Валентность иридия (Ir)

Теория:

Валентность иридия (Ir) — это способность образовывать в соединениях определенное количество химических связей.

Поэтому: чаще всего проявляет переменную валентность, равную 0, (+1), (+2), +3, +4, +6, -3, -1, +5, +7, +8, +9.

Относится к переходным металлам, которые находятся в 6-м периоде и 9-й группе периодической таблицы (в старой форме таблицы – группа VIII).

Причина переменной валентности как и других переходных металлов, объясняется особенностями его электронной конфигурации.

Как определить валентность иридия

Валентность иридия можно определить несколькими способами:

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

✅ По периодической системе

Иридий (Ir) находится в 9-й группе и 6-м периоде периодической системы. Он относится к переходным металлам, и его валентность можно предсказать по номеру группы.

Наиболее стабильными и распространенными степенями окисления для переходных металлов этой группы являются +3 и +4.

Наивысшая теоретическая степень окисления может быть равна номеру группы, что в случае иридия — +9, хотя такие соединения очень редки.

✅ По электронной конфигурации

Электронная конфигурация иридия является основной причиной его переменной валентности.

Полная электронная конфигурация иридия: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 6s² 4f¹⁴ 5d⁷.

Сокращенная конфигурация: [Xe] 4f¹⁴ 5d⁷ 6s².

Способность иридия образовывать множество связей объясняется тем, что электроны с внешней 6s-оболочки и внутренней, но не полностью заполненной, 5d-оболочки имеют очень близкие энергетические уровни.

Это позволяет иридию отдавать разное количество электронов, что и приводит к широкому диапазону степеней окисления.

Например, потеря 6s-электронов дает валентность +2, а потеря дополнительных 5d-электронов — +3, +4 и т.д.

✅ По соединению (пример)

Чтобы определить валентность иридия в конкретном соединении, нужно знать валентность другого элемента.

Пример: оксид иридия IrO₂

Валентность кислорода (O) в оксидах почти всегда равна -2.

Соединение IrO₂ является нейтральным, поэтому сумма валентностей всех атомов в нём должна быть равна нулю.

Составим уравнение: (валентность Ir) + 2 х (валентность O) = 0.

Подставим известные значения: Ir + 2 х (-2) = 0.

Решим уравнение: Ir — 4 = 0, следовательно, валентность иридия (Ir) в этом соединении равна +4.

Почему иридий проявляет валентность 0, (+1), (+2), +3, +4, +6, -3, -1, +5, +7, +8, +9

Основная причина, по которой иридий (и большинство других переходных металлов) проявляет такой широкий диапазон валентностей, заключается в его электронной конфигурации.

Причина переменной валентности электронная конфигурация иридия: [Xe] 4f¹⁴ 5d⁷ 6s².

Близость энергетических уровней: Электроны на внешней 6s-оболочке и на внутренней, но не полностью заполненной, 5d-оболочке имеют очень близкие уровни энергии.

Участие d-электронов: Это позволяет иридию использовать не только свои внешние 6s-электроны, но и электроны с 5d-орбитали для образования химических связей. Потеря разного количества электронов с этих уровней приводит к множеству возможных степеней окисления.

➡️ Валентность +2 (Ir²⁺): Потеря двух внешних электронов с 6s-уровня.

➡️ Валентность +3 и +4 (Ir³⁺, Ir⁴⁺): Потеря 6s-электронов и одного или двух электронов с 5d-уровня. Это наиболее стабильные и распространенные степени окисления.

➡️ Валентность +6 (IrF₆): Использование всех электронов с 6s- и некоторых с 5d-уровня.

➡️ Валентность +8 и +9 (IrO₄, [IrO₄]⁺): Уникальные и очень редкие степени окисления, которые достигаются при экстремальных условиях. Они показывают, что иридий может задействовать почти все свои внешние электроны.

➡️ Отрицательные валентности (-1, -3): Возможны в комплексных соединениях, где иридий получает электроны от других атомов, чтобы стабилизировать свою электронную оболочку.

Возможные валентности атома в основном и «возбужденном» состояниях

➡️ Основное состояние

В основном (наиболее стабильном) состоянии электронная конфигурация иридия: [Xe] 4f¹⁴ 5d⁷ 6s².

В этом состоянии для образования связей доступны два электрона с внешней 6s-орбитали и несколько электронов с частично заполненной 5d-орбитали.

Это объясняет его наиболее частые и стабильные валентности: +2, +3 и +4.

➡️ Возбужденные состояния

В возбужденном состоянии один или несколько электронов с 5d-орбитали могут переходить на более высокие энергетические уровни, что делает их доступными для образования дополнительных связей.

Это позволяет иридию проявлять более высокие степени окисления, которые невозможны в основном состоянии: +5, +6, +7, +8 и даже уникальную +9.

Высокие валентности достигаются в очень специфических и сильных окисляющих средах, например, с фтором или кислородом.

Причина валентности кроется в его атомарном строении. Чтобы увидеть это наглядно, обратите внимание на электронную формулу атома иридия.

Отличия валентности от других элементов его группы

Отличия валентности от других элементов его группы обусловлены его положением в периодической таблице и особой электронной конфигурацией.

В 9-ю группу (включая иридий) входят: кобальт (Co), родий (Rh) и иридий (Ir).

Кобальт (Co): Находится в 4-м периоде и имеет ограниченный набор валентностей: +2 и +3. Его химия менее разнообразна.

Родий (Rh): Находится в 5-м периоде. Наиболее характерная и стабильная валентность — +3, хотя также встречаются +1, +4 и +6.

Иридий (Ir): Находится в 6-м периоде. У иридия наиболее широкий диапазон валентностей в группе: от −3 до +9.

Это связано с тем, что, будучи самым тяжелым элементом в группе, он обладает более сложной электронной оболочкой, и энергия электронов в разных орбиталях очень близка.

Это позволяет задействовать разное их количество в химических связях.

Таким образом, иридий выделяется своей способностью проявлять экстремально высокие (+8, +9) и низкие (−3, −1) валентности, что делает его химию гораздо более разнообразной, чем у его «соседей» по группе.

Примеры соединений всех валентностей

+9: [IrO₄]⁺ (катион тетроксида иридия)

+8: IrO₄ (тетроксид иридия)

+7: [IrO₃Cl]⁺ (хлоротриоксид иридия)

+6: IrF₆ (гексафторид иридия)

+5: IrF₅ (пентафторид иридия)

+4 (наиболее стабильная): IrO₂ (оксид иридия(IV))

+3: IrCl₃ (хлорид иридия(III))

+2: Ir(C₅H₅)₂ (ирридоцен)

+1: [IrCl(CO)(PPh₃)₂] (комплекс Васки)

0: Ir₄(CO)₁₂ (додекакарбонилиридий)

-1: [Ir(CO)₃(PPh₃)]^1- (анион трикарбонил(трифенилфосфин)иридия)

-3: [Ir(CO)₃]^3- (трикарбонилиридат)

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

Пример решения, задача:

Часто задаваемые вопросы: