Елементи зі змінною валентністю

До цих пір ми не пояснювали причину змінної валентності деяких елементів на основі будови їх атомів. Давайте зробимо це на прикладі елемента 16S (сірки).

Дійсно, чому сірка в одних з’єднаннях Двовалентне, в інших – Чотиривалентний, а в третіх – шестивалентний ? Нарешті, звідки саме такі, а не інші значення валентності – II, IV, VI ? Тепер ми знаємо достатньо для того, щоб відповісти на ці питання. Розглянемо три реакції, в яких сірка проявляє різні валентності:

2 H + S = H2S (валентність сірки II),

2 O + S = SO2 (валентність сірки IV),

3 O + S = SO3 (валентність сірки VI).

Сірка своєму розпорядженні свої 16 електронів на 1-му, 2-му і 3- му рівнях:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p4

Як звичайно, нас цікавлять тільки валентні електрони останнього рівня:

… 3s2 3p4

В основному (Не збудженому) стані сірка Двовалентне. У реакції з атомами водню вона утворює сполучення H2S тому, що у неї на двох p – орбіталях (з трьох наявних) знаходиться по одному електрону, і залишається місце для спаровування ще з двома “чужими” електронами водневих атомів. Чому ж не існує таких сполук, як H4S і H6S, де сірка теж проявляє валентність (IV) і (VI) ? Ймовірно, в цьому випадку правило октету для сірки дійсно виявилося б порушеним, оскільки водень недостатньо електроотріцателен, щоб відтягнути “зайві” електрони з зовнішньої оболонки атома сірки. Тому такі сполуки досі не отримані. Ці речовини повинні бути надзвичайно нестійкі. Зате спочатку ” октетное ” молекула сірководню H2S цілком стійка. Таким чином, сірка може проявляти валентність IV і VI тільки в з’єднаннях з більш електронегативними елементами, ніж вона сама. Дійсно, чи не існують сполук K6S, Ca2S, та інших подібних речовин, але цілком стійкий, наприклад, газоподібний фторид сірки SF6.

Електронегативність дає відповідь і ще на одне питання: чому в орбітальних діаграмах на рис. 3-5 і 3-6 ми не малюємо 4s – підрівень, який по енергії теж близький до 3p – і 3d- подуровням ? З глави 2 ми знаємо, що 4s – підрівень в більшості атомів заповнюється електронами навіть раніше 3d- підрівня – відразу слідом за 3p -подуровнем. Чому ж його немає на орбітальних діаграмах ?

Ймовірно, 4s – підрівень можна включати в орбітальні діаграми, але це зовсім нічого не змінить, тому що при з’єднанні сірки з киснем цей підрівень всього лише виконуватиме роль ” електричного дроту “, за яким електрони перетікають від атома сірки до більш електронегативний атомів кисню або фтору.

На щастя, молекулярні орбіталі у з’єднаннях сірки (IV) і (VI) в повному обсязі повторюють електронні оболонки інертних газів, а всього лише подібні ім. Згадаймо, що до цих пір не вдається залучити неон і аргон в хімічні реакції. Якби речовини SO2, SO3, SF4, SF6 виявилися такими ж стійкими, як інертні гази, ми б просто не змогли отримувати з них інші корисні сполуки, з якими познайомимося пізніше.

** У цьому параграфі вам зустрілися не зовсім звичайні “крайні ” структури оксидів сірки SO2 і SO3. Наприклад, у наборі крайніх структур для SO2 у атома чотиривалентної сірки тільки 3 валентних штриха, і в кожній з формул є якийсь дивний ” одновалентний ” кисень. Щоб усунути ці протиріччя, можна атому сірки в ” крайніх ” структурах приписати позитивний заряд, а ” одновалентним ” атомам кисню – негативні заряди. До речі, це буде відповідати реальному розподілу зарядів у молекулі SO2, якщо пам’ятати при цьому, що заряди тут насправді не повні, а часткові.

Посилання на основну публікацію