Номер 896, страница 145 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

896. Какую максимальную валентность в соединениях может проявлять атом кислорода, исходя из строения его внешнего электронного слоя? Приведите формулу частицы, в которой атом кислорода проявляет валентность, равную трём, и кратко поясните её строение. Например, частица $H_3O^+$.

Какую максимальную валентность в соединениях может проявлять атом кислорода, исходя из строения его внешнего электронного слоя?

Атом кислорода (O) является элементом 2-го периода, 16-й (VIA) группы Периодической системы, его порядковый номер 8. Электронная конфигурация атома кислорода: $1s^2 2s^2 2p^4$.

На его внешнем (втором) электронном слое находится 6 валентных электронов, из которых два являются неспаренными (на p-подуровне). Эти два неспаренных электрона позволяют атому кислорода образовывать две ковалентные связи по обменному механизму, что соответствует его наиболее распространенной валентности, равной II (например, в молекулах $H_2O$ или $O_2$).

В отличие от других элементов своей группы (серы, селена, теллура), у кислорода на внешнем электронном уровне отсутствует d-подуровень. Это означает, что атом кислорода не может переходить в возбужденное состояние путем распаривания электронных пар $2s^2$ и $2p^2$, так как для этого потребовался бы перенос электрона на следующий, третий, энергетический уровень, что энергетически крайне невыгодно.

Однако кислород может увеличить свою валентность, используя одну из своих двух неподеленных электронных пар для образования дополнительной ковалентной связи по донорно-акцепторному механизму. В этом случае атом кислорода выступает донором электронной пары. Таким образом, атом кислорода может образовать три ковалентные связи (две по обменному механизму и одну по донорно-акцепторному), проявляя валентность III. Образование четвертой связи было бы связано с отдачей второй неподеленной пары и приобретением атомом кислорода большого положительного заряда, что для такого электроотрицательного элемента практически невозможно. Следовательно, максимальная валентность кислорода в соединениях — три.

Ответ: максимальная валентность, которую может проявлять атом кислорода в соединениях, равна трём.

Приведите формулу частицы, в которой атом кислорода проявляет валентность, равную трём, и кратко поясните её строение.

Примером частицы, в которой атом кислорода проявляет валентность III, является ион гидроксония $H_3O^+$.

Этот катион образуется, когда молекула воды ($H_2O$) присоединяет к себе протон ($H^+$). В молекуле воды атом кислорода имеет две неподеленные электронные пары. Одна из этих пар используется для образования ковалентной связи с протоном, у которого имеется вакантная 1s-орбиталь.

Процесс можно изобразить схемой: $H_2\ddot{O} + H^+ \rightarrow [H_3O]^+$

Этот тип связи называется донорно-акцепторной, где атом кислорода является донором, а ион водорода — акцептором. В результате в ионе гидроксония атом кислорода оказывается связанным с тремя атомами водорода. Все три связи O–H в этой частице становятся равноценными. Поскольку атом кислорода образует три химические связи, его валентность равна III.

Ответ: формула частицы – $H_3O^+$ (ион гидроксония). Строение: атом кислорода связан с тремя атомами водорода. Две связи образованы по обменному механизму, а третья — по донорно-акцепторному, где кислород предоставляет свою неподеленную электронную пару.