Валентность ванадия (V)

 Теория:

Валентность ванадия (V) — это его способность образовывать в соединениях различное количество химических связей.

Он не имеет одной фиксированной валентности, как, например, кислород (II) или натрий (I).

Это происходит потому, что ванадий переходный металл.

Поэтому может проявлять валентность II (два), III (три), IV (четыре) и высшая и наиболее стабильная V (пять).

Причина валентности:

1. Электронная конфигурация.
2. Близкие энергии d— и s-подуровней.
3. Возможность отдавать разное количество электронов.

Как определить валентность ванадия

Определить валентность ванадия в конкретном соединении можно, используя несколько подходов, так как он, будучи переходным металлом, проявляет переменную валентность (II, III, IV, V).

✅ По известной валентности другого элемента в соединении (самый частый способ):

Этот метод основан на правиле, что сумма произведений валентностей на количество атомов каждого элемента в нейтральной молекуле равна нулю.

Пример : V₂O₅ (оксид ванадия (V))

Мы знаем, что валентность кислорода (О) в оксидах почти всегда равна II.

В молекуле V₂O₅ пять атомов кислорода. Их общая «валентная способность» составляет 5 × II = 10.

В молекуле два атома ванадия. Чтобы сбалансировать эти 10 «единиц», каждый атом ванадия должен иметь валентность 10/2 = V.

Ответ: В V₂O₅ валентность ванадия равна V.

✅ По номеру группы (для высшей валентности):

Ванадий (V) находится в 5-й группе (по современной нумерации) или VB подгруппе (по старой).

Для большинства элементов (особенно для элементов главных подгрупп, но и для переходных металлов в высшей степени окисления) номер группы часто указывает на их высшую возможную валентность.

Для ванадия это валентность V.

✅ По названию соединения:

Часто в названии соединения с металлом переменной валентности указывается его валентность римской цифрой в скобках.

Например, «оксид ванадия (V)» сразу указывает, что валентность ванадия равна 5.

«Хлорид ванадия (II)» означает валентность 2.

Почему валентность ванадия 2, 3, 4 и 5

Валентность ванадия 2, 3, 4 и 5 обусловлена его электронным строением как переходного металла.

➡️ Электронная конфигурация: Атом ванадия имеет электронную конфигурацию [Ar]3d³4s².

Это означает, что на его внешнем энергетическом уровне находятся 2 электрона на 4s-подуровне, а на предвнешнем 3d-подуровне — 3 электрона.

➡️ Близкие энергии d- и s-подуровней: У переходных металлов, к которым относится ванадий, энергетические уровни ns (в данном случае 4s) и (n−1)d (в данном случае 3d) очень близки.

Это позволяет электронам с обоих этих подуровней участвовать в образовании химических связей.

➡️ Постепенная потеря электронов:

Валентность II (+2): Ванадий может отдать два электрона с 4s-подуровня.

Валентность III (+3): Ванадий может отдать два электрона с 4s-подуровня и один электрон с 3d-подуровня.

Валентность IV (+4): Ванадий может отдать два электрона с 4s-подуровня и два электрона с 3d-подуровня.

Валентность V (+5): Ванадий может отдать все пять своих валентных электронов (два с 4s и три с 3d-подуровня).

Это его высшая валентность, соответствующая номеру группы (V).

При этом он достигает стабильной электронной конфигурации инертного газа аргона.

 Пример решения, задача:

Пример № 1.

Дано:  VCl₃ (хлорид ванадия(III))

Найти: валентность V.

Решение: Мы знаем, что валентность хлора (Cl) в соединениях с металлами обычно равна I.

В молекуле VCl₃ три атома хлора. Их общая «валентная способность» составляет 3 × I = 3.

В молекуле один атом ванадия. Чтобы сбалансировать эти 3 «единицы», валентность ванадия должна быть III.

Ответ: В VCl₃ валентность равна III.

Пример № 2.

Дано: VO₂ (диоксид ванадия(IV)).

Найти: валентность V.

Решение: Валентность кислорода (О) = II.

Два атома кислорода дают 2 × II = 4.

Один атом ванадия должен иметь валентность IV.

Ответ: В VO₂ валентность ванадия равна IV.

 Часто задаваемые вопросы