Валентность эрбия (Er)

Теория:

Валентность эрбия (Er) — это способность образовывать в соединениях определённое количество химических связей.

Поэтому: эрбий чаще всего проявляет валентность, равную +3 (стабильную), а также +2 (нестабильную).

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

Причина переменной валентности:

Переменная валентность эрбия связана с возможностью участия в химических связях не только внешних электронов с 6s-орбитали, но и одного или двух электронов с внутренней 4f-орбитали.

Однако энергетически наиболее выгодным является образование соединений с валентностью +3, так как это приводит к более стабильной электронной конфигурации.

Как определить валентность эрбия

Валентность эрбия можно определить несколькими способами:

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

✅ По периодической системе элементов

Эрбий (Er) является элементом 6-го периода и относится к семейству лантаноидов.

Для лантаноидов, в том числе и для эрбия, наиболее характерна и стабильна валентность +3.

Это обусловлено тем, что в химических реакциях они легко отдают два электрона с внешней 6s-оболочки и один электрон с внутренней 4f-оболочки, достигая более устойчивого состояния.

✅ По электронной конфигурации

Электронная конфигурация атома эрбия (Er) выглядит следующим образом: [Xe]4f¹²6s²

Валентность +3: Это наиболее распространённое состояние. Атом эрбия отдаёт два электрона с внешней 6s-оболочки и один электрон с внутренней 4f-оболочки.

Потеря трёх электронов является энергетически выгодной и приводит к стабильному состоянию.

Валентность +2: Это редкое и нестабильное состояние. Оно может возникнуть, когда атом отдаёт только два электрона с внешней 6s-оболочки, а электроны с 4f-оболочки остаются нетронутыми.

Соединения с такой валентностью очень быстро окисляются.

✅ По соединению

Валентность можно определить, зная валентность другого элемента в соединении и принцип электронейтральности.

Рассмотрим пример с оксидом эрбия — Er₂​O₃​.

Валентность кислорода (O) в оксидах всегда равна 2.

В соединении Er_2​O₃​ два атома эрбия (Er) связаны с тремя атомами кислорода (O).

Общая валентность кислорода: 3 × 2 = 6.

Чтобы соединение было нейтральным, общая валентность эрбия также должна быть 6.

Поскольку в формуле два атома эрбия (Er₂​), валентность одного атома: 6 ÷ 2 = 3.

Таким образом, в оксиде Er_2​O₃​ эрбий проявляет валентность +3.

Почему эрбий проявляет валентность +3, +2

Валентность эрбия (Er) определяется его электронной конфигурацией — [Xe]4f¹²6s².

Это объясняет, почему он чаще всего проявляет стабильную валентность +3, но в редких случаях может иметь и нестабильную валентность +2.

➡️ Валентность +3 (основная)

Это наиболее распространённая и стабильная валентность эрбия.

Она образуется, когда атом отдаёт три электрона:

Два электрона с самой внешней 6s-оболочки. Эти электроны являются самыми удалёнными от ядра, и их потеря требует наименьших энергетических затрат.

Один электрон с внутренней 4f-оболочки. После потери двух s-электронов, энергетически выгодно потерять ещё один f-электрон.

Такая конфигурация (потеря трёх электронов) приводит к наиболее стабильному состоянию атома в химических соединениях.

Большинство соединений эрбия, таких как оксид (Er_2​O₃​), галогениды (ErCl₃​) и соли, имеют валентность +3.

➡️ Валентность +2 (нестабильная)

Эта валентность является нестабильной и встречается крайне редко.

Она проявляется, когда атом эрбия теряет только два электрона с внешней 6s-оболочки, а 4f-оболочка остаётся полностью заполненной.

Такое состояние энергетически менее выгодно по сравнению с валентностью +3, поэтому соединения с валентностью +2 (например, дихлорид эрбия, ErCl₂​) очень неустойчивы и легко окисляются до состояния +3.

Возможные валентности атома в основном и «возбужденном» состояниях

➡️ Основное состояние

В своём основном состоянии атом эрбия имеет электронную конфигурацию [Xe]4f¹²6s².

В этом состоянии он проявляет валентность +3. Это наиболее стабильная и распространённая валентность, которая достигается за счёт потери двух электронов с внешней 6s-оболочки и одного электрона с внутренней 4f-оболочки.

Потеря этих трёх электронов является энергетически выгодной и приводит к образованию устойчивых химических соединений.

➡️ «Возбужденное» состояние

В данном контексте термин «возбужденное состояние» не используется в классическом смысле, а относится к возможности атома проявлять другие валентности.

Эрбий в очень специфических условиях может образовывать соединения, где он проявляет валентность +2.

Это состояние является нестабильным, так как оно достигается только путём потери двух электронов с внешней 6s-оболочки, в то время как более энергетически выгодна потеря трёх электронов.

Соединения эрбия с валентностью +2 (например, ErCl₂​) встречаются крайне редко и легко окисляются до состояния +3.

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

Отличия валентности эрбия от других элементов его группы

Эрбий (Er) относится к семейству лантаноидов, которые находятся в одной группе (III-й) периодической таблицы.

Главная особенность валентности эрбия, как и у большинства лантаноидов, заключается в её стабильности.

Основное отличие состоит в том, что почти для всех лантаноидов характерна единственная и постоянная валентность +3. Эрбий в этом плане не уникален, так как он также в подавляющем большинстве случаев проявляет валентность +3.

Однако некоторые лантаноиды могут проявлять и другие валентности, например +2 или +4, но эти состояния обычно нестабильны.

Например, у самария, европия и иттербия валентность +2 более устойчива, чем у эрбия.

Таким образом, главное отличие эрбия от других элементов его группы в том, что валентность +2 у него встречается гораздо реже и является очень нестабильной, в то время как у некоторых его соседей по группе она может быть более выражена.

Примеры соединений всех валентностей

➡️ Валентность +3

Это наиболее распространённая и устойчивая валентность эрбия.

Оксид эрбия (Er_2​O_3​):

В этом соединении два атома эрбия связаны с тремя атомами кислорода.

Валентность кислорода равна 2.

Суммарная валентность кислорода: 3 × 2 = 6.

Следовательно, суммарная валентность двух атомов эрбия равна 6, а валентность одного атома — 6÷2=3.

Хлорид эрбия (ErCl₃​):

В этом соединении один атом эрбия связан с тремя атомами хлора.

Валентность хлора в галогенидах равна 1.

Следовательно, валентность эрбия равна 3.

➡️ Валентность +2

Эта валентность крайне нестабильна.

Дихлорид эрбия (ErCl₂​):

Это соединение было получено в лабораторных условиях, но является очень неустойчивым.

Здесь один атом эрбия связан с двумя атомами хлора, что и определяет его валентность 2.

Однако это соединение быстро окисляется до более стабильного ErCl₃​.

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

Пример решения, задача:

Часто задаваемые вопросы: