Валентность осмия (Os)

Теория:

Валентность осмия (Os) — это способность образовывать в соединениях определенное количество химических связей.

Поэтому: Os чаще всего проявляет валентность, равную (+2), +3, +4, +6, +8.

Относится к переходным металлам, которые находятся в 8-й группе (в старой форме таблицы – VIII-й группе) периодической таблицы.

Причина переменной валентности: это участие в образовании химических связей не только электронов внешнего энергетического уровня (6s²), но и электронов предвнешнего d-подуровня (5d⁶).

Как определить валентность осмия

Валентность осмия можно определить несколькими способами:

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

✅ По периодической системе

Осмий расположен в 8-й группе Периодической таблицы. Для переходных металлов номер группы часто соответствует их максимальной валентности. Поэтому высшая валентность осмия равна +8.

Это самая высокая валентность среди всех элементов, и для осмия она очень характерна, особенно в летучем и токсичном оксиде OsO₄​.

✅ По электронной конфигурации

Валентность элемента определяется числом электронов, способных участвовать в образовании химических связей. Электронная конфигурация осмия: [Xe]4f¹⁴5d⁶6s².

Внешний уровень: 6s-подуровень с 2 электронами.

Пред внешний уровень: 5d-подуровень с 6 электронами.

Поскольку энергии этих подуровней очень близки, в реакциях могут участвовать как электроны 6s-уровня, так и электроны 5d-уровня. Это объясняет широкий диапазон его валентностей.

Валентность +2: Отдаются только два электрона с 6s-подуровня.

Валентности +3, +4, +6: Возникают при участии 6s-электронов и разного числа 5d-электронов.

Максимальная валентность +8: Достигается, когда в образовании связей участвуют все восемь валентных электронов (два с 6s- и шесть с 5d-подуровня).

✅ По соединению (на примере OsO₄​)

Валентность осмия в конкретном соединении можно рассчитать, зная валентность другого элемента.

Рассмотрим наиболее известное соединение осмия — оксид осмия(VIII), OsO₄​.

Валентность кислорода (O) в оксидах всегда равна II.

Молекула OsO₄​ электронейтральна, поэтому суммарная валентность всех атомов в ней равна нулю.

Суммарная валентность четырёх атомов кислорода: 4×II=8.

Следовательно, валентность одного атома осмия должна быть равна 8, чтобы компенсировать заряд.

Таким образом, в соединении OsO₄​ валентность осмия равна VIII.

Почему осмий проявляет валентность (+2), +3, +4, +6, +8

Проявляет широкий спектр валентностей, потому что в образовании химических связей участвуют не только электроны внешнего, но и предвнешнего энергетического уровня.

Электронная конфигурация атома осмия (Os) в основном состоянии: [Xe]4f¹⁴5d⁶6s².

Ключевым фактором, обуславливающим переменную валентность осмия, является очень близкая энергия электронов на 6s-подуровне (2 электрона) и 5d-подуровне (6 электронов).

Это позволяет атому осмия использовать разное количество этих электронов в реакциях, что и приводит к появлению различных степеней окисления.

Валентность +2: Возникает при участии только двух электронов с внешнего 6s-подуровня. Эти электроны наименее прочно связаны с ядром и легче всего отрываются.

Валентности +3, +4, +6: Проявляются, когда в реакцию вступают все два электрона с 6s-подуровня и различное количество электронов с 5d-подуровня:

+3: 2 электрона (6s) + 1 электрон (5d)

+4: 2 электрона (6s) + 2 электрона (5d)

+6: 2 электрона (6s) + 4 электрона (5d)

Валентность +8: Это максимальная и наиболее характерная для осмия валентность.

Она достигается, когда в образовании связей участвуют все восемь валентных электронов: два с 6s-подуровня и все шесть с 5d-подуровня.

Эта высокая валентность делает осмий уникальным элементом, способным проявлять одну из самых высоких степеней окисления в химии.

Возможные валентности атома в основном и «возбужденном» состояниях

➡️ Валентность в основном состоянии

В основном, невозбужденном состоянии, атом осмия имеет два электрона на внешнем 6s-уровне и шесть электронов на пред внешнем 5d-уровне, из которых четыре — неспаренные.

Таким образом, в основном состоянии осмий может проявлять валентность +2, используя два электрона с 6s-орбитали, а также +3 или +4, используя дополнительно электроны с 5d-орбитали.

➡️ Валентность в «возбужденных» состояниях

При получении энергии атом осмия переходит в возбужденное состояние.

В этом состоянии происходит «распаривание» электронов на 5d- и 6s-орбиталях, что позволяет им участвовать в образовании большего количества связей.

Это приводит к появлению более высоких валентностей:

+6: Образуется при участии шести электронов (двух с 6s- и четырех с 5d-орбитали).

+8: Максимальная валентность осмия. Она достигается, когда в образовании связей участвуют все восемь валентных электронов (два с 6s- и шесть с 5d-орбитали).

Эта валентность уникальна и характерна для осмия, делая его одним из немногих элементов с такой высокой степенью окисления.

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

Отличия валентности от других элементов его группы

Отличия от других элементов группы (Fe, Ru)

Осмий, железо (Fe) и рутений (Ru) находятся в 8-й группе Периодической таблицы. Главное их отличие — в стабильности высшей валентности:

Железо (Fe): Наиболее стабильные валентности — +2 и +3. Высшая валентность +6 встречается редко и в соединениях, которые являются сильными окислителями и крайне нестабильны.

Рутений (Ru): Чаще проявляет валентности +2, +3, +4. Высшая валентность +8 существует (например, в RuO₄​), но соединения в этом состоянии менее стабильны, чем у осмия.

Осмий (Os): Наиболее характерными и стабильными валентностями являются +4 и +8. Валентность +8 (в оксиде OsO₄​) — самая высокая и уникально стабильная среди всех элементов этой группы.

Примеры соединений по валентности

1. Валентность 0: Os(CO)₅​ (пентакарбонилосмиум)
2. Валентность +2: OsCl₂​ (хлорид осмия(II))
3. Валентность +3: OsCl₃​ (хлорид осмия(III))
4. Валентность +4: OsO₂​ (оксид осмия(IV)), OsF₄​ (фторид осмия(IV))
5. Валентность +5: OsF_5​ (фторид осмия(V))
6. Валентность +6: OsF₆​ (фторид осмия(VI))
7. Валентность +7: OsF₇​ (фторид осмия(VII))
8. Валентность +8: OsO₄​ (оксид осмия(VIII)), перрутенат калия (K₂​[OsO₄​(OH)₂​])

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

Пример решения, задача:

Часто задаваемые вопросы: