Общая химия (стр. 10 )

2s 2p

Однако в соединениях он проявляет валентность, равную 2. Это объясняется тем, что, вступая в химическое соединение, атом бериллия переходит в возбужденное состояние , т. е. спаренные s – электроны разъединяются в свободные ячейки р – подуровня этого же уровня. Валентность становится равной двум (возбужденный атом отмечен звездочкой):

В*=2

2s 2p

Энергия возбуждения бериллия из состояния в состояние составляет 62 ккал/моль атомов. При образовании одной химической связи происходит выделение энергии от 50 до 100 ккал. Таким образом, при образовании двух химических связей энергии выделяется гораздо больше, чем её затрачивается на возбуждение.

Аналогично, элементы главных подгрупп III и IV групп в основном состоянии имеют В=1 и В=2, в возбужденном - В*=3 и В*=4, соответственно; например:

В=1

2s 2p

B*=3

2s 2p

В=2

2s 2p

B*=4.

2s 2p

Возбуждение азота, кислорода и фтора в пределах второго квантового уровня не может привести к увеличению числа неспаренных электронов из-за отсутствия свободных атомных орбиталей во втором уровне:

B=3

2s 2p

B=2

2s 2p

B=1.

2s 2p

Возбуждение электронов в этих атомах, связанное с их перемещением на следующий квантовый уровень, требует значительно большей энергии, чем та, которая выделится при образовании дополнительных связей.

В то же время элементы третьего периода – фосфор, сера и хлор могут проявлять переменную валентность, в т. ч. и соответствующую номеру группы периодической системы. Рассмотрим серу – аналог кислорода:

B=2.

3s 3p 3d

При возбуждении распариваются р - электроны, s – электроны с переходом на свободные d – орбитали третьего энергетического уровня. В состоянии , в состоянии . Соответственно сера, кроме валентности основного состояния 2, имеет валентность 4 и 6 в возбужденном состоянии, а хлор, кроме валентности 1 в основном состоянии, имеет валентности 3, 5 и 7 в возбужденном состоянии.

За счет внешних s – и р – орбиталей атомы не могут иметь валентность, превышающую 4, поскольку при образовании четырёх связей атом окружён восемью электронами. Валентность выше четырёх может проявляться только при участии d – или f – орбиталей. Следовательно, возникновение устойчивого валентного состояния атома выше четырёх можно ожидать только для элементов, начиная с IV периода периодической системы.

Особенно большие возможности для проявления различных валентностей имеются у переходных элементов. Близость по энергиям ns-, np– и (n - 1)d – орбиталей делает принципиально возможным участие всех девяти орбиталей (s1p3d5) в образовании химических связей. Так, в соединении ReO3F рений семивалентен, а рутений в соединении RuO4 восьмивалентен.

Следует отметить, что у атомов большинства d - и f – элементов на внешних оболочках в основном состоянии нет неспаренных электронов, поэтому их валентность в основном состоянии равна нулю, несмотря на то, что на предвнешних d – и f – подоболочках имеются неспаренные электроны. Последние не могут образовывать электронные пары с электронами других атомов, так как закрыты электронами внешней оболочки. При возбуждении атома распаренные электроны внешней оболочки вступают в химическую связь и открывают внутренние электронные оболочки. Например, валентность железа в основном состоянии равна нулю:

26Fe B=0