Валентность европия (Eu)

Теория:

Валентность европия (Eu) — это способность образовывать в соединениях определенное количество химических связей.

Поэтому: Европий чаще всего проявляет валентность, равную +3 и +2.

Относится к лантаноидам, которые находятся в 6-м периоде периодической таблицы (в старой форме таблицы – III B-группа).

Причина переменной валентности европия заключается в его электронной конфигурации: [Xe]4f⁷6s².

У него есть два валентных электрона на внешней 6s-орбитали.

Однако, он также может отдать один электрон с 4f-орбитали.

Как определить валентность европия

Валентность европия можно определить несколькими способами:

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

✅ По периодической системе элементов

Европий (Eu) находится в 6-м периоде и относится к семейству лантаноидов.

Все лантаноиды — это редкоземельные металлы, которые, как правило, проявляют валентность +3. Это является наиболее распространённым состоянием для них.

Поэтому, если вы видите европий в периодической системе, его самая типичная валентность — это +3.

✅ По электронной конфигурации

Электронная конфигурация атома европия — [Xe]4f⁷6s².

Валентность +2: Атом европия имеет два валентных электрона на самой внешней 6s-орбитали.

Когда европий отдаёт эти два электрона, он приобретает конфигурацию [Xe]4f⁷.

Эта конфигурация очень стабильна, так как 4f-подоболочка заполнена ровно наполовину, что энергетически выгодно.

Поэтому валентность +2 является второй по распространённости.

Валентность +3: В большинстве соединений европий отдаёт не только два электрона с 6s-орбитали, но и ещё один электрон с 4f-орбитали.

Это происходит потому, что энергетические уровни 6s и 4f очень близки, и отдача трёх электронов приводит к более стабильному иону.

✅ По соединению

Валентность европия можно определить по формуле химического соединения, зная валентность другого элемента.

Пример: Оксид европия (Eu₂​O_3​)

Валентность кислорода (O) всегда II.

В молекуле Eu_2​O₃​ три атома кислорода. Суммарная валентность кислорода = 3 × 2 = 6.

Суммарная валентность европия должна быть равна суммарной валентности кислорода, то есть 6.

В молекуле два атома европия. Следовательно, валентность одного атома европия = 6 ÷ 2 = 3.

Таким образом, в этом соединении европий имеет валентность III.

Почему валентность европия (+2), +3

У европия две наиболее стабильные валентности — +3 и +2. Это можно объяснить, изучив его электронную конфигурацию.

➡️ Валентность +3

Это наиболее распространённая валентность для всех лантаноидов, включая европий.

Атом европия имеет электронную конфигурацию [Xe]4f⁷6s².

Чтобы достичь валентности +3, он отдаёт два электрона с внешней 6s-орбитали и один электрон с внутренней 4f-орбитали.

Энергии этих орбиталей очень близки, поэтому отдача одного 4f-электрона происходит без больших энергетических затрат, что делает это состояние очень стабильным.

➡️ Валентность +2

Валентность +2 также стабильна для европия, но менее распространена.

В этом случае атом отдаёт только два электрона с внешней 6s-орбитали.

В результате его электронная конфигурация становится [Xe]4f⁷.

Это состояние энергетически выгодно, поскольку 4f-подоболочка заполнена ровно наполовину, что придает атому дополнительную устойчивость.

Возможные валентности атома европия в основном и «возбужденном» состояниях

В химии термин «возбуждённое состояние» чаще всего относится к электронам, которые перешли на более высокие энергетические уровни.

В случае европия это не совсем применимо для объяснения его валентности, так как его валентности (+2 и +3) обусловлены стабильностью электронных оболочек.

Тем не менее, можно рассмотреть его электронную конфигурацию для объяснения этих валентностей.

➡️ Валентность +3 (основное состояние)

Это наиболее стабильное и распространённое состояние для европия, как и для большинства лантаноидов.

Электронная конфигурация атома европия: [Xe]4f⁷6s².

Для достижения валентности +3 атом отдаёт два электрона с внешней 6s-орбитали и один электрон с внутренней 4f-орбитали, в результате чего образуется ион Eu³⁺ с конфигурацией [Xe]4f⁶.

➡️ Валентность +2

Эта валентность также является очень стабильной. Она достигается, когда атом европия отдаёт только два электрона с внешней 6s-орбитали.

В результате ион Eu²⁺ имеет электронную конфигурацию [Xe]4f⁷.

Эта конфигурация энергетически выгодна, поскольку 4f-подоболочка заполнена ровно наполовину, что придаёт иону дополнительную устойчивость.

Причина таких валентностей кроется в его атомарном строении. Чтобы увидеть это наглядно, обратите внимание на электронную формулу атома европия.

Отличия валентности европия от других элементов его группы

Самое важное отличие валентности европия от большинства других элементов его группы (лантаноидов) — это его стабильная валентность +2.

У большинства лантаноидов доминирующей и самой стабильной валентностью является +3.

У европия наиболее распространёнными и стабильными валентностями являются +3 и +2.

Причина этого отличия кроется в особенностях электронной конфигурации.

В отличие от большинства других лантаноидов, у европия очень стабильная электронная конфигурация иона Eu²⁺ с наполовину заполненной 4f-подоболочкой.

Эта конфигурация энергетически выгодна, что делает валентность +2 для европия столь же устойчивой, как и основная валентность +3.

Примеры соединений всех валентностей

➡️ Валентность +3

Соединения с валентностью +3 являются самыми стабильными и широко распространёнными для европия.

В этих соединениях он отдаёт два электрона с 6s-орбитали и один электрон с 4f-орбитали.

Оксид европия (III) (Eu₂​O_3​) — белое или бледно-розовое твёрдое вещество, используемое в качестве люминофора в экранах телевизоров и компьютерных мониторов для получения красного цвета.

Хлорид европия (III) (EuCl₃​) — жёлтый твёрдый материал, который растворяется в воде и образует раствор, который часто используется в научных исследованиях.

➡️ Валентность +2

Соединения с валентностью +2 менее распространены, но также очень стабильны из-за наполовину заполненной 4f-оболочки.

Сульфид европия (II) (EuS) — тёмно-красное или чёрное твёрдое вещество, которое проявляет ферромагнитные свойства при низких температурах.

Оксид европия (II) (EuO) — чёрный кристалл, который также является ферромагнетиком при низких температурах.

➡️ Валентность +4

Соединения с валентностью +4 крайне редки и нестабильны, поскольку их получение требует больших энергетических затрат.

Фторид европия (IV) (EuF₄​) — одно из немногих известных соединений, где европий проявляет валентность +4.

Оно может быть получено только в специальных лабораторных условиях и является очень нестабильным.

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

Пример решения, задача:

Часто задаваемые вопросы: