Степень окисления скандия (Sc): в соединениях, как определить, примеры

Теория:

Степень окисления скандия в соединениях равна +3. Это определяется его положением в периодической системе: скандий — элемент 3‑й группы (побочная подгруппа), 4‑го периода.

Являясь переходным металлом, он имеет на внешнем и предвнешнем уровнях три валентных электрона (3d1 4s2), которые он стабильно отдаёт в химических реакциях.

В отличие от скандия, для многих других элементов положение в таблице даёт лишь базовую информацию о степенях окисления.

Чтобы определить все возможные значения, используют электронную формулу.

Например:

  • Для азота (1s22s22p3) электронная формула объясняет наличие трех неспаренных электронов и возможность проявлять степени окисления от -3 до +5;
  • Для марганца (1s22s22p63s23p63d54s2) — возможность достижения высшей степени окисления +7 за счёт участия всех семи валентных электронов.

Скандий же не демонстрирует такого разнообразия: его электронная конфигурация ([Ar] 3d1 4s2) и низкая электроотрицательность (1,36 по шкале Полинга) обеспечивают преобладающую и единственно устойчивую степень окисления +3.

Рис. Степень окисления скандия 0, +3. Факторы, влияющие на СО — принадлежность к d-металлам 3-й группы, электронная конфигурация [Ar] 3d1 4s2 и стремление к достижению пустой d-оболочки.

Почему у скандия такие степени окисления?

Причина стабильности степени окисления скандия — наличие трех валентных электронов: двух на внешнем 4s и одного на предвнешнем 3d уровнях.

  1. В простом веществе (Sc⁰): Все три валентных электрона удерживаются ядром. Заряд атома равен 0. 3d [↑][ ][ ][ ][ ] 4s [↑↓]. Примечание: Как и у всех металлов, в свободном состоянии степень окисления скандия нулевая.
  2. В соединениях (Sc+3): Скандий отдаёт все 3 электрона (сначала 4s, затем 3d), чтобы достичь стабильной оболочки инертного газа аргона. Подуровни 4s и 3d становятся пустыми: 3d [ ][ ][ ][ ][ ] 4s [ ].

 

Рис. 2. Схема взаимодействия валентных орбиталей Sc и F: передача трех электронов и переход атомов в ионное состояние (Sc3+) с образованием устойчивой электронной оболочки. Так как атом теряет три отрицательно заряженные частицы, его заряд становится +3.

Степень окисления скандия в соединениях

В подавляющем большинстве сложных веществ скандий имеет степень окисления +3. Это отличает его от последующих d-металлов, имеющих множество СО.

  • Оксид скандия (Sc2O3): Sc +3, O -2.
  • Хлорид скандия (ScCl3): Sc +3, Cl -1.
  • Фторид скандия (ScF3): Sc +3, F -1.

Примечание: Скандий химически очень похож на алюминий, поэтому его химия практически полностью ограничена состоянием +3.

Высшая и низшая степени окисления

Высшая степень окисления скандия равна +3 (номер группы). Низшая равна 0 (металл).

Примечание: Скандий — это металл, он не принимает электроны, поэтому отрицательных степеней окисления не имеет.

Как определить степень окисления скандия

По таблице Менделеева

Скандий (Sc) в таблице Менделеева находится в 3-й группе (IIIB), период — 4, блок — d-элемент. Основная степень окисления Скандия (Sc) в соединениях — +3.
  • Переходный металл: Родоначальник d-блока 4-го периода.
  • Электроотрицательность: Составляет 1,36 по Полингу. Это значение выше, чем у щелочных металлов, но достаточно низкое для легкой отдачи электронов.

По электронной конфигурации

  1. Электронная формула скандия: [Ar] 3d1 4s2.
  2. Валентные электроны: 2 на внешнем s-уровне и 1 на предвнешнем d-уровне.
  3. Квантовые числа: для 4s-электронов n = 4, l = 0; для 3d-электрона n=3, l=2.

По валентности (Число связей)

Валентность скандия в устойчивых соединениях равна III. Это означает, что атом скандия образует три химические связи.

По химическому соединению (Алгебраический расчет)

Степень окисления скандия в сложных веществах всегда принимается за +3.

Пример для Sc2O3 (оксид скандия): Сумма СО равна 0. Обозначим СО скандия за x, кислорода за -2. 2 · x + 3 · (-2) = 0 ⇒ 2x = 6 ⇒ x = +3.

Примеры степеней окисления скандия

СО Класс соединений Примеры
+3 Оксиды, амфотерные гидроксиды, соли Sc2O3, Sc(OH)3, ScCl3, Sc2(SO4)3
0 Простое вещество (металл) Sc
Скандий химический элемент: физические, химические свойства, биологическая роль, нахождение в минералах, применение и получение.

Пример решения задачи:

▶️ Дано:

Соединение: Sc(NO3)3 (нитрат скандия).

⌕ Найти:

Определите СО азота, зная СО скандия.

✨ Решение:

1) Sc — элемент III группы, СО всегда = +3. 2) O — кислород имеет СО = −2. 3) Расчет для NO3-группы: x + 3 · (−2) = −1 ⇒ x = +5.

✅ Ответ:

N(+5).

Часто задаваемые вопросы

Почему у скандия не бывает СО +4?

Для этого пришлось бы отрывать электрон с полностью заполненного 3p-подуровня, который находится очень близко к ядру и сильно им удерживается.

Почему у скандия СО +1+2+3?

Это «переходный» элемент. Формально он может терять электроны по очереди (+1, +2), но он делает это так быстро и охотно, что в 99% химических реакций мы видим только +3.

Как наиболее стабильная степень окисления?

Основная и наиболее стабильная степень окисления скандия (Sc) в соединениях — +3.

Статьи по теме

  1. Электронная формула скандия Sc (энергетические уровни)Sc скандий (Scandium; от лат. Scandia — Скандинавия) — химический элемент 3-й группы четвёртого периода периодической системы химических элементов с...
  2. Степень окисления алюминия (Al): в соединениях, как определить, примерыТеория Алюминий (Al) — это химический элемент 13-й группы (главная подгруппа III группы), который является самым распространенным металлом в земной...
  3. Степень окисления магния (Mg): в соединениях, как определить, примерыТеория Магний (Mg) — это химический элемент 2-й группы (щелочноземельные металлы), который является легким и очень активным металлом. В отличие...
  4. Степень окисления кальция (Са): в соединениях, как определить, примерыТеория: Степень окисления кальция в соединениях равна +2. Это определяется его положением в периодической системе: кальций — элемент 2‑й группы...
  5. Валентность скандия (Sc) Теория: Валентность скандия (Sc) — это способность образовывать в соединениях III (три)  химические связи. То есть: скандий всегда проявляет валентность,...
  6. Степень окисления фтора (F): в соединениях, как определить, примерыТеория Фтор (F) — это химический элемент 17-й группы (галогены), который является самым электроотрицательным элементом во всей таблице Менделеева. Из-за...