Podczas zgłębiania wiedzy chemicznej nie trzeba uczyć się wszystkiego na pamięć. Często wystarczy znajomość pewnych ogólnych reguł, które pozwalają na opisywanie nowych faktów. Przykładem są wzory sumaryczne niektórych związków, które w dość prosty sposób można prawidłowo zapisać na podstawie tylko jednej informacji o pierwiastkach tworzących substancję złożoną.
Już wiesz
w jaki sposób atomy pierwiastków tworzą wiązania jonowe i kowalencyjne.
Nauczysz się
definiować pojęcie wartościowości;
odczytywać z układu okresowego maksymalne wartościowości pierwiastków chemicznych grup 1., 2. oraz od 13. do 17. układu okresowego w ich związkach z wodorem lub tlenem;
zapisywać wzory sumaryczne dwupierwiastkowych związków chemicznych na podstawie informacji o wartościowości tworzących ich pierwiastków;
określać wartościowość jednego pierwiastka chemicznego w związku, gdy znana będzie wartościowość drugiego;
rozpoznawać tlenek na podstawie jego wzoru sumarycznego;
zapisywać wzór sumaryczny tlenku, znając jego nazwę;
rysować wzory strukturalne dwupierwiastkowych związków chemicznych, wiedząc, jaka jest wartościowość pierwiastków, które je tworzą.
iZp4nHFvxK_d5e201
1. Co to jest wzór strukturalny cząsteczki?
Na podstawie wzorów sumarycznych związków kowalencyjnych można ustalić skład ich cząsteczek: liczbę i rodzaj atomów pierwiastków. Jednak nie jesteśmy w stanie przewidzieć, w jaki sposób atomy są ze sobą połączone. Tej informacji dostarcza inny wzór, zwany wzorem strukturalnymwzór strukturalnywzorem strukturalnym. Odzwierciedla on sposób połączenia atomów w cząsteczce. We wzorze strukturalnym, podobnie jak we wzorze sumarycznym, posługujemy się symbolami pierwiastków do oznaczenia atomów tworzących cząsteczkę związku chemicznego. Za pomocą kresek przedstawiamy wiązania pomiędzy atomami (jedna kreska symbolizuje jedno wiązanie).
Na przykład cząsteczka wody o wzorze sumarycznym ma następujący wzór strukturalny:
RZKut0OyZj9or1
Na jego podstawie możemy stwierdzić, że w cząsteczce wody każdy atom wodoru jest połączony z atomem tlenu wiązaniem pojedynczym oraz że atomy wodoru nie są ze sobą związane. Wzór strukturalny nie określa, jak poszczególne atomy są ułożone w przestrzeni.
Czy można opisywać związki jonowe za pomocą wzorów strukturalnych?
Z uwagi na brak możliwości wyróżnienia w kryształach jonowych izolowanych struktur (cząsteczek) związków jonowych nie opisujemy za pomocą wzorów strukturalnych.
R1RDnEYOybDLS1
iZp4nHFvxK_d5e312
2. Co to jest wartościowość?
Liczbę wiązań, które tworzy atom danego pierwiastka chemicznego, łącząc się z innymi atomami, nazywa się wartościowościąwartościowośćwartościowością. Przy jej opisywaniu posługujemy się liczbami rzymskimi.
Wartościowość pierwiastków tworzących związek kowalencyjny możemy łatwo określić na podstawie wzoru strukturalnego związku.
RxpJvMjB3jAsk1
RIlJcTGYThACD1
RoV6HXoiDgN691
Jak określamy wartościowość pierwiastków chemicznych w związkach jonowych?
W przypadku związków jonowych wartościowość pierwiastka jest równa liczbowo ładunkowi jego jonu, który występuje w krysztale związku. Przy określaniu wartościowości jonów pomijamy znaki dodatnie i ujemne.
Rv9wPCMIWPKMm1
RKpms55PsTV1M1
iZp4nHFvxK_d5e393
3. Czy pierwiastki mogą mieć dowolną wartościowość?
Są pierwiastki, których wartościowość w większości tworzonych przez nie związków chemicznych jest stała. Na przykład sód czy wodór zawsze mają wartościowość równą jeden (I). Istnieją również i takie pierwiastki, które w zależności od rodzaju związku mogą wykazywać różną wartościowość. Na przykład węgiel w związku o wzorze przyjmuje wartościowość równą dwa (II), a w dwutlenku węgla jego wartościowość wynosi cztery (IV).
Układ okresowy może stanowić pewną pomoc w przewidywaniu maksymalnej wartościowości niektórych pierwiastków w związkach z wodorem lub tlenem.
Maksymalna wartościowość pierwiastków względem wodoru
Numer grupy
1.
2.
13.
14.
15.
16.
17.
Najwyższa wartościowość w związkach z wodorem
I
II
III
IV
III
II
I
Maksymalna wartościowość pierwiastków względem tlenu
Numer grupy
1.
2.
13.
14.
15.
16.
17.
Najwyższa wartościowość w związkach z tlenem
I
II
III
IV
V
VI
VII
Na podstawie danych zawartych w tabelach można stwierdzić, że pierwiastki należące do grup: 1., 2., 13. i 14. mają jednakowe najwyższe wartościowości w związkach zarówno z tlenem, jak i wodorem. Natomiast różne są liczby określające wartościowości pierwiastków z pozostałych grup w związkach z tlenem i wodorem. We wszystkich związkach pierwiastki należące do grupy 1. mają wartościowość równą jeden (I), natomiast pierwiastki z grupy 2. wykazują wartościowość dwa (II).
Polecenie 1
Określ największą wartościowość wapnia wobec wodoru i tlenu.
Wskazówka
Skorzystaj z informacji zamieszczonych w tabelach.
RxNGGg0LXX9Gx1
iZp4nHFvxK_d5e458
4. Czy można określić wzór sumaryczny związku chemicznego na podstawie wartościowości tworzących go pierwiastków?
Jeśli znamy wartościowość dwóch pierwiastków, które razem tworzą związek chemiczny, to praktycznie w każdym przypadku jesteśmy w stanie określić wzór sumaryczny tego związku. Nie musimy przy tym wiedzieć, jaki rodzaj wiązań występuje w związku. W wielu wypadkach otrzymany wzór sumaryczny jest zgodny z rzeczywistością i dobrze opisuje skład cząsteczki lub najmniejszy zbiór powtarzających się jonów w związku jonowym. Ustalenie kolejności symboli we wzorze sumarycznym może stanowić pewien problem. Nie ma on znaczenia, jeśli związek jest utworzony przez metal i niemetal. Wtedy we wzorze sumarycznym jako pierwszy piszemy symbol metalu, a następnie z jego prawej strony wstawiamy symbol drugiego pierwiastka.
Jeden z prostszych sposobów określania wzorów sumarycznych poznamy na przykładach.
Określanie wzoru sumarycznego związku chemicznego składającego się z jonów sodu mających wartościowość jeden (I) i jonów siarki o wartościowości równej dwa (II).
Instrukcja: Określanie wzoru sumarycznego związku chemicznego składającego się z jonów sodu mających wartościowość jeden (I) i jonów siarki o wartościowości równej dwa (II).
Krok
Zapisujemy poprawnie symbole pierwiastków we wzorze sumarycznym. Jako pierwszy wpisujemy symbol metalu, a jako drugi – symbol niemetalu. Potrzebne informacje możemy znaleźć w układzie okresowym.
RdFto8lrBGFrM1
Krok
Nad każdym symbolem zapisujemy wartościowość pierwiastka (która jest podana w tytule instrukcji):
R2wF5CvpiLV9e1
Krok
Następnie przenosimy do indeksów dolnych – sposobem „na krzyż” – cyfry odpowiadające wartościowościom. Zatem liczbę określającą wartościowość sodu zapisujemy w indeksie dolnym z prawej strony symbolu siarki, natomiast wartościowość siarki – po prawej stronie symbolu sodu:
R1OYrNinih6SK1
Krok
Przy przenoszeniu liczb zamieniamy liczby rzymskie na arabskie:
Krok
Cyfrę 1 we wzorze pomijamy. Prawidłowo zapisany wzór sumaryczny ma postać:
Ważne!
Zapisywanie wartościowości pierwiastków Wartościowość pierwiastków możemy opisywać słownie, np. „węgiel ma wartościowość cztery”. Innym sposobem jest użycie chemicznych skrótów. Przy symbolu pierwiastka w nawiasie zapisuje się jego wartościowość, np. węgiel o wartościowości cztery to (IV) lub węgiel(IV). Trzeba pamiętać, że między symbolem a nawiasem nie powinno być odstępu (spacji).
Zapisywanie wzoru sumarycznego związku chemicznego składającego się z chromu(VI) i tlenu(II)
Instrukcja: Zapisywanie wzoru sumarycznego związku chemicznego składającego się z chromu(VI) i tlenu(II)
Krok
Zapisujemy poprawnie symbole pierwiastków we wzorze sumarycznym. Jako pierwszy wpisujemy symbol metalu, na drugim miejscu – symbol niemetalu.
RdFto8lrBGFrM1
Krok
Nad każdym symbolem zapisujemy wartościowość pierwiastka (która jest podana w tytule instrukcji):
RlVGFaMzCHMPv1
Krok
Następnie przenosimy do indeksów dolnych – sposobem „na krzyż” – cyfry odpowiadające wartościowościom:
RXbW2zSK1zEf51
Krok
Przy przenoszeniu liczb zamieniamy liczby rzymskie na arabskie:
Krok
Staramy się, aby we wzorze sumarycznym w indeksach stechiometrycznych występowały liczby o jak najmniejszej wartości. Dlatego sprawdzamy, czy obie liczby nie mają wspólnego dzielnika (liczby, przez którą można je podzielić bez reszty). Liczby 2 i 6 dzielą się bez reszty przez dwa:
R1Twea643AI4l1
Krok
Po dokonaniu właściwych obliczeń (pamiętając, że liczbę 1 we wzorze pomijamy) otrzymujemy wzór sumaryczny związku:
Określanie wzorów sumarycznych przykładowych związków dwupierwiastkowych na podstawie informacji o wartościowości pierwiastków
Pierwiastki
Symbole zestawione z wartościowościami
Wzór po przeniesieniu wartościowości
Liczba – największy wspólny dzielnik
Ostateczny wzór sumaryczny związku
węgiel(IV) i tlen(II)
2
miedź(II) i siarka(II)
2
azot(V) i tlen(II)
brak
wapń(II) i chlor(I)
brak
żelazo(III) i siarka(II)
brak
mangan(VII) i tlen(II)
brak
Ciekawostka
Połączenie fosforu(V) z tlenem(II) Gdybyśmy chcieli zapisać wzór sumaryczny związku fosforu(V) i tlenu(II) zgodnie z poznanymi zasadami, to otrzymalibyśmy następujący zapis: . Mimo to zapisujemy: . Dlaczego? Badania wykazały, że cząsteczka tego związku składa się z czterech atomów fosforu i dziesięciu atomów tlenu. Wzór nie odzwierciedla tego faktu.
RrhKBcgmf37fm1
RukjZyCyuRzHA1
iZp4nHFvxK_d5e615
5. W jaki sposób ustalamy wartościowość jednego z pierwiastków w związku dwupierwiastkowym?
W związkach dwupierwiastkowych (utworzonych przez dwa pierwiastki) można określić wartościowość jednego pierwiastka, jeśli zna się wartościowość drugiego.
Jeśli we wzorze sumarycznym związku nie występują żadne indeksy stechiometryczne (lub w rzadkich przypadkach są sobie równe), to pierwiastki tworzące dany związek mają jednakową wartościowość. W związkach, które obecnie poznajecie (tlenki, chlorki, siarczki), tlen ma wartościowość dwa (II), chlor jeden (I), a siarka dwa (II).
Na przykład w związku o wzorze , w którym wartościowość tlenu wynosi dwa (II), miedź ma identyczną wartościowość (II). W chlorku sodu sód i chlor mają taką samą wartościowość – jeden (I). W innych przypadkach należy dokonać odpowiednich przekształceń i obliczeń. Najprostszy ze sposobów poznamy na przykładzie.
Określanie wartościowości wapnia w związku o wzorze , w którym wartościowość chloru wynosi jeden (I)
Instrukcja: Określanie wartościowości wapnia w związku o wzorze , w którym wartościowość chloru wynosi jeden (I)
Krok
Postępujemy odwrotnie niż w przypadku ustalania wzorów. Tym razem przenosimy współczynniki stechiometryczne „na krzyż” nad symbole pierwiastków.
R1SavH42soFi91
Krok
Po przeniesieniu wartości indeksów zapisujemy za pomocą cyfr rzymskich:
R13yEUtZ1ua9n1
Krok
Sprawdzamy, czy liczby zapisane nad symbolem pierwiastka o znanej wartościowości są zgodne z treścią zadania. W naszym wypadku tak jest, ponieważ chlor ma wartościowość jeden (I). Wtedy liczba zapisana nad symbolem drugiego pierwiastka określa jego wartościowość. Dla wapnia jest ona równa dwa (II).
Krok
Podajemy odpowiedź: Wartościowość wapnia w związku o wzorze wynosi dwa (II).
R1DdPuqW46HMA1
iZp4nHFvxK_d5e696
6. W jaki sposób tworzymy nazwy tlenków na podstawie ich wzorów sumarycznych?
Związki tlenu z innymi pierwiastkami są nazywane tlenkami. Jedynym wyjątkiem jest związek tlenu z fluorem, zwany fluorkiem tlenu. We wszystkich tlenkach tlen ma wartościowość równą dwa. Na tej podstawie, znając wzór tlenku, możemy określać wartościowość pierwiastków w tlenkach.
Wartościowość wybranych pierwiastków w tlenkach
Wzór sumaryczny tlenku
Wartościowość tlenu w tlenku
Wartościowość pierwiastka w tlenku
tlen(II)
węgiel(IV)
węgiel(II)
siarka(IV)
siarka(VI)
miedź(II)
srebro(I)
mangan(IV)
chlor(VII)
Nazwy tlenków są dwuczłonowe. Pierwszy człon to wyraz tlenek, a drugi – nazwa pierwiastka w dopełniaczu, np. tlenek sodu. Wiele pierwiastków tworzy po kilka tlenków, w których ich wartościowość jest różna. Przykładem są związki ołowiu z tlenem o wzorach sumarycznych: i . W pierwszym tlenku ołów ma wartościowość cztery, w drugim zaś – dwa. Dlatego, aby jednoznacznie określić rodzaj związku, np. tlenku, w jego nazwie podaje się często wartościowość połączonego z tlenem pierwiastka. Omawiane powyżej związki o wzorach i to odpowiednio: tlenek ołowiu(IV) i tlenek ołowiu(II). W nazwach tlenków nie określa się wartościowości tlenu, gdyż zawsze wynosi ona dwa (II).
Przykładowe nazwy tlenków
Wzór sumaryczny związku
Wartościowość tlenu w tlenku
Wartościowość pierwiastka w tlenku
Nazwa tlenku
tlen(II)
węgiel(IV)
tlenek węgla(IV)
węgiel(II)
tlenek węgla(II)
siarka(IV)
tlenek siarki(IV)
siarka(VI)
tlenek siarki(VI)
ołów(II)
tlenek ołowiu(II)
ołów(IV)
tlenek ołowiu(IV)
srebro(I)
tlenek srebra(I)
miedź(II)
tlenek miedzi(II)
mangan(IV)
tlenek manganu(IV)
chlor(VII)
tlenek chloru(VII)
Tworząc nazwy tlenków metali należących do grup 1. i 2., nie podaje się ich wartościowości, gdyż pierwiastki te mają w związkach chemicznych zawsze tylko jedną charakterystyczną wartościowość: metale grupy 1. – jeden, grupy 2. – dwa. Podobna zasada dotyczy glinu: z uwagi na to, że pierwiastek ten ma wartościowość trzy, przyjęło się nie podawać w nazwie związków jego wartościowości.
Ustalanie nazwy tlenku o wzorze sumarycznym
Instrukcja: Ustalanie nazwy tlenku o wzorze sumarycznym
Krok
Żelazo znajduje się w układzie okresowym w grupie innej niż 1. i 2., dlatego w nazwie tlenku należy podać jego wartościowość. W związku z tym na początku ustalamy ten parametr.
R1URJd9keJz9i1
Krok
Po ustaleniu wartościowości żelaza, która wynosi trzy, możemy napisać nazwę tlenku. Tlenek o wzorze sumarycznym nazywa się tlenkiem żelaza(III).
Nazwy przykładowych tlenków pierwiastków wybranych grup układu okresowego
Grupa, do której należy pierwiastek tworzący tlenek
Wzór sumaryczny
Nazwa tlenków
1.
tlenek sodu
tlenek potasu
tlenek litu
2.
tlenek wapnia
tlenek magnezu
tlenek baru
13.
tlenek glinu
14.
tlenek węgla(II)
tlenek węgla(IV)
tlenek cyny(II)
tlenek cyny(IV)
tlenek ołowiu(II)
tlenek ołowiu(IV)
15.
tlenek azotu(II)
tlenek azotu(III)
tlenek azotu(V)
tlenek fosforu(V)
16.
tlenek siarki(IV)
tlenek siarki(VI)
17.
tlenek chloru(I)
tlenek chloru(IV)
tlenek chloru(VII)
iZp4nHFvxK_d5e772
7. W jaki sposób ustalamy wzory sumaryczne na podstawie nazwy?
Na podstawie pełnej nazwy tlenku w łatwy sposób można napisać jego wzór sumaryczny. Pamiętajmy, że wartościowość tlenu w tych związkach jest równa dwa. Wartościowość drugiego pierwiastka trzeba znać bądź też jest ona podana w nazwie. Jeśli pierwiastek należy do grupy 1. układu okresowego, to jego wartościowość będzie równa jeden, jeśli jest to pierwiastek położony w 2. grupie, to będzie miał wartościowość dwa.
Zapisywanie wzoru sumarycznego tlenku baru
Instrukcja: Zapisywanie wzoru sumarycznego tlenku baru
Krok
Ustalamy wartościowość poszczególnych pierwiastków wchodzących w skład tlenku:
Tlenek baru
Pierwiastek
Reguła
Wartościowość
tlen
tlen w tlenkach ma wartościowość równą dwa
II
bar
bar leży w 2. grupie układu okresowego; pierwiastki tej grupy mają wartościowość dwa
Ustalamy wartościowość poszczególnych pierwiastków wchodzących w skład tlenku:
Tlenek azotu(V)
Pierwiastek
Reguła
Wartościowość
tlen
tlen w tlenkach ma wartościowość równą dwa
II
azot
w nazwie podano wartościowość niemetalu
V
Krok
Zapisujemy wzór sumaryczny tlenku azotu(V):
iZp4nHFvxK_d5e852
8. W jaki sposób tworzymy wzory strukturalne związków kowalencyjnych na podstawie znajomości wartościowości pierwiastków?
Ustalenie wzoru strukturalnego cząsteczki związku na podstawie jego wzoru sumarycznego nie zawsze jest możliwe. Na przykład bez wiedzy na temat istniejących połączeń pomiędzy poszczególnymi atomami nie narysujemy wzoru cząsteczki związku składającego się z trzech pierwiastków o wzorze sumarycznym . W przypadku związków dwupierwiastkowych jest to możliwe, jeśli zna się wartościowość obu pierwiastków. Najłatwiej narysować wzór cząsteczki zbudowanej z dwóch atomów. Przykładem jest cząsteczka powstała w wyniku połączenia azotu i tlenu, których wartościowość wynosi dwa. Ma ona następujący wzór strukturalny:
Oba atomy pierwiastków mają wartościowość równą dwa i tworzą po dwa wiązania.
R1IvVKTPXfL7q1
iZp4nHFvxK_d5e892
Podsumowanie
Wartościowość jest cechą wszystkich pierwiastków tworzących związki chemiczne i jest to liczba wiązań, które tworzy atom danego pierwiastka, łącząc się z innymi atomami. Opisuje się ją przy użyciu liczb rzymskich.
Wartościowość pierwiastka w związkach kowalencyjnych jest równa liczbie wiązań, które tworzą w cząsteczkach jego atomy z innymi atomami.
Wartościowość pierwiastka w związkach jonowych jest równa ładunkowi jego jonów, z pominięciem znaków ujemnego i dodatniego.
Na podstawie układu okresowego można określić maksymalną wartościowość względem wodoru i tlenu dla pierwiastków z grup 1. i 2. oraz 13., 14., 15., 16. i 17.
Pierwiastki znajdujące się w grupie 1. układu okresowego w tworzonych związkach mają wartościowość równą jeden, z grupy 2. mają wartościowość dwa.
Tlen w tlenkach ma wartościowość dwa. Na podstawie tej informacji i wzoru sumarycznego związku można określić wartościowość drugiego pierwiastka w połączeniach z tlenem.
W nazwach tlenków podaje się wartościowość pierwiastka, który w związkach chemicznych może mieć różną wartościowość.
Praca domowa
Polecenie 2.1
Podaj nazwę wody, używając w nazwie tego związku słowa „tlenek”.
Polecenie 2.2
Określ wartościowość węgla w jego związku z wodorem na podstawie wzoru sumarycznego i strukturalnego. Czy zawsze na podstawie wzoru sumarycznego można wyznaczyć wartościowość? Wzór sumaryczny związku: Wzór strukturalny:
R183QdipX70wo1
iZp4nHFvxK_d5e967
Słowniczek
wzór strukturalny
wzór strukturalny
wzór, który odzwierciedla sposób połączenia atomów w cząsteczce; na jego podstawie można określić liczbę, rodzaj atomów oraz ich wartościowość
wartościowość
wartościowość
liczba wiązań, które tworzy atom danego pierwiastka chemicznego, łącząc się z innymi atomami
iZp4nHFvxK_d5e1025
Zadania
Ćwiczenie 1
Rp7XXokIbjriZ1
zadanie interaktywne
zadanie interaktywne
Oceń, czy podane zdania są prawdziwe, czy fałszywe.
Prawda
Fałsz
W związkach jonowych wartościowość pierwiastka można określić na podstawie ładunku jego jonów.
□
□
Wartościowość zapisujemy przy użyciu rzymskich liczb.
□
□
Wzory strukturalne pozwalają na ustalenie wartościowości.
□
□
Maksymalna wartościowość jaką może osiągnąć azot względem tlenu wynosi siedem.
□
□
Wartościowość chloru w związku z wodorem wynosi jeden.
□
□
Wartościowość metalu w związku o wzorze równa jest cztery.
□
□
Wartościowość chloru w chlorku sodu wynosi minus jeden.
□
□
Wzór sumaryczny tlenku pozwala określić wartościowość pierwiastka tworzącego tlenek.