Теория:
Валентность прометия (Pm) — это способность образовывать в соединениях определённое количество химических связей.
Поэтому: чаще всего он проявляет валентность, равную +3, а также +2 (нестабильны) и +4 (в окислительных условиях).
Он относится к лантаноидам, которые находятся в периодической таблице (в старой форме таблицы — подгруппа IIIb).
Причина переменной валентности, как и у других лантаноидов, заключается в очень близких энергетических уровнях внешних электронных оболочек — 6s, 5d и 4f.
Это позволяет электронам с разных подуровней участвовать в образовании химических связей, что и приводит к переменной валентности.
Валентность прометия можно определить несколькими способами:
✅ По периодической системе
Прометий (Pm), с атомным номером 61, относится к группе лантаноидов.
В старой форме периодической таблицы лантаноиды и актиноиды часто выносились в отдельный блок под основной таблицей.
В этом блоке они располагаются в группе, которая соответствует подгруппе IIIb. Элементы этой группы обычно имеют валентность III.
✅ По электронной конфигурации
Электронная конфигурация прометия: [Xe]4f56s2
[Xe] — это полная электронная оболочка инертного газа ксенона.
6s2 — внешняя оболочка с двумя электронами.
4f5 — внутренняя оболочка с пятью электронами.
Наиболее стабильная валентность +3 объясняется тем, что атом прометия легко отдаёт два электрона с внешней 6s-орбитали и один электрон с 4f-орбитали.
Удаление этих трёх электронов является энергетически выгодным и позволяет атому достичь более устойчивого состояния.
✅ По соединениям
Валентность прометия в соединении можно определить, зная валентность другого, более электроотрицательного элемента.
Пример: Оксид прометия (Pm2O3)
Определите валентность кислорода (O). В большинстве соединений кислород имеет валентность II.
Рассчитайте суммарную валентность кислорода в соединении: 3 атома O × 2 = 6.
Определите валентность прометия (Pm). Поскольку молекула электронейтральна, суммарная валентность двух атомов прометия должна быть равна 6.
Разделите общую валентность на количество атомов Pm: 6 ÷ 2 атома Pm = 3.
Таким образом, в соединении Pm2O3 прометий имеет валентность III.
Основная валентность прометия (Pm) равна +3, и это объясняется его электронной конфигурацией:
[Xe]4f56s2.
Для достижения более стабильного состояния атом прометия легко отдаёт два внешних электрона с 6s-орбитали и один электрон с внутренней 4f-орбитали.
Эта потеря трёх электронов является энергетически выгодной и является наиболее характерной для лантаноидов, к которым относится прометий.
Основная валентность прометия (Pm) — +3, что является его наиболее стабильным состоянием.
Понятие «возбужденного состояния» не используется для объяснения переменной валентности прометия, как, например, у углерода.
Вместо этого, его валентность определяется энергетически выгодным участием электронов с разных, но очень близких по энергии орбиталей.
➡️ Валентность прометия в основном состоянии
В основном состоянии электронная конфигурация прометия: [Xe]4f56s2.
Валентность +3: Это наиболее распространённая и стабильная валентность.
Она достигается путём потери двух электронов с внешней 6s-орбитали и одного электрона с внутренней 4f-орбитали.
Эта потеря электронов является энергетически наиболее выгодной, что делает валентность +3 доминирующей для прометия и большинства лантаноидов.
➡️ Возможные валентности
Прометий также может проявлять другие, менее стабильные валентности, хотя и редко:
Валентность +2: Возникает, если атом прометия теряет только два электрона с 6s-орбитали. Соединения с такой валентностью очень нестабильны.
Валентность +4: Эта валентность встречается крайне редко и возможна только в очень сильных окислительных условиях.
Она объясняется потерей двух электронов с 6s-орбитали и двух электронов с 4f-орбитали.
Причина таких валентностей кроется в его атомарном строении. Чтобы увидеть это наглядно, обратите внимание на электронную формулу атома прометия.
Основное отличие валентности прометия (Pm) от других элементов его группы, лантаноидов, заключается в том, что прометий не имеет стабильных изотопов и является радиоактивным.
Хотя почти все лантаноиды проявляют основную валентность +3, некоторые из них, в зависимости от своей электронной конфигурации, могут иметь и другие, более или менее стабильные валентности, такие как +2 или +4.
Например, церий (Ce) часто проявляет валентность +4, а европий (Eu) — +2.
Для прометия наиболее характерной и практически единственной валентностью в соединениях является +3.
Его электронная конфигурация [Xe]4f56s2 наиболее стабильна при потере двух электронов с внешней 6s-орбитали и одного электрона с 4f-орбитали, что даёт ион Pm3+.
Валентности +2 и +4 для прометия крайне редки, нестабильны и имеют малое практическое значение.
Валентность +3 (наиболее распространённая)
Оксид прометия (Pm2O3): Это наиболее стабильное и изученное соединение прометия.
Хлорид прометия (PmCl3): Типичное галогенидное соединение прометия с валентностью +3.
Нитрат прометия (Pm(NO3)3): Пример соли, где Pm проявляет свою основную валентность.
Валентность +2 (очень редкая)
Соединения с валентностью +2, такие как дихлорид прометия (PmCl2), крайне нестабильны и быстро окисляются до соединений с валентностью +3.
Их получение возможно только в строго контролируемых лабораторных условиях.
Валентность +4 (очень редкая)
Соединения с валентностью +4, например диоксид прометия (PmO2), также очень нестабильны и получены лишь в виде следовых количеств.
Как и в случае с валентностью +2, они не имеют практического значения из-за своей высокой реакционной способности.
Для более глубокого изучения его атомного строения, физических свойств и применения, мы рекомендуем ознакомиться с нашей главной статьей: прометий химический элемент.
▶️ Дано:
Соединение Pm2O3 (оксид прометия).
⌕ Найти:
Валентность прометия (Pm) в этом соединении.
✨ Решение:
Определить валентность кислорода: В большинстве оксидов кислород (O) имеет постоянную валентность, равную II.
Рассчитать суммарную валентность кислорода: В формуле Pm2O3 содержится 3 атома кислорода.
Суммарная валентность кислорода = 3 (атома O) × 2 (валентность O) = 6.
Определить валентность прометия: Поскольку молекула соединения электронейтральна, суммарная валентность атомов одного элемента должна быть равна суммарной валентности атомов другого элемента.
Суммарная валентность прометия = Суммарная валентность кислорода = 6.
В соединении два атома прометия, поэтому валентность одного атома Pm равна:
Валентность Pm = 6 ÷ 2 = 3.
✅ Ответ:
Валентность прометия (Pm) в соединении Pm2O3 равна III.
У него возможно три валентности: +2, +3 и +4. Однако, самой распространённой и стабильной является валентность +3.
Соединения, в которых прометий имеет валентность +2 и +4, встречаются крайне редко и очень нестабильны.
У него два валентных электрона.
Они находятся на самой внешней 6s-орбитали ([Xe]4f56s2).
Однако, его наиболее распространённая валентность +3 объясняется тем, что в химических реакциях он отдаёт не только эти два электрона, но и ещё один электрон с внутренней 4f-орбитали.
Это происходит потому, что энергетические уровни 6s и 4f очень близки, и отдача трёх электронов (2 с 6s и 1 с 4f) приводит к более стабильному состоянию атома.