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.
Валентность тербия можно определить несколькими способами:
✅ 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.
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.
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.
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.
➡️ 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.
▶️ 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.
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.
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.
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.