Цели.

• Развить представления о валентности как основном свойстве атома, выявить закономерности изменения радиусов атомов химических элементов в периодах и группах периодической системы.
• Используя интегрированный подход, развивать у учащихся умения сравнивать, сопоставлять, находить аналогии, предсказывать практический результат на основании теоретических рассуждений.
• Создавая ситуации успеха, преодолевать психологическую инерцию учащихся.
• Развивать образное мышление, способности к рефлексии.

Оборудование: Таблица “ Валентность и электронные конфигурации элементов”, мультимедиа.

Эпиграф. Логика, если она отражается в истине и здравом смысле, всегда ведёт к цели, к правильному результату.

Урок комбинированный, с элементами интеграции. Используемые методы обучения: объяснительно-иллюстрированый, эвристический и проблемный.

I этап. Ориентировочно-мотивационный

Урок начинается с “настройки” (звучит музыка – симфония №3 Й. Брамса).

Учитель: Слово “валентность” (от лат. valentia) возникло в середине XIX в., в период завершения второго химико-аналитического этапа развития химии. К тому времени было открыто более 60 элементов.

Истоки понятия “валентность” содержатся в работах разных ученых. Дж. Дальтон установил, что вещества состоят из атомов, соединенных в определенных пропорциях Э. Франкланд, собственно, и ввел понятие валентности как соединительной силы. Ф.А. Кекуле отождествлял валентность с химической связью. А.М.Бутлеров обратил внимание на то, что валентность связана с реакционной способностью атомов. Д.И. Менделеев создал периодическую систему химических элементов, в которой высшая валентность атомов совпадала с номером группы элемента в системе. Он же ввел понятие “переменная валентность”.

Вопрос. Что такое валентность?

Вчитайтесь в определения, взятые из разных источников (учитель показывает слайды через мультимедиа):

“Валентность химического элемента – способность его атомов соединяться с другими атомами в определенных соотношениях”.

“Валентность – способность атомов одного элемента присоединять определенное количество атомов другого элемента”.

“Валентность – свойство атомов, вступая в химические соединения, отдавать или принимать определенное количество электронов (электровалентность) или объединять электроны для образования общих для двух атомов электронных пар (ковалентность)”.

Какое определение валентности, по вашему мнению, более совершенно и в чем вы видите недостатки других? (Обсуждение в группах.)

Валентность и валентные возможности – важные характеристики химического элемента. Они определяются структурой атомов и периодически изменяются с увеличением зарядов ядер.

Учитель. Таким образом, делаем вывод, что:

Что, по-вашему, означает понятие “ валентная возможность”?

Учащиеся высказывают свое мнение. Вспоминают значение слов “возможность”, “возможный”, уточняют смысл этих слов в толковом словаре С.И.Ожегова:

“Возможность – средство, условие, необходимое для осуществления чего-нибудь”;

“Возможный – такой, который может произойти, осуществимый, допустимый, дозволительный, мыслимый”.

(учитель показывает следующий слайд)

Потом учитель подводит итог.

Учитель. Валентные возможности атомов – это допустимые валентности элемента, весь спектр их значений в различных соединениях.

II этап. Операционно-исполнительный

Работа с таблицей “ Валентность и электронные конфигурации элементов”.

Учитель. Поскольку валентность атома зависит от числа неспаренных электронов, полезно рассмотреть структуры атомов в возбужденных состояниях, учитывая валентные возможности. Запишем электронографические формулы распределения электронов по орбиталям в атоме углерода. С их помощью определим, какую валентность проявляет углерод С в соединениях. Звездочкой (*) обозначают атом в возбужденном состоянии:

Таким образом, углерод проявляет валентность IV за счёт расспаривания
2s 2 – электронов и перехода одного из них на вакантную орбиталь . (Вакантный – незанятый, пустующий (С. И. Ожегов))

Почему валентность С- II и IV , а H-I , He-O , Be – II , B – III , P -V ?

Сопоставьте электронографические формулы элементов (схема №1) и установите причину разной валентности.

Работа в группах:

Учитель. Итак, от чего зависят валентность и валентные возможности атомов? Давайте рассмотрим эти два понятия во взаимосвязи (схема №2).

Расход энергии (Е) на перевод атома в возбужденное состояние компенсируется энергией, выделяющейся при образовании химической связи.

В чем отличие атома в основном (стационарном) состоянии от атома в возбужденном состоянии (схема №3)?

Учитель. Могут ли быть следующие валентности у элементов: Li -III , О – IV , Ne – II ?

Поясните свой ответ, используя электронные и электронографические формулы этих элементов (схема №4).

Работа в группах.

Ответ. Нет, так как в этом случае затраты энергии на перемещение электрона

(1s -> 2p или 2p -> 3s) настолько велики, что не могут быть компенсированы энергией, выделяющейся при образовании химической связи.

Учитель. Есть ещё один вид валентной возможности атомов – это наличие неподеленных электронных пар (образование ковалентной связи по донорно – акцепторному механизму):

III этап. Оценочно-рефлексивный

Подводятся итоги, характеризуется работа учащихся на уроке (возвращение к эпиграфу урока). Затем подводится резюме – отношение ребят к уроку, учебному предмету, учителю.

1. Что не понравилось на уроке?

2. Что понравилось?

3. Какие вопросы остались для тебя неясными?

4. Оценка работы преподавателя и своей работы? (обоснованная).

Домашнее задание (по учебнику О.С. Габриеляна, Химия-10; профильный уровень, параграф №4, упр.4)

Количество ковалентных связей, которые может образовывать атом, называется валентностью элемента. Валентные возможности атомов обусловлены наличием валентных электронов на внешнем энергетическом уровне.

Все элементы планеты образованы атомами. Это мельчайшие частицы, состоящие из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов. Ядро включает протоны и нейтроны. Электроны, притягиваемые ядром, располагаются и движутся по орбиталям на разном расстоянии от центра. Неравномерное положение электронов относительно ядра называется энергетическими уровнями.

Рис. 1. Строение атома.

В таблице Менделеева высшая валентность соответствует номеру группы, в которой находится элемент. Количество энергетических уровней совпадает с номером периода, электронов - с порядковым номером.

Рис. 2. Таблица Менделеева.

Валентные возможности

Чтобы оценить валентные возможности атомов химических элементов, необходимо подробно рассмотреть распределение электронов на энергетических уровнях.

Валентность соответствует числу неспаренных электронов, располагающихся на s- и р-орбиталях внешнего энергетического уровня. Валентные электроны атомов элементов, входящих в побочные группы периодической таблицы, располагаются на s-орбитали внешнего уровня и d-орбиталях, образующих внешний подуровень.

В обычном (стационарном) состоянии электроны занимают определённое положение в атоме. Стационарная электронная конфигурация зафиксирована в таблице Менделеева. При возбуждённом состоянии (реакции с другими элементами) энергия атома перераспределяется, и электроны меняют своё положение.

Рассмотрим пример. Атом фосфора в стационарном положении имеет электронную конфигурацию 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 .

Это значит, что 15 электронов распределены по трём уровням. На внешнем уровне, включающем s- и p-орбитали, находятся пять валентных электронов. При этом три электрона на p-орбитали неспаренные, а два электрона на s-орбитали образуют пару. Соответственно, три неспаренных электрона могут образовывать ковалентные связи, и валентность фосфора равна трём.

Фосфор находится в V группе, главной подгруппе. Это значит, что в атоме находится пустой d-подуровень. В возбуждённом состоянии спаренные электроны s-уровня распариваются, и один электрон переходит на d-подуровень. Образуется пять свободных, неспаренных электронов. Соответственно, атом фосфора приобретает пятую валентность.

Рис. 3. Графическая электронная формула фосфора в обычном и возбуждённом состоянии.

Распаривание происходит с затратой энергии. Расход энергии компенсируется образованием ковалентных связей с высвобождением энергии.

В зависимости от возможности переходить в возбуждённое состояние элементы делятся на две группы: с переменной и постоянной валентностью. Постоянную валентность (соответствует номеру группы) имеют щелочные, щелочноземельные металлы, фтор и алюминий. Переменная валентность присуща всем остальным элементам. Инертные газы не вступают в реакции, поэтому считается, что валентность у них отсутствует.

Что мы узнали?

Валентность показывает, сколько атомов может присоединить элемент посредством ковалентных связей. Значение валентности совпадает с количеством электронов на внешнем энергетическом уровне и соответствует номеру группы периодической таблицы, в которой находится элемент. Из-за возможности переходить в возбуждённое состояние большинство элементов имеют непостоянную валентность. Одинаковую валентность в любом состоянии сохраняют активные металлы и фтор.

Что такое валентность? «Валентность химического элемента – способность его атомов соединяться с другими атомами в определенных соотношениях». «Валентность – способность атомов одного элемента присоединять определенное количество атомов другого элемента». «Валентность – свойство атомов, вступая в химические соединения, отдавать или принимать определенное количество электронов (электровалентность) или объединять электроны для образования общих для двух атомов электронных пар (ковалентность)».

В чем отличие атома в основном (стационарном) состоянии от атома в возбужденном состоянии? Вывод Валентные возможности атомов химических элементов определяются: 1) числом неспаренных электронов (одноэлектронных орбиталей); 2) наличием свободных орбиталей; 3) наличием неподеленных пар электронов.

Могут ли быть следующие валентности у элементов: Li – III, O – IV, Ne – II? Поясните свой ответ, используя электронные и электронографические формулы этих элементов. Нет, т. к. в этом случае затраты энергии на перемещение электрона (1s 2p или 2p 3s) настолько велики, что не могут быть компенсированы энергией, выделяющейся при образовании химической связи.

Есть еще один вид валентной возможности атомов – это наличие неподеленных электронных пар (образование ковалентной связи по донорно- акцепторному механизму): Атом кислорода при образовании иона гидроксония предоставляет общую электронную пару, т.е. является донором, а ион водорода акцептором.

Фосфор валентность

    Составим формулу соединения, которое состоит и. фосфора (валентность V) и кислорода (валентность II). 

В каких соединениях фосфор имеет максимальную валентность  

Каковы валентные возможности фосфора Чем он в этом отношении отличается от своего аналога - азота  

Электронная структура атома фосфора соответствует формуле 1бР 5 25 2р Зз Зр. У фосфора валентные электроны находятся на третьем (внешнем) энергетическом уровне, на котором помимо 5- и трех р-орбиталей имеются пять свободных -орбиталей. 

Согласно другой точке зрения различие свойств фосфора и азота объясняется наличием в атоме фосфора валентных З -орбиталей, 

Объясните различие между первой энергией ионизации фосфора, Р (1063 кДж моль) и серы, 8 (1000 кДж моль), основываясь на сопоставлении валентных орбитальных электронных конфигураций атомов Р и 8. 

Но у фосфора, как элемента 3-го периода, роль валентных играют также З -орбитали. Поэтому наряду с общностью свойств в химии этих типических элементов V группы проявляются существенные различия. Для фосфора возможны зрЧ -, зрЧ- и 5р -типы гибридизации валентных орбиталей. Максимальное координационное число фосфора равно 6. В отличие от азота для фосфора характерно л - рл-связывание за счет акцептирования свободными Зй(-орбиталями электронных пар соответствующих атомов 

Устойчивое координационное число фосфора (V) 4, что отвечает sp -гибридизации его валентных орбиталей. Реже проявляются координационные числа 5 и 6, в этих случаях атому фосфора приписывают соответственно sp4- и вр й -гибридные состояния (стр. 415). 

Аналогичное поведение обнаруживается и у элементов группы VA, но граница между металлами и неметаллами в этой группе проходит ниже. Азот и фосфор являются неметаллами, химия их ковалентных соединений и возможные состояния окисления определяются наличием пяти валентных электронов в конфигурации Азот и фосфор чаще всего имеют степени окисления - 3, -Ь 3 и +5. Мыщьяк As и сурьма Sb-семи-металлы, образующие амфотерные оксиды, и только висмут обладает металлическими свойствами. Для As и Sb наиболее важным является состояние окисления + 3. Для Bi оно единственно возможное, если не считать степеней окисления, проявляемых в некоторых чрезвычайно специфических условиях. Висмут не может терять все пять валентных электронов требуемая для этого энергия слишком велика. Однако он теряет три бр-электро-на, образуя ион Bi .  

Менделеев выполнял свою диссертационную работу в Германии, в Гейдельберге, как раз во время Международного химического конгресса в Карлсруэ. Он присутствовал на конгрессе и слышал речь Канниццаро, в которой тот четко изложил свою точку зрения на проблему атомного веса. Вернувшись в Россию, Менделеев приступил к изучению списка элементов и обратил внимание на периодичность изменения валентности у элементов, расположенных в порядке возрастания атомных весов валентность водорода 1, лития I, бериллия 2, бора 3, углерода 4, магния 2, азота 3, серы 2, фтора 1, натрия 1, алюминия 3, кремния 4, фосфора 3, к1 слорода 2, хлора I и т. д. 

Фосфор по числу валентных электронов (35 3р) является аналогом азота  

Атомы кислорода соединяются не менее чем с двумя различными атомами. Так же ведут себя кальций, сера, магний и барий. У этих элементов валентность два, У азота, фосфора, алюминия и золота валентность три. Железо может иметь валентность два или три. В принципе вопрос о валентности оказался не столь простым, каким представлялось вначале, но даже такой простейший вариант этой теории позволил сделать важные выводы. 

При переходе от лития к фтору Г происходит закономерное ослабление металлических свойств и усиление неметаллических с одновременным увеличением валентности. Переход от фтора Г к следующему по значению атомной массы элементу натрию Ыа сопровождается скачкообразным изменением свойств и валентности, причем натрий во многом повторяет свойства лития, будучи типичным одновалентным металлом, хотя и более активным. Следующий за натрием магний во многом сходен с бериллием Ве (оба двухвалентны, проявляют металлические свойства, но химическая активность обоих выражена слабее, чем у пары Ы - Ыа). Алюминий А1, следующий за магнием, напоминает бор В (валентность равна 3). Как близкие родственники похожи друг на друга кремний 81 и углерод С, фосфор Р и азот Ы, сера 8 и кислород О, хлор С1 и фтор Г. При переходе к следующему за хлором в последовательности увеличения атомной массы элементу калию К опять происходит скачок в изменении валентности и химических свойств. Калий, подобно литию и натрию, открывает ряд элементов (третий по счету), представители которого показывают глубокую аналогию с элементами первых двух рядов. 

Эффективность присадки зависит от валентного состояния и положения элементов в молекуле присадки, наличия функциональных групп, их синергизма и других факторов. Применение фосфор-, серу-, кислород- и азотсодержащих соединений в качестве присадок к смазочным маслам тесно связано с особенностью электронной структуры этих элементов. Взаимодействие их с металлической поверхностью деталей двигателя приводит к модифицированию последней (изменению структуры) и за счет образования защитных пленок обеспечиваются противокоррозионные, противоизносные и противозадирные свойства указанных соединений в растворе масел. Кроме того, присадки, содержащие эти элементы, стабилизируют масло, обрывая цепь окисления по реакции с пер-оксидными радикалами и разрушая гидропероксиды. 

Галоидирование. Катализаторы, наиболее часто применяющиеся для хлорирования металлическое железо, окись меди, бром, сера, иод, галоиды железа, сурьмы, олова, мышьяка, фосфора, алюминия и меди растительный и животный уголь, активированный боксит и другие глины. Большинство этих катализаторов является носителями галоидов. Так, Fe, Sb и Р в галоидных соединениях способны существовать в двух валентных состояниях в присутствии свободного хлора они поочередно присоединяют и отдают хлор в активной форме. Аналогично иод, бром и сера образуют с хлором неустойчивые соединения. Катализаторы броми-рования подобны катализаторам хлорирования. Для иодирования наилучшим ускорителем служит фосфор. Для проведения процесса фторирования катализатор не требуется. В присутствии кислорода галоидирование замедляется. 

Каталитическое хлорирование основано на применении переносчика хлора, такого как йод , сера , фосфор, сурьма и другие, в виде соответствующих хлоридов, которые растворяются в хлорируемом углеводороде или прн хлорировании газообразных парафиновых углеводородов - в растворителе. Применяются исключительно элементы, имеющие по крайней мере два значения валентности. В качестве гомогенных катализаторов могут также применяться вещества, образующие радикалы, как, например, диазо-метап, тетраэтилсвинец и гексафенилэтан . Они обладают способностью разделять молекулу хлора на атомы, которые тотчас ке вызывают возникновение цепной реакции. 

Когда элемент образует несколько рядов соединений, соответствующих различным степеням окисления, после названия соединения в скобках дается указание либо на валентность катиона (римской цифрой), либо на число атомов галогена, кислорода, серы или кислотного остатка в молекуле соединения (прописью). Например, железо хлористое (П1), фосфор хлористый трех), марганца окись (дву). При этом обозначение валентности дается обычно для менее характерных валентных состояний. Например, для меди в случае двухвалентного состояния указание на валентность опускается, одновалентная же медь обозначается так медь иодистая (I). 

Проводимость таких веществ, как кремний и германий, можно повысить, вводя в них небольшое количество определенных примесей. Например, введение в кристаллы кремния примесей бора или фосфора приводит к эффективному сужению межзонной щели. Небольшие количества бора или фосфора (несколько миллионных долей) удается включить в структуру кремния при выращивании кристалла. Атом фосфора имеет пять валентных электронов, и поэтому, после того как четыре из них используют- 

Фосфор, мышьяк, сурьма и висмут образуют стехиометрические соединения, отвечающие формальной валентности, только с s-элементами и d-элементами подгруппы цинка. 

То, что краситель и адсорбент составляют единую квантовую систему, видно из многих фактов. Самый наглядный из них состоит в том, что поглощение радиации любой, например самой малой, частоты в пределах полосы поглощения данного фосфора вызывает испускание всего его спектра излучения, в том числе и значительно больших частот, чем частот поглощенного света. Значит, кванты излучения поступают в общее пользование, причем энергия, недостаточная для излучения частот, которые превышают малую частоту поглощенного света, также поступает за счет общих ресурсов твердого тела. Не допускает иных толкований также тот факт, что хотя краситель, несомненно, находится только на поверхности, поглощение света характерных для него длинных волн (для которых кристалл, адсорбирующий данный краситель, практически прозрачен) сопровождается образованием металлического серебра в объеме кристалла бромида серебра. При этом чувствительность бромида серебра тем дальше сдвигается в сторону длинных волн, чем длиннее цепь сопряженных связей в структуре молекулы красителя (рис. 44). Дело в том, что электроны красителя находятся в волновом движении и что молекула красителя, соединяясь с кристаллом валентной связью, составляет с ним единое целое. Кристалл и краситель образуют единую квантовую систему. Не удивительно поэтому, что механизм фотолиза чистых 

Фосфор, Р, имеет валентную конфигурацию Зх Зр, а сера, 8, обладает валентной конфигурацией Зх Зр. У атома Р, таким образом, имеется полузаполненная Зр-оболочка, тогда как у атома 8 дополнительный электрон вынужден спариваться с одним из уже имеющихся на Зр-орбиталях электроном 

СЯ для образования ковалентных связей в кристаллической структуре кремния, у фосфора остается еще один электрон. При наложении на кристалл электрического поля этот электрон может смещаться в сторону от атома фосфора поэтому говорят, что фосфор является донором электронов в кристалле кремния. Для высвобождения донируемых электронов требуется лищь 1,05 кДж моль эта энергия превращает кристалл кремния с небольшой примесью фосфора в проводник. При введении в кристалл кремния примеси бора возникает противоположное явление. Атому бора недостает одного электрона для построения необходимого числа ковалентных связей в кристалле кремния. Поэтому на каждый атом бора в кристалле кремния приходится одна вакансия на связывающей орбитали. На эти вакантные орбитали, связанные с атомами бора, могут быть возбуждены валентные электроны кремния, что дает возможность электронам свободно перемещаться по кристаллу. Подобная проводимость осуществляется в результате того, что на вакантную орбиталь атома бора перескакивает электрон соседнего атома кремния. Вновь образовавшаяся вакансия на орбитали атома кремния тут же заполняется электроном со следующего за ним другого атома кремния. Возникает каскадный эффект, при котором электроны перескакивают от одного атома к следующему. Физики предпочитают описывать это явление как движение положительно заряженной дырки в противоположном направлении. Но независимо от того, как описывается это явление, твердо установлено, что для активации проводимости такого вещества, как кремний, требуется меньше энергии, если в кристалле содержится небольшое количество донора электронов типа фосфора либо акцептора электронов типа бора. 

Белый фосфор состоит из тетраэдрических молекул Р4, схематически изображенных на рис. 21.25. Как было отмечено в разд. 8.7, ч. 1, валентные углы по 60", как в молекуле Р4, довольно редко встречаются в других молекулах. Они свидетельствуют о наличии очень напряженных связей, что согласуется с высокой реакционной способ- 

Хотя фосфор является электронным аналогом азота, но наличие в валентном мектронном слое атома свободных /-орбиталей делает соединения фосфора не похожими на соединения азота. 

Электронная структура фосфорорганических соединений и природа химических связей энергии и длины связей фосфора валентные углы образование связей с участием Зй-орб италей. 

В еще большей мере ароматические свойства присущи фосфо-риновому кольцу. 2,4,6-Трифенилфосфорнн не аутоокисляется и не кватернизуется при действии иодистого метила или борофторида триэтилоксония. В то же время взаимодействие его с нуклеофильными реагентами - алкил- или ариллитиевыми соединениями, легко протекает в бензоле уже при комнатной температуре" . При этом атака происходит по фосфору, валентная оболочка которого расширяется до децета, и возникает стабилизованный резонансом фосфо-рин-анион (1). Образование аниона (I) доказано при помощи ПМР и УФ-спектров. Гидролиз реакционной смеси, имеющей глубокую сине-фиолетовую окраску, приводит к 1-алкил(арил)-2,4,6-три- 

Приготовление силикатных фосфоров. Химический состав фосфоров, структура фосфоров, валентность Мп. Существует значительное число различных методик приготовления кристаллофосфоров на силикатной основе. В качестве примера мы приведём одну из них . Хорошо очищенный аммиачный раствор окиси цинка, водный раствор азотнокислого марганца н спиртовой раствор кремниевой кислоты (этилсиликат) сливают вместе при этом образуется гель. Гель высушивается, растирается и прокаливается до 1200° С в кварцевых сосудах и после прокаливания быстро охлаждается. При малом содержании Мп прокаливание монгно вести в воздухе при больпюм содержании Мп, во избежание его окисления, прокаливание ведётся в атмосфере углекислоты. 

Каталитическое окисление нефтяных остатков. Имеется множество попыток ускорить процесс окисления сырья, повысить качество или придать определенные свойства окисленному битуму с помощью различных катализаторов и инициаторов. В качестве катализаторов окислительногвосстановительных реакций предложено применять соли соляной кислоты и металлов переменной валентности (железа, меди, олова, титана и др.). В качестве катализаторов дегидратации, алкилирования и крекинга (перенос протонов) предложены хлориды алюминия, железа, олова, пятиокись фосфора в качестве инициаторов окисления - перекиси. Большинство из этих катализаторов инициирует реакции уплотнения молекул сырья (масел и смол) в асфальтены, не обогащая битумы кислородом. Возможности ускорения процесса окисления сырья и улучшения свойств битума (в основном в направлении повышения пенетрации при данной температуре размягчения), приводимые в многочисленной патентной литературе, обобщены в , но, поскольку авторы патентов делают свои предложения, не раскрывая химизма процесса, их выводы в настоящей монографии не рассматриваются. Исследования А. Хойберга  

В большинстве случаев галоидирование ускоряется под действием светового облучения (длина волны 3000-5000 А) или высокой температуры (в присутствии катализатора или без него). В качестве катализаторов обычно применяют галоидные соединения металлов, имеющих два валентных состояния, способные отдавать атомы галоидов при переходе из одного валентного состояния в другое, - P I5, P I3, Fe lg. Используют также хлористую сурьму или хлористый марганец, а также неметаллические катализаторы - иод, бром или фосфор. 

Литий и натрий имеют умеренное сродство к электрону сродство к электрону бериллия отрицательно, а у магния оно близко к нулю. В атомах Ве и М валентная х-орбиталь полностью заполнена и присоединяемый электрон должен заселять расположенную выше по энергии р-орбиталь. Азот и фосфор имеют небольшое сродство к электрону, потому что присоединяемый электрон должен спариваться в этих атомах с одним из электронов на полузаполненнь х р-орбиталях. 

Атомы элементов третьего и следующих периодов часто не подчиняются правилу октета. Некоторые из них обнаруживают поразительную способность связываться с большим числом атомов (т. е. окружаться больщим числом электронных пар), чем предсказывает правило октета. Например, фосфор и сера образуют соединения PF5 и SF соответственно. В льюисовых структурах этих соединений все валентные электроны тяжелого элемента используются им для образования связей с другими атомами  

В этих схемах полной стрелкой показано положение координационной связи. Фигурирующие здесь донорные элементы (сера, -мышьяк и азот), а также селен, фосфор и другие не образуют соединений, обладающих свойства.ми каталитических ядов, если они находятся в состоянии наивысшей валентности, поскольку в этом случае молекулы не обладают парами свободных электронов. То же справедливо для ионов этих элементов. Например, сульфит-ион является ядом, в то время как сульфат-ион им не является 

Числом электронов наружной оболочки определяются валентные состояния, свойственные данному элементу, а следовательно, типы его соединений - гидридов, окислов, гидроокисей, солей и т. д. Так, в наружных оболочках атомов фосфора, мышьяка, сурьмы и висмута находится одинаковое число (пять) электронов. Этим определяется одинаковость их основных валентных состояний (-3, -fЗ, -Ь5), однотипность гидридов ЭНз, окислов Э2О3 и ЭаОб, гидроокисей и т. д. Данное обстоятельство в конечном счете и является причиной того, что указанные элементы располагаются в одной подгруппе периодической системы. 

Таким образом, число непарных электронов в атомах бериллия, бора и углерода, находящихся в возбужденном состоянии, соответствует фактической валентности этих элементов. Что же касается атомов азота, кислорода и фтора, то возбуждение их не может привести к увеличению чис.г а неиарных электронов во втором уровне их электронных оболочек. Однако у аналогов этих элементов - фосфора, серы и хлора,- поскольку на третьем уровне их 

Число непарных электронов в атоме фосфора прн возбуждении достигает пяти, что соответствует его фактической максимальной палентности. При возбуждении атома серы число непарных электронов увеличивается до четырех и даже до [иести, а у атома хлора- до трех, пяти и, максимально, до семи, что также соответствует фактическим значениям проявляемой ими валентности. Подобным же образом ведут себя при возбул                      Основы общей химии Том 2 Издание 3 (1973) -- [

Строение наружных энергетических уровней атомов химических элементов и определяет в основном свойства их атомов. Поэтому эти уровни называют валентными. Электроны этих уровней, а иногда и предвнешних уровней могут принимать участие в образовании химических связей. Такие электроны также называют валентными.
Валентность атома химического элемента определяется в первую очередь числом неспаренных электронов, принимающих участие в образовании химической связи.
Валентные электроны атомов элементов главных подгрупп расположены на s- и р-орбиталях внешнего электронного слоя. У элементов побочных подгрупп, кроме лантаноидов и актиноидов, валентные электроны расположены на s-орбитали внешнего и d-орбиталях предвнешнего слоев.
Для того чтобы верно оценить валентные возможности атомов химических элементов, нужно рассмотреть распределение электронов в них по энергетическим уровням и подуровням и определить число неспаренных электронов в соответствии с принципом Паули и правилом Хунда для невозбужденного (основного, или стационарного) состояния атома и для возбужденного (то есть получившего дополнительную энергию, в результате чего происходит распаривание электронов внешнего слоя и переход их на свободные орбитали). Атом в возбужденном состоянии обозначают соответствующим символом элемента со звездочкой. Например, рассмотрим валентные возможности атомов фосфора в стационарном и возбужденном состояниях:

В невозбужденном состоянии атом фосфора имеет три не-спаренных электрона на р-подуровне. При переходе атома в возбужденное состояние один из пары электронов d-подуровня может переходить на свободную орбиталь d-подуровня. Валентность фосфора при этом изменяется с трех (в основном состоянии) до пяти (в возбужденном состоянии).
Разъединение спаренных электронов требует затрат энергии, так как спаривание электронов сопровождается понижением потенциальной энергии атомов. Вместе с тем расход энергии на перевод атома в возбужденное состояние компенсируется энергией, выделяющейся при образовании химических связей неспаренными электронами.
Так, атом углерода в стационарном состоянии имеет два неспаренных электрона. Следовательно, с их участием могут образоваться две общие электронные пары, осуществляющие две ковалентные связи. Однако вам хорошо известно, что во многих неорганических и во всех органических соединениях присутствуют атомы четырехвалентного углерода. Очевидно, что его атомы образовали четыре ковалентные связи в этих соединениях, находясь в возбужденном состоянии.

Затраты энергии на возбуждение атомов углерода с избытком компенсируются энергией, выделяющейся при образовании двух дополнительных ковалентных связей. Так, для перевода атомов углерода из стационарного состояния 2s 2 2р 2 в возбужденное - 2s 1 2р 3 требуется затратить около 400 кДж/моль энергии. Но при образовании С-Н-связи в предельных углеводородах выделяется 360 кДж/моль. Следовательно, при образовании двух молей С-Н-связей выделится 720 кДж, что превышает энергию перевода атомов углерода в возбужденное состояние на 320 кДж/моль.
В заключение следует отметить, что валентные возможности атомов химических элементов далеко не исчерпываются числом неспаренных электронов в стационарном и возбужденном состояниях атомов. Если вы вспомните донорно-ак-цепторный механизм образования ковалентных связей, то вам станут понятны и две другие валентные возможности атомов химических элементов, которые определяются наличием свободных орбиталей и наличием неподеленных электронных пар, способных дать ковалентную химическую связь по донор-но-акцепторному механизму. Вспомните образование иона аммония NH4+. (Более подробно мы рассмотрим реализацию этих валентных возможностей атомами химических элементов при изучении химической связи.) Сделаем общий вывод.