Стехиометрия соединений с Н, F и О
| Подгруппа | Элементы | Валентные электроны | Возможные значения ковалентности | Стехиометрия соединений | ||
| с Н | с F | с О | ||||
| IA | (H); Li, Na, K, Rb, Cs, Fr | ns1 | ЭН | ЭF | Э2О | |
| IIA | Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra | ns2 | ЭН2 | ЭF2 | ЭО | |
| IIIA | B, Al, Ga, In, Tl | ns2np1 | (1); 3 | ЭН3 | ЭF3 | Э2О3 |
| IVA | C, Si, Ge, Sn, Pb | ns2np2 | – | ЭО | ||
| ns1np3 | ЭН4 | ЭF4 | ЭО2 | |||
| VA | P, As, Sb, Bi | ns2np3 | ЭН3 | ЭF3 | Э2О3, | |
| ns1np3nd1 | – | ЭF5 | Э2О5 | |||
| VIA | S, Se, Te, Po | ns2np4 | ЭН2 | |||
| ns2np3nd1 | – | ЭF4 | ЭО2 | |||
| ns1np3nd2 | – | ЭF6 | ЭО3 | |||
| VIIA | Cl, Br, I | от ns2np5 до ns1np3nd3 | 1; 3; 5; 7 | ЭН | до ЭF7 | до Э2О7 |
| VIIIA | Kr, Xe, Rn | ns2np6 и т. д. | 2; 4; 6; 8 | – | до ЭF8[†] | до ЭО4 |
Например, для соединений мышьяка (ковалентность 3 или 5) с фтором (ковалентность 1) возможны соединения AsF3 и AsF5; с кислородом (ковалентность 2) – As2О3 и As2О5:
 F¾As¾F
½
F
| F F As F ½ F F | О=As¾О¾As=О | О= | As | =О |
| | | |||||
| О | |||||
| | | |||||
| О= | As | =О |
Можно сказать, что молекулы собираются из атомов, но не так, как слова из букв, а наподобие детского конструктора, и число шипов или пазов у каждого атома своё (ковалентность).
Приведенные в табл. 6 брутто-формулы – это разрешенные, возможные значения ковалентности, не всегда реализованные (особенно для благородных газов, подгруппа VIIIA; так, соединения ЭF8 пока не получены). Пропуски означают, что соединение данного состава нетипично или не реализуется для большинства элементов подгруппы, хотя электронное строение атомов в принципе его допускает. Прочерки отмечают принципиальную нереализуемость соединений данного состава.
Оставим пока без комментариев вопрос о том, почему для элементов подгрупп VA, VIА и VIIА не существует соединений с водородом ЭН5, ЭН6 и ЭН7 соответственно, в отличие от соответствующих фторидов; отметим, что вопрос это очень важный, и мы к нему еще вернемся в подразд. 3.7.
Не случайно в табл. 6 не фигурируют N, O и F. Для элементов второго периода возбуждение электронов должно происходить из второго слоя в третий, для чего требуется такое количество энергии, которое не компенсируется возможным образованием дополнительных ковалентных связей. Поэтому атом N образует не более трех ковалентных связей по обменному механизму, существуют соединения NF3, NCl3, но не существует пентафторида и пентахлорида азота, в отличие от характерных для фосфора РF5 и РCl5. В соединениях типа HNO3 четыре ковалентных связи приписывают иону N+, для которого 4 является его характерной ковалентностью.
Аналогично атом O может образовать не более двух ковалентных связей, F – не более одной.
Вопросы для самопроверки
1. Дайте определение понятию ковалентность.
2. Определите возможные значения ковалентности В, Si, Se, запишите их соответствующие электронные конфигурации. Какие из них относятся к возбужденным?
3. Сравните возможные значения ковалентности атомов О и S.
4. Сравните возможные значения ковалентности атома О и ионов, О+ и О–.
5. Для каких из приведенных частиц возможна ковалентность, равная 5: N; N+; As; As+; Sn–; Cl?
6. Исходя из возможных значений ковалентности, приведите все гипотетически возможные соединения иода с фтором и кислородом, напишите их структурные формулы.
7. Почему He, Ne и Аr не образуют химических соединений?