วาเลนซ์ (เคมี)
ในวิชาเคมีวาเลนซ์ (valence) หรือวาเลนซี (valency) ของอะตอมคือ การวัดความสามารถในการรวมตัวกับอะตอมอื่น ๆ เมื่อมันเกิดเป็นสารประกอบทางเคมีหรือโมเลกุลโดยทั่วไปแล้ว วาเลนซ์หมายถึงจำนวนพันธะเคมีที่อะตอมแต่ละตัวของธาตุเคมี นั้น ๆ สร้างขึ้นพันธะคู่ถือเป็นสองพันธะพันธะสามเป็นสามพันธะ พันธะสี่เป็นสี่พันธะ พันธะห้าเป็นห้าพันธะ และพันธะหกเป็นหกพันธะ ในสารประกอบส่วนใหญ่ วาเลนซ์ของไฮโดรเจนคือ 1 ของออกซิเจนคือ 2 ของไนโตรเจนคือ 3 และของคาร์บอนคือ 4 วาเลนซ์ไม่ควรสับสนกับแนวคิดที่เกี่ยวข้อง เช่นเลขโคออร์ดิเนชันสถานะออกซิเดชันหรือจำนวนอิเล็กตรอนวาเลนซ์ของอะตอมนั้น ๆ
คำอธิบาย
วาเลนซ์คือความสามารถในการรวมตัวของอะตอมของธาตุที่กำหนด โดยพิจารณาจากจำนวนอะตอมของไฮโดรเจนที่มันรวมตัวด้วย ในมีเทนคาร์บอนมีวาเลนซ์ 4; ในแอมโมเนียไนโตรเจนมีวาเลนซ์ 3; ในน้ำ ออกซิเจนมีวาเลนซ์ 2; และในไฮโดรเจนคลอไรด์ คลอรีนมีวาเลนซ์ 1 คลอรีนมีวาเลนซ์ 1 จึงสามารถใช้แทนไฮโดรเจนในสารประกอบหลายชนิดได้ ฟอสฟอรัสมีวาเลนซ์ 3 ใน ฟ สฟีน ( PH3 ) และวาเลนซ์ 5 ในฟอสฟอรัสเพนตาคลอไรด์ ( PCl5 ซึ่งแสดงให้เห็นว่าธาตุหนึ่งอาจมีวาเลนซ์ได้มากกว่าหนึ่งค่าสูตรโครงสร้างของสารประกอบแสดงถึงการเชื่อมต่อของอะตอม โดยมีเส้นลากระหว่างอะตอมสองอะตอมเพื่อแสดงพันธะ[ 1 ]ตารางสองตารางด้านล่างแสดงตัวอย่างของสารประกอบต่างๆ สูตรโครงสร้าง และวาเลนซ์ของแต่ละธาตุในสารประกอบนั้น
| สารประกอบ | H ไฮโดรเจน | CH มีเทน | C H โพรเพน | C H โพรพิลีน | C H อะเซทิลีน |
|---|---|---|---|---|---|
| แผนภาพ | |||||
| วาเลนซี |
|
|
|
|
|
| สารประกอบ | NH แอมโมเนีย | NaCN โซเดียมไซยาไนด์ | PSCl ไทโอฟอสฟอริลคลอไรด์ | H₂S ไฮโดรเจนซัลไฟด์ | H₂SO₄ กรดซัลฟิ | กรดไดกH₂S₂O₆ | Cl O ไดคลอรีนเฮปทอกไซด์ | XeO ซีนอนเตตระออกไซด์ |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| แผนภาพ | ||||||||
| วาเลนซี |
|
|
|
|
|
|
|
|
คำนิยาม
ค่าเวเลนซ์ถูกกำหนดโดยIUPACดังนี้: [ 2 ]
- จำนวนสูงสุดของอะตอมวาเลนซ์เดี่ยว (เดิมคืออะตอมไฮโดรเจนหรือคลอรีน) ที่สามารถรวมตัวกับอะตอมของธาตุที่กำลังพิจารณา หรือกับชิ้นส่วน หรือที่อะตอมของธาตุนี้สามารถเข้ามาแทนที่ได้
คำอธิบายสมัยใหม่ทางเลือกอื่นคือ: [ 3 ]
- จำนวนอะตอมไฮโดรเจนที่สามารถรวมตัวกับธาตุในสารประกอบไฮไดรด์แบบไบนารี หรือสองเท่าของจำนวนอะตอมออกซิเจนที่รวมตัวกับธาตุในสารประกอบออกไซด์ของธาตุนั้น
คำจำกัดความนี้แตกต่างจากคำจำกัดความของ IUPAC เนื่องจากธาตุหนึ่งอาจมีวาเลนซ์ได้มากกว่าหนึ่งค่า
การพัฒนาทางประวัติศาสตร์
รากศัพท์ของคำว่าvalence (พหูพจน์valences ) และvalency (พหูพจน์valencies ) สืบย้อนไปถึงปี ค.ศ. 1425 ซึ่งหมายถึง "สารสกัด การเตรียม" มาจากภาษาละตินvalentia ซึ่งหมายถึง "ความแข็งแรง ความสามารถ " มาจาก คำว่า valorในยุคก่อนหน้าซึ่งหมายถึง "คุณค่า มูลค่า" และความหมายทางเคมีที่อ้างถึง "พลังการรวมตัวของธาตุ" ได้รับการบันทึกไว้ตั้งแต่ปี ค.ศ. 1884 มาจากภาษาเยอรมันValenz [ 4 ]

แนวคิดเรื่องวาเลนซ์ได้รับการพัฒนาในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 19 และช่วยอธิบายโครงสร้างโมเลกุลของสารประกอบอนินทรีย์และอินทรีย์ได้อย่างประสบความสำเร็จ[ 1 ] การค้นหาสาเหตุพื้นฐานของวาเลนซ์นำไปสู่ทฤษฎีพันธะเคมีสมัยใหม่ ซึ่งรวมถึงอะตอมทรงลูกบาศก์ (1902) โครงสร้างลูอิส (1916) ทฤษฎีพันธะวาเลนซ์ (1927) ออร์ บิทัลโมเลกุล (1928) ทฤษฎีการผลักกันของอิเล็กตรอนคู่ในเปลือกวาเลนซ์ (1958) และวิธีการขั้นสูงทั้งหมดของเคมีควอนตัม
ในปี ค.ศ. 1789 วิลเลียม ฮิกกินส์ได้ตีพิมพ์มุมมองเกี่ยวกับสิ่งที่เขาเรียกว่าการรวมกันของอนุภาค "ขั้นสุดท้าย" ซึ่งเป็นลางบอกเหตุถึงแนวคิดของพันธะวาเลนซี[ 5 ]ตัวอย่างเช่น หากตามที่ฮิกกินส์กล่าวไว้ แรงระหว่างอนุภาคขั้นสุดท้ายของออกซิเจนและอนุภาคขั้นสุดท้ายของไนโตรเจนคือ 6 ความแข็งแรงของแรงก็จะถูกแบ่งตามนั้น และเช่นเดียวกันสำหรับการรวมกันของอนุภาคขั้นสุดท้ายอื่นๆ (ดูภาพประกอบ)
อย่างไรก็ตาม จุดเริ่มต้นที่แท้จริงของทฤษฎีวาเลนซีทางเคมีสามารถสืบย้อนไปได้ถึงบทความในปี ค.ศ. 1852 โดยเอ็ดเวิร์ด แฟรงก์แลนด์ซึ่งเขารวมทฤษฎีอนุมูลอิสระ แบบเก่า เข้ากับความคิดเกี่ยวกับความสัมพันธ์ทางเคมีเพื่อแสดงให้เห็นว่าธาตุบางชนิดมีแนวโน้มที่จะรวมตัวกับธาตุอื่นเพื่อสร้างสารประกอบที่มีธาตุที่เชื่อมต่ออยู่ 3 ธาตุ กล่าวคือ ในกลุ่ม 3 อะตอม (เช่นNO₃, NH₃, NI₃ )หรือ5ธาตุกลุ่ม 5 อะตอม (เช่น , NH₄O , PO₅ เป็นต้นตามที่เขากล่าว นี่เป็นวิธีที่ความสัมพันธ์ของพวกมันได้รับการตอบสนองได้ดีที่สุด และโดยการปฏิบัติตามตัวอย่างและสมมติฐานเหล่านี้ เขาประกาศว่ามันชัดเจนเพียงใดว่า[ 6 ]
มีแนวโน้มหรือกฎเกณฑ์บางอย่างที่ปรากฏอยู่ (ในที่นี้) และไม่ว่าลักษณะของอะตอมที่รวมกันจะเป็นอย่างไรก็ตามพลังในการรวมตัวของธาตุที่ดึงดูด หากผมจะอนุญาตให้ใช้คำนี้ ก็จะถูกเติมเต็มด้วยจำนวนอะตอมที่เท่ากันเสมอ
"พลังการรวม" นี้ต่อมาเรียกว่าควอนติวาเลนซ์หรือวาเลนซี (และวาเลนซ์โดยนักเคมีชาวอเมริกัน) [ 5 ]ในปี พ.ศ. 2390 ออกัสต์ เคคูเลเสนอค่าวาเลนซ์คงที่สำหรับธาตุหลายชนิด เช่น 4 สำหรับคาร์บอน และใช้ค่าเหล่านี้เพื่อเสนอสูตรโครงสร้างสำหรับ โมเลกุล อินทรีย์ หลายชนิด ซึ่งยังคงได้รับการยอมรับในปัจจุบัน
Lothar MeyerในหนังสือDie modernen Theorien der Chemie ปี 1864 ของเขา มีตารางธาตุเวอร์ชันแรกที่มีธาตุ 28 ชนิด โดยจัดประเภทธาตุเป็น 6 หมู่ตามวาเลนซ์ เป็นครั้งแรก งานเกี่ยวกับการจัดเรียงธาตุตามน้ำหนักอะตอมจนถึงขณะนั้นถูกขัดขวางโดยการใช้น้ำหนักสมมูลของธาตุอย่างแพร่หลาย แทนที่จะใช้น้ำหนักอะตอม[ 7 ]
นักเคมีส่วนใหญ่ในศตวรรษที่ 19 นิยามวาเลนซ์ของธาตุว่าเป็นจำนวนพันธะของธาตุนั้น โดยไม่ได้แยกแยะประเภทของวาเลนซ์หรือพันธะที่แตกต่างกัน อย่างไรก็ตาม ในปี 1893 อัลเฟรด เวอร์เนอร์ได้อธิบายถึงสารประกอบเชิงซ้อนของโลหะ ทรานซิชัน เช่น[ Co(NH3 6 Cl3 เขาได้แยกแยะ วาเลนซ์ หลักและ วาเลนซ์ รอง (ภาษาเยอรมัน: 'Hauptvalenz' และ 'Nebenvalenz') ซึ่งสอดคล้องกับแนวคิดสมัยใหม่ของสถานะออกซิเดชันและเลขโคออร์ดิเนชันตามลำดับ
สำหรับธาตุหมู่หลักในปี ค.ศ. 1904 ริชาร์ด อาเบกก์ได้พิจารณา ค่าวา เลนซ์บวกและลบ (สถานะออกซิเดชันสูงสุดและต่ำสุด) และเสนอหลักการของอาเบกก์ที่ระบุว่า ผลต่างของค่าวาเลนซ์ทั้งสองมักจะเป็น 8
นิยามทางเลือกของวาเลนซ์ ซึ่งพัฒนาขึ้นในช่วงทศวรรษ 1920 และมีผู้สนับสนุนในปัจจุบัน แตกต่างกันในกรณีที่ประจุฟอร์มัล ของ อะตอมไม่เป็นศูนย์ โดยนิยามวาเลนซ์ของอะตอมที่กำหนดในโมเลกุลโคเวเลนต์ว่าเป็นจำนวนอิเล็กตรอนที่อะตอมใช้ในการสร้างพันธะ: [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]
- เวเลนซ์ = จำนวนอิเล็กตรอนในวงโคจรชั้นนอกสุดของอะตอมอิสระ − จำนวนอิเล็กตรอนที่ไม่เกิดพันธะในอะตอมในโมเลกุล
หรือเทียบเท่า:
- ค่าเวเลนซ์ = จำนวนพันธะ + ประจุฟอร์มัล
ตามธรรมเนียมนี้ ไนโตรเจนในไอออนแอมโมเนียม[ NH ] +จะจับกับอะตอมไฮโดรเจนสี่อะตอม แต่ถือว่าเป็นอะตอมที่มีวาเลนซ์ห้า เนื่องจากอิเล็กตรอนวาเลนซ์ทั้งห้าของไนโตรเจนมีส่วนร่วมในการจับ[ 8 ]
อิเล็กตรอนและเวเลนซ์
แบบ จำลอง อะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด (ค.ศ. 1911) แสดงให้เห็นว่าด้านนอกของอะตอมนั้นเต็มไปด้วยอิเล็กตรอนซึ่งบ่งชี้ว่าอิเล็กตรอนมีบทบาทสำคัญในการปฏิสัมพันธ์ระหว่างอะตอมและการเกิดพันธะเคมี ในปี ค.ศ. 1916 กิลเบิร์ต เอ็น. ลูอิสได้อธิบายเรื่องวาเลนซ์และพันธะเคมีโดยกล่าวถึงแนวโน้มของอะตอม (หมู่หลัก) ที่จะมีอิเล็กตรอนในวง โคจร ชั้นนอกสุดครบ 8 ตัว ตามที่ลูอิสกล่าวพันธะโคเวเลนต์ทำให้เกิดอิเล็กตรอนครบ 8 ตัวโดยการแบ่งปันอิเล็กตรอน และพันธะไอออนิกทำให้เกิดอิเล็กตรอนครบ 8 ตัวโดยการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่ง คำว่าโคเวเลนซ์นั้นมาจากเออร์วิง แลงมัวร์ซึ่งกล่าวไว้ในปี ค.ศ. 1919 ว่า "จำนวนคู่ของอิเล็กตรอนที่อะตอมใดๆ แบ่งปันกับอะตอมข้างเคียงเรียกว่าโคเวเลนซ์ของอะตอมนั้น" [ 13 ]คำนำหน้าco-หมายถึง "ร่วมกัน" ดังนั้นพันธะโคเวเลนต์จึงหมายความว่าอะตอมมีวาเลนซ์ร่วมกัน ต่อมาจึงเป็นเรื่องปกติที่จะพูดถึงพันธะโคเวเลนต์มากกว่าวาเลนซ์ซึ่งเลิกใช้ไปแล้วในงานระดับสูงเนื่องจากความก้าวหน้าในทฤษฎีพันธะเคมี แต่ยังคงใช้กันอย่างแพร่หลายในการศึกษาเบื้องต้น ซึ่งเป็นการ แนะนำ เชิงอุปมาอุปไมยเกี่ยวกับเรื่องนี้
ในช่วงทศวรรษ 1930 ไลนัส พอลลิงเสนอว่ายังมีพันธะโคเวเลนต์แบบมีขั้วซึ่งอยู่ระหว่างพันธะโคเวเลนต์และพันธะไอออนิก และระดับความเป็นไอออนิกขึ้นอยู่กับความแตกต่างของค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีของอะตอมทั้งสองที่เชื่อมต่อกัน
นอกจากนี้ พอลลิงยังพิจารณาโมเลกุลที่มีวาเลนซ์สูงเกินปกติ ซึ่งธาตุหมู่หลักมีวาเลนซ์ปรากฏมากกว่าค่าสูงสุด 4 ที่กฎออกเตตอนุญาต ตัวอย่างเช่น ใน โมเลกุล ซัลเฟอร์เฮกซาฟลู ออไรด์ ( SF6 ) ลลิงพิจารณาว่าซัลเฟอร์สร้างพันธะสองอิเล็กตรอนที่แท้จริง 6 พันธะโดยใช้ออร์บิทัลอะตอมไฮบริด sp3d2 ซึ่งรวมออร์บิทัล s หนึ่งตัว ออร์บิทัล p สามตัว และออร์บิทัล d สองตัว อย่างไรก็ตาม เมื่อไม่นานมานี้การคำนวณทางกลศาสตร์ควอนตัมเกี่ยวกับโมเลกุลนี้และโมเลกุลที่คล้ายกันได้แสดงให้เห็นว่าบทบาทของออร์บิทัล d ในการสร้างพันธะนั้นมีน้อยมาก และ โมเลกุล SF6 ควรได้รับการอธิบายว่ามีพันธะโควาเลนต์แบบมีขั้ว (ไอออนิกบางส่วน) พันธะที่สร้างจากออร์บิทัลเพียงสี่ตัวบนซัลเฟอร์ (s หนึ่งตัวและ p สามตัว) ตามกฎออกเตต พร้อมกับออร์บิทัลหกตัวบนฟลูออรีน[ 14 ]การคำนวณที่คล้ายกันบนโมเลกุลโลหะทรานซิชันแสดงให้เห็นว่าบทบาทของออร์บิทัล p นั้นมีน้อย ดังนั้นออร์บิทัล s หนึ่งตัวและออร์บิทัล d ห้าตัวบนโลหะจึงเพียงพอที่จะอธิบายพันธะได้[ 15 ]
วาเลนซ์ทั่วไป
สำหรับธาตุในหมู่หลักของตารางธาตุค่าเวเลนซ์สามารถแปรผันได้ระหว่าง 1 ถึง 8
| กลุ่ม | วาเลนซ์ 1 | วาเลนซ์ 2 | วาเลนซ์ 3 | วาเลนซ์ 4 | วาเลนซ์ 5 | วาเลนซ์ 6 | วาเลนซ์ 7 | วาเลนซ์ 8 | ค่าวาเลนซ์ทั่วไป |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 (I) | NaCl KCl | 1 | |||||||
| 2 (II) | เอ็มจีแอลแคลเซียมแอล | 2 | |||||||
| 13 (III) | อินบร ทีแอลไอ | BCl AlCl Al O | 3 | ||||||
| 14 (IV) | CO PbCl | CO CH SiCl | 2 และ 4 | ||||||
| 15 (วี) | เลขที่ | NH PH As O | หมายเลข | N O PCl | 3 และ 5 | ||||
| 16 (VI) | H O H S SCl | SO SF | SO SF H SO | 2, 4 และ 6 | |||||
| 17 (VII) | ไฮโดรคลอ ไรด์ ไอ ซีแอล | HClO ClF | ClO | ถ้า HClO | IF Cl O HClO | 1, 3, 5 และ 7 | |||
| 18 (VIII) | KrF | XeF | ซีโอ | ซีโอ | 0, 2, 4, 6 และ 8 |
ธาตุหลายชนิดมีวาเลนซ์ร่วมกันซึ่งสัมพันธ์กับตำแหน่งในตารางธาตุ และในปัจจุบันนี้มีการอธิบายเรื่องนี้ด้วยกฎออกเตตคำนำ หน้าตัวเลข กรีก/ละติน(mono-/uni-, di-/bi-, tri-/ter- และอื่นๆ)ใช้เพื่ออธิบายไอออนในสถานะประจุ 1, 2, 3 และอื่นๆ ตามลำดับโพลีวาเลนซ์หรือมัลติวาเลนซ์หมายถึงสปีชีส์ที่ไม่จำกัดจำนวนพันธะ วาเลนซ์ที่แน่นอน สปีชีส์ที่มีประจุเดียวเรียกว่ายูนิวาเลนต์ (โมโนวาเลนต์) ตัวอย่างเช่นไอออนCs +เป็นไอออนยูนิวาเลนต์หรือโมโนวาเลนต์ ในขณะที่ ไอออน Ca2 +เป็นไอออนไดวาเลนต์ และ ไอออน Fe3 +เป็นไอออนไตรวาเลนต์ แตกต่างจาก Cs และ Ca ไอออน Fe สามารถมีสถานะประจุอื่นๆ ได้เช่นกัน โดยเฉพาะ 2+ และ 4+ ดังนั้นจึงเรียกว่า ไอออน มัลติวาเลนต์ (โพลีวาเลนต์) [ 16 ]โลหะทรานซิชันและโลหะทางขวามักจะมีหลายวาเลนซ์ แต่ไม่มีรูปแบบง่ายๆ ที่สามารถทำนายวาเลนซ์ของพวกมันได้[ 17 ]
| วาเลนซ์ | คำคุณศัพท์ที่ใช้บ่อยกว่า‡ | คำคุณศัพท์ที่มีความหมายเหมือนกันแต่พบไม่บ่อยนัก‡§ |
|---|---|---|
| 0-วาเลนต์ | ศูนย์วาเลนซ์ | ไม่มีวาเลนซ์ |
| 1-วาเลนต์ | โมโนวาเลนต์ | ยูนิวาเลนต์ |
| 2-วาเลนต์ | ไดวาเลนต์ | ไบวาเลนต์ |
| 3-วาเลนต์ | ไตรวาเลนต์ | ไตรวาเลนต์ |
| 4-วาเลนต์ | เตตระวาเลนต์ | ควอดริวาเลนต์ |
| 5-วาเลนต์ | เพนตาเวเลนต์ | ห้าวาเลนท์เทียบเท่าห้า |
| 6-วาเลนต์ | เฮกซาวาเลนต์ | หกวาเลนท์ |
| 7-วาเลนต์ | เฮปตาเวเลนต์ | เซปติวาเลนต์ |
| 8-วาเลนต์ | ออกตาเวเลนต์ | — |
| 9-วาเลนต์ | โนนาวาเลนต์ | — |
| 10-วาเลนต์ | เดคาเวเลนต์ | — |
| 11-วาเลนต์ | อันเดคาเวเลนต์ | — |
| 12-วาเลนต์ | โดเดคาวาเลนต์ | — |
| หลาย / มาก / แปรผัน | โพลีวาเลนต์ | มัลติวาเลนต์ |
| ด้วยกัน | โควาเลนต์ | — |
| ไม่ได้อยู่ด้วยกัน | ไม่ใช่พันธะโควาเลนต์ | — |
† คำคุณศัพท์เดียวกันนี้ยังใช้ในทางการแพทย์เพื่ออ้างถึงจำนวนวัคซีน โดยมีความแตกต่างเล็กน้อยตรงที่ในความหมายหลัง คำว่าquadri- จะใช้บ่อยกว่าtetra-
‡ ดังที่แสดงโดยจำนวนการเข้าชมในคลังข้อมูลการค้นหาเว็บของ Google และคลังข้อมูลการค้นหา Google Books (เข้าถึงเมื่อปี 2017)
§ อาจพบรูปแบบอื่นๆ อีกเล็กน้อยในคลังข้อมูลภาษาอังกฤษขนาดใหญ่ (ตัวอย่างเช่น*quintavalent, *quintivalent, *decivalent ) แต่รูปแบบเหล่านี้ไม่ใช่รูปแบบที่ได้รับการยอมรับโดยทั่วไปในภาษาอังกฤษ ดังนั้นจึงไม่ได้ถูกบันทึกไว้ในพจนานุกรมหลักๆ
วาเลนซ์เทียบกับสถานะออกซิเดชัน
เนื่องจากคำว่าวาเลนซ์มีความกำกวม[ 18 ] จึงนิยมใช้สัญลักษณ์อื่น มากกว่าในปัจจุบัน นอกจากสัญลักษณ์แลมบ์ดาตามที่ใช้ในระบบการตั้งชื่อเคมีอนินทรีย์ของ IUPAC [ 19 ]สถานะออกซิเดชันยังเป็นตัวบ่งชี้ที่ชัดเจนกว่าของสถานะอิเล็กตรอนของอะตอมในโมเลกุล
สถานะออกซิเดชันของอะตอมในโมเลกุลจะระบุจำนวนอิเล็กตรอนวาเลนซ์ที่ได้รับหรือสูญเสียไป[ 20 ]ตรงกันข้ามกับเลขวาเลนซ์ สถานะออกซิเดชันสามารถเป็นบวก (สำหรับอะตอมที่มีประจุบวก) หรือลบ (สำหรับ อะตอม ที่มีประจุลบ )
ธาตุที่มีสถานะออกซิเดชันสูง จะมีสถานะออกซิเดชันสูงกว่า +4 และธาตุที่มีสถานะวาเลนซ์สูง ( ธาตุ ไฮเปอร์วาเลนซ์ ) จะมีวาเลนซ์สูงกว่า 4 ตัวอย่างเช่น ในเพอร์คลอเรตClO⁻₄ คลอรีนมีพันธะวาเลนซ์ 7 พันธะ (ดังนั้นจึงเป็นเฮปตาเวเลนต์ หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือมีวาเลนซ์ 7) และมีสถานะออกซิเดชัน +7 ในรูทีเนียมเตตรอกไซด์รูทีเนียมมี พันธะวาเลนซ์ 8 พันธะ (ดังนั้นจึงเป็นออกตาเวเลนต์ หรือกล่าวอีกนัยหนึ่ง คือมีวาเลนซ์ 8) และมีสถานะออกซิเดชัน +8
ในโมเลกุลบางชนิด มีความแตกต่างระหว่างวาเลนซ์และสถานะออกซิเดชันของอะตอมที่กำหนด ตัวอย่างเช่น ในโมเลกุลไดซัลเฟอร์เดคาฟลูออซัลเฟอร์แต่ละ อะตอม มีพันธะวาเลนซ์ 6 พันธะ (พันธะเดี่ยว 5 พันธะกับ อะตอม ฟลูออรีนและพันธะเดี่ยว 1 พันธะกับอะตอมซัลเฟอร์อีกอะตอม) ดังนั้น อะตอมซัลเฟอร์แต่ละอะตอมจึงมีวาเลนซ์ 6 แต่มีสถานะออกซิเดชัน +5 ในโมเลกุลไดออกซิเจนO₂ ออกซิเจนแต่ละ อะตอม มีพันธะวาเลนซ์ 2 พันธะ ดังนั้นจึงมีวาเลนซ์ 2 แต่มีสถานะออกซิเดชัน 0 ในอะเซทิลีนH−C≡C−H₂ อะตอม คาร์บอนแต่ละ อะตอม มีพันธะวาเลนซ์ 4 พันธะ (พันธะเดี่ยว 1 พันธะกับ อะตอม ไฮโดรเจนและพันธะสาม 1 พันธะ กับอะตอม คาร์บอนอีกอะตอม) อะตอมคาร์บอนแต่ละอะตอมมีวาเลนซ์ 4 แต่มีสถานะออกซิเดชัน -1
ตัวอย่าง
| สารประกอบ | สูตร | วาเลนซ์ | สถานะออกซิเดชัน | แผนภาพ |
|---|---|---|---|---|
| ไฮโดรเจนคลอไรด์ | ไฮโดรคลอไรด์ | H = 1 Cl = 1 | H = +1 Cl = −1 | เอช-คลอไรด์ |
| กรดเปอร์คลอริก * | เอชซีแอลโอ | H = 1 Cl = 7 O = 2 | H = +1 Cl = +7 O = −2 | |
| มีเทน | บทที่ | C = 4 H = 1 | C = −4 H = +1 | |
| ไดคลอโรมีเทน ** | CH Cl | C = 4 H = 1 Cl = 1 | C = 0 H = +1 Cl = −1 | |
| เฟอร์รัสออกไซด์ *** | เฟโอ | Fe = 2 O = 2 | Fe = +2 O = −2 | Fe=O |
| เฟอร์ริกออกไซด์ *** | เฟโอ | Fe = 3 O = 2 | Fe = +3 O = −2 | O=Fe−O−Fe=O |
| โซเดียมไฮไดรด์ | นาฮ์ | Na = 1 H = 1 | Na = +1 H = −1 | นา-เอช |
*ไอออนเปอร์คลอเรต ClO − 4 เป็นไอออนโมโนวาเลนต์ กล่าวคือ มีวาเลนซ์ 1 ** ค่าวาเลนซ์อาจแตกต่างจากค่าสัมบูรณ์ของสถานะออกซิเดชันได้เนื่องจากขั้วของพันธะที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น ในไดคลอโรมีเทน CH Cl คาร์บอนมีวาเลนซ์ 4 แต่สถานะออกซิเดชันเป็น 0 ***ออกไซด์ของเหล็กปรากฏในโครงสร้างผลึกดังนั้นจึงไม่สามารถระบุโมเลกุลทั่วไปได้ ในเฟอร์รัสออกไซด์ Fe มีสถานะออกซิเดชัน +2 ในเฟอร์ริกออกไซด์ Fe มีสถานะออกซิเดชัน +3
| สารประกอบ | สูตร | วาเลนซ์ | สถานะออกซิเดชัน | แผนภาพ |
|---|---|---|---|---|
| ไฮโดรเจน | เอช | H = 1 | H = 0 | เอช−เอช |
| คลอรีน | Cl | Cl = 1 | Cl = 0 | Cl−Cl |
| ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ | H O | H = 1 O = 2 | H = +1 O = −1 | |
| ไฮดราซีน | เอ็นเอช | H = 1 N = 3 | H = +1 N = −2 | |
| ไดซัลเฟอร์เดคาฟลูออไรด์ | S F | S = 6 F = 1 | S = +5 F = −1 | |
| กรดไดไทโอนิก | H S O | S = 6 O = 2 H = 1 | S = +5 O = −2 H = +1 | |
| เฮกซาคลอโรอีเทน | ซีคลอ | C = 4 Cl = 1 | C = +3 Cl = −1 | |
| เอทิลีน | ซีเอช | C = 4 H = 1 | C = −2 H = +1 | |
| อะเซทิลีน | ซีเอช | C = 4 H = 1 | C = −1 H = +1 | H−C≡C−H |
| เมอร์คิวรี(I) คลอไรด์ | เอชจีคลอไรด์ | Hg = 2 Cl = 1 | Hg = +1 Cl = −1 | Cl−Hg−Hg−Cl |
คำจำกัดความของ "จำนวนพันธบัตรสูงสุด"
แฟรงก์แลนด์มีมุมมองว่าค่าเวเลนซ์ (เขาใช้คำว่า "อะตอมิซิตี้") ของธาตุเป็นค่าเดียวที่สอดคล้องกับค่าสูงสุดที่สังเกตได้ จำนวนเวเลนซ์ที่ไม่ได้ใช้บนอะตอมของธาตุที่ปัจจุบันเรียกว่า ธาตุ p-blockนั้นโดยทั่วไปจะเป็นเลขคู่ และแฟรงก์แลนด์แนะนำว่าเวเลนซ์ที่ไม่ได้ใช้จะอิ่มตัวซึ่งกันและกัน ตัวอย่างเช่น ไนโตรเจนมีเวเลนซ์สูงสุด 5 ในการสร้างแอมโมเนียจะมีเวเลนซ์เหลืออยู่ 2 เวเลนซ์ที่ยังไม่ได้เชื่อมต่อ ซัลเฟอร์มีเวเลนซ์สูงสุด 6 ในการสร้างไฮโดรเจนซัลไฟด์จะมีเวเลนซ์เหลืออยู่ 4 เวเลนซ์ที่ยังไม่ได้เชื่อมต่อ[ 21 ] [ 22 ]
สหภาพเคมีบริสุทธิ์และประยุกต์ระหว่างประเทศ (IUPAC) ได้พยายามหลายครั้งเพื่อให้ได้มาซึ่งคำจำกัดความที่ชัดเจนของวาเลนซ์ เวอร์ชันปัจจุบันที่นำมาใช้ในปี 1994: [ 23 ]
- จำนวนอะตอมวาเลนซ์เดี่ยวสูงสุด (เดิมคืออะตอมไฮโดรเจนหรือคลอรีน) ที่อาจรวมกับอะตอมของธาตุที่กำลังพิจารณา หรือกับชิ้นส่วน หรือสามารถแทนที่อะตอมของธาตุนี้ได้[ 2 ]
เดิมที ไฮโดรเจนและคลอรีนถูกใช้เป็นตัวอย่างของอะตอมที่มีวาเลนซ์เดียว เนื่องจากธรรมชาติของพวกมันคือสามารถสร้างพันธะได้เพียงหนึ่งพันธะเท่านั้น ไฮโดรเจนมีอิเล็กตรอนวาเลนซ์ เพียงหนึ่งตัว และสามารถสร้างพันธะได้เพียงหนึ่งพันธะกับอะตอมที่มีวงโคจร ชั้นนอกไม่สมบูรณ์ คลอรีนมีอิเล็กตรอนวาเลนซ์ เจ็ดตัว และสามารถสร้างพันธะได้เพียงหนึ่งพันธะกับอะตอมที่บริจาคอิเล็กตรอนวาเลนซ์เพื่อเติมเต็มวงโคจรชั้นนอกของคลอรีน อย่างไรก็ตาม คลอรีนยังสามารถมีสถานะออกซิเดชันได้ตั้งแต่ +1 ถึง +7 และสามารถสร้างพันธะได้มากกว่าหนึ่งพันธะโดยการบริจาคอิเล็กตรอนวาเลนซ์
ไฮโดรเจนมีอิเล็กตรอนวาเลนซ์เพียงตัวเดียว แต่สามารถสร้างพันธะกับอะตอมได้มากกว่าหนึ่งอะตอม ตัวอย่างเช่น ในไบฟลูออไรด์ ( [ HF₂ ] ⁻ ) ไฮโดรเจนจะสร้าง พันธะสามศูนย์สี่อิเล็กตรอนกับอะตอมฟลูออไรด์สองอะตอม:
- [ F−HF − ↔ F − H−F]
อีกตัวอย่างหนึ่งคือพันธะสามศูนย์สองอิเล็กตรอนในไดโบเร ( B2H6
ค่าเวเลนซ์สูงสุดของธาตุต่างๆ
ค่าเวเลนซ์สูงสุดของธาตุต่างๆ อ้างอิงจากข้อมูลในรายการสถานะออกซิเดชันของธาตุซึ่งแสดงด้วยรหัสสีที่ด้านล่างของตาราง
| ค่าเวเลนซ์สูงสุดของธาตุต่างๆ | |||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | ||||
| กลุ่ม→ | |||||||||||||||||||||
| ↓ ช่วงเวลา | |||||||||||||||||||||
| 1 | 1 ชั่วโมง | 2 เขา | |||||||||||||||||||
| 2 | 3 หลี่ | 4 บี | 5 บี | 6 องศาเซลเซียส | 7 น. | 8 โอ | 9 เอฟ | 10 นี | |||||||||||||
| 3 | 11 นา | 12 มก. | 13 อัล | 14 ซีไอ | 15 พี | 16 ส. | 17 คล. | 18 อาร์ | |||||||||||||
| 4 | 19 กก. | 20 Ca | 21 ส.ค. | 22 ไท | 23 โวลต์ | 24 โคร | 25 ล้าน | 26 เฟ | 27 บริษัท | 28 นิ | 29 คิว | 30 สังกะสี | 31 เกจ | 32 จี | 33 อัส | 34 ซี | 35 บร | 36 โครน | |||
| 5 | 37 อาร์บี | 38 ส.ร. | 39 ปี | 40 Zr | 41 เอ็นบี | 42 เดือน | 43 Tc | 44 รู | 45 Rh | 46 ปอนด์ | 47 ม.ค. | 48 ซีดี | 49 ใน | 50 Sn | 51 สบ | 52 เต | 53 ฉัน | 54 ซีอี | |||
| 6 | 55 ซี | 56 บา | 71 ลู | 72 เอชเอฟ | 73 ตา | 74 ว. | 75 เร | 76 ออส | 77 อิร | 78 คะแนน | 79 ออ | 80 ปรอท | 81 ทล | 82 พีบี | 83 บีไอ | 84 โป | 85 ที่ | 86 อาร์เอ็น | |||
| 7 | 87 ฟร | 88 รา | 103 ล. | 104 อาร์เอฟ | 105 เดซิเบล | 106 ส.จ. | 107 Bh | 108 เอชเอส | 109 ภูเขา | 110 ดี | 111 อาร์จี | 112 ซีเอ็น | 113 น. | ชั้น 114 | 115 แมค | 116 เลเวล | 117 ทีเอส | 118 Og | |||
| 57 ลา | 58 ซี | 59 พ.ร. | 60 น. | 61 น. | 62 ตร.ม. | 63 ยูโร | 64 จีดี | 65 เทราไบต์ | 66 วัน | 67 โฮ | 68 เออร์ | 69 ตม. | 70 ยิปซัม | ||||||||
| 89 เอเคอร์ | 90 Th | 91 ปา | 92 ยู | 93 น. | 94 พู | 95 แอม | 96 ซม. | 97 เล่ม | 98 เปรียบเทียบ | 99 เอส | 100 เฟม | 101 ม.ด. | 102 เลขที่ | ||||||||
| ค่าเวเลนซ์สูงสุดอ้างอิงจากรายการสถานะออกซิเดชันของธาตุต่างๆ | |||||||||||||||||||||
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ไม่ทราบสีพื้นหลังแสดงค่าวาเลนซ์สูงสุด ของธาตุเคมี | |||||||||||||||||||||