Представь, что каждый атом — человечек с определённым числом рук. У водорода одна рука, у кислорода — две, у азота — три, у углерода — четыре. Чтобы получилась устойчивая молекула, все руки должны быть заняты: за каждую руку атом держится за руку соседа, и свободных, «висящих в воздухе» рук не остаётся.
Валентность — это число химических связей, которое атом образует с другими атомами. Записывают её римскими цифрами и всегда без знака: водород одновалентен (I), кислород двухвалентен (II). Валентность — всегда целое положительное число, никаких плюсов и минусов.
Посмотри на воду H₂O: кислород держит за руки два атома водорода. У кислорода две руки (валентность II), у каждого водорода — одна (I). Все руки заняты — молекула устойчива. А молекулы H₃O не бывает: у кислорода всего две руки, третьему водороду просто не за что схватиться.
Зачем это тебе: если знаешь валентности элементов — соберёшь формулу любого оксида. А если видишь готовую формулу — вычислишь валентность за пару секунд. Этот навык нужен почти в каждой контрольной по химии 8 класса.
Другие элементы меняют валентность в разных соединениях — это переменная валентность. Железо Fe бывает II и III (FeO и Fe₂O₃), медь Cu — I и II, сера S — II, IV и VI, фосфор — III и V.
Рыжая ржавчина на велосипеде — это в основном оксид железа Fe₂O₃, где железо трёхвалентно. А в других условиях железо даёт FeO, где оно двухвалентно. Один и тот же металл — разная валентность в разных веществах.
Какая именно валентность у переменного элемента в конкретном веществе, подсказывает либо формула (научимся считать ниже), либо название: «оксид железа(III)» — значит, железо здесь трёхвалентно.
Это главный навык урока. Правило: суммарное число связей одного элемента равно суммарному числу связей другого. Алгоритм из трёх шагов:
Пример 1. CuO. Кислород всегда II, атом один — со стороны кислорода 2 связи. Медь должна дать столько же. Атом меди один, значит валентность меди — II.
Пример 2. Cu₂O. Кислород один, валентность II — снова 2 связи. Атомов меди два, и вместе они дают 2 связи, по одной на каждый. Медь здесь одновалентна (I).
Пример 3. P₂O₅. Кислород: II × 5 атомов = 10 связей. Фосфора 2 атома: 10 / 2 = 5. Фосфор пятивалентен (V).
Пример 4. NH₃. Считаем через водород: I × 3 = 3 связи. Азота 1 атом: 3 / 1 = 3. Азот трёхвалентен (III).
Валентности знаешь — нужно собрать формулу. Помогает приём «крест-накрест»: цифры валентностей меняем местами и ставим индексами.
Оксид алюминия: у алюминия III, у кислорода II. Крест-накрест — Al₂O₃. Проверка: 2 × 3 = 3 × 2 = 6, сходится (это и показано в формуле выше).
Оксид серы(VI): сера VI, кислород II. Крест-накрест даёт S₂O₆, но индексы сокращаем на 2 — получается SO₃. Всегда сокращай индексы до наименьших целых.
Оксид кальция: у обоих валентность II. Крест-накрест даёт Ca₂O₂, сокращаем — CaO. Когда валентности совпадают, индексы равны единице.