Теория:
По шкале Полинга электроотрицательность гольмия (Ho) равна 1,23, это типичное значение для лантаноидов, отражающее их сильные металлические свойства и высокую химическую активность.
Гольмий — f-элемент (лантаноид) 6-го периода, обладающий характерной для редких земель электронной конфигурацией ([Xe] 4f116s2).
Если представить эту характеристику как «силу притяжения» чужих электронов, то у атома гольмия она выражена слабо, поскольку внешние валентные электроны находятся далеко от ядра и надежно экранируются глубокими внутренними уровнями.
Наличие трех валентных электронов (4f116s2) и низкое значение электроотрицательности влекут три основных химических следствия:
Содержание страницы
Электроотрицательность (ЭО) — условная величина, отражающая способность атома в молекуле смещать к себе общие электронные пары.
Для редкоземельных металлов различные шкалы дают близкие низкие значения, фиксируя слабую способность ядра удерживать внешние электроны при образовании связей.
| Шкала | Что измеряется | Значение для Ho |
|---|---|---|
| Полинга | Энергии химических связей | 1,23 |
| Малликена | Энергия ионизации + сродство к электрону | 1,16 |
| Олреда–Рохова | Эффективный заряд ядра и ковалентный радиус | 1,18 |
| Аллена | Средняя энергия валентных электронов | 1,190 |
Шкала Полинга является наиболее распространенной и традиционно применяется в школьных и университетских программах.
Значение для гольмия составляет 1,23. Оно наглядно показывает, что гольмий проявляет выраженный металлической характер и охотно отдаёт внешние электроны.
В отличие от элементов-неметаллов, гольмий характеризуется низкой электроотрицательностью, что свойственно всему семейству тяжелых лантаноидов.
Смотреть полную таблицу электроотрицательности для всех элементов.
Шкала Малликена основана на энергетических характеристиках изолированного атома:
Первая энергия ионизации I = 581,0 кДж/моль — количество энергии, необходимое для отрыва первого внешнего электрона.
Сродство к электрону E — слабое или околонулевое притяжение дополнительного электрона.
Формула: χ = ½ (I + E). В пересчете на относительные единицы шкала Малликена дает значение около 1,16, подчёркивая лёгкую ионизацию атома и склонность к образованию катионов.
Олред и Рохов рассчитывают ЭО исходя из кулоновской силы притяжения внешних электронов к ядру:
где Zэфф — эффективный заряд ядра, r — радиус атома.
Из-за лантаноидного сжатия и уменьшения атомного радиуса (около 176 пм) расчетное значение составляет 1,18.
Шкала Ларри Аллена рассчитывается через среднюю энергию валентных электронов:
где Ei — энергии ионизации валентных электронов, n — их количество. Для гольмия шкала Аллена дает значение 1,190.
По шкале Аллена гольмий удерживает свои валентные электроны относительно слабо, что подтверждает его металлическую природу.
Гольмий — f-элемент 6-го периода с атомным номером 67. Конфигурация — [Xe] 4f11 6s2.
Валентные электроны находятся на внешней 6s-орбитали, в то время как 11 электронов заполняют предвнешний 4f-подуровень, который глубоко упрятан внутри электронной оболочки и мощно экранирует заряд ядра (+67).
При этом атомный радиус гольмия остается довольно большим (около 176 пм).
Атому энергетически гораздо выгоднее отдать три валентных электрона, чем удерживать их или принимать чужие электроны.
Сравнение с другими металлами:
| Элемент | ЭО (Полинг) | Электронная конфигурация |
|---|---|---|
| La (лантан) | 1,10 | [Xe] 5d1 6s2 |
| Gd (гадолиний) | 1,20 | [Xe] 4f7 5d1 6s2 |
| Ho (гольмий) | 1,23 | [Xe] 4f11 6s2 |
| Lu (лютеций) | 1,27 | [Xe] 4f14 5d1 6s2 |
В ряду лантаноидов слева направо электроотрицательность постепенно возрастает из-за эффекта лантаноидного сжатия.
Низкая электроотрицательность гольмия обуславливает большую разность электроотрицательностей (Δχ) при взаимодействии с неметаллами:
Характерные особенности гольмия:
| Элемент | ЭО (Полинг) | Первая энергия ионизации, кДж/моль | Атомный радиус, пм |
|---|---|---|---|
| Nd (неодим) | 1,14 | 533,1 | 182 |
| Tb (тербий) | 1,20 | 565,8 | 178 |
| Ho (гольмий) | 1,23 | 581,0 | 176 |
| Er (эрбий) | 1,24 | 589,3 | 176 |
| Yb (иттербий) | 1,10 | 603,5 | 194 |
Постепенное уменьшение радиуса и рост энергий ионизации среди тяжелых лантаноидов обуславливают плавное увеличение электроотрицательности.
Низкое значение ЭО по Полингу определяет характерное химическое поведение гольмия в соединениях.
Эта характеристика обуславливает ключевые свойства элемента:
Причина проста: удаление трёх электронов энергетически выгодно и приводит к стабильной конфигурации остова.
Главное правило: слабое удержание валентных электронов приводит к тому, что в подавляющем большинстве соединений гольмий проявляет степень окисления +3.
На внешнем и предвнешнем уровнях атома гольмия находятся три валентных электрона (4f116s2).
Поскольку все они задействуются в химических взаимодействиях, валентность гольмия в соединениях неизменно равна III.
Краткий итог: электронное строение 4f116s2 определяет постоянную валентность гольмия, равную III.
Электроотрицательность гольмия напрямую вытекает из строения его электронной оболочки.
Электронная формула гольмия: [Xe] 4f11 6s2.
На внешнем уровне находится 2 электрона (6s2), а на 4f-орбитали располагается 11 электронов.
Два ключевых фактора:
Значение электроотрицательности (1,23) — это прямое следствие формулы [Xe] 4f11 6s2.
Благодаря своим магнитным и электронным свойствам гольмий находит узкоспециализированное применение:
В отличие от классических переходных металлов:
Электроотрицательность гольмия (по Полингу равна 1,23):
Таким образом, гольмий выступает типичным представителем семейства лантаноидов с низкой электроотрицательностью и ярко выраженными металлическими свойствами.
Правильные ответы: 1, 3, 4.
Разбор ошибок:
2 — неверно: гольмий — редкоземельный металл с низкой ЭО (1,23).
5 — неверно: гольмий активно взаимодействует с разбавленными кислотами с выделением водорода.
По шкале Полинга электроотрицательность гольмия равна 1,23.
В подавляющем большинстве химических соединений гольмий проявляет единственную стабильную степень окисления +3.
Атом гольмия имеет конфигурацию [Xe] 4f11 6s2, где валентные 6s-электроны экранируются заполненным 4f-подуровнем.