Валентность самария (Sm)

Теория:

Валентность самария (Sm) — это способность образовывать в соединениях определённое количество химических связей.

Поэтому: чаще всего он проявляет валентность, равную +2, +3 и не стабильная +4. 

Он относится к лантаноидам, которые находятся в периодической таблице (в старой форме таблицы — подгруппа III B).

Причина переменной валентности самария заключается в очень близких энергетических уровнях электронов на 6s- и 4f-под оболочках.

Это позволяет электронам с обеих этих подоболочек участвовать в образовании химических связей, что и приводит к переменной валентности.

Как определить валентность самария

Валентность самария можно определить несколькими способами:

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

✅ По Периодической системе

Самарий (Sm), с атомным номером 62, 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 III B.

Элементы этой группы обычно имеют валентность III.

✅ По электронной конфигурации

Электронная конфигурация самария:

[Xe]4f⁶6s²

[Xe] — это полная электронная оболочка инертного газа ксенона.

6s² — внешняя оболочка с двумя электронами.

4f⁶ — внутренняя оболочка с шестью электронами.

Валентность +3 объясняется тем, что атом самария легко отдаёт два электрона с внешней 6s-орбитали и один электрон с внутренней 4f-орбитали.

Валентность +2 возникает, когда атом отдаёт только два электрона с внешней 6s-орбитали.

Эта валентность также относительно стабильна, поскольку она приводит к образованию иона с частично заполненной 4f-оболочкой, что придаёт ему дополнительную устойчивость.

✅ По соединениям

Валентность самария в соединении можно определить, зная валентность другого, более электроотрицательного элемента.

Пример 1: Оксид самария (Sm_2​O₃​)

Валентность кислорода (O) в большинстве соединений равна II.

Суммарная валентность кислорода: 3 атома O × 2 = 6.

Валентность самария = 6 ÷ 2 атома Sm = 3.

Пример 2: Дихлорид самария (SmCl₂​)

Валентность хлора (Cl) в большинстве соединений равна I.

Суммарная валентность хлора: 2 атома Cl × 1=2.

Валентность самария = 2 ÷ 1 атом Sm = 2.

Почему валентность самария 3 и 2

Валентность самария (Sm) в основном определяется особенностями его электронной конфигурации, а именно энергетическим уровнем его электронов.

У самария, как у других лантаноидов, есть электроны на внешней 6s-орбитали и на внутренней 4f-орбитали.

➡️ Валентность +3

Валентность +3 является наиболее стабильной и распространённой для самария.

Электронная конфигурация: [Xe]4f⁶6s².

Объяснение: Чтобы достичь этого состояния, атом самария теряет два электрона с внешней 6s-орбитали и один электрон с внутренней 4f-орбитали.

Таким образом, он образует ион Sm³⁺, который имеет конфигурацию [Xe]4f⁵.

Потеря трёх электронов является энергетически выгодной, что делает валентность +3 доминирующей.

➡️ Валентность +2

Валентность +2 также встречается в соединениях самария, так как она обладает достаточной стабильностью.

Электронная конфигурация:

[Xe]4f⁶6s².

Объяснение: В этом случае атом самария теряет только два электрона с внешней 6s-орбитали, образуя ион Sm²⁺ с конфигурацией [Xe]4f⁶.

Эта конфигурация относительно стабильна, поскольку она сохраняет частично заполненную 4f-подоболочку.

Возможные валентности самария атома в основном и «возбужденном» состояниях

Основная валентность самария (Sm) — +3, что является его наиболее стабильным состоянием.

Понятие «возбуждённого состояния» не применяется для объяснения его валентности.

Вместо этого, его валентность определяется энергетически выгодным участием электронов с разных, но очень близких по энергии орбиталей.

➡️ Валентность в основном состоянии

В основном состоянии электронная конфигурация самария: [Xe]4f⁶6s².

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.

Таким образом, он образует ион Sm³⁺, который имеет конфигурацию [Xe]4f⁵.

Потеря трёх электронов является энергетически выгодной, что делает валентность +3 доминирующей.

➡️ Другие возможные валентности

Валентность +2: Это вторая по стабильности валентность самария. Она возникает, когда атом самария теряет только два электрона с внешней 6s-орбитали, образуя ион Sm²⁺ с конфигурацией [Xe]4f⁶.

Эта конфигурация относительно стабильна, поскольку она сохраняет частично заполненную 4f-подоболочку.

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

Отличия валентности самария от других элементов его группы

Основное отличие валентности самария (Sm) от других элементов его группы — лантаноидов — заключается в том, что он является одним из немногих, кто имеет стабильную валентность +2, помимо основной валентности +3.

Многие лантаноиды проявляют почти исключительно валентность +3, в то время как другие (например, европий и иттербий) тоже могут иметь стабильную валентность +2, а церий и тербий — валентность +4.

Самарий занимает промежуточное положение, его валентность +2 достаточно устойчива, хотя и не так, как валентность +3.

Пример соединений самария всех валентностей

➡️ Валентность +3 (наиболее распространённая)

Оксид самария (Sm₂​O₃​): Наиболее стабильное и распространённое соединение самария, белый или светло-жёлтый порошок.

Хлорид самария (SmCl₃​): Ярко-жёлтая соль, которая легко растворяется в воде.

Сульфат самария (Sm_2​(SO_4​)₃​): Пример соли, где самарий проявляет свою основную валентность.

➡️ Валентность +2 (относительно стабильная)

Моноксид самария (SmO): Это соединение имеет синий или фиолетово-синий цвет.

Дихлорид самария (SmCl₂​): Тёмно-коричневое твёрдое вещество, которое является сильным восстановителем.

Сульфат самария (SmSO₄​): Стабильная соль с валентностью +2.

➡️ Валентность +4 (очень редкая)

Тетрафторид самария (SmF_4​): Это очень нестабильное соединение, которое было получено в виде следовых количеств.

Его существование возможно только в специфических условиях, и оно быстро восстанавливается до соединений с валентностью +3.

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

Пример решения, задача:

Часто задаваемые вопросы: