なぜ酸素は二原子なのでしょうか? (+ 知っておくべき 3 つの興味深い事実)

酸素は二原子分子です。標準温度および圧力 (STP) では、酸素は二原子分子で構成される気体として存在し、各分子は共有結合で結合した 2 つの酸素原子から構成されます。この二原子酸素分子の化学式は O ₂です。

まあ、それは単純な答えでした。ただし、このトピックについては、コンセプトを明確にするために知っておくべきことがいくつかあります。

それでは早速本題に入りましょう。

説明: なぜ酸素は二原子分子なのでしょうか?

酸素は、個々の原子としてではなく、分子内で結合した 2 つの原子として存在するときに最も安定するため、二原子分子です。

酸素は非常に反応性の高い元素であり、他の元素と化学結合を形成する傾向が強いです。各酸素原子はその最外殻に 6 つの価電子を持っています。つまり、外殻を満たして安定するにはさらに 2 つの電子が必要です。

2 つの電子を別の酸素原子と共有することにより、2 つの原子は外殻を完成させ、安定した分子を形成することができます。

酸素の OO 結合は二重結合であり、2 つの原子間で 2 対の電子が共有されていることを意味します。その結果、安定した O2 分子が生成されます。これは、地球の大気中で最も一般的に見られる酸素の形態です。

したがって、O2 分子は個々の酸素原子よりも安定しており、充填された 2 つの原子間の二重結合により外殻を備えた安定した配置を実現できるため、酸素は二原子分子です。

単原子酸素は存在するのでしょうか？

はい、単原子酸素 (O) は存在しますが、比較的不安定で反応性が高いです。単原子酸素は、酸素が関与するいくつかの化学反応の中間体であり、燃焼や高エネルギー放射線などの一部の高温プロセスでも生成されます。

単原子酸素は、紫外線や放電を使用して O2 分子を解離させるなど、さまざまな方法で実験室で生成できます。ただし、単原子酸素は非常に反応性が高く、他の分子と迅速に反応してより安定した化合物を形成する傾向があります。

たとえば、単原子酸素が水蒸気と接触すると、反応して安定な化合物である過酸化水素 (H2O2) を形成することがあります。

自然界では、単原子酸素は他の分子と迅速に反応してより安定した化合物を形成するため、通常、大量には見つかりません。

しかし、地球の大気中でのオゾンの生成や窒素酸化物などの汚染物質の分解など、多くの大気プロセスにおける重要な中間体です。

酸素原子はどのように結合して二原子分子を形成するのでしょうか?

酸素原子は、共有二重結合を介して 2 つの電子を共有することによって結合し、二原子分子を形成します。各酸素原子はその最外殻に 6 つの価電子を持ち、その外殻を満たして安定するためにはさらに 2 つの電子を必要とします。

2 つの酸素原子が集まると、それらは 2 つの電子を共有することができ、それらの間に二重結合が形成されます。この二重結合により、2 つの酸素原子は、希ガスであるネオンと同様に、最外殻に 8 つの電子を持つ安定した電子配置に達することができます。

2 つの酸素原子の正に帯電した核と結合で共有されている負に帯電した電子の間の引力により、O2 分子内で 2 つの原子が結合されます。

このプロセスにより、安定した二原子酸素分子が形成されます。これは、大気中に見られる酸素の最も一般的な形態です。

参考文献

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酸素は化合物ですか？