Теория:
Валентность свинца (Pb) — это способность образовывать в соединениях определенное количество химических связей.
Чаще всего проявляет валентность, равную +2 и +4.
А также нестабильную валентность +1, сам химический элемент 0 и (-1, -2, -4) которые встречаются очень редко.
Относится к постпереходным металлам, которые находятся в 14-й группе периодической таблицы (в старой форме таблицы – IV A).
Причина переменной валентности свинца — это эффект инертной пары.
У свинца четыре валентных электрона с электронной конфигурацией …6s26p2.
Валентность свинца можно определить несколькими способами:
✅ По Периодической системе
Свинец (Pb) находится в 14-й группе Периодической таблицы (старое обозначение — IVA).
Положение в группе указывает на то, что у него 4 валентных электрона, а значит, он может проявлять максимальную валентность IV.
Однако, для свинца самой стабильной является валентность II (+2).
Причина — эффект инертной пары, который делает два электрона на s-орбитали менее доступными для связей.
✅ По электронной конфигурации
Электронная конфигурация свинца: [Xe]4f145d106s26p2.
Валентность IV (+4): Образуется при отдаче всех четырёх валентных электронов — двух из 6s-орбитали и двух из 6p-орбитали.
Валентность II (+2): Образуется при отдаче только двух электронов с 6p-орбитали.
Это состояние более стабильно, так как не требует затрат энергии на вовлечение s-электронов в связь.
✅ По соединениям
Валентность свинца можно определить по его соединению, зная валентность другого элемента.
Пример: Хлорид свинца(II) (PbCl2)
Валентность хлора (Cl) в большинстве соединений равна I.
В молекуле PbCl2 два атома хлора. Их общая валентность 2 × 1 = 2.
Чтобы молекула была нейтральной, валентность свинца должна быть II.
Таким образом, в этом соединении свинец проявляет валентность II.
Проявляет две основные валентности (+2 и +4) из-за эффекта инертной пары, который влияет на его валентные электроны.
Для объяснения валентности важны только валентные электроны на внешней оболочке, их у свинца четыре: 6s26p2.
➡️ Валентность +2 является наиболее стабильной.
Она образуется, когда свинец отдаёт только два электрона с внешней 6p-орбитали.
Эффект инертной пары — это явление, при котором два электрона на 6s-орбитали очень сильно притягиваются к ядру и неохотно участвуют в образовании химических связей.
Свинцу энергетически выгоднее отдать только p-электроны, что приводит к стабильному состоянию с валентностью +2.
➡️ Валентность +4 менее стабильна, так как она требует больше энергии.
Она возникает, когда свинец отдаёт все свои четыре валентных электрона — два с 6s-орбитали и два с 6p-орбитали.
Соединения с валентностью +4 обычно являются сильными окислителями, так как стремятся принять электроны и вернуться в более стабильное состояние с валентностью +2.
➡️ В основном состоянии
В своем основном, или невозбужденном, состоянии атом свинца имеет электронную конфигурацию, где все электроны находятся на самых низких доступных энергетических уровнях.
Валентные электроны: 6s26p2.
Проявляемая валентность: В этом состоянии свинец проявляет валентность +2.
Это происходит, когда он отдаёт два электрона с внешней 6p-орбитали.
Два электрона на 6s-орбитали остаются нетронутыми из-за эффекта инертной пары.
➡️ В «возбужденном» состоянии
Чтобы проявить более высокую валентность, атом должен получить дополнительную энергию.
Эта энергия позволяет одному из электронов с 6s-орбитали «перескочить» на более высокий энергетический уровень.
Валентные электроны: После «перескока» электроны распариваются, и все четыре валентных электрона (6s16p3) становятся доступными для образования связей.
Проявляемая валентность: В этом состоянии свинец может образовывать четыре связи, что соответствует валентности +4.
Соединения с валентностью +4 менее стабильны и часто являются сильными окислителями.
Причина валентности кроется в его атомарном строении. Чтобы увидеть это наглядно, обратите внимание на электронную формулу атома свинца.
Свинец (Pb) находится в 14-й группе Периодической таблицы (IVA) вместе с углеродом (C), кремнием (Si), германием (Ge) и оловом (Sn).
Главное отличие свинца от более лёгких элементов его группы заключается в относительной стабильности валентности +2.
Углерод, кремний, германий: Для этих элементов наиболее характерна и стабильна валентность IV (+4), поскольку все четыре валентных электрона активно участвуют в образовании связей.
Олово (Sn): Олово может проявлять как валентность +IV, так и +II, но валентность +IV для него все ещё достаточно стабильна.
Свинец (Pb): Для свинца наиболее стабильной является валентность II (+2).
Валентность IV (+4) проявляется, но соединения в этом состоянии менее устойчивы и часто являются сильными окислителями.
Эта особенность объясняется эффектом инертной пары, который становится более выраженным по мере увеличения атомного номера в группе.
Он приводит к тому, что два s-электрона внешней оболочки удерживаются ядром сильнее и менее склонны к участию в химических связях.
➡️ Соединения с валентностью II (+2)
Оксид свинца (II) (PbO): Наиболее распространенное соединение свинца в валентности +2.
Хлорид свинца (II) (PbCl2): Широко используемое соединение, малорастворимое в воде.
Нитрат свинца (II) (Pb(NO3)2): Растворимая соль свинца.
➡️ Соединения с валентностью IV (+4)
Оксид свинца (IV) (PbO2): Мощный окислитель, используемый, например, в свинцово-кислотных аккумуляторах.
Фторид свинца (IV) (PbF4): Один из немногих стабильных тетрагалогенидов свинца.
➡️ Соединения с валентностью I (+1)
Ион димерного свинца (Pb22+): Очень редкий и нестабильный ион, который может существовать в некоторых специфических условиях.
Это не является простым соединением, а скорее структурным фрагментом.
➡️ Соединения с валентностью 0 (нулевая)
Свинец (Pb): Простое вещество, металлический свинец, где атомы не имеют заряда и, соответственно, их валентность равна 0.
Для более глубокого изучения его атомного строения, физических свойств и применения, мы рекомендуем ознакомиться с нашей главной статьей: свинец химический элемент.
▶️ Дано:
Химическая формула: PbF4.
⌕ Найти:
✨ Решение:
Определяем валентность фтора (F). Фтор, как самый электроотрицательный элемент, в соединениях всегда проявляет валентность I (единица).
Считаем общую валентность всех атомов фтора в молекуле: 4 × 1 = 4.
Чтобы молекула была электронейтральной (то есть, имела суммарный заряд, равный нулю), валентность атома свинца должна уравновешивать общую валентность всех атомов фтора.
Следовательно, валентность свинца равна 4.
✅ Ответ:
Его валентность в соединении фторид свинца (IV) (PbF4) равна 4.
Чаще всего проявляет валентность, равную 0 (сам химический элемент), +2 и +4.
А также +1 очень редкий и нестабильный ион, который может существовать в некоторых специфических условиях.
И (-1, -2, -4) но встречаются исключительно редко — в очень экзотических соединениях, например, в интерметаллических сплавах
У свинца 4 валентных электрона. Их электронная конфигурация 6s26p2.
Является наиболее распространённой, так как она образуется, когда атом свинца отдаёт только два электрона со своей внешней 6p-орбитали.
Это происходит из-за эффекта инертной пары, который делает два электрона на 6s-орбитали менее склонными к участию в химических связях.