Хімія. 11 клас

Ступені акіслення атамаў d-элементаў у злучэннях

У адрозненне ад s- і р-элементаў у d-элементаў ва ўтварэнні хімічных сувязей могуць удзельнічаць не толькі s-электроны знешняга, але і d-электроны перадзнешняга слаёў. Гэта павялічвае колькасць магчымых ступеней іх акіслення. Акрамя d-элементаў IIIВ- і IIВ-груп, атамы ўсіх астатніх d-элементаў маюць некалькі ступеней акіслення (табл. 34.1).

З ростам парадкавага нумара элемента ў перыядзе максімальная (найвышэйшая) ступень акіслення ўзрастае ад IIIВ-групы да першага элемента VIIIВ-групы, а потым меншае. Найвышэйшая ступень акіслення ў большасці d-элементаў, як правіла, адпавядае нумару групы, да якой яны адносяцца. Выключэнне складаюць Fe, элементы падгрупы кобальту, нікелю і медзі (табл. 34.1).

Для атамаў элементаў IB-групы (Сu, Ag, Аu) магчымая не толькі ступень акіслення +1 (напрыклад, у злучэннях Cu₂О, AgCl, Au₂S), але і больш высокая (напрыклад, у злучэннях , ).

Злучэнні элементаў, у якіх атамы могуць знаходзіцца ў ступені акіслення +8, вядомыя толькі для рутэнію і осмію (напрыклад, ). Для астатніх элементаў VIIIВ-групы характэрныя больш нізкія ступені акіслення.

Максімальная ступень акіслення для жалеза роўная +6 (напрыклад, у злучэнні K₂FeO₄). У ёй жалеза з’яўляецца моцным акісляльнікам.

Табліца 34.1. Формулы электроннай канфігурацыі, лік валентных электронаў і характэрныя ступені акіслення* атамаў 3d-элементаў

Група	IIIB	IVB	VB	VIB	VIIB	VIIIB			IB	IIB
Элементы	Sc	Ti	V	Cr	Mn	Fe	Co	Ni	Cu	Zn
Ступені акіслення					+7
				+6	+6	+6
			+5
		+4	+4		+4
	+3	+3	+3	+3	+3	+3	+3	+3
		+2	+2	+2	+2	+2	+2	+2	+2	+2
									+1
Электронная канфігурацыя валентнасці слоя	3d14s2	3d24s2	3d34s2	3d54s1	3d54s2	3d64s2	3d74s2	3d84s2	3d104s1	3d104s2

*Найбольш устойлівыя ступені акіслення вылучаны колерам

Калі ў элементаў А-груп з павелічэннем парадкавага нумара па групе ўстойлівасць злучэнняў, у якіх атамы элемента праяўляюць найвышэйшую ступень акіслення, памяншаецца, то ў элементаў В-груп назіраецца зваротная заканамернасць: па групе зверху ўніз устойлівасць злучэнняў элементаў у найвышэйшай ступені акіслення атама, як правіла, павышаецца. Найвышэйшыя ступені акіслення ў злучэннях характэрныя для золата (+3), плаціны (4), осмію (+8), вальфраму (+ 6).

У нізкіх ступенях акіслення атамы d-элементаў утвараюць хімічныя сувязі, блізкія да іоннага тыпу, і ў растворах існуюць у выглядзе катыёнаў, напрыклад Mn²⁺, Fe²⁺, Ag⁺:

MnCl₂ → Mn²⁺ + 2Cl^–.

У найвышэйшых ступенях акіслення для d-элементаў характэрны аніённыя формы злучэнняў з кавалентным тыпам хімічнай сувязі, напрыклад у іоне .

Структурныя формулы сернай і хромавай кіслаты, у якіх атамы знаходзяцца ў аднолькавых ступенях акіслення, аднатыпныя:

Злучэнні элементаў В-груп у найвышэйшых ступенях акіслення праяўляюць падабенства ва ўласцівасцях са злучэннямі элементаў у тых жа ступенях акіслення А-груп. У іх аналагічныя формулы аксідаў, гідраксідаў, кіслот і солей. Напрыклад, хром, элемент VIB-групы, у ступені акіслення +6 утварае кіслотны аксід CrO₃ і кіслату H₂CrO₄, якія па саставе і акісляльнааднаўленчых уласцівасцях аналагічныя злучэнням серы, элемента VIА-групы, у той жа ступені акіслення +6: SO₃ і H₂SO₄.

Такое падабенства характэрна для марганцу, элемента VIIB-групы, і хлору, элемента VIIА-групы. У ступені акіслення +7 марганец утварае аксід Mn₂O₇ малекулярная вадкасць) і адпаведную яму кіслату HMnO₄. Хлор у той жа ступені акіслення (+7) утварае кіслотны аксід Cl₂O₇ (таксама малекулярная вадкасць) і кіслату HClO₄.

Блізкасць уласцівасцей гэтых элементаў можна растлумачыць аднолькавым лікам няспараных электронаў, якія ўдзельнічаюць ва ўтварэнні хімічных сувязей з кіслародам.

Група	VIA	VIB	VIIA	VIIB
Элемент	S	Cr	Cl	Mn
Лік няспараных электронаў	6	6	7	7
Электронная канфігурацыя ва ўзбуджаным стане, адпаведным найвышэйшай ступені акіслення	[Ne]3s13p33d2	[Ar]3d54s1	[Ne]3s13p33d3	[Ar]3d54s14p1