Uzanto:Donald Rogers/Valento

    El Vikipedio, la libera enciklopedio

    En kemio, la valence aŭ valency de elemento estas mezuro de ĝia kombinanta potenco kun aliaj atomoj kiam ĝi formas kemiajn konstruaĵarojn aŭ molekulojn. La koncepto de valence estis evoluigita en la dua duono de la 19a jarcento kaj estis sukcesa en klariganta la molekulan strukturon de neorganikaj kaj organikaj konstruaĵaroj.[1] La serĉo por la fundamentaj aferoj de valence gvidita al la modernaj teorioj de kemia bonding, inkluzivanta la cubical atomo (1902), Lewis strukturas (1916), valence obligacia teorio (1927), molekula orbitals (1928), valence obusa elektrono parigas repulsion teorio (1958) kaj ĉiuj de la altnivelaj metodoj de kvantuma kemio.

    Priskribo[redakti | redakti fonton]

    la kombinanta potenco aŭ simpatio de atomo de elemento estis determinita de la nombro de hidrogenaj atomoj kiu ĝi kombinis kun. En metano, karbono havas valence de 4; en amoniako, nitrogeno havas valence de 3; en akvo, oksigeno havas valence de 2; kaj en hidrogena klorido, kloro havas valence de 1. Kloro, kiel ĝi havas valence de unu, povas esti anstataŭigita por hidrogeno, do forsforo havas valence de 5 en forsforo pentachloride, PCl5. Valence skemoj de konstruaĵaro reprezentas la konekteblecon de la elementoj, kun linioj tirita inter du elementoj, foje vokita obligaciojn, reprezentanta saturita valency por ĉiu elemento.[1] Ekzemploj estas:

    Kompunda H2 CH4 C3H8 C2H2 NH3 NaCN H2S H2SO4 Cl2O7
    Skemo Wasserstoff.svg Methane-2D-flat-small.png Propane Lewis.svg Ethyne-2D-flat.png Ammoniak.png Sodium cyanide-2D.svg Hydrogen sulfide.svg Sulfuric acid chemical structure.png Dichlorine heptoxide.svg
    Valencies Hidrogeno, 1 Karbono, 4Hidrogeno, 1


    Karbono, 4Hidrogeno, 1


    Karbono, 4Hidrogeno, 1


    Nitrogeno, 3Hidrogeno, 1


    Natrio, 1Karbono, 4 Nitrogeno, 3




    Sulfuro, 2Hidrogeno, 1


    Sulfuro, 6Oksigeno, 2Hidrogeno, 1




    Kloro, 7Oksigeno, 2


    Valence nur priskribas konekteblecon; ĝi ne priskribas la geometrion de molekulaj konstruaĵaroj aŭ kio estas nun sciita esti ionic konstruaĵaroj aŭ giganta covalent strukturoj. Linio inter atomoj ne reprezentas paron de elektronoj kiel ĝi faras en Lewis skemoj.

    Modernaj difinoj[redakti | redakti fonton]

    Valence estas difinita de la IUPAC kiel:[2]

    La maksimuma nombro de univalent atomoj (originale hidrogeno aŭ kloraj atomoj) kiu povas kombini kun atomo de la elemento sub konsidero aŭ kun fragmento aŭ por kiu atomo de ĉi tiu elemento povas esti anstataŭigita.

    Alternativa moderna priskribo estas:[3]

    La nombro de hidrogenaj atomoj kiu povas kombini kun elemento en binara hydride aŭ dufoje la nombro de oksigenaj atomoj kombinanta kun elemento en ĝia oksido aŭ oksidoj.

    Ĉi tiu difino malsamas de la IUPACa difino kiel elemento povas esti dirita havi pli da ol unu valence.

    Historia evoluado[redakti | redakti fonton]

    La etimologio de la vorto "valence" superas al 1425, signifanta "eltiraĵon, preparo", de latina valentia "forto, kapacito", de la frua kuraĝa "valoro, valoro" kaj la kemia signifo plu-gvidanta al la "kombinanta potenco de elemento" estas registrita de 1884, de German Valenz.[4]

    William Higgins' kombinaĵoj de finfinaj partetoj (1789)

    En 1789, William Higgins eldonita vidojn sur kio li vokis kombinaĵojn de "finfinaj" partetoj, kiu antaŭsignis la koncepton de valency obligacioj.[5] Se, ekzemple, laŭ Higgins, la forto inter la finfina parteto de oksigeno kaj la finfina parteto de nitrogeno estis 6, tiam la forto de la forto estus disigita sekve kaj same por la aliaj kombinaĵoj de finfinaj partetoj (vidas ilustraĵon).

