Валентность сурьмы (Sb)

 Теория:

Валентность сурьмы (Sb) — это способность атома образовывать в соединениях определенное количество химических связей.

Поэтому: сурьма чаще всего проявляет валентность, равную -3, +3, (+4), +5.

Относится к полуметаллам, которые находятся в 15-й группе периодической таблицы (в старой форме таблицы – VA группа).

Причина переменной валентности сурьмы заключается в особенностях строения её внешнего электронного слоя.

Как определить валентность сурьмы

Валентность сурьмы можно определить несколькими способами:

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

✅ По периодической системе

Валентность элемента можно определить по номеру группы в периодической таблице. Для элементов главной подгруппы (А-группы):

Высшая валентность обычно равна номеру группы. Для сурьмы (15-я группа) это +5.

Низшая валентность для неметаллов и полуметаллов обычно равна (8 — номер группы). Для сурьмы: 8 — 5 = 3, то есть -3.

✅ По электронной конфигурации

Валентность определяется числом неспаренных электронов на внешнем электронном слое.

Атом стремится образовать связи, чтобы достроить свой внешний энергетический уровень до восьми электронов.

По этому 

✅ По соединениям

Валентность элемента в соединении можно определить, зная валентность другого элемента.

Пример: Sb₂O₃
Валентность кислорода всегда равна -2.

Чтобы определить валентность сурьмы, нужно уравнять сумму «положительных» и «отрицательных» валентностей:

Сумма отрицательных валентностей: 3 атома кислорода × (-2) = -6
Сумма положительных валентностей должна быть +6.

Поскольку в соединении 2 атома сурьмы, каждый из них имеет валентность (+6) / 2 = +3.

Почему валентность сурьмы -3, +3, (+4), +5

Электронная конфигурация атома сурьмы (Sb, порядковый номер 51) в невозбужденном состоянии:

5s²5p³ (полная конфигурация: [Kr]4d¹⁰5s²5p³).

На внешнем слое (пятом) у сурьмы 5 валентных электронов: 2 электрона на s-подуровне и 3 на p-подуровне.

Валентность -3 (низшая)

Это валентность проявляется, когда атом сурьмы принимает 3 электрона, чтобы заполнить свой p-подуровень до 6 электронов и достичь стабильной конфигурации, как у благородного газа.

Это валентность проявляется в соединениях с более электроположительными элементами, например, в гидриде сурьмы (SbH₃).

Валентность +3

В основном состоянии у сурьмы 3 неспаренных электрона на p-подуровне (5p³).

Эти 3 электрона могут участвовать в образовании ковалентных связей, что приводит к валентности +3.

Валентность +5 (высшая)

Атом сурьмы может перейти в «возбужденное» состояние. При этом 2 электрона с заполненного 5s² -подуровня переходят на свободные орбитали d-подуровня (5d).

В результате на внешнем слое появляется 5 неспаренных электронов (1 на 5s, 3 на 5p и 1 на 5d).

Все эти 5 электронов могут участвовать в образовании связей, что приводит к валентности +5.

Электронная конфигурация в возбужденном состоянии: 5s¹5p³5d¹

Эта валентность проявляется в соединениях с более электроотрицательными элементами, такими как кислород или галогены.

Валентность (+4)

Эта валентность проявляется редко, например, в смешанных оксидах (Sb₂O₄).

Это соединение можно рассматривать как сочетание оксида сурьмы (III) и оксида сурьмы (V), где сурьма одновременно имеет валентности +3 и +5.

Средняя валентность при этом равна +4.

Валентность в основном и «возбужденном» состояниях

Основное состояние — это наиболее энергетически стабильное состояние атома, в котором электроны занимают самые низкие доступные энергетические уровни.

В этом состоянии сурьма имеет 3 неспаренных электрона и проявляет валентность +3.

«Возбужденное» состояние — это состояние, когда атом поглощает энергию, и один или несколько электронов переходят на более высокие энергетические уровни (в случае сурьмы — на d-подуровень).

В этом состоянии сурьма может иметь 5 неспаренных электронов и проявлять валентность +5.

Примеры соединений сурьмы -3, +3, (+4), +5

Валентность -3

1. Гидрид сурьмы (стибин), SbH₃.
2. Антимонид индия, InSb.

Валентность +3

1. Оксид сурьмы(III), Sb₂O₃.
2. Хлорид сурьмы(III), SbCl₃.

Валентность +4

1. Оксид сурьмы (IV), Sb₂O₄

Это соединение также называют смешанным оксидом, так как оно содержит атомы сурьмы как в степени окисления +3, так и +5.

Валентность +5

1. Оксид сурьмы(V), Sb₂O₅.
2. Фторид сурьмы(V), SbF₅.

 Пример решения, задача:

Дано: Определите валентность сурьмы в соединении SbCl₅.
Решение:

Валентность хлора (Cl) в галогенидах обычно равна -1.

Сумма отрицательных валентностей: 5 атомов хлора × (-1) = -5.

Для того чтобы молекула была электронейтральной, сумма положительных валентностей должна быть +5.

Поскольку в соединении 1 атом сурьмы, его валентность равна +5.

Ответ: валентность соединении SbCl₅ равна +5.

 Часто задаваемые вопросы