Почему железо имеет валентность 2 и 3: причины и объяснения (4 видео)

Железо (Fe) является одним из наиболее распространённых химических элементов на Земле и играет важную роль во многих аспектах жизни. Этот металл имеет свойство иметь различные валентности, в том числе валентность 2 и 3. Почему железо обладает такой уникальной способностью? В данной статье мы рассмотрим основные причины и объяснения этого явления.

Первая причина заключается в электронной конфигурации атома железа. Железо имеет атомную номер 26, что означает, что у него 26 электронов, размещенных на орбиталях вокруг ядра. В электронной оболочке железа находятся два электрона в s-орбитали и шесть электронов в d-орбитали. При взаимодействии с другими атомами, железо может отдавать и принимать электроны из своей d-орбитали, что объясняет возможность образования ионов Fe²⁺ и Fe³⁺.

Вторая причина связана с энергией связи и стабильностью ионов железа. Валентность 2 и 3 железа обусловлена различием в энергии связи между атомами железа и другими атомами или группами атомов. Атом железа, отдавая два электрона, достигает более высокой степени стабильности и образует ион Fe²⁺. В то же время, атом железа, отдавая три электрона, достигает еще большей степени стабильности и образует ион Fe³⁺. Такая разница в энергии связи между ионами железа и другими элементами определяет их различное поведение в химических реакциях.

Содержание

Причины валентности железа на уровне атомов
Электронная конфигурация атома железа
Структура кристаллической решетки железа
Валентность железа в химических соединениях
Образование ионических соединений с валентностью 2 и 3
Образование комплексных соединений с валентностью 2 и 3
📸 Видео

Видео:ВАЛЕНТНОСТЬ 8 КЛАСС ХИМИЯ // Урок Химии 8 класс: Валентность Химических ЭлементовСкачать

Причины валентности железа на уровне атомов

Валентность железа на уровне атомов зависит от электронной конфигурации атома и его способности образовывать связи с другими атомами.

Атом железа имеет электронную конфигурацию [Ar] 3d^6 4s^2. Это означает, что у атома железа есть 2 валентные электрона, которые могут участвовать в образовании химических связей.

Валентные электроны атома железа могут образовывать связи с другими атомами, чтобы достичь электронной конфигурации, близкой к конфигурации благородного газа. Зона 3d атома железа имеет 5 подуровней, каждый из которых может вместить в себя 2 электрона. Присоединив 2 валентных электрона к 3d-подуровню, атом железа достигает полной заполненности подуровня и становится более устойчивым.

Кроме того, валентность железа на уровне атомов может быть обусловлена его способностью образовывать связи с атомами других элементов. Железо может образовывать связи с атомами кислорода, серы, азота и других элементов, образуя соответствующие химические соединения.

Валентность железа равна 2 в соединениях, где образуется Fe(II) ион. В таких соединениях атом железа теряет 2 валентных электрона, что приводит к образованию положительно заряженного иона.
Валентность железа равна 3 в соединениях, где образуется Fe(III) ион. В таких соединениях атом железа теряет 3 валентных электрона, что также приводит к образованию положительно заряженного иона.

Способность атома железа образовывать химические связи с различными атомами и его электронная конфигурация влияют на его валентность на уровне атомов.

Электронная конфигурация атома железа

Электронная конфигурация атома железа определяет расположение и количество электронов в его электронных оболочках. Железо имеет атомный номер 26, что означает, что у него 26 электронов.

В соответствии с правилом Ауфбау, электроны в атоме железа заполняют энергетические уровни по возрастанию энергии. Первая оболочка может вместить до 2 электронов, вторая — до 8 электронов, а третья — до 16 электронов.

Электронная конфигурация атома железа можно записать следующим образом:

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶

Это означает, что первая оболочка заполнена 2 электронами, вторая оболочка — 8 электронами (2 электрона в 2s-орбитали и 6 электронов в 2p-орбитали), третья оболочка — 14 электронами (2 электрона в 3s-орбитали, 6 электронов в 3p-орбитали и 6 электронов в 3d-орбитали).

Электронная конфигурация атома железа показывает, что у него есть 2 свободные электронные орбитали в 4s-орбитали и 6 свободных электронных орбиталей в 3d-орбитали. Это делает железо способным образовывать химические соединения с другими элементами.

Структура кристаллической решетки железа

Структура кристаллической решетки железа играет важную роль в его химических свойствах и валентности. Железо имеет две основные модификации, а именно кубическую гранецентрированную (гц) и кубическую гексагональную ближнепакетную (бпп).

В гранецентрированной решетке каждый атом железа окружен восьмью атомами другого железа. Каждый угловой атом совмещен с восемью его соседями, а каждый центральный атом совмещен с четырьмя своими центральными соседями и четырьмя угловыми соседями. Такая структура образует кубическую ячейку, в которой атомы железа находятся на углах куба и на центрах его граней.

В ближнепакетной решетке каждый атом железа окружен двенадцатью атомами другого железа. Центральный атом окружен шестью дружественными атомами, которые находятся на ближайших соседних позициях. Эти шесть атомов составляют пакет, окружающий центральный атом. На каждом слое атомы железа образуют правильные шестиугольники. В подобной структуре угловые атомы окружены тринадцатью соседними атомами, четыре из которых находятся на расстоянии, равном расстоянию между атомами составляющими пакет.

Модификация	Структура
Гранецентрированная	Атомы железа находятся на углах и центрах граней кубической ячейки
Ближнепакетная	Атомы железа образуют пакеты, окружающие центральные атомы

Структура кристаллической решетки железа зависит от условий синтеза, температуры, давления и влияния других факторов. Знание этой структуры позволяет лучше понять особенности взаимодействия железа с другими элементами и соединениями в химических процессах.

Видео:ВАЛЕНТНОСТЬ. Графические формулы веществ | Химия | TutorOnlineСкачать

Валентность железа в химических соединениях

Валентность железа, как и у других химических элементов, определяет количество электронов, которые могут быть потеряны, приобретены или разделены во время образования химического соединения. Железо (Fe) может образовывать соединения с валентностью 2 и 3. Это означает, что в химических соединениях железо может потерять два или три электрона, чтобы образовать ионы Fe²⁺ или Fe³⁺.

Валентность железа в химических соединениях зависит от его электронной конфигурации и структуры кристаллической решетки. В случае соединений с валентностью 2, железо теряет два электрона из своей внешней энергетической оболочки, образуя ионы Fe²⁺. Это связано с тем, что энергия образования иона Fe²⁺ ниже, чем энергия образования иона Fe³⁺.

С другой стороны, в случае соединений с валентностью 3, железо теряет три электрона, образуя ионы Fe³⁺. Это происходит потому, что внешняя энергетическая оболочка железа стабильна при потере трех электронов.

Валентность железа в химических соединениях также зависит от электроотрицательности других элементов, с которыми оно соединяется. Например, кислород (O) имеет высокую электроотрицательность и может принимать два электрона от железа, образуя ионы Fe²⁺. В то же время, элементы с более низкой электроотрицательностью, такие как сера (S) или фосфор (P), могут принять три электрона от железа, образуя ионы Fe³⁺.

Валентность железа	Электронная конфигурация	Примеры соединений
2	1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶	FeO, FeS
3	1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁵	Fe₂O₃, FePO₄

Валентность железа в химических соединениях является важным фактором, определяющим его химические свойства и реактивность. Изучение валентности железа позволяет понять его роль в различных химических реакциях и применять его в разных областях науки и технологии, включая катализ, электрохимию и магнитные материалы.

Образование ионических соединений с валентностью 2 и 3

Образование ионических соединений с валентностью 2 и 3 происходит путем передачи или приобретения электронов. Железо, имея избыток электронов, становится ионом с отрицательным зарядом и образует соединения с валентностью 2. Если железо имеет необходимость в дополнительных электронах, оно становится ионом с положительным зарядом и образует соединения с валентностью 3.

Образование ионических соединений железа с валентностью 2 и 3 происходит взаимодействием с отрицательно или положительно заряженными ионами. Например, при взаимодействии с отрицательными ионами, такими как кислород, железо передает два электрона и образует соединение FeO. Если взаимодействие происходит с положительно заряженными ионами, например, с алюминием, железо приобретает три электрона и образует соединение FeAl3.

Образование ионических соединений с валентностью 2 и 3 играет важную роль в различных химических реакциях и процессах, таких как окисление и восстановление, образование растворов, солей и многие другие. Знание о возможности образования ионических соединений с различной валентностью железа помогает в понимании и изучении его химических свойств и реакций.

Образование комплексных соединений с валентностью 2 и 3

Образование комплексных соединений с валентностью 2 и 3 железа обусловлено его способностью образовывать координационные связи с лигандами. Лиганды, в свою очередь, могут быть анионами или нейтральными молекулами, которые образуют связи с центральным атомом железа.

В случае образования комплексных соединений с валентностью 2 железа, центральный атом может образовывать две координационные связи с лигандами. При этом каждая связь образуется между одним электронным паром и центральным атомом железа. Таким образом, общий заряд комплекса с валентностью 2 будет нейтральным.

С другой стороны, образование комплексных соединений с валентностью 3 железа требует трех координационных связей между центральным атомом и лигандами. Такое образование связей возможно за счет трех электронных паров, находящихся в валентной оболочке атома железа. В результате образуется комплекс со зарядом 3+, который компенсируется анионами или другими лигандами, имеющими отрицательный заряд.

Комплексные соединения железа с валентностью 2 и 3 имеют широкую область применения в различных областях науки и техники. Они используются, например, в медицине, катализе, цветной металлургии и многих других отраслях. Понимание процессов образования и свойств данных соединений играет важную роль в развитии новых технологий и материалов.