Номер 3, страница 87 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

3. Назовите значения высшей степени окисления атомов кислорода и серы. Почему их значения не совпадают?

Кислород (O) и сера (S) находятся в одной группе периодической таблицы – 16-й (или VIA), что означает, что у их атомов по 6 валентных электронов на внешнем энергетическом уровне. Однако их высшие степени окисления различны.

Высшая степень окисления серы (S)

Для большинства элементов главных подгрупп высшая положительная степень окисления, как правило, равна номеру группы. У серы электронная конфигурация валентного слоя $3s^23p^4$. Атом серы может проявлять степень окисления +6, формально "отдавая" все 6 валентных электронов. Это происходит, например, в таких соединениях, как гексафторид серы ($SF_6$) или серная кислота ($H_2SO_4$). Таким образом, высшая степень окисления серы равна +6.

Высшая степень окисления кислорода (O)

У кислорода электронная конфигурация валентного слоя $2s^22p^4$. Несмотря на то, что он также имеет 6 валентных электронов, его высшая степень окисления не равна +6. Кислород — второй по электроотрицательности элемент после фтора. Это означает, что он очень сильно притягивает электроны и в большинстве соединений проявляет отрицательную степень окисления (чаще всего -2). Положительную степень окисления кислород может проявлять только в соединениях с более электроотрицательным элементом — фтором. В соединении дифторид кислорода ($OF_2$) степень окисления фтора равна -1, а кислорода, соответственно, +2. Это и есть высшая возможная степень окисления для кислорода.

Почему их значения не совпадают?

Различие в высших степенях окисления серы и кислорода объясняется двумя основными причинами:

Электроотрицательность. Кислород обладает очень высокой электроотрицательностью (3,44 по шкале Полинга). Для того чтобы атом кислорода проявил степень окисления +6, требуется колоссальное количество энергии, что делает этот процесс практически невозможным. Сера имеет значительно меньшую электроотрицательность (2,58 по шкале Полинга), поэтому она может отдавать свои валентные электроны в реакциях с более электроотрицательными элементами (например, с кислородом или фтором).

Наличие d-орбитали. Атом серы находится в 3-м периоде и имеет свободные d-орбитали на третьем энергетическом уровне ($3d^0$). При возбуждении атома электроны с $3s$- и $3p$-подуровней могут переходить на $3d$-подуровень, что позволяет сере образовывать до шести ковалентных связей и проявлять валентность VI (и степень окисления +6). У атома кислорода, находящегося во 2-м периоде, нет d-подуровня на втором энергетическом уровне, поэтому он не может расширять свою валентную оболочку таким же образом.

Ответ: Высшая степень окисления для серы равна +6, а для кислорода +2. Их значения не совпадают из-за очень высокой электроотрицательности кислорода и отсутствия у него d-орбиталей на валентном уровне, в отличие от серы, у которой они есть.