Валентность таллия (Tl)

Теория:

Валентность таллия (Tl) — это способность образовывать в соединениях определенное количество химических связей.

Чаще всего проявляет валентность, равную I (+1), III (+3) и в очень редких специфических условиях (II (+2)).

Он относится к пост переходным металлам, которые находятся в 13-й группе периодической таблицы (в старой форме таблицы – IIIA).

Причина переменной валентности таллия — это эффект инертной пары.

Это явление характерно для тяжёлых элементов 13-й группы, таких как таллий, и означает, что два электрона на самой внешней s-орбитали (6s²) очень неохотно участвуют в образовании химических связей.

Как определить валентность таллия

Валентность таллия можно определить несколькими способами:

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

✅ По Периодической системе

Положение таллия (Tl) в 13-й группе Периодической таблицы (или IIIA по старой системе) указывает на то, что у него три валентных электрона.

Теоретически это означает, что его максимальная валентность должна быть III.

Однако, из-за эффекта инертной пары — явления, характерного для тяжёлых элементов — таллий также проявляет валентность I.

✅ По электронной конфигурации

Валентность атома определяется количеством электронов, которые могут образовывать химические связи.

Электронная конфигурация таллия (Tl):

…5d¹⁰6s²6p¹

Валентность III (+3): Таллий отдает все три валентных электрона (два из 6s-орбитали и один из 6p-орбитали).

Это состояние соответствует его положению в группе.

Валентность I (+1): Из-за эффекта инертной пары таллий неохотно отдаёт электроны из 6s-орбитали.

Валентность +1 и +3 у таллия самая стабильная из-за эффекта инертной пары, который характерен именно для тяжёлых элементов p-блока, включая таллий, но не ртуть.

✅ По соединению

Чтобы определить валентность по соединению, можно взять, например, хлорид таллия(I) (TlCl).

1. Хлор (Cl) в этом соединении, как правило, проявляет валентность I (так как он находится в 17-й группе и имеет один неспаренный электрон).
2. В молекуле TlCl один атом таллия связан с одним атомом хлора.
3. Чтобы уравновесить валентность хлора, валентность таллия в этом соединении должна быть также I.

Почему таллий проявляет валентность I (+1), III (+3), (II (+2))

У него есть три валентности, которые объясняются его электронной конфигурацией:

➡️ Валентность +3: Это происходит, когда таллий отдаёт все три своих валентных электрона: два из 6s-орбитали и один из 6p-орбитали.

Это типичное поведение для элементов 13-й группы.

➡️ Валентность +1: Это самая стабильная степень окисления таллия.

Она возникает из-за эффекта инертной пары.

Из-за большой массы таллия его два электрона на 6s-орбитали становятся более инертными и неохотно участвуют в образовании химических связей.

Таллию энергетически выгоднее отдать только один электрон с 6p-орбитали, что приводит к валентности +1.

➡️ Валентность +2: Это крайне редкая и нестабильная. Она наблюдается только в экзотических условиях.

Соединения с такой валентностью быстро распадаются, образуя более стабильные соединения с валентностью +1 и +3.

Возможные валентности атома в основном и «возбужденном» состояниях

➡️ В основном состоянии

В своем основном (невозбуждённом) состоянии атом таллия имеет один электрон на внешней p-орбитали.

За счёт этого электрона он может образовать одну химическую связь, что соответствует валентности I (+1).

Это наиболее стабильная валентность для таллия, так как она возникает без дополнительных затрат энергии на разрыв связей или переход электронов.

➡️ Валентность в «возбужденном» состоянии

Чтобы проявить более высокую валентность, таллий должен использовать свои электроны на s-орбитали.

Это происходит, когда атом получает дополнительную энергию и переводит эти электроны в состояние, способное к образованию связей.

В этом случае таллий отдает все три своих валентных электрона, что приводит к валентности III (+3).

Причина валентности кроется в его атомарном строении. Чтобы увидеть это наглядно, обратите внимание на электронную формулу атома таллия.

Отличия валентности от других элементов его группы

Таллий (Tl) находится в 13-й группе Периодической таблицы вместе с бором (B), алюминием (Al), галлием (Ga) и индием (In).

Главное отличие таллия заключается в том, что для него самой стабильной является валентность I, а не III, как для более легких элементов этой группы.

Бор, алюминий, галлий, индий: Эти элементы отдают все свои три валентных электрона, чтобы достичь стабильности, и проявляют только одну валентность — III.

Таллий: Из-за эффекта инертной пары ему энергетически выгоднее отдать только один электрон, что делает валентность I самой устойчивой.

Таллий также может проявлять валентность III, но такие соединения менее стабильны.

Примеры соединений всех валентностей

Соединения с валентностью I (+1)

Хлорид таллия (I) (TlCl): Самый распространенный пример. В этом соединении таллий образует одну связь с одним атомом хлора.

Гидроксид таллия (I) (TlOH): Сильное основание, где валентность таллия также равна I.

Соединения с валентностью III (+3)

Хлорид таллия (III) (TlCl₃​): В этом соединении таллий образует три связи с тремя атомами хлора. Это соединение менее стабильно, чем TlCl.

Оксид таллия (III) (Tl₂​O₃​): В этом соединении два атома таллия связаны с тремя атомами кислорода, что соответствует валентности III.

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

Пример решения, задача:

Часто задаваемые вопросы: