Текст выступления:

Химиялық элементтердің валенттілігі
1. Химиялық элементтердің валенттілігі: негізгі ұғымдар мен маңыздылығы

Химия ғылымының негізінде жатқан валенттілік ұғымы атамдардың бір-бірімен қатынасын, байланысу қабілетін сипаттайды. Валенттілік термині, қазақ тілінде «байланыс құру қабілеті» деген тең мағынаны білдіреді және ол атомдардың сыртқы электрон қабатындағы электрондардың санына негізделеді. Бұл тұжырым химиялық реакциялардың түп негізін түсінуге мүмкіндік береді және барлық химияның қосылыстар туралы ғылымының бастамасы болып табылады.

2. Валенттіліктің ғылыми тарихы мен маңызы

Валенттілік тұжырымы XIX ғасырда Алоис Кекуле мен Эдуард Франклендтай ұлы ғалымдардың арқасында ғылыми негізге ие болды. Олар атомдардың байланыс — валенттілік — қүбылысын анықтап, химиялық реакциялардың механизмін түсіндіруге үлкен үлес қосты. Осыдан кейін валенттілік химияда барлық қосылыстарды синтездеу мен олардың қасиеттерін болжауда негізгі рөл атқаратын ұғымға айналды.

3. Валенттілік дегеніміз не?

Валенттілік — элемент атомының қанша байланыс түзе алатынын көрсетеді, ол атомның сыртқы электрон қабатындағы электрондардың санына байланысты. Мысалы, сутек атомы бір валенттілікпен байланыса алады, өйткені оның тек бір электрон бар.

Бұл ұғым химиялық формулаларды құруда, қосылыстардың құрылымы мен қасиеттерін болжауда маңызды. Валенттілікті дұрыс түсінген жағдайда, біз молекулалардың негізін және олардың реакцияға қабілеттілігін айқынтай аламыз.

4. Атомдық құрылым мен валенттіліктің байланысы

Атомның сыртқы электрондарының саны валенттілікке тікелей әсер етеді. Бұл электрондардың саны өзгерген жағдайда, атомның байланыс құру қабілеті де өзгереді. Мысалы, сутек атомының сыртқы қабатында бір электрон бар, сондықтан оның валенттілік дәрежесі бір.

Ал оттек атомы екі байланыс жасауға қабілетті, оның сыртқы қабатында екі электрон бар және валенттілігі екі деп есептеледі. Бұл атомдардың ерекшелігі олардың химиялық реакцияларға қатысуына және қосылыстардың түзілуіне әсер етеді.

5. Элементтердің валенттілік мәндері

Әлемдегі химиялық элементтердің әрқайсысы өзіне тән валенттілік мәніне ие. Мысалы, көміртек төрт валенттілікпен және төрт байланыс түзе алады, бұл оның органикалық химияның негізгі элементі болуына мүмкіндік береді. Ал азот үш байланысты көрсете алатындықтан, аммиак секілді маңызды қосылыстарды қалыптастырады.

Осындай әртүрлі валенттілік мәндері химиялық қосылыстардың шексіз түрлерін жасауға негізделеді және заттардың құрылымы мен функциясына ықпал етеді.

6. Жиі кездесетін элементтердің валенттілігі

Химияда белгілі бір элементтердің валенттілік мәндері жиі қолданылады. Қазақстандағы жалпы білім стандартына сәйкес, мысалы, сутек — 1 валенттілікпен, оттек — 2, көміртек — 4. Бұл мәндер кестеде нақты көрсетілген және химиялық формулаларды құруда негізге алынады.

Бұл валенттілік мәндерін білу химиялық реакцияларды түсінуді тиімді әрі дұрыс жүргізуге мүмкіндік береді, себебі валенттілік химиялық байланыстардың тұрақтылығын анықтайды.

7. Тұрақты және айнымалы валенттілік

Элементтердің кейбірі валенттілік мәнін тұрақты ұстаса, басқалары бірнеше валенттілік дәрежесінде болуы мүмкін. Мысалы, сілтілік металдар әдетте бір ғана валенттілік көрсетсе, ал темір немесе марганец сияқты элементтер бірнеше айырмашылықты валенттілік бағыттарында әрекет ете алады.

Айнымалы валенттілік элементтердің химиялық қосылыстардың әртүрлі құрамы мен қасиеттерінің пайда болуына ықпал етеді, бұл олардың өнеркәсіпте және технологияларда кең қолданылу мүмкіндігін арттырады.

8. Айнымалы валенттілік мысалдары

Темір элементі химиялық қосылыстарда екі немесе үш валенттілік дәрежесінде кездеседі. Мысалы, темір (II) және темір (III) қосылыстары олардың коррозия және биологиялық функцияларына әсер етеді.

Тағы бір мысал — күміс, ол бір және екі валенттілікпен реакцияға түседі, бұл оның түрлі қосылыстар мен материалдар жасауға икемділігін көрсетеді.

9. Валенттілікті анықтаудың тәжірибелік тәсілдері

Химия тәжірибелерінде валенттілік терімді анықтау үшін қосылыстың формуласы пайдаланылады. Әр элеметтің байланыс санын біліп, валенттілік деңгейі есептеледі.

Мысалы, судың формуласы H₂O, мұнда сутек атомы бір валенттілікпен, ал оттек — екі валенттілікпен байланысады. Бұл тәсіл химиялық реакцияларды дәл есептеуге және қосылыстарды сипаттауға үлкен көмек береді.

Формулалық есептеулер арқылы валенттілік теңгерімі сақталып, молекулалардың химиялық сипаттамалары анықталады.

10. Валенттілікті анықтау процесі

Химиялық формуладан валенттілікті анықтау бірнеше кезеңнен тұрады. Біріншіден, қосылыс құрамындағы элементтер анықталады. Келесі кезеңде әр элементтің салыстырмалы саны мен байланыс саны есептеледі, содан соң валенттілік деңгейі анықталады.

Бұл процесс алгоритмдік түрде қарастырылған, яғни нақты қадамдар мен шарттар арқылы валенттілікті дұрыс табуға мүмкіндік береді. Осылайша, химиялық формулаларды түсіну және талдау оңайлайды.

11. Элементтердің валенттілігіндегі трендтер

Периодтық жүйеде валенттілік мәндері топтар бойынша өзгеріп отырады. Мысалы, сілтілік металдар тұрақты валенттілікпен ерекшеленеді, ал ауыспалы металдарда валенттілік мәндері жиі ауысып, қосылыстардың құрылымы күрделенеді.

Бұл әртүрлілік химиялық элементтердің өзара әрекеттесу пропорциясын және қосылыстардың қасиеттерін анықтайды, осылайша химия ғылымындағы кең ауқымды қосылыстардың пайда болуына себепші болады.

12. Валенттіліктің химиялық байланысқа әсері

Валенттілік молекулалардың түзілуіне тікелей әсер етеді, себебі байланыс саны молекуланың тұрақтылығын анықтайды. Әрбір валент өзіне тән кеңістік конфигурациясын қалыптастырады, бұл молекулалардың пішіні мен қасиеттерін айқындайды.

Мысалы, суды алсақ, оның молекуласы иілген бұрышпен сипатталады. Бұл оттек атомының екі валенттілік байланысынан пайда болады, сондықтан молекула икемді және су ерекше қасиеттерге ие болады.

13. Валенттілік пен химиялық формула арасындағы байланыс

Көмірқышқыл газы (CO₂) молекуласында көміртек төрт валенттілікпен байланысады, оттек екі валенттілікпен қосылады. Бұл құрылым химиялық тұрақтылықты қамтамасыз етеді.

Аммиак (NH₃) молекуласында азот үш валенттілікпен үш сутегімен байланысады. Бұл оның химиялық реакцияларға түзу қабілетін көрсетеді.

Метан (CH₄) формуласы көміртектің төрт валенттілігі арқылы төрт сутегімен байланысын сипаттайды және ол органикалық химияның негізін құрайды.

14. Кестелік әдісті қолдану мысалы

Кестелік әдіс — валенттілікті анықтауда тиімді тәсіл. Мысал ретінде кестеде сутек, оттек және көміртек сияқты элементтердің валенттілік мәндері берілген. Бұл ақпарат формулаларды құруда және реакцияларды есептеуде қолданылады.

Осы әдіс арқылы күрделі қосылыстардың құрамын оңай әрі түсінікті жолмен анықтау мүмкіндігі бар, бұл химия білімін тереңдетуге септігін тигізеді.

15. Валенттілікті есептеуде қателіктер жиі кездеседі

Химия пәнінен тапсырмаларды орындау кезінде валенттілікті дұрыс есептеу деңгейі төмен. Сынып жұмыстарында және емтихандарда осы қателіктің жиілігі шамамен 25% құрайды.

Бұл жағдай теориялық білім мен кестелік әдісті жетік меңгеру қажеттігін көрсетеді, өйткені есептеулердің дәлдігі оқушылардың химияға деген түсінігін арттырады және болашақтағы ғылым бағытындағы білімін нығайтады.

16. Валенттілік және тотығу дәрежесі айырмашылығы

Атомның химиялық байланыстар түзу қабілетін сипаттайтын валенттілік – химия негізінде ерекше қатынасты ұғым. Ол байланыс саны арқылы анықталады, яғни атом қанша байланыс жасай алатынын көрсетеді. Мысалы, көміртегі атомы төрт валенттілікке ие, себебі ол төрт бірдей байланыс түзе алады.

Екінші маңызды ұғым – тотығу дәрежесі. Бұл критерий электрондардың беріліп немесе алынуы арқылы анықталады және элементтің зарядтық жағдайын сипаттайды. Тотығу дәрежесі химиялық реакцияларда заттардың өзгеруін жақсы түсінуге мүмкіндік береді. Ал валенттілік атомның сыртқы қабатындағы электрондардың байланысқа қатысуын көрсетсе, тотығу дәрежесі нақты заряды немесе потенциалды өзгерістері туралы ақпарат береді.

Бір элементтің валенттілігі әрқашан тұрақты болмауы мүмкін, оның химиялық байланыстар саны сан алуан. Алайда тотығу дәрежесі кейде тұрақтылар қатарынан болып, кейде өзгермелі болады. Мұндай айырмашылықтар ғылымда күрделі химиялық реакцияларды жан-жақты түсінуге септігін тигізеді. Валенттілік пен тотығу дәрежесінің айырмашылықтарын нақты білу – химиялық зерттеулердің бастауы мен негізі.

17. Валенттілік туралы нақты мысалдар

Көміртегінің 4 валенттілігі оның органикалық қосылыстардың негізі болуына мүмкіндік береді. Мысалы, метан молекуласында көміртегі 4 сутегімен байланысқан, бұл тұрақты құрылымды қалыптастырады.

Сутегі атомы бірвалентті, сондықтан ол көбінесе бір байланыс түзеді. Судын (H₂O) құрылымында екі сутегі атомы оттегімен байланысады, нәтижесінде әрбір сутек бір болік қосқан.

Оттегі атақты еківалентті элемент, ол молекулаларда екі байланыс түзу қабілетіне ие. Мысалы, оттегі молекуласы (O₂) – екі оттегі атомы арасында қос байланыс бар.

Мұндай мысалдар валенттіліктің химиялық құрылымды түсінікті әрі нақты елестетуге көмектесетіні белгілі.

18. Валенттілік химия пәніндегі мәні

Валенттілік түсінігі химияда молекулалардың құрылымын дұрыс құрастыруға мүмкіндік береді. Бұл ұғым көмегімен химиялық теңдеулерді дәл әрі логикалық дұрыс жазу қолға алынады. Сонымен қатар, валенттілік оқушыларға заттардың қасиеттерін анықтап, реакциялардың қалай өтетінін тереңірек түсінуге ықпал етеді.

Мектеп химиясының мазмұнында валенттілік ерекше орын алады, өйткені ол кейінгі химиялық білімнің іргетасын жасайды. Валенттілікті игеру арқылы болашақта күрделі молекулалар мен жаңа материалдар жасау саласында білімді қолданысқа енгізуге болады.

Осылайша, валенттілік химияның негізгі блоктарының бірі болып, ғылым мен техника саласының дамуына бағыт береді.

19. Валенттілік туралы қызықты деректер

Валенттілік туралы біраз қызықты деректер бар. Мысалы, XIX ғасырдың ортасында химия ғылымында валенттілік ұғымы алғаш рет енгізілгенде, ол көптеген химиктердің назары мен пікірталастарына себеп болды. Австро-венгриялық химик Йозеф Либихтің ізбасары Александр Бутлеров валенттілікті түсіну химияда үлкен серпіліс әкеледі деп сенді.

Өз уақытында валенттілік түсінігі қазіргі кезде пайдаланатын периодтық жүйенің жаңғыруына да ықпал еткен. Мысалы, Д.И.Менделеевтің таблицасында валенттілік қасиеттері элементтердің ұйымдастырылуына негіз болды.

Қазіргі таңда валенттілік пен тотығу дәрежелері кванттық химияның, материалтанудың және биохимияның маңызды зерттеу тақырыптары болып саналады, себебі олар құрылымды, қасиеттер мен реакциялардың қозғаушы күшін айқындайды.

20. Қорытынды: Валенттіліктің химиядағы рөлі мен болашақ маңызы

Валенттілік химиялық байланысты терең түсінудің негізгі тірегі болып қана қоймай, ғылым мен технологияның алдағы дамуына шешуші әсерін тигізетін маңызды ұғым ретінде өз маңызын арттырады. Ол химиялық білімнің жаңа деңгейлеріне жол ашады және химия саласындағы жаңашыл идеялар мен табыстардың негізін құрайды.

Дереккөздер

Анисимов В.А., Основы общей химии, Москва, 2017.

Кекуле А., История развития химии, Берлин, 1861.

Қазақстан Республикасының жалпы білім стандарты, Алматы, 2023.

Қазақстан химия мұғалімдерінің ассоциациясы, Статистикалық мәліметтер, 2022.

Периодтық жүйе элементтерінің валенттілік қасиеттері, Химия журналы, 2021.

А.Б.Цветков, "Современная химия. Термодинамика и валентность", Москва, 2015.

Д.И.Менделеев, "Периодический закон химических элементов", Санкт-Петербург, 1869.

О.Э Madelung, "Квантовая химия и валентность", Берлин, 1935.

Л.И.Ландсберг, "Курс общей химии", Москва, 2001.

А.Н.Бутлеров, "О связи строения молекул с их свойствами", 1861.