Теория:
По шкале Полинга электроотрицательность самария (Sm) составляет 1,17 — это низкое значение, типичное для семейства лантаноидов, определяющее его выраженные металлические и сильные восстановительные свойства.
Самарий — f‑элемент (лантаноид) 6‑го периода с незаполненной глубокой 4f‑оболочкой (электронная конфигурация 4f66s2).
Если рассматривать эту характеристику как способность стягивать на себя электронную плотность, у атома самария она выражена слабо: его внешние валентные электроны удалены от ядра и экранируются внутренними электронными слоями.
Это обусловливает лёгкую отдачу электронов при химических взаимодействиях.
Особенность строения (4f66s2) и величина ЭО определяют три ключевых химических следствия:
Преобладающая и наиболее устойчивая степень окисления +3 (а также способность проявлять степень окисления +2 в некоторых соединениях).
Высокая химическая активность (металл активно взаимодействует с кислородом, водой и кислотами).
Склонность к образованию ионных связей с типичными неметаллами.
Содержание страницы
Электроотрицательность (ЭО) — условный параметр, характеризующий склонность атома в структуре молекулы притягивать общие электронные пары.
Различные подходы дают сопоставимые цифровые результаты из-за опоры на индивидуальные физические константы редких земель.
| Шкала | Что измеряется | Значение для Sm |
|---|---|---|
| Полинга | Энергии химических связей | 1,17 |
| Малликена | Энергия ионизации + сродство к электрону | 1,15 |
| Олреда–Рохова | Эффективный заряд ядра и ковалентный радиус | 1,11 |
| Аллена | Средняя энергия валентных электронов | 1,110 |
Данная система расчёта пользуется наибольшей популярностью в академической литературе.
Цифровой показатель 1,17 наглядно подтверждает сильные электроположительные черты лантаноида и его способность легко расставаться с внешними зарядами.
Это обусловливает образование прочных ионных кристаллических решеток в оксидах (Sm2O3) и галогенидах самария.
Смотреть полную таблицу электроотрицательности для всех элементов.
Методика базируется на квантово-химических характеристиках изолированной частицы:
Первая энергия ионизации I = 544,5 кДж/моль — работа, затрачиваемая на удаление первого валентного электрона.
Сродство к электрону E — близкое к нулю значение, типичное для редких земель.
Формула: χ = ½ (I + E).
С учётом расчётных параметров метод Малликена выдает результат около 1,15.
Авторы вычисляют показатель через электростатическое притяжение периферийных зарядов ядром:
где Zэфф — эффективный заряд ядра, r — радиус атома.
С учётом атомного радиуса 162 пм расчетное значение составляет 1,11.
Подход основан на вычислении усреднённой энергии валентных подуровней:
где Ei — энергии ионизации валентных электронов, n — их количество.
Для конфигурации 4f66s2 расчёт по Аллену дает 1,110.
Полученная величина отражает минимальную способность удерживать валентную электронную плотность на периферии.
Самарий — элемент 6‑го периода с атомным порядковым номером 62.
Конфигурация внешней и предвнешней оболочек — [Xe] 4f6 6s2.
Присутствие массивного и глубокого 4f‑слоя экранирует мощный положительный заряд ядра (+62), ослабляя кулоновское притяжение внешней пары 6s‑электронов.
Большой объем атома и слабое удержание периферийного заряда обусловливают низкую ЭО (1,17) и выраженный металлический характер.
Сравнение с соседними лантаноидами:
| Элемент | ЭО (Полинг) | Электронная конфигурация |
|---|---|---|
| Nd (неодим) | 1,14 | [Xe] 4f4 6s2 |
| Sm (самарий) | 1,17 | [Xe] 4f6 6s2 |
| Eu (европий) | 1,20 | [Xe] 4f7 6s2 |
Постепенное увеличение ЭО внутри семейств редкоземельных металлов связано с эффектом лантаноидного сжатия — уменьшением радиуса при росте порядкового номера.
Низкая величина ЭО задает специфику химического поведения лантаноида:
Характерные физико‑химические свойства:
| Элемент | ЭО (Полинг) | Первая энергия ионизации, кДж/моль | Атомный радиус, пм |
|---|---|---|---|
| Cs (цезий) | 0,79 | 375,7 | 265 |
| Ba (барий) | 0,89 | 502,9 | 215 |
| Sm (самарий) | 1,17 | 544,5 | 162 |
| Pt (платина) | 2,28 | 870,0 | 139 |
| Au (золото) | 2,54 | 890,1 | 144 |
Внутри шестого периода самарий занимает промежуточное положение между активными s‑металлами и благородными d‑элементами.
Показатель ЭО (1,17) объясняет особенности проявления валентных состояний самария:
Главное правило: сильные восстановительные свойства элемента определяют его преобладающее пребывание в трехвалентном виде.
Смотреть правила и как определить степень окисления самария с примерами и объяснениями.
На внешней оболочке свободного атома присутствует пара 6s2-электронов, а в построении связей также могут участвовать электроны 4f-подуровня.
В зависимости от условий и природы партнера валентность может составлять III или II.
Краткий итог: электронное строение 4f66s2 обуславливает преобладающую валентность III.
Строение электронной оболочки полностью определяет физико-химический профиль. Формула: [Xe] 4f6 6s2.
На внешнем подуровне располагаются 2 электрона, а на предвнешнем — 6 электронов f-слоя.
Два ключевых фактора:
Величина ЭО (1,17) напрямую вытекает из формулы [Xe] 4f6 6s2.
Уникальные свойства элемента находят технологическое применение:
Электроотрицательность самария (по Полингу — 1,17):
Таким образом, самарий выступает типичным представителем редкоземельных элементов с низкой электроотрицательностью и характерными металлически подобными свойствами.
Правильные ответы: 1, 3, 4.
Разбор ошибок:
2 — неверно: ЭО самария (1,17) значительно ниже, чем у фтора (3,98).
5 — неверно: самарий — это редкоземельный металл (лантаноид).
По шкале Полинга электроотрицательность самария составляет 1,17.
Основной и наиболее устойчивой степенью окисления является +3, однако в некоторых случаях (например, с йодом) он может проявлять степень окисления +2.
Присутствие массивного 4f-подуровня экранирует заряд ядра, ослабляя притяжение внешних 6s-электронов.