Валентность астата (At)

Теория:

Валентность астата (At) — это способность образовывать в соединениях определенное количество химических связей.

Чаще всего проявляет валентность, равную +1, −1, и может проявлять +3,+5,+7.

Относится к галогенам, которые находятся в 17-й группе периодической таблицы (в старой форме таблицы – VII А — подгруппа).

Причина переменной валентности связана с наличием семи электронов на внешней оболочке (6s²6p⁵) и возможностью их распаривания с переходом на свободные 6d-орбитали.

Содержание страницы

Как определить валентность астата

Валентность астата можно определить несколькими способами:

По периодической системе.
По электронной конфигурации.
По соединениям.

✅ По Периодической Системе (Прогнозирование)

Астат находится в 17-й группе (или VII А-подгруппе) Периодической таблицы.

Максимальная валентность: Как элемент VII А-подгруппы, астат имеет 7 валентных электронов. Следовательно, его максимальная валентность равна номеру группы: +7.

Минимальная валентность: Как галоген, он может приобрести 1 электрон для завершения своей внешней оболочки. Следовательно, его минимальная валентность (в соединениях с менее электроотрицательными элементами) равна −1.

✅ По Электронной Конфигурации (Объяснение)

Сокращенная электронная формула астата: [Xe]4f¹⁴5d¹⁰6s²6p⁵. У него 7 валентных электронов (6s²6p⁵).

Разнообразие валентностей объясняется возможностью распаривания электронов и их перехода на свободные 6d-орбитали (возбужденные состояния):

Валентность −1 (Основное состояние): Атом легко принимает 1 электрон для завершения 6p-оболочки.

Валентность +1 (Основное состояние): Атом использует 1 неспаренный электрон из 6p-оболочки. Это наиболее вероятная положительная валентность без возбуждения.

Валентность +3,+5 (Возбуждение): Электроны с 6p-орбиталей последовательно распариваются и переходят на свободные 6d-орбитали.

Это дает 3 или 5 неспаренных электронов для образования связей.

Валентность +7 (Максимальное возбуждение): Достигается, когда распаривается даже 6s² пара, вовлекая все 7 валентных электронов. Это требует значительной энергии.

✅ По Соединениям (Расчёт)

Фактическая валентность астата в конкретном соединении определяется путём расчёта степени окисления, исходя из известной валентности других атомов.

Пример: Пентафторид астата (AtF₅)

Известные данные: Это нейтральная молекула. Валентность фтора (F), самого электроотрицательного элемента, всегда равна −1.

Уравнение: Обозначим валентность астата как x. В молекуле один атом At и пять атомов F. Сумма валентностей равна нулю:

x + 5 ⋅ (−1) = 0

Результат:

x − 5 = 0 ⇒ x = +5

Таким образом, в соединении пентафторид астата (AtF₅) астат проявляет валентность +5.

Почему астат проявляет валентность +1,−1,+3,+5,+7

Проявляет валентности +1,−1,+3,+5,+7 потому, что, будучи галогеном (17-я группа), он имеет 7 валентных электронов (6s²6p⁵) и способен к многократному возбуждению с вовлечением свободных d-орбиталей.

Валентности астата можно разделить на отрицательную (галогенный характер) и положительные (результат возбуждения).

➡️ Отрицательная валентность (−1)

Причина: Атом стремится принять 1 электрон для завершения своей внешней оболочки (6s²6p⁶), как это делают все галогены.

Реализация: Проявляется в соединениях с менее электроотрицательными элементами (например, металлами — NaAt). Это самая стабильная и изученная валентность.

➡️ Положительные валентности (+1,+3,+5,+7)

Эти валентности достигаются за счет последовательного распаривания электронов и их перехода на пустые 6d-орбитали (возбуждённые состояния).

+1: Атом использует 1 неспаренный электрон с 6p-орбитали. Это минимально возможное положительное состояние.

+3: Происходит первое возбуждение, при котором одна из пар 6p-электронов распаривается, давая 3 неспаренных электрона.

+5: Происходит второе возбуждение, при котором распаривается вторая 6p-пара, давая 5 неспаренных электронов.

+7: Происходит третье, максимальное возбуждение, при котором распадается даже 6s-пара, вовлекая все 7 валентных электронов в связи.

Возможные валентности атома в основном и «возбужденном» состояниях

➡️ Основное состояние

В основном состоянии атом At имеет одну неспаренную пару на 6p-орбитали.

Валентность: +1

Причина: Образуется за счёт использования одного неспаренного электрона 6p.

Отрицательная валентность: Также в основном состоянии атом может принять один электрон для завершения внешней оболочки, проявляя валентность −1 (как все галогены).

➡️ «Возбужденные» состояния

Для проявления более высоких валентностей требуется энергия для распаривания электронов и их перехода на свободные 6d-орбитали.

Первое возбуждение: Распаривается одна 6p-пара.

Валентность: +3 (атом получает 3 неспаренных электрона).

Второе возбуждение: Распаривается вторая 6p-пара.

Валентность: +5 (атом получает 5 неспаренных электронов).

Третье возбуждение (Максимальное): Распаривается даже 6s-пара.

Валентность: +7 (атом использует все 7 валентных электронов).

Причина валентности кроется в его атомарном строении. Чтобы увидеть это наглядно, обратите внимание на электронную формулу атома астата.

Отличия валентности астата от других элементов его группы

➡️ Снижение устойчивости +7 и +5:

Астат (At): Хотя астат может проявлять максимальные валентности +5 и +7, они менее стабильны и встречаются реже по сравнению с легкими галогенами (особенно иодом).

Это связано с его крупным атомом и полуметаллическим характером.

Легкие Галогены (Cl,Br,I): У них валентности +5 и +7 встречаются часто и более устойчивы (например, в кислородсодержащих кислотах, HClO₄, HIO₄).

➡️ Повышенная склонность к +1:

Астат: Валентность +1 (например, в соединениях AtCl) является для него одной из наиболее характерных положительных валентностей, наряду с −1.

Фтор (F): Может проявлять только валентности −1 и 0.

Ослабление −1:

Астат: Валентность −1 по-прежнему наблюдается (как у всех галогенов), но она менее выражена и устойчива по сравнению с фтором или хлором.

Поскольку At труднее принимает электрон из-за своих металлических свойств и слабого сродства к электрону.

Примеры соединений всех валентностей

Отрицательная валентность (−1)

Эта валентность проявляется, когда астат действует как галоген, принимая один электрон.

Астатид натрия (NaAt):

Na (щелочной металл) имеет валентность +1.

At имеет валентность −1.

Положительные валентности

Эти валентности проявляются при участии 6p- и 6s-электронов в связях (в возбужденных состояниях).

Валентность +1

Монохлорид астата (AtCl):

Cl (более электроотрицательный) имеет валентность −1.

At имеет валентность +1.

Валентность +3

Ион дихлорастатита (AtCl₂⁻):

Хотя это сложный ион, в его структуре астат проявляет эффективную валентность +3.

Валентность +5

Пентафторид астата (AtF₅):

F (фтор) имеет валентность −1.

At имеет валентность +5 (+5 + 5 ⋅ (−1) = 0).

Валентность +7

Ион перастатита (AtO₄⁻):

В этом ионе, образующемся в сильноокисляющей среде (аналогично перхлорату), астат проявляет свою максимальную валентность +7. (Пример: HAtO₄ — перастатная кислота)

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

Пример решения, задача:

▶️ Дано:

Химическое соединение: Пентафторид астата (AtF₅).
Соединение является нейтральной молекулой (общий заряд равен нулю).
Валентность (степень окисления) фтора (F), самого электроотрицательного элемента, всегда равна −1.

⌕ Найти:

Валентность, которую проявляет астат (At) в этом соединении.

✨ Решение:

Обозначим неизвестную валентность астата как x.

В молекуле AtF₅ присутствует один атом астата и пять атомов фтора.

Составим уравнение, исходя из того, что сумма валентностей всех атомов в нейтральной молекуле равна нулю:

x + 5 ⋅ (−1) = 0

Решим уравнение относительно x:

x − 5 = 0
x = +5

✅ Ответ:

Его валентность в соединении пентафторид астата (AtF₅) равна +5.

Часто задаваемые вопросы:

Сколько всего возможных валентностей у астата?

У него пять валентностей: −1, +1, +3, +5, +7.

Сколько валентных электронов ?

У астата (At) 7 валентных электронов.

Они расположены на внешней энергетической оболочке: 6s²6p⁵.

Почему валентность самая стабильная ?

Валентность −1: Астат — галоген (17-я группа). Все галогены имеют 7 валентных электронов (6s²6p⁵).

И стремятся принять 1 электрон для достижения стабильной заполненной оболочки (6s²6p⁶). Это его самое «выгодное» состояние.

Валентность +1: Это минимальная положительная валентность.

Она достигается за счёт использования одного неспаренного электрона с 6p-орбитали без затрат энергии на распаривание других электронов (минимальное возбуждение).