Кислород в таблице Менделеева

Теория:

Кислород (O) — типичный неметалл, чьё химическое поведение полностью определяется его положением в Периодической таблице.

Идентификация кислорода основана на двух фундаментальных константах:

• Атомный номер Z = 8, который задаёт электронную конфигурацию: 1s² 2s² 2p⁴.

• Местоположение: 2‑й период и 16‑я группа (VI A).

Это положение объясняет:

• наличие шести валентных электронов;

• диапазон степеней окисления кислорода от –2 до +2.

 Важные следствия

• Доминирующая степень окисления: –2, так как кислород является вторым самым электроотрицательным элементом и стремится принять два электрона для завершения внешней оболочки.

• Ограничение валентности: нахождение во 2‑м периоде означает отсутствие d‑орбиталей, что строго ограничивает максимальную валентность кислорода значением II.

• 

Как определить положение кислорода в Таблице Менделеева

Положение элемента в таблице задаётся тремя фундаментальными характеристиками — своего рода «химическим паспортом»:

1. Порядковый номер и атомный номер.
2. Название элемента.
3. Группа (вертикальный столбец).
4. Период (горизонтальный ряд).
5. Электронный блок, (p‑элемент).

Порядковый номер / Атомный номер кислорода

Роль в идентификации: атомный номер 8 — уникальный идентификатор Кислорода. Он означает, что в ядре атома содержится ровно 8 протонов (p⁺).

Влияние на свойства: Z = 8 определяет, что нейтральный атом Кислорода имеет 8 электронов (e⁻).

Это задаёт электронную конфигурацию: 1s² 2s² 2p⁴, которая лежит в основе всех химических свойств элемента.

Важно: без знания атомного номера невозможно однозначно идентифицировать элемент.

Примечание: основные изотопы Кислорода (¹⁶O, ¹⁷O, ¹⁸O) имеют разное число нейтронов (8, 9 и 10 соответственно), но одинаковый атомный номер Z = 8, поэтому химически ведут себя одинаково.

Название элемента («Кислород»)

Роль в идентификации: название «Кислород» — общепринятый лингвистический идентификатор для элемента с атомным номером 8.

Влияние на свойства: само название не влияет на химические или физические свойства. Оно лишь присваивается элементу с данным атомным номером.

Важно: в международной номенклатуре используется символ O (от лат. Oxygenium).

Примечание: название «Кислород» (др. греч. «порождающий кислоты») было дано французским химиком Лавуазье, поскольку считалось, что он входит в состав всех кислот.

Группа (16‑я / VI A)

Роль в идентификации: Положение в 16‑й группе (VI A) означает, что у Кислорода 6 валентных электронов (2s² 2p⁴) на внешнем уровне.

Влияние на свойства: Группа определяет диапазон степеней окисления:

• Максимальная СО: теоретически +6 (равна номеру группы VI A), но практически не реализуется из‑за отсутствия d‑орбиталей и высокой электроотрицательности. Реально максимально положительная СО — +2 (только в соединении OF₂).

• Минимальная СО: –2 (рассчитывается как 6 – 8 = –2). Это самая стабильная и доминирующая степень окисления Кислорода в большинстве соединений (например, H₂O, Na₂O).

• Промежуточные СО: –1 (в пероксидах, H₂O₂) и –½ (в супероксидах, KO₂).

Важное: Кислород является вторым самым электроотрицательным элементом после Фтора, что делает его крайне активным окислителем.

Число валентных электронов напрямую задаёт его высокую химическую активность.

Примечание: Кислород — первый элемент в 16‑й группе (халькогены).

Из‑за малого размера и отсутствия d‑орбиталей он имеет наиболее жёсткие ограничения по валентности и степеням окисления по сравнению с другими элементами этой группы (S, Se, Te).

Период (2‑й / Горизонтальный ряд)

Роль в идентификации: Положение во 2‑м периоде означает, что атом Кислорода имеет два энергетических уровня (оболочки: K, L).

Влияние на свойства: Наличие только двух электронных слоёв является критическим фактором, определяющим химическое поведение Кислорода, поскольку указывает на отсутствие свободных d‑орбиталей.

Следствия (главные отличия от Серы):

• Отсутствие d‑орбиталей: Кислород не имеет возможности перехода в возбуждённое состояние, то есть он не может распаривать электроны и использовать дополнительные орбитали.

• Валентность: Максимальная валентность Кислорода строго ограничена II. Он не может проявлять валентности IV или VI.

• Размер: Малый размер атома обеспечивает очень высокую энергию ионизации и высочайшую электроотрицательность (после Фтора).

Важное: Период определяет размер атома и, следовательно, энергию, необходимую для отрыва или присоединения электронов.

Кислород — самый яркий неметалл в своей группе, что объясняется его малым радиусом, определяемым 2‑м периодом.

Примечание: Радиус атома Кислорода (≈ 66 пм) намного меньше, чем у Серы (≈ 104 пм). Это объясняет, почему Кислород является более сильным окислителем, чем Сера.

Относительная атомная масса Кислорода (Ar ≈ 15,999 а.е.м.)

Роль в идентификации Атомная масса (Ar) — это среднее значение массы природных изотопов элемента, выраженное в атомных единицах массы.

Для Кислорода она равна примерно 15,999 а.е.м., что округляется до 16.

Влияние на положение в таблице

• Историческая роль: до открытия протона и атомного номера (Z) элементы располагались в таблице Менделеева по возрастанию атомных масс.

• Современная роль: сегодня атомная масса используется для:

  • Расчётов в химии (например, молярной массы);

  • Подтверждения положения элемента (для лёгких элементов она примерно равна удвоенному Z).

Важно Атомная масса не может служить уникальным идентификатором, потому что у него существуют изотопы, бывают нарушения порядка.

p‑Элемент (электронное семейство)

Роль в идентификации: Кислород — p‑элемент, то есть последний электрон находится на p‑подуровне (2p⁴).

Влияние на свойства:

• Кислород — типичный неметалл с самой высокой электроотрицательностью после Фтора (≈ 3,44 по Полингу).

• Склонен образовывать ковалентные связи (например, H₂O, CO₂).

• Может формировать аллотропную модификацию — озон (O₃), а также двухатомную молекулу (O₂).

• Обладает сильной окислительной способностью и, за исключением OF₂, в соединениях проявляет только отрицательные степени окисления.

Важное: Принадлежность к p‑блоку (группы 13–18) объясняет общие тенденции: Кислород находится в правой части таблицы (кроме галогенов и инертных газов), что обуславливает его ярко выраженный неметаллический характер и высокую реакционную способность.

Примечание: В отличие от s‑элементов (металлов), p‑элементы, такие как Кислород, чаще образуют молекулярные, а не ионные соединения. Их способность к образованию ковалентных связей лежит в основе органической химии.

Проверка знаний: Как определить кислород по таблице Менделеева

Отметьте три правильных утверждения, которые однозначно определяют Кислород (O) в Периодической системе.

По каким признакам можно безошибочно установить, что речь идёт именно о Кислороде?

1) В атомном ядре содержится ровно 8 протонов.

2) Находится во втором горизонтальном ряду (периоде) и шестнадцатом вертикальном столбце (группе VI A) таблицы Менделеева.

3) Полный набор электронов описывается формулой: 1s² 2s² 2p⁴.

4) Обладает тремя электронными оболочками.

5) Является самым электроотрицательным элементом в своей группе.

6) Может проявлять исключительно положительные степени окисления.

Часто задаваемые вопросы: