Структурата на кислородния атом. Кислород: химични свойства на елемента

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Кислород- осмият елемент от периодичната таблица. Отнася се за неметали. Намира се във втория период на VI група А на подгрупата.

Поредният номер е 8. Зарядът на ядрото е +8. Атомно тегло - 15,999 amu В природата се срещат три изотопа на кислорода: 16 O, 17 O и 18 O, от които 16 O е най-често срещаният (99,762%).

Електронната структура на кислородния атом

Кислородният атом има две обвивки, както всички елементи, разположени във втория период. Номерът на групата -VI (халкогени) - показва, че има 6 валентни електрона във външното електронно ниво на азотния атом. Има висока окислителна способност (само флуорът е по-висок).

Ориз. 1. Схематично представяне на структурата на кислородния атом.

Електронната конфигурация на основното състояние се записва, както следва:

1s 2 2s 2 2p 4 .

Кислородът е елемент от p-семейството. Енергийната диаграма за валентните електрони в невъзбудено състояние е както следва:

Кислородът има 2 двойки сдвоени електрони и два несдвоени електрона. Във всичките си съединения кислородът проявява валентност II.

Ориз. 2. Пространствено изображение на структурата на кислородния атом.

Примери за решаване на проблеми

ПРИМЕР 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Кислород- елемент от втория период от групата VIA на Периодичната система от химични елементи D.I. Менделеев, с атомен номер 8. Символ - О.

Атомна маса - 16 am.u. Молекулата на кислорода е двуатомна и има формула - O 2

Кислородът принадлежи към семейството на р-елементите. Електронната конфигурация на кислородния атом е 1s 2 2s 2 2p 4 . В своите съединения кислородът е в състояние да проявява няколко степени на окисление: "-2", "-1" (в пероксиди), "+2" (F 2 O). Кислородът се характеризира с проявлението на феномена алотропия - съществуването под формата на няколко прости вещества - алотропни модификации. Алотропните модификации на кислорода са кислород О 2 и озон О 3.

Химични свойства на кислорода

Кислородът е силен окислител, т.к за завършване на външното електронно ниволипсват му само 2 електрона и той лесно ги свързва. По реактивност кислородът е на второ място след флуора. Кислородът образува съединения с всички елементи с изключение на хелий, неон и аргон. Кислородът директно реагира с халогени, сребро, злато и платина (техните съединения се получават индиректно). Почти всички реакции, включващи кислород, са екзотермични. Отличителен белегмного реакции на комбинация с кислород - отделяне на голямо количество топлина и светлина. Такива процеси се наричат ​​горене.

Взаимодействие на кислород с метали. Така алкални метали(с изключение на лития) кислородът образува пероксиди или супероксиди, с останалата част - оксиди. Например:

4Li + O2 = 2Li2O;

2Na + O 2 \u003d Na 2 O 2;

K + O 2 \u003d KO 2;

2Ca + O 2 \u003d 2CaO;

4Al + 3O 2 \u003d 2Al 2 O 3;

2Cu + O 2 \u003d 2CuO;

3Fe + 2O 2 \u003d Fe 3 O 4.

Взаимодействие на кислород с неметали. Взаимодействието на кислорода с неметали протича при нагряване; всички реакции са екзотермични, с изключение на взаимодействието с азот (реакцията е ендотермична, протича при 3000С в електрическа дъга, в природата - по време на разряд от мълния). Например:

4P + 5O 2 \u003d 2P 2 O 5;

C + O 2 \u003d CO 2;

2H 2 + O 2 = 2H 2O;

N 2 + O 2 ↔ 2NO - Q.

Взаимодействие с комплекс неорганични вещества. Когато сложните вещества се изгарят в излишък от кислород, се образуват оксиди на съответните елементи:

2H 2 S + 3O 2 = 2SO 2 + 2H 2O (t);

4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O (t);

4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O (t, kat);

2PH3 + 4O2 = 2H3PO4 (t);

SiH 4 + 2O 2 \u003d SiO 2 + 2H2O;

4FeS 2 + 11O 2 \u003d 2Fe 2 O 3 + 8 SO 2 (t).

Кислородът е в състояние да окислява оксиди и хидроксиди до съединения с по-висока степен на окисление:

2CO + O 2 \u003d 2CO 2 (t);

2SO2 + O2 = 2SO3 (t, V205);

2NO + O 2 \u003d 2NO 2;

4FeO + O 2 \u003d 2Fe 2 O 3 (t).

Взаимодействие със сложни органични вещества. Почти всички органични вещества изгарят, окисляват се от атмосферния кислород до въглероден диоксид и вода:

CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + H 2 O.

В допълнение към реакциите на горене (пълно окисление) са възможни и реакции на частично или каталитично окисление, като в този случай продуктите на реакцията могат да бъдат алкохоли, алдехиди, кетони, карбоксилни киселинии други вещества:

Окисляването на въглехидрати, протеини и мазнини служи като източник на енергия в живия организъм.

Физични свойства на кислорода

Кислородът е най-разпространеният елемент на земята (47% от масата). Въздухът съдържа 21% кислород по обем. кислород - съставна частвода, минерали, органични вещества. Растителните и животинските тъкани съдържат 50-85% кислород под формата на различни съединения.

В свободно състояние кислородът е безцветен газ без вкус и мирис, слабо разтворим във вода (3 литра кислород се разтварят в 100 литра вода при 20С. Течен кислород син цвят, има парамагнитни свойства (привлича се в магнитно поле).

Получаване на кислород

Има промишлени и лабораторни методи за производство на кислород. И така, в индустрията кислородът се получава чрез дестилация на течен въздух, а основните лабораторни методи за получаване на кислород включват реакциите на термично разлагане на сложни вещества:

2KMnO 4 \u003d K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2

4K 2 Cr 2 O 7 = 4K 2 CrO 4 + 2Cr 2 O 3 +3 O 2

2KNO 3 \u003d 2KNO 2 + O 2

2KClO 3 \u003d 2KCl + 3 O 2

Примери за решаване на проблеми

ПРИМЕР 1

Задачата

При разлагането на 95 g живачен (II) оксид се получават 4,48 литра кислород (N.O.). Изчислете съотношението на разложения живачен (II) оксид (в тегл.%).

Решение

Нека напишем уравнението на реакцията за разлагане на живачен оксид (II): 2HgO \u003d 2Hg + O 2. Познавайки обема на освободения кислород, намираме неговото количество вещество: мол. Според уравнението на реакцията n (HgO): n (O 2) \u003d 2: 1, следователно, n (HgO) \u003d 2 × n (O 2) = 0,4 mol. Нека изчислим масата на разложения оксид. Количеството на веществото е свързано с масата на веществото чрез съотношението: Моларна маса (молекулно тегло на един мол) на живачен (II) оксид, изчислена с помощта на таблицата на химичните елементи на D.I. Менделеев - 217 g/mol. Тогава масата на живачен оксид (II) е равна на: м(HgO) = н(HgO) × М(HgO) \u003d 0,4 × 217 \u003d 86,8 g. Нека определим масовата част на разложения оксид:

Кислородът е във втория период на VI основна групаостаряла кратка версия на периодичната таблица. Според новите стандарти за номерация това е 16-та група. Съответното решение е взето от IUPAC през 1988 г. Формулата за кислород е проста субстанция- Около 2. Помислете за основните му свойства, роля в природата и икономиката. Нека започнем с характеристиките на цялата група на периодичната система, която се оглавява от кислорода. Елементът е различен от свързаните с него халкогени, а водата е различна от водорода селен и телур. Обяснение за всички отличителни чертиможе да се намери само като се научи за структурата и свойствата на атома.

Халкогените са елементи, свързани с кислорода.

Атоми с подобни свойства образуват една група в периодична система. Кислородът оглавява семейството на халкогените, но се различава от тях по редица свойства.

Атомната маса на кислорода, предшественикът на групата, е 16 amu. м. Халкогените при образуването на съединения с водород и метали показват обичайната си степен на окисление: -2. Например, в състава на водата (H 2 O), степента на окисление на кислорода е -2.

Съставът на типичните водородни съединения на халкогените съответства на общата формула: H 2 R. Когато тези вещества се разтварят, се образуват киселини. Само водородна връзкакислород - вода - има специални свойства. Според учените това необичайно вещество е едновременно много слаба киселина и много слаба основа.

Сярата, селенът и телурът имат типични положителни степени на окисление (+4, +6) в съединения с кислород и други неметали с висока електроотрицателност (EO). Съставът на халкогеновите оксиди отразява общи формули: RO 2 , RO 3 . Съответните киселини имат състав: H 2 RO 3 , H 2 RO 4 .

Елементите съответстват на простите вещества: кислород, сяра, селен, телур и полоний. Първите трима представители проявяват неметални свойства. Формулата на кислорода е O2. Алотропна модификация на същия елемент е озонът (O 3). И двете модификации са газови. Сярата и селенът са твърди неметали. Телурът е металоидно вещество, проводник електрически ток, полоният е метал.

Кислородът е най-разпространеният елемент

Вече знаем, че съществува друг вид съществуване на същия химичен елемент под формата на просто вещество. Това е озон, газ, който образува слой на височина около 30 км от земната повърхност, често наричан озонов слой. Свързаният кислород е включен във водните молекули, в състава на много скали и минерали, органични съединения.

Структурата на кислородния атом

Периодичната таблица на Менделеев съдържа пълна информация за кислорода:

1. Поредният номер на елемента е 8.
2. Зареждане на ядрото - +8.
3. Общият брой на електроните е 8.
4. Електронната формула на кислорода е 1s 2 2s 2 2p 4 .

В природата има три стабилен изотоп, които имат един и същ сериен номер в периодичната таблица, идентичен състав на протони и електрони, но различен номернеутрони. Изотопите са обозначени със същия символ - O. За сравнение представяме диаграма, отразяваща състава на три кислородни изотопа:

Свойства на кислорода - химичен елемент

На 2p поднивото на атома има два несдвоени електрона, което обяснява появата на окислителни състояния -2 и +2. Двата сдвоени електрона не могат да бъдат разделени, за да се повиши степента на окисление до +4, както при сярата и други халкогени. Причината е липсата на свободно подниво. Следователно в съединенията химичен елементкислородът не показва валентност и степен на окисление, равни на номера на групата в кратка версияпериодична система (6). Обичайното му окислително число е -2.

Само в съединения с флуор кислородът проявява положителна степен на окисление +2, което е нехарактерно за него. Стойността на EO на два силни неметала е различна: EO(O) = 3,5; EO (F) = 4. Като по-електроотрицателен химичен елемент, флуорът задържа електроните си по-силно и привлича валентни частици към кислородните атоми. Следователно, в реакцията с флуора, кислородът е редуциращ агент, той дарява електрони.

Кислородът е просто вещество

Английският изследовател Д. Пристли през 1774 г. по време на експериментите отделя газ при разлагането на живачен оксид. Две години по-рано К. Шеле получава същото вещество в чист вид. Само няколко години по-късно френският химик А. Лавоазие установява какъв вид газ е част от въздуха, изследва свойствата. Химична формулакислород - O 2. Нека да отразим при записа на състава на веществото електроните, участващи в образуването на неполярно ковалентна връзка- Ох ох. Нека заменим всяка свързваща електронна двойка с една линия: O=O. Тази кислородна формула ясно показва, че атомите в молекулата са свързани между две общи двойки електрони.

Нека извършим прости изчисления и да определим какво е относителното молекулно тегло на кислорода: Mr (O 2) = Ar (O) x 2 = 16 x 2 = 32. За сравнение: Mr (въздух) = 29. Химичното вещество формулата на кислорода се различава от един кислороден атом. Това означава, че Mr (O 3) \u003d Ar (O) x 3 \u003d 48. Озонът е 1,5 пъти по-тежък от кислорода.

Физически свойства

Кислородът е безцветен газ без вкус и мирис (при нормална температура и атмосферно налягане). Веществото е малко по-тежко от въздуха; разтворим във вода, но в малки количества. Точката на топене на кислорода е отрицателна и е -218,3 °C. Точката, в която течният кислород се превръща обратно в газообразен, е неговата точка на кипене. За O 2 молекули, стойността на това физическо количестводостига -182,96 °C. В течно и твърдо състояние кислородът придобива светлосин цвят.

Получаване на кислород в лабораторията

При нагряване на съдържащи кислород вещества, като калиев перманганат, безцветен газ, които могат да бъдат събрани в колба или епруветка. Ако поставите запалена факла в чист кислород, тя гори по-ярко, отколкото във въздуха. Други два лабораторни метода за получаване на кислород са разлагането на водороден прекис и калиев хлорат (бертолетова сол). Помислете за схемата на устройството, което се използва за термично разлагане.

В епруветка или колба с кръгло дъно изсипете малко бертолетова сол, затворете с тапа с тръба за изпускане на газ. Противоположният му край трябва да бъде насочен (под вода) към колбата, обърната с главата надолу. Вратът трябва да се спусне в широка чаша или кристализатор, пълна с вода. При нагряване на епруветка с бертолетова сол се отделя кислород. През тръбата за изпускане на газ той влиза в колбата, измествайки водата от нея. Когато колбата се напълни с газ, тя се затваря под вода с тапа и се обръща. Кислородът, получен в този лабораторен експеримент, може да се използва за изследване на химичните свойства на простото вещество.

Изгаряне

Ако лабораторията изгаря вещества в кислород, тогава трябва да знаете и да наблюдавате противопожарни правила. Водородът изгаря мигновено във въздуха и смесен с кислород в съотношение 2:1, той е експлозивен. Изгарянето на вещества в чист кислород е много по-интензивно, отколкото във въздуха. Това явление се обяснява със състава на въздуха. Кислородът в атмосферата е малко повече от 1/5 от частта (21%). Горенето е реакцията на вещества с кислород, в резултат на което се образуват различни продукти, главно оксиди на метали и неметали. Смесите на O 2 с горими вещества са запалими, освен това получените съединения могат да бъдат токсични.

Изгарянето на обикновена свещ (или кибрит) е придружено от образуването на въглероден диоксид. Следното преживяване може да се направи у дома. Ако изгорите вещество под стъклен бурканили голяма чаша, горенето ще спре веднага щом целият кислород се изразходва. Азотът не поддържа дишането и горенето. Въглеродният диоксид, продукт на окисление, вече не реагира с кислорода. Прозрачен ви позволява да откриете присъствието след изгарянето на свещта. Ако продуктите от горенето преминат през калциев хидроксид, разтворът става мътен. Между варовата вода и въглеродния диоксид протича химична реакция, което води до неразтворим калциев карбонат.

Производство на кислород в промишлен мащаб

Най-евтиният процес, който води до безвъздушни O 2 молекули, не включва химични реакции. В промишлеността, да речем, в металургичните заводи, въздухът при ниска температура и високо наляганевтечнявам. Такава основни компонентиатмосфера, подобно на азота и кислорода, кипи при различни температури. Разделете въздушната смес, като постепенно загрявате до нормална температура. Първо се отделят азотни молекули, след това кислород. Методът на разделяне се основава на различни физични свойства на простите вещества. Формулата на простото вещество на кислорода е същата, каквато е била преди охлаждането и втечняването на въздуха - O 2.

В резултат на някои реакции на електролиза се отделя и кислород, който се събира над съответния електрод. Газът е необходим на промишлени и строителни предприятия в големи обеми. Търсенето на кислород непрекъснато нараства, особено в химическата промишленост. Полученият газ се съхранява за промишлени и медицински цели в стоманени бутилки, снабдени с маркировка. Кислородните резервоари са боядисани в синьо или циан, за да ги разграничат от другите. втечнени газове- азот, метан, амоняк.

Химически изчисления по формулата и уравненията на реакциите с участието на O 2 молекули

Числова стойност моларна масакислородът съвпада с друга стойност - относителното молекулно тегло. Само в първия случай има мерни единици. Накратко, формулата за веществото на кислорода и неговата моларна маса трябва да бъде написана, както следва: M (O 2) \u003d 32 g / mol. При нормални условия един мол от газ съответства на обем от 22,4 литра. Това означава, че 1 mol O 2 е 22,4 литра вещество, 2 mol O 2 е 44,8 литра. Според уравнението на реакцията между кислород и водород, може да се види, че 2 мола водород и 1 мол кислород взаимодействат:

Ако 1 mol водород участва в реакцията, тогава обемът на кислорода ще бъде 0,5 mol. 22,4 l / mol \u003d 11,2 l.

Ролята на O 2 молекулите в природата и човешкия живот

Кислородът се консумира от живите организми на Земята и участва в кръговрата на материята от над 3 милиарда години. Това е основното вещество за дишането и обмяната на веществата, с негова помощ става разлагането на молекулите. хранителни вещества, синтезира се необходимата за организмите енергия. Кислородът се консумира постоянно на Земята, но запасите му се попълват чрез фотосинтеза. Руският учен К. Тимирязев смята, че благодарение на този процес животът все още съществува на нашата планета.

Ролята на кислорода в природата и икономиката е голяма:

• абсорбира се в процеса на дишане от живите организми;
• участва в реакциите на фотосинтеза в растенията;
• е част от органични молекули;
• процесите на гниене, ферментация, ръждясване протичат с участието на кислород, който действа като окислител;
• използвани за получаване на ценни продукти от органичен синтез.

Втечненият кислород в бутилки се използва за рязане и заваряване на метали при високи температури. Тези процеси се извършват в машиностроителни заводи, транспорт и строителни фирми. За работа под вода, под земята, върху голяма надморска височинав безвъздушно пространство хората също се нуждаят от O 2 молекули. се използват в медицината за обогатяване на състава на въздуха, вдишван от болни хора. Газът за медицински цели се различава от техническия по почти пълната липса на примеси и миризма.

Кислородът е идеалният окислител

Кислородните съединения са известни с всички химични елементи на периодичната таблица, с изключение на първите представители на семейството благородни газове. Много вещества реагират директно с О атоми, с изключение на халогените, златото и платината. Голямо значениеимат явления, включващи кислород, които са придружени от отделяне на светлина и топлина. Такива процеси се използват широко в ежедневието и индустрията. В металургията взаимодействието на рудите с кислорода се нарича изпичане. Предварително натрошената руда се смесва с обогатен с кислород въздух. При високи температури металите се редуцират от сулфиди до прости вещества. Така се получава желязо и някои цветни метали. Наличието на чист кислород увеличава скоростта технологични процесив различни клонове на химията, технологията и металургията.

Появата на евтин метод за получаване на кислород от въздуха чрез разделяне на компоненти при ниска температура стимулира развитието на много области промишлено производство. Химиците смятат молекулите на O 2 и O атомите за идеални окислители. Това са естествени материали, постоянно се обновяват в природата, не замърсяват заобикаляща среда. Освен това, химична реакцияс участието на кислород най-често завършват със синтеза на друг естествен и безопасен продукт - вода. Ролята на O 2 в неутрализацията на токсичните промишлени отпадъци, пречистването на водата от замърсяване е голяма. В допълнение към кислорода се използва за дезинфекция алотропна модификация— озон. Това просто вещество има висока окислителна активност. Когато водата се озонира, замърсителите се разлагат. Озонът също има пагубен ефект върху патогенната микрофлора.

КИСЛОРОД (лат. Oxygenium), О, химичен елемент от VI група на късата форма (16-та група на дългата форма) на периодичната система, принадлежи към халкогените; атомно число 8, атомна маса 15,9994. Естественият кислород се състои от три изотопа: 16 O (99,757%), 17 O (0,038%) и 18 O (0,205%). Преобладаването на най-леките 16 O изотопи в сместа се дължи на факта, че ядрото на атома 16 O се състои от 8 протона и 8 неутрона. Равен брой протони и неутрони определя високата енергия на тяхното свързване в ядрото и най-голямата стабилност на 16 O ядрата в сравнение с останалите. Радиоизотопите са получени изкуствено с масови числа 12-26.

Справка по история.Кислородът е получен независимо през 1774 г. от K. Scheele (чрез калциниране на калиеви нитрати KNO 3 и натриев NaNO 3 , манганов диоксид MnO 2 и други вещества) и J. Priestley (чрез нагряване на оловен тетроксид Pb 3 O 4 и живачен оксид HgO). По-късно, когато се установи, че кислородът е част от киселините, А. Лавоазие предлага името оксиген (от гръцки όχύς - кисел и γεννάω - раждам, следователно Руско име"кислород").

разпространение в природата.Кислородът е най-разпространеният химичен елемент на Земята: съдържанието на химически свързан кислород в хидросферата е 85,82% (главно под формата на вода), в земната кора-49% от теглото. Известни са повече от 1400 минерала, които съдържат кислород. Сред тях преобладават минералите, образувани от соли на кислород-съдържащи киселини (най-важните класове са естествени карбонати, естествени силикати, естествени сулфати, естествени фосфати) и скали на тяхна основа (например варовик, мрамор), както и различни естествени оксиди, естествени хидроксиди и скали(например базалт). Молекулният кислород съставлява 20,95% от обема (23,10% от масата) от земната атмосфера. Атмосферният кислород е от биологичен произход и се образува в зелени растениясъдържащи хлорофил от вода и въглероден диоксид по време на фотосинтезата. Количеството кислород, отделяно от растенията, компенсира количеството кислород, изразходван в процесите на гниене, горене и дишане.

Кислородът - биогенен елемент - е част от най-важните класове естествени органични съединения (протеини, мазнини, нуклеинова киселина, въглехидрати и др.) и в състава неорганични съединенияскелет.

Имоти. Структурата на външната електронна обвивка на кислородния атом 2s 2 2p 4; в съединенията показва степени на окисление -2, -1, рядко +1, +2; Електроотрицателност по Полинг 3,44 (най-електроотрицателният елемент след флуора); атомен радиус 60 часа вечерта; радиусът на O 2 йона е -121 pm (координационен номер 2). В газообразно, течно и твърдо състояние кислородът съществува във формата двуатомни молекулиОколо 2 . О 2 молекулите са парамагнитни. Съществува и алотропна модификация на кислорода – озон, състояща се от триатомни O 3 молекули.

В основно състояние кислородният атом има четен бройвалентни електрони, два от които не са сдвоени. Следователно кислородът, който няма нискоенергиен свободен d-опбитал, е двувалентен в повечето химични съединения. В зависимост от естеството на химичната връзка и вида на кристалната структура на съединението, координационният номер на кислорода може да бъде различен: O (атомен кислород), 1 (например O 2, CO 2), 2 (например, H2O, H2O2), 3 (напр. H3O+), 4 (напр. Be и Zn оксоацетати), 6 (напр. MgO, CdO), 8 (напр. Na2O, Cs2O). Поради малкия радиус на атома, кислородът е в състояние да образува силни π-връзки с други атоми, например с кислородни атоми (O 2, O 3), въглерод, азот, сяра и фосфор. Следователно за кислорода една двойна връзка (494 kJ/mol) е енергийно по-благоприятна от две прости връзки (146 kJ/mol).

Парамагнетизмът на O 2 молекулите се обяснява с наличието на два несдвоени електрона с паралелни завъртания в двойно изродени антисвързващи π* орбитали. Тъй като в свързващите орбитали на молекулата има четири електрона повече, отколкото в разхлабващите орбитали, редът на връзката в O 2 е 2, т.е. връзката между кислородните атоми е двойна. Ако при фотохимично или химично действие два електрона с противоположни завъртания се появят на една и съща орбитала π *, възниква първото възбудено състояние, разположено с 92 kJ / mol по-висока енергия от основното състояние. Ако при възбуждане на кислороден атом два електрона заемат две различни π* орбитали и имат противоположни спинове, възниква второ възбудено състояние, чиято енергия е 155 kJ/mol по-висока от тази на основното състояние. Възбуждането е придружено от увеличаване на междуатомните O-O разстояния: от 120.74 pm в основно състояние до 121.55 pm за първото и до 122.77 pm за второто възбудено състояние, което от своя страна води до отслабване O-O връзкии до повишаване на реактивността на кислорода. И двете възбудени състояния на молекулата O 2 играят важна роля в окислителните реакции в газовата фаза.

Кислородът е безцветен газ без мирис и вкус; t pl -218,3 ° С, t kip -182,9 ° С, плътност на газообразния кислород 1428,97 kg / dm 3 (при 0 ° С и нормално налягане). Течният кислород е бледосиня течност, твърдият кислород е синьо кристално вещество. При 0 °C топлопроводимостта е 24,65-10 -3 W/(mK), моларният топлинен капацитет при постоянно налягане е 29,27 J/(mol K), пропускливостта на газообразния кислород е 1,000547, а тази на течния кислород е 1,491. Кислородът е слабо разтворим във вода (3,1% кислород по обем при 20°C), лесно разтворим в някои органофлуорни разтворители, като перфлуородекалин (4500% кислород по обем при 0°C). Значително количество кислород се разтваря от благородни метали: сребро, злато и платина. Разтворимостта на газа в разтопено сребро (2200% обемни при 962 ° C) намалява рязко с понижаване на температурата, следователно, когато се охлажда на въздух, сребърната стопилка „кипи“ и се пръска поради интензивното освобождаване на разтворен кислород.

Кислородът е силно реактивен, силен окислител: той взаимодейства с повечето прости вещества при нормални условия, главно с образуването на съответните оксиди (много реакции, които протичат бавно при стайна температура или повече ниски температури, когато се нагряват, са придружени от експлозия и отделяне на голямо количество топлина). Кислородът взаимодейства при нормални условия с водород (образува се вода H 2 O; смеси от кислород с водород са експлозивни - виж Детониращ газ), при нагряване - със сяра (серен диоксид SO 2 и серен триоксид SO 3), въглерод (въглероден оксид CO , въглероден диоксид CO 2), фосфор (фосфорни оксиди), много метали (метални оксиди), особено лесно с алкални и алкалоземни метали (главно метални пероксиди и супероксиди, като бариев пероксид BaO 2, калиев супероксид KO 2). Кислородът взаимодейства с азота при температури над 1200 °C или когато е изложен на електрически разряд (образува се азотен монооксид NO). Индиректно се получават кислородни съединения с ксенон, криптон, халогени, злато и платина. Кислородът не образува химически съединения с хелий, неон и аргон. Течният кислород също е силен окислител: памучната вата, импрегнирана с него, незабавно изгаря при запалване, някои летливи органични вещества са способни да се самозапалят, когато са на разстояние няколко метра от открит съд с течен кислород.

Кислородът образува три йонни форми, всяка от които определя свойствата на отделен клас химични съединения: O 2 - супероксиди (формалното окислително състояние на кислородния атом е -0,5), O 2 - - пероксидни съединения (степента на окисление на кислороден атом е -1, например водороден пероксид H 2 O 2), O 2- - оксиди (степен на окисление на кислородния атом -2). Положителни степени на окисление +1 и +2 кислородът проявява съответно във флуориди О 2 F 2 и OF 2. Кислородните флуориди са нестабилни, те са силни окислители и флуориращи реагенти.

Молекулният кислород е слаб лиганд и добавя към някои Fe, Co, Mn, Cu комплекси. Сред такива комплекси най-важен е железният порфирин, който е част от хемоглобина, протеин, който осъществява пренос на кислород в тялото на топлокръвните животни.

Биологична роля. Кислород, както в свободна форма, така и в различни вещества(например ензими оксидази и оксидоредуктази) участва във всички окислителни процеси, протичащи в живите организми. В резултат на това се откроява голям бройенергия, изразходвана в процеса на живот.

Разписка. В промишлен мащаб кислородът се произвежда чрез втечняване и фракционна дестилация на въздуха (вижте разделяне на въздуха в статията), както и чрез електролиза на вода. При лабораторни условия кислородът се получава чрез разлагане чрез нагряване на водороден прекис (2P 2 O 2 = 2H 2 O + O 2), метални оксиди (например живачен оксид: 2HgO = 2Hg + O 2), соли на кислород- съдържащи окислителни киселини (например калиев хлорат : 2KlO 3 = 2KCl + 3O 2, калиев перманганат: 2KMnO 4 = K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2), чрез електролиза на воден разтвор на NaOH. Газообразният кислород се съхранява и транспортира в стоманени бутилки, боядисани в синьо, при налягане 15 и 42 MPa, течният кислород - в метални съдове на Дюар или в специални резервоари.

Приложение. Техническият кислород се използва като окислител в металургията (виж например процеса на преобразуване на кислород), при газовопламковата обработка на метали (виж например рязане с кислород), в химическа индустрияв производството на изкуствени течни горива, смазочни масла, азотна и сярна киселини, метанол, амоняк и амонячни торове, метални пероксиди и др. Чистият кислород се използва в кислородните дихателни апарати за Космически кораби, подводници, при изкачване на големи височини, извършване на подводни работи, в лечебни целив медицината (виж статията Кислородна терапия). Като окислител се използва течен кислород ракетни горива, по време на взривяване. Водните емулсии на разтвори на газообразен кислород в някои органофлуорни разтворители се предлагат да се използват като изкуствени кръвни заместители (например перфторан).

Литература: Saunders N. Кислород и наелементи от група 16. Oxf., 2003; Дроздов А. А., Зломанов В. П., Мазо Г. Н., Спиридонов Ф. М. Неорганична химия. М., 2004. Т. 2; Шрайвър Д., Аткинс П. Неорганична химия. М., 2004. Т. 1-2.

Въведение

Всеки ден вдишваме въздуха, от който се нуждаем. Замисляли ли сте се какво, по-точно от какви вещества се състои въздухът? Най-вече съдържа азот (78%), следван от кислород (21%) и инертни газове (1%). Въпреки че кислородът не съставлява най-основната част от въздуха, без него атмосферата би била необитаема. Благодарение на него животът съществува на Земята, защото азотът, както заедно, така и поотделно, е пагубен за хората. Нека да разгледаме свойствата на кислорода.

Физични свойства на кислорода

Във въздуха кислородът просто не се различава, тъй като при нормални условия това е газ без вкус, цвят и мирис. Но кислородът може да бъде изкуствено прехвърлен в други агрегатни състояния. И така, при -183 o C става течен, а при -219 o C се втвърдява. Но твърд и течен кислород може да се получи само от човек, а в природата той съществува само в газообразно състояние. изглежда така (снимка). И твърда като лед.

Физичните свойства на кислорода са и структурата на молекулата на простото вещество. Кислородните атоми образуват две такива вещества: кислород (O 2) и озон (O 3). Моделът на кислородна молекула е показан по-долу.

Кислород. Химични свойства

Първото нещо, с което започва химическата характеристика на даден елемент, е неговата позиция в периодичната система на Д. И. Менделеев. И така, кислородът е във 2-ри период на 6-та група на основната подгрупа под номер 8. Неговата атомна маса е 16 amu, той е неметал.

IN неорганична химиянеговите бинарни съединения с други елементи са обединени в отделно - оксиди. може да се образува кислород химични съединениякакто метали, така и неметали.

Нека да поговорим за получаването му в лабораториите.

Химически кислородът може да се получи чрез разлагане на калиев перманганат, водороден прекис, бартолетова сол, нитрати активни металии оксиди на тежки метали. Помислете за уравненията на реакцията за всеки от тези методи.

1. Водна електролиза:

H 2 O 2 \u003d H 2 O + O 2

5. Разлагане на оксиди на тежки метали (напр. живачен оксид):

2HgO \u003d 2Hg + O 2

6. Разлагане на нитрати на активни метали (например натриев нитрат):

2NaNO 3 = 2NaNO 2 + O 2

Приложение на кислород

Приключихме с химичните свойства. Сега е време да поговорим за използването на кислорода в човешкия живот. Необходим е за изгаряне на гориво в електрически и топлоцентрали. Използва се за производство на стомана от чугун и метален скрап, за заваряване и рязане на метал. Кислородът е необходим за маските на пожарникарите, бутилките на водолазите, използва се в черната и цветната металургия и дори в производството на експлозиви. също в Хранително-вкусовата промишленосткислородът е известен като хранителна добавка E948. Изглежда, че няма индустрия, в която да не се използва, но тя играе най-важната роля в медицината. Там го наричат ​​"медицински кислород". За да може кислородът да бъде използваем, той е предварително компресиран. Физичните свойства на кислорода допринасят за това, че той може да бъде компресиран. В тази форма той се съхранява в цилиндри, подобни на тези.

Използва се в интензивно лечение и при операции в оборудване за поддръжка жизнени процесив тялото на болен пациент, както и при лечението на някои заболявания: декомпресия, патологии стомашно-чревния тракт. С негова помощ лекарите всеки ден спасяват много животи. Химически и физични свойствакислород допринасят за това, че се използва толкова широко.