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

• 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

Пример решения задачи:

Часто задаваемые вопросы