Вопрос про валентность кислорода. Объясните
Написано что у него она всегда 2, значит кислород может образовывать 2 связи. Правильно?
Но. например в оксиде углерода CO тройная связь. Как? ? Ведь кислороду нельзя иметь больше 2 связей! Да к тому же в оксиде CO при тройной связи у них должны быть три общие электронные пары, а значит у кислорода будет аж 9 электронов на внешнем уровне (а больше 8 нельзя) .
Где логика? Кто объяснит
Здесь всё просто. Когда говорят, что у кислорода валентность равна двум, имеют в виду что у атома этого элемента - в основном состоянии - есть два внешних (валентных) неспаренных электрона. Поэтому в ряде молекул кислород образует две ковалентные связи. Но в действительности валентных электронов у кислорода больше - целых шесть, поэтому в определённых случаях возможно образование и большего количества химических связей. Например, в молекуле СO образуются две pi-связи и одна sigma - связь. А в ионе гидроксония H3O+ образуются уже три sigma-связи (одна из которых - по донорно-акцепторному механизму).
В основном состоянии электронная формула углерода 1s2 2s2 2p2, т. е на двух р-орбиталях имеется по 1 неспаренному электрону, а на третьей р-орбитали электронов вообще нет. У кислорода электронная формула 1s2 2s2 2p4, т. е на двух р-орбиталях имеется по 1 неспаренному электрону, а на третьей р-орбитали два спаренных электрона. По одному неспаренному электрону от углерода и кислорода образуют сигма-связь. Еще по одному неспаренному электрону образуют пи-связь. Итак, у углерода на внешнем уровне было 4 своих электрона, еще два добавились от кислорода (общие пАры) . Всего у углерода стало 6 электронов и двух ему еще не хватает. У кислорода было 6 своих электронов, еще два добавились от углерода (общие пАры) , итого на внешнем уровне у кислорода 8 электронов. Теперь вспомним, что у углерода осталась пустая (вакантная) р-орбиталь, а у кислорода есть аналогичная р-орбиталь с парой электронов. Оси этих р-орбиталей оказываются параллельны друг другу, поэтому образуют еще одну пи-орбиталь, но в отличие от ранее образованной пи-орбитали (по одному электрону от каждого атома) , при образовании этой пи-орбитали, оба электрона поступают от атома кислорода. Таким образом у углерода на внешнем уровне становится 8 электронов, а у кислорода остаются те же 8 электронов, которые были, так что все в порядке.
Связь в молекуле С≡О тройная, причем получается, что атом углерода как бы частично "окислил" атом кислорода.
Можно рассмотреть и такой вариант: Вначале атом углерода "полностью окислил" атом кислорода, т. е. полностью отобрал у него 1 электрон. Тогда атом углерода стал анионом (С-) с электронной формулой 1s2 2s2 2p3, подобной электронной формуле атома азота, а атом кислорода стал катионом (О+) с такой же электронной формулой 1s2 2s2 2p3. И точно так же, как два атома азота соединяются в молекулу N2, образуя одну сигма- и две пи-связи, ионы С (-) и О (+) соединились в молекулу СО с образованием одной сигма- и двух пи-связей.
Что же касается термина валентность, то она далеко не всегда определяется однозначно, поэтому введены понятия степень окисления, ковалентность, координационное число, которые частично перекрываются. Большинству школьников, студентов и инженеров нехимических специальностей (да и многим химикам тоже) достаточно того простейшего понятия о валентности, которое дают в школе, поэтому, руководствуясь принципом "нельзя объять необъятного", в школе все упрощают, и дают просто некоторые минимально необходимые представления.
Например, школьникам дают структурную формулу азотной кислоты Н-О-N(=O)=O, где азот формально пятивалентный. Позже, в ВУЗах объясняют, что атомы второго периода не могут образовывать более 4 связей, и "школьная формула" азотной кислоты неправильная, а более правильной является
формула Н-О-N(=O)-O. Над азотом следует нарисовать (+), а над кислородом, соединенным с ним ординарной связью (-). Такую формулу "получают следующим образом. Берется "стандартная школьная формула азотистой кислоты H-O-N=O", где все нормально. В азотистой кислоте три электрона, находящихся на р-орбиталях атома азота, образовали нормальные две сигма- и одну пи-связи с атомами кислорода, причем у атома азота осталась неподеленная пара на 2s-орбитали. Теперь "берут" третий атом кислорода, и неспаренные электроны, находящиеся на разных р-орбиталях, "спаривают" и "помещают" на ОДНУ р-орбиталь. Другая р-орбиталь остается вакантной. Далее, эта вакантная орбиталь и пара электронов азота на 2s-орбитали образуют простую сигма-связь, но пара электронов для этой сига-связи берется целиком от атома азота. Так и получается формула Н-О-N(=O)-O.
В комплексных соединениях у кислорода может быть валентность 3.
Дело в том, что в CO (и в некоторых комплексах) две связи образованы по ковалентному механизму, а третья — по донорно-акцепторному.