Валентность полония (Po)

Теория:

Валентность полония (Po) — это способность образовывать в соединениях определенное количество химических связей.

Чаще всего проявляет валентность, равную −2, +2, +4, (+6).

Наиболее стабильной является +4.

Относится к халькогенам, которые находятся в 16-й группе периодической таблицы (в старой форме таблицы – VI А — подгруппа).

Причина переменной валентности кроется в наличии шести электронов на внешней оболочке (6s²6p⁴) и сильном проявлении эффекта инертной пары.

Содержание страницы

Как определить валентность полония

Валентность полония можно определить несколькими способами:

По периодической системе.
По электронной конфигурации.
По соединениям.

✅ По Периодической системе

Полоний находится в 16-й группе (или VI А-подгруппе) Периодической таблицы.

Элементы этой группы, называемые халькогенами, имеют на внешней электронной оболочке 6 валентных электронов.

Максимальная валентность: Как правило, максимальная валентность элемента равна номеру группы (для элементов А-групп).

Следовательно, полоний может проявлять валентность +6.

Минимальная валентность: Для неметаллов и полуметаллов этой группы минимальная валентность равна 8 − 16 = −2.

Полоний может проявлять валентность -2 (например, в гидриде полония, PoH₂).

✅ По Электронной конфигурации

Электронная конфигурация полония: [Xe]4f¹⁴5d¹⁰6s²6p⁴.

У него 6 валентных электронов (два 6s-электрона и четыре 6p-электрона).

Валентность +2: Полоний может потерять два 6p-электрона, которые наименее прочно связаны с ядром.

Валентность +4 (наиболее стабильная): Из-за эффекта инертной пары (усиление инертности s-электронов у тяжёлых элементов) полоний легко теряет все четыре 6p-электрона.

Это наиболее распространенная валентность.

Валентность +6: Теоретически возможно при потере всех шести валентных электронов, но из-за сильного эффекта инертной пары эта валентность является крайне нестабильной и встречается редко.

✅ По Химическим соединениям

Фактическая валентность полония в конкретном соединении определяется путём анализа степеней окисления других элементов:

Пример: Оксид полония (IV) (PoO₂)

Известные валентности: Кислород (O) всегда имеет валентность −2 в оксидах.

Уравнение: Сумма степеней окисления в нейтральной молекуле равна нулю. Обозначим валентность полония как x:

x + 2 ⋅ (−2) = 0

Результат:

x − 4 = 0 ⇒ x = +4

В этом соединении полоний проявляет валентность +4.

Почему полоний проявляет валентность −2, +2, +4, (+6)

Проявляет переменные валентности −2,+2,+4 и (+6) благодаря его электронной конфигурации и особому явлению, известному как эффект инертной пары.

Электронная конфигурация

Внешняя электронная оболочка полония содержит 6 валентных электронов и описывается как 6s²6p⁴.

Эти шесть электронов могут по-разному участвовать в связях, что и объясняет всё многообразие валентностей.

➡️ Валентность −2

Причина: Полоний находится в 16-й группе, и для завершения внешней p-оболочки (до состояния 6p⁶) атому нужно принять 2 электрона.

Реализация: Эта валентность, характерная для лёгких элементов группы (например, кислорода и серы), теоретически возможна в соединениях с очень электроположительными металлами или водородом (PoH₂).

Стабильность: У полония она крайне нестабильна и редка, так как Po — тяжёлый элемент с выраженными металлическими свойствами, который легче отдаёт, чем принимает электроны.

➡️ Валентность +2

Причина: Полоний отдаёт 2 электрона с внешней 6p-орбитали.

Это наименее энергетически затратный путь к положительной валентности.

Реализация: Это происходит, когда в образовании связей участвуют только два неспаренных 6p-электрона.

➡️ Валентность +4 (Наиболее стабильная)

Причина: Это наиболее стабильная валентность, которая объясняется эффектом инертной пары.

Два электрона с 6p-орбитали, и ещё два, которые распариваются с 6p-орбитали, участвуют в связях (всего 4 электрона).

При этом два электрона с 6s-орбитали (инертная пара) остаются на месте.

Реализация: Считается самой распространенной и устойчивой в соединениях полония, поскольку эффект инертной пары сильно проявляется у тяжёлых элементов, делая 6s-электроны малоактивными.

➡️ Валентность (+6) (Максимальная, но редкая)

Причина: Валентность +6 достигается только при вовлечении в связи всех шести валентных электронов (6s² и 6p⁴).

Реализация: Требуется очень сильное воздействие, как правило, взаимодействие с сильнейшими окислителями (например, фтором) или в экстремальных условиях.

Стабильность: Эта валентность очень нестабильна и редко встречается, поскольку требует больших энергетических затрат для «выбивания» электронов из инертной 6s-пары.

Возможные валентности атома в основном и «возбужденном» состояниях

➡️ В основном состоянии

В основном (невозбуждённом) состоянии атом полония имеет два неспаренных электрона на 6p-орбитали (6p⁴).

Валентность: +2

Причина: Валентность +2 формируется, когда в образовании химических связей участвуют только эти два неспаренных электрона с 6p-орбитали.

Это наименее энергозатратный вариант.

Отрицательная валентность: Также возможно проявление валентности −2 (когда атом принимает 2 электрона для завершения 6p-оболочки).

Но эта валентность не связана с возбуждением и крайне нестабильна для металлического полония.

➡️ Валентности в «Возбуждённых» состояниях

Для проявления более высоких валентностей требуется энергия (возбуждение) для распаривания электронов и их перехода на более высокие энергетические орбитали (например, 6d).

Валентность +4 (наиболее стабильная)

Процесс: Происходит первое возбуждение, когда одна из пар электронов на 6p-орбитали распаривается, и один электрон переходит на свободную 6d-орбиталь.

Результат: Атом получает четыре неспаренных электрона (два с 6p и два с других орбиталей).

Стабильность: Это наиболее стабильная и распространённая валентность для полония.

Ее устойчивость объясняется эффектом инертной пары, который делает 6s-электроны малоактивными и препятствует их участию в связях.

Валентность (+6) (максимальная, но редкая)

Процесс: Происходит второе, более сильное возбуждение, при котором преодолевается эффект инертной пары, и распаривается даже 6s-оболочка.

Результат: Атом получает возможность использовать все шесть валентных электронов (6s²6p⁴).

Стабильность: Эта валентность очень нестабильна и встречается крайне редко (только с сильнейшими окислителями), поскольку требует огромных энергетических затрат для вовлечения инертной 6s-пары.

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

Отличия валентности от других элементов его группы

➡️ Стабильность +4:

Полоний: Самой стабильной и распространённой валентностью является +4 (например, PoO₂).

Лёгкие элементы (S, Se, Te): У них доминирующей является валентность +6 (например, SO₃).

Эффект инертной пары:

Полоний: Из-за своей высокой атомной массы и расположения в 6-м периоде у него сильно выражен эффект инертной пары.

Это означает, что два внешних 6s-электрона плохо участвуют в связях, что стабилизирует валентность +4 и делает +6 очень редкой.

Лёгкие элементы: Этот эффект практически отсутствует, поэтому они легко вовлекают все шесть валентных электронов, достигая +6.

➡️ Отрицательная валентность (−2):

Полоний: Валентность −2 (характерная для O и S) для полония крайне нестабильна и редка из-за его сильных металлических свойств.

Лёгкие элементы: Валентность −2 (например, в оксидах и сульфидах) для них очень характерна и стабильна.

Примеры соединений всех валентностей

➡️ Валентность −2

Гидрид полония (PoH₂): В этом соединении полоний ведёт себя как неметалл, принимая два электрона от водорода.

Однако это соединение очень нестабильно и редко встречается.

➡️ Валентность +2

Хлорид полония (II) (PoCl₂): Здесь полоний отдал два электрона хлору. Это одно из менее устойчивых соединений полония.

➡️ Валентность +4 (Самая стабильная)

Оксид полония (IV) (PoO₂): Это наиболее распространённое и стабильное соединение полония, где он проявляет свою доминирующую валентность.

Тетрахлорид полония (PoCl₄): Ещё один стабильный пример, где полоний связан с четырьмя атомами хлора.

➡️ Валентность (+6)

Гексафторид полония (PoF₆): Эта валентность встречается крайне редко и достигается только при взаимодействии с сильнейшим окислителем — фтором.

Соединение очень нестабильно из-за эффекта инертной пары.

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

Пример решения, задача:

▶️ Дано:

Химическое соединение: Гексафторид полония (PoF₆).

Это нейтральная молекула (общий заряд равен нулю).

Валентность (степень окисления) фтора (F) в соединениях всегда равна −1.

⌕ Найти:

Валентность, которую проявляет полоний (Po) в этом соединении.

✨ Решение:

Обозначим неизвестную валентность полония как x.

В молекуле PoF₆ один атом полония и шесть атомов фтора.

Составим уравнение, учитывая, что сумма валентностей всех атомов в нейтральной молекуле равна нулю:

x + 6 ⋅ (−1) = 0

Решим уравнение относительно x:

x − 6 = 0
x = +6

✅ Ответ:

Его валентность в соединении гексафторид полония (PoF₆) равна +6.

Часто задаваемые вопросы:

Сколько всего валентностей у полония?

У него всего четыре возможные валентности −2, +2, +4, (+6).

Но +4 самая стабильная.

Сколько валентных электронов полония?

У него 6 валентных электронов.

Эти электроны расположены на внешней энергетической оболочке: 6s²6p⁴.

Почему валентность самая стабильная ?

Валентность +4 является самой стабильной из-за эффекта инертной пары (Inert Pair Effect).