"Химия (углублённый уровень)", Пузаков С.А., Машнина Н.В., Попков В.А.
Кислород — химический элемент с порядковым номером 8, атомы которого образуют простые вещества O₂ и O₃. Наиболее распространённая форма — молекулярный кислород O₂, необходимый для дыхания и многих процессов окисления. Озон O₃ встречается в атмосфере в меньших количествах и отличается более высокой химической активностью. Существование нескольких простых веществ одного элемента называют аллотропией.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Кислород как химический элемент — это вид атомов с порядковым номером 8 и символом O. Порядковый номер показывает заряд ядра атома: в нём 8 протонов, а в нейтральном атоме также 8 электронов. Это обозначение относится не к конкретному веществу, а ко всем атомам кислорода.
Молекула кислорода O2 — частица простого вещества, состоящая из двух атомов кислорода. O2 является наиболее распространённой формой существования кислорода в природе. Формула нужна, чтобы отличать состав вещества от символа химического элемента O.
Озон O3 — простое вещество, молекулы которого содержат три атома кислорода. В отличие от O2, озон имеет другой состав молекулы и поэтому другие физические и химические свойства. Так по формуле можно понять, какое именно простое вещество образовано атомами кислорода.
Аллотропия — существование нескольких простых веществ, образованных атомами одного химического элемента. Для кислорода такими веществами являются O2 и O3. Понятие помогает объяснить, почему один элемент может быть представлен веществами с неодинаковыми свойствами.
В периодической системе кислород имеет порядковый номер 8, находится во втором периоде и 16 группе. Номер периода связан с двумя занятыми энергетическими уровнями, а номер группы показывает принадлежность элемента к главной подгруппе халькогенов. Порядковый номер одновременно задаёт число электронов в нейтральном атоме.
Электронная конфигурация кислорода записывается как 1s22s22p4. На внешнем уровне находятся шесть электронов, поэтому атому энергетически выгодно принять или совместно использовать ещё два электрона. Этим объясняются неметаллический характер кислорода и его способность образовывать прочные связи с другими атомами.
Химический элемент и простое вещество — не одно и то же. Элемент кислород обозначает вид атомов, а простые вещества O2 и O3 являются конкретными формами существования этих атомов. Кроме того, атомы кислорода входят в состав сложных веществ, например воды H2O и углекислого газа CO2.
Аллотропия кислорода возникает потому, что его атомы могут объединяться в молекулы разного состава. В O2 соединены два атома, а в O3 — три, поэтому молекулы имеют разное строение и разную устойчивость. Различие строения приводит к неодинаковой активности, запаху и воздействию на другие вещества.
При обычных условиях O2 — бесцветный газ без запаха, широко распространённый в воздухе и необходимый для дыхания большинства организмов. O3 — голубоватый газ с резким характерным запахом, присутствующий в атмосфере в небольших количествах. Озон химически активнее кислорода O2 и легче вступает в реакции окисления.
В таблице сначала определите, идёт ли речь о виде атомов или о конкретном веществе. Затем сравните состав частиц, массу и свойства O2 и O3. Это помогает не смешивать химический элемент с образованными им аллотропными модификациями.
| Характеристика | Кислород как химический элемент | Кислород O2 | Озон O3 |
|---|---|---|---|
| Обозначение | O | O2 | O3 |
| Что обозначает | Вид атомов с зарядом ядра +8 | Простое вещество | Простое вещество, аллотропная модификация |
| Состав частицы | Атом кислорода | 2 атома O | 3 атома O |
| Молярная масса | Для элемента: Ar(O) = 16 | 32 г/моль | 48 г/моль |
| Свойства при обычных условиях | Свойства вида атомов | Бесцветный газ без запаха | Голубоватый газ с резким запахом |
| Распространённость и значение | Входит в состав множества веществ | Наиболее распространённая форма кислорода в природе; нужен для дыхания | Содержится в атмосфере в малых количествах; участвует в защите от ультрафиолета |
Укажите порядковый номер кислорода, число протонов и электронов в его нейтральном атоме, запишите электронную конфигурацию. Нужно использовать не массу атома, а именно порядковый номер в периодической системе. По нему последовательно определяют состав ядра и число электронов.
Ответ: Z = 8, p = 8, e = 8, электронная конфигурация — 1s22s22p4. Сумма показателей степени равна 8, поэтому число электронов проверено.
Сравните молекулы O2 и O3: определите число атомов в каждой и вычислите относительные молекулярные массы. Индексы в формулах показывают количество атомов кислорода в одной молекуле. Для расчёта используем Ar(O) = 16.
Ответ: O2 содержит 2 атома, Mr = 32; O3 содержит 3 атома, Mr = 48. Разные формулы указывают на разные простые вещества одного элемента.
В пробе газа обнаружены молекулы, каждая из которых состоит из трёх атомов кислорода. Определите вещество и объясните, почему оно является аллотропной модификацией кислорода. Сначала нужно записать формулу по числу атомов, затем установить, сколько элементов входит в состав частицы.
Ответ: обнаружен озон O3. Это не соединение, потому что в молекуле нет атомов других элементов, а аллотропия проявляется в существовании O2 и O3.
Ошибка: считать кислород как элемент и O2 одним понятием. Её допускают, потому что в речи название элемента и вещества часто совпадает; проверяйте себя вопросом: речь идёт о виде атомов или о молекулах.
Ошибка: записывать формулу обычного кислорода как O. Символ O обозначает атом или элемент, тогда как молекула распространённого простого вещества двухатомна; наличие индекса 2 нужно сверять с составом частицы.
Ошибка: считать озон соединением кислорода с другим элементом. В O3 присутствуют только атомы O, поэтому это простое вещество; если в формуле один химический символ, соединением вещество не является.
Ошибка: ожидать одинаковых свойств O2 и O3. Оба вещества образованы кислородом, но их молекулы различаются составом и строением; сравните формулы и химическую активность, прежде чем делать вывод.
Для понимания темы нужны знания о строении атома, порядковом номере элемента и правилах записи электронных конфигураций. Понятия химического элемента, простого вещества и химической символики позволяют объяснить аллотропию. Позднее характеристика кислорода понадобится при изучении окислительно-восстановительных реакций, оксидов и роли кислорода в природе.
Чем кислород как химический элемент отличается от кислорода O₂?
Химический элемент кислород — это вид атомов с зарядом ядра +8. O₂ — конкретное простое вещество, состоящее из молекул, каждая из которых содержит два атома кислорода.
Почему формула простого вещества кислорода — O₂, а не O?
В обычных условиях атомы кислорода соединяются попарно и образуют двухатомные молекулы O₂. Символ O обозначает элемент или отдельный атом, а не молекулу простого вещества.
Озон — это простое вещество или соединение?
Озон O₃ — простое вещество, потому что его молекулы состоят только из атомов одного элемента — кислорода. Соединение обязательно включает атомы разных химических элементов.
Почему кислород и озон называют аллотропными модификациями?
О₂ и O₃ образованы атомами одного химического элемента, но имеют разное строение молекул. Такие простые вещества одного элемента называют аллотропными модификациями.
Одинаковы ли свойства кислорода O₂ и озона O₃?
Нет, их свойства различаются из-за разного числа и строения атомов в молекулах. Озон химически активнее кислорода O₂, имеет характерный запах и обладает более сильными окислительными свойствами.
15.2. Кислород. Характеристика элемента и простых веществ
