Теория:
По шкале Полинга электроотрицательность тулия (Tm) составляет 1,25 — это характерное для тяжелых лантаноидов значение, отражающее его металлический характер и устойчивую способность образовывать соединения в тройлентном состоянии.
Тулий — f‑элемент (лантаноид) 6‑го периода с незаконченной 4f‑оболочкой (конфигурация 4f136s2).
Если рассматривать эту характеристику как способность стягивать на себя электронную плотность, у атома тулия она выражена слабо, уступая большинству d‑металлов и p‑элементов, но постепенно возрастая к концу лантаноидного ряда из‑за лантаноидного сжатия.
Это обусловлено тем, что пара внешних 6s‑электронов экранируется объемным предвнешним 4f‑слоем, облегчая их беспрепятственную отдачу.
Специфическое электронное строение (4f136s2) и конкретная величина ЭО определяют три ключевых химических следствия:
- Преобладающая и наиболее устойчивая степень окисления +3 в соединениях.
- Высокая химическая активность (металл легко окисляется на воздухе и бурно взаимодействует с кислотами).
- Склонность к образованию ионных связей с преобладанием электростатического взаимодействия с сильными анионами.

Содержание страницы
- 1. Как определяют электроотрицательность: основные шкалы
- 1.1. Шкала Полинга
- 1.2. Шкала Малликена
- 1.3. Шкала Олреда–Рохова
- 1.4. Шкала Аллена
- 2. Почему у тулия относительно низкая электроотрицательность
- 3. Как свойства тулия влияют на тип химической связи
- 4. Сравнение тулия с элементами 6‑го периода
- 5. Положение в периодической системе и электронная структура
- 6. Физические и энергетические характеристики
- 7. Степень окисления тулия: роль электронной структуры
- 8. Валентность тулия: особенности элемента
- 9. Как электронная конфигурация тулия объясняет его свойства
- 10. Химическая активность и применение
- 11. Особенности, отличающие тулий от других лантаноидов
- 12. Вывод
- 13. Проверка знаний
- 14. Часто задаваемые вопросы
Как определяют электроотрицательность: основные шкалы
Электроотрицательность (ЭО) — условный параметр, характеризующий склонность атома в структуре молекулы притягивать общие электронные пары.
Различные подходы дают отличные цифровые результаты из-за опоры на индивидуальные физические константы и термодинамические циклы.
| Шкала | Что измеряется | Значение для Tm |
|---|---|---|
| Полинга | Энергии химических связей | 1,25 |
| Малликена | Энергия ионизации + сродство к электрону | 1,20 |
| Олреда–Рохова | Эффективный заряд ядра и ковалентный радиус | 1,11 |
| Аллена | Средняя энергия валентных электронов | 1,170 |
Шкала Полинга
Данная система расчёта пользуется наибольшей популярностью в академической литературе и справочниках.
Цифровой показатель 1,25 подтверждает типично металлическую природу тулия и его выраженную склонность к отдаче валентных электронов.
Это обусловливает преобладание ионной составляющей в оксидах, фторидах и хлоридах тулия, обеспечивая их хорошую растворимость и термодинамическую стабильность.
Смотреть полную таблицу электроотрицательности для всех элементов.
Шкала Малликена
Методика базируется на квантово-химических характеристиках изолированной частицы:
Первая энергия ионизации I = 596,7 кДж/моль — работа, затрачиваемая на удаление внешнего 6s‑электрона.
Сродство к электрону E — близкое к нулю значение, типичное для редких земель.
Формула: χ = ½ (I + E).
С учётом расчётных поправок метод Малликена выдает результат около 1,20.
Шкала Олреда–Рохова
Авторы вычисляют показатель через электростатическое притяжение периферийных зарядов ядром:

где Zэфф — эффективный заряд ядра, r — радиус атома.
С учётом радиуса около 177 пм и параметров экранирования расчетное значение равно 1,11.
Шкала Аллена
Подход основан на вычислении усреднённой энергии валентных подуровней:

где Ei — энергии ионизации валентных электронов, n — их количество.
Для конфигурации 4f136s2 расчёт по Аллену дает 1,170.
Полученная величина демонстрирует слабую способность удерживать внешнюю электронную плотность, что характерно для тяжёлых редкоземельных металлов.
Почему у тулия относительно низкая электроотрицательность
Тулий — элемент лантаноидного ряда 6‑го периода с атомным порядковым номером 69.
Конфигурация внешней оболочки — [Xe] 4f13 6s2.
В атоме тулия заполняющийся 4f‑подуровень располагается глубоко внутри электронной оболочки и эффективно экранирует возрастающий заряд ядра (+69) от внешних 6s‑электронов.
В результате такого внутреннего экранирования внешние электроны удерживаются ядром относительно слабо, что обусловливает низкое значение ЭО (1,25).
Сравнение с другими лантаноидами:
| Элемент | ЭО (Полинг) | Электронная конфигурация |
|---|---|---|
| La (лантан) | 1,10 | [Xe] 5d1 6s2 |
| Gd (гадолиний) | 1,20 | [Xe] 4f7 5d1 6s2 |
| Tm (тулий) | 1,25 | [Xe] 4f13 6s2 |
| Lu (лютеций) | 1,27 | [Xe] 4f14 5d1 6s2 |
Постепенное увеличение ЭО от лантана к лютецию объясняется лантаноидным сжатием — уменьшением радиуса атомов из-за неполного экранирования заряда ядра новыми f-электронами.
Как свойства тулия влияют на тип химической связи
Низкая величина ЭО формирует специфику химического поведения редкоземельного металла:
- Преимущественно ионный характер: разница ЭО с кислородом, галогенами и азотом велика, что приводит к образованию прочных солеподобных соединений с ионно-ковалентными связями.
- Металлическая решётка: в простом веществе валентные электроны обеспечивают делокализованную связь, определяя пластичность и серебристый блеск.
- Образование комплексных частиц: тулий способен выступать комплексообразователем в растворах с полидентатными лигандами.
Характерные физико‑химические свойства:
- Редкоземельный металл: серебристо-серого цвета, мягкий и ковкий.
- Высокая химическая стойкость на воздухе: среди тяжелых лантаноидов тулий относительно медленно тускнеет при комнатной температуре.
Сравнение тулия с элементами 6‑го периода
| Элемент | ЭО (Полинг) | Первая энергия ионизации, кДж/моль | Атомный радиус, пм |
|---|---|---|---|
| Cs (цезий) | 0,79 | 375,7 | 265 |
| Ba (барий) | 0,89 | 502,9 | 222 |
| Tm (тулий) | 1,25 | 596,7 | 177 |
| Pt (платина) | 2,28 | 870,0 | 139 |
| Au (золото) | 2,54 | 890,1 | 144 |
В пределах шестого периода тулий занимает промежуточное положение, значительно превосходя по электроотрицательности щелочные и щелочноземельные элементы, но уступая благородным металлам.
Положение в периодической системе и электронная структура
- Группа: побочная подгруппа 3-й группы (семейство лантаноидов).
- Период: 6-й.
- Конфигурация: [Xe] 4f13 6s2.
- Валентные электроны: три электрона (два на 6s и один на 4f/5d подуровнях).
- Свойства: редкоземельный металл с устойчивым трехвалентным состоянием.
Физические и энергетические характеристики
- Первая энергия ионизации — 596,7 кДж/моль.
- Атомный радиус — около 177 пм.
- Восстановительная способность — высокая, легко вытесняет водород из разбавленных кислот.
Степень окисления тулия: роль электронной структуры
Показатель ЭО (1,25) задает химическую устойчивость валентного состояния элемента:
- Единственная главная степень окисления (+3): при формировании связей атом теряет оба 6s-электрона и один электрон из 4f-оболочки.
- Редкая степень окисления (+2): встречается в некоторых галогенидах (например, TmCl2), где тулий проявляет свойства промежуточного восстановителя.
- Степень окисления 0: характерна для простого вещества.
Причина кроется в высокой энергетической стабильности треионной конфигурации Tm3+ в кристаллических решетках.
Главное правило: в подавляющем большинстве реакций и соединений тулий проявляет степень окисления +3.
Валентность тулия: особенности элемента
На внешней и предвнешней оболочках свободного атома сосредоточено три валентных электрона.
В ходе химических взаимодействий задействуются два s-электрона и один f-электрон, что обуславливает стандартную валентность, равную III.
Краткий итог: электронное строение закрепляет за тулием преобладающую валентность III.
Как электронная конфигурация тулия объясняет его свойства
Строение электронной оболочки полностью определяет физико-химический профиль. Формула: [Xe] 4f13 6s2.
На внешнем подуровне располагаются 2 валентных электрона (при участии 4f-электронов).
Два ключевых фактора:
- Экранирование ядерного заряда. Промежуточное положение 4f-орбиталей уменьшает эффективное притяжение внешней пары.
- Лантаноидное сжатие. Постепенное уменьшение радиуса к концу ряда повышает ЭО по сравнению с ранними лантаноидами.
Величина ЭО (1,25) напрямую вытекает из формулы [Xe] 4f13 6s2.
Химическая активность и применение
Уникальные свойства редкого элемента находят высокотехнологичное применение:
- В портативных рентгеновских аппаратах в качестве источника радиоактивного изотопа тулий-170.
- В лазерной технике для создания твердотельных лазеров с инфракрасным излучением.
- В производстве специальных сплавов и магнитных материалов.
Особенности, отличающие тулий от других лантаноидов
- является одним из самых редких и дорогостоящих стабильных редкоземельных металлов;
- обладает способностью образовывать редкие двухвалентные соединения под действием жестких условий синтеза;
- проявляет высокие парамагнитные свойства при низких температурах.
Вывод
Электроотрицательность тулия (по Полингу — 1,25):
- Отражает умеренно слабое удержание внешних электронов экранированным ядром.
- Определяет высокую химическую активность среди тяжелых лантаноидов.
- Фиксирует преобладающую степень окисления +3.
- Объясняет образование прочных ионно-ковалентных связей с электроотрицательными неметаллами.
Таким образом, тулий представляет собой типичный редкоземельный металл с низкой электроотрицательностью и характерными для f-элементов свойствами.
Проверка знаний
Показать ответы
Правильные ответы: 1, 3, 4.
Разбор ошибок:
2 — неверно: ЭО тулия (1,25) значительно ниже, чем у фтора (3,98).
5 — неверно: тулий — активный редкоземельный металл, активно взаимодействующий с кислотами с выделением водорода.
Часто задаваемые вопросы
По шкале Полинга электроотрицательность тулия составляет 1,25.
Из-за эффективного экранирования заряда ядра массивной внутренней 4f-оболочкой, ослабляющей притяжение внешних 6s-электронов.
Наиболее стабильной и распространенной для тулия является степень окисления +3.

Добавить комментарий
Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.