ค่าความจุของไฮโดรเจนและออกซิเจนนั้นแตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น กำมะถันในสารประกอบ H2S เป็นไดวาเลนต์ และในสูตร SO3 มันคือเฮกซะวาเลนต์ คาร์บอนก่อให้เกิด CO2 มอนอกไซด์และ CO2 ไดออกไซด์ด้วยออกซิเจน ในสารประกอบแรก ความจุของ C คือ II และในสารประกอบที่สองคือ IV ค่าเดียวกันในมีเทน CH4.- อ่านเพิ่มเติมบน FB.ru:
องค์ประกอบส่วนใหญ่ไม่คงที่ แต่ ความจุตัวแปร เช่น ฟอสฟอรัส ไนโตรเจน กำมะถัน การค้นหาสาเหตุหลักของปรากฏการณ์นี้ทำให้เกิดทฤษฎีพันธะเคมี แนวคิดเกี่ยวกับเปลือกเวเลนซ์ของอิเล็กตรอน และออร์บิทัลระดับโมเลกุล การมีอยู่ของค่าต่าง ๆ ของคุณสมบัติเดียวกันนั้นอธิบายได้จากมุมมองของโครงสร้างของอะตอมและโมเลกุล
ความจุคงที่วิวัฒนาการของแนวคิดเรื่อง "วาเลนซ์" ลำดับของการกระทำในการกำหนดความจุของอะตอมขององค์ประกอบในสารประกอบ การเขียนสูตร จากข้อมูลนี้มีกฎสำคัญ: ค่าสูงสุดของความจุขององค์ประกอบตรงกับจำนวนของกลุ่มที่มันตั้งอยู่1 เนื่องจากมีแปดกลุ่มในระบบธาตุ ค่าความจุขององค์ประกอบสามารถตั้งแต่ I ถึง 8
ตามทฤษฎีวาเลนซีที่ Kekule เสนอ คนหนึ่งถูกนำไปเป็นคาร์บอน ความจุคงที่ ในขณะที่พฤติกรรมขององค์ประกอบอื่นๆ รวมทั้งคาร์บอนเองนั้น ขัดแย้งกับแนวคิดเรื่องความจุคงที่อย่างเห็นได้ชัด ตัวอย่างเช่น ธาตุอิเล็กโตรเนกาทีฟ เช่น คลอรีนและกำมะถัน รวมกับออกซิเจนในสัดส่วนต่างๆ ธาตุอิเล็กโตรโพซิทีฟ เช่น เหล็ก ให้ออกไซด์หลายชนิด ตรรกะจำเป็นต้องยอมรับว่าองค์ประกอบเดียวและองค์ประกอบเดียวกันสามารถแสดงระดับความจุที่แตกต่างกันได้ ขึ้นอยู่กับสถานการณ์ ผลสืบเนื่องของข้อเท็จจริงที่สังเกตได้ และยิ่งไปกว่านั้นจากกฎของอัตราส่วนพหุคูณ แนวคิดของวาเลนซ์หลายตัวแปรหรือวาเลนซ์แปรผันจึงเกิดขึ้น ทั้งหมด n<е, как заметил Эрлен-мейер следует полагать, что каждый элемент обладает ความจุสูงสุด , ลักษณะของเขาและ. ลักษณะเฉพาะสำหรับเขา แต่ที่เขาไม่สามารถแสดงได้เสมอ แม้ว่าในแวบแรกสมมติฐานนี้ค่อนข้างเป็นที่ยอมรับ แต่ก็ไม่ได้ปราศจากการคัดค้านที่จริงจังตั้งแต่ ความจุสูงสุด เป็นคุณสมบัติเฉพาะของอะตอม ดังนั้นสารประกอบที่ค่าสูงสุดนี้รับรู้ได้จะมีเสถียรภาพมากขึ้น . ความจุสูงสุด ขององค์ประกอบทางเคมีคือจำนวนอิเล็กตรอนในเปลือกอิเล็กตรอนชั้นนอกของอะตอม แนวความคิดของวาเลนซีมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับกฎธาตุของเมนเดเลเยฟ หากคุณดูตารางธาตุอย่างใกล้ชิด คุณจะสังเกตเห็น: ตำแหน่งขององค์ประกอบในระบบธาตุและความจุของธาตุนั้นเชื่อมโยงกันอย่างแยกไม่ออก
Valency - II (ขั้นต่ำ ) Valency - IV (สูงสุด) สูงสุด (ขีดสุด ) ความจุส่วนใหญ่เกิดขึ้นพร้อมกับหมายเลขกลุ่มขององค์ประกอบทางเคมี
แบบแผนของการเกิดพันธะเคมี: การทับซ้อนกันของออร์บิทัลของอะตอมด้านนอกของอะตอมที่มีปฏิสัมพันธ์ ลำดับการสื่อสาร พันธบัตรที่เรียบง่ายและหลากหลาย พันธะ Bi และ pi เป็นพันธะเคมีแบบไม่มีขั้วและแบบมีขั้ว
บทบัญญัติหลักของวิธีการพันธะเวเลนซ์ 1. พันธะเคมีโควาเลนต์เกิดขึ้นจากอิเล็กตรอนสองตัวที่มีสปินตรงข้ามกันของอะตอมสองอะตอม ตัวอย่างเช่น เมื่ออะตอมของไฮโดรเจนสองอะตอมเข้าใกล้ ออร์บิทัลของอิเล็กตรอนจะทับซ้อนกันบางส่วนและอิเล็กตรอนคู่สามัญ H × + × H = H: H
พันธะโควาเลนต์ยังสามารถเกิดขึ้นได้โดยกลไกผู้ให้-ผู้รับ กลไกสำหรับการก่อตัวของพันธะโควาเลนต์อันเนื่องมาจากคู่อิเล็กตรอนของอะตอมหนึ่ง (ผู้บริจาค) และอีกอะตอม (ตัวรับ) ซึ่งให้วงโคจรอิสระสำหรับคู่นี้เรียกว่าผู้บริจาค - ผู้รับ
ให้เรายกตัวอย่างกลไกการก่อตัวของแอมโมเนียมไอออน NH4+ ในโมเลกุล NH3 คู่อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันสามคู่สร้างพันธะ NH 3 พันธะ คู่ที่สี่ของอิเล็กตรอนภายนอกจะไม่ถูกแบ่ง สามารถสร้างพันธะกับไฮโดรเจนไอออน ส่งผลให้เกิดแอมโมเนียมไอออน NH4 + ไอออน NH4+ มีพันธะโควาเลนต์สี่พันธะ และพันธะ N-H ทั้งสี่นั้นเท่ากัน กล่าวคือ ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนมีการกระจายอย่างเท่าเทียมกันระหว่างพวกมัน
2. เมื่อมีพันธะเคมีโควาเลนต์เกิดขึ้น ฟังก์ชันคลื่นของอิเล็กตรอน (ออร์บิทัลอิเล็กทรอนิกส์) จะคาบเกี่ยวกัน และพันธะจะยิ่งแข็งแกร่ง ยิ่งคาบเกี่ยวกันมากเท่านั้น
3. พันธะเคมีโควาเลนต์ตั้งอยู่ในทิศทางที่ความเป็นไปได้ของการทับซ้อนกันของฟังก์ชันคลื่นของอิเล็กตรอนที่ก่อตัวเป็นพันธะจะยิ่งใหญ่ที่สุด
4. ความจุของอะตอมในสภาวะปกติ (ไม่ตื่นเต้น) ถูกกำหนดโดย:
จำนวนอิเล็กตรอนที่ไม่จับคู่ที่มีส่วนร่วมในการก่อตัวของคู่อิเล็กตรอนร่วมกับอิเล็กตรอนของอะตอมอื่น
การมีอยู่ของความสามารถในการบริจาค (เนื่องจากคู่อิเล็กตรอนที่ไม่แบ่งใช้หนึ่งคู่)
ในสภาวะตื่นเต้น ความจุของอะตอมถูกกำหนดโดย:
จำนวนอิเล็กตรอนที่ไม่ได้รับการจับคู่
จำนวนออร์บิทัลว่างที่สามารถรับอิเล็กตรอนคู่ของผู้บริจาคได้
ทางนี้,ความจุจะแสดงเป็นจำนวนเต็มขนาดเล็กและไม่มีเครื่องหมาย การวัดความจุคือจำนวนของพันธะเคมีที่อะตอมที่กำหนดเชื่อมต่อกับผู้อื่น
เวเลนซ์อิเล็กตรอนโดยหลักแล้วประกอบด้วยอิเล็กตรอนของระดับชั้นนอก แต่สำหรับองค์ประกอบของกลุ่มย่อยรอง พวกเขายังรวมถึงอิเล็กตรอนของระดับสุดท้าย (ก่อนหน้า) ด้วย
อุปสรรค์แรกของนักศึกษาวิชาเคมี ความผิดพลาดครั้งใหญ่คือแนวทางเมื่อนักเรียนไม่พยายามทำความเข้าใจความจุ โดยคาดหวังว่าความรู้เกี่ยวกับสิ่งนั้นจะถูกนำไปใช้ด้วยตัวเอง แต่แนวทางนี้ไม่ถูกต้อง เพราะหากไม่เข้าใจสิ่งนี้ เราก็พบกับจุดจบของการไร้ความสามารถในการเขียนสูตรแม้แต่สูตรที่ง่ายที่สุด
"ความจุ" ขององค์ประกอบคืออะไร?
Valence เป็นคำที่นักวิทยาศาสตร์ใช้มาจากภาษาละติน ซึ่งหมายถึงความแข็งแกร่งและโอกาสในการแปล แน่นอนว่าชื่อนี้ไม่ได้ตั้งใจและสามารถช่วยให้เราเข้าใจสาระสำคัญของคำศัพท์ได้มาก ท้ายที่สุด วาเลนซีเป็นตัวกำหนดลักษณะของอะตอมในแง่ของความสามารถในการสร้างพันธะกับอะตอมอื่นๆ กล่าวอีกนัยหนึ่งวาเลนซ์สามารถมองได้ว่าเป็นความสามารถของอะตอมในการสร้างพันธะเนื่องจากโมเลกุลปรากฏขึ้น
กำหนด องค์ประกอบความจุเป็นเลขโรมันเสมอ คุณสามารถดูค่าของอะตอมต่างๆ ได้ในตารางพิเศษ
วาเลนซีของธาตุมีลักษณะอย่างไร?
สารทั้งหมดที่มีความจุมีลักษณะเป็นค่าคงที่ (ในทุกพันธะ) หรือตัวแปร ความจุคงตัวเป็นลักษณะของสารกลุ่มเล็กๆ (ไฮโดรเจน ฟลูออรีน โซเดียม โพแทสเซียม ออกซิเจน ฯลฯ มีอะตอมอีกมากมายในโลกที่มีความจุผันแปรได้ ในปฏิกิริยาที่แตกต่างกัน มีปฏิสัมพันธ์กับอะตอมที่แตกต่างกัน พวกมันจะกลายเป็นหลายวาเลนซ์ . ตัวอย่างเช่น ไนโตรเจนในสารประกอบ NH3 มีวาเลนซี - III เนื่องจากมีความเกี่ยวข้องกับอะตอมสามอะตอม และในธรรมชาติ มันเกิดขึ้นพร้อมกับความจุตั้งแต่หนึ่งถึงสี่ฉันขอย้ำอีกครั้งว่าวาเลนซีที่แตกต่างกันนั้นเป็นปรากฏการณ์ทั่วไปมากกว่า
อิทธิพลของความจุของธาตุในปฏิกิริยาเคมี
ก่อนที่นักวิทยาศาสตร์จะได้เรียนรู้ว่าอะตอมไม่ใช่อนุภาคที่เล็กที่สุดในโลก พวกเขาก็ได้ดำเนินการตามแนวคิดนี้แล้ว พวกเขาเข้าใจว่ามีปัจจัยภายในที่ส่งผลต่อการทำปฏิกิริยาเคมีของสารต่างๆ เนื่องจากนักวิทยาศาสตร์ได้มองเห็นโครงสร้างของโมเลกุลในรูปแบบต่างๆ แนวคิดของ " องค์ประกอบความจุได้ผ่านการเปลี่ยนแปลงหลายอย่าง
ความจุของสารถูกกำหนดโดยจำนวนอิเล็กตรอนภายนอกของอะตอม อะตอมมีอิเล็กตรอนกี่ตัว จำนวนการเชื่อมต่อสูงสุดที่อะตอมสร้างได้ ดังนั้น "วาเลนซี" จึงหมายถึงจำนวนคู่อิเล็กตรอนของอะตอม
แม้ว่าทฤษฎีอิเล็กตรอนจะปรากฏในภายหลังมาก หลังจากที่ "การแบ่ง" ของอะตอมออกเป็นอนุภาคขนาดเล็ก ก่อนหน้านั้น นักวิทยาศาสตร์ก็ยังค่อนข้างประสบความสำเร็จในการกำหนดเวเลนซ์ในกรณีส่วนใหญ่ พวกเขาประสบความสำเร็จในเรื่องนี้ด้วยการวิเคราะห์ทางเคมีของสาร
มันเป็นงานหนัก ก่อนอื่น จำเป็นต้องกำหนดมวลของธาตุในรูปแบบบริสุทธิ์ ยิ่งไปกว่านั้น โดยใช้การวิเคราะห์ทางเคมี นักวิทยาศาสตร์ได้กำหนดว่าองค์ประกอบของสารประกอบคืออะไร และจากนั้นพวกเขาสามารถคำนวณได้ว่ามีอะตอมของสารจำนวนเท่าใด
วิธีนี้ยังคงใช้อยู่ แต่ไม่เป็นสากล สะดวกในการกำหนดองค์ประกอบในสารประกอบอย่างง่ายของสาร ตัวอย่างเช่น กับโมโนวาเลนต์ไฮโดรเจนหรือออกซิเจนไดวาเลนต์
แต่เมื่อทำงานกับกรด วิธีการนี้ไม่ประสบความสำเร็จเป็นพิเศษ ไม่ได้ เราสามารถใช้บางส่วนได้ ตัวอย่างเช่น เมื่อกำหนดความจุของสารประกอบของกรดตกค้าง
ดูเหมือนว่านี้: การใช้ความรู้ที่ว่าเวเลนซ์ของออกซิเจนมีค่าเท่ากับสองเสมอ เราสามารถคำนวณความจุของกรดตกค้างทั้งหมดได้อย่างง่ายดาย ตัวอย่างเช่น ใน H 2 SO 3 ความจุของ SO 3 คือ I ใน HClO 3 ความจุของ ClO 3 คือ I
ความจุขององค์ประกอบในสูตร
ดังที่เราได้กล่าวไว้ข้างต้น แนวคิด องค์ประกอบความจุ» เกี่ยวข้องกับโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอม แต่นี่ไม่ใช่การเชื่อมต่อแบบเดียวที่มีอยู่ในธรรมชาติ นักเคมียังคุ้นเคยกับโครงสร้างของสสารในรูปแบบไอออนิก ผลึก และรูปแบบอื่นๆ สำหรับโครงสร้างดังกล่าว ความจุนั้นไม่เกี่ยวข้องกันอีกต่อไป แต่เมื่อทำงานกับสูตรของปฏิกิริยาโมเลกุล เราต้องคำนึงถึงมันด้วย
ในการสร้างสูตร เราต้องจัดเรียงดัชนีทั้งหมดที่สมดุลจำนวนอะตอมที่ทำปฏิกิริยา เมื่อทราบความจุของสารเท่านั้น เราก็สามารถจัดเรียงดัชนีได้อย่างถูกต้อง และในทางกลับกัน เมื่อทราบสูตรโมเลกุลและมีดัชนี คุณก็จะสามารถทราบความจุของธาตุที่ประกอบเป็นสสารได้
ในการคำนวณดังกล่าว สิ่งสำคัญคือต้องจำไว้ว่าความจุขององค์ประกอบทั้งสองที่ทำปฏิกิริยาจะเท่ากัน ซึ่งหมายความว่าสำหรับการค้นหา จำเป็นต้องค้นหาตัวคูณร่วมน้อย
ตัวอย่างเช่น ใช้เหล็กออกไซด์ เรามีธาตุเหล็กและออกซิเจนในพันธะเคมี ในปฏิกิริยานี้ เหล็กมีความจุ III และออกซิเจนมี II โดยการคำนวณอย่างง่าย เราพบว่าตัวคูณร่วมน้อยคือ 6 ซึ่งหมายความว่าสูตรมีรูปแบบ Fe 2 O 3
วิธีที่ผิดปกติในการกำหนดความจุขององค์ประกอบ
มีวิธีที่ไม่ได้มาตรฐานมากกว่า แต่น่าสนใจในการกำหนดความจุของสาร หากคุณทราบคุณสมบัติขององค์ประกอบเป็นอย่างดี คุณก็จะสามารถกำหนดความจุด้วยสายตาได้ ตัวอย่างเช่นทองแดง ออกไซด์ของมันจะเป็นสีแดงและสีดำ ในขณะที่ไฮดรอกไซด์ของมันจะเป็นสีเหลืองและสีน้ำเงิน
ทัศนวิสัย.
เพื่อที่จะ องค์ประกอบความจุเข้าใจมากขึ้น แนะนำให้เขียนสูตรโครงสร้าง เมื่อสร้างพวกมัน เราจะเขียนสัญลักษณ์สำหรับอะตอม แล้ววาดเส้นประตามความจุ ที่นั่น แต่ละเส้นประบ่งบอกถึงความสัมพันธ์ของแต่ละองค์ประกอบและปรากฏชัดเจนมาก
ในบทความนี้เราจะมาดูวิธีการและทำความเข้าใจ วิธีการกำหนดความจุองค์ประกอบของตารางธาตุ
ในวิชาเคมี เป็นที่ยอมรับว่าความจุขององค์ประกอบทางเคมีสามารถรับรู้ได้จากกลุ่ม (คอลัมน์) ในตารางธาตุ ในความเป็นจริง ความจุขององค์ประกอบไม่สอดคล้องกับหมายเลขกลุ่มเสมอไป แต่ในกรณีส่วนใหญ่ ความจุบางอย่างที่ใช้วิธีนี้จะให้ผลลัพธ์ที่ถูกต้อง องค์ประกอบมักจะมีหลายความจุ ขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ
หน่วยของความจุคือความจุของอะตอมไฮโดรเจนเท่ากับ 1 นั่นคือไฮโดรเจนเป็นโมโนวาเลนต์ ดังนั้นความจุขององค์ประกอบจึงระบุจำนวนอะตอมของไฮโดรเจนที่อะตอมของธาตุนั้นเชื่อมต่ออยู่ ตัวอย่างเช่น HCl โดยที่คลอรีนเป็นโมโนวาเลนต์ H2O โดยที่ออกซิเจนเป็นไบวาเลนท์ NH3 โดยที่ไนโตรเจนเป็นไตรวาเลนท์
วิธีการหาความจุตามตารางธาตุ
ตารางธาตุประกอบด้วยองค์ประกอบทางเคมีที่วางอยู่ในนั้นตามหลักการและกฎหมายบางประการ แต่ละองค์ประกอบอยู่ในตำแหน่งซึ่งกำหนดโดยลักษณะและคุณสมบัติขององค์ประกอบและแต่ละองค์ประกอบมีหมายเลขของตัวเอง เส้นแนวนอนเรียกว่า จุด ซึ่งเพิ่มขึ้นจากบรรทัดแรกลงมา หากช่วงเวลาประกอบด้วยสองแถว (ซึ่งระบุด้านข้างด้วยการนับ) ช่วงเวลาดังกล่าวจะเรียกว่าช่วงใหญ่ ถ้ามีแถวเดียวเรียกว่าเล็ก
นอกจากนี้ยังมีกลุ่มในตารางซึ่งมีเพียงแปดคนเท่านั้น รายการถูกจัดเรียงเป็นคอลัมน์ในแนวตั้ง ที่นี่การจัดวางไม่เท่ากัน - ในอีกด้านหนึ่งมีองค์ประกอบมากกว่า (กลุ่มหลัก) ในอีกทางหนึ่ง - น้อยกว่า (กลุ่มด้านข้าง)
วาเลนซีคือความสามารถของอะตอมในการสร้างพันธะเคมีจำนวนหนึ่งกับอะตอมของธาตุอื่นๆ ตามตารางธาตุจะช่วยให้เข้าใจถึงความรู้เกี่ยวกับประเภทของความจุ
สำหรับองค์ประกอบของกลุ่มย่อยรอง (และมีเพียงโลหะเท่านั้นที่เป็นของพวกเขา) ต้องจดจำความจุโดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากในกรณีส่วนใหญ่จะเท่ากับ I, II, น้อยกว่า III คุณจะต้องจำความจุขององค์ประกอบทางเคมีที่มีค่ามากกว่าสองค่า หรือคอยดูตารางความจุขององค์ประกอบอยู่เสมอ
อัลกอริทึมสำหรับกำหนดความจุตามสูตรขององค์ประกอบทางเคมี
1. เขียนสูตรของสารประกอบทางเคมี
2. กำหนดความจุที่รู้จักขององค์ประกอบ
3. ค้นหาตัวคูณร่วมน้อยของวาเลนซีและดัชนี
4. หาอัตราส่วนของตัวคูณร่วมน้อยกับจำนวนอะตอมของธาตุที่สอง นี่คือความจุที่ต้องการ
5. ทำการตรวจสอบโดยการคูณความจุและดัชนีของแต่ละองค์ประกอบ งานของพวกเขาจะต้องเท่าเทียมกัน
ตัวอย่าง:กำหนดความจุขององค์ประกอบของไฮโดรเจนซัลไฟด์
1. มาเขียนสูตรกัน:
2. แสดงถึงความจุที่รู้จัก:
3. ค้นหาตัวคูณร่วมน้อย:
4. หาอัตราส่วนของตัวคูณร่วมน้อยกับจำนวนอะตอมของกำมะถัน:
5. มาเช็คกัน:
ตารางค่าความจุคุณลักษณะของอะตอมของสารประกอบเคมีบางชนิด
|
องค์ประกอบ |
Valence |
ตัวอย่างการเชื่อมต่อ |
|
H 2 , HF, Li 2 O, NaCl, KBr |
||
|
O, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn |
H 2 O, MgCl 2, CaH 2, SrBr 2, BaO, ZnCl 2 |
|
|
CO 2 , CH4, SiO 2 , SiCl 4 |
||
|
CrCl 2 , CrCl 3 , CrO 3 |
||
|
H2S, SO2, SO3 |
||
|
NH 3 , NH 4 Cl, HNO 3 |
||
|
PH 3 , P 2 O 5 , H 3 PO 4 |
||
|
SnCl 2 , SnCl 4 , PbO, PbO 2 |
||
|
HCl, ClF 3 , BrF 5 , IF 7 |
บ่อยครั้งที่ผู้คนได้ยินคำว่า "วาเลนซี" โดยไม่เข้าใจอย่างถ่องแท้ว่ามันคืออะไร แล้ววาเลนซ์คืออะไร? Valency เป็นหนึ่งในคำศัพท์ที่ใช้ในโครงสร้างทางเคมี อันที่จริง Valence เป็นตัวกำหนดความสามารถของอะตอมในการสร้างพันธะเคมี ในเชิงปริมาณ ความจุคือจำนวนของพันธะที่อะตอมมีส่วนร่วม
ความจุขององค์ประกอบคืออะไร
วาเลนซ์เป็นตัวบ่งชี้ความสามารถของอะตอมในการเกาะติดกับอะตอมอื่นๆ ทำให้เกิดพันธะเคมีกับพวกมันภายในโมเลกุล จำนวนพันธะของอะตอมเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่ของมัน พันธะเหล่านี้เรียกว่าโควาเลนต์
อิเล็กตรอนที่ไม่จับคู่คืออิเล็กตรอนอิสระบนเปลือกนอกของอะตอมที่จับคู่กับอิเล็กตรอนภายนอกของอะตอมอื่น อิเล็กตรอนแต่ละคู่เรียกว่า "อิเล็กทรอนิกส์" และอิเล็กตรอนแต่ละตัวเรียกว่าวาเลนซ์ ดังนั้น คำจำกัดความของคำว่า "วาเลนซี" คือจำนวนคู่อิเล็กตรอนที่อะตอมหนึ่งเชื่อมต่อกับอีกอะตอมหนึ่ง
วาเลนซีสามารถแสดงเป็นแผนผังได้ในสูตรเคมีเชิงโครงสร้าง เมื่อไม่จำเป็น จะใช้สูตรง่ายๆ โดยไม่ระบุความจุ
ความจุสูงสุดขององค์ประกอบทางเคมีจากกลุ่มหนึ่งของระบบธาตุของ Mendeleev เท่ากับหมายเลขซีเรียลของกลุ่มนี้ อะตอมของธาตุเดียวกันสามารถมีความจุต่างกันในสารประกอบเคมีต่างๆ ไม่คำนึงถึงขั้วของพันธะโควาเลนต์ที่เกิดขึ้น นี่คือเหตุผลที่ความจุไม่มีสัญญาณ นอกจากนี้ ความจุไม่สามารถเป็นค่าลบและเท่ากับศูนย์ได้
บางครั้งแนวคิดของ "วาเลนซี" ก็เท่ากับแนวคิดของ "สถานะออกซิเดชัน" แต่ก็ไม่เป็นเช่นนั้น แม้ว่าบางครั้งตัวบ่งชี้เหล่านี้จะตรงกันก็ตาม สถานะออกซิเดชันเป็นคำที่เป็นทางการซึ่งหมายถึงประจุที่เป็นไปได้ที่อะตอมจะได้รับหากคู่อิเล็กตรอนของมันถูกถ่ายโอนไปยังอะตอมที่เป็นลบทางไฟฟ้ามากกว่า ที่นี่สถานะออกซิเดชันสามารถมีสัญญาณบางอย่างและแสดงเป็นหน่วยประจุ คำนี้พบได้ทั่วไปในเคมีอนินทรีย์ เพราะในสารประกอบอนินทรีย์ เป็นการยากที่จะตัดสินความจุ และในทางกลับกัน ในเคมีอินทรีย์ วาเลนซ์ถูกใช้ เพราะสารประกอบอินทรีย์ส่วนใหญ่มีโครงสร้างโมเลกุล
ตอนนี้คุณรู้แล้วว่าความจุขององค์ประกอบทางเคมีคืออะไร!
VALENCE(lat. วาเลนเซีย - ความแรง) ความสามารถของอะตอมในการยึดหรือแทนที่อะตอมหรือกลุ่มอะตอมอื่นจำนวนหนึ่ง
เป็นเวลาหลายทศวรรษ ที่แนวคิดเรื่องความจุเป็นหนึ่งในแนวคิดพื้นฐานและเป็นพื้นฐานในวิชาเคมี นักศึกษาวิชาเคมีทุกคนต้องเคยเจอแนวคิดนี้ ในตอนแรก ดูเหมือนว่าพวกเขาจะค่อนข้างเรียบง่ายและชัดเจน: ไฮโดรเจนเป็นโมโนวาเลนต์ ออกซิเจนเป็นไบวาเลนต์ และอื่นๆ ในคู่มือสำหรับผู้สมัครฉบับหนึ่ง กล่าวว่า "วาเลนซ์คือจำนวนของพันธะเคมีที่เกิดจากอะตอมในสารประกอบ" แต่สิ่งที่เป็นไปตามคำจำกัดความนี้คือความจุของคาร์บอนในเหล็กคาร์ไบด์ Fe 3 C ในเหล็กคาร์บอนิล Fe 2 (CO) 9 ในเกลือที่รู้จักกันมานาน K 3 Fe (CN) 6 และ K 4 Fe ( ซีเอ็น) 6? และแม้แต่ในโซเดียมคลอไรด์ อะตอมแต่ละอะตอมในผลึก NaCl ก็ยังถูกผูกมัดกับอะตอมอื่นๆ อีก 6 อะตอม! ต้องใช้คำจำกัดความมากมาย แม้จะพิมพ์ในตำราเรียนด้วยความระมัดระวัง
ในสิ่งพิมพ์สมัยใหม่ เราสามารถพบคำจำกัดความที่แตกต่างกันและมักไม่สอดคล้องกัน ตัวอย่างเช่น: "วาเลนซีคือความสามารถของอะตอมในการสร้างพันธะโควาเลนต์จำนวนหนึ่ง" คำจำกัดความนี้ชัดเจน ไม่คลุมเครือ แต่ใช้ได้กับสารประกอบที่มีพันธะโควาเลนต์เท่านั้น กำหนดความจุของอะตอมและจำนวนอิเล็กตรอนทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของพันธะเคมี และจำนวนคู่อิเล็กตรอนที่อะตอมที่กำหนดถูกผูกมัดกับอะตอมอื่น และจำนวนของอิเลคตรอนที่ไม่มีคู่ของมันมีส่วนร่วมในการก่อตัวของคู่อิเล็กตรอนทั่วไป อีกความหมายหนึ่งที่มักพบบ่อยของวาเลนซ์คือจำนวนของพันธะเคมีโดยที่อะตอมที่กำหนดเชื่อมต่อกับอะตอมอื่นก็ทำให้เกิดปัญหาเช่นกัน เนื่องจากไม่สามารถระบุได้ชัดเจนว่าพันธะเคมีคืออะไร แท้จริงแล้วพันธะเคมีไม่ได้เกิดจากคู่ของอิเล็กตรอนในสารประกอบทั้งหมด ตัวอย่างที่ง่ายที่สุดคือผลึกไอออนิก เช่น โซเดียมคลอไรด์ ในนั้นโซเดียมอะตอมแต่ละตัวจะสร้างพันธะ (ไอออนิก) กับอะตอมของคลอรีนหกอะตอมและในทางกลับกัน จำเป็นต้องพิจารณาพันธะไฮโดรเจนเป็นพันธะเคมี (เช่น ในโมเลกุลของน้ำ) หรือไม่?
คำถามเกิดขึ้นว่าความจุของอะตอมไนโตรเจนสามารถเท่ากับเท่าใดตามคำจำกัดความต่างๆ หากความจุถูกกำหนดโดยจำนวนอิเล็กตรอนทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของพันธะเคมีกับอะตอมอื่น ๆ ควรพิจารณาความจุสูงสุดของอะตอมไนโตรเจนเท่ากับห้าเนื่องจากอะตอมไนโตรเจนสามารถใช้อิเล็กตรอนภายนอกทั้งหมดห้าตัวในการก่อตัว ของพันธะเคมี - สอง s-อิเล็กตรอน และ สาม p- อิเล็กตรอน หากความจุถูกกำหนดโดยจำนวนของคู่อิเล็กตรอนที่อะตอมที่กำหนดถูกผูกมัดกับผู้อื่น ในกรณีนี้ ความจุสูงสุดของอะตอมไนโตรเจนคือสี่ ในกรณีนี้ อิเล็กตรอน p สามตัวสร้างพันธะโควาเลนต์สามพันธะกับอะตอมอื่น และเกิดพันธะขึ้นอีกหนึ่งพันธะเนื่องจากไนโตรเจน 2s อิเล็กตรอนสองตัว ตัวอย่างคือปฏิกิริยาของแอมโมเนียกับกรดเพื่อสร้างไอออนบวกของแอมโมเนียม สุดท้าย ถ้าความจุถูกกำหนดโดยจำนวนอิเล็กตรอนที่ไม่ได้รับการจับคู่ในอะตอมเท่านั้น ความจุไนโตรเจนจะต้องไม่เกิน 3 เนื่องจากอะตอม N ไม่สามารถมีได้มากกว่า อิเล็กตรอนที่ไม่ได้จับคู่สามตัว (การกระตุ้นของอิเล็กตรอน 2s สามารถเกิดขึ้นได้เฉพาะกับระดับที่มี n = 3 ซึ่งไม่เอื้ออำนวยอย่างยิ่ง) ดังนั้น ในเฮไลด์ ไนโตรเจนสร้างพันธะโควาเลนต์เพียงสามพันธะ และไม่มีสารประกอบเช่น NF 5 , NCl 5 หรือ NBr 5 (ต่างจาก PF 3 ที่เสถียรอย่างสมบูรณ์ , PCl 3 และ PBr 3) แต่ถ้าอะตอมไนโตรเจนถ่ายโอนอิเล็กตรอน 2s ตัวใดตัวหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่ง อิเล็กตรอนที่ไม่ได้จับคู่สี่ตัวจะยังคงอยู่ใน N + cation ที่เป็นผลลัพธ์ และความจุของไอออนบวกนี้จะเท่ากับสี่ สิ่งนี้เกิดขึ้นในโมเลกุลของกรดไนตริก ดังนั้น คำจำกัดความของวาเลนซีที่แตกต่างกันจึงนำไปสู่ผลลัพธ์ที่ต่างกันแม้ในกรณีของโมเลกุลอย่างง่าย
คำจำกัดความใดต่อไปนี้ "ถูกต้อง" และเป็นไปได้หรือไม่ที่จะให้คำจำกัดความที่ชัดเจนสำหรับความจุ เพื่อตอบคำถามเหล่านี้ จะเป็นประโยชน์ในการท่องไปในอดีตและพิจารณาว่าแนวคิดของ "วาเลนซ์" เปลี่ยนไปอย่างไรกับการพัฒนาเคมี
แนวคิดเรื่องความจุขององค์ประกอบ (ซึ่งอย่างไรก็ตามไม่ได้รับการยอมรับในขณะนั้น) ถูกแสดงออกครั้งแรกในช่วงกลางศตวรรษที่ 19 นักเคมีชาวอังกฤษ E. Frankland: เขาพูดเกี่ยวกับ "ความจุอิ่มตัว" บางอย่างของโลหะและออกซิเจน ต่อจากนั้น ความจุเริ่มเป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นความสามารถของอะตอมในการยึดติดหรือแทนที่อะตอมอื่นจำนวนหนึ่ง (หรือกลุ่มของอะตอม) ด้วยการก่อตัวของพันธะเคมี ฟรีดริช ออกุสท์ เคคูเล หนึ่งในผู้สร้างทฤษฎีโครงสร้างทางเคมี เขียนว่า “วาเลนซีเป็นคุณสมบัติพื้นฐานของอะตอม ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่คงที่และไม่เปลี่ยนแปลงเหมือนกับน้ำหนักอะตอม” Kekule ถือว่าเวเลนซ์ขององค์ประกอบนั้นเป็นค่าคงที่ ในตอนท้ายของยุค 1850 นักเคมีส่วนใหญ่เชื่อว่าความจุ (ซึ่งเรียกว่า "อะตอมมิก") ของคาร์บอนคือ 4 ความจุของออกซิเจนและกำมะถันเท่ากับ 2 และความจุของฮาโลเจนคือ 1 ในปี 1868 นักเคมีชาวเยอรมัน K.G. " วาเลนซ์" (ในภาษาละติน วาเลนเซีย - ความแข็งแกร่ง) อย่างไรก็ตาม แทบไม่เคยใช้มาเป็นเวลานาน อย่างน้อยในรัสเซีย (แทนที่จะพูดถึงพวกเขา เช่น เกี่ยวกับ "หน่วยของความสัมพันธ์", "จำนวนที่เทียบเท่า", "จำนวนหุ้น" เป็นต้น) เป็นสิ่งสำคัญที่ใน พจนานุกรมสารานุกรมของ Brockhaus และ Efron(บทความเกี่ยวกับเคมีเกือบทั้งหมดในสารานุกรมนี้ได้รับการตรวจสอบ แก้ไข และมักเขียนโดย D.I. Mendeleev) ไม่มีบทความเรื่อง "วาเลนซ์" เลย มันไม่ได้อยู่ในงานคลาสสิกของ Mendeleev เช่นกัน พื้นฐานของเคมี(เขาพูดถึงแนวคิดของ "อะตอมมิก" เป็นครั้งคราวเท่านั้น โดยไม่ได้กล่าวถึงรายละเอียดและไม่ได้ให้คำจำกัดความที่ชัดเจน)
เพื่อแสดงความยากลำบากที่มาพร้อมกับแนวคิดของ "วาเลนซ์" ตั้งแต่ต้นทางสายตา เป็นการเหมาะสมที่จะยกคำพูดที่เป็นที่นิยมในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 หลายประเทศเนื่องจากความสามารถในการสอนที่ยอดเยี่ยมของผู้แต่งตำราของนักเคมีชาวอเมริกัน Alexander Smith ตีพิมพ์โดยเขาในปี 2460 (ในการแปลภาษารัสเซีย - ในปี 1911, 1916 และ 1931): “ ไม่มีแนวคิดเดียวในวิชาเคมีที่ได้รับเช่นนี้ จำนวนคำจำกัดความที่ไม่ชัดเจนและไม่ถูกต้องตามแนวคิดของความจุ " และเพิ่มเติมในส่วน ความแปลกประหลาดบางอย่างในมุมมองของวาเลนซ์ผู้เขียนเขียน:
“เมื่อแนวคิดเรื่องความจุถูกสร้างขึ้นครั้งแรก เชื่อกันว่า - ค่อนข้างผิดพลาด - แต่ละองค์ประกอบมีความจุหนึ่งอัน ดังนั้นเมื่อพิจารณาคู่ของสารประกอบเช่น CuCl และ CuCl 2 หรือ ... FeCl 2 และ FeCl 3 เราดำเนินการจากสมมติฐานที่ว่าทองแดง เสมอเป็นไดวาเลนต์ และธาตุเหล็กเป็นไตรวาเลนต์ และบนพื้นฐานนี้ สูตรถูกบิดเบือนในลักษณะที่เข้ากับสมมติฐานนี้ ดังนั้นสูตรของคอปเปอร์คลอไรด์จึงถูกเขียนขึ้น (และมักเขียนถึงตอนนี้) ดังนี้ Cu 2 Cl 2 ในกรณีนี้ สูตรของสารประกอบคอปเปอร์คลอไรด์สองชนิดในการแสดงแบบกราฟิกจะอยู่ในรูปแบบ: Cl–Cu–Cu–Cl และ Cl–Cu–Cl ในทั้งสองกรณี อะตอมของทองแดงแต่ละอะตอมจะมีหน่วย (บนกระดาษ) สองหน่วย ดังนั้นจึงเป็นไดวาเลนต์ (บนกระดาษ) ในทำนองเดียวกัน... การเพิ่มสูตร FeCl 2 เป็นสองเท่าทำให้ Cl 2 >Fe–Fe 2 ซึ่งทำให้เราพิจารณา… ธาตุเหล็กเฟอร์ริก” และสมิ ธ ยังคงทำข้อสรุปที่สำคัญมากและไร้กาลเวลา: “มันค่อนข้างตรงกันข้ามกับวิธีการทางวิทยาศาสตร์ในการประดิษฐ์หรือบิดเบือนข้อเท็จจริงเพื่อสนับสนุนมุมมองที่เป็นผลมาจากการสันนิษฐานง่ายๆ ที่ไม่ได้อิงจากประสบการณ์ อย่างไรก็ตาม ประวัติศาสตร์ของวิทยาศาสตร์แสดงให้เห็นว่าข้อผิดพลาดดังกล่าวมักถูกสังเกตพบ
ในปี ค.ศ. 1912 นักเคมีชาวรัสเซีย L.A. Chugaev ซึ่งได้รับการยอมรับจากทั่วโลกสำหรับผลงานด้านเคมีของสารประกอบเชิงซ้อน ได้ทบทวนแนวคิดเกี่ยวกับวาเลนซีในช่วงต้นศตวรรษ Chugaev แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงความยากลำบากที่เกี่ยวข้องกับคำจำกัดความและการประยุกต์ใช้แนวคิดของความจุ:
“วาเลนซี (Valency) เป็นคำที่ใช้ในวิชาเคมีในความหมายเดียวกับ “อะตอมมิก” เพื่ออ้างถึงจำนวนสูงสุดของอะตอมไฮโดรเจน (หรืออะตอมโมโนอะตอมอื่น ๆ หรืออนุมูลเชิงเดี่ยว) ซึ่งอะตอมของธาตุที่กำหนดสามารถเชื่อมต่อโดยตรงได้ (หรือที่ แทนที่ได้) คำว่า ความจุ มักใช้ในความหมายของหน่วยของความจุ หรือหน่วยของความสัมพันธ์ ดังนั้นพวกเขาจึงกล่าวว่าออกซิเจนมีสองเวเลนซ์ไนโตรเจนสาม ฯลฯ คำว่า valency และ "atomicity" ถูกนำมาใช้ก่อนหน้านี้โดยไม่มีความแตกต่างใด ๆ แต่เนื่องจากแนวคิดที่แสดงออกโดยพวกเขาสูญเสียความเรียบง่ายดั้งเดิมและกลายเป็นความซับซ้อนมากขึ้นสำหรับบางกรณีมีเพียงคำว่า valency เท่านั้นที่ยังคงใช้อยู่ ... ความซับซ้อนของ แนวคิดเรื่องความจุเริ่มต้นด้วยการรับรู้ว่าความจุเป็นปริมาณผันแปร ... นอกจากนี้ ในแง่ของเนื้อหา จะแสดงเป็นจำนวนเต็มเสมอ
นักเคมีทราบดีว่าโลหะหลายชนิดมีความจุแปรผัน และพวกเขาน่าจะพูดถึงโครเมียมไดวาเลนต์ ไตรวาเลนต์ และเฮกซะวาเลนท์ Chugaev กล่าวว่าแม้ในกรณีของคาร์บอน จำเป็นต้องยอมรับความเป็นไปได้ที่ความจุของมันอาจแตกต่างจาก 4 และ CO ก็ไม่ใช่ข้อยกเว้นเพียงอย่างเดียว: “คาร์บอนไดวาเลนต์มักพบในคาร์บีลามีน CH 3 -N = C, ในกรดฟุลมินิกและเกลือของมัน C=NOH, C=NOMe ฯลฯ เรารู้ว่ายังมีคาร์บอนไตรอะตอมด้วย...” ขยายแนวคิดคลาสสิกของความจุและขยายไปยังกรณีที่ไม่สามารถใช้ได้เช่นนี้ หาก Thiele มาถึงความต้องการ ... เพื่อให้ "การกระจายตัว" ของหน่วยวาเลนซ์มีข้อเท็จจริงจำนวนหนึ่งที่ทำให้จำเป็นต้องอนุมานแนวคิดของความจุในความหมายอื่นจากกรอบแคบซึ่งเดิมถูกปิดล้อม . เราได้เห็นแล้วว่าการศึกษาสารประกอบที่ง่ายที่สุด (ส่วนใหญ่เป็นเลขฐานสอง ... ) ที่เกิดขึ้นจากองค์ประกอบทางเคมีสำหรับแต่ละองค์ประกอบหลังนี้ บังคับให้เราสมมติค่าความจุของความจุที่แน่นอน มีขนาดเล็กเสมอ และแน่นอนว่าเป็นจำนวนเต็มของความจุ โดยทั่วไปแล้วค่าดังกล่าวมีน้อยมาก (องค์ประกอบที่แสดงความจุที่แตกต่างกันมากกว่าสามค่านั้นหาได้ยาก) ... อย่างไรก็ตาม จากประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าเมื่อหน่วยของความจุข้างต้นทั้งหมดควรถูกรับรู้ว่าอิ่มตัว ความสามารถของโมเลกุลที่เกิดขึ้นในสิ่งนี้ กรณีที่จะแนบต่อไปไม่ถึงขีด จำกัด เลย ดังนั้นเกลือของโลหะจึงเติมน้ำแอมโมเนียเอมีน .. สร้างไฮเดรตต่าง ๆ แอมโมเนีย ... เป็นต้น สารประกอบเชิงซ้อน ซึ่ง ... ตอนนี้เราจัดว่าซับซ้อน การมีอยู่ของสารประกอบดังกล่าว ซึ่งไม่เข้ากับกรอบแนวคิดที่ง่ายที่สุดของความจุ ตามธรรมชาติแล้วจำเป็นต้องมีการขยายตัวและการแนะนำสมมติฐานเพิ่มเติม หนึ่งในสมมติฐานเหล่านี้ซึ่งเสนอโดย A. Werner คือว่าพร้อมกับหน่วยความจุหลักหรือพื้นฐานแล้วยังมีหน่วยรองอื่น ๆ หลังมักจะระบุด้วยเส้นประ
อันที่จริง วาเลนซีเท่าใดที่ควรนำมาประกอบกับอะตอมโคบอลต์ในคลอไรด์ของมัน ซึ่งเติมแอมโมเนียหกโมเลกุลเพื่อสร้างสารประกอบ CoCl 3 6NH 3 (หรือซึ่งเหมือนกันคือ Co (NH 3) 6 Cl 3) ? ในนั้นอะตอมโคบอลต์เชื่อมต่อพร้อมกันกับคลอรีนและไนโตรเจนเก้าอะตอม! D.I. Mendeleev เขียนในโอกาสนี้เกี่ยวกับ "กองกำลังของความสัมพันธ์ที่เหลือ" ที่ได้รับการศึกษาเพียงเล็กน้อย และนักเคมีชาวสวิส A. Werner ผู้สร้างทฤษฎีของสารประกอบเชิงซ้อน ได้แนะนำแนวคิดของความจุหลัก (หลัก) และความจุรอง (รอง) (ในเคมีสมัยใหม่ แนวคิดเหล่านี้สอดคล้องกับสถานะออกซิเดชันและจำนวนการประสานงาน) ความจุทั้งสองสามารถแปรผันได้ และในบางกรณีก็เป็นเรื่องยากมากหรือเป็นไปไม่ได้ที่จะแยกแยะระหว่างทั้งสอง
นอกจากนี้ Chugaev ยังได้กล่าวถึงทฤษฎีทางไฟฟ้าของ R. Abegg ซึ่งสามารถเป็นค่าบวก (ในสารประกอบออกซิเจนที่สูงกว่า) หรือค่าลบ (ในสารประกอบที่มีไฮโดรเจน) ในกรณีนี้ ผลรวมของความจุของธาตุที่สูงขึ้นในออกซิเจนและไฮโดรเจนสำหรับกลุ่มตั้งแต่ IV ถึง VII คือ 8 การนำเสนอในตำราเคมีหลายเล่มยังคงอิงตามทฤษฎีนี้ โดยสรุป Chugaev กล่าวถึงสารประกอบทางเคมีซึ่งแนวคิดของความจุนั้นใช้ไม่ได้จริง - สารประกอบระหว่างโลหะซึ่งเป็นองค์ประกอบที่ "มักแสดงออกมาในสูตรที่แปลกประหลาดมากซึ่งคล้ายกับค่าความจุปกติน้อยมาก ตัวอย่างเช่น เป็นสารประกอบต่อไปนี้: NaCd 5 , NaZn 12 , FeZn 7 และอื่นๆ
IA Kablukov นักเคมีชาวรัสเซียผู้มีชื่อเสียงอีกคนชี้ให้เห็นถึงความยากลำบากบางประการในการกำหนดความจุในหนังสือเรียนของเขา หลักการพื้นฐานของเคมีอนินทรีย์ตีพิมพ์ในปี 2472 สำหรับหมายเลขประสานงาน ให้เราอ้างอิง (ในการแปลภาษารัสเซีย) หนังสือเรียนที่ตีพิมพ์ในกรุงเบอร์ลินในปี 2476 โดยหนึ่งในผู้ก่อตั้งทฤษฎีการแก้ปัญหาสมัยใหม่ Nils Bjerrum นักเคมีชาวเดนมาร์ก:
“เลขความจุปกติไม่ได้ให้แนวคิดเกี่ยวกับคุณสมบัติเฉพาะที่แสดงโดยอะตอมจำนวนมากในสารประกอบเชิงซ้อนจำนวนมาก เพื่ออธิบายความสามารถของอะตอมหรือไอออนในการสร้างสารประกอบเชิงซ้อน ได้มีการแนะนำชุดตัวเลขพิเศษสำหรับอะตอมและไอออน ซึ่งแตกต่างจากตัวเลขความจุปกติ ในไอออนเงินที่ซับซ้อน ... เชื่อมต่อโดยตรงกับอะตอมโลหะส่วนกลางส่วนใหญ่ สองอะตอมหนึ่งหรือสองกลุ่มของอะตอม ตัวอย่างเช่น Ag (NH 3) 2 +, Ag (CN) 2 -, Ag (S 2 O 3) 2 - ... เพื่ออธิบายการเชื่อมต่อนี้ แนวคิดถูกนำมาใช้ หมายเลขประสานงานและกำหนดหมายเลขประสานงาน 2 ให้กับ Ag + ไอออน ดังที่เห็นได้จากตัวอย่างที่ให้มา กลุ่มที่เกี่ยวข้องกับ อะตอมกลางสามารถเป็นโมเลกุลที่เป็นกลาง (NH 3) และไอออน (CN -, S 2 O 3 -) ไอออนทองแดง divalent Cu ++ และทองคำไตรวาเลนต์ ion Au +++ ในกรณีส่วนใหญ่มีหมายเลขประสานงานที่ 4 แน่นอนว่าหมายเลขประสานงานของอะตอมยังไม่ได้ระบุชนิดของพันธะที่มีอยู่ระหว่างอะตอมกลางกับ อะตอมหรือกลุ่มอะตอมอื่นที่เกี่ยวข้อง แต่มันกลับกลายเป็นเครื่องมือที่ยอดเยี่ยมสำหรับการจัดระบบของสารประกอบเชิงซ้อน
A. Smith ให้ตัวอย่างเชิงอธิบายของ “คุณสมบัติพิเศษ” ของสารประกอบเชิงซ้อนในหนังสือเรียนของเขา:
“พิจารณาสารประกอบ “โมเลกุล” ของแพลตตินั่มต่อไปนี้: PtCl 4 2NH 3 , PtCl 4 4NH 3 , PtCl 4 6NH 3 และ PtCl 4 2KCl การศึกษาสารประกอบเหล่านี้อย่างใกล้ชิดเผยให้เห็นลักษณะเด่นหลายประการ สารประกอบแรกในสารละลายแทบไม่สลายตัวเป็นไอออน ค่าการนำไฟฟ้าของสารละลายต่ำมาก ซิลเวอร์ไนเตรตไม่ตกตะกอน AgCl ด้วย เวอร์เนอร์สันนิษฐานว่าอะตอมของคลอรีนถูกผูกมัดกับอะตอมของแพลตตินั่มด้วยวาเลนซ์ธรรมดา เวอร์เนอร์เรียกพวกมันว่าตัวหลักและโมเลกุลแอมโมเนียเชื่อมต่อกับอะตอมของแพลตตินัมด้วยความจุด้านข้างเพิ่มเติม สารประกอบนี้ตามเวอร์เนอร์มีโครงสร้างดังต่อไปนี้:
วงเล็บขนาดใหญ่บ่งบอกถึงความสมบูรณ์ของกลุ่มอะตอม ซึ่งเป็นสารเชิงซ้อนที่ไม่สลายตัวเมื่อละลายสารประกอบ
สารประกอบที่สองมีคุณสมบัติแตกต่างจากตัวแรก นี่คืออิเล็กโทรไลต์การนำไฟฟ้าของสารละลายนั้นอยู่ในลำดับเดียวกับค่าการนำไฟฟ้าของสารละลายเกลือที่สลายตัวเป็นสามไอออน (K 2 SO 4, BaCl 2, MgCl 2); ซิลเวอร์ไนเตรตตกตะกอนสองในสี่อะตอม ตามที่เวอร์เนอร์กล่าว สารประกอบนี้มีโครงสร้างดังนี้: 2– + 2Cl –. ที่นี่เรามีไอออนเชิงซ้อน อะตอมของคลอรีนในนั้นไม่ได้ตกตะกอนโดยซิลเวอร์ไนเตรต และคอมเพล็กซ์นี้ก่อตัวรอบนิวเคลียส - อะตอม Pt - ทรงกลมด้านในของอะตอม ในสารประกอบนี้ อะตอมของคลอรีนจะแยกออกเป็นไอออนจากทรงกลมชั้นนอกของอะตอม ซึ่งเป็นสาเหตุที่เราเขียนมันไว้นอกวงเล็บขนาดใหญ่ หากเราคิดว่า Pt มีเวเลนซ์หลักสี่ตัว คอมเพล็กซ์นี้จะใช้เพียงสองตัวเท่านั้น ในขณะที่อีกสองตัวมีอะตอมของคลอรีนภายนอกสองตัว ในสารประกอบแรก วาเลนซีทั้งสี่ของแพลตตินั่มถูกใช้ในเชิงซ้อน อันเป็นผลมาจากการที่สารประกอบนี้ไม่ใช่อิเล็กโทรไลต์
ในสารประกอบที่สาม อะตอมของคลอรีนทั้งสี่ตัวจะถูกตกตะกอนโดยซิลเวอร์ไนเตรต ค่าการนำไฟฟ้าสูงของเกลือนี้แสดงให้เห็นว่ามันให้ไอออนห้าตัว เห็นได้ชัดว่าโครงสร้างของมันมีดังต่อไปนี้: 4– + 4Cl – ... ในไอออนเชิงซ้อน โมเลกุลแอมโมเนียทั้งหมดเกี่ยวข้องกับ Pt โดยความจุด้านข้าง สอดคล้องกับความจุหลักสี่ของแพลตตินัม มีอะตอมของคลอรีนสี่อะตอมในทรงกลมชั้นนอก
ในสารประกอบที่สี่ ซิลเวอร์ไนเตรตไม่ตกตะกอนคลอรีนเลย ค่าการนำไฟฟ้าของสารละลายบ่งชี้การสลายตัวเป็นสามไอออน และปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนเผยให้เห็นโพแทสเซียมไอออน เรากำหนดโครงสร้างต่อไปนี้สำหรับสารประกอบนี้: 2– + 2K + . ในไอออนเชิงซ้อน จะใช้ความจุหลักสี่ตัวของ Pt แต่เนื่องจากไม่ใช้ความจุหลักของคลอรีนสองอะตอม ไอออนบวกที่เป็นบวกสองตัว (2K +, 2NH 4 + เป็นต้น) จึงสามารถคงไว้ได้ในทรงกลมชั้นนอก .
ตัวอย่างที่ระบุของความแตกต่างที่โดดเด่นในคุณสมบัติของสารเชิงซ้อนแพลตตินัมที่คล้ายคลึงกันภายนอกให้แนวคิดเกี่ยวกับปัญหาที่นักเคมีพบเมื่อพยายามกำหนดความจุอย่างไม่น่าสงสัย
หลังจากสร้างแนวคิดทางอิเล็กทรอนิกส์เกี่ยวกับโครงสร้างของอะตอมและโมเลกุล แนวคิดเรื่อง "ไฟฟ้า" ก็เริ่มถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย เนื่องจากอะตอมสามารถบริจาคและรับอิเล็กตรอนได้ ค่าอิเล็กโตรวาเลนซ์อาจเป็นได้ทั้งทางบวกและทางลบ แนวความคิดทางอิเล็กทรอนิกส์ใหม่เกี่ยวกับวาเลนซ์เห็นด้วยกับแนวคิดแบบเก่ามากน้อยเพียงใด N. Bjerrum ในหนังสือเรียนที่อ้างถึงแล้วเขียนเกี่ยวกับสิ่งนี้: “มีการพึ่งพากันระหว่างตัวเลขความจุปกติกับตัวเลขใหม่ที่แนะนำ - ค่าไฟฟ้าและจำนวนการประสานงาน แต่ไม่เหมือนกัน แนวคิดเก่าของความจุได้แบ่งออกเป็นสองแนวคิดใหม่ ในโอกาสนี้ Bjerrum ได้กล่าวถึงสิ่งสำคัญ: “จำนวนคาร์บอนประสานงานในกรณีส่วนใหญ่คือ 4 และค่าอิเล็กโตรวาเลนซ์ของมันคือ +4 หรือ -4 เนื่องจากตัวเลขทั้งสองมักจะตรงกันสำหรับอะตอมของคาร์บอน สารประกอบคาร์บอนจึงไม่เหมาะสำหรับการศึกษาความแตกต่างระหว่างแนวคิดทั้งสองนี้
ภายในกรอบของทฤษฎีอิเล็กทรอนิกส์ของพันธะเคมีที่พัฒนาขึ้นในผลงานของนักเคมีกายภาพชาวอเมริกัน G. Lewis และนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน W. Kossel แนวคิดเช่นพันธะผู้บริจาค - ผู้รับ (การประสานงาน) และความตกลงร่วมกันปรากฏขึ้น ตามทฤษฎีนี้ ความจุของอะตอมถูกกำหนดโดยจำนวนของอิเล็กตรอนที่มีส่วนร่วมในการก่อตัวของอิเล็กตรอนคู่ร่วมกับอะตอมอื่น ในกรณีนี้ ความจุสูงสุดของธาตุจะเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนในเปลือกอิเล็กตรอนชั้นนอกของอะตอม (ตรงกับจำนวนกลุ่มของตารางธาตุที่ธาตุที่กำหนดอยู่) ตามแนวคิดอื่น ๆ ที่อิงตามกฎเคมีควอนตัม (ได้รับการพัฒนาโดยนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน W. Heitler และ F. London) ไม่ควรนับอิเล็กตรอนภายนอกทั้งหมด แต่จะนับเฉพาะอิเล็กตรอนที่ไม่ได้รับการจับคู่ (ในพื้นดินหรือสถานะตื่นเต้นของอะตอม); คำจำกัดความนี้มีอยู่ในสารานุกรมเคมีจำนวนหนึ่ง
อย่างไรก็ตาม เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าไม่เข้ากับโครงร่างง่ายๆ นี้ ดังนั้นในสารประกอบจำนวนหนึ่ง (เช่นในโอโซน) อิเล็กตรอนคู่หนึ่งไม่สามารถเก็บนิวเคลียสได้สองอัน แต่มีสามนิวเคลียส ในโมเลกุลอื่น พันธะเคมีอาจถูกกระทำโดยอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียว เป็นไปไม่ได้ที่จะอธิบายการเชื่อมต่อดังกล่าวโดยไม่ใช้เครื่องมือของเคมีควอนตัม ตัวอย่างเช่น การหาความจุของอะตอมในสารประกอบเช่น เพนทาโบเรน บี 5 เอช 9 และโบรานอื่นๆ ที่มีพันธะ "สะพาน" ซึ่งอะตอมของไฮโดรเจนถูกพันธะกับอะตอมของโบรอนสองอะตอมในคราวเดียว เฟอโรซีนเฟ (C 5 H 5) 2 (อะตอมของเหล็กที่มีสถานะออกซิเดชัน +2 เชื่อมต่อกับอะตอมของคาร์บอน 10 ตัวทันที) เหล็ก pentacarbonyl Fe(CO) 5 (อะตอมของเหล็กในสถานะออกซิเดชันเป็นศูนย์ถูกผูกมัดกับอะตอมของคาร์บอนห้าตัว); โซเดียมเพนตาคาร์บอนิลโครเมต Na 2 Cr (CO) 5 (สถานะออกซิเดชันของโครเมียม-2)? กรณีที่ "ไม่คลาสสิก" ดังกล่าวไม่มีข้อยกเว้น "วาเลนซ์เบรกเกอร์" ที่คล้ายคลึงกัน สารประกอบที่มี "วาเลนซ์แปลกใหม่" ต่างๆ เมื่อเคมีพัฒนาขึ้น ก็เพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ
เพื่อขจัดปัญหาบางอย่าง ให้คำจำกัดความตามที่เมื่อพิจารณาวาเลนซีของอะตอม จำเป็นต้องคำนึงถึงจำนวนอิเล็กตรอนทั้งหมดที่ไม่ได้จับคู่ คู่อิเล็กตรอนเดี่ยว และออร์บิทัลว่างที่เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของพันธะเคมี ออร์บิทัลที่ว่างเกี่ยวข้องโดยตรงในการก่อตัวของพันธะผู้บริจาค-ผู้รับในสารประกอบเชิงซ้อนต่างๆ
ข้อสรุปประการหนึ่งคือ การพัฒนาทฤษฎีและการได้มาซึ่งข้อมูลการทดลองใหม่ นำไปสู่ความจริงที่ว่าความพยายามที่จะบรรลุความเข้าใจที่ชัดเจนเกี่ยวกับธรรมชาติของความจุได้แบ่งแนวคิดนี้เป็นแนวคิดใหม่จำนวนหนึ่ง เช่น ความจุหลักและรอง , ความจุไอออนิกและโควาเลนซ์, หมายเลขโคออร์ดิเนตและดีกรีออกซิเดชัน เป็นต้น นั่นคือ แนวคิดของ "วาเลนซี" "แบ่ง" เป็นแนวคิดอิสระจำนวนหนึ่ง ซึ่งแต่ละแนวคิดทำงานในบางพื้นที่ เห็นได้ชัดว่าแนวคิดดั้งเดิมของความจุมีความหมายที่ชัดเจนและชัดเจนเฉพาะสำหรับสารประกอบที่พันธะเคมีทั้งหมดเป็นสองศูนย์ (กล่าวคือเชื่อมต่อกันเพียงสองอะตอม) และพันธะแต่ละพันธะจะดำเนินการโดยอิเล็กตรอนคู่หนึ่งซึ่งอยู่ระหว่างสองอะตอมที่อยู่ใกล้เคียง กล่าวอีกนัยหนึ่งสำหรับสารประกอบโควาเลนต์เช่น HCl, CO 2 , C 5 H 12 เป็นต้น
ข้อสรุปที่สองไม่ใช่เรื่องปกติ: คำว่า "วาเลนซ์" แม้ว่าจะใช้ในวิชาเคมีสมัยใหม่ แต่มีการใช้งานที่จำกัดมาก ความพยายามที่จะให้คำจำกัดความที่ชัดเจน "สำหรับทุกโอกาส" นั้นไม่ได้ผลและแทบไม่มีความจำเป็นเลย ไม่ใช่เรื่องไร้สาระที่ผู้เขียนหนังสือเรียนจำนวนมากโดยเฉพาะที่ตีพิมพ์ในต่างประเทศทำโดยไม่มีแนวคิดนี้เลยหรือ จำกัด ตัวเองให้ชี้ให้เห็นว่าแนวคิดของ "วาเลนซี" มีความสำคัญทางประวัติศาสตร์เป็นส่วนใหญ่ในขณะที่ตอนนี้นักเคมีส่วนใหญ่ใช้ทั่วไปมากกว่า แม้ว่าจะค่อนข้างประดิษฐ์ แนวคิดของ "ดีกรีออกซิเดชัน"
อิลยา ลีนสัน
