Валентность берклия (Bk)

Теория:

Валентность Берклия (Bk) — это способность образовывать в соединениях определенное количество химических связей.

Чаще всего проявляет валентность, равную III, IV и II крайне не стабильная, (соответственно степеням окисления +3 и +4).

Относится к актиноидам (или внутренним переходным элементам), которые находятся в 7-м периоде периодической таблицы (в старой форме таблицы – группа IIIB), относится к элементам с переменной валентностью.

Причина переменной валентности: наличие у атома берклия нескольких электронов (5f,6d,7s), которые могут быть использованы для образования химических связей.

Потеря этих электронов (их отдача) приводит к образованию ионов Bk³⁺ и Bk⁴⁺.

Состояние +3 наиболее устойчиво, поскольку оно соответствует конфигурации f-оболочки, близкой к f⁷ (половина заполнения).

Как определить валентность берклия

Определить валентность берклия (Bk) можно, анализируя его положение в Периодической системе, уникальную электронную конфигурацию и химический состав его соединений.

✅ По периодической системе

Берклий находится в 7-м периоде и относится к семейству актиноидов (внутренних переходных элементов, f-элементов).

Группа: IIIB (или 3-я группа).

Правило группы IIIB: Для большинства элементов этой группы (включая лантаноиды и актиноиды) характерна валентность III (соответствующая СО = +3).

Это наиболее стабильное и часто встречающееся состояние.

✅ По электронной конфигурации

Атом берклия имеет электронную конфигурацию: [Rn]5f⁹7s².

Для образования связей могут быть использованы:

Два 7s-электрона и один 5f-электрон. Общая потеря 3 электронов приводит к наиболее стабильной валентности III (Bk³⁺).

Это состояние энергетически выгодно, так как оставляет ему конфигурацию 5f⁸.

Дополнительный 5f-электрон. Потеря четырех электронов (7s² + 5f²) приводит к образованию Bk⁴⁺ и валентности IV.

Это состояние менее стабильно в водных растворах (так как Bk⁴⁺ является сильным окислителем).

Редко: Гипотетическое использование только двух 7s-электронов может привести к валентности II (Bk²⁺), но такие соединения очень нестабильны.

✅ По соединениям (пример)

Валентность элемента в соединении определяется количеством связей, которые он образует, или, для ионных соединений, зарядом иона.

Пример: Диоксид Берклия (BkO₂​)

Известная валентность: Кислород (O) всегда имеет валентность II (две связи).

Сумма валентных связей: В молекуле BkO₂​ два атома O образуют 2 × II = 4 валентные связи.

Валентность Берклия: Атом Берклия должен компенсировать эти четыре связи, следовательно, его валентность должна быть IV.

В данном соединении Берклий проявляет валентность IV (и степень окисления +4).

Почему берклий проявляет валентность III, IV и II

Берклий (Bk) проявляет валентности II, III и IV (соответствующие степеням окисления +2,+3,+4) из-за специфики его электронной конфигурации как актиноида.

Полная электронная конфигурация берклия: [Rn]5f⁹7s².

Для образования химических связей (валентности) атом использует электроны с внешних (7s) и внутренних, но близких по энергии (5f) орбиталей.

➡️ Валентность III — самая устойчивая

Валентность III (соответствует СО=+3) является наиболее устойчивой для Берклия и всех актиноидов.

Используемые электроны: Атом отдает три электрона: два с внешней орбитали 7s и один с внутренней орбитали 5f.

Bk → Bk³⁺ +3e⁻.

Ион Bk³⁺ имеет конфигурацию [Rn]5f⁸.

Это состояние очень стабильно, поскольку актиноиды и лантаноиды стремятся к конфигурациям с половиной заполненной (f⁷) или полностью заполненной (f¹⁴) f-оболочкой.

➡️ Валентность IV — сильный окислитель

Валентность IV (соответствует СО=+4) возможна, но менее устойчива в растворах.

Атом отдает четыре электрона: два с 7s и два с 5f.

Bk → Bk⁴⁺ + 4e⁻.

Ион Bk⁴⁺ имеет конфигурацию [Rn]5f⁷. Это состояние энергетически выгодно, так как конфигурация f⁷ соответствует точно наполовину заполненной f-оболочке.

➡️ Валентность II — редкая и нестабильная

Валентность II (соответствует СО = +2) является самой редкой и наименее устойчивой.

Атом отдает только два электрона с внешней орбитали 7s.

Bk → Bk²⁺ + 2e⁻.

Ион Bk²⁺ сохраняет полную 5f⁹ оболочку.

Соединения с этой валентностью (например, галогениды BkCl₂​) известны, но они чрезвычайно легко окисляются до Bk³⁺ даже в присутствии воды, выделяя водород.

Возможные валентности атома в основном и «возбужденном» состояниях

Берклий (Bk) проявляет три основные валентности: III (наиболее стабильная), IV (важна для твердых соединений) и II (наименее устойчивая).

Переменность валентности обусловлена близкой энергией электронов на орбиталях 5f,6d и 7s.

➡️ Валентности в основном состоянии (Bk→[Rn]5f⁹7s²)

Валентность II (СО = +2)

Валентность II наблюдается, когда атом отдает только два электрона с самой внешней орбитали 7s.

Это состояние не является энергетически выгодным и крайне неустойчиво в растворах, где Bk(II) выступает как сильный восстановитель.

Валентность III (СО = +3)

Это самая стабильная валентность, достигается, когда атом отдает три электрона: два 7s-электрона и один 5f-электрон. Bk(III) — основная форма Берклия в водных растворах.

➡️ Валентность в возбужденном состоянии

Валентность IV (СО = +4)

Для проявления валентности IV атом должен перейти в возбужденное состояние, чтобы отдать четыре электрона (два 7s и два 5f-электрона).

Хотя это требует дополнительной энергии, образующийся ион Bk⁴⁺ имеет конфигурацию 5f⁷ (полу заполненная f-оболочка).

Что придает этому состоянию дополнительную стабильность в твердых соединениях, таких как BkO₂​. В растворах Bk(IV) является сильным окислителем.

Отличия валентности берклия от других элементов его группы

Берклий выделяется среди своих ближайших соседей-актиноидов двойной стабильностью валентностей III и IV.

В отличие от америция (Am) и кюрия (Cm), которые почти исключительно стабильны в состоянии III, берклий проявляет значительную устойчивость в состоянии IV.

За счет образования энергетически выгодной полузаполненной 5f⁷ электронной конфигурации (Bk4+), что делает его сильным окислителем.

Ключевые отличия валентности

Валентность III (СО = +3) характерна для всех актиноидов и является наиболее стабильной для Берклия в растворах.

Валентность IV (СО = +4) является его главной отличительной чертой среди соседей.

В то время как предшествующие элементы, такие как америций (Am), имеют крайне нестабильное состояние IV, Берклий образует устойчивые твердые соединения Bk(IV) (например, BkO₂​).

Это происходит потому, что потеря четырех электронов приводит его к конфигурации 5f⁷, что является очень стабильным состоянием (полуза полненная оболочка).

Валентность II (СО=+2) встречается редко, но нестабильна для Bk и его соседей.

Примеры соединений всех валентностей

Берклий (Bk) проявляет три основные валентности: III (наиболее стабильная), IV (важна в твердом состоянии) и II (наименее устойчивая и распадается на соединения III ).

1. Валентность III (V = III, СО = +3)

   Трихлорид Берклия (BkCl_3​)

   Оксид Берклия (Bk₂​O_3​)

2. Валентность IV (V = IV,СО = +4)

   Диоксид Берклия (BkO₂​)

   Тетрафторид Берклия (BkF₄​)

3. Валентность II (V = II,СО = +2)

   Дихлорид Берклия (BkCl₂​)

   Дибромид Берклия (BkBr₂​)

Пример решения, задача:

Часто задаваемые вопросы: