К какому электронному семейству относится ванадий

Пример 1. Составьте электронную формулу атома ванадия, подчеркните валентные электроны. Распределите электроны этого атома по квантовым ячейкам. К какому электронному семейству относится этот элемент?

Решение. Порядковый номер элемента в периодической системе совпадает с величиной заряда ядра, т.е. индекс внизу слева символа элемента указывает на количество протонов в ядре, следовательно, в ядре ванадия имеется 23 протона.

Число нейтронов равняется разности между массовым числом (индекс вверху слева символа) и порядковым номером элемента, следовательно, в ядре 51 23V находится 28 нейтронов (51 – 23) = 28. Электронные формулы отображают распределение электронов в атоме по энергетическим уровням и подуровням. При этом следует учитывать, что электрон занимает тот энергетический подуровень, на котором он будет обладать наименьшей энергией. Так как число электронов в атоме элемента равно заряду ядра, т.е. его порядковому номеру в таблице Д.И. Менделеева, то для элемента № 23 – ванадия электронная формула, согласно шкале энергий (правило Клечковского), будет:

Шевельков А. В. — Неорганическая химия II — Элементы 5 группы

23V 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 3

Электронографические схемы отражают распределение электронов атомов по квантовым (энергетическим) ячейкам. В каждой квантовой ячейке может быть не более двух электронов с противоположными спинами (принцип Паули). Орбитали данного подуровня заполняются сначала по одному электрону с одинаковыми спинами, а затем по второму электрону с противоположными спинами (правило Хунда).

s
n = 1	­¯	p
n = 2	­¯	­¯	­¯	­¯	d
n = 3	­¯	­¯	­¯	­¯	­	­	­
n = 4	­¯

Последний, 23-й электрон атома ванадия занимает d- орбиталь, следовательно, относится к d- электронному семейству.

Пример 2. Определить квантовые числа электрона 2р 4 , учитывая, что заполнение орбиталей начинается с электронов, обладающих спином +1/2.

Решение. Электрон 2р 4 находится на втором энергетическом уровне, поэтому главное квантовое число равно n = 2. На этом уровне есть атомные орбитали со значениями l = 0 и 1, что соответствует s- и p- орбиталям. Данный электрон занимает p -орбиталь, следовательно, орбитальное квантовое число l = 1. Магнитные числа таких орбиталей имеют значения -1, 0 и 1. Четвертый электрон займет орбиталь со значением ml = -1, а спин такого электрона будет: — 1/2.

Пример 3. Исходя из положения калия, рубидия, брома, селена и азота в периодической системе составьте формулы следующих соединений: бромида калия, селенида рубидия, нитрида кальция.

Решение. Перечисленные вещества представляют собой соединения типичных металлов (K, Rb, Ca) с типичными неметаллами (Br, Se, N), в которых последние проявляют низшую степень окисления. K и Rb – элементы I главной подгруппы, следовательно, в соединениях они проявляют степень окисления +1. Ca – элемент II главной подгруппы проявляет степень окисления +2.

Электронные конфигурации атомов. Химия – просто

Низшая степень окисления определяется тем условным зарядом, который приобретает атом, присоединяя такое количество электронов, которое необходимо для образования устойчивой восьмиэлектронной оболочки. Br, Se, N находятся соответственно в VII, VI и V главных подгруппах и имеют структуру внешнего энергетического уровня 4s 2 4p 5 ; 4s 2 4p 4 ; 2s 2 2p 3 . Следовательно, низшие степени окисления у этих элементов будут равны: -1(Br), -2 (Se), -3 (N).

Исходя из того положения, что молекулы электронейтральны (т.е. сумма положительных и отрицательных зарядов равна нулю) составляем соответствующие формулы: бромид калия KBr; селенид рубидия Rb2Se; нитрид кальция Са3N2.

Источник: studopedia.org

Ванадий V

Порядок заполнения оболочек атома ванадия (V) электронами: 1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → 6s → 4f → 5d → 6p → 7s → 5f → 6d → 7p.

На подуровне ‘s’ может находиться до 2 электронов, на ‘s’ — до 6, на ‘d’ — до 10 и на ‘f’ до 14

Ванадий имеет 23 электрона, заполним электронные оболочки в описанном выше порядке:

2 электрона на 1s-подуровне

2 электрона на 2s-подуровне

6 электронов на 2p-подуровне

2 электрона на 3s-подуровне

6 электронов на 3p-подуровне

2 электрона на 4s-подуровне

3 электрона на 3d-подуровне

Степень окисления ванадия

Атомы ванадия в соединениях имеют степени окисления 5, 4, 3, 2, 1, 0, -1, -2.

Степень окисления — это условный заряд атома в соединении: связь в молекуле между атомами основана на разделении электронов, таким образом, если у атома виртуально увеличивается заряд, то степень окисления отрицательная (электроны несут отрицательный заряд), если заряд уменьшается, то степень окисления положительная.

Источник: k-tree.ru

Ванадий (химический элемент): история названия, строение атома, валентность

Среди известных сегодня 115 химических элементов многие получали свое название в честь героев греческих мифов, богов. Другие называли по фамилии первооткрывателей и известных ученых. Третьи именовались по странам, городам, географическим объектам. Особенно интересна история названия такого элемента, как ванадий.

Да и сам по себе этот металл достаточно важный и обладающий особыми характеристиками. Поэтому рассмотрим его подробнее.

Ванадий — химический элемент в таблице Менделеева

Если характеризовать данный элемент по положению в периодической системе, то можно выделить несколько основных пунктов.

1. Располагается в четвертом большом периоде, пятой группе, главной подгруппе.
2. Порядковый номер — 23.
3. Атомная масса элемента — 50,9415.
4. Химический символ — V.
5. Латинское название — vanadium.
6. Русское название — ванадий. Химический элемент в формулах читается как «ванадий».
7. Является типичным металлом, проявляет восстановительные свойства.

По положению в системе элементов очевидно, что как простое вещество данный элемент будет иметь свойства, схожие с таковыми у тантала и ниобия.

Особенности строения атома

Ванадий — химический элемент, строение атома которого выражается общей электронной формулой 3d 3 4s 2 . Очевидно, что благодаря такой конфигурации и валентности, и степени окисления могут проявлять неодинаковые значения.

Данная формула позволяет предсказать свойства ванадия как простого вещества — это типичный металл, образующий большое количество различных соединений, в том числе комплексных.

Характерная валентность и степень окисления

Благодаря наличию трех неспаренных электронов на 3d подуровне ванадий может проявлять степень окисления +3. Однако она не единственная. Всего выделяют четыре возможные значения:

При этом ванадий — химический элемент, валентность которого также имеет два показателя: IV и V. Именно поэтому соединений у данного атома просто множество, и все они имеют красивую цветную окраску. Особенно этим славятся водные комплексы и соли металла.

Ванадий: химический элемент. История названия

Если говорить об истории открытия данного металла, то следует обратиться к к началу XVIII века. Именно в этот период, в 1801 году, мексиканец дель Рио сумел обнаружить неизвестный ему элемент в составе свинцовой горной породы, образец которой он исследовал. Проведя ряд опытов, дель Рио получил несколько красиво окрашенных солей металла. Он дал ему название «эритрон», однако позже принял его за соли хрома, поэтому пальму первенства в открытии не получил.

Позже другой ученый, швед Сефстрем, сумел получить этот металл, выделив его из состава железной руды. У этого химика сомнений в том, что элемент новый и неизвестный, не было. Поэтому первооткрывателем является именно он. Вместе с Йенсом Берцелиусом он дал название открытому элементу — ванадий.

Почему именно такое? В древнескандинавской мифологии есть одна богиня, которая является олицетворением любви, стойкости, верности и преданности. Она же богиня красоты. Ее имя было Ванадис. После того как учеными были изучены свойства соединений элемента, им стало совершенно очевидно, что они очень красивые, цветные.

А добавка металла к сплавам резко повышает их качество и прочность и устойчивость. Поэтому в честь богини Ванадис и было дано название необычному и важному металлу.

Ванадий — химический элемент, который в виде простого вещества был получен еще позже. Лишь в 1869 году английский химик Г. Роско сумел выделить металл в свободном виде из горной породы. Другим ученым Ф. Веллером было доказано, что обнаруженный когда-то дель Рио «хром» является ванадием. Однако мексиканец до этого дня не дожил и о своем открытии так и не узнал. В Россию название элемента пришло благодаря Г. И. Гессу.

Простое вещество ванадий

Как простое вещество рассматриваемый атом представляет собой металл. Он обладает рядом физических свойств.

1. Цвет: серебристо-белый, блестящий.
2. Хрупкий, твердый, тяжелый, так как плотность составляет 6,11 г/см 3 .
3. Температура плавления — 1920 0 С, что позволяет отнести его к тугоплавким металлам.
4. На воздухе не окисляется.

Так как в свободном виде встретить его в природе невозможно, то людям приходится выделять его из состава различных минералов и пород.

Ванадий — химический элемент-металл, который проявляет достаточно высокую химическую активность при нагревании и определенных условиях. Если же говорить о стандартных параметрах окружающей среды, то он способен реагировать лишь с концентрированными кислотами, царской водкой.

С некоторыми неметаллами формирует бинарные соединения, реакции проходят при больших температурах. В расплавах щелочей растворяется, формируя комплексы — ванадаты. Кислород как сильный окислитель растворяется в ванадии, причем тем больше, чем выше температура нагревания смеси.

Нахождение в природе и изотопы

Если говорить о распространенности рассматриваемого атома в природе, то ванадий — химический элемент, который относится к рассеянным. Он входит в состав практически всех крупных горных пород, руд и минералов. Но нигде его не бывает больше 2%.

Содержание в земной коре значительно и составляет 1,9*10 -7 . По этому показателю он стоит впереди меди, цинка, свинца. Собственные горные породы металл не формирует, однако существует несколько месторождений, которые считаются именно ванадиевыми. В них содержится железо, в кристаллическую решетку которого встроены атомы ванадия в большом количестве.

Это такие породы, как:

• ванадинит;
• патронит;
• карнотит;
• чилеит.

Также можно встретить рассматриваемый металл в составе:

• золы растений;
• океанской воды;
• тел асцидий, голотурий;
• организмов наземных растений и животных.

Если говорить об изотопах ванадия, то их всего два: с массовым числом 51, которого подавляющее большинство — 99,77%, и с массовым числом 50, который является рассеянным радиоактивным и встречается в ничтожных количествах.

Соединения ванадия

Выше мы уже указывали на то, что как химический элемент данный металл проявляет достаточную активность, чтобы сформировать большое количество различных соединений. Так, известны следующие типы веществ с участием ванадия.

1. Оксиды.
2. Гидроксиды.
3. Бинарные соли (хлориды, фториды, бромиды, сульфиды, йодиды).
4. Оксисоединения (оксихлориды, оксибромиды, окситрифториды и прочие).
5. Комплексные соли.

Так как валентность элемента варьируется достаточно широко, то и веществ получается немало. Главная отличительная особенность всех их — это окраска. Ванадий — химический элемент, разбор соединений которого показывает, что цвет может колебаться от белого и желтого до красного и синего, включая оттенки зеленого, оранжевого, черного и фиолетового. Отчасти именно это послужило причиной, по которой дали название атому, ведь это действительно выглядит очень красиво.

Однако многие из соединений получаются лишь при достаточно жестких условиях проведения реакции. Кроме того, большинство из них — токсичные, опасные для человека вещества. Агрегатное состояние веществ может быть самым разным. Например, хлориды, бромиды и фториды — чаще всего темно-розовые, зеленые или черные кристаллы. А оксиды — в виде порошков.

Получение и применение металла

Затем этот высушенный осадок прокаливают в печи и восстанавливают ванадий до металлического состояния. В таком виде материал готов к использованию.

Ванадий — химический элемент, который находит достаточно широкое применение в промышленности. Особенно в машиностроении и выплавке сплавов из стали. Можно определить несколько основных областей использования металла.

1. Текстильная промышленность.
2. Стекловарение.
3. Производство керамики и резины.
4. Лакокрасочная промышленность.
5. Получение и синтез химических веществ (сернокислое производство).
6. Изготовление ядерных реакторов.
7. Авиационное и кораблестроение, машиностроение.

Ванадий — очень важный легирующий компонент для получения легких, прочных, устойчивых к коррозии сплавов, в основном стали. Не зря его называют «автомобильным металлом».

Источник: fb.ru