Valencija (kemija)

Kod metana (CH₄), vodik je jednovalentan a ugljik četverovalentan.

Valencija (kasnolat. valentia – snaga, sposobnost), u kemiji, je svojstvo atoma pojedinog kemijskog elementa da se spaja s određenim brojem atoma nekoga drugog elementa u kemijski spoj ili formulsku jedinku. Atom koji se uvijek spaja samo s jednim atomom drugog elementa naziva se jednovalentnim, pa se i za element koji sadrži takve atome kaže da je jednovalentan. Takvi su elementi na primjer vodik i klor, pa su se valencije ostalih elemenata određene brojem atoma jednovalentnog elementa s kojim se spaja jedan atom tog elementa. Prema tomu bi u spojevima HF, H₂O, BCl₃ i SiCl₄ fluor bio jednovalentan, kisik dvovalentan, bor trovalentan i silicij četverovalentan. Međutim, za većinu elemenata takva stehiometrijska valencija nije stalna veličina, nego ovisi o broju elektrona koje je atom elementa angažirao kako bi se povezao s drugim atomima. Tako je na primjer dušik u dušikovu monoksidu (NO) dvovalentan, kao i kisik, a u dušikovu dioksidu (NO₂) četverovalentan. Valenciju pišemo kao rimski broj iznad simbola elementa. Valencija brojčano odgovara nabojnom broju iona u ionskoj vezi.

Valencije atoma po skupinama:

• jednovalentni – atomi 1. i 17. skupine,
• dvovalentni – atomi 2. i 16. skupine te cink,
• trovalentni – atomi 13. i 15. skupine,
• četverovalentni – atomi 14. skupine,
• viševalentni – atomi ostalih skupina.

Oksidacijski brojevi atoma

Podrobniji članak o temi: Oksidacijski broj

Umjesto pojma valencija, u suvremenoj se kemiji znatno više rabi pojam oksidacijskoga broja (oksidacijskoga stupnja). To je formalna veličina koja opisuje oksidacijsko stanje atoma, a određuje se kao broj elementarnih naboja koji bi ostali na promatranom atomu ako bi se elektronski parovi svih veza u bilo kojoj kemijskoj jedinki pripisali elektronajnegativnijem atomu,(elektronegativnost). Oksidacijski broj može biti pozitivan (predznak + se izostavlja), negativan i nula, a piše se iznad simbola atoma rimskim brojem. Pri imenovanju kemijskih spojeva oksidacijski se broj piše odmah iza naziva elementa, u okrugloj zagradi, npr. željezov (II) sulfat za FeSO₄. Ako element ima samo jedno oksidacijsko stanje, oksidacijski se broj u njegovim spojevima ne piše; takav je na primjer aluminij, kojemu je oksidacijski broj uvijek III.

Oksidacijski se broj određuje prema dogovorenim pravilima:

• oksidacijski broj atoma ili molekule elementa u elementarnom stanju uvijek je jednak nuli;
• oksidacijski broj vodika uvijek je I, osim u metalnim hidridima, u kojima je –I;
• oksidacijski broj kisika uvijek je –II, osim u peroksidima, u kojima je –I, a samo je u spoju s fluorom I;
• oksidacijski broj svih jednoatomnih iona (gradivne čestice ionskih spojeva) jednak je naboju iona, na primjer oksidacijski broj kalcija u ionu Ca²⁺ je II, a klora u kloridnom ionu Cl^– je –I;
• zbroj oksidacijskih brojeva svih atoma u neutralnoj molekuli ili formulskoj jedinki mora biti jednak nuli;
• zbroj oksidacijskih brojeva atoma u višeatomnim ionima mora biti jednak naboju iona;
• u kovalentnim spojevima oksidacijski broj nekog atoma jednak je zamišljenomu naboju koji ostaje na tom atomu kada se zajednički elektronski parovi dodijele elektronegativnijem atomu;
• oksidacijski broj fluora (najelektronegativniji element) uvijek je –I;
• oksidacijski broj alkalijskih elemenata uvijek je I, a zemnoalkalijskih II.

Poznavanje oksidacijskoga broja nužno je pri rješavanju kemijskih jednadžbi koje opisuju redoks reakcije.

Primjeri

Kemijski spoj	Jednakost	VALENCIJA	Oksidacijski broj
Klorovodik	HCl	H=1   Cl=1	H=+1   Cl=−1
Perklorna kiselina*	HClO4	H=1   Cl=7   O=2	H=+1   Cl=+7   O=−2
Natrijev hidrid	NaH	Na=1   H=1	Na=+1   H=−1
Željezov(II) oksid**	FeO	Fe=2   O=2	Fe=+2   O=−2
Željezov(III) oksid**	Fe2O3	Fe=3   O=2	Fe=+3   O=−2

(*) Ion perklorata (ClO₄⁻) ima valenciju 1.

(**) Željezov oksid se pojavljuje kao kristal, a ne kao tipična molekula.

Postoje primjeri gdje se brojčana vrijednost valencije i oksidacijskog broja razlikuju zbog vrste kemijske veze između atoma:

Kemijski spoj	Jednakost	VALENCIJA	Oksidacijski broj
Klor	Cl2	Cl=1	Cl=0
Vodikov peroksid	H2O2	H=1   O=2	H=+1   O=−1
Etin (acetilen)	C2H2	C=4   H=1	C=−1   H=+1
Živin(I) klorid	Hg2Cl2	Hg=2   Cl=1	Hg=+1   Cl=−1

Postoje primjeri gdje se brojčana vrijednost valencije i oksidacijskog broja razlikuju zbog polariteta kemijske veze između atoma. Tako na primjer kod diklormetana CH₂Cl₂, ugljik ima valenciju 4 dok je oksidacijski broj 0.