Теория:
Валентность гафния (Hf) — это способность образовывать в соединениях определенное количество химических связей.
Поэтому: гафний чаще всего проявляет валентность, равную +4.
Относится к переходным металлам, которые находятся в периодической таблице (в старой форме таблицы – группа IVB).
Причина фиксированной валентности
У гафния нет переменной валентности. Валентность +4 является его единственной стабильной валентностью в большинстве химических соединений.
Это связано с его электронной конфигурацией: [Xe]4f145d26s2.
Атом гафния теряет два электрона с орбитали 6s и два с 5d, чтобы достичь стабильного состояния.
Потеря этих четырёх электронов делает ион Hf4+ очень устойчивым.
Валентность гафния можно определить несколькими способами:
✅ По периодической системе
Гафний находится в 4-й группе периодической таблицы. Для элементов этой группы наиболее типична валентность, равная номеру группы, то есть +4.
✅ По электронной конфигурации
Электронная конфигурация атома гафния — [Xe]4f145d26s2.
Валентность определяется числом электронов, которые атом может отдать, чтобы достичь стабильного состояния.
В сумме он теряет четыре электрона, что приводит к образованию очень стабильного иона Hf4+.
Именно поэтому его валентность равна 4.
✅ По соединениям
Валентность гафния в соединении можно определить, если известна валентность другого элемента.
Возьмём оксид гафния — HfO2.
Валентность кислорода (O) в оксидах всегда равна 2.
В соединении HfO2 есть один атом гафния и два атома кислорода.
Общая валентность кислорода в соединении: 2 (атома O) × 2 (валентность O) = 4.
Чтобы общая валентность всего соединения была равна нулю, валентность гафния должна быть равна 4.
Таким образом, в этом соединении валентность гафния равна 4.
Проявляет валентность +4 потому, что это его наиболее энергетически стабильное состояние.
Это связано с его электронной конфигурацией: [Xe]4f145d26s2.
Чтобы стать химически устойчивым, атом стремится избавиться от внешних электронов.
Гафний теряет все свои четыре внешних электрона: два с орбитали 6s и два с орбитали 5d.
Эта потеря электронов делает ион Hf4+ очень стабильным, поскольку его электронная оболочка становится полностью заполненной.
Именно поэтому в подавляющем большинстве химических соединений гафний проявляет валентность, равную 4.
У гафния (Hf) в основном состоянии одна стабильная валентность +4.
Это происходит потому, что в его электронной конфигурации ([Xe]4f145d26s2) четыре внешних электрона (два с 6s и два с 5d) легко покидают атом, чтобы создать очень устойчивый ион Hf4+.
Это основное правило для всех элементов 4-й группы.
Возбужденное состояние
Возбужденное состояние — это состояние, когда атом поглощает энергию, и его электроны переходят на более высокие энергетические уровни.
В таком состоянии теоретически могут возникать другие валентности, но для гафния они крайне редки и практически не встречаются.
Его валентность +4 настолько стабильна, что для неё не требуется дополнительная активация.
Причина таких валентностей кроется в его атомарном строении. Чтобы увидеть это наглядно, обратите внимание на электронную формулу атома гафния.
Гафний (Hf), в отличие от своих собратьев по группе — титана (Ti) и циркония (Zr) — проявляет практически только одну валентность: +4.
Главное отличие заключается в том, что титан и цирконий обладают переменной валентностью (+2, +3, +4), а у гафния валентность фиксирована на +4.
Это делает его уникальным среди этих элементов. Причина такой стабильности — явление, известное как лантаноидное сжатие.
Это явление приводит к тому, что атомный радиус гафния почти такой же, как у циркония, что делает их химические свойства очень схожими.
Однако гафний, в отличие от циркония, не образует стабильных соединений с валентностями +2 или +3.
Поскольку гафний проявляет только валентность +4, у него нет примеров соединений с другими валентностями:
Гафний (Hf, валентность +4):
Для более глубокого изучения его атомного строения, физических свойств и применения, мы рекомендуем ознакомиться с нашей главной статьей: гафний химический элемент.
▶️ Дано:
Соединение: HfCl4
Валентность хлора (Cl) в галогенидах (соединениях с металлами) всегда равна -1.
⌕ Найти:
Его валентность Hf в его соединении.
✨ Решение:
Обозначим валентность гафния как x.
В соединении один атом гафния (Hf) и четыре атома хлора (Cl).
Составим уравнение, исходя из того, что общая сумма валентностей равна нулю:
(1⋅валентность Hf) + (4 ⋅ валентность Cl) = 0
(1 ⋅ x) + (4 ⋅ (−1)) = 0
x − 4 = 0
x = 4
✅ Ответ:
Валентность гафния в соединении Хлорид гафния (HfCl4) равна +4.
Его основная валентность + 4, но может проявлять и +3 и +2 в очень редких случаях.
Например, HfCl3 и HfCl2, являются нестабильными или существуют в виде кластеров при высоких температурах.
У гафния (Hf) 4 валентных электрона.
Это электроны с двух внешних орбиталей: два электрона с 6s и два электрона с 5d.
Является самой стабильной, потому что она соответствует полностью заполненной внешней электронной оболочке.