Валентность и степень окисления: в чём разница

Валентность — число химических связей, которые образует атом (число общих электронных пар). Знака не имеет, записывается римской цифрой: C(IV), N(III).

Степень окисления (с. о.) — условный заряд атома в соединении, вычисленный в предположении, что все связи ионные, то есть общие электронные пары полностью смещены к более электроотрицательному атому. Имеет знак, записывается арабской цифрой со знаком впереди: \(+6\), \(-2\).

Валентность и степень окисления часто не совпадают:

Совпадают они (по модулю) у атома, который не связан с такими же атомами и не образует донорно-акцепторных связей: в \(\ce{HCl}\), \(\ce{H2O}\), \(\ce{SO3}\), \(\ce{CCl4}\), \(\ce{NH3}\).

В веществах молекулярного строения валентность равна числу ковалентных связей атома — числу чёрточек у символа в структурной формуле. Для веществ ионного строения (\(\ce{NaCl}\), \(\ce{NaH}\), \(\ce{CaH2}\), \(\ce{MgO}\)) в школьном курсе валентность принимают равной заряду иона: натрий одновалентен, кальций и магний двухвалентны. Так рассуждают и в заданиях ФИПИ: натрий в \(\ce{NaH}\) проявляет валентность I.

Валентность и донорно-акцепторная связь. Ковалентная связь образуется не только по обменному механизму (по одному электрону от каждого атома), но и по донорно-акцепторному: один атом даёт неподелённую электронную пару, другой — свободную орбиталь. Образовавшаяся связь ничем не отличается от остальных и при подсчёте валентности учитывается. Поэтому в ионе аммония \(\ce{NH4+}\) азот четырёхвалентен, в ионе гидроксония \(\ce{H3O+}\) кислород трёхвалентен, а в оксиде углерода(II) трёхвалентны и углерод, и кислород: одна из трёх связей \(\ce{C#O}\) образована парой электронов кислорода. У бора в \(\ce{BF3}\) есть свободная орбиталь, и с аммиаком фторид бора образует соединение \(\ce{BF3*NH3}\), в котором бор четырёхвалентен, как и азот.

Высшая валентность. С учётом донорно-акцепторных связей высшая валентность элементов 2-го периода равна IV: на внешнем уровне их атомов всего четыре орбитали (одна \(2s\) и три \(2p\)), и больше четырёх связей атом образовать не может. Высшая валентность углерода IV (\(\ce{CO2}\), \(\ce{CH4}\)), азота IV (\(\ce{NH4+}\), \(\ce{HNO3}\), \(\ce{N2O5}\)), кислорода III (\(\ce{H3O+}\), \(\ce{CO}\)), бора IV (\(\ce{BF3*NH3}\)), а фтор всегда одновалентен. У элементов следующих периодов высшая валентность, как правило, равна номеру группы и проявляется в высшем оксиде: \(\ce{P2O5}\) — V, \(\ce{SO3}\) — VI, \(\ce{Cl2O7}\) — VII. Поэтому валентности, равной номеру группы, не проявляют азот (V группа, не выше IV), кислород (VI группа, не выше III) и фтор (VII группа, I).

Обычные валентности. В большинстве соединений водород и фтор одновалентны, кислород двухвалентен; щелочные металлы одновалентны, бериллий, магний, щёлочноземельные металлы и цинк двухвалентны, бор и алюминий трёхвалентны. Остальные элементы проявляют несколько валентностей: сера — II, IV, VI; хлор, бром, иод — I, III, V, VII; фосфор — III, V; азот — III, IV; медь — I, II; железо — II, III; хром — II, III, VI; марганец — II, IV, VI, VII; олово — II, IV. В летучих водородных соединениях валентность равна \(8 - N\) (\(N\) — номер группы): \(\ce{CH4}\) — IV, \(\ce{NH3}\) — III, \(\ce{H2S}\) — II, \(\ce{HCl}\) — I. Одинакова валентность в высшем оксиде и в водородном соединении только у элементов IV группы — углерода и кремния.