13.4. Властивості твердих речовин залежно від типу зв'язку

У твердих речовинах відстані ніж частками (молекулами, атомами, іонами) малі, а сили взаємодії між ними – великі. Тверде тіло має певний об'єм і форму, більшу густину, ніж гази і рідини (виняток -вода), його частки не рухаються вільно, як у газах і рідинах, а розташовані у просторі певним чином. Частки твердої речовини коливаються навколо рівноважних положень. Розрізняють дві форми твердої речовини – кристалічну та аморфну. У кристалічній речовині частки мають упорядковане просторове розташування – утворюють кристалічні ґратки, в аморфній – розміщені безладно. Деякі речовини можна одержати у кристалічній та аморфній формах.

Кристалічні гратки –це розташування в просторі іонів, атомів або молекул у певному систематичному порядку.

Кристали кожної кристалічної речовини мають характерну форму. Наприклад, кристали хлориду натрію мають форму куба, нітрату кальцію – правильних октаедрів.

Число часток (атомів, молекул, іонів), які оточують частку в кристалічних гратках або молекулі, називається координаційним числом.

У кристалі хлориду натрію координаційне число іонів натрію та хлору дорівнює шести.

Залежно від природи часток, що утворюють кристалічні ґратки, розрізняють такі їхні типи: іонні, атомні, молекулярні та металічні.

Речовини з різними типами кристалічних ґраток мають різні властивості. Речовини молекулярної будови характеризуються сталим складом – це дальтоніди. Вони підлягають закону сталості складу речовин.

Речовини немолекулярної будови – атомної, іонної, металічної здебільшого мають змінний склад і належать до бертолідів.

Тема 14. Валентність та ступінь окислення

План:

1. Поняття про валентність.

2. Особливості ступеня окислення.

14.1. Поняття "валентність"

Поняття "валентність" було уведено в хімію у середині XIX ст. Його класичне визначення: валентність – це здатність атома певного елемента приєднувати певне число атомів інших елементів.

Електронна теорія будови атома пояснила фізичний зміст валентності та структурних формул.

Валентність елемента визначається числом спільних електронних пар, які зв'язують атом одного елемента з іншими атомами.

Так, валентність азоту в сполуці N₂ дорівнює трьом, а в NН₄Сl -чотирьом. Валентність хлору в Сl₂ – дорівнює одиниці. Валентність не буває від'ємною і не може дорівнювати нулю. Поняття "валентність" можна застосувати тільки для сполук з ковалентним зв'язком (складних і простих). Вона не завжди дорівнює номеру групи періодичної системи, в якій знаходиться елемент. Це стосується, в першу чергу, елементів другого періоду: адже на зовнішньому енергетичному рівні їхніх атомів не може знаходитися більше чотирьох пар електронів, тому, наприклад, максимальна валентність азоту (елемента V групи) дорівнює чотирьом. Поняття "валентність" не можна застосувати щодо сполук з іонним і металічним зв'язком.

14.2. Ступінь окислення

Для характеристики стану атома в сполуці використовують формальне поняття "ступінь окислення".

Ступінь окислення – це умовний заряд атома в речовині, який виник би на атомі за умови, що спільні електронні пари повністю змістилися до більш електронегативного атома (тобто атоми перетворилися на іони).

Ступінь окислення позначається арабською цифрою (із знаком + або – перед нею) над символом елемента.

1. Ступінь окислення одноатомного іона дорівнює його заряду. Наприклад, у хлориді натрію ступінь окислення натрію становить +1, хлору -1. У сполуці NаН ступінь окислення натрію дорівнює +1, а водню -1.

2. Ступінь окислення водню в усіх сполуках, за винятком гідридівметалів (NаН, СаН₂ та ін.), становить +1. У гідридах металів його ступіньокислення дорівнює -1.

3. Ступінь окислення фтору в усіх його сполуках становить -1.

4. Лужні метали (Li, Na, К, Rb, Сs, Fr) в усіх сполуках маютьступінь окислення +1, а елементи головної підгрупи другої групи (Ве, Мg, Са, Sr, Ва, Rа) +2.

5. Ступінь окислення кисню в більшості сполук дорівнює -2. У фториді кисню ОF₂ кисень має ступінь окислення +2. У пероксиді водню Н2О2 ступінь окислення кисню дорівнює -1, а валентність (Н-О-О-Н) дорівнює 2.

6. Ступінь окислення атомів у простих речовинах дорівнює нулю: Сl₂, Вr₂, Н₂, Р₄, S₈.

7. Якщо відомий ступінь окислення одних елементів, можна визначити ступінь окислення інших елементів у сполуці. Для цього слід пам'ятати, що алгебраїчна сума ступенів окислення всіх атомів у сполуці завжди дорівнює нулю.

8. Багато елементів мають змінний ступінь окислення. Наприклад, у сірки в сірководні Н₂S він дорівнює -2, у діоксиді S0₂ – +4, у триоксиді сірки SO₃ – +6.

9. Вищий позитивний ступінь окислення елемента в його сполуках дорівнює номеру групи періодичної системи, в якій знаходиться цей елемент. Наприклад, магній, що міститься у другій групі, має ступінь окислення +2, марганець (сьома група) – +7.

10. У сполуках неметалів з воднем їхні ступені окислення змінюються від – 4 (у елементів IV групи) до -1 (у елементів VII групи), що визначається числом електронів, які атом неметалу відтягує від атомів водню. Наприклад, ступінь окислення вуглецю у метані СН₄ дорівнює – 4, азоту в аміаку NН₃ - 3, кисню у воді Н₂O -2, фтору у фтороводні НF -1.