Валентность франция (Fr)

Теория:

Валентность франция (Fr) — это способность образовывать в соединениях определенное количество химических связей.

Чаще всего проявляет валентность, равную I (один) в соединениях, и 0 в чистом виде. (Его единственная ненулевая валентность — +1).

Относится к щелочным металлам, которые находятся в 1-й группе периодической таблицы (в старой форме таблицы – I A).

Франций не проявляет переменной валентности. Его валентность практически всегда постоянна и равна I в химических соединениях.

Причина этой постоянной одновалентности:

1. Электронная конфигурация.
2. Энергетическая выгода.
3. Стабильный ион.

Из-за огромного размера атома и низкой энергии ионизации, оторвать второй электрон (что привело бы к валентности II) практически невозможно в химических условиях.

Рис. Электронная конфигурация и валентности франция Fr.

Как определить валентность франция

Валентность франция можно определить несколькими способами:

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

✅ По периодической системе

Положение: Франций находится в 1-й группе (или IA) и в 7-м периоде.

Тип элемента: Он принадлежит к щелочным металлам. Все щелочные металлы имеют строго постоянную валентность, равную номеру их группы.

Вывод: Поскольку Франций находится в Группе 1, его валентность в соединениях всегда равна I.

✅ По электронной конфигурации

Электронная конфигурация франция (Fr) в основном состоянии: [Rn]7s¹.

Валентные электроны: Франций имеет только один валентный электрон на самом внешнем уровне (7s¹).

Стабильность: Франций — самый активный металл. Он имеет самую низкую энергию ионизации среди всех элементов.

Ему энергетически крайне выгодно отдать этот единственный 7s-электрон, чтобы достичь стабильной конфигурации предыдущего инертного газа (радона).

Образование иона: Отдавая один электрон, атом всегда образует ион Fr⁺, что однозначно соответствует валентности I (степени окисления +1).

Именно отсутствие других электронов на внешнем уровне, которые можно было бы легко возбудить или оторвать, делает его валентность постоянной.

✅ По соединению

Валентность франция в соединениях легко определяется по его единственному типу связи:

Пример: Фторид франция (FrF).

Расчет: Фтор (F) всегда одновалентен (I). Поскольку один атом Fr связан только с одним атомом F, валентность франция также должна быть I.

Валентность (Fr) × 1 = Валентность(F) × 1

Валентность (Fr) = I

Почему франций проявляет валентность

➡️ Валентность 0 (Нуль)

Валентность 0 характерна для франция в его свободном (чистом), не связанном состоянии.

Причина: Когда атомы франция существуют сами по себе (как металл или в виде атомарного пара), они не образуют химических связей с другими атомами (ни с собой, ни с другими элементами).

Любой элемент в чистом виде имеет нулевую валентность.

➡️ Валентность I (+1)

Валентность I (один) является единственной ненулевой валентностью, которую франций проявляет во всех своих химических соединениях.

Причина: Франций находится в 1-й группе, что означает, что его внешняя электронная оболочка имеет конфигурацию 7s¹.

Он является самым активным металлом, обладая самой низкой энергией ионизации среди всех элементов.

Стабильность: Атому франция энергетически крайне выгодно отдать этот единственный внешний электрон.

Потеряв его, атом достигает стабильной, полностью заполненной электронной конфигурации предшествующего инертного газа (радона).

Это приводит к образованию стабильного иона Fr⁺, который всегда формирует только одну химическую связь.

Возможные валентности атома в основном и «возбужденном» состояниях

➡️ В основном состоянии: 0 (Нуль)

Проявляется, когда франций существует как чистый металл (простое вещество), не связанный химическими связями.

➡️ В «возбужденном» состоянии (в соединениях): I (Один)

Проявляется, когда франций отдает свой единственный внешний электрон (7s¹), образуя ион Fr⁺.

Поскольку Франций — щелочной металл, его валентность не является переменной.

Из-за чрезвычайно низкой энергии ионизации, необходимой для отрыва первого электрона, и очень высокой энергии, необходимой для отрыва второго, валентность I является единственной ненулевой и стабильной.

Отличия валентности от других элементов его группы

Единственное ключевое отличие валентности франция (Fr) от других элементов его группы — отсутствие химических исследований, а не химическое различие.

Ключевое отличие

С химической точки зрения, валентность всех щелочных металлов (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) абсолютно одинакова и равна I (один) в соединениях.

Поскольку у каждого из них есть только один валентный электрон на внешнем уровне (ns¹).

Настоящее отличие франция заключается в следующем:

1. Радиоактивность.
2. Отсутствие данных.
3. Химическая активность.

Радиоактивность: Франций является самым радиоактивным из щелочных металлов; его самый стабильный изотоп (Fr-223) имеет период полураспада всего около 22 минут.

Отсутствие данных: Из-за крайне малого времени жизни и невозможности накопить весомые количества элемента, все его химические свойства, включая валентность I.

Подтверждены только теоретически или на основе микроскопических экспериментов.

Химическая Активность: Теоретически, он должен быть самым активным металлом в группе (и во всей Периодической таблице) из-за самого большого атомного радиуса и самой низкой энергии ионизации, но его химическая активность подтверждена только косвенно.

Примеры соединений всех валентностей

➡️ Валентность 0 (Нуль)

В этом состоянии Франций существует как чистое вещество, не вступая в химические связи.

Пример: Атомарный франций (Fr).

Описание: Это его форма в свободном состоянии (как металл или пар), характерная для всех элементов, когда они не связаны химически.

➡️ Валентность I (Один)

В этом состоянии франций, как щелочной металл, отдает свой единственный внешний электрон (7s¹), образуя одну ионную связь (Fr⁺). Это единственная ненулевая валентность франция.

Пример: Хлорид франция (FrCl).

Описание: В этом соединении атом Fr связан с одним атомом хлора (Cl), который всегда одновалентен. Это доказывает валентность I для франция.

Другие примеры: Гидроксид франция (FrOH), Фторид франция (FrF).

Пример решения, задача:

Часто задаваемые вопросы: