Степень окисления фермия (Fm): в соединениях, как определить, примеры

Теория:

Степень окисления фермия (Fm) в химических соединениях практически всегда принимает значение +3, которое является доминирующим и наиболее энергетически оправданным.

Это обусловлено спецификой строения его электронной оболочки (завершение заполнения 5f-подуровня) и положением в семействе актиноидов.

Кроме того, выделяют показатель 0, который относится к фермию в виде простого вещества (серебристо-белый радиоактивный металл).

Например для наиболее стабильной СО +3: в соединении FmCl₃ (хлорид фермия III) или Fm₂O₃ (оксид фермия III) заряд иона равен +3.

В этом состоянии фермий химически напоминает лантаноиды и другие актиноиды.

Для сравнения, СО +2: проявляется крайне редко, лишь в специфических условиях восстановления, и является для фермия неустойчивым, короткоживущим состоянием.

• Почему +3? Атом фермия легко отдает три валентных электрона, достигая энергетически выгодной и равновесной конфигурации иона.
• Почему другие СО менее стабильны? Из-за колоссальной радиоактивности и крайне малого периода полураспада даже самых долгоживущих изотопов фермия, детальное изучение его химии в других степенях окисления представляет огромную сложность для современной науки.

Рис. 1. Основные степени окисления фермия: 0, +2 и +3.

Состояние +3 является единственным стабильным в водных растворах, тогда как форма +2 крайне нестабильна и быстро окисляется.

Важно заметить, что фермий в любой степени окисления радиоактивен.

Работы с ним ведутся дистанционно в специализированных лабораториях, так как он синтезируется искусственно в ядерных реакторах путем захвата нейтронов.

На свойства этого элемента влияют электронное строение (5f¹² 7s²), актиноидное сжатие и значение электроотрицательности, характерное для тяжелых переходных элементов.

Почему +3 — самая устойчивая степень окисления у фермия

Причина стабильности трехвалентного состояния кроется в электронной конфигурации, при которой ион достигает энергетического баланса.

1. В простом веществе (Fm⁰): Заряд равен 0. Конфигурация: [Rn] 5f12 7s2.
2. В трехвалентном ионе (Fm⁺³): Фермий теряет 3 электрона с 7s и 5f орбиталей. Конфигурация: [Rn] 5f11.

Рис. 2. Схема образования степени окисления +3: удаление валентных электронов и превращение атома фермия в катион Fm³⁺.

Степень окисления фермия в соединениях

В зависимости от окружения, фермий в соединениях проявляет степень окисления, определяющую его ограниченный химический характер:

• Оксид фермия(III) (Fm₂O₃): Fm +3.
• Хлорид фермия(III) (FmCl₃): Fm +3.
• Иодид фермия(II) (FmI₂): Fm +2 (крайне редкое состояние).

Высшая степень окисления

Высшая степень окисления Fm равна +3. В этом состоянии он проявляет основные химические свойства, образуя соли, структурно близкие к лантаноидам.

Низшая степень окисления

Для фермия характерна степень окисления 0 в металлическом виде. Отрицательные степени окисления для него теоретически невозможны.

Промежуточные степени окисления

Степень окисления фермия в веществах почти всегда целочисленная. Использование других значений — это результат редких экспериментальных наблюдений в специфической среде.

Важно: Фермий называют «исчезающим металлом», так как из-за очень короткого времени полураспада изотопов, он постоянно разрушает сам себя, что делает проведение классических химических экспериментов крайне затруднительным.

Почему фермий предпочитает заряды +2 и +3?

Характер взаимодействия продиктован его положением в ряду актиноидов:

1. Положительная СО (+): Фермий — металл, он легко отдает электроны.
2. Отсутствие отрицательных СО (-): Как типичный актиноид, фермий имеет низкую электроотрицательность и не склонен принимать электроны.

4 способа определить степень окисления фермия

По таблице Менделеева

1. Семейство: f-элемент.
2. Валентные электроны: 3 электрона (5f¹² 7s²).
3. Атомная масса фермия: ~257 а.е.м.

По валентности (Число связей)

Обычно валентность фермия принимают равной III.

1. В FmCl₃: Фермий образует три связи, СО — +3.

По электронной конфигурации

1. Электронная формула фермия: [Rn] 5f¹² 7s².
2. Атому фермия степени окисления +3 достичь легче, так как это энергетически наиболее стабильно для актиноидов.

По химическому соединению (Алгебраический расчет)

Пример для Fm₂O₃:

Сумма СО равна 0. Кислород почти всегда -2. Обозначим фермий как x.

2x + 3 · (-2) = 0 ⇒ 2x = 6 ⇒ x = +3

Примеры степеней окисления фермия

Шпаргалка для фермия

• +3 — доминирующая степень окисления, наиболее изученная.
• +2 — проявляется редко, в жестких условиях восстановления.
• Радиоактивность — главный фактор, ограничивающий изучение химии фермия.

Фермий вне учебника: что скрывает наука?

+4: Теоретически возможность существования фермия (IV) рассматривалась, но на практике такие соединения пока не зафиксированы.

Отрицательные степени: Для фермия, как типичного металла с низкой электроотрицательностью, отрицательные степени окисления невозможны даже в теории.

Интересный факт: Название элемента в честь Энрико Ферми подчеркивает его вклад в развитие ядерной физики. Фермий является одним из последних элементов, который можно получить путем захвата нейтронов в реакторе, что делает его «последним рубежом» для классической химии трансуранов.

Пример решения задачи:

Проверка знаний

1) Фермий (Fm) относится к семейству актиноидов.

2) Степень окисления +2 является для фермия самой устойчивой в соединениях.

3) В соединении FmCl₃ фермий проявляет степень окисления +3.

4) Отрицательные степени окисления для фермия нехарактерны из-за его низкой электроотрицательности.

5) Фермий — это элемент, который встречается в природе в больших количествах.

Часто задаваемые вопросы