Valence

Co je to valence?

Valence je míra slučovací schopnosti atomů nebo molekul. Je to tedy schopnost atomu jednoho prvku reagovat a slučovat se s určitým počtem atomů jiného prvku.

Prohlédněte si další témata v části Struktura atomu

• Úvod: Struktura atomu
• Atomové číslo
• Bohrův model atomu
• Nabité částice v látce
• Izobary
• Izotopy
• Hmotnosti Počet
• Neutrony
• Rutherfordův model atomu
• Thomsonův model atomu
• Jak jsou elektrony rozmístěny na různých orbitách (slupkách)?
• Sub-Atomové částice
• Modely atomů
• Tvary atomových orbitalů
• Energie orbitalů
• Kvantová čísla
• Vývoj vedoucí k Bohrovu modelu atomu
• Emisní a atomová čísla
• Vývoj, který vedl k Bohrovu modelu atomu
• Emise a Absorpční spektra
• Kvantově mechanickému modelu atomu

Vysvětlení pojmu valence

Elektrony v atomu jsou uspořádány v různých orbitalech (slupkách) reprezentovaných jako K, L, M, N a tak dále. Elektrony přítomné v nejvzdálenější slupce/orbitu atomu se nazývají valenční elektrony. Valenční elektrony se účastní každé chemické reakce, protože nejvzdálenější orbit obvykle obsahuje více energie než elektrony přítomné v ostatních orbitách.

Podle Bohrova-Buryho schématu bude mít nejvzdálenější orbit atomu maximálně 8 elektronů. Pokud je však nejvzdálenější orbita zcela zaplněna, pak je u daného prvku pozorována velmi malá až žádná chemická aktivita. Jejich slučovací schopnost se stává zanedbatelnou nebo nulovou.

Podrobněji se zde seznamte s pojmem subatomární částice.

Proto jsou vzácné plyny nejméně reaktivní, protože jejich nejvzdálenější orbity jsou zcela zaplněny. Reaktivita ostatních prvků však závisí na jejich schopnosti získat konfiguraci vzácného plynu. Pomůže také určit valenci atomu.

Dosažení úplného oktetu

Pokud má nejvzdálenější obal atomu celkem 8 elektronů, pak se říká, že atom dosáhl úplného oktetu. Atom musí získat, ztratit nebo sdílet určitý počet elektronů ze svého nejvzdálenějšího orbitu, aby získal úplný oktet. Kapacita atomu je tedy celkový počet elektronů získaných, ztracených nebo sdílených k dokončení oktetového uspořádání v jeho nejvzdálenějším atomu. Tato kapacita atomu také určuje valenci atomu.

Například vodík má na svém nejvzdálenějším orbitu 1 elektron, takže potřebuje ztratit 1 elektron, aby dosáhl stability neboli oktetu. Valence vodíku je tedy 1. Podobně hořčík má na svém nejvzdálenějším orbitu 2 elektrony a musí je ztratit, aby dosáhl oktetu a získal stabilitu. Valence hořčíku je tedy 2.

Stabilita je také určena schopností atomů získávat elektrony. Například fluor má na svém nejvzdálenějším orbitu 7 elektronů. Je obtížné ztratit 7 elektronů, ale je snadné získat jeden elektron. Získá tedy jeden elektron, aby získal oktet, takže valence fluoru je 1.

Strukturu atomu Cheat Sheet si můžete stáhnout kliknutím na tlačítko ke stažení níže

Příklady valence

Valence sodíku

Atomové číslo sodíku je 11 (Z=11). Elektronickou konfiguraci sodíku lze zapsat jako 2, 8, 1. Elektrony 2, 8, 1 jsou rozloženy v slupkách K, L, M v tomto pořadí. Valenční elektron v sodíku je tedy 1 a k dosažení oktetu potřebuje ztratit 1 elektron z nejvzdálenějšího orbitu. Valence sodíku je tedy 1.

(Zdroj: examfear)

Valence chloru

Atomové číslo chloru je 17 (Z=17). Elektronickou konfiguraci chloru lze zapsat jako 2, 8, 7. V slupkách K, L, M jsou rozloženy 2, 8, 7 elektronů. Valenční elektron v chloru je tedy 7 a k dosažení oktetu potřebuje získat 1 elektron z nejvzdálenějšího orbitu. Valence chloru je tedy 1.

(Zdroj: examfear)

Příklady valence na základě chemického vzorce

Amonia (NH3)

Víme, že valence je schopnost atomu spojit se s určitým počtem atomů jiného prvku. V případě amoniaku se jeden atom dusíku slučuje se třemi atomy vodíku. Atomové číslo vodíku je 7. Elektronická konfigurace je 2, 5. 2, 5 elektronů je rozloženo na orbitách K, L. Atom dusíku tedy musí získat 3 elektrony na svém nejvzdálenějším orbitu, aby doplnil oktet.

Atom dusíku se v případě NH3 spojí se 3 atomy vodíku. Jeho valence je tedy 3. Atomy vodíku přítomné v amoniaku se však slučují s jedním atomem dusíku. Valence vodíku je proto jedna. Takto vznikají chemické vzorce sloučenin záměnou valencí.

Využití valence

• Pomáhá určit chemický vzorec.
• Pomáhá určit, kolik atomů prvku se spojí s jiným prvkem a vytvoří libovolný chemický vzorec.

Metody určování valence

Valence stejné skupiny prvku přítomného v periodické tabulce je stejná. Pokud uvažujeme 8. skupinu v periodické tabulce, všechny prvky 8. skupiny mají zcela zaplněnou vnější orbitu a dosáhly oktetového uspořádání. Prvky 8. skupiny mají tedy nulovou valenci. Valenci jakéhokoli prvku lze určit především třemi různými metodami:

1) Pravidlo oktetu

Pokud nemůžeme k určení valence použít periodickou tabulku, pak se postupuje podle pravidla oktetu. Toto pravidlo říká, že atomy prvku nebo chemické látky mají tendenci získat 8 elektronů na svém nejvzdálenějším orbitu buď získáním, nebo ztrátou elektronů v jakékoliv formě sloučeniny. Atom může mít na svém nejvzdálenějším orbitu maximálně 8 elektronů. Přítomnost 8 elektronů v nejvzdálenějším obalu ukazuje na stabilitu atomu.

Atom má tendenci ztrácet elektrony, pokud má na svém nejvzdálenějším orbitu jeden až čtyři elektrony. Když atom tyto volné elektrony odevzdá, má kladnou valenci. Atom bude elektrony získávat, pokud má na svém nejvzdálenějším orbitu čtyři až sedm elektronů. V takových případech je snazší elektron přijmout, než jej odevzdat. Proto valenci určíme odečtením počtu elektronů od čísla 8. Všechny vzácné plyny kromě helia mají na svém nejvzdálenějším orbitu 8 elektronů. Helium má na svém nejvzdálenějším orbitu 2 elektrony.

Přečtěte si, jak jsou elektrony rozloženy na různých orbitách

2) Pomocí periodické tabulky

Při této metodě se valence vypočítá podle tabulky periodické tabulky. Například všechny kovy, ať už se jedná o vodík, lithium, sodík atd. přítomné ve sloupci 1, mají valenci +1. Pokud se jedná o vodík, lithium, sodík atd. Podobně všechny prvky přítomné ve sloupci 17 mají valenci -1, například fluor, chlor atd. Všechny vzácné plyny jsou uspořádány ve sloupci 18. Tyto prvky jsou inertní a mají valenci 0.

V tomto způsobu určování valence však existuje výjimka. Některé prvky, jako měď, železo a zlato, mají více aktivních slupek. Tuto výjimku obvykle zaznamenáváme u přechodných kovů 3. až 10. sloupce. Pozorujeme ji také u těžších prvků ze sloupce 11 až 14, lanthanoidů (57-71) a aktinoidů (89-103).

3) Na základě chemických vzorců

Tato metoda je založena na oktetovém pravidle. Valence mnoha přechodných prvků nebo radikálů lze v konkrétní sloučenině určit pozorováním, jak se chemicky spojuje s prvky se známou valencí. V tomto případě se postupuje podle oktetového pravidla, kdy se prvky a radikály spojují a snaží se získat osm elektronů ve vnější slupce, aby se staly stabilními.

Příklad uvažujme sloučeninu NaCl. Víme, že valence sodíku (Na) je +1 a valence chloru (Cl) je -1. Víme, že valence sodíku (Na) je +1 a valence chloru (Cl) je -1. Proč? Jak sodík, tak chlor musí získat jeden elektron, respektive ztratit jeden elektron, aby dosáhly stabilního vnějšího orbitu. Proto sodík elektron odevzdá a chlor stejný elektron přijme. Takto se určuje valence. Je to také klasický příklad iontové reakce.

Podrobně se o Thomsonově atomovém modelu dozvíte zde.

Rozdíl mezi valencí a oxidačním číslem

Kombinační schopnost atomu se nazývá valence. Je to tedy počet valenčních elektronů, které musí atom získat nebo ztratit ze svého nejvzdálenějšího orbitu. Oxidační číslo je náboj, který může atom nést.

Například dusík má valenci 3, ale jeho oxidační číslo se může pohybovat v rozmezí od -3 do +5. Oxidační číslo je předpokládaný náboj konkrétního atomu v molekule nebo iontu. Pomáhá určit schopnost atomu získávat nebo ztrácet elektrony v rámci určitého druhu.

Valence prvních 20 prvků

.

.

.

Prvek	Symbol	Atomové číslo	Valence
Vodík	H	1	1
Helium	He	2	0
Lithium	Li	3	1
Berylium	Be	4	2
Boron	B	5	3
Uhlík	C	6	4
Dusík	N	7	3
kyslík	O	8	2
Fluor	F	9	1
Neon	Ne	10	0
Sodík	Na	11	1
Hořčík	Mg	12	2
Hliník	Al	13	3
Křemík	Si	14	4
Fosfor	P	15	3
Síra	S	16	2
Chlor	Cl	17	1
Argon	Ar	18	0
Draslík	K	19	1
Vápník	Ca	20	2

Seznámit se s pojmy izotopy a izobary.

Vyřešená otázka pro vás

Otázka: Určete valence neonu, fosforu, síry.

Odpověď: Určete valence neonu, fosforu, síry: Neon=0, fosfor=3, síra=2. Vysvětlení:

• Atomické číslo neonu=10
  Elektronická konfigurace neonu= 2, 8
  Valence =0 (je již v oktátovém uspořádání nebo stabilním stavu)
• Atomické číslo fosforu=15
  Elektronická konfigurace fosforu= 2, 8, 5
  Takže valence= 8-5=3
• Atomové číslo síry =16
  Elektronické uspořádání síry = 2, 8, 6
  Takže valence= 8-6=2