Валентность америция (Am)

Теория:

Валентность америция (Am) — это способность образовывать в соединениях определенное количество химических связей.

Поэтому: чаще всего проявляет валентность, равную 3, 4, 5, 6, а также может проявлять 2 и 7.

(Валентность 0 характерна для элемента в свободном виде, а не в соединении).

Относится к актиноидам (или актинидам), относиться к элементам с переменной валентностью, которые находятся в 7 периоде периодической таблицы (в старой форме таблицы – под лантаноидами, как часть внутреннего переходного ряда).

Причина переменной валентности америция и других актиноидов кроется в их электронной структуре:

1. Близость энергетических уровней.
2. Легкость отрыва электронов.
3. Неполное заполнение 5f-оболочки.

Как определить валентность америция

Валентность (степень окисления) атома америция (Am) определяется путём анализа его электронной конфигурации (5f⁷7s²), а также его положения в ряду актиноидов в периодической системе.

Наиболее точные значения валентности (от +2 до +7) определяются экспериментально на основе состава его химических соединений.

✅ По периодической системе

Америций находится в 7 периоде и относится к семейству актиноидов (атомный номер Z=95).

Типичная валентность: Для всего семейства актиноидов, следующих за лантаноидами, наиболее характерной и стабильной в водных растворах является валентность +3.

Это объясняется тем, что при потере двух 7s-электронов и одного 5f-электрона сохраняется относительно устойчивое электронное состояние.

Сравнение с аналогами: В ПС америций расположен под европием (Eu, лантаноид), который также имеет стабильную степень окисления +3.

Однако, как актиноид, америций демонстрирует большую склонность к образованию более высоких валентностей (+4,+5,+6,+7) по сравнению с лантаноидами.

✅ По электронной конфигурации

Электронная конфигурация атома америция (Z=95):

[Rn]5f⁷7s²

Полу заполненная 5f-оболочка: Ключевым фактором является наличие семи электронов на 5f-подуровне (5f⁷).

Эта конфигурация является полузаполненной, что придает ей дополнительную стабильность (подобно Mn²⁺ в переходных металлах).

Валентность +3 (наиболее частая): Атом легко теряет два внешних 7s-электрона и один 5f-электрон, образуя ион Am³⁺ с конфигурацией 5f6.

Am (−3е^—) → ​Am³⁺(5f⁶)

Высшие валентности (+4, +5, +6, +7): Малая разница в энергии между 5f, 6d и 7s-орбиталями позволяет отрывать дополнительные 5f-электроны при воздействии сильных окислителей.

Это приводит к образованию высших степеней окисления.

+4: Потеря четырех электронов (двух 7s и двух 5f).

Поэтому возможность участия разного числа 5f-электронов в образовании связей (в дополнение к 7s) и является прямой причиной переменной валентности.

✅ По химическим соединениям (Пример)

Почему америций проявляет валентность 3, 4, 5, 6, и 7

Проявляет широкий диапазон валентностей (+3,+4,+5,+6,+7) из-за уникальной электронной структуры актиноидов.

В частности, из-за небольшого энергетического различия между его внешними и внутренними электронными оболочками.

Основная причина кроется в его электронной конфигурации [Rn]5f⁷7s²:

1. Близкие энергетические уровни: Электроны на внутренних 5f-орбиталях, 6d-орбиталях и внешних 7s-орбиталях имеют очень схожую энергию.

2. Легкость участия в связях: В результате этого сходства, при взаимодействии с сильными окислителями (или в особых условиях).

Атомы могут легко отдавать не только внешние 7s-электроны, но и вовлекать разное количество 5f-электронов в образование химических связей.

3. Стабильность +3: Валентность +3 является самой стабильной, так как достигается удалением двух 7s и одного 5f электрона, что оставляет относительно устойчивую 5f⁶ конфигурацию.

Все более высокие валентности (+4 до +7) формируются за счет дополнительного отрыва 5f-электронов.

Возможные валентности атома в основном и «возбужденном» состояниях

Возможные валентности атома америция (Am) в основном и «возбужденном» состояниях определяются его электронной структурой [Rn]5f⁷7s².

➡️ Основное состояние (+3, +4):

+3: Это самая устойчивая и распространенная валентность в водных растворах. Она формируется при потере двух внешних 7s-электронов и одного 5f-электрона.

+4: Эта валентность относительно стабильна в твёрдых соединениях (например, AmO₂​) и в виде комплексных ионов.

➡️ «Возбужденные» состояния (+5, +6, +7):

+5, +6, +7: Эти высшие валентности достигаются за счет последовательного отрыва дополнительных 5f-электронов при воздействии сильных окислителей.

Они существуют в виде стабильных в растворе ионов америцила (AmO₂⁺​ для +5 и AmO₂²⁺​ для +6).

Валентность +7 крайне редка и нестабильна, существует только в очень сильных щелочных средах.

➡️ Крайне редкое состояние (+2):

Валентность +2 крайне нестабильна в водных растворах и встречается только в некоторых твёрдых соединениях.

Отличия валентности от других элементов его группы

Ключевое отличие валентности америция (Am) от других элементов группы актиноидов (например, тория Th, урана U или плутония Pu) заключается в ранней стабилизации низкой валентности +3.

➡️ Стабильность +3:

Америций — первый актиноид, для которого степень окисления +3 становится самой устойчивой и доминирующей в водных растворах.

Более ранние актиноиды (уран U, нептуний Np, плутоний Pu) чаще проявляют более высокие валентности, такие как +4, +5 или +6.

➡️ Электронная причина (Полузаполнение):

Америций имеет электронную конфигурацию 5f7⁷s². Потеря трех электронов приводит к иону Am3+ с конфигурацией 5f⁶.

В более старых моделях это часто связывают с особой стабильностью полузаполненной 5f⁷ оболочки, делая переход к +3 энергетически выгодным.

Это приводит к тому, что химическое поведение Am³⁺ начинает напоминать поведение Eu³⁺ (европий) и других лантаноидов, тогда как ранние актиноиды имеют уникальную, более сложную химию.

➡️ Поведение в высших валентностях:

Хотя америций может достигать валентностей +5 и +6 (в виде ионов америцила AmO₂⁺​ и AmO₂²⁺​).

Эти состояния менее стабильны и являются более сильными окислителями по сравнению с аналогичными высшими состояниями у плутония, нептуния и урана.

Например, Am⁴⁺ гораздо менее устойчив в водных растворах, чем Pu⁴⁺, и быстро восстанавливается.

Примеры соединений всех валентностей

1. Валентность +2:

   AmCl₂ (Хлорид Америция (II))

   AmI₂ (Иодид Америция (II))

2. Валентность +3 (Наиболее устойчивая):

   AmCl₃ (Хлорид Америция (III))

   Am₂O₃ (Оксид Америция (III))

3. Валентность +4:

   AmF₄ (Фторид Америция (IV))

   AmO₂ (Оксид Америция (IV))

4. Валентность +5:

   NaAmO₂CO₃ (Карбонат натрия-америцила (V))

   AmO₂⁺ (Ион Америцила (V))

5. Валентность +6:

   AmO₂(NO₃)₂ (Нитрат Америцила (VI))

   AmO₂²⁺ (Ион Америцила (VI))

6. Валентность +7 (Крайне редкая):

   K₅AmO₆(Гексаоксоамерат калия (VII))

Пример решения, задача:

Часто задаваемые вопросы: