Теория:
Валентность кислорода это способность образовывать в соединениях в подавляющем большинстве химических соединений равна II (двум).
Это означает, что атом кислорода всегда стремится сформировать две химические связи с другими атомами.
Например, в молекуле воды (H2O) кислород связан с двумя атомами водорода.
А в углекислом газе (CO2) он образует две двойные связи с углеродом.
Валентность элемента определяется его способностью образовывать химические связи с другими атомами.
Эта способность, в свою очередь, тесно связана с строением внешнего электронного слоя атома (валентными электронами).
Электронная конфигурация кислорода:
Атомный номер кислорода (O) равен 8. Это значит, что у него 8 протонов в ядре и 8 электронов вокруг него (в нейтральном атоме).
Электронная конфигурация кислорода: 1s22s22p4.
Валентные электроны: Это электроны на самом внешнем энергетическом уровне.
Для кислорода это второй энергетический уровень (2s22p4), на котором находится 6 валентных электронов.
Стремление к стабильности (правило октета):
Атомы стремятся к завершению своего внешнего электронного слоя, чтобы достичь стабильной конфигурации, подобной конфигурации инертного газа (обычно 8 электронов, так называемое «правило октета»).
У кислорода 6 валентных электронов. Чтобы иметь 8 электронов на внешнем слое, ему необходимо приобрести 2 электрона.
Он может это сделать либо приняв 2 электрона от других атомов (образуя ион O2−), либо образовав 2 общие электронные пары (ковалентные связи) с другими атомами.
Образование связей:
Так как кислороду нужно 2 электрона для стабильности, он формирует 2 связи. Каждая связь «дает» ему один электрон от партнера.
Например, в H2O (вода): каждый из двух атомов водорода предоставляет по одному электрону, и кислород образует две ковалентные связи, завершая свой октет.
В O2(молекулярный кислород): два атома кислорода образуют двойную связь, делясь по два электрона каждый, и таким образом каждый атом достигает октета.
Именно поэтому в подавляющем большинстве своих соединений кислород проявляет валентность II.
Валентность I (один)
В пероксидах: В таких соединениях, как пероксид водорода (H2O2), атомы кислорода связаны друг с другом (O-O связь).
Каждый из этих атомов кислорода образует две связи: одну с другим атомом кислорода и одну с другим атомом (например, водородом).
Однако, если мы рассматриваем валентность каждого отдельного атома кислорода в группе O-O, то она равна II.
Валентность III (три)
В ионе гидроксония (H3O+): Это один из классических примеров, где кислород проявляет валентность III.
В этом ионе атом кислорода образует три ковалентные связи с тремя атомами водорода, при этом имея положительный заряд на всем ионе.
Это происходит за счет донорно-акцепторного механизма образования связи.
В оксиде углерода(II) (угарный газ, CO): Между атомами углерода и кислорода существует тройная связь (одна сигма-связь и две пи-связи).
Одна из этих связей образуется по донорно-акцепторному механизму, где кислород предоставляет неподеленную электронную пару.
В таком случае можно говорить о валентности III для кислорода.
Валентность IV (четыре)
В соединениях, где кислород выступает в роли лиганда: В некоторых комплексных соединениях, особенно с очень электроположительными элементами или в экзотических условиях, кислород может образовывать до четырех связей.
Однако это крайне редкие случаи и обычно рассматриваются в рамках более сложной теории химической связи, нежели простой классической валентности.
Тем не менее, некоторые источники указывают на возможность максимальной валентности кислорода до IV.
На практике, когда вы видите химическую формулу, и в ней есть кислород, его валентность в большинстве случаев можно считать равной II (двум).
Это одно из основных правил, которое помогает определять валентность других элементов в соединении.
Порядок определения валентности (на примере CO2):
Используйте известные постоянные валентности:
Запишите формулу соединения: CO2.
Определите суммарное количество «единиц валентности» для атома с известной валентностью:
В CO2 у нас 2 атома кислорода.
Каждый атом кислорода имеет валентность II.
Суммарная валентность кислорода: 2 × II = IV (четыре).
Сумма валентностей всех атомов одного элемента должна быть равна сумме валентностей всех атомов другого элемента в соединении:
Так как в молекуле CO2 один атом углерода (C) связан с двумя атомами кислорода, суммарная валентность атомов кислорода (IV) должна быть компенсирована валентностью атома углерода.
Следовательно, валентность углерода в CO2 также равна IV.
Пример с H2SO4 (серная кислота):
Валентность H = I, Валентность O = II.
Суммарная валентность H : 2 × I = II.
Суммарная валентность O : 4 × II = VIII.
Сумма валентностей водорода и серы должна быть равна сумме валентностей кислорода.
Поскольку сера (S) одна, а водород дает II единицы валентности, то валентность серы должна быть VIII − II = VI.
Следовательно, в серной кислоте валентность серы равна VI.
Существует гипотетическое соединение XO2, где X — неизвестный элемент.
Известно, что в этом соединении элемент X проявляет валентность IV (четыре).
Определите валентность кислорода (O) в этом соединении.
Решение:
Запишем формулу соединения: XO2.
Определим суммарную валентность всех атомов известного элемента (X):
В молекуле XO2 содержится 1 атом элемента X.
Валентность элемента X по условию равна IV.
Суммарная валентность элемента X в этом соединении: 1 × IV = IV (четыре).
Определим валентность кислорода (O):
В бинарных соединениях (состоящих из двух элементов), сумма валентностей всех атомов одного элемента должна быть равна сумме валентностей всех атомов другого элемента.
Суммарная валентность кислорода также должна быть IV.
В молекуле XO2 содержится 2 атома кислорода.
Чтобы найти валентность одного атома кислорода, нужно разделить суммарную валентность на количество атомов: IV ÷ 2 = II.
Ответ:
Валентность кислорода (O) в соединении XO2 равна II (двум).
В подавляющем большинстве соединений валентность кислорода равна II (двум).
А также валентность I (один), например пероксид водорода (H2O2).
Реже встречается валентность III (три), например, в ионе гидроксония (H3O+).
Теоретически, в некоторых экзотических или комплексных соединениях могут рассматриваться и другие валентности.
У кислорода 6 (шесть) валентных электронов.
Для этого нужно:
Найти кислород в Периодической таблице химических элементов.
Посмотреть номер группы, в которой он находится. Кислород находится в VI группе (или группе 16).
Номер группы для элементов главных подгрупп (как кислород) равен количеству валентных электронов.
Поэтому у кислорода 6 валентных электронов.