Валентность свинца (Pb)

Теория:

Валентность свинца (Pb) — это способность образовывать в соединениях определенное количество химических связей.

Чаще всего проявляет валентность, равную +2 и +4.

А также нестабильную валентность +1, сам химический элемент 0 и (-1, -2, -4) которые встречаются очень редко.

Относится к постпереходным металлам, которые находятся в 14-й группе периодической таблицы (в старой форме таблицы – IV A).

Причина переменной валентности свинца — это эффект инертной пары.

У свинца четыре валентных электрона с электронной конфигурацией …6s²6p².

Содержание страницы

Как определить валентность свинца

Валентность свинца можно определить несколькими способами:

По периодической системе.
По электронной конфигурации.
По соединениям.

✅ По Периодической системе

Свинец (Pb) находится в 14-й группе Периодической таблицы (старое обозначение — IVA).

Положение в группе указывает на то, что у него 4 валентных электрона, а значит, он может проявлять максимальную валентность IV.

Однако, для свинца самой стабильной является валентность II (+2).

Причина — эффект инертной пары, который делает два электрона на s-орбитали менее доступными для связей.

✅ По электронной конфигурации

Электронная конфигурация свинца: [Xe]4f¹⁴5d¹⁰6s²6p².

Валентность IV (+4): Образуется при отдаче всех четырёх валентных электронов — двух из 6s-орбитали и двух из 6p-орбитали.

Валентность II (+2): Образуется при отдаче только двух электронов с 6p-орбитали.

Это состояние более стабильно, так как не требует затрат энергии на вовлечение s-электронов в связь.

✅ По соединениям

Валентность свинца можно определить по его соединению, зная валентность другого элемента.

Пример: Хлорид свинца(II) (PbCl₂)

Валентность хлора (Cl) в большинстве соединений равна I.

В молекуле PbCl₂ два атома хлора. Их общая валентность 2 × 1 = 2.

Чтобы молекула была нейтральной, валентность свинца должна быть II.

Таким образом, в этом соединении свинец проявляет валентность II.

Почему свинец проявляет валентность +2 и +4

Проявляет две основные валентности (+2 и +4) из-за эффекта инертной пары, который влияет на его валентные электроны.

Для объяснения валентности важны только валентные электроны на внешней оболочке, их у свинца четыре: 6s²6p².

➡️ Валентность +2 является наиболее стабильной.

Она образуется, когда свинец отдаёт только два электрона с внешней 6p-орбитали.

Эффект инертной пары — это явление, при котором два электрона на 6s-орбитали очень сильно притягиваются к ядру и неохотно участвуют в образовании химических связей.

Свинцу энергетически выгоднее отдать только p-электроны, что приводит к стабильному состоянию с валентностью +2.

➡️ Валентность +4 менее стабильна, так как она требует больше энергии.

Она возникает, когда свинец отдаёт все свои четыре валентных электрона — два с 6s-орбитали и два с 6p-орбитали.

Соединения с валентностью +4 обычно являются сильными окислителями, так как стремятся принять электроны и вернуться в более стабильное состояние с валентностью +2.

Возможные валентности атома в основном и «возбужденном» состояниях

➡️ В основном состоянии

В своем основном, или невозбужденном, состоянии атом свинца имеет электронную конфигурацию, где все электроны находятся на самых низких доступных энергетических уровнях.

Валентные электроны: 6s²6p².

Проявляемая валентность: В этом состоянии свинец проявляет валентность +2.

Это происходит, когда он отдаёт два электрона с внешней 6p-орбитали.

Два электрона на 6s-орбитали остаются нетронутыми из-за эффекта инертной пары.

➡️ В «возбужденном» состоянии

Чтобы проявить более высокую валентность, атом должен получить дополнительную энергию.

Эта энергия позволяет одному из электронов с 6s-орбитали «перескочить» на более высокий энергетический уровень.

Валентные электроны: После «перескока» электроны распариваются, и все четыре валентных электрона (6s¹6p³) становятся доступными для образования связей.

Проявляемая валентность: В этом состоянии свинец может образовывать четыре связи, что соответствует валентности +4.

Соединения с валентностью +4 менее стабильны и часто являются сильными окислителями.

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

Отличия валентности от других элементов его группы

Свинец (Pb) находится в 14-й группе Периодической таблицы (IVA) вместе с углеродом (C), кремнием (Si), германием (Ge) и оловом (Sn).

Главное отличие свинца от более лёгких элементов его группы заключается в относительной стабильности валентности +2.

Углерод, кремний, германий: Для этих элементов наиболее характерна и стабильна валентность IV (+4), поскольку все четыре валентных электрона активно участвуют в образовании связей.

Олово (Sn): Олово может проявлять как валентность +IV, так и +II, но валентность +IV для него все ещё достаточно стабильна.

Свинец (Pb): Для свинца наиболее стабильной является валентность II (+2).

Валентность IV (+4) проявляется, но соединения в этом состоянии менее устойчивы и часто являются сильными окислителями.

Эта особенность объясняется эффектом инертной пары, который становится более выраженным по мере увеличения атомного номера в группе.

Он приводит к тому, что два s-электрона внешней оболочки удерживаются ядром сильнее и менее склонны к участию в химических связях.

Примеры соединений всех валентностей

➡️ Соединения с валентностью II (+2)

Оксид свинца (II) (PbO): Наиболее распространенное соединение свинца в валентности +2.

Хлорид свинца (II) (PbCl₂): Широко используемое соединение, малорастворимое в воде.

Нитрат свинца (II) (Pb(NO₃)₂): Растворимая соль свинца.

➡️ Соединения с валентностью IV (+4)

Оксид свинца (IV) (PbO₂): Мощный окислитель, используемый, например, в свинцово-кислотных аккумуляторах.

Фторид свинца (IV) (PbF₄): Один из немногих стабильных тетрагалогенидов свинца.

➡️ Соединения с валентностью I (+1)

Ион димерного свинца (Pb₂²⁺): Очень редкий и нестабильный ион, который может существовать в некоторых специфических условиях.

Это не является простым соединением, а скорее структурным фрагментом.

➡️ Соединения с валентностью 0 (нулевая)

Свинец (Pb): Простое вещество, металлический свинец, где атомы не имеют заряда и, соответственно, их валентность равна 0.

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

Пример решения, задача:

▶️ Дано:

Химическая формула: PbF₄.

⌕ Найти:

✨ Решение:

Определяем валентность фтора (F). Фтор, как самый электроотрицательный элемент, в соединениях всегда проявляет валентность I (единица).

Считаем общую валентность всех атомов фтора в молекуле: 4 × 1 = 4.

Чтобы молекула была электронейтральной (то есть, имела суммарный заряд, равный нулю), валентность атома свинца должна уравновешивать общую валентность всех атомов фтора.

Следовательно, валентность свинца равна 4.

✅ Ответ:

Его валентность в соединении фторид свинца (IV) (PbF₄) равна 4.

Часто задаваемые вопросы:

Сколько всего возможных валентностей у свинца?

Чаще всего проявляет валентность, равную 0 (сам химический элемент), +2 и +4.

А также +1 очень редкий и нестабильный ион, который может существовать в некоторых специфических условиях.

И (-1, -2, -4) но встречаются исключительно редко — в очень экзотических соединениях, например, в интерметаллических сплавах

Сколько валентных электронов?

У свинца 4 валентных электрона. Их электронная конфигурация 6s²6p².

Почему валентность +2 самая стабильная ?

Является наиболее распространённой, так как она образуется, когда атом свинца отдаёт только два электрона со своей внешней 6p-орбитали.

Это происходит из-за эффекта инертной пары, который делает два электрона на 6s-орбитали менее склонными к участию в химических связях.