Теория:
По шкале Полинга электроотрицательность скандия (Sc) равна (1,36). Это типичное значение для переходных металлов 4-го периода, определяющее его промежуточный химический характер и сильные восстановительные свойства.
Скандий — первый d-элемент 4-го периода, возглавляющий 3-ю (IIIB) группу периодической системы, расположенный между кальцием и титаном.
Если рассматривать эту характеристику как способность привлекать и удерживать электронные пары, то у атома скандия она выражена заметно слабее, чем у неметаллов, но сильнее, чем у щелочных и щелочноземельных металлов.
Его внешние валентные электроны отдаются относительно легко при взаимодействии с более электроотрицательными элементами.
Электронная конфигурация валентного слоя (3d14s2) влечёт три основных химических следствия:
Содержание страницы
Электроотрицательность (ЭО) — условная величина, отражающая способность атома в молекуле смещать к себе общие электронные пары.
Для переходных металлов различие между значениями в разных шкалах отражает постепенное заполнение внутренних d-орбиталей и влияние этого процесса на химические связи.
| Шкала | Что измеряется | Значение для Sc |
|---|---|---|
| Полинга | Энергии химических связей | 1,36 |
| Малликена | Энергия ионизации + сродство к электрону | 1,30 |
| Олреда–Рохова | Эффективный заряд ядра и ковалентный радиус | 1,20 |
| Аллена | Средняя энергия валентных электронов | 1,190 |
Шкала Полинга является наиболее распространенной и традиционно применяется в учебной литературе.
Значение для скандия составляет (1,36).
Оно наглядно показывает, что скандий является активным металлом, однако удерживает электроны сильнее, чем щелочноземельный кальций.
В отличие от s-элементов, наличие 3d-электрона придаёт его связям некоторую долю ковалентности.
Смотреть полную таблицу электроотрицательности для всех элементов.
Шкала Малликена основана на энергетических характеристиках изолированного атома:
Первая энергия ионизации I = 633,1 кДж/моль — энергия, необходимая для отрыва первого валентного электрона.
Сродство к электрону E = 18,1 кДж/моль — энергия, выделяющаяся при присоединении электрона.
Формула: χ = ½ (I + E). В пересчете на относительные единицы шкала Малликена дает значение около (1,30), отражающее небольшую удерживающую способность ядра.
Олред и Рохов рассчитывают ЭО исходя из кулоновской силы притяжения внешних электронов к ядру:
При атомном радиусе около 162 пм и заряде ядра (+21) расчетное значение по шкале составляет (1,20).
Шкала Ларри Аллена рассчитывается через среднюю энергию валентных электронов:
Для скандия с его тремя валентными электронами (3d14s2) шкала Аллена дает значение (1,190).
Значение по шкале Аллена подчёркивает металлическую природу скандия и его лёгкую отдачу внешних электронов.
Скандий — элемент 3-й группы 4-го периода с атомным номером 21. Конфигурация — 1s22s22p63s23p63d14s2 (или [Ar]3d14s2).
Три валентных электрона находятся на 4s- и 3d-орбиталях. Заряд ядра (+21) сильнее притягивает электронные оболочки, чем у кальция (+20).
При этом атомный радиус скандия за счёт сжатия уменьшается до 162 пм, а эффективный заряд ядра возрастает.
Атому энергетически очень выгодно отдавать валентные электроны при химических реакциях, формируя устойчивые соединения со связями ионного и полярного ковалентного типа.
Сравнение с элементами 4-го периода:
| Элемент | ЭО (Полинг) | Электронная конфигурация |
|---|---|---|
| K (калий) | 0,82 | [Ar] 4s1 |
| Ca (кальций) | 1,00 | [Ar] 4s2 |
| Sc (скандий) | 1,36 | [Ar] 3d1 4s2 |
| Ti (титан) | 1,54 | [Ar] 3d2 4s2 |
По мере движения слева направо по 4-му периоду от калия к титану ЭО возрастает из-за увеличения заряда ядра и уплотнения электронного облака.
Невысокое значение электроотрицательности скандия определяет характер его химических связей в соединениях:
Характерные особенности скандия:
| 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 |
| Ac (актиний) | 1,10 | 499,0 | 203 |
При движении сверху вниз по подгруппе от скандия к лантану значение ЭО плавно снижается из-за увеличения радиуса атома и возрастания экранирования ядра.
Важно: здесь показаны только основные параметры.
Значение ЭО по Полингу (1,36) определяет химическое поведение скандия в реакциях.
Эта характеристика обуславливает ключевые свойства элемента:
Причина проста: после отдачи трёх валентных электронов атом скандия приобретает устойчивую электронную конфигурацию благородного газа аргона (1s22s22p63s23p6).
Главное правило: при участии в химических реакциях скандий отдаёт три электрона, проявляя в устойчивых соединениях степень окисления +3.
На внешних уровнях атома скандия находятся 2 электрона на 4s-орбитали и 1 неспаренный электрон на 3d-орбитали.
При химическом взаимодействии все три электрона принимают участие в образовании связей, поэтому валентность скандия в химических соединениях равна III.
Краткий итог: электронная конфигурация 3d14s2 определяет постоянную валентность скандия, равную III.
Электроотрицательность скандия обусловлена строением его электронной оболочки.
Электронная формула скандия: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d1 4s2 На валентных орбиталях находятся 3 электрона.
Два ключевых фактора:
Значение электроотрицательности (1,36) — это прямое следствие формулы 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d1 4s2.
Благодаря своей электронной структуре и значению ЭО скандий широко используется:
В отличие от кальция и титана:
Электроотрицательность скандия (по Полингу равна 1,36):
Таким образом, скандий представляет собой типичный легкий d-металл с низкой электроотрицательностью.
По шкале Полинга электроотрицательность скандия равна 1,36.
Для скандия характерна единственная устойчивая степень окисления +3, так как при отдаче трёх валентных электронов создаётся оболочка благородного газа аргона.
В соединениях с неметаллами скандий образует преобладающе ионную связь с определенной долей ковалентности.