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 ${\text{H}}_{\text{2}}\text{O}$ ma następujący wzór strukturalny:

RZKut0OyZj9or1

Ilustracja przedstawia wzór strukturalny wody. Pary elektronowe zapisano za pomocą kresek.

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

Tabela przedstawiająca wzory sumaryczne i strukturalne pięciu przykładowych substancji. W lewej kolumnie znajdują się wzory sumaryczne, a w prawej strukturalne. I tak wodór H2 ma postać prostej pary atomów połączonych jedną parą elektronową, podobnie jak bromowodór czyli HBr. Siarkowodór to cząsteczka podobna w kształcie strukturalnym do wody, a więc z atomem siarki w środku z którym atomy wodoru połączone są pojedynczymi parami elektronowymi pod kątem 90 stopni do siebie. Amoniak o wzorze NH3 ma atom azotu w środku, a połączone z nim pojedynczymi parami elektronowymi atomy wodoru rozmieszczone na wierzchołkach trójkąta równobocznejgo. Dwutlenek węgla CO2 to cząsteczka liniowa, w której węgiel i połączone z nim podwójnymi parami elektronowymi atomy tlenu tworzą jedną poziomą linię.

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

Ilustracja przedstawia schemat określania wartościowości atomu na przykładzie azotu w cząsteczce amoniaku. Po lewej stronie obrazka znajduje się strukturalny wzór amoniaku z atomem azotu w środku i połączonymi z nim trzema atomami wodoru. Wiązania wodoru z azotem są kolejno ponumerowane. Po prawej stronie znajduje się tekst podsumowujący: Atom azotu tworzy 3 wiązania, więc jego wartościowość wynosi trzy. Sama wartościowość pod koniec tego zdania zapisana jest w nawiasie liczbą rzymską.

RIlJcTGYThACD1

Ilustracja przedstawia schemat określania wartościowości atomu na przykładzie wodoru w cząsteczce amoniaku. Na obrazku widoczny jest ten sam wzór strukturalny co poprzednio, jednak symbole wodoru oraz odchodzące od nich wiązania zostały wyróżnione kolorem czerwonym.

RoV6HXoiDgN691

Ilustracja przedstawia wzór strukturalny dwutlenku węgla z atomem węgla w środku i połączonymi z nim wiązaniami podwójnymi dwoma atomami tlenu po bokach.

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

Ilustracja przedstawia wycinek atomowego modelu kryształku chlorku sodu, czyli soli kamiennej. Z lewej strony widoczny jest sześcian składający się z większych i mniejszych kół złożonych w regularny deseń, które dla większej czytelności obrazka zostały wyszarzone. Jeden anion chlorkowy i jeden kation sodu sąsiadujące ze sobą zostały wyróżnione kolorami, a po prawej stronie znajduje się ich opis z symbolami Na+ i Cl-.

RKpms55PsTV1M1

Ilustracja przedstawia wycinek atomowego modelu kryształku chlorku magnezu. Z lewej strony widoczny jest sześcian składający się z większych i mniejszych kół złożonych w regularny deseń, które dla większej czytelności obrazka zostały wyszarzone. Dwa aniony chlorkowe i jeden anion magnezowy tworzące cząsteczkę zostały wyróżnione kolorami, a po prawej stronie znajduje się ich opis z symbolami Mg2+ i Cl-.

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 $\text{CO}$ przyjmuje wartościowość równą dwa (II), a w dwutlenku węgla ${\text{CO}}_{\text{2}}$ jego wartościowość wynosi cztery (IV).

Układ okresowy może stanowić pewną pomoc w przewidywaniu maksymalnej wartościowości niektórych pierwiastków w związkach z wodorem lub tlenem.

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).

RxNGGg0LXX9Gx1

Aplikacja interaktywna zawierająca Układ Okresowy pierwiastków, w którym kliknięcie pola z pierwiastkiem powoduje podanie wszystkich jego podstawowych właściwości fizycznych, a także krótkiej informacji na temat zastosowania. Umożliwia ona też podświetlanie wszystkich pierwiastków z danej grupy lub okresu, wyróżnienie graficzne z uwzględnieniem wybranych cech, takich jak metaliczność lub stan skupienia w warunkach normalnych. Aplikacja ma domyślnie włączony tryb pracy Wartościowość typowa i rzadko spotykana, w którym zamiast symbolu, liczby i masy atomowej pierwiastków za pomocą cyfr rzymskich prezentowana jest wartościowość lub wartościowości wszystkich pierwiastków.

Aplikacja interaktywna zawierająca Układ Okresowy pierwiastków, w którym kliknięcie pola z pierwiastkiem powoduje podanie wszystkich jego podstawowych właściwości fizycznych, a także krótkiej informacji na temat zastosowania. Umożliwia ona też podświetlanie wszystkich pierwiastków z danej grupy lub okresu, wyróżnienie graficzne z uwzględnieniem wybranych cech, takich jak metaliczność lub stan skupienia w warunkach normalnych. Aplikacja ma domyślnie włączony tryb pracy Wartościowość typowa i rzadko spotykana, w którym zamiast symbolu, liczby i masy atomowej pierwiastków za pomocą cyfr rzymskich prezentowana jest wartościowość lub wartościowości wszystkich pierwiastków.

Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/DJcOxSKpe

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

Aplikacja interaktywna zawierająca Układ Okresowy pierwiastków, w którym kliknięcie pola z pierwiastkiem powoduje podanie wszystkich jego podstawowych właściwości fizycznych, a także krótkiej informacji na temat zastosowania. Umożliwia ona też podświetlanie wszystkich pierwiastków z danej grupy lub okresu, wyróżnienie graficzne z uwzględnieniem wybranych cech, takich jak metaliczność lub stan skupienia w warunkach normalnych. Aplikacja ma domyślnie włączony tryb pracy rozróżniania barwnego metali i niemetali.

Aplikacja interaktywna zawierająca Układ Okresowy pierwiastków, w którym kliknięcie pola z pierwiastkiem powoduje podanie wszystkich jego podstawowych właściwości fizycznych, a także krótkiej informacji na temat zastosowania. Umożliwia ona też podświetlanie wszystkich pierwiastków z danej grupy lub okresu, wyróżnienie graficzne z uwzględnieniem wybranych cech, takich jak metaliczność lub stan skupienia w warunkach normalnych. Aplikacja ma domyślnie włączony tryb pracy rozróżniania barwnego metali i niemetali.

Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/DJcOxSKpe

$\text{NaS}$

Krok

Nad każdym symbolem zapisujemy wartościowość pierwiastka (która jest podana w tytule instrukcji):

R2wF5CvpiLV9e1

Na ilustracji widoczny jest zaczątek wzoru strukturalnego związku sodu i siarki. Nad symbolami pierwiastków czerwonym kolorem i rzymskimi cyframi wyróżniono wartościowość obydwu pierwiastków. Dla sodu jest to jeden, a dla siarki dwa.

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

Na ilustracji widoczny jest zaczątek wzoru strukturalnego związku sodu i siarki. Nad symbolami pierwiastków czerwonym kolorem i rzymskimi cyframi wyróżniono wartościowość obydwu pierwiastków. Wokół tych cyfr widoczne są niebieskie okręgi i strzałki prowadzące do indeksów dolnych sąsiedniego atomu. A zatem wartościowość dwa z siarki kierowana jest do indeksu sodu, a wartościowość jeden sodu do indeksu siarki.

Krok

Przy przenoszeniu liczb zamieniamy liczby rzymskie na arabskie:

${\text{Na}}_{\text{2}}{\text{S}}_{\text{1}}$

Krok

Cyfrę 1 we wzorze pomijamy. Prawidłowo zapisany wzór sumaryczny ma postać:

${\text{Na}}_{\text{2}}\text{S}$

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

Aplikacja interaktywna zawierająca Układ Okresowy pierwiastków, w którym kliknięcie pola z pierwiastkiem powoduje podanie wszystkich jego podstawowych właściwości fizycznych, a także krótkiej informacji na temat zastosowania. Umożliwia ona też podświetlanie wszystkich pierwiastków z danej grupy lub okresu, wyróżnienie graficzne z uwzględnieniem wybranych cech, takich jak metaliczność lub stan skupienia w warunkach normalnych. Aplikacja ma domyślnie włączony tryb pracy rozróżniania barwnego metali i niemetali.

Aplikacja interaktywna zawierająca Układ Okresowy pierwiastków, w którym kliknięcie pola z pierwiastkiem powoduje podanie wszystkich jego podstawowych właściwości fizycznych, a także krótkiej informacji na temat zastosowania. Umożliwia ona też podświetlanie wszystkich pierwiastków z danej grupy lub okresu, wyróżnienie graficzne z uwzględnieniem wybranych cech, takich jak metaliczność lub stan skupienia w warunkach normalnych. Aplikacja ma domyślnie włączony tryb pracy rozróżniania barwnego metali i niemetali.

Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/DJcOxSKpe

$\text{CrO}$

Krok

Nad każdym symbolem zapisujemy wartościowość pierwiastka (która jest podana w tytule instrukcji):

RlVGFaMzCHMPv1

Na ilustracji widoczny jest zaczątek wzoru strukturalnego związku chromu i tlenu. Nad symbolami pierwiastków czerwonym kolorem i rzymskimi cyframi wyróżniono wartościowość obydwu pierwiastków. Dla chromu jest to sześć, a dla tlenu dwa.

Krok

Następnie przenosimy do indeksów dolnych – sposobem „na krzyż” – cyfry odpowiadające wartościowościom:

RXbW2zSK1zEf51

Na ilustracji widoczny jest zaczątek wzoru strukturalnego związku chromu i tlenu. Nad symbolami pierwiastków czerwonym kolorem i rzymskimi cyframi wyróżniono wartościowość obydwu pierwiastków. Wokół tych cyfr widoczne są niebieskie okręgi i strzałki prowadzące do indeksów dolnych sąsiedniego atomu. A zatem wartościowość dwa z tlenu kierowana jest do indeksu chromu, a wartościowość sześć chromu do indeksu tlenu.

Krok

Przy przenoszeniu liczb zamieniamy liczby rzymskie na arabskie:

${\text{Cr}}_{\text{2}}{\text{O}}_{\text{6}}$

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

Na ilustracji widoczny jest zaczątek wzoru strukturalnego związku chromu i tlenu. Przy symbolach pierwiastków w indeksach dolnych widoczne są liczby dwa dla chromu i sześć dla tlenu. Dodatkowo szarym kolorem dopisano pod nimi kreski ułamkowe i cyfry 2. Prezentowana operacja to skracanie przez najwyższy wspólny dzielnik.

Krok

Po dokonaniu właściwych obliczeń (pamiętając, że liczbę 1 we wzorze pomijamy) otrzymujemy wzór sumaryczny związku:

$\text{Cr}{\text{O}}_{\text{3}}$

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: ${\text{P}}_{\text{2}}{\text{O}}_{\text{5}}$. Mimo to zapisujemy: ${\text{P}}_{\text{4}}{\text{O}}_{\text{10}}$. Dlaczego? Badania wykazały, że cząsteczka tego związku składa się z czterech atomów fosforu i dziesięciu atomów tlenu. Wzór ${\text{P}}_{\text{2}}{\text{O}}_{\text{5}}$ nie odzwierciedla tego faktu.

RrhKBcgmf37fm1

Ilustracja budowy cząsteczki tlenku fosforu pięć w postaci dosyć skomplikowanego modelu przestrzennego tej cząsteczki składającego się z czterech kulek żółtych symbolizujących fosfor i dziesięciu czerwonych symbolizujących tlen. Wiązania czterech atomów fosforu z sześioma atomami tlenu tworzą w przestrzeni układ o kształcie dwóch sklejonych ze sobą ostrosłupów o wspólnej podstawie kwadratowej. Pozostałe cztery atomy tlenu odstają od bryłowatej konstrukcji na boki upodabniając cały kształt do róży wiatrów lub tarczy strzelniczej.

RukjZyCyuRzHA1

Ilustracja budowy cząsteczki tlenku fosforu pięć w postaci wzoru strukturalnego o wyglądzie bazowanym na modelu zaprezentowanym na ilustracji poprzedniej. Występują tu zarówno wiązania pojedyncze jak i podwójne oraz na pozór krzyżujące się wiązania będące w rzeczywistości rozdzielnymi.

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 $\text{CuO}$, w którym wartościowość tlenu wynosi dwa (II), miedź ma identyczną wartościowość (II). W chlorku sodu $\text{NaCl}$ 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 $\text{Ca}{\text{Cl}}_{\text{2}}$, w którym wartościowość chloru wynosi jeden (I)

Instrukcja: Określanie wartościowości wapnia w związku o wzorze $\text{Ca}{\text{Cl}}_{\text{2}}$, 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

Na ilustracji znajduje się zapisana sumarycznie cząsteczka chlorku wapnia o wzorze CaCl2. Współczynniki stechiometryczne przenoszone są na krzyż w górę nad symbole sąsiadujących pierwiastków, co ilustrują niebieskie ukośne strzałki.

Krok

Po przeniesieniu wartości indeksów zapisujemy za pomocą cyfr rzymskich:

R13yEUtZ1ua9n1

Na ilustracji znajduje się wzór sumaryczny cząsteczki chlorku wapnia. Nad symbolami pierwiastków składowych widoczne są wyróżnione czerwonym kolorem liczby rzymskie informujące i wartościowościach tychże pierwiastków. Nad symbolem wapnia jest to liczba dwa, natomiast nad symbolem chloru - jeden.

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 $\text{Ca}{\text{Cl}}_{\text{2}}$ wynosi dwa (II).

R1DdPuqW46HMA1

Film rozpoczyna się planszą z tematem zadania: Jaka jest wartościowość osmu w związku OsO4, w którym wartościowość tlenu wynosi dwa. Po wygaszeniu napisu centralną część kadru zajmuje wzór związku, z którego indeksy 1 za symbolem osmu i 4 za symbolem tlenu zostają oznaczone na zielono i przeniesione na krzyż ponad symbole sąsiednich pierwiastków i zamienione z liczb arabskich nad rzymskie. Wyróżniona zostaje liczba jeden nad symbolem tlenu, a lektor wygłasza komentarz o konieczności pomnożeniu obu liczb tak, aby wartościowość tlenu zgadzała się z założoną. Po pomnożeniu przez dwa wartościowość tlenu zamienia się na dwa, a wartościowość osmu na osiem. Na ekranie pojawia się wniosek końcowy: Wartościowość osmu w związku z tlenem o wzorze OsO4 wynosi osiem.

Film rozpoczyna się planszą z tematem zadania: Jaka jest wartościowość osmu w związku OsO4, w którym wartościowość tlenu wynosi dwa. Po wygaszeniu napisu centralną część kadru zajmuje wzór związku, z którego indeksy 1 za symbolem osmu i 4 za symbolem tlenu zostają oznaczone na zielono i przeniesione na krzyż ponad symbole sąsiednich pierwiastków i zamienione z liczb arabskich nad rzymskie. Wyróżniona zostaje liczba jeden nad symbolem tlenu, a lektor wygłasza komentarz o konieczności pomnożeniu obu liczb tak, aby wartościowość tlenu zgadzała się z założoną. Po pomnożeniu przez dwa wartościowość tlenu zamienia się na dwa, a wartościowość osmu na osiem. Na ekranie pojawia się wniosek końcowy: Wartościowość osmu w związku z tlenem o wzorze OsO4 wynosi osiem.

Film dostępny na portalu epodreczniki.pl

Film rozpoczyna się planszą z tematem zadania: Jaka jest wartościowość osmu w związku OsO4, w którym wartościowość tlenu wynosi dwa. Po wygaszeniu napisu centralną część kadru zajmuje wzór związku, z którego indeksy 1 za symbolem osmu i 4 za symbolem tlenu zostają oznaczone na zielono i przeniesione na krzyż ponad symbole sąsiednich pierwiastków i zamienione z liczb arabskich nad rzymskie. Wyróżniona zostaje liczba jeden nad symbolem tlenu, a lektor wygłasza komentarz o konieczności pomnożeniu obu liczb tak, aby wartościowość tlenu zgadzała się z założoną. Po pomnożeniu przez dwa wartościowość tlenu zamienia się na dwa, a wartościowość osmu na osiem. Na ekranie pojawia się wniosek końcowy: Wartościowość osmu w związku z tlenem o wzorze OsO4 wynosi osiem.

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.

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: $\text{Pb}{\text{O}}_{\text{2}}$ i $\text{PbO}$.
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 $\text{Pb}{\text{O}}_{\text{2 }}$ i $\text{PbO}$to odpowiednio: tlenek ołowiu(IV) i tlenek ołowiu(II). W nazwach tlenków nie określa się wartościowości tlenu, gdyż zawsze wynosi ona dwa (II).

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 ${\text{Fe}}_{\text{2}}{\text{O}}_{\text{3}}$

Instrukcja: Ustalanie nazwy tlenku o wzorze sumarycznym ${\text{Fe}}_{\text{2}}{\text{O}}_{\text{3}}$

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

Na ilustracji znajduje się zapisana sumarycznie cząsteczka tlenku żelaza o wzorze Fe2O3. Współczynniki stechiometryczne przenoszone są na krzyż w górę nad symbole sąsiadujących pierwiastków, co ilustrują niebieskie ukośne strzałki. Nad symbolami żelaza i tlenu widoczne są zapisane czerwonymi rzymskimi liczbami wartościowości wynoszące kolejno trzy i dwa.

Krok

Po ustaleniu wartościowości żelaza, która wynosi trzy, możemy napisać nazwę tlenku.
Tlenek o wzorze sumarycznym ${\text{Fe}}_{\text{2}}{\text{O}}_{\text{3}}$ nazywa się tlenkiem żelaza(III).

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.

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 ${\text{H}}_{\text{2}}\text{S}{\text{O}}_{\text{4}}$. 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

Film rozpoczyna się planszą z tematem zadania: Narysuj wzór strukturalny związku cząsteczkowego zbudowanego z dwóch pierwiastków - azotu o wartościowości trzy i wodoru. Wyrazy azot i wodór zostały wyróżnione czerwonym kolorem. Na ekranie pojawiają się symbol azotu z zaznaczonymi trzema wolnymi wiązaniami na środku planszy oraz po lewej stronie symbol wodoru z jednym wolnym wiązaniem. Kreski symbolizujące wolne wiązania przy obu atomach są numerowane. Atom wodoru przemieszcza się i zajmuje miejsce przy jednym z wolnych wiązań azotu, a chwilę później zza dolnej i prawej krawędzi ekranu wyjeżdżają jeszcze dwa atomy uzupełniając wzór cząsteczki. W prawym dolnym rogu ekranu pojawia się wzór sumaryczny NH3.

Film rozpoczyna się planszą z tematem zadania: Narysuj wzór strukturalny związku cząsteczkowego zbudowanego z dwóch pierwiastków - azotu o wartościowości trzy i wodoru. Wyrazy azot i wodór zostały wyróżnione czerwonym kolorem. Na ekranie pojawiają się symbol azotu z zaznaczonymi trzema wolnymi wiązaniami na środku planszy oraz po lewej stronie symbol wodoru z jednym wolnym wiązaniem. Kreski symbolizujące wolne wiązania przy obu atomach są numerowane. Atom wodoru przemieszcza się i zajmuje miejsce przy jednym z wolnych wiązań azotu, a chwilę później zza dolnej i prawej krawędzi ekranu wyjeżdżają jeszcze dwa atomy uzupełniając wzór cząsteczki. W prawym dolnym rogu ekranu pojawia się wzór sumaryczny NH3.

Film dostępny na portalu epodreczniki.pl

Film rozpoczyna się planszą z tematem zadania: Narysuj wzór strukturalny związku cząsteczkowego zbudowanego z dwóch pierwiastków - azotu o wartościowości trzy i wodoru. Wyrazy azot i wodór zostały wyróżnione czerwonym kolorem. Na ekranie pojawiają się symbol azotu z zaznaczonymi trzema wolnymi wiązaniami na środku planszy oraz po lewej stronie symbol wodoru z jednym wolnym wiązaniem. Kreski symbolizujące wolne wiązania przy obu atomach są numerowane. Atom wodoru przemieszcza się i zajmuje miejsce przy jednym z wolnych wiązań azotu, a chwilę później zza dolnej i prawej krawędzi ekranu wyjeżdżają jeszcze dwa atomy uzupełniając wzór cząsteczki. W prawym dolnym rogu ekranu pojawia się wzór sumaryczny NH3.

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: ${\text{C}}_{\text{2}}{\text{H}}_{\text{6}}$
Wzór strukturalny:

R183QdipX70wo1

Ilustracja przedstawia wzór strukturalny etanu, na który składają się dwa atomy węgla i sześć atomów wodoru. Atomy węgla połączone są ze sobą wiązaniem pojedynczym, a ponadto do każdego atomu węgla przyłączone są po trzy atomy węgla. Jeden z góry, jeden z dołu i jeden z boku od strony przeciwległej do sąsiadującego atomu węgla.

Słowniczek

Zadania