Теория:
По шкале Полинга электроотрицательность иттрия (Y) равна (1,22), это низкое значение, характерное для d-элементов IIIB группы 5-го периода.
Определяет его выраженный металлический характер, высокую химическую активность и склонность к образованию ионных и полярных ковалентных связей.
Иттрий — элемент 3-й (IIIB) группы, занимающий место в 5-м периоде между стронцием и цирконием.
Если представить эту характеристику как «силу притяжения» чужих электронов, то у атома иттрия эта способность выражена слабо — значительно слабее, чем у неметаллов, но чуть сильнее, чем у щелочноземельных металлов того же периода.
Его валентные электроны легко отдаются при взаимодействии с более электроотрицательными элементами, что обусловливает его сильные восстановительные свойства.
Наличие трех валентных электронов (4d15s2) влечёт три основных химических следствия:
Содержание страницы
Электроотрицательность (ЭО) — условная величина, отражающая способность атома в молекуле смещать к себе общие электронные пары.
Для иттрия различие между значениями в разных шкалах отражает его химическую природу как переходного металла с низким потенциалом ионизации.
| Шкала | Что измеряется | Значение для Y |
|---|---|---|
| Полинга | Энергии химических связей | 1,22 |
| Малликена | Энергия ионизации + сродство к электрону | 1,18 |
| Олреда–Рохова | Эффективный заряд ядра и ковалентный радиус | 1,11 |
| Аллена | Средняя энергия валентных электронов | 1,120 |
Шкала Полинга является наиболее распространенной и традиционно применяется в учебных программах.
Значение для иттрия составляет (1,22). Оно наглядно показывает, что иттрий является типичным активным металлом.
В отличие от p-элементов 3-й группы (например, бора или алюминия), иттрий имеет существенно меньшую ЭО, что приближает его по свойствам к лантаноидам.
Смотреть полную таблицу электроотрицательности для всех элементов.
Шкала Малликена основана на энергетических характеристиках изолированного атома:
Первая энергия ионизации I = 600 кДж/моль — энергия, необходимая для отрыва первого валентного электрона.
Сродство к электрону E = 29,6 кДж/моль — энергия, выделяющаяся при присоединении электрона.
Формула: χ = ½ (I + E). В пересчете на относительные единицы шкала Малликена дает значение около (1,18), отражающее слабую удерживающую способность ядра по отношению к внешним электронам.
Олред и Рохов рассчитывают ЭО исходя из кулоновской силы притяжения внешних электронов к ядру:
где Zэфф — эффективный заряд ядра, r — радиус атома.
Из-за большого атомного радиуса (180 пм) и экранирования ядра внутренними электронными слоями расчетное значение составляет (1,11).
Шкала Ларри Аллена рассчитывается через среднюю энергию валентных электронов:
где Ei — энергии ионизации валентных электронов, n — их количество. Для иттрия с его тремя валентными (4d15s2) электронами шкала Аллена дает значение (1,120).
По шкале Аллена иттрий удерживает валентные электроны значительно слабее, чем скандий или алюминий, что обусловлено большим размером его атома.
Иттрий — d-элемент 3-й группы 5-го периода с атомным номером 39. Конфигурация — 1s22s22p63s23p63d104s24p64d15s2 (или [Kr]4d15s2).
Три валентных электрона находятся на 5s- и 4d-орбиталях.
Экранирующий эффект внутренних 36 электронов ослабляет притяжение внешних электронов к ядру (+39).
Большой атомный радиус иттрия (около 180 пм) приводит к тому, что внешние электроны связываются с ядром очень слабо.
Атому энергетически выгодно отдавать три валентных электрона при химических реакциях с образованием устойчивого катиона Y3+.
Сравнение с элементами 5-го периода:
| Элемент | ЭО (Полинг) | Электронная конфигурация |
|---|---|---|
| Rb (рубидий) | 0,82 | [Kr] 5s1 |
| Sr (стронций) | 0,95 | [Kr] 5s2 |
| Y (иттрий) | 1,22 | [Kr] 4d1 5s2 |
| Zr (цирконий) | 1,33 | [Kr] 4d2 5s2 |
По мере движения слева направо по периоду от рубидия к цирконию ЭО закономерно возрастает из-за увеличения заряда ядра и уменьшения атомного радиуса.
Низкое значение электроотрицательности иттрия определяет металлический характер его связей в различных соединениях:
Характерные особенности иттрия:
| Элемент | ЭО (Полинг) | Первая энергия ионизации, кДж/моль | Атомный радиус, пм |
|---|---|---|---|
| Sc (скандий) | 1,36 | 633,1 | 162 |
| Y (иттрий) | 1,22 | 600,0 | 180 |
| La (лантан) | 1,10 | 538,1 | 187 |
| Lu (лютеций) | 1,27 | 523,5 | 174 |
При движении сверху вниз по группе от скандия к лантану ЭО снижается из-за увеличения радиуса атома, однако у лютеция слегка возрастает из-за эффекта лантаноидного сжатия.
Значение ЭО по Полингу (1,22) определяет устойчивое химическое поведение иттрия в реакциях.
Эта характеристика обуславливает ключевые свойства элемента:
Причина проста: после отдачи трёх валентных электронов атом иттрия приобретает устойчивую электронную конфигурацию благородного газа криптона ([Kr]).
Главное правило: при участии в химических реакциях иттрий отдаёт три электрона, проявляя в соединениях постоянную степень окисления +3.
На внешних энергетических уровнях атома иттрия находится 2 электрона на 5s-орбитали и 1 электрон на 4d-орбитали.
При образовании химических связей все три валентных электрона участвуют в связывании, благодаря чему валентность иттрия в соединениях практически всегда равна III.
Краткий итог: электронное строение 4d15s2 определяет постоянную валентность иттрия, равную III.
Электроотрицательность иттрия вытекает из строения его электронной оболочки.
Электронная формула иттрия: [Kr] 4d1 5s2
На внешних уровнях находятся 3 валентных электрона.
Два ключевых фактора:
Значение электроотрицательности (1,22) — это прямое следствие формулы [Kr] 4d1 5s2.
Благодаря своей электронной структуре и значению ЭО иттрий широко используется:
В отличие от стронция и циркония:
Электроотрицательность иттрия (по Полингу равна 1,22):
Таким образом, иттрий выступает классическим примером переходного металла III группы с низкой электроотрицательностью.
Правильные ответы: 1, 3, 4.
Разбор ошибок:
2 — неверно: электроотрицательность иттрия (1,22) ниже, чем у циркония (1,33).
5 — неверно: иттрий проявляет характерную и устойчивую степень окисления +3.
По шкале Полинга электроотрицательность иттрия равна 1,22.
Из-за низкого значения ЭО (1,22) иттрий является типичным металлом, его оксиды и гидроксиды легко реагируют с кислотами с образованием солей.