Валентность гольмия (Ho)

Теория:

Валентность гольмия (Ho) — это способность атома образовывать определённое количество химических связей.

Поэтому: гольмий чаще всего проявляет валентность, равную +3. Также возможна валентность +2.

Относится к лантаноидам, которые находятся в 6-м периоде периодической таблицы (в старой форме таблицы – III B-группе).

Причина переменной валентности: наличие у атома электронов на внешней 6s-оболочке и на внутренней, но энергетически близкой, 4f-оболочке.

Как определить валентность гольмия

Валентность гольмия можно определить несколькими способами:

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

✅ По периодической системе

Положение элемента в периодической таблице даёт общее представление о его наиболее характерной валентности.

Группа и период: Гольмий (Ho) находится в 6-м периоде и относится к семейству лантаноидов (редкоземельных элементов).

Для всех лантаноидов характерна стабильная валентность +3.

Обоснование: Эта валентность возникает из-за того, что атомам лантаноидов энергетически выгодно терять два электрона с внешней 6s-оболочки и один электрон с внутренней 4f-оболочки.

✅ По электронной конфигурации

Электронная конфигурация атома — это наиболее точный способ определения его возможных валентностей, так как она показывает распределение электронов по энергетическим оболочкам.

Электронная формула: Сокращённая электронная формула гольмия — [Xe]4f¹¹6s².

Валентность +3: Это основная валентность. Она образуется, когда атом гольмия теряет два электрона с внешней 6s-оболочки и один электрон с внутренней 4f-оболочки.

Валентность +2: Это редкая и нестабильная валентность. Она может образоваться, если атом потеряет только два электрона с внешней 6s-оболочки.

✅ По соединению

Если известен состав химического соединения, в котором гольмий образует связь с элементом с постоянной валентностью, можно легко определить его валентность.

Пример: Оксид гольмия (Ho_2​O₃​)

Известная валентность: У кислорода (O) валентность в оксидах всегда равна -2.

Расчёт: В нейтральной молекуле сумма валентностей всех атомов должна быть равна нулю.

Пусть валентность гольмия будет x.

(x × 2) + (−2 × 3) = 0

2x − 6 = 0

2x =6

x = +3

Вывод: Валентность гольмия в этом соединении равна +3.

Почему валентность гольмия +3, +2

Его валентности (+3 и +2) можно объяснить на основе его электронной конфигурации.

Электронная формула гольмия (Ho): [Xe]4f¹¹6s²

➡️ Валентность +3: Это основная и самая стабильная валентность для гольмия.

Она формируется, когда атом теряет два электрона с внешней 6s-оболочки и один электрон с внутренней 4f-оболочки.

Потеря этих трёх электронов требует минимальных энергетических затрат, что делает это состояние наиболее выгодным.

Таким образом, большинство соединений гольмия имеют именно эту валентность.

➡️ Валентность +2 : Эта валентность встречается крайне редко и является очень нестабильной.

Она образуется, когда атом гольмия теряет только два электрона с внешней 6s-оболочки.

Оставшаяся электронная структура ([Xe]4f¹¹) не является энергетически стабильной.

Поэтому соединения с валентностью +2 очень легко окисляются и переходят в более стабильное состояние +3.

Возможные валентности атома в основном и «возбужденном» состояниях

➡️ Основное состояние: В своём основном (невозбуждённом) состоянии атом гольмия имеет электронную конфигурацию [Xe]4f¹¹6s².

Его валентными электронами являются два электрона на внешней 6s-оболочке.

При химическом взаимодействии он может отдать эти два электрона, проявляя валентность +2.

➡️ «Возбуждённое» состояние: В этом состоянии атом гольмия может использовать электроны с внутренней 4f-оболочки для образования связей.

Он легко отдаёт два электрона с 6s-оболочки и ещё один электрон с 4f-оболочки, что приводит к образованию иона Ho³⁺.

Это состояние является наиболее стабильным и энергетически выгодным, поэтому валентность +3 является основной и наиболее характерной для гольмия.

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

Отличия валентности гольмия от других лантаноидов

Главное отличие гольмия от некоторых других элементов в его группе (лантаноидов) — это его исключительная стабильность валентности +3.

Диспрозий (Dy): Может проявлять валентности +2, +3 и +4.

Тулий (Tm): Может иметь валентности +2 и +3.

Европий (Eu) и Иттербий (Yb): В своих соединениях они часто проявляют валентность +2.

Так как это позволяет им иметь полностью заполненную или наполовину заполненную 4f-оболочку, что является энергетически выгодным состоянием.

В отличие от них, для гольмия валентность +3 является доминирующей, и другие валентности встречаются крайне редко и только в очень нестабильных соединениях.

Примеры соединений

Валентность +3 (наиболее распространённая):

Оксид гольмия (Ho₂​O₃​) — используется в качестве катализатора и для создания стёкол.

Хлорид гольмия (HoCl₃​) — применяется в лабораторных исследованиях.

Нитрат гольмия (Ho(NO₃​)₃​) — соль, используемая для получения других соединений гольмия.

Валентность +2 (очень редкая и нестабильная):

Бромид гольмия (HoBr_2​) — одно из немногих соединений, где была зафиксирована валентность +2.

Оно очень чувствительно к кислороду и быстро окисляется до HoBr₃​.

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

Пример решения, задача:

Часто задаваемые вопросы: