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.
Валентность европия можно определить несколькими способами:
✅ 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 (Eu2O3)
Валентность кислорода (O) всегда II.
В молекуле Eu2O3 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.
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.
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.
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.
➡️ 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) (Eu2O3) — 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.
▶️ Дано:
⌕ Найти:
Валентность европия (Eu)
✨ Решение:
Определяем валентность хлора (Cl): В большинстве соединений хлор проявляет валентность I (также может быть -1).
В соединении EuCl3 он выступает в роли неметалла.
Вычисляем общую валентность хлора: Так как в формуле EuCl3 три атома хлора, их общая валентность равна:
3 атома × 1 = 3
Определяем валентность европия (Eu): В любом нейтральном соединении общая валентность всех положительных элементов должна быть равна общей валентности всех отрицательных элементов.
Следовательно, валентность европия должна быть равна общей валентности хлора.
✅ Ответ:
Валентность европия в соединении EuCl3 равна III.
У него есть три возможные валентности:
+2 — очень стабильная валентность.
+3 — самая распространённая и также очень стабильная валентность.
+4 — крайне редкая и нестабильная валентность.
У него два валентных электрона, которые находятся на самой внешней 6s-орбитали.
Однако, в химических реакциях европий также может отдавать один электрон с внутренней 4f-оболочки, что объясняет его наиболее стабильные валентности +2 и +3.
Стабильность валентности +2 связана с электронной конфигурацией.
Когда европий отдаёт два внешних электрона (с 6s-орбитали), его внутренняя 4f-оболочка становится наполовину заполненной (содержит 7 электронов).