Валентность диспрозия (Dy)

Теория:

Валентность диспрозия (Dy) — это способность атома образовывать в соединениях определённое количество химических связей.

Поэтому: диспрозий чаще всего проявляет валентность, равную +3, реже +2 и +4, и имеет валентность 0 как простое вещество.

Он относится к лантаноидам, которые находятся в 6-м периоде периодической таблицы (в старой форме таблицы – группа III B).

Причина переменной валентности: переменная валентность диспрозия, как и других лантаноидов, связана с тем, что в образовании химических связей могут участвовать не только электроны с внешней 6s-оболочки, но и электроны с внутренней 4f-оболочки.

Как определить валентность диспрозия

Валентность диспрозия можно определить несколькими способами:

1. По периодической системе.
2. По электронной конфигурации.
3. По соединениям.

✅ По периодической таблице

Положение диспрозия (Dy) в периодической таблице даёт первое, самое важное представление о его валентности.

Диспрозий находится в 6-м периоде и является одним из лантаноидов.

Эти элементы, расположенные в группе 3 (по старой классификации — группа III B), почти всегда проявляют валентность +3.

Это объясняется тем, что они легко отдают три электрона, что соответствует их положению в группе.

✅ По электронной конфигурации

Электронная конфигурация атома диспрозия — [Xe]4f¹⁰6s². Она наглядно показывает, какие электроны могут участвовать в образовании химических связей.

Наиболее стабильная валентность образуется при потере двух электронов с внешней 6s-оболочки и одного электрона с внутренней 4f-оболочки.

Таким образом, атом диспрозия переходит в ион Dy³⁺ с конфигурацией [Xe]4f⁹.

Другие валентности: Диспрозий может также проявлять валентность +2 (при потере только двух 6s-электронов) и, крайне редко, +4 (при потере двух 6s- и двух 4f-электронов). Однако эти состояния менее стабильны, чем +3.

✅ По соединениям (на примере оксида)

Валентность диспрозия можно определить, зная формулу его соединения с элементом, валентность которого известна.

Например, в оксиде диспрозия (Dy_2​O₃​), валентность кислорода всегда равна -2.

Умножаем валентность кислорода на его количество атомов в молекуле: 3 × (−2) = −6.

Общая сумма валентностей в соединении должна быть равна нулю.

Следовательно, суммарная валентность диспрозия должна быть +6.

Разделив эту сумму на количество атомов диспрозия (2), мы получим его валентность в этом соединении: +6 ÷ 2 = +3.

Это доказывает, что в оксиде диспрозий имеет валентность +3.

Почему валентность диспрозия +3, +2, +4 и 0

Валентность диспрозия, как и других элементов, определяется его электронной конфигурацией — расположением электронов на различных энергетических уровнях.

Для атома диспрозия (Dy) с атомным номером 66 электронная конфигурация в основном состоянии выглядит так:

[Xe]4f¹⁰6s²

Это означает, что у него есть два электрона на внешней 6s-оболочке и десять электронов на внутренней, но менее стабильной, 4f-оболочке.

Валентность 0

Это валентность атома в его основном, невозбуждённом состоянии, когда он не участвует в химических связях.

В этом случае все электроны находятся на своих местах, и атом является электронейтральным.

Эту валентность проявляет простой диспрозий как металл.

Валентность +3

Это наиболее стабильная и распространённая валентность для диспрозия.

Она достигается, когда атом теряет два электрона с внешней 6s-оболочки и один электрон с 4f-оболочки.

Причина: Потеря этих трёх электронов (2 с 6s и 1 с 4f) требует относительно небольшого количества энергии.

В результате образуется ион Dy3+ с электронной конфигурацией [Xe]4f⁹.

Именно в таком состоянии диспрозий находится в большинстве своих соединений, например, в оксиде диспрозия (Dy_2​O₃​).

Валентность +2

Эта валентность является менее распространённой, но возможной.

Она образуется при потере только двух электронов с внешней 6s-оболочки.

Причина: Потеря двух электронов с внешней 6s-оболочки требует меньше энергии, чем потеря трёх электронов, но полученная электронная конфигурация [Xe]4f¹⁰ менее стабильна, чем 4f⁹ или 4f⁷.

Таким образом, соединения диспрозия в валентности +2, как правило, менее устойчивы и легко окисляются до соединений с валентностью +3.

Валентность +4

Эта валентность является очень редкой, но может быть достигнута в некоторых сильных окислителях, таких как фториды.

Она образуется, когда атом теряет два электрона с 6s-оболочки и два электрона с 4f-оболочки.

Причина: Потеря четырёх электронов приводит к образованию иона Dy⁴⁺ с электронной конфигурацией [Xe]4f⁸.

Это состояние, хотя и не достигает идеальной полузаполненной конфигурации (4f⁷), тем не менее может существовать в особых условиях.

Например, это наблюдается во фториде диспрозия (DyF₄​). Эта валентность нестабильна и встречается только в соединениях с самыми сильными электроотрицательными элементами, такими как фтор.

Возможные валентности атома в основном и «возбужденном» состояниях

Валентности диспрозия в основном состоянии

В основном состоянии атом диспрозия имеет электронную конфигурацию [Xe]4f¹⁰6s².

Это определяет его наиболее стабильные валентности.

Валентность 0: Это валентность атома в его естественном, металлическом виде, когда он не вступает в химические связи и не отдаёт электроны.

Валентность +3: Это самая распространённая и стабильная валентность.

Атом теряет два электрона с внешней 6s-оболочки и один электрон с внутренней 4f-оболочки. В результате образуется ион Dy³⁺ с конфигурацией [Xe]4f⁹.

Это состояние является энергетически наиболее выгодным.

Валентности диспрозия в «возбуждённом» состоянии

В «возбуждённом» состоянии, под воздействием сильного окислителя (например, фтора), атом диспрозия может проявлять другие валентности.

Валентность +2: Эта валентность возникает, когда атом отдаёт только два электрона с внешней 6s-оболочки. Полученный ион Dy²⁺ имеет конфигурацию [Xe]4f¹⁰.

Это состояние менее стабильно, чем валентность +3, и встречается реже.

Валентность +4: Эта валентность, хотя и очень редка и нестабильна, является примером того, как атом может отдать дополнительные электроны при «возбуждении».

В этом случае атом теряет два электрона с 6s-оболочки и два электрона с 4f-оболочки.

Полученный ион Dy⁴⁺ имеет конфигурацию [Xe]4f⁸.

Такое состояние может быть достигнуто только в соединениях с самыми сильными окислителями, такими как фтор, в соединении DyF₄​.

Причина таких валентностей кроется в его атомарном строении. Чтобы увидеть это наглядно, обратите внимание на электронную формулу атома диспрозия.

Отличия валентности диспрозия от других элементов его группы

Главное отличие валентности диспрозия от других лантаноидов — это его способность проявлять валентность +4, которая, хотя и редка, делает его уникальным среди большинства элементов своей группы.

В отличие от гадолиния, который имеет стабильную валентность +3 за счёт наполовину заполненной f-оболочки, диспрозий имеет менее выраженную, но всё же возможную валентность +2 и +4.

Примеры соединений всех валентностей

Валентность +3

Оксид диспрозия (Dy₂​O₃​) Это наиболее распространённое соединение, где диспрозий проявляет свою основную валентность.

В этом соединении два атома диспрозия образуют связь с тремя атомами кислорода, где валентность кислорода всегда -2.

Хлорид диспрозия (DyCl₃​) В этом соединении один атом диспрозия связан с тремя атомами хлора, валентность которого равна -1.

Валентность +2

Дибромид диспрозия (DyBr₂​) Соединения с валентностью +2 менее стабильны. В этом примере атом диспрозия связан с двумя атомами брома (валентность -1).

Валентность +4

Тетрафторид диспрозия (DyF₄​) Это соединение является редким и очень нестабильным. Оно образуется только с самым сильным окислителем — фтором.

В этом случае один атом диспрозия образует связь с четырьмя атомами фтора (валентность -1).

Для более глубокого изучения его атомного строения, физических свойств и применения, мы рекомендуем ознакомиться с нашей главной статьей: диспрозий химический элемент.

Пример решения, задача:

Часто задаваемые вопросы: