Как составить формулу вещества по валентности

Что такое валентность

Валентность показывает, сколько химических связей образует атом в рассматриваемом соединении. Её традиционно обозначают римской цифрой над символом элемента: I, II, III и так далее.

У некоторых элементов в типовых соединениях валентность постоянна, у других может меняться. Поэтому для элемента с переменной валентностью нужно использовать значение из названия, условия или известной формулы вещества.

Валентность и степень окисления — разные понятия. В простых учебных примерах они могут быть численно похожи, но алгоритм этой страницы использует именно заданные валентности.

Алгоритм через наименьшее общее кратное

Запишите символы элементов в порядке, принятом для данного типа соединения. Укажите валентность каждого, найдите НОК двух значений, затем разделите НОК на соответствующую валентность. Частные дают индексы.

Индекс 1 в химической формуле не пишут. Все индексы должны быть наименьшими целыми числами, сохраняющими баланс валентностей.

• записать символы и известные валентности
• найти НОК валентностей
• разделить НОК на каждую валентность
• записать и при необходимости сократить индексы

Полный пример: оксид алюминия

Составим формулу соединения Al(III) и O(II). Наименьшее общее кратное чисел 3 и 2 равно 6. Для алюминия индекс равен 6/3 = 2, для кислорода — 6/2 = 3.

Получаем Al₂O₃. Проверка баланса: 2 атома Al дают 2 × III = 6 единиц валентности, а 3 атома O дают 3 × II = 6. Значения равны.

Механическое перенесение валентностей крест-накрест даёт тот же результат, но способ через НОК надёжнее: он сразу показывает необходимость сокращения индексов.

Когда индексы нужно сокращать

Для C(IV) и O(II) простое перенесение чисел дало бы C₂O₄, но индексы имеют общий делитель 2. Сокращаем отношение до 1 : 2 и получаем CO₂.

Через НОК результат виден сразу: НОК(4, 2) = 4, индекс C равен 4/4 = 1, индекс O — 4/2 = 2. Единицу не записывают.

Формула должна отражать наименьшее целочисленное отношение атомов для рассматриваемого бинарного соединения. Несокращённая запись может обозначать другой состав или не соответствовать принятой формульной единице.

Соединения со сложной группой

Многоатомную группу с известной валентностью рассматривают как единое целое. Например, для Ca(II) и гидроксогруппы OH(I) НОК равно 2: нужен один Ca и две группы OH. Формула — Ca(OH)₂.

Скобки нужны, когда индекс относится ко всей группе. Запись CaOH₂ неверно показывает состав: индекс 2 относился бы только к H, а не к группе OH.

Для Al(III) и сульфатной группы SO₄(II) НОК равно 6, поэтому получаем Al₂(SO₄)₃. Проверка: 2 × III = 3 × II = 6.

Как определить валентность по готовой формуле

Если валентность одного элемента известна, используйте равенство общего числа связей. В Fe₂O₃ кислород двухвалентен: три атома дают 3 × II = 6 единиц. Их делят между двумя атомами Fe, поэтому валентность железа равна III.

В CuO кислород имеет валентность II, а индексы равны 1 : 1, следовательно, медь также двухвалентна. В Cu₂O один атом O даёт две единицы на два атома Cu, поэтому валентность меди равна I.

Метод применяют к простым формулам с известными валентностями остальных частей. Для сложного строения одной молекулярной формулы может быть недостаточно.

Типичные ошибки и проверка

Чаще всего не сокращают индексы, записывают индекс 1, путают валентность с числом атомов, забывают скобки вокруг группы или используют не то значение для элемента с переменной валентностью.

Проверяйте равенство: индекс первого элемента × его валентность должен совпасть с индексом второго × его валентность. Затем убедитесь, что индексы целые, наименьшие и единицы не записаны.

• индекс и валентность выполняют разные роли
• отношение индексов сокращают
• индекс 1 не пишут
• повторяющуюся сложную группу берут в скобки