Валентность актиния (Ac)

Теория:

Валентность актиния (Ac) — это способность образовывать в соединениях определенное количество химических связей.

Чаще всего проявляет валентность, равную III (в соединениях) и 0 (в свободном состоянии).

Относится к актиноидам, которые находятся в 7-м периоде периодической таблицы (в старой форме таблицы – III Б группа или ряд актиноидов).

Причина не переменной валентности по которой актиний не проявляет переменной валентности, заключается в его электронной конфигурации и высокой стабильности иона Ac³⁺.

Рис. Электронная конфигурация и валентности  актиния (Ac)

Как определить валентность актиния

Валентность актиния можно определить несколькими способами:

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

✅ По периодической системе

Актиний (Ac, элемент №89) находится в:

Период: 7-й период

Группа: 3-я группа (или III Б по старой номенклатуре)

Семейство: Это первый элемент семейства актиноидов (редкоземельные элементы).

Правило для 3-й группы: Элементы этой группы (Sc, Y, La, Ac) имеют всего три электрона на внешних энергетических уровнях.

Для достижения стабильного состояния (конфигурации инертного газа) они склонны отдавать все три электрона.

Ac → Ac³⁺ + 3e⁻

Следовательно, их характерная (и чаще всего единственная) валентность в соединениях равна III.

✅ По электронной конфигурации

Электронная конфигурация актиния подтверждает его валентность:

Полная конфигурация:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰4f¹⁴5s²5p⁶5d¹⁰6s²6p⁶6d¹7s²

Сокращенная конфигурация: [Rn]6d¹7s²

Вывод о валентности:

Валентными являются электроны, расположенные на внешних (7s) и пред внешних (6d) орбиталях.

Общее количество таких электронов равно 3 (1 электрон на 6d и 2 электрона на 7s).

Чтобы получить максимально стабильную, завершенную оболочку, подобную инертному газу радону (Rn), актиний отдает эти три электрона.

Следовательно, его максимальная и наиболее устойчивая валентность равна III.

✅ По соединениям (пример)

Валентность актиния всегда определяется по его взаимодействию с элементом с известной постоянной валентностью.

Пример: Оксид актиния (Ac₂​O₃​)

Валентность кислорода (O) всегда II (кроме пероксидов).

Соединение состоит из 2 атомов актиния (Ac) и 3 атомов кислорода (O).

Суммарная валентность кислорода: 3 × II = 6

Суммарная валентность актиния должна быть равна суммарной валентности кислорода: 6.

Валентность актиния (X) находится из уравнения: 2 × X = 6.

X = 6/2 = III.

Таким образом, в соединении Ac₂​O₃​ актиний проявляет валентность III.

Почему актиний проявляет валентность 3 и 0

➡️ Валентность III

Это единственная стабильная валентность актиния в химических соединениях.

Электронная конфигурация: Внешняя электронная оболочка актиния имеет конфигурацию [Rn]6d¹7s². Это означает, что на самых внешних слоях находится ровно три валентных электрона.

Стремление к стабильности: Для достижения максимально стабильной, завершенной оболочки (конфигурации инертного газа радона (Rn)), атому энергетически выгодно отдать все эти три электрона.

Образование иона: В результате актиний всегда образует устойчивый ион Ac³⁺, что и обуславливает его валентность III во всех известных соединениях (AcCl₃​, Ac_2​O₃​, и т.д.).

➡️ Валентность 0

Валентность 0 не относится к соединениям, а описывает состояние самого простого вещества.

Свободный атом: Любой химический элемент (включая актиний) проявляет валентность 0, когда он находится в виде простого вещества (чистого металлического актиния).

Отсутствие связи: В этом состоянии атомы актиния связаны друг с другом только металлическими связями.

И ни один атом не образовал химическую связь с атомом другого элемента, а также не потерял и не приобрел электроны для образования иона.

Возможные валентности атома в основном и «возбужденном» состояниях

➡️ Основное состояние

Электронная конфигурация: [Rn]6d¹7s²

Валентные электроны: 3 (один на 6d и два на 7s).

Поведение: Атом Ac стремится отдать все три этих электрона, чтобы достичь стабильной, завершенной оболочки, как у инертного газа радона (Rn).

Возможная валентность: III (степень окисления +3).

➡️ «Возбужденное» состояние

Потенциал: Теоретически, атом мог бы «возбудить» электроны с более глубоких 5f-подуровней.

Реальность: Образование иона Ac³⁺ невероятно энергетически выгодно и стабильно.

Энергия, необходимая для возбуждения дополнительных электронов с 5f-уровней, слишком велика и не компенсируется энергией образования связей.

Отличия валентности актиния от других элементов его группы

Основное отличие валентности актиния (Ac) от большинства других элементов его группы (актиноидов) заключается в том, что актиний проявляет только одну стабильную валентность в соединениях: III, тогда как остальные актиноиды имеют переменную валентность.

Фиксированная валентность (Ac):

Актиний всегда образует ион Ac³⁺, проявляя валентность III.

Это обусловлено тем, что отдача трех внешних электронов (6d¹7s²) приводит к чрезвычайно стабильной электронной оболочке, идентичной инертному газу радону (Rn).

Переменная валентность (Другие актиноиды):

Последующие актиноиды (например, U,Np,Pu) активно используют свои электроны с внутренней, более глубокой 5f-орбитали для образования химических связей.

Это позволяет им проявлять множество степеней окисления и валентностей, таких как IV, V, VI и даже VII (например, уран (U) обычно имеет валентность IV и VI).

Примеры соединений всех валентностей

Соединения с валентностью III:

1. Хлорид актиния (AcCl₃​).
2. Оксид актиния (Ac₂​O₃​).
3. Гидроксид актиния (Ac(OH)₃​).

Валентность 0

Валентность 0 не описывает химическое соединение, а относится к элементу в его чистом виде.

Пример решения, задача:

Часто задаваемые вопросы: