• углерод C: чаще всего IV, например в CO₂ и CH₄, но в угарном газе CO он двухвалентен (II).

Если валентность переменная, в названии вещества её указывают римской цифрой в скобках: оксид железа (III) — это Fe₂O₃, а сульфат меди (II) — CuSO₄. Эта цифра и есть ответ на вопрос «какая валентность у металла» (строго говоря, в названиях указывают степень окисления, но в 8 классе её используют как валентность).

Как определить валентность по формуле

Алгоритм для бинарных соединений (из двух элементов) короткий:

• Найдите элемент с известной валентностью, например кислород (II).
• Умножьте валентность на число его атомов и получите суммарную валентность этого элемента в формуле.
• Разделите это число на количество атомов второго элемента.

Пример 1: Al₂O₃. Атомов кислорода три, валентность II, суммарно 3 × 2 = 6. Атомов алюминия два, значит, 6 : 2 = 3. Алюминий трёхвалентен.

Пример 2: Fe₂O₃. Здесь тоже 3 × 2 = 6, и 6 : 2 = 3. Железо трёхвалентно, поэтому вещество называется оксид железа (III).

Пример 3: CO₂. Атомов кислорода два, 2 × 2 = 4, углерод один, поэтому его валентность IV.

Обратная задача — составить формулу по валентностям. Для оксида магния (Mg — II, O — II) числа равны, формула MgO. Для оксида алюминия (Al — III, O — II) находят наименьшее общее кратное чисел 3 и 2: это 6. Алюминия нужно 6 : 3 = 2 атома, кислорода 6 : 2 = 3 атома. Получается Al₂O₃.

Проверьте себя

Определите валентность указанного элемента, прежде чем смотреть ответ:

• SO₃ — сера;
• Na₂O — натрий;
• P₂O₅ — фосфор;
• H₂S — сера;
• FeCl₃ — железо.

Ответы: в SO₃ сера шестивалентна (3 × 2 = 6); в Na₂O натрий одновалентен (кислород II, атомов натрия два); в P₂O₅ фосфор пятивалентен (5 × 2 = 10, 10 : 2 = 5); в H₂S сера двухвалентна (два атома водорода по I); в FeCl₃ железо трёхвалентно (три атома хлора по I). Если во всех пяти случаях ответ совпал, алгоритм вы усвоили. Ошиблись — вернитесь к примерам выше и пройдите их ещё раз вслух.

Типичные ошибки и как их избежать

• Путают номер группы и валентность у неметаллов: номер группы даёт только высшую валентность.
• Забывают, что у кислорода, фтора и азота особые случаи.
• Ставят валентность металла, не посмотрев на название: «оксид меди (I)» и «оксид меди (II)» — разные вещества.
• Считают валентность по всей молекуле, а не по одному элементу.
• Смешивают валентность со степенью окисления.

Распечатайте таблицу Менделеева с крупными номерами групп и подпишите над группами высшую и низшую валентность неметаллов. Каждый день решайте по 3–5 формул вслух, называя валентность каждого элемента. Через неделю такой практики нужное значение находится заметно быстрее. Для тренировки удобна готовая таблица Менделеева и растворимости: в каталоге «Химички» есть таблица Менделеева и таблица растворимости, которую можно повесить над рабочим столом. Про то, как устроена сама таблица и что означают её номера, читайте в статье «Таблица Менделеева: что это, как читать и как быстро выучить».

Если тема даётся тяжело, посмотрите общий разбор программы в статье «Химия 8 класс: программа, главные темы и с чего начать».

Часто задаваемые вопросы

Итог

Валентность не нужно зубрить целиком: достаточно выучить элементы с постоянной валентностью, правило «высшая равна номеру группы» и алгоритм определения по формуле. Остальное решают практика и привычка заглядывать в таблицу Менделеева.