Валентность тербия (Tb)

Теория:

Валентность тербия (Tb) — это способность образовывать в соединениях определённое количество химических связей.

Поэтому: Тербий чаще всего проявляет валентность, равную +3 и +4. Валентности +1 и 0 также возможны.

Относится к лантаноидам, которые находятся в 6-м периоде периодической таблицы (в старой форме таблицы – IIIB-группа).

Причина переменной валентности тербия связана с его электронной конфигурацией: [Xe] 4f⁹6s².

Содержание страницы

Как определить валентность тербия

Валентность тербия можно определить несколькими способами:

По периодической системе.
По электронной конфигурации.
По соединениям.

✅ По периодической системе элементов

Тербий (Tb) находится в 6-м периоде и относится к семейству лантаноидов.

Все лантаноиды — это редкоземельные металлы, которые, как правило, проявляют валентность +3.

Это является наиболее распространённым и стабильным состоянием для них.

Поэтому, если вы видите тербий в периодической системе, его самая типичная валентность — +3.

✅ По электронной конфигурации

Электронная конфигурация атома тербия — [Xe]4f⁹6s². Валентность тербия определяется электронами, которые он может отдать.

Валентность +3: Это основная валентность. Атом тербия отдаёт два электрона с внешней 6s-орбитали и один электрон с 4f-орбитали.

В результате ион Tb³⁺ приобретает конфигурацию [Xe]4f⁸. Это состояние довольно стабильно.

Валентность +4: Эта валентность также встречается, хотя и реже, чем +3.

Для её достижения тербий отдаёт два электрона с 6s-орбитали и два электрона с 4f-орбитали.

В результате ион Tb⁴⁺ приобретает конфигурацию [Xe]4f⁷.

Эта конфигурация энергетически выгодна, поскольку 4f-оболочка заполнена ровно наполовину, что делает ион стабильным.

✅ По соединению (пример)

Валентность тербия можно определить по формуле химического соединения, зная валентность другого элемента.

Пример: Оксид тербия (Tb₄O₇)

Валентность кислорода (O) всегда II.

В молекуле Tb₄O₇ семь атомов кислорода. Суммарная валентность кислорода: 7 × 2 = 14.

Суммарная валентность тербия должна быть равна суммарной валентности кислорода, то есть 14.

В молекуле четыре атома тербия. Следовательно, валентность одного атома тербия: 14 ÷ 4 = 3.5.

Так как валентность не может быть дробной, это соединение на самом деле является смешанным оксидом тербия с валентностями +3 и +4.

Почему валентность тербия 3, 4, 1, 0

Определяются его электронной конфигурацией: [Xe]4f⁹6s².

➡️ Валентность +3

Это наиболее стабильная и распространённая валентность.

Атом тербия отдаёт два электрона с внешней 6s-орбитали и один электрон с 4f-орбитали.

Причина: Эта потеря электронов приводит к образованию иона Tb³⁺ с конфигурацией [Xe]4f⁸, которая является относительно стабильной.

➡️ Валентность +4

Эта валентность также является довольно стабильной, хотя и встречается реже, чем +3.

Она достигается, когда тербий отдаёт два электрона с 6s-орбитали и два электрона с 4f-орбитали.

Причина: В результате образуется ион Tb⁴⁺ с конфигурацией [Xe]4f⁷.

Это состояние энергетически выгодно, так как 4f-оболочка заполнена ровно наполовину (содержит 7 электронов), что придаёт иону дополнительную устойчивость.

➡️ Валентность +1 и 0

Эти валентности проявляются в очень специфических условиях и являются крайне нестабильными.

Валентность +1: Возникает при потере только одного электрона с внешней 6s-орбитали.

Валентность 0: Относится к атому тербия в его металлическом виде, когда он не вступает в химические связи.

Возможные валентности атома тербия в основном и «возбужденном» состояниях

В химии термин «возбуждённое состояние» чаще всего относится к электронам, которые перешли на более высокие энергетические уровни.

В случае тербия, его валентности лучше объяснять, исходя из стабильности ионов, образующихся при потере электронов.

Валентности атома тербия

Валентность 0 (основное состояние) Эта валентность относится к атому тербия в его простом, металлическом виде, когда он не вступает в химические связи.

Валентность +3 (наиболее стабильное состояние иона) Это наиболее распространённое состояние для тербия.

Оно достигается, когда атом теряет три электрона: два с внешней 6s-орбитали и один с 4f-орбитали.

В результате образуется ион Tb³⁺ с электронной конфигурацией [Xe]4f⁸.

Валентность +4 (стабильное состояние в определённых условиях) Эта валентность является довольно стабильной, так как достигается, когда атом тербия отдаёт ещё один электрон с 4f-орбитали.

В результате образуется ион Tb⁴⁺ с электронной конфигурацией [Xe]4f⁷.

Эта конфигурация является энергетически выгодной, поскольку 4f-оболочка заполнена ровно наполовину.

Валентность +1 (нестабильное состояние) Это крайне редкая валентность, которая возникает, когда атом тербия отдаёт только один электрон с внешней 6s-орбитали.

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

Отличия валентности тербия от других элементов его группы

Валентность тербия отличается от большинства других лантаноидов тем, что он может проявлять стабильную валентность +4.

Хотя +3 является самой распространённой валентностью для всех лантаноидов, валентность +4 встречается у немногих элементов этой группы.

У тербия эта валентность объясняется его способностью образовывать ион с энергетически выгодной, наполовину заполненной 4f-оболочкой.

Примеры соединений всех валентностей

➡️ Валентность +3 (наиболее стабильная)

Оксид тербия (III) (Tb₂O₃): Используется в качестве активатора в люминофорах зелёного цвета.

Хлорид тербия (III) (TbCl₃): Используется для получения металлического тербия и в некоторых научных исследованиях.

➡️ Валентность +4 (стабильная в определённых условиях)

Оксид тербия (IV) (TbO₂): Тёмно-коричневое соединение, которое образуется при нагревании тербия на воздухе.

Это один из немногих примеров, где валентность +4 у тербия стабильна.

➡️ Валентность +1 (нестабильная)

Эта валентность крайне редка, и её соединения могут быть получены только в специальных лабораторных условиях.

Примером может служить галогенид тербия (I), но он крайне нестабилен.

➡️ Валентность 0 (простое вещество)

Металлический тербий (Tb): Используется в сплавах и для создания магнитооптических материалов.

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

Пример решения, задача:

▶️ Дано:

Оксид тербия (III) (Tb₂O₃)

⌕ Найти:

Валентность тербия (Tb).

✨ Решение:

Определяем валентность кислорода (O): В данном соединении кислород выступает в роли неметалла, и его валентность равна II.

Вычисляем общую валентность кислорода: В формуле Tb₂O₃ три атома кислорода. Их общая валентность: 3 атома × 2 = 6

Определяем валентность тербия (Tb): В нейтральном соединении общая валентность всех элементов должна быть равна нулю, то есть сумма валентностей положительного и отрицательного элементов должна быть одинаковой.

Таким образом, валентность двух атомов тербия должна быть равна общей валентности кислорода, то есть 6.

Валентность одного атома тербия: 6 ÷ 2 = 3

✅ Ответ:

Валентность тербия в соединении Tb₂O₃ равна III.

Часто задаваемые вопросы:

Сколько всего возможных валентностей у тербия?

У него есть четыре возможные валентности:

+3 — самая стабильная и распространённая валентность.

+4 — довольно стабильная, но менее распространённая.

+1 — крайне редкая и нестабильная.

0 — валентность, присущая простому веществу, металлическому тербию.

Сколько валентных электронов?

У атома Tb три валентных электрона, которые могут участвовать в образовании химических связей: два электрона на внешней 6s-оболочке и один электрон с 4f-оболочки.

Эти электроны могут быть отданы, что и обуславливает наиболее стабильную валентность +3.

Почему у тербия валентность +3 самая стабильная?

Наиболее стабильная валентность +3 у тербия обусловлена тем, что, отдавая два электрона с внешней 6s-оболочки и один электрон с 4f-оболочки, он образует ион Tb³⁺.

Эта электронная конфигурация является энергетически выгодной и наиболее распространённой для всех лантаноидов.