Валентность гафния (Hf)

Теория:

Валентность гафния (Hf) — это способность образовывать в соединениях определенное количество химических связей.

Поэтому: гафний чаще всего проявляет валентность, равную +4.

Относится к переходным металлам, которые находятся в периодической таблице (в старой форме таблицы – группа IVB).

Причина фиксированной валентности

У гафния нет переменной валентности. Валентность +4 является его единственной стабильной валентностью в большинстве химических соединений.

Это связано с его электронной конфигурацией: [Xe]4f¹⁴5d²6s².

Атом гафния теряет два электрона с орбитали 6s и два с 5d, чтобы достичь стабильного состояния.

Потеря этих четырёх электронов делает ион Hf⁴⁺ очень устойчивым.

Как определить валентность гафния (Hf)

Валентность гафния можно определить несколькими способами:

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

✅ По периодической системе

Гафний находится в 4-й группе периодической таблицы. Для элементов этой группы наиболее типична валентность, равная номеру группы, то есть +4.

✅ По электронной конфигурации

Электронная конфигурация атома гафния — [Xe]4f¹⁴5d²6s².

Валентность определяется числом электронов, которые атом может отдать, чтобы достичь стабильного состояния.

1. Гафний легко теряет два электрона с самой внешней орбитали 6s.
2. Он также отдаёт два электрона с орбитали 5d.

В сумме он теряет четыре электрона, что приводит к образованию очень стабильного иона Hf⁴⁺.

Именно поэтому его валентность равна 4.

✅ По соединениям

Валентность гафния в соединении можно определить, если известна валентность другого элемента.

Возьмём оксид гафния — HfO₂​.

Валентность кислорода (O) в оксидах всегда равна 2.

В соединении HfO₂​ есть один атом гафния и два атома кислорода.

Общая валентность кислорода в соединении: 2 (атома O) × 2 (валентность O) = 4.

Чтобы общая валентность всего соединения была равна нулю, валентность гафния должна быть равна 4.

Таким образом, в этом соединении валентность гафния равна 4.

Почему гафний проявляет валентность +4

Проявляет валентность +4 потому, что это его наиболее энергетически стабильное состояние.

Это связано с его электронной конфигурацией: [Xe]4f¹⁴5d²6s².

Чтобы стать химически устойчивым, атом стремится избавиться от внешних электронов.

Гафний теряет все свои четыре внешних электрона: два с орбитали 6s и два с орбитали 5d.

Эта потеря электронов делает ион Hf⁴⁺ очень стабильным, поскольку его электронная оболочка становится полностью заполненной.

Именно поэтому в подавляющем большинстве химических соединений гафний проявляет валентность, равную 4.

Возможные валентности атома в основном и «возбужденном» состояниях

У гафния (Hf) в основном состоянии одна стабильная валентность +4.

Это происходит потому, что в его электронной конфигурации ([Xe]4f¹⁴5d²6s²) четыре внешних электрона (два с 6s и два с 5d) легко покидают атом, чтобы создать очень устойчивый ион Hf⁴⁺.

Это основное правило для всех элементов 4-й группы.

Возбужденное состояние

Возбужденное состояние — это состояние, когда атом поглощает энергию, и его электроны переходят на более высокие энергетические уровни.

В таком состоянии теоретически могут возникать другие валентности, но для гафния они крайне редки и практически не встречаются.

Его валентность +4 настолько стабильна, что для неё не требуется дополнительная активация.

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

Отличия валентности от других элементов его группы

Гафний (Hf), в отличие от своих собратьев по группе — титана (Ti) и циркония (Zr) — проявляет практически только одну валентность: +4.

Главное отличие заключается в том, что титан и цирконий обладают переменной валентностью (+2, +3, +4), а у гафния валентность фиксирована на +4.

Это делает его уникальным среди этих элементов. Причина такой стабильности — явление, известное как лантаноидное сжатие.

Это явление приводит к тому, что атомный радиус гафния почти такой же, как у циркония, что делает их химические свойства очень схожими.

Однако гафний, в отличие от циркония, не образует стабильных соединений с валентностями +2 или +3.

Примеры соединений

Поскольку гафний проявляет только валентность +4, у него нет примеров соединений с другими валентностями:

Гафний (Hf, валентность +4):

1. Оксид гафния: HfO₂​
2. Хлорид гафния: HfCl₄​
3. Фторид гафния: HfF₄​.

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

Пример решения, задача:

Часто задаваемые вопросы: