Valency
水の化学式がH2Oであることは誰もが知っています。 なぜ「H2O」と書かれていて、他の何かではないのか、何度不思議に思ったことでしょう。 この特殊な式の理由は何なのでしょうか。 その答えは、「価電子量」です。 Valencyについて、そしてそれがどのように公式を決定するのに役立つのか、もっと知っていきましょう
おすすめ動画
Valencyとは何でしょうか？
原子価とは、原子や分子の結合能力を表す尺度です。 したがって、ある元素の原子が他の元素の特定の数の原子と反応し、結合する能力を意味します。 原子の構造
原子価の概念の説明
原子の中の電子はKと表される異なる軌道（殻）に配置されています。 L、M、Nといった具合です。 原子の最外殻・軌道に存在する電子は価電子と呼ばれる。 ボーア・ビュリー法では、原子の最外殻は最大8個の電子を持つことになる。 しかし、もし一番外側の軌道が完全に埋まってしまうと、その元素の化学的活性はほとんど見られない。
ここで素粒子の概念を詳しく理解しましょう。
このように、希ガスは最外周の軌道が完全に満たされているので、反応性が最も低いのです。 しかし、他の元素の反応性は、希ガス配置を獲得する能力に依存する。
Valence Electron
Achieving Complete Octet
原子の最外殻に合計8個の電子がある場合、その原子は完全八重項に達したと言われます。 原子はその最外殻から特定の数の電子を得たり、失ったり、共有したりして、完全八重項を獲得する必要がある。 したがって、原子の容量とは、最外周の原子で八重項配列を完成させるために獲得、喪失、または共有する電子の総数を指します。
例えば、水素は最外周に1個の電子を持っているので、安定性や八重項を得るためには1個の電子を失う必要がある。 同様に、マグネシウムは最外周に2個の電子を持っており、八重項を獲得して安定性を得るためには、その電子を失わなければならない。
安定性は、原子が電子を獲得する能力によっても決まります。 例えば、フッ素は最外周に7個の電子を持っている。 7個の電子を失うことは難しいが、1個の電子を得ることは容易である。
Structure of Atom Cheat Sheetは、下のダウンロードボタンからダウンロードできます。
価数の例
ナトリウムの価数
ナトリウムの原子番号は11（Z=11）です。 2、8、1個の電子がそれぞれK、L、Mの各殻に分布しています。 したがって、ナトリウムの価電子は1であり、8価となるには最外周の軌道から1個の電子を失う必要があります。 したがって、ナトリウムの価数は1です。
(Source: examfear)
塩素の価数
塩素の原子番号は17です（Z=17）。 塩素の電子配置は2、8、7と書けます。2、8、7個の電子がそれぞれK、L、M殻に分布しています。 したがって、塩素の価電子は7であり、8価となるには最外周の軌道から1個の電子を得る必要がある。 したがって、塩素の原子価は1です。
（出典：examfear）
化学式に基づく原子価の例
Ammonia (NH3)
我々は、原子価が他の要素の特定の数の原子と結合する原子の能力であることを知っています。 アンモニアの場合、窒素原子1個が水素原子3個と結合します。 水素の原子番号は7、電子配置は2、5で、2、5の電子がK、L軌道に分布しています。したがって、窒素原子が8重項を完成するには、最外周の軌道で3個の電子を得る必要があります。 しかし、アンモニアに含まれる水素原子は窒素原子1個と結合します。 したがって、水素の原子価は1である。 このように、価数を入れ替えて化合物の化学式が作られます。
価数の用途
- 化学式を決定するのに役立ちます。
- ある元素の原子が何個他の元素と結合して、どんな化学式を作るかを決めるのに役立ちます。
価数の決定方法
周期表に存在する元素の同じグループの価数は同じである。 周期表の8族を考えてみると、8族の元素はすべて最外周の軌道を完全に満たし、八極子配列になっている。 つまり、8族の元素は価数が0である。
1) オクテット則
周期表を使って原子価を決定できない場合、オクテット則に従います。 この法則は、元素や化学物質の原子は、それがどのような形の化合物であっても、電子を得たり失ったりして、最外周の軌道に8個の電子を得る傾向があることを述べている。 原子は最外周の軌道に最大8個の電子を持つことができる。 最外殻に8個の電子があることは原子の安定性を示す。
原子は最外殻に1～4個の電子を持っている場合、電子を失いがちである。 原子がこれらの自由電子を提供するとき、それは正の原子価を持つ。 原子は最外周に4～7個の電子を持っていれば、電子を獲得することになる。 このような場合、電子を提供するよりも、受け入れる方が簡単です。 したがって、8から電子の数を引いて原子価を決定します。
電子の軌道分布の違いを読む
2) 周期表を使う
この方法では、周期表の表を参考にして、価数を計算します。 例えば、1列目にある水素、リチウム、ナトリウムなどの金属はすべて価数が＋1である。 同様に、17列に存在する元素は、フッ素、塩素など、すべて価数-1である。 18列目には、すべての希ガスが配置されている。
ただし、この価数決定法には例外がある。 銅、鉄、金などある種の元素は複数の活性殻を持つ。 この例外は通常3列目から10列目までの遷移金属で気づかれる。
3) 化学式に基づく方法
この方法は八分則に基づいている。 多くの遷移元素やラジカルの価数は、価数のわかっている元素とどのように化学結合するかを観察することによって、特定の化合物の価数を決定することができる。 この場合、元素やラジカルが結合して、安定になるために最外殻に8個の電子を獲得しようとするオクテット則が適用される。 ナトリウム（Na）の価数は＋1、塩素（Cl）の価数は-1であることが分かっています。 ナトリウムも塩素も安定な最外周軌道に乗るには、それぞれ1個の電子を獲得し、1個の電子を失う必要があります。 したがって、ナトリウムは電子を1個提供し、塩素は同じ電子を受け取ります。 こうして価数が決まります。 イオン反応の典型例でもあります。
トムソンの原子モデルについてはこちらで詳しく説明しています。
原子価と酸化数の違い
原子の結合能力を原子価と呼びます。 したがって、原子が最外周の軌道から獲得または喪失しなければならない価電子の数です。
例えば、窒素は価数3ですが、酸化数は-3から+5まであります。 酸化数は、分子やイオンの中の特定の原子の電荷を想定したものです。 これは、特定の種の中で電子を獲得したり失ったりする原子の能力を決定するのに役立ちます。
最初の20個の元素の価数
| 元素 | 記号 | 原子番号 | 価数 | |
| H | 1 | |||
| ヘリウム | He | 2 | 0 | |
| リチウム | Li | 3 | 1 | |
| ベリリウム | Be | 4 | 2 | |
| Boron | B | 5 | 3 | |
| 炭素 | C | 6 | 4 | |
| 窒素 | N7 | 3 | ||
| 酸素 | O | 8 | 2 | |
| フッ素 | F | 9 | 1 | |
| ネオン | Ne10 | 0 | ||
| Sodium | Na | 11 | 1 | 0657 |
| マグネシウム | Mg | 12 | 2 | |
| アルミニウムAl | 13 | 3 | ||
| Silicon | Si | 14 | 4 | |
| Phosphorus | P | 15 | 3 | |
| 硫黄 | S | 16 | 2 | |
| 塩素 | Cl | 16 | 17 | 1 |
| Argon | Ar | 18 | 0 | 1 | 1 | Argon | 18 | Ar | カリウム | K | 19 | 1 |
| Ca | 20 | 2 |
同位体とアイソバーという概念を学びたい方。
A Solved Question for You
Q: ネオン、リン、硫黄の価数を決定せよ。 ネオン＝0、リン＝3、硫黄＝2です。 説明します。
- ネオンの原子番号=10
ネオンの電子配置=2、8
したがって、価数=0（すでに八座配置または安定状態） - リンの原子番号=15
リンの電子配置=2.3。 8, 5
したがって、Valency= 8-5=3 - 硫黄の原子番号 =16
硫黄の電子配置 = 2, 8, 6
したがって Valency= 8-6=2