Wartościowość pierwiastków
Wartościowość pierwiastka to liczba wiązań chemicznych, które tworzy jeden jego atom. Najprościej mówiąc, pokazuje, z iloma atomami wodoru może połączyć się dany atom. Tlen w cząsteczce H₂O wiąże dwa atomy wodoru, więc ma wartościowość II. Azot w NH₃ wiąże trzy, więc jest trójwartościowy. Wartościowość zapisujemy cyframi rzymskimi i to ona decyduje o tym, jak wygląda wzór związku. Dla pierwiastków grup głównych można ją odczytać wprost z układu okresowego, bo wynika z liczby elektronów walencyjnych. Metale przejściowe zachowują się mniej regularnie i przyjmują po kilka wartościowości, dlatego w nazwach ich związków podaje się ją w nawiasie, na przykład tlenek żelaza(III).
| Z | Pierwiastek | Symbol | Wartościowość | Stopnie utlenienia |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Wodór | H | I | −1, +1 |
| 2 | Hel | He | 0 | 0 |
| 3 | Lit | Li | I | +1 |
| 4 | Beryl | Be | II | +2 |
| 5 | Bor | B | III | +3 |
| 6 | Węgiel | C | IV, II | −4, +2, +4 |
| 7 | Azot | N | III, V | −3, +3, +5 |
| 8 | Tlen | O | II | −2 |
| 9 | Fluor | F | I | −1 |
| 10 | Neon | Ne | 0 | 0 |
| 11 | Sód | Na | I | +1 |
| 12 | Magnez | Mg | II | +2 |
| 13 | Glin | Al | III | +3 |
| 14 | Krzem | Si | IV | +4 |
| 15 | Fosfor | P | III, V | −3, +3, +5 |
| 16 | Siarka | S | II, IV, VI | −2, +4, +6 |
| 17 | Chlor | Cl | I, V, VII | −1, +1, +3, +5, +7 |
| 18 | Argon | Ar | 0 | 0 |
| 19 | Potas | K | I | +1 |
| 20 | Wapń | Ca | II | +2 |
| 21 | Skand | Sc | III | +3 |
| 22 | Tytan | Ti | IV | +2, +3, +4 |
| 23 | Wanad | V | III, V | +2, +3, +4, +5 |
| 24 | Chrom | Cr | II, III, VI | +2, +3, +6 |
| 25 | Mangan | Mn | II, IV, VII | +2, +4, +7 |
| 26 | Żelazo | Fe | II, III | +2, +3 |
| 27 | Kobalt | Co | II, III | +2, +3 |
| 28 | Nikiel | Ni | II, III | +2, +3 |
| 29 | Miedź | Cu | I, II | +1, +2 |
| 30 | Cynk | Zn | II | +2 |
| 31 | Gal | Ga | III | +3 |
| 32 | German | Ge | IV | +2, +4 |
| 33 | Arsen | As | III, V | −3, +3, +5 |
| 34 | Selen | Se | II, IV, VI | −2, +4, +6 |
| 35 | Brom | Br | I, V | −1, +1, +3, +5, +7 |
| 36 | Krypton | Kr | 0 | 0 |
| 37 | Rubid | Rb | I | +1 |
| 38 | Stront | Sr | II | +2 |
| 39 | Itr | Y | III | +3 |
| 40 | Cyrkon | Zr | IV | +4 |
| 41 | Niob | Nb | III, V | +3, +5 |
| 42 | Molibden | Mo | IV, VI | +4, +6 |
| 43 | Technet | Tc | IV, VII | +4, +7 |
| 44 | Ruten | Ru | III, IV | +3, +4 |
| 45 | Rod | Rh | III | +3 |
| 46 | Pallad | Pd | II, IV | +2, +4 |
| 47 | Srebro | Ag | I | +1 |
| 48 | Kadm | Cd | II | +2 |
| 49 | Ind | In | III | +3 |
| 50 | Cyna | Sn | II, IV | +2, +4 |
| 51 | Antymon | Sb | III, V | −3, +3, +5 |
| 52 | Tellur | Te | II, IV, VI | −2, +4, +6 |
| 53 | Jod | I | I, V, VII | −1, +1, +3, +5, +7 |
| 54 | Ksenon | Xe | 0, VI | 0 |
| 55 | Cez | Cs | I | +1 |
| 56 | Bar | Ba | II | +2 |
| 57 | Lantan | La | III | +3 |
| 58 | Cer | Ce | III, IV | +3, +4 |
| 59 | Prazeodym | Pr | III | +3 |
| 60 | Neodym | Nd | III | +3 |
| 61 | Promet | Pm | III | +3 |
| 62 | Samar | Sm | II, III | +2, +3 |
| 63 | Europ | Eu | II, III | +2, +3 |
| 64 | Gadolin | Gd | III | +3 |
| 65 | Terb | Tb | III | +3 |
| 66 | Dysproz | Dy | III | +3 |
| 67 | Holm | Ho | III | +3 |
| 68 | Erb | Er | III | +3 |
| 69 | Tul | Tm | III | +3 |
| 70 | Iterb | Yb | II, III | +2, +3 |
| 71 | Lutet | Lu | III | +3 |
| 72 | Hafn | Hf | IV | +4 |
| 73 | Tantal | Ta | V | +5 |
| 74 | Wolfram | W | IV, VI | +4, +6 |
| 75 | Ren | Re | IV, VII | +4, +7 |
| 76 | Osm | Os | IV, VIII | +4, +8 |
| 77 | Iryd | Ir | III, IV | +3, +4 |
| 78 | Platyna | Pt | II, IV | +2, +4 |
| 79 | Złoto | Au | I, III | +1, +3 |
| 80 | Rtęć | Hg | I, II | +1, +2 |
| 81 | Tal | Tl | I, III | +1, +3 |
| 82 | Ołów | Pb | II, IV | +2, +4 |
| 83 | Bizmut | Bi | III, V | +3 |
| 84 | Polon | Po | II, IV | +2, +4 |
| 85 | Astat | At | I | −1, +1, +3, +5 (przewidywane) |
| 86 | Radon | Rn | 0 | 0 |
| 87 | Frans | Fr | I | +1 |
| 88 | Rad | Ra | II | +2 |
| 89 | Aktyn | Ac | III | +3 |
| 90 | Tor | Th | IV | +4 |
| 91 | Protaktyn | Pa | IV, V | +4, +5 |
| 92 | Uran | U | IV, VI | +4, +6 |
| 93 | Neptun | Np | IV, V | +4, +5 |
| 94 | Pluton | Pu | IV, VI | +4, +6 |
| 95 | Ameryk | Am | III, IV | +3, +4 |
| 96 | Kiur | Cm | III | +3 |
| 97 | Berkel | Bk | III, IV | +3, +4 |
| 98 | Kaliforn | Cf | III | +3 |
| 99 | Einstein | Es | III | +3 |
| 100 | Ferm | Fm | III | +3 |
| 101 | Mendelew | Md | II, III | +2, +3 |
| 102 | Nobel | No | II, III | +2, +3 |
| 103 | Lorens | Lr | III | +3 |
| 104 | Ruterford | Rf | IV | +4 |
| 105 | Dubn | Db | V | +5 |
| 106 | Seaborg | Sg | VI | +6 |
| 107 | Bohr | Bh | VII | +7 |
| 108 | Has | Hs | VIII | +8 |
| 109 | Meitner | Mt | nie ustalono | nie ustalono |
| 110 | Darmsztadt | Ds | nie ustalono | nie ustalono |
| 111 | Roentgen | Rg | nie ustalono | nie ustalono |
| 112 | Kopernik | Cn | II | +2 |
| 113 | Nihon | Nh | nie ustalono | nie ustalono |
| 114 | Flerow | Fl | II | +2 |
| 115 | Moskow | Mc | nie ustalono | nie ustalono |
| 116 | Liwermor | Lv | nie ustalono | nie ustalono |
| 117 | Tenes | Ts | nie ustalono | nie ustalono |
| 118 | Oganeson | Og | nie ustalono | nie ustalono |
Jak odczytać wartościowość pierwiastków z numeru grupy
W tradycyjnym oznaczeniu grup głównych cyframi rzymskimi numer grupy mówi wprost, ile elektronów walencyjnych ma atom. Litowce z pierwszej grupy mają jeden taki elektron i wartościowość I, berylowce z drugiej dwa i wartościowość II, borowce III, węglowce IV. Od piątej grupy wygodniej korzystać z drugiej reguły: wartościowość wobec wodoru wynosi osiem minus numer grupy. Dlatego azotowce w połączeniach z wodorem są trójwartościowe (NH₃), tlenowce dwuwartościowe (H₂O), a fluorowce jednowartościowe (HCl). Ta sama zasada tłumaczy maksymalną wartościowość wobec tlenu, która jest równa numerowi grupy: siarka z szóstej grupy tworzy SO₃, a chlor z siódmej występuje w związkach nawet jako siedmiowartościowy. Gazy szlachetne mają komplet elektronów walencyjnych i w zwykłych warunkach nie tworzą wiązań, więc przypisuje się im wartościowość zerową. Reguła numeru grupy działa tylko dla grup głównych i to na niej opiera się większość szkolnych zadań ze wzorów.
Dlaczego metale przejściowe mają kilka wartościowości
Metale przejściowe, czyli pierwiastki bloku d ze środkowej części tablicy, nie trzymają się prostej reguły numeru grupy. Ich atomy oddają elektrony nie tylko z zewnętrznej powłoki, ale też z leżącej pod nią podpowłoki d, a różnice energii między tymi elektronami są niewielkie. W efekcie ten sam pierwiastek w różnych warunkach oddaje różną liczbę elektronów i tworzy różną liczbę wiązań. Żelazo występuje jako dwu- i trójwartościowe, miedź jako jedno- i dwuwartościowa, mangan między innymi jako dwu-, cztero- i siedmiowartościowy. Dlatego w nazwach ich związków wartościowość podaje się w nawiasie: tlenek żelaza(II) to inny związek niż tlenek żelaza(III), o innym wzorze, innej barwie i innych właściwościach. Przy metalach przejściowych nie da się więc zgadnąć wartościowości z położenia w tablicy. Trzeba ją odczytać z nazwy związku, z podanego wzoru albo sprawdzić w tabeli wartościowości.
Wartościowość a stopień utlenienia — najczęstsza pomyłka uczniów
Te dwa pojęcia mylą się, bo w wielu prostych związkach dają tę samą liczbę. Wartościowość to liczba wiązań, jakie tworzy atom: zawsze dodatnia, bez znaku, zapisywana cyfrą rzymską. Stopień utlenienia to formalny ładunek, jaki miałby atom, gdyby wszystkie wiązania rozerwać i przypisać wspólne elektrony atomowi bardziej elektroujemnemu. Ma znak plus albo minus. W metanie CH₄ węgiel jest czterowartościowy, ale jego stopień utlenienia wynosi -IV, bo węgiel jest bardziej elektroujemny od wodoru. W dwutlenku węgla CO₂ wartościowość węgla nadal wynosi IV, a stopień utlenienia to +IV. Najlepiej różnicę widać w nadtlenku wodoru H₂O₂: każdy atom tlenu tworzy dwa wiązania, więc jest dwuwartościowy, ale jego stopień utlenienia wynosi -I, ponieważ jedno z tych wiązań łączy go z drugim atomem tlenu, a między jednakowymi atomami elektrony dzielą się po równo. Praktyczna wskazówka na sprawdzian: jeśli w zadaniu pojawia się cyfra rzymska bez znaku, chodzi o wartościowość, a jeśli liczba ze znakiem plus albo minus — o stopień utlenienia.
Najczęstsze pytania
Jak obliczyć wartościowość pierwiastka na podstawie wzoru?
Skorzystaj z zasady, że we wzorze suma wartościowości atomów jednego pierwiastka równa się sumie dla drugiego. W Al₂O₃ tlen jest dwuwartościowy, więc trzy atomy tlenu dają razem sześć. Te same sześć trzeba rozdzielić na dwa atomy glinu, czyli każdy z nich ma wartościowość III.
Które pierwiastki mają stałą wartościowość?
Stałą wartościowość mają przede wszystkim pierwiastki grup głównych z początku tablicy: litowce zawsze I, berylowce II, glin III, wodór I. Tlen w zdecydowanej większości związków jest dwuwartościowy, a fluor jednowartościowy. Zmienna wartościowość dotyczy głównie metali przejściowych oraz niemetali z dalszych grup, takich jak siarka, azot czy chlor.
Czy wartościowość może wynosić zero?
Tak, mówi się tak o gazach szlachetnych. Hel, neon i argon mają zapełnioną powłokę walencyjną i w zwykłych warunkach nie tworzą wiązań chemicznych, więc przypisuje się im wartościowość zerową. Cięższe gazy szlachetne, przede wszystkim ksenon, tworzą jednak związki z fluorem i tlenem, więc reguła nie jest bezwzględna.
Gdzie w układzie okresowym szukać wartościowości?
Bezpośrednio w tablicy nie ma osobnej rubryki z wartościowością, ale dla grup głównych wynika ona z numeru grupy. Wartościowość wobec tlenu jest równa numerowi grupy, a wobec wodoru to osiem minus numer grupy. Dla metali przejściowych trzeba skorzystać z tabeli wartościowości, bo mają ich po kilka.