Элемент № 8 — это кислород, химический символ которого O.
а) Положение в периодической системе
Кислород находится в 2-м периоде и 16-й группе (по старой классификации — VIA группа) периодической системы элементов. Это s-p элемент, расположенный в p-блоке. Кислород является неметаллом и имеет высокую электроотрицательность, уступая по этому показателю только фтору.
б) Строение атома
Атом кислорода имеет атомный номер 8, что означает наличие 8 протонов в его ядре. В нейтральном состоянии он также имеет 8 электронов. Электронная конфигурация кислорода: (1s^2 2s^2 2p^4). Это указывает, что в его внешнем энергетическом уровне (2-й уровень) находится 6 электронов: два в подуровне 2s и четыре в подуровне 2p. Наличие четырех электронов в подуровне 2p делает кислород высоко реакционноспособным и склонным к образованию ковалентных связей для достижения стабильной электронной конфигурации (октет).
в) Строение и физические свойства простых веществ O2 и O3
O2 (Двухатомный кислород)
Строение:
Молекула O2 состоит из двух атомов кислорода, связанных двойной ковалентной связью (O=O). В этой связи участвуют четыре электрона.
Физические свойства:
- Форма: Газ при стандартных условиях (температура 0°C и давление 1 атм).
- Цвет: Бесцветный.
- Запах: Без запаха.
- Растворимость: Слабо растворим в воде (около 30,8 мл O2 на 1 литр воды при 20°C).
- Плотность: 1,429 г/л (при 0°C и 1 атм).
- Температура плавления: -218,79°C.
- Температура кипения: -182,96°C.
Кислород является парамагнитным из-за наличия двух неспаренных электронов в молекуле O2, что подтверждается экспериментально.
O3 (Озон)
Строение:
Молекула озона состоит из трех атомов кислорода, образующих незамкнутую структуру с углом связи около 116,8°. В молекуле озона один из атомов кислорода образует двойную связь с другим атомом кислорода, который в свою очередь связан с третьим атомом кислорода одинарной связью. Это делает озон резонансной структурой.
Физические свойства:
- Форма: Газ при стандартных условиях, но может быть сконденсирован в голубую жидкость или твердое вещество.
- Цвет: Светло-голубой.
- Запах: Характерный резкий запах, часто описываемый как "запах после грозы".
- Растворимость: Более растворим в воде, чем O2.
- Плотность: 2,144 г/л (при 0°C и 1 атм).
- Температура плавления: -192,2°C.
- Температура кипения: -112°C.
Озон является диамагнитным веществом и обладает сильными окислительными свойствами, превосходя в этом отношении молекулярный кислород.
Заключение
Кислород играет важнейшую роль в химических и биологических процессах. Он входит в состав воды, органических соединений и является необходимым элементом для дыхания всех аэробных организмов. Озон, в свою очередь, важен для защиты Земли от ультрафиолетового излучения, образуя озоновый слой в стратосфере.