Невозможность кислорода проявлять валентность VI, соответствующую номеру его группы, объясняется особенностями строения его электронной оболочки, а именно — отсутствием свободных орбиталей на внешнем энергетическом уровне. 1. Электронная конфигурация Кислород находится во втором периоде периодической таблицы. Его порядковый номер — 8. Распределение электронов по уровням выглядит следующим образом:
- 1-й уровень: 2-й уровень (внешний):
Графически это можно представить так: на -подуровне находится одна пара электронов, а на -подуровне — одна пара и два неспаренных электрона. 2. Отсутствие d-подуровня Валентность элемента определяется количеством неспаренных электронов, которые атом может использовать для образования общих электронных пар. У элементов третьего периода и ниже (например, у серы, которая находится в той же группе) после - и -подуровней идет свободный -подуровень. При переходе атома в возбужденное состояние электроны с - и -орбиталей могут «распариваться» и переходить на свободные -орбитали. Это позволяет сере ( ) увеличивать число неспаренных электронов до 6. У кислорода второй энергетический уровень состоит только из и подуровней. На втором уровне теоретически не существует -орбиталей. Энергетический разрыв между вторым и третьим уровнем слишком велик, поэтому перебросить электроны на - или -орбитали в обычных химических реакциях невозможно. 3. Валентные возможности Поскольку у кислорода нет возможности «распарить» свои электронные пары:
- В обычном состоянии у него 2 неспаренных электрона, что соответствует валентности II.
- В некоторых случаях (например, в ионе гидроксония или угарном газе ) кислород может проявлять валентность III за счет донорно-акцепторного механизма, предоставляя свою неподеленную электронную пару.
Резюме: Высшая валентность кислорода ограничена числом орбиталей на втором уровне (одна и три ). Из-за отсутствия свободных -орбиталей атом кислорода не может увеличить число неспаренных электронов до шести, в отличие от своего аналога по группе — серы. Могу составить сравнительную таблицу электронных переходов для кислорода и серы, чтобы наглядно показать разницу в их валентных возможностях.