    La ĝusta iniciato, tamen, de la teorio de kemia valencies povas esti spurita al 1852 papero de Edward Frankland, en kiu li kombinis la pli malnovajn teoriojn de liberaj radikaluloj kaj “tipa teorio” kun pensoj sur kemia simpatio montri tiujn certajn elementojn havas la emon kombini kun aliaj elementoj formi konstruaĵarojn enhavanta 3, t.e., en la 3-atomaj grupoj (ekz., NO3, NH3, NI3, ktp.) aŭ 5, t.e., en la 5-atomaj grupoj (ekz., NO5, NH4O, PO5, ktp.), ekvivalentoj de la alligita elementojn. Ĝi estas en ĉi tiu maniero, laŭ Frankland, kiu iliaj simpatioj estas plej bone kontentigita. Sekvanta ĉi tiujn ekzemplojn kaj postulatojn, Frankland deklaras kiom evidentan ĝi estas tio[6]

    Tio ĉi “kombinanta potencon” estis poste vokita quantivalence aŭ valency (kaj valence de amerikaj apotekistoj).[5] En 1857 aŭgusto Kekulé proponis riparita valences por multaj elementoj, kiel 4 por karbono kaj uzis ilin proponi strukturajn formulojn por multaj organikaj molekuloj, kiu estas ankoraŭ akceptita hodiaŭ.

    Plejparto de 19a-jarcentaj apotekistoj difinis la valence de elemento kiel la nombro de ĝiaj obligacioj sen distinganta malsamajn tipojn de valence aŭ de obligacio. Tamen, en 1893 Alfred Werner priskribis transiran metalon kunordigaj kompleksoj kiel [Co(NH3)6]Cl3, en kiu li distingis primaran kaj duarangan valences, respondanta al la modernaj konceptoj de oxidation stato kaj kunordiga nombro respektive.

    Por ĉefa-grupaj elementoj, en 1904 Richard Abegg konsideris pozitivan kaj negativan valences (maksimuma kaj minimuma oxidation statoj) kaj proponita la regulon de Abegg al la efiko ke ilia diferenco estas ofte 8.

    Elektronoj kaj valence[redakti | redakti fonton]

    La Rutherford modelo de la atoma atomo (1911) montrita ke la ekstero de atomo estas okupita de elektronoj, kiu sugestas ke elektronoj estas prirespondaj por la interrilatado de atomoj kaj la formado de kemiaj obligacioj. En 1916, Gilbert N. Lewis klarigis valence kaj kemia bonding en terminoj de emo de (ĉefa-grupaj) atomoj atingi stabilan octet de 8 valence-obusaj elektronoj. Laŭ Lewis, covalent bonding kondukoj al octets de dividanta de elektronoj kaj ionic bonding kondukoj al octets de translokigo de elektronoj de unu atomo al la alia. La termino covalence estas atribuita al Irving Langmuir, kiu deklaris en 1919 ke "la nombro de paroj de elektronoj kiu ajna donita atomajn interŝanĝadojn kun la apudaj atomoj estas vokita la covalence de tiu atomo".[7] La prefikso co- rimedo "kune", por ke co-valent obligacio signifas ke la atoma interŝanĝado valence. Posta al tio ĉi, ĝi estas nun pli ofta paroli de covalent obligacioj prefere ol "valence", kiu falis ekstere de uzo en pli alta-nivela laboro kun la antaŭenigoj en la teorio de kemia bonding, sed estas ankoraŭ ĝenerale uzita en elementaj studoj, kie ĝi provizas heuristic enkonduko al la temo.

    En la 1930aj jaroj, Linus Pauling proponita ke estas ankaŭ polusa covalent obligacioj, kiu estas meza inter covalent kaj ionic kaj ke la grado de ionic karaktero dependas sur la diferenco de electronegativity de la du bonded atomoj.

    Pauling ankaŭ konsideris hypervalent molekuloj, en kiu ĉefa-grupaj elementoj havas evidentan valences pli granda ol la maksimuma de 4 permesita de la octet regulo. Ekzemple, en la sulfuro hexafluoride molekulo (SF6), Pauling konsideris ke la sulfuraj formoj 6 vera du-elektronaj obligacioj uzanta laŭdiran sp3d2 hibrida atoma orbitals, kiu kombinas unu s, tri p kaj du d orbitals. Tamen pli ĵus, kvantumo-mekanikaj kalkuloj sur tio ĉi kaj similaj molekuloj montris ke la rolo de d orbitals en la bonding estas minimuma kaj ke la SF6 molekulo devus esti priskribita kiel havanta 6 polusa covalent (parte ionic) obligacioj farita de nura kvar orbitals sur sulfuro (unu s kaj tri p) en konsento kun la octet regulo, kune kun ses orbitals sur la fluorines.[8] Similaj kalkuloj sur transiro-metalaj molekuloj montras ke la rolo de p orbitals estas negrava, por ke unu s kaj kvin d orbitals sur la metalo estas sufiĉa priskribi la bonding.[9]

    Ofta valences[redakti | redakti fonton]

    Por elementoj en la ĉefaj grupoj de la perioda tablo, la valence povas varii inter 1 kaj 7.

    Grupo Valence 1 Valence 2 Valence 3 Valence 4 Valence 5 Valence 6 Valence 7 Tipa valencies
    1 (I) NaCl 1
    2 (II) MgCl2 2
    13 (III) BCl3, AlCl3 Al2O3


    3
    14 (IV) CO CH4 4
    15 (V) NO NH3 PH3 As2O3




    NO2 N2O5 PCl5


    3 kaj 5
    16 (VI) H2O H2S


    SO2 SO3 2 kaj 6
    17 (VII) HCl ClO2 Cl2O7 1 kaj 7

    Multaj elementoj havas oftan valence rilatita al ilia pozicio en la perioda tablo kaj nuntempe tio ĉi estas rationalised de la octet regulo. La latinaj/grekaj prefiksoj uni-/mono-, bi-/di-, ter-/tri-, quadri-/tetra-, quinque-/penta- estas uzita priskribi jonojn en la akuzaj statoj 1, 2, 3, 4, 5 respektive. Polyvalencemultivalence plu-gvidas al specio kiu ne estas restriktita al specifa nombro de valence obligacioj. Specio kun ununura akuzo estas univalent (monovalent). Ekzemple, la Cs+ cation estas univalent aŭ monovalent cation, dum la Ca2+ cation estas divalent cation kaj la Fe3+ cation estas trivalent cation. Diferenca Cs kaj Ca, Fe ankaŭ povas ekzisti en aliaj akuzaj statoj, precipe 2+ kaj 4+ kaj estas tiel sciita kiel multivalent (plurvalenta) jono.[Citaĵo devis]

    Valence kontraŭ oxidation stato[redakti | redakti fonton]

    Pro la ambigueco de la termino valence, nuntempe aliaj signaroj estas uzita en praktiko.[10] Apud la sistemo de oxidation nombroj kiel uzita en Provizo nomenclature por kunordigaj konstruaĵaroj kaj la lambda signaro, kiel uzita en la IUPAC nomenclature de neorganika kemio, "oxidation stato" estas pli klara indiko de la elektronika stato de atomoj en molekulo.[11][12]

    La "oxidation stato" de atomo en molekulo donas la nombron de valence elektronoj ĝi akiris aŭ perdita.[13] En kontrasto al la valency nombro, la oxidation stato povas esti pozitiva (por electropositive atomo) aŭ negativa (por electronegative atomo).

    Elementoj en alta oxidation stato povas havi valence pli alta ol kvar. Ekzemple, en perchlorates, kloro havas sep valence obligacioj kaj ruthenium, en la +8 oxidation stato en ruthenium tetroxide, havas ok valence obligacioj.

    Ekzemploj[redakti | redakti fonton]

    (Valencies laŭ la nombro de valence obligacia difino kaj konformiĝi oxidation statoj)

    KOMPUNDA FORMULO VALENCE OXIDATION STATO
    Hidrogena klorido HCl H = 1   Cl = 1 H = +1   Cl = −1
    Perchloric acido * HClO4 H = 1   Cl = 7   O = 2 H = +1   Cl = +7   O = −2
    Natrio hydride NaH Na = 1   H = 1 Na = +1   H = −1
    Ferrous oksido ** FeO Fe = 2   O = 2 Fe = +2   O = −2
    Ferric oksido ** Fe2O3 Fe = 3   O = 2 Fe = + 3   O = −2

    * La univalent perchlorate jono (ClO4−) havas valence 1.

    ** Fera oksido aperas en kristala strukturo, do ne tipa molekulo povas esti identigita.

      En ferrous oksido, Fe havas oxidation nombra II, en ferric oksido, oxidation nombra III.

    Ekzemploj kie valences kaj oxidation statoj malsamas pro obligacioj inter identaj atomoj:

    KOMPUNDA FORMULO VALENCE OXIDATION STATO
    Kloro Cl2 Cl = 1 Cl = 0
    Hidrogena peroksido H2O2 H = 1   O = 2 H = +1   O = −1
    Acetylene C2H2 C = 4   H = 1 C = −1   H = +1
    Merkuro(I) klorido Hg2Cl2 Hg = 2   Cl = 1 Hg = +1   Cl = −1

    Valences ankaŭ povas esti malsama de absolutaj valoroj de oxidation statoj pro malsama polarity de obligacioj. Ekzemple, en dichloromethane, CH2Cl2, karbono havas valence 4 sed oxidation stato 0.

    "Maksimuma nombro de obligacia" difino[redakti | redakti fonton]

    Frankland prenis la vidon ke la valence (li uzis la terminon "atomicity") de elemento estis ununura valoro kiu respondis al la maksimuma valoro observis. La nombro de neuzita valencies sur atomoj de kio estas nun vokita la p-blokaj elementoj estas ĝenerale eĉ kaj Frankland sugestis ke la neuzita valencies saturis unu alian. Ekzemple, nitrogeno havas maksimuman valence de 5, en formanta amoniakon du valencies estas lasita unattached; sulfuro havas maksimuman valence de 6, en formanta hidrogenan sulfidon kvar valencies estas lasita unattached.[14][15]

    La Internacia Unio de Pura kaj Aplikata Kemio (IUPAC) faris plurajn provojn alveni ĉe sendubasenca difino de valence. La nuna versio, adoptita en 1994:[16]

    La maksimuma nombro de univalent atomoj (originale hidrogeno aŭ kloraj atomoj) kiu povas kombini kun atomo de la elemento sub konsidero aŭ kun fragmento aŭ por kiu atomo de ĉi tiu elemento povas esti anstataŭigita.[2]

    hidrogeno kaj kloro estis originale uzita kiel ekzemploj de univalent atomoj, pro ilia naturo formi nur unu ununuran obligacion. Hidrogeno havas nur unu valence elektrono kaj povas formi nur unu obligacion kun atomo kiu havas nekompletan eksteran obuson. Kloro havas sep valence elektronoj kaj povas formi nur unu obligacion kun atomo kiu donacas valence elektrono kompletigi eksteran obuson de kloro. Tamen, kloro ankaŭ povas havas oxidation statoj de +1 al +7 kaj povas formi pli da ol unu obligacio de donacanta valence elektronoj.

    Kvankam hidrogeno havas nur unu valence elektrono, ĝi povas formi obligaciojn kun pli da ol unu atomo. En la bifluoride jono ([HF2]−), ekzemple, ĝi formas tri-centro kvar-elektrona obligacio kun du fluoride atomoj:



    [ F–H F– ↔ F– H–F ]

    Alia ekzemplo estas la Tri-centro du-elektrona obligacio en diborane (B2H6).

    Maksimuma valences de la elementoj[redakti | redakti fonton]

    Maksimuma valences por la elementoj estas bazita sur la datumo de listo de oxidation statoj de la elementoj.

    Vidi ankaŭ[redakti | redakti fonton]

    References[redakti | redakti fonton]

    1. 1,0 1,1 Partington, James Riddick. (1921) A text-book of inorganic chemistry for university students, 1‑a eldono.
    2. 2,0 2,1 IUPAC Gold Book definition: valence
    3. Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997).
    4. Harper, Douglas. "valence".
    5. 5,0 5,1 Partington, J.R.. (1989) A Short History of Chemistry. Dover Publications, Inc. ISBN 0-486-65977-1.
    6. Frankland, E. (1852).
    7. (1919) “The Arrangement of Electrons in Atoms and Molecules”, Journal of the American Chemical Society 41 (6), p. 868–934. doi:10.1021/ja02227a002. 
    8. E. Magnusson.
    9. (May 2014) “Chapter 7: Chemical bonding in Transition Metal Compounds”, The Chemical Bond: Chemical Bonding Across the Periodic Table. Wiley -VCH. ISBN 978-3-527-33315-8.
    10. The Free Dictionary: valence
    11. IUPAC, Gold Book definition: oxidation number
    12. IUPAC, Gold Book definition: lambda
    13. IUPAC Gold Book definition: oxidation state
    14. Frankland, E.. (1870) Lecture notes for chemical students(Google eBook), 2‑a eldono, J. Van Voorst.
    15. Frankland, E.. (1885) Inorganic chemistry, 1‑a eldono, p. 75–85.
    16. (1994) “Glossary of terms used in physical organic chemistry (IUPAC Recommendations 1994)”, Pure and Applied Chemistry 66 (5). doi:10.1351/pac199466051077. 

    [[Kategorio:Kemiaj proprecoj]]