Условие задачи

Чем обусловлена высокая окислительная способность кислорода?

Решение

Дисциплина: химия (в области физической и неорганической химии).

Решение:

Высокая окислительная способность кислорода обусловлена несколькими факторами, связанными с его электронной структурой и термодинамикой реакций окисления. Рассмотрим подробно основные причины:

1. Электроотрицательность и электронная конфигурация.
Кислород имеет атомный номер 8, его электронная конфигурация: 1s² 2s² 2p⁴. Наличие шести электронов на внешнем уровне делает кислород весьма электроотрицательным (электроотрицательность ≈ 3,44 по шкале Полинга). Высокая электроотрицательность означает сильное стремление притягивать электроны, что и является характерной чертой сильного окислителя.

2. Высокая разность энергий и электронная аффинность.
При присоединении электрона кислород переходит к стабильной конфигурации, что сопровождается выделением энергии (благоприятное изменение энергии системы). Таким образом, высокая электронная аффинность способствует его способности принимать электроны в реакциях окисления.

3. Термодинамическая выгода образования стабильных продуктов.
При окислении многие соединения образуют оксиды, процессы получения которых часто сопровождаются значительным выделением тепла (экзотермические реакции). Например, реакция восстановления кислорода до воды выглядит так:

O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂O

Стандартный редукционный потенциал этой полуреакции высокий (≈ 1,23 В при нормальных условиях), что указывает на сильное стремление кислорода захватывать электроны и, соответственно, окислять другие вещества.

4. Особенности электронной структуры молекулы кислорода.
В нормальном состоянии кислород существует в виде диатомической молекулы O₂, которая имеет два неспаренных электрона в орбиталях π⁎ (диродикальное состояние). Это делает кислород парамагнитным. Наличие двух неспаренных электронов повышает вероятность участия кислорода в реакциях с перенесением одного электрона, что дополнительно усиливает его способность к окислению.

Вывод: высокая окислительная способность кислорода продиктована его высокой электроотрицательностью, значительной электронной аффинностью, а также термодинамической выгодой образования стабильных оксидов, что позволяет кислороду эффективно принимать электроны в окислительно-восстановительных реакциях.