Валентность лантана (La)

Теория:

Валентность лантана (La) — это способность образовывать в соединениях определенное количество химических связей.

Поэтому лантан чаще всего проявляет валентность, равную III (трем), а также крайне редко, в особых соединениях II (+2).

Лантан относится к лантаноидам, которые находятся в 6-м периоде периодической таблицы (в старой форме таблицы – побочная подгруппа III группы).

Причина постоянной валентности: имеет постоянную валентность III.

Это связано с его электронной конфигурацией: на внешних оболочках у него находится три валентных электрона (один на 5d-орбитали и два на 6s-орбитали), которые он легко отдает.

Это обеспечивает ему стабильное состояние, характерное для инертного газа.

Как определить валентность лантана

Валентность лантана можно определить несколькими способами:

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

✅ По периодической системе

Лантан находится в 6-м периоде, III группе. Элементы этой группы обычно проявляют валентность III.

Это связано с тем, что у них три валентных электрона, которые они легко отдают для образования связей.

✅ По электронной конфигурации

Электронная конфигурация лантана:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰5s²5p⁶5d¹6s².

На внешней оболочке (6-й уровень) находится два электрона, и еще один электрон — на пред внешней 5d-орбитали.

Суммарно, три электрона могут быть отданы, что обуславливает валентность III.

✅ По соединениям

Например, в оксиде лантана (La₂​O_3​) атом лантана образует три химические связи с атомами кислорода, так как валентность кислорода равна II.

Для уравновешивания зарядов необходимо два атома лантана и три атома кислорода.

Таким образом, валентность лантана равна III.

Почему валентность лантана 3 и 2

Валентность лантана (La) в основном состоянии обусловлена его электронной конфигурацией.

Несмотря на то что его наиболее распространённая и стабильная валентность — III, он также может проявлять валентность II.

➡️ Почему валентность III (+3)

Основная и наиболее стабильная валентность лантана равна III (+3).

Это объясняется его электронной конфигурацией в основном состоянии:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰4f⁰5s²5p⁶5d¹6s²

Заметим, что 4f⁰ указывает что у него нет электронов на 4f-подуровне.

На внешней, шестой, электронной оболочке у лантана находятся два электрона на 6s-орбитали.

Ещё один валентный электрон расположен на 5d-орбитали.

Чтобы достичь стабильной электронной конфигурации инертного газа ксенона (Xe), лантан отдаёт все эти три электрона.

Электроны 6s-орбитали: 6s²

Электрон 5d-орбитали: 5d¹

Отдача этих трёх электронов делает ион La3+ очень стабильным, поэтому валентность III является основной для лантана в подавляющем большинстве его соединений.

➡️ Почему валентность II (+2)

Валентность II (+2) у лантана встречается гораздо реже и в менее стабильных соединениях.

Она обусловлена отдачей только двух электронов, расположенных на внешней 6s-орбитали:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰4f⁰5s²5p⁶5d¹

Ион La²⁺ не является таким стабильным, как ион La³⁺, так как он не достигает полностью заполненной внешней оболочки.

Электрон, оставшийся на 5d-орбитали, делает ион реакционноспособным, и он стремится отдать его, чтобы перейти в более стабильное состояние La³⁺.

В химических состояний, валентность II можно рассматривать как промежуточное, менее устойчивое состояние.

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

Отличия валентности лантана от других элементов 3-й группы

У лантана и других элементов 3-й группы периодической таблицы (скандий и иттрий) есть как сходства, так и ключевые отличия в валентности.

➡️ Общее свойство: валентность III

Все элементы 3-й группы — скандий (Sc), иттрий (Y) и лантан (La) — имеют постоянную валентность III.

Это их главное объединяющее свойство.

Причина: У каждого из этих элементов на внешних электронных оболочках есть три валентных электрона, которые они легко отдают для образования химических связей.

Это позволяет им достигать стабильной электронной конфигурации.

➡️ Ключевые отличия

Лантан отличается от скандия и иттрия своим местом в периодической таблице и химическими свойствами.

Место в таблице: Скандий и иттрий расположены в основной части таблицы, а лантан является первым элементом в ряду лантаноидов.

Это означает, что после него начинают заполняться внутренние 4f-орбитали, что отличает его химическое поведение от скандия и иттрия.

Реакционная способность: По мере движения по группе вниз (от Sc к La) радиус атомов увеличивается, и валентные электроны находятся дальше от ядра.

Это делает лантан более реакционноспособным по сравнению со скандием и иттрием.

Возможные валентности: У скандия и иттрия, в отличие от лантана, нет других валентностей.

Они проявляют исключительно валентность III. Лантан, хотя и крайне редко, может проявлять валентность II (+2) в некоторых соединениях, как, например, в гидриде (LaH₂​).

Примеры соединений

Соединения с валентностью III:

1. Оксид лантана (La₂​O_3​)
2. Хлорид лантана (LaCl₃​)
3. Нитрат лантана (La(NO₃​)₃​)

Соединения с валентностью II:

1. Гидрид лантана (LaH₂​)

Химическая валентность является одним из фундаментальных свойств цезия.

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

Пример решения, задача:

Часто задаваемые вопросы: