Степень окисления иттрия (Y): в соединениях, как определить, примеры

Теория:

Степень окисления иттрия (Y) в подавляющем большинстве устойчивых соединений равна +3, а также +2, +1 неустойчивые.

Значение 0 встречается только в простом веществе. В отличие от d-элементов середины таблицы, иттрий не проявляет переменной валентности в обычных условиях, что сближает его свойства с лантаноидами.

Иттрий находится в 3-й группе (побочная подгруппа III группы) и является d-элементом 5-го периода.

Как d-элемент, он обладает электронной конфигурацией [Kr] 4d¹5s². На внешнем и предвнешнем уровнях у него всего три валентных электрона.

Иттрий проявляет постоянную степень окисления +3. Это связано с тем, что атом легко отдает все три валентных электрона (один 4d и два 5s) для достижения стабильной электронной конфигурации благородного газа криптона.

В отличие от скандия, иттрий имеет больший атомный радиус, что делает его более активным металлом, способным быстро окисляться на воздухе при нагревании.

Чтобы определить возможные значения, используют электронную формулу.

Например:

• Для иттрия (1s²…4p⁶4d¹5s²) — потеря всех трех электронов (одного d и двух s) дает максимально устойчивую СО +3.
• Для германия (1s²…4s²4p²) — наличие четырех электронов на внешнем p-слое позволяет варьировать степень окисления от -4 до +4.

Рис. 1. Возможные степени окисления иттрия: 0, +3, а также +1, +2 нестабильные.

Обратите внимание, что в отличие от соседей по периоду, у иттрия практически не зафиксированы другие устойчивые заряды.

На их формирование влияют электронное строение (4d¹ 5s²), положение в начале d-блока и низкое значение электроотрицательности 1,22 по шкале Полинга.

Почему у иттрия стабильная степень окисления?

Причина стабильности иттрия — энергетическая выгодность полной отдачи трех электронов. Удаление последующих электронов с глубоко лежащего 4p-слоя требует огромных затрат энергии.

1. В простом веществе (Y⁰): Заряд равен 0. Конфигурация: 5s [↑↓] 4d [↑][ ][ ][ ][ ].
2. В ионе (Y⁺³): Иттрий отдает 1 электрон с 4d и 2 электрона с 5s-уровня. Конфигурация: 5s [ ] 4d [ ][ ][ ][ ][ ].

Рис. 2. Процесс окисления иттрия: атом Y ([Kr] 4d¹ 5s²) теряет три электрона, приобретая конфигурацию инертного газа.

Степень окисления иттрия в соединениях

Все значимые соединения иттрия содержат его в форме катиона Y³⁺. Он проявляет типичные свойства активного металла:

• Оксид иттрия (Y₂O₃): Y +3, O -2.
• Хлорид иттрия (YCl₃): Y +3, Cl -1.
• Нитрат иттрия (Y(NO₃)₃): Y +3.
• Фторид иттрия (YF₃): Y +3, F -1.
• Гидрид иттрия (YH₃): Y +3, H -1.

Высшая степень окисления

Высшая степень окисления иттрия равна +3. Она соответствует номеру его группы (III) в таблице Менделеева.

Низшая степень окисления

Понятие «низшая степень окисления» для металлов 3-й группы обычно ограничивается 0 (металлическое состояние), так как они не склонны принимать электроны.

Промежуточные степени окисления

Хотя для иттрия наиболее характерно состояние +3, в особых условиях (например, в кластерных соединениях или при сверхвысоких температурах) он может проявлять промежуточные степени окисления +1 и +2.

Эти состояния крайне неустойчивы и существуют преимущественно в виде твердых галогенидов (например, YI₂ или YCl) или комплексных соединений.

Они являются сильнейшими восстановителями и легко окисляются до стабильного состояния +3 при малейшем контакте с окислителем или влагой.

Важно: Из-за стабильности СО +3 иттрий часто называют «редкоземельным элементом», хотя он не входит в семейство лантаноидов, но всегда сопутствует им в рудах.

Почему степень окисления почти всегда положительная?

Знак заряда зависит от низкой электроотрицательности (1,22).

1. Положительная СО (+): Иттрий является сильным восстановителем. Он легко отдает электроны практически всем неметаллам.
2. Отрицательная СО (-): Для иттрия не характерна, так как он не обладает сродством к электрону.
3. Нулевая СО (0): Характерна для чистого металлического иттрия (светло-серый металл).

Как определить степень окисления иттрия

По таблице Менделеева

1. Семейство: d-элемент (переходные металлы).
2. Валентные электроны: 3 (2 на s-уровне и 1 на d-уровне).
3. Атомная масса иттрия: 88,90 а.е.м. Для сравнения масс других элементов используй таблицу атомных масс.

По валентности (Число связей)

Валентность иттрия практически всегда равна III.

1. Пример: В оксиде Y₂O₃ каждый атом иттрия образует три химические связи с кислородом.

По электронной конфигурации

1. Электронная формула иттрия: [Kr] 4d¹ 5s². Для просмотра значений квантовых чисел электронов используй таблицу квантовых чисел.
2. Наличие трех внешних электронов за пределами заполненного слоя криптона предопределяет СО +3.

По химическому соединению (Алгебраический расчет)

Так как Иттрий — активный металл 3-й группы, его степень окисления в сложных веществах практически всегда +3.

Пример для YCl₃ (хлорид иттрия):

Сумма всех СО в молекуле равна 0.

Обозначим СО иттрия за x, а у хлора она равна -1.

1 · x + 3 · (-1) = 0
x — 3 = 0 ⇒ x = +3

Примеры степеней окисления иттрия

Шпаргалка для иттрия

• +3 — единственно важная степень окисления в химии.
• Сходство — по химическому поведению почти идентичен лантаноидам (особенно гадолинию).
• Оксид Y₂O₃ — используется в производстве люминофоров для экранов и сверхпроводников.

Пример решения задачи:

Проверка знаний

Отметьте правильные утверждения для Иттрия (Y):

1) Иттрий относится к d-элементам.

2) Высшая степень окисления иттрия равна +3.

3) Иттрий находится в 4-м периоде.

4) Электронная конфигурация внешнего слоя Y — 4d¹ 5s².

5) Иттрий проявляет амфотерные свойства в степени окисления +3.

Часто задаваемые вопросы