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.
Валентность самария можно определить несколькими способами:
✅ 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 (Sm2O3)
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.
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.
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.
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.
➡️ Валентность +3 (наиболее распространённая)
Оксид самария (Sm2O3): Наиболее стабильное и распространённое соединение самария, белый или светло-жёлтый порошок.
Хлорид самария (SmCl3): Ярко-жёлтая соль, которая легко растворяется в воде.
Сульфат самария (Sm2(SO4)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 (SmF4): 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.
▶️ Дано:
Соединение SmCl2 (дихлорид самария).
⌕ Найти:
Валентность самария (Sm) в этом соединении.
✨ Решение:
Определить валентность хлора: В большинстве соединений хлор (Cl) имеет постоянную валентность, равную I.
Рассчитать суммарную валентность хлора: В формуле SmCl2 содержится 2 атома хлора. Суммарная валентность хлора = 2 (атома Cl) × 1 (валентность Cl) = 2.
Определить валентность самария: Так как молекула соединения электронейтральна, суммарная валентность атомов самария должна быть равна суммарной валентности атомов хлора.
Суммарная валентность самария = 2.
В соединении один атом самария, поэтому его валентность равна:
Валентность Sm = 2 ÷ 1 (атом Sm) = 2.
✅ Ответ:
Валентность самария (Sm) в соединении SmCl2 равна II.
У (Sm) возможно три валентности: +2, +3 и +4.
У него два валентных электрона.
Определяется по его электронной конфигурации. У самария два валентных электрона, находящихся на самой внешней 6s-орбитали.
Однако, в химических реакциях он чаще всего проявляет валентность +3, так как в дополнение к этим двум электронам он может отдать ещё один электрон с внутренней 4f-орбитали.
Это энергетически выгодно и делает валентность +3 наиболее стабильной.