Степень окисления гольмия (Ho): в соединениях, как определить, примеры

Теория:

Степень окисления гольмия (Ho) в подавляющем большинстве стабильных соединений принимает значение +3.

В исключительных случаях и специфических условиях могут встречаться состояния +1, +2, а также 0 сам химический элемент в свободном состоянии.

Как и другие лантаноиды, гольмий проявляет высокую химическую активность, стремясь отдать свои внешние электроны для достижения наиболее устойчивого энергетического состояния.

Например для основной СО +3: в соединении Ho₂O₃ (оксид гольмия) степень окисления металла равна +3.

Это происходит потому, что гольмий относится к семейству f-элементов и при взаимодействии с кислородом он задействует три валентных электрона (два с 6s-подуровня и один с 4f-подуровня), достигая стабильного заряда и устойчивой конфигурации, характерной для редкоземельных металлов.

Для сравнения, редкая СО +2: встречается в некоторых твердотельных галогенидах, например в HoI₂.

Здесь ситуация иная: металл не полностью отдает свой валентный потенциал, что делает такие соединения сильными восстановителями.

Подобные состояния крайне нестабильны на воздухе и в водных средах, так как гольмий стремится вернуться к положительному заряду +3, который для него энергетически естественнее.

Высшие же степени окисления, превышающие +3 (например, +4), для гольмия нехарактерны и в обычных химических реакциях не фиксируются.

Обладая электронной конфигурацией [Xe] 4f¹¹ 6s², атому гольмия проще всего расстаться с тремя электронами.

Удаление большего количества электронов потребовало бы разрушения уже достаточно стабильного 4f-подуровня, что энергетически невыгодно.

Именно поэтому химия гольмия считается весьма однообразной в плане валентных состояний — он почти всегда выступает в роли трехзарядного катиона.

Степень окисления гольмия (Ho) — самые стабильные значения 0, +3, а также в редких случаях и крайне не стабильны +1, +2. Что и как влияет на это СО: Положение в ПСХЭ, электронная формула и влияние на химическую активность.

Рис. 1. Возможные степени окисления гольмия: наиболее устойчивая форма — +3.

Состояния ниже +3 характерны только для некоторых кластерных соединений и металлоорганических комплексов.

Обратите внимание, что химия гольмия во многом схожа с химией диспрозия (Dy) и эрбия (Er), его соседей по ряду лантаноидов, что обусловлено близкими радиусами ионов и схожим строением электронных оболочек.

На их формирование влияют электронное строение (4f¹¹ 6s²), эффект «лантаноидного сжатия» и значение электроотрицательности 1,23 по шкале Полинга.

Содержание страницы

Почему +3 — самая стабильная степень окисления у гольмия?

Причина стабильности состояния +3 заключается в оптимальном балансе между энергией ионизации и энергией кристаллической решетки образующихся соединений.

В простом веществе (Ho⁰): Заряд равен 0. Конфигурация: [Xe] 4f¹¹ 6s².
В ионе (Ho⁺³): Гольмий отдает 3 валентных электрона. Конфигурация: [Xe] 4f¹⁰.

Степень окисления +3 у гольмия (Ho) образуется за счет потери трех валентных электронов.

Рис. 2. Процесс превращения металлического гольмия в катион Ho³⁺, являющийся основой его химических свойств.

Степень окисления гольмия в соединениях

В зависимости от реагентов, гольмий в соединениях проявляет степень окисления, которая определяет цвет и магнитные свойства вещества:

Оксид гольмия (Ho₂O₃): Ho +3, O -2.
Хлорид гольмия (HoCl₃): Ho +3, Cl -1.
Нитрат гольмия (Ho(NO₃)₃): Ho +3.
Фторид гольмия (HoF₃): Ho +3.
Дииодид гольмия (HoI₂): Ho +2.

Высшая степень окисления

Высшая степень окисления Ho равна +3. В отличие от некоторых других лантаноидов (церия или празеодима), гольмий не способен достигать состояния +4 в стабильных химических соединениях.

Низшая степень окисления

Для гольмия в исключительных случаях возможна степень окисления +2, однако атом диспрозия имеет степень окисления 0 в металлическом виде — это наиболее типичное состояние для простого вещества.

Промежуточные степени окисления

Степень окисления гольмия в веществах крайне редко принимает значения отличные от +3.

Формально выделяемые низшие состояния обычно склонны к быстрому окислению до устойчивого трехзарядного иона.

Важно: Именно состояние +3 с конфигурацией 4f¹⁰ обеспечивает гольмию один из самых высоких магнитных моментов среди всех элементов, что делает его незаменимым в производстве сверхмощных магнитов.

Почему гольмий почти всегда отдаёт электроны (степени +1, +2, +3), а не принимает?

Знак заряда определяется металлической природой элемента и его низкой способностью удерживать внешние электроны:

Положительная СО (+): Гольмий отдает электроны активным неметаллам, образуя ионные связи.
Нулевая СО (0): Характерна для чистого редкоземельного металла.
Отрицательная СО (-): Для гольмия физически невозможна, так как он обладает выраженными металлическими свойствами.

Для сравнения способностей атомов притягивать электроны воспользуйся таблицей электроотрицательности .

4 способа определить степень окисления гольмия

По таблице Менделеева

Гольмий (Ho) в таблице Менделеева находится в группе лантаноидов (фактически 3-я группа), 6-й период. Его атомный номер — 67.

Семейство: f-элемент (лантаноид).
Валентные электроны: 3 электрона (два на 6s и один на 4f подуровнях участвуют в реакциях чаще всего).
Атомная масса гольмия: 164,9 а.е.м.

По валентности (Число связей)

В подавляющем большинстве случаев валентность гольмия постоянна и равна III.

В оксиде (Ho₂O₃): Атом гольмия образует три связи с кислородом. Его валентность — III, а степень окисления равна +3.
В хлориде (HoCl₃): Гольмий связан с тремя атомами хлора. Валентность — III, СО гольмия — +3.

Для полного ознакомления воспользуйся полной таблицей периодической системы элементов .

По электронной конфигурации

Электронная формула гольмия: [Xe] 4f¹¹ 6s².
Атому гольмия степени окисления +3 достичь выгодно, так как это приводит к удалению внешнего 6s-слоя и частичному освобождению f-орбиталей.

Для просмотра значений квантовых чисел электронов используй таблицу квантовых чисел.

По химическому соединению (Алгебраический расчет)

Пример для HoPO₄ (фосфат гольмия):

Сумма СО равна 0. Фосфат-ион (PO₄) в сумме имеет заряд -3. Обозначим Ho как x.

x + (-3) = 0 ⇒ x = +3

Реальные примеры: где встречаются +1, +2, +3 у гольмия (оксиды, галогениды)

СО	Характеристика	Примеры соединений
+3	Наиболее стабильная. Основная химия элемента.	Ho₂O₃, HoCl₃, HoF₃
+2	Низкая. Встречается в редких дигалогенидах.	HoI₂
0	Металл. Состояние простого вещества.	Ho (слиток)

Для ознакомления со значениями других лантаноидов воспользуйся полной таблицей степеней окисления.

Шпаргалка для гольмия

+3 — единственная практически важная степень окисления.
Окраска — ионы гольмия +3 придают кристаллам и стеклам красивый желтый или розоватый оттенок.
Магнетизм — в СО +3 гольмий обладает исключительными магнитными свойствами.

Гольмий химический элемент: его открытие, уникальные физические свойства и роль в современной науке.

Пример решения задачи:

▶️ Дано:

Соединение: Ho(OH)₃ (гидроксид гольмия).

⌕ Найти:

Определите СО гольмия.

✨ Решение:

Группа OH всегда имеет заряд -1. Уравнение: x + 3 · (-1) = 0 → x — 3 = 0 → x = +3.

✅ Ответ:

Ho(+3).

Проверка знаний

1) Гольмий относится к семейству лантаноидов.

2) Степень окисления гольмия может достигать +8, как у рутения.

3) Наиболее устойчивой степенью окисления гольмия является +3.

4) В простом веществе (металле) степень окисления гольмия равна 0.

5) Соединения гольмия в СО +3 часто окрашены.

Показать ответы

Правильные ответы: 1, 3, 4, 5.

Разбор ошибок:

2 — неверно: гольмий не способен достигать таких высоких степеней окисления; его предел — +3.

Часто задаваемые вопросы

Какая степень окисления у него самая стабильная?

Для него стабильной и практически единственной в химии является степень окисления +3.

Может ли Ho иметь отрицательную степень окисления?

Нет, как типичный металл он проявляет только положительные или нулевое значения.

Почему у него так мало степеней окисления по сравнению с рутением?

Это связано с особенностями строения f-оболочки лантаноидов, которая сильно экранирована, что делает участие большего числа электронов в связях энергетически невозможным.