在化学的奇妙世界里,化合价可是个相当重要的概念,虽说它看起来有点复杂,不过别担心,今天咱们就来把它彻底弄明白。

一、化合价是什么?

简单来讲,化合价就是元素的一种重要性质,它反映了元素的原子在形成化合物时相互结合的能力。打个比方,元素就像一个个性格各异的小伙伴,它们在组成化合物时,会按照特定的 “规则” 与其他元素结合,这个 “规则” 很大程度上就由化合价来决定。

在化合物中,元素的一个原子得失电子数目,或者形成共用电子对的数目,就是化合价数目。当原子失去电子,或者共用电子对偏离它时,就显正价;反之,当原子得到电子,或者共用电子对偏向它时,就显负价。比如在常见的水分子(H2O)里,氢原子倾向于失去电子,所以氢显 +1 价;而氧原子更 “喜欢” 得到电子,于是氧显 -2 价。这就好像两个小伙伴一起玩游戏,一个愿意给,一个愿意拿,这样就达成了一种平衡,形成了稳定的化合物。

这里还有一些常见规律:

1,金属与非金属元素的化合价倾向:一般情况下,金属元素在化合物中通常显正价,而非金属元素一般显负价,但这也不是绝对的,非金属元素在某些时候也会显示正价哦。

2,常见元素的固定化合价:在大多数化合物里,氧元素通常显 -2 价,氢元素通常显 +1 价,记住这两个,对我们判断其他元素化合价很有帮助。

3,元素的可变化合价:有一些元素特别 “调皮”,具有可变化合价,它们在不同的化合物中,化合价会有所不同。比如说铁元素,在氯化亚铁(FeCl2)中显 +2 价,而在氯化铁(FeCl3)中就显 +3 价。

4,化合价规则:这可是个重点!在任何化合物中,所有元素化合价的代数和一定为 0。就像前面提到的水分子(H2O),氢显 +1 价,有 2 个氢原子,总共就是 +2 价,氧显 -2 价,那么 +2 + (-2) = 0,刚好符合这个规则。这就像是一场公平的交易,有得必有失,最后总数得平衡。

5,化合价的标注:元素的化合价标在元素符号的正上方,用 +n 或 -n 表示。例如,在氧化镁(MgO)中,镁元素的化合价标注为Mg+2,氧元素的化合价标注为O−2,这样一看就很清楚每个元素的化合价是多少啦。

二、化合价概念的历史演变

化合价概念的提出,可不是一蹴而就的,它经历了一系列的历史演变。1852 年,英国化学家爱德华・弗兰克兰在实验中发现不同金属与化合物间的 “结合能力” 有所区别,他首先提出 “化合力” 的概念,指出元素在生成化合物时尽管不同原子的性质差别较大,但总要求结合一定数量的某种原子。不过,当时这个概念并没有被大家马上接受。

到了 1857 年,德国化学家凯库勒和英国化学家库帕独立发展了弗兰克兰的观点,他们使用 “原子数” 或 “亲合力单位” 来更清晰地表示 “化合力”。比如,他们指出氢元素最多仅与一个原子结合,所以氢的亲合力单位为 1,而碳元素总与四个 “一原子性” 元素的原子结合,因而碳的亲合力单位为 4 ,并且各种元素在不同化合物中总是倾向于遵循亲合力单位数等价。1858 年,库帕还使用了一种用虚线连接原子的图解式来描述其提出的概念,这种方式和分子构造有关。

1864 年,德国化学家迈尔进一步发展了凯库勒和库帕的理论,形成原子价学说,并且首次使用原子价或化合价(Valence)这一术语来代替 “原子数” 和 “亲合力单位”。按照原子价学说,氢原子的原子价永远是 1 价,其他原子可根据与氢原子的结合情况来确定化合价。这个学说以及 “Valence” 这一术语得到了普遍承认和应用。同年,苏格兰化学家布朗提出了一种用于表示化合物化学特征的构造式。

1868 年,德国化学家维克尔豪斯把这些不同术语统一起来,简化为现代所沿用的 “价”(Valence)的概念,“价” 可以表征为原子价(对于原子)和化合价(对于原子和原子团)。1893 年,瑞士化学家维尔纳提出配位场理论,扩充完善了原子价学说的概念,这对于无机化学尤其是配合物化学的发展起到了重大作用。

1914 - 1919 年,美国化学家路易斯、德国化学家柯塞尔、美国化学家朗缪尔和英国科学家西奇威克等先后创立和发展了原子价的电子理论,将原子价划分为共价和电价,指出了原子间的相互作用是价电子和各原子核的相互作用。随着 19 世纪初电价和共价理论的建立,经典的价键理论日趋成熟。但经典的价键理论是基于牛顿力学框架对电子运动的描述,仍停留在定性层面。

1927 年,英国化学家海特勒和德国化学家伦敦第一次使用量子力学来研究化学领域问题,指出了化学键有共价键、离子键、配位键、金属键 4 种,这是现代的化学键理论的开端。1931 年,美国化学家鲍林进一步推广了海特勒和伦敦的研究,形成了现代价键理论,自此对电子运动的描述上升到定量计算的水平。1932 年,美国化学家密里肯等人从分子整体出发来说明化学键的形成,建立了分子轨道理论。1952 年,英国化学家欧格尔将分子轨道理论和晶体场理论结合起来,提出了配位场理论。价键理论、分子轨道理论和配位场理论等三大理论基础的形成标志着现代价键理论的逐渐完善,人类对化学键的认识也深入到电子水平,化合价的概念也在这个过程中不断发展和完善。

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