Валентность лютеция (Lu)

Теория:

Валентность лютеция (Lu) — это способность образовывать в соединениях определённое количество химических связей.

Поэтому: лютеций чаще всего проявляет валентность, равную +3.

Относится к лантаноидам, которые находятся в периодической таблице (в старой форме таблицы – группа III B).

Причина единственной валентности:

У лютеция нет переменной валентности. Он проявляет одну, очень стабильную валентность +3, поскольку для этого ему необходимо потерять три внешних электрона (6s² и 5d¹).

В результате его электронная оболочка становится полностью заполненной (4f¹⁴), что делает её очень устойчивой.

По этой причине лютеций, в отличие от некоторых других лантаноидов, не имеет валентностей +2 или +4 в обычных условиях.

Содержание страницы

Как определить валентность лютеция (Lu)

Валентность лютеция можно определить несколькими способами:

По периодической системе.
По электронной конфигурации.
По соединениям.

✅ По периодической системе

Лютеций находится в 3-й группе (по новой системе) или IIIB (по старой системе) и в 6-м периоде.

Как и все элементы 3-й группы, он чаще всего проявляет валентность, равную номеру группы, то есть +3.

✅ По электронной конфигурации

Электронная конфигурация атома Лютеция — это [Xe]4f¹⁴5d¹6s².

Чтобы достичь стабильного состояния, он стремится потерять электроны с самых внешних оболочек.

Он отдаёт два электрона с орбитали 6s.

Он отдаёт один электрон с орбитали 5d.

В сумме он теряет три электрона, что приводит к стабильной конфигурации [Xe]4f¹⁴. Именно поэтому его валентность равна 3.

✅ По соединениям (на примере)

Валентность элемента можно определить, зная валентность другого элемента в соединении.

Возьмём оксид лютеция — Lu₂O₃.

Валентность кислорода (O) в оксидах всегда равна 2.
В соединении Lu₂O₃ есть два атома лютеция и три атома кислорода.
Общая валентность кислорода в соединении: 3 × 2=6.
Чтобы нейтрализовать это, общая валентность лютеция также должна быть 6.
Валентность одного атома лютеция: 6 ÷ 2 = 3.

Таким образом, в этом соединении валентность лютеция равна 3.

Почему лютеций проявляет валентность +3

Проявляет валентность +3 из-за своей электронной конфигурации и стремления к максимальной стабильности.

Электронная конфигурация атома Лютеция (Lu) выглядит так: [Xe]4f¹⁴5d¹6s².

Чтобы стать химически стабильным, атом стремится избавиться от внешних электронов.

Лютеций теряет три самых внешних электрона: два электрона с орбитали 6s и один электрон с орбитали 5d.

➡️ Стабильное состояние

Когда Лютеций теряет эти три электрона, у него остаётся полностью заполненная и очень устойчивая оболочка 4f¹⁴.

Это состояние считается крайне стабильным, и поэтому во всех своих соединениях Лютеций проявляет только одну, фиксированную валентность — +3.

Возможные валентности атома в основном и «возбужденном» состояниях

В основном и «возбужденном» состояниях атом лютеция (Lu) проявляет только одну валентность: +3.

Единственная стабильная валентность лютеция — это +3. Она формируется, когда атом теряет три своих внешних электрона (два с орбитали 6s и один с 5d).

В результате этого процесса у него остаётся полностью заполненная и очень стабильная электронная оболочка 4f14.

Даже в «возбуждённом» состоянии атому невыгодно терять или приобретать электроны.

Чтобы образовать другую, менее стабильную валентность (+2 или +4), так как это нарушило бы его устойчивое состояние.

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

Отличия валентности лютеция от других элементов его группы

Лютеций находится в одной группе с такими элементами, как скандий (Sc) и иттрий (Y).

Главное отличие состоит в том, что все эти элементы проявляют валентность +3, но у лютеция эта валентность исключительно стабильна.

У скандия и иттрия валентность +3 также является основной, но их электронная конфигурация не имеет полностью заполненной f-оболочки, что делает их химическое поведение немного отличающимся.

У лютеция электронная конфигурация [Xe]4f¹⁴5d¹6s².

Когда он отдаёт три внешних электрона, его f-оболочка становится полностью заполненной (4f¹⁴), что придаёт ему уникальную и очень высокую стабильность.

Это одна из главных причин, почему в химии лютеций рассматривается как элемент с одной-единственной валентностью.

Примеры соединений

Поскольку имеет только одну стабильную валентность (+3), все его соединения будут иметь эту валентность.

Оксид лютеция: Lu₂O₃

Хлорид лютеция: LuCl₃

Сульфат лютеция: Lu₂(SO₄)₃

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

Пример решения, задача:

▶️ Дано:

Соединение: Lu₂O₃
Валентность кислорода (O) в оксидах: II (или 2).

⌕ Найти:

Валентность лютеция (Lu).

✨ Решение:

Определяем общую валентность всех атомов кислорода в соединении. 3 (атома O) × 2 (валентность O) = 6 Общая валентность кислорода равна 6.
Общая валентность всего соединения равна нулю, поэтому общая валентность лютеция должна быть такой же, как и у кислорода, но с противоположным знаком. Общая валентность лютеция равна 6.
Находим валентность одного атома лютеция, разделив общую валентность на количество атомов.
6 (общая валентность Lu) ÷ 2 (атома Lu) = 3 Валентность одного атома лютеция равна 3.

✅ Ответ:

Валентность лютеция в соединении Lu₂O₃ равна III (или 3).

Часто задаваемые вопросы:

Сколько всего валентностей у лютеция?

У него только одна валентность III (или 3).

Сколько валентных электронов?

У него (Lu) три валентных электрона.

Почему валентность +3 самая стабильная?

Потому что в этом состоянии атом достигает наиболее устойчивой электронной конфигурации.

Нейтральный атом лютеция имеет 3 электрона на внешних орбиталях (5d¹ и 6s²).

Когда лютеций отдаёт эти три электрона, у него остаётся полностью заполненная внутренняя электронная оболочка (4f¹⁴).