Валентность празеодима (Pr)

Теория:

Валентность празеодима (Pr) — это способность образовывать в соединениях определенное количество химических связей.

Поэтому: празеодим чаще всего проявляет валентность, равную +3, а также +4 встречается реже и проявляется только в некоторых соединениях, например, во фториде празеодима (PrF₄).

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

Причина переменной валентности: празеодим может проявлять валентность +4 в некоторых соединениях, хотя это состояние менее стабильно, чем +3.

Это происходит из-за того, что в его электронной конфигурации ([Xe]4f³6s²) энергии подуровней 4f и 6s очень близки.

При обычных условиях он отдаёт три электрона (4f²6s⁰), но в присутствии сильных окислителей может отдать и четвёртый электрон (4f¹6s⁰).

Как определить валентность празеодима

Валентность празеодима можно определить несколькими способами:

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

По периодической системе элементов

Празеодим относится к лантаноидам, которые являются частью побочной подгруппы III группы.

Это означает, что для него типична валентность +3, так как он имеет три внешних электрона, которые легко отдает.

По электронной конфигурации

Электронная конфигурация атома празеодима: [Xe]4f³6s².

Валентность +3: Празеодим теряет два электрона с внешней 6s-оболочки и один электрон с пред внешней 4f-оболочки.

Ион Pr³⁺ имеет конфигурацию [Xe]4f², что является наиболее распространённым и стабильным состоянием.

Валентность +4: В некоторых случаях (например, в присутствии сильных окислителей) празеодим может потерять ещё один электрон с 4f-оболочки.

Ион Pr⁴⁺ имеет конфигурацию [Xe]4f1. Это состояние менее стабильно, но возможно.

По химическим соединениям

Валентность празеодима можно определить по формуле соединения, зная валентность другого элемента.

Пример: Оксид празеодима (Pr₂O₃).

Валентность кислорода (O) всегда равна II.

Общая валентность трёх атомов кислорода: 3 × II = 6.

Чтобы компенсировать эту валентность, общая валентность двух атомов празеодима должна быть также равна 6.

Валентность одного атома празеодима: 6 ÷ 2=3.

Таким образом, в соединении Pr₂O₃ празеодим имеет валентность +3.

Почему у празеодима валентность +3 и +4

Переменная валентность празеодима (Pr) объясняется особенностями его электронной конфигурации.

Как и у других лантаноидов, его внешние и пред внешние электронные оболочки имеют очень близкую энергию, что позволяет атому отдавать разное количество электронов.

➡️ Валентность +3

Это самая распространённая и наиболее стабильная валентность празеодима.

Она возникает, когда атом отдаёт три валентных электрона:

Два электрона с внешней 6s-оболочки.

Один электрон с пред внешней 4f-оболочки.

Электронная конфигурация атома празеодима: [Xe]4f³6s²

Конфигурация иона Pr³⁺ : [Xe]4f².

➡️ Валентность +4

Эта валентность встречается значительно реже и является менее стабильной.

Она проявляется только в соединениях с сильными окислителями (например, в PrO₂ и PrF₄).

В этом случае атом празеодима теряет четыре валентных электрона:

Два электрона с 6s-оболочки.

Два электрона с 4f-оболочки.

Конфигурация иона Pr⁴⁺ : [Xe]4f¹.

Это состояние не так энергетически выгодно, как валентность +3.

Возможные валентности атома в основном и «возбуждённом» состояниях

Термины «основное» и «возбуждённое» состояния не используются для объяснения валентности празеодима.

Эти понятия больше применимы к элементам, которые могут менять число неспаренных электронов за счёт перехода на более высокие энергетические уровни (например, у серы или фосфора).

В случае празеодима валентности +3 и +4 являются результатом потери электронов с разных энергетических уровней (4f и 6s).

И их проявление зависит от энергетической выгодности конечного иона, а не от «возбуждения» атома.

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

Отличия валентности празеодима от других элементов III группы

Главное отличие празеодима (Pr) от большинства других лантаноидов и элементов III группы заключается в его способности проявлять валентность +4, в дополнение к более распространённой валентности +3.

Скандий (Sc), Иттрий (Y) и Лантан (La): Эти элементы III группы имеют постоянную валентность +3.

Это их единственное стабильное состояние, так как они теряют три внешних электрона.

Большинство лантаноидов: Также преимущественно проявляют валентность +3. Их электронная конфигурация не позволяет легко отдать четвёртый электрон.

Празеодим (Pr): Благодаря его электронной конфигурации ([Xe]4f³6s²), празеодим способен отдать как три, так и четыре электрона, что делает его валентность переменной.

Примеры соединений всех валентностей

Валентность +3:

Оксид празеодима (III): Pr₂​O₃​

Фторид празеодима (III): PrF_3​

Хлорид празеодима (III): PrCl₃​

Валентность +4:

Оксид празеодима (IV): PrO₂​

Фторид празеодима (IV): PrF_4​

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

Пример решения, задача:

Часто задаваемые вопросы: