Valencija (kemija)
Valencija (kasnolat. valentia: snaga; sposobnost), u kemiji, je svojstvo atoma pojedinog kemijskog elementa da se spaja s određenim brojem atoma nekoga drugog elementa u kemijski spoj ili formulsku jedinku. Atom koji se uvijek spaja samo s jednim atomom drugog elementa naziva se jednovalentnim, pa se i za element koji sadrži takve atome kaže da je jednovalentan. Takvi su elementi na primjer vodik i klor, pa su se valencije ostalih elemenata određene brojem atoma jednovalentnog elementa s kojim se spaja jedan atom tog elementa. Prema tomu bi u spojevima HF, H2O, BCl3 i SiCl4 fluor bio jednovalentan, kisik dvovalentan, bor trovalentan i silicij četverovalentan. Međutim, za većinu elemenata takva stehiometrijska valencija nije stalna veličina, nego ovisi o broju elektrona koje je atom elementa angažirao kako bi se povezao s drugim atomima. Tako je na primjer dušik u dušikovu monoksidu (NO) dvovalentan, kao i kisik, a u dušikovu dioksidu (NO2) četverovalentan. Valenciju pišemo kao rimski broj iznad simbola elementa. Valencija brojčano odgovara nabojnom broju iona u ionskoj vezi.
Valencije atoma po skupinama:
- jednovalentni - atomi 1. i 17. skupine
- dvovalentni - atomi 2. i 16. skupine te cink
- trovalentni - atomi 13. i 15. skupine
- četverovalentni - atomi 14. skupine
- viševalentni - atomi ostalih skupina
Oksidacijski brojevi atoma
Umjesto pojma valencija, u suvremenoj se kemiji znatno više rabi pojam oksidacijskoga broja (oksidacijskoga stupnja). To je formalna veličina koja opisuje oksidacijsko stanje atoma, a određuje se kao broj elementarnih naboja koji bi ostali na promatranom atomu ako bi se elektronski parovi svih veza u bilo kojoj kemijskoj jedinki pripisali elektronajnegativnijem atomu,(elektronegativnost). Oksidacijski broj može biti pozitivan (predznak + se izostavlja), negativan i nula, a piše se iznad simbola atoma rimskim brojem. Pri imenovanju kemijskih spojeva oksidacijski se broj piše odmah iza naziva elementa, u okrugloj zagradi, npr. željezni(II) sulfat za FeSO4. Ako element ima samo jedno oksidacijsko stanje, oksidacijski se broj u njegovim spojevima ne piše; takav je na primjer aluminij, kojemu je oksidacijski broj uvijek III.
Oksidacijski se broj određuje prema dogovorenim pravilima:
- oksidacijski broj atoma ili molekule elementa u elementarnom stanju uvijek je jednak nuli;
- oksidacijski broj vodika uvijek je I, osim u metalnim hidridima, u kojima je –I;
- oksidacijski broj kisika uvijek je –II, osim u peroksidima, u kojima je –I, a samo je u spoju s fluorom I;
- oksidacijski broj svih jednoatomnih iona (gradivne čestice ionskih spojeva) jednak je naboju iona, na primjer oksidacijski broj kalcija u ionu Ca2+ je II, a klora u kloridnom ionu Cl– je –I;
- zbroj oksidacijskih brojeva svih atoma u neutralnoj molekuli ili formulskoj jedinki mora biti jednak nuli;
- zbroj oksidacijskih brojeva atoma u višeatomnim ionima mora biti jednak naboju iona;
- u kovalentnim spojevima oksidacijski broj nekog atoma jednak je zamišljenomu naboju koji ostaje na tom atomu kada se zajednički elektronski parovi dodijele elektronegativnijem atomu;
- oksidacijski broj fluora (najelektronegativniji element) uvijek je –I;
- oksidacijski broj alkalijskih elemenata uvijek je I, a zemnoalkalijskih II.
Poznavanje oksidacijskoga broja nužno je pri rješavanju kemijskih jednadžbi koje opisuju redoks reakcije. [1]
Primjeri
Kemijski spoj | Jednakost | VALENCIJA | Oksidacijski broj |
---|---|---|---|
Klorovodik | HCl | H=1 Cl=1 | H=+1 Cl=−1 |
Perklorna kiselina * | HClO4 | H=1 Cl=7 O=2 | H=+1 Cl=+7 O=−2 |
Natrijev hidrid | NaH | Na=1 H=1 | Na=+1 H=−1 |
Željezov(II) oksid ** | FeO | Fe=2 O=2 | Fe=+2 O=−2 |
Željezov(III) oksid ** | Fe2O3 | Fe=3 O=2 | Fe=+3 O=−2 |
(*) Ion perklorata (ClO4−) ima valenciju 1.
(**) Željezov oksid se pojavljuje kao kristal, a ne kao tipična molekula.
Ali postoje primjeri gdje se brojčana vrijednost valencije i oksidacijskog broja razlikuju zbog vrste kemijske veze između atoma:
Kemijski spoj | Jednakost | VALENCIJA | Oksidacijski broj |
---|---|---|---|
Klor | Cl2 | Cl=1 | Cl=0 |
Vodikov peroksid | H2O2 | H=1 O=2 | H=+1 O=−1 |
Etin (acetilen) | C2H2 | C=4 H=1 | C=−1 H=+1 |
Živin(I) klorid | Hg2Cl2 | Hg=2 Cl=1 | Hg=+1 Cl=−1 |
Postoje primjeri gdje se brojčana vrijednost valencije i oksidacijskog broja razlikuju zbog polariteta kemijske veze između atoma. Tako na primjer kod diklormetana CH2Cl2, ugljik ima valenciju 4 dok je oksidacijski broj 0.