Валентность рения (Re)

Теория:

Валентность рения (Re) — это способность образовывать в соединениях определенное количество химических связей.

Поэтому: Re чаще всего проявляет валентность, равную (-1), (+1), +2, (+3), +4, (+5), +6, +7.

Относится к переходным металлам, которые находятся в 6-м периоде Периодической таблицы (в старой форме таблицы — VII B-группа).

Причина переменной валентности рения (и других переходных металлов) — это участие в образовании химических связей не только электронов внешнего s-подуровня (6s²), но и электронов предвнешнего d-подуровня (5d⁵).

Как определить валентность рения

Валентность рения можно определить несколькими способами:

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

✅ По периодической системе

Рений расположен в 7-й группе (или VIIB-группе в старой системе) Периодической таблицы. Для переходных металлов номер группы часто указывает на их максимальную валентность.

Поскольку рений находится в 7-й группе, его высшая валентность равна +7.

Это самая стабильная степень окисления рения, которая проявляется в таких соединениях, как перренаты и оксид Re_2​O₇​.

✅ По электронной конфигурации

Валентность элемента зависит от количества электронов, которые могут участвовать в образовании химических связей. Электронная конфигурация атома рения: [Xe]4f¹⁴5d⁵6s².

На внешнем энергетическом уровне находятся 2 электрона на 6s-орбитали.

На пред внешнем уровне находятся 5 электронов на 5d-орбитали.

Поскольку энергетические уровни 5d и 6s находятся очень близко друг к другу, в реакциях могут участвовать как электроны внешнего s-уровня, так и электроны предвнешнего d-уровня.

Это позволяет атому рения образовывать связи, используя разное количество электронов, что приводит к широкому диапазону валентностей: +1, +2, +3, +4, +5, +6, и +7.

Наивысшая валентность +7 достигается, когда в образовании связей участвуют все семь внешних электронов (5d⁵ + 6s²).

✅ По соединению (на примере Re₂​O₇​)

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

Рассмотрим оксид рения(VII) — Re_2​O₇​.

Валентность кислорода (O) в оксидах всегда равна 2.

Чтобы молекула была электронейтральной, суммарная валентность атомов рения должна компенсировать суммарную валентность атомов кислорода.

Суммарная валентность кислорода: 7 атомов × валентность 2 = 14.

Суммарная валентность двух атомов рения также должна быть 14.

Чтобы найти валентность одного атома рения, нужно разделить суммарную валентность на количество атомов: 14 ÷ 2 = 7.

Таким образом, в соединении Re₂​O_7​ валентность рения равна 7.

Почему рения проявляет валентность +1, +2, +3, +4, +5, +6, и +7

Проявляет широкий спектр валентностей от +1 до +7 из-за особенностей своей электронной конфигурации.

Это объясняется тем, что в образовании химических связей участвуют не только электроны с внешнего энергетического уровня, но и с предвнешнего.

Электронная конфигурация атома рения: [Xe]4f¹⁴5d⁵6s².

Электроны, участвующие в связях

Внешний уровень (6s): 2 электрона (6s²). Эти электроны наименее прочно связаны с ядром и легче всего отрываются.

Пред внешний уровень (5d): 5 электронов (5d⁵). Эти электроны находятся близко по энергии к 6s-электронам и также могут участвовать в реакциях.

Из-за этой особенности рений может образовывать разное количество связей, отдавая или разделяя различное число электронов.

➡️ Валентность +1, +2: Эти низкие валентности возникают при участии только электронов с внешнего 6s-подуровня.

Например, валентность +1 возможна, когда отрывается один электрон, а +2 — когда отрываются оба 6s-электрона.

➡️ Валентность +3, +4, +5, +6: Эти промежуточные валентности проявляются, когда в образовании связей участвуют все 6s-электроны и различное количество электронов 5d-подуровня.

Например:

1. +3: 2 электрона из 6s и 1 электрон из 5d.
2. +4: 2 электрона из 6s и 2 электрона из 5d.
3. +5: 2 электрона из 6s и 3 электрона из 5d.
4. +6: 2 электрона из 6s и 4 электрона из 5d.

➡️ Валентность +7: Это максимальная и наиболее стабильная валентность для рения.

Она достигается, когда в образовании связей участвуют все семь внешних и пред внешних электронов: 2 электрона с 6s-подуровня и все 5 электронов с 5d-подуровня.

Возможные валентности атома в основном и «возбужденном» состояниях

➡️ Валентность в основном состоянии

В основном (невозбуждённом) состоянии атом рения имеет электронную конфигурацию [Xe]4f¹⁴5d⁵6s².

В этом состоянии у него 5 неспаренных электронов на d-подуровне, что теоретически могло бы давать валентность +5.

Однако на практике более характерна валентность +2, которая достигается за счет потери двух электронов с внешнего 6s-подуровня.

➡️ Валентности в «возбужденных» состояниях

«Возбужденные» состояния возникают, когда электроны с 5d-подуровня участвуют в образовании связей, в дополнение к 6s-электронам.

Это приводит к разному количеству неспаренных электронов и, соответственно, к широкому спектру валентностей:

+1: Потеря одного электрона с 6s-подуровня.

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

+7: Это максимальная и наиболее стабильная валентность, которая достигается, когда все семь внешних электронов (5d⁵ и 6s²) участвуют в образовании связей. Это так называемая «групповая валентность».

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

Отличия валентности от других элементов его группы (Mn, Tc)

Рений, марганец (Mn) и технеций (Tc) находятся в 7-й группе Периодической таблицы и могут проявлять валентность до +7.

Однако между ними есть ключевые отличия в стабильности этих состояний:

Марганец (Mn): Высшая валентность +7 (например, в перманганате калия KMnO₄​) является сильным окислителем и очень нестабильна.

Соединения в этом состоянии легко восстанавливаются до более стабильных +2 или +4.

Рений (Re): В отличие от марганца, валентность +7 у рения (например, в Re₂​O_7​ или KReO₄​) является наиболее стабильной.

Соединения рения (VII) не являются такими сильными окислителями, как соединения марганца (VII).

Эта исключительная стабильность высшей валентности — главное отличие рения от его аналогов по группе.

Технеций (Tc): Как и рений, технеций проявляет высокую валентность (+7), но, будучи радиоактивным элементом, он менее изучен, а его соединения менее стабильны, чем у рения.

Примеры соединений по валентности

Валентность -1: Na[Re(CO)₅​] (натрий пентакарбонилренат)

Валентность +1: Re(CO)₅​Cl (хлорид пентакарбонилрения)

Валентность +2: ReCl₂​ (хлорид рения (II))

Валентность +3: ReCl₃​ (хлорид рения (III))

Валентность +4: ReO₂​ (оксид рения (IV)), ReF4​ (фторид рения (IV))

Валентность +5: ReCl₅​ (хлорид рения (V))

Валентность +6: ReO_3​ (оксид рения (VI)), ReF₆​ (фторид рения (VI))

Валентность +7: Re₂​O₇​ (оксид рения (VII)), KReO₄​ (перренат калия).

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

Пример решения, задача:

Часто задаваемые вопросы: