1. Главная
  2. Справочник
  3. Валентность

Валентность химических элементов

Валентность — способность атома химического элемента образовывать определённое число химических связей с другими атомами. Её обозначают римской цифрой: в воде H₂O водород одновалентен (I), кислород двухвалентен (II). Чтобы определить валентность по формуле бинарного соединения, пользуются правилом: произведение валентности на число атомов одинаково для обоих элементов.

Что такое валентность

Понятие валентности появилось в середине XIX века, когда химики заметили, что атомы соединяются в строгих соотношениях. За единицу приняли валентность водорода: он всегда образует одну связь. Атом, который присоединяет два атома водорода, двухвалентен, три — трёхвалентен.

Валентность хорошо видна в графических (структурных) формулах, где каждая связь — чёрточка:

  • H–Cl — в HCl хлор одновалентен (I);
  • H–O–H — в H₂O кислород двухвалентен (II);
  • в NH₃ от атома азота идут три чёрточки к трём атомам водорода — азот трёхвалентен (III);
  • в CH₄ четыре чёрточки от атома углерода — углерод четырёхвалентен (IV);
  • O=C=O — в CO₂ связи двойные, у углерода снова четыре чёрточки (IV), у каждого кислорода две (II).

Валентность обозначают римскими цифрами над символом элемента или в скобках после названия: железо(III), сера(VI). Её проходят в 8 классе как основу для составления формул.

Постоянная и переменная валентность

У одних элементов валентность во всех соединениях одинакова — она постоянная. Другие проявляют разную валентность в зависимости от партнёра и условий реакции — переменную.

ВалентностьПостоянная — у элементов
IH, F, Li, Na, K, Ag
IIO, Be, Mg, Ca, Ba, Zn
IIIB, Al
ЭлементПеременная валентностьПримеры
ЖелезоII, IIIFeO, Fe₂O₃
МедьI, IICu₂O, CuO
СераII, IV, VIH₂S, SO₂, SO₃
УглеродII, IVCO, CO₂
АзотI, II, III, IVN₂O, NO, NH₃, NO₂
ФосфорIII, VPH₃, P₂O₅
ХлорI, III, V, VIIHCl, Cl₂O₃, KClO₃, Cl₂O₇
ХромII, III, VICrO, Cr₂O₃, CrO₃
МарганецII, IV, VI, VIIMnCl₂, MnO₂, K₂MnO₄, KMnO₄
СвинецII, IVPbO, PbO₂

С азотом есть тонкость. В задачах 8 класса азоту в N₂O₅ и HNO₃ приписывают валентность V — так получается по формуле. На самом деле атом азота образует не больше четырёх связей; это уточняют в старших классах, когда проходят строение атома и степень окисления (у азота в N₂O₅ она +5).

Как определить валентность по формуле

Для бинарного соединения, то есть вещества из двух элементов, действует правило: произведение валентности элемента на число его атомов одинаково для обоих элементов. Если валентность одного элемента известна, вторую легко найти.

  1. Над элементом с известной валентностью (обычно кислород — II, водород — I) поставьте её римской цифрой.
  2. Умножьте валентность на индекс этого элемента — получится общее число единиц валентности.
  3. Разделите это число на индекс второго элемента — это и есть его валентность.
ФормулаРасчётОтвет
Fe₂O₃II · 3 = 6; 6 : 2 = 3железо(III)
SO₃II · 3 = 6; 6 : 1 = 6сера(VI)
Cu₂OII · 1 = 2; 2 : 2 = 1медь(I)
P₂O₅II · 5 = 10; 10 : 2 = 5фосфор(V)
Mn₂O₇II · 7 = 14; 14 : 2 = 7марганец(VII)
H₂SI · 2 = 2; 2 : 1 = 2сера(II)
FeCl₃I · 3 = 3; 3 : 1 = 3железо(III)

Если в соединении есть кислотный остаток, его валентность равна числу атомов водорода в кислоте: Cl — I (HCl), SO₄ — II (H₂SO₄), PO₄ — III (H₃PO₄). Тогда в Fe₂(SO₄)₃ железо трёхвалентно: II · 3 = 6, 6 : 2 = 3.

Как составить формулу по валентности

Обратная задача — по известным валентностям записать формулу. Её решают через наименьшее общее кратное (НОК).

  1. Запишите символы элементов (металл или менее электроотрицательный элемент — первым) и проставьте над ними валентности.
  2. Найдите НОК валентностей.
  3. Разделите НОК на валентность каждого элемента — получите индексы.
  4. Проверьте: произведения валентности на индекс у обоих элементов равны.
  • Алюминий(III) и кислород(II). НОК(3, 2) = 6; у алюминия 6 : 3 = 2, у кислорода 6 : 2 = 3 → Al₂O₃.
  • Фосфор(V) и кислород(II). НОК(5, 2) = 10; 10 : 5 = 2, 10 : 2 = 5 → P₂O₅.
  • Углерод(IV) и кислород(II). НОК(4, 2) = 4; 4 : 4 = 1, 4 : 2 = 2 → CO₂.
  • Кальций(II) и хлор(I). НОК(2, 1) = 2; 2 : 2 = 1, 2 : 1 = 2 → CaCl₂.
  • Азот(III) и водород(I). НОК(3, 1) = 3; у азота 1, у водорода 3 → NH₃ (в водородных соединениях азота и углерода водород по традиции пишут вторым).
  • Кальций(II) и фосфат PO₄(III). НОК(2, 3) = 6; 6 : 2 = 3, 6 : 3 = 2 → Ca₃(PO₄)₂. Группу атомов с индексом берут в скобки.

Совет: если валентности равны — например, кальций(II) и кислород(II), — индексы не нужны: CaO. Если одна валентность делится на другую, НОК равен большей: сера(VI) и кислород(II) дают НОК 6 и формулу SO₃, а не S₂O₆.

Типичная ошибка — переносить валентности в индексы «крест-накрест» и не сокращать: из углерода(IV) и кислорода(II) получается C₂O₄ вместо CO₂. Метод НОК сразу даёт правильный ответ. Готовую формулу удобно проверить в справочнике веществ — у каждого вещества своя страница с составом частицы.

Валентность и номер группы

Таблица Менделеева подсказывает валентность без зубрёжки. У элементов главных подгрупп высшая валентность обычно равна номеру группы (в коротком варианте таблицы). У неметаллов есть ещё валентность в соединениях с водородом: она равна 8 минус номер группы.

ГруппаIVVVIVII
Высшая валентностьIVVVIVII
Высший оксидCO₂, SiO₂P₂O₅SO₃Cl₂O₇
Валентность в водородном соединенииIVIIIIII
Водородное соединениеCH₄, SiH₄NH₃, PH₃H₂O, H₂SHF, HCl

Металлы главных подгрупп I–III групп имеют постоянную валентность, равную номеру группы: натрий — I, магний — II, алюминий — III. Исключения из правила номера группы — азот (высшая валентность IV), кислород (II) и фтор (I). У элементов побочных подгрупп валентность часто не совпадает с номером группы: железо в VIII группе проявляет II и III.

Таблица валентности элементов

В таблице — валентности элементов, которые встречаются в школьном курсе. Постоянную валентность лучше запомнить: с неё начинается любое определение валентности по формуле. Переменную каждый раз находят по формуле или по названию вещества — в названии оксид меди(II) она указана прямо.

ЭлементВалентностьВид
H — ВодородIПостоянная валентность I
F — ФторIПостоянная валентность I
Li — ЛитийIПостоянная валентность I
Na — НатрийIПостоянная валентность I
K — КалийIПостоянная валентность I
Ag — СереброIПостоянная валентность I
O — КислородIIПостоянная валентность II
Be — БериллийIIПостоянная валентность II
Mg — МагнийIIПостоянная валентность II
Ca — КальцийIIПостоянная валентность II
Ba — БарийIIПостоянная валентность II
Zn — ЦинкIIПостоянная валентность II
Al — АлюминийIIIПостоянная валентность III
B — БорIIIПостоянная валентность III
Fe — ЖелезоII, IIIПеременная валентность
Cu — МедьI, IIПеременная валентность
C — УглеродII, IVПеременная валентность
Si — КремнийIVПеременная валентность
S — СераII, IV, VIПеременная валентность
N — АзотI, II, III, IVПеременная валентность
P — ФосфорIII, VПеременная валентность
Cl — ХлорI, III, V, VIIПеременная валентность
Br — БромI, III, VПеременная валентность
I — ИодI, III, V, VIIПеременная валентность
Cr — ХромII, III, VIПеременная валентность
Mn — МарганецII, IV, VI, VIIПеременная валентность
Pb — СвинецII, IVПеременная валентность
Sn — ОловоII, IVПеременная валентность
Hg — РтутьI, IIПеременная валентность
Co — КобальтII, IIIПеременная валентность
Ni — НикельII, IIIПеременная валентность

Валентность и степень окисления

В 9–11 классе вместо валентности чаще используют степень окисления — условный заряд атома со знаком. В бинарных соединениях числа часто совпадают: в Fe₂O₃ железо трёхвалентно и имеет степень окисления +3. Но совпадают не всегда:

  • в простых веществах степень окисления 0, а валентность нет: в Cl₂ (Cl–Cl) хлор одновалентен, в O₂ (O=O) кислород двухвалентен;
  • в ионе аммония NH₄⁺ азот образует четыре связи (валентность IV), а его степень окисления −3;
  • в азотной кислоте HNO₃ атом азота образует четыре связи, а его степень окисления +5.

Валентность показывает, сколько связей образует атом, а степень окисления — куда и насколько смещены электроны этих связей. Природа связей описана на странице виды химической связи.

Проведите опыт онлайн

Эти опыты есть в виртуальной лаборатории: запустите прямо здесь или откройте на весь экран.

Ионы железа(III)

Роданид калия окрашивает раствор с ионами Fe³⁺ в кроваво-красный цвет.

Открыть в лаборатории

Оксид меди(II) из гидроксида

Голубой осадок Cu(OH)₂ при нагревании на спиртовке чернеет — образуется CuO.

Открыть в лаборатории

Читайте также

Частые вопросы

Как определить валентность элемента по формуле?

Возьмите элемент с известной валентностью (кислород — II, водород — I), умножьте её на его индекс и разделите на индекс второго элемента. В Fe₂O₃: II · 3 = 6, 6 : 2 = 3 — железо трёхвалентно.

Какие элементы имеют постоянную валентность?

Валентность I постоянна у H, F, Li, Na, K, Ag; II — у O, Be, Mg, Ca, Ba, Zn; III — у B и Al. У остальных элементов валентность обычно переменная.

Как составить формулу по валентности?

Найдите наименьшее общее кратное валентностей и разделите его на валентность каждого элемента — получатся индексы. Для алюминия(III) и кислорода(II): НОК = 6, индексы 2 и 3, формула Al₂O₃.

Как связана валентность с номером группы?

Высшая валентность элемента главной подгруппы обычно равна номеру группы, а валентность неметалла в соединении с водородом — 8 минус номер группы. Сера в VI группе: высшая валентность VI (SO₃), с водородом — II (H₂S).

Чем валентность отличается от степени окисления?

Валентность — число химических связей атома, без знака; степень окисления — условный заряд со знаком «+» или «−». В молекуле Cl₂ хлор одновалентен, а степень окисления у него 0.