Будова атома кисню. Кисень: хімічні властивості елемента

ВИЗНАЧЕННЯ

Кисень- восьмий елемент Періодичної таблиці. Належить до неметалів. Розташований у другому періоді VI групи A підгрупи.

Порядковий номер дорівнює 8. Заряд ядра дорівнює +8. Атомна вага – 15,999 а.е.м. У природі зустрічаються три ізотопи кисню: 16 O, 17 O та 18 O, з яких найбільш поширеним є 16 O (99,762 %).

Електронна будова атома кисню

Атом кисню має дві оболонки, як і всі елементи, розташовані у другому періоді. Номер групи -VI (Халькоген) - свідчить про те, що на зовнішньому електронному рівні атома азоту знаходиться 6 валентних електронів. Має високу окисну здатність (вище тільки у фтору).

Рис. 1. Схематичне зображення будови атома кисню.

Електронна конфігурація основного стану записується так:

1s 2 2s 2 2p 4 .

Кисень - елемент p-родини. Енергетична діаграма для валентних електронів у незбудженому стані виглядає так:

У кисню є 2 пари спарених електронів і два неспарені електрони. У всіх своїх сполуках кисень виявляє валентність ІІ.

Рис. 2. Просторове зображення будови атома кисню.

Приклади розв'язання задач

ПРИКЛАД 1

ВИЗНАЧЕННЯ

Кисень- Елемент другого періоду VIA групи Періодичної системи хімічних елементів Д.І. Менделєєва, з атомним номером 8. Символ О.

Атомна маса - 16 а. Молекула кисню двоатомна і має формулу - 2

Кисень відноситься до сімейства p-елементів. Електронна конфігурація атома кисню 1s 2 2s 2 2p 4 . У своїх сполуках кисень здатний виявляти кілька ступенів окиснення: -2, -1 (в пероксидах), +2 (F 2 O). Для кисню характерним є прояв явища алотропії – існування у вигляді кількох простих речовин – алотропних модифікацій. Алотропні модифікації кисню – кисень O 2 та озон O 3 .

Хімічні властивості кисню

Кисень є сильним окисником, т.к. для завершення зовнішнього електронного рівняйому не вистачає всього двох електронів, і він легко їх приєднує. За хімічною активністю кисень поступається лише фтору. Кисень утворює сполуки з усіма елементами, крім гелію, неону та аргону. Безпосередньо кисень її набуває реакції взаємодії з галогенами, сріблом, золотом і платиною (їх сполуки отримують непрямим шляхом). Майже всі реакції за участю кисню – екзотермічні. Характерна рисабагатьох реакцій з'єднання з киснем - виділення великої кількості теплоти та світла. Такі процеси називають горінням.

Взаємодія кисню із металами. З лужними металами(крім літію) кисень утворює пероксиди або надпероксиди, з рештою – оксиди. Наприклад:

4Li + O 2 = 2Li 2 O;

2Na + O 2 = Na 2 O 2;

K + O 2 = KO 2;

2 Ca + O 2 = 2 CaO;

4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3;

2Cu + O2 = 2CuO;

3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4 .

Взаємодія кисню із неметалами. Взаємодія кисню з неметалами відбувається при нагріванні; всі реакції екзотермічні, за винятком взаємодії з азотом (реакція ендотермічна, відбувається при 3000С електричної дуги, У природі – при грозовому розряді). Наприклад:

4P + 5O 2 = 2P 2 O 5;

З + O 2 = СО 2;

2Н2 + O2 = 2Н2О;

N 2 + O 2 ↔ 2NO – Q.

Взаємодія зі складними неорганічними речовинами. При горінні складних речовин у надлишку кисню утворюються оксиди відповідних елементів:

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

4NH 3 + 3O 2 = 2N 2 + 6H 2 O(t);

4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O(t, kat);

2PH 3 + 4O 2 = 2H 3 PO 4 (t);

SiH 4 + 2O 2 = SiO 2 + 2H 2 O;

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

Кисень здатний окислювати оксиди та гідроксиди до сполук з більш високим ступенем окиснення:

2CO + O 2 = 2CO 2 (t);

2SO 2 + O 2 = 2SO 3 (t, V 2 O 5);

2NO + O 2 = 2NO 2;

4FeO + O 2 = 2Fe 2 O 3 (t).

Взаємодія із складними органічними речовинами. Практично всі органічні речовини горять, окисляючись киснем повітря до вуглекислого газу та води:

CH 4 + 2O 2 = CO 2 +H 2 O.

Крім реакцій горіння (повне окиснення) можливі також реакції неповного або каталітичного окиснення, у цьому випадку продуктами реакції можуть бути спирти, альдегіди, кетони, карбонові кислотита інші речовини:

Окислення вуглеводів, білків і жирів є джерелом енергії в живому організмі.

Фізичні властивості кисню

Кисень – найпоширеніший елемент землі (47% по масі). У повітрі вміст кисню становить 21% за обсягом. Кисень – складова частинаводи, мінералів, органічних речовин. У рослинних та тваринних тканинах міститься 50 -85 % кисню у вигляді різних сполук.

У вільному стані кисень є газом без кольору, смаку і запаху, погано розчинний у воді (у 100 л води при 20С розчиняється 3 л кисню. Рідкий кисень блакитного кольору, має парамагнітні властивості (втягується в магнітне поле).

Одержання кисню

Розрізняють промислові та лабораторні способи отримання кисню. Так, у промисловості кисень отримують перегонкою рідкого повітря, а до основних лабораторних способів одержання кисню відносять реакції термічного розкладання складних речовин:

2KMnO 4 = 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 = 2KNO 2 + O 2

2KClO 3 = 2KCl +3 O 2

Приклади розв'язання задач

ПРИКЛАД 1

Завдання

При розкладанні 95 г оксиду ртуті (II) утворилося 448 л кисню (н.у.). Обчисліть частку оксиду ртуті (II), що розклався (в мас. %).

Рішення

Запишемо рівняння реакції розкладання оксиду ртуті (II): 2HgO = 2Hg + O2. Знаючи обсяг кисню, що виділився, знайдемо його кількість речовини: міль. Відповідно до рівняння реакції n(HgO):n(O 2) = 2:1, отже, n(HgO) = 2×n(O 2 ) = 0,4 моль. Обчислимо масу оксиду, що розклався. Кількість речовини пов'язано з масою речовини співвідношенням: Молярна маса (молекулярна маса одного моль) оксиду ртуті (II), розрахована з допомогою таблиці хімічних елементів Д.І. Менделєєва – 217 г/моль. Тоді маса оксиду ртуті (II) дорівнює: m(HgO) = n(HgO) × M(HgO) = 0,4 217 = 86,8 р. Визначимо масову частку оксиду, що розклався:

Кисень знаходиться в другому періоді VI головної групизастарілого короткого варіанта періодичної таблиці. За новими стандартами нумерації – це 16 група. Відповідне рішення ухвалено ІЮПАК у 1988 році. Формула кисню як простої речовини- Про 2 . Розглянемо його основні властивості, що у природі та господарстві. Почнемо з характеристики всієї групи періодичної системи, яку очолює кисень. Елемент відрізняється від споріднених йому халькогенів, а вода відрізняється від водневого селену та телуру. Пояснення всім відмінним рисамможна знайти, тільки дізнавшись про будову та властивості атома.

Халькогени - споріднені кисню елементи

Подібні за властивостями атоми утворюють одну групу періодичної системи. Кисень очолює сімейство халькогенів, але відрізняється від них за низкою властивостей.

Атомна маса кисню - родоначальника групи - становить 16 а. е. м. Халькогени при утворенні сполук з воднем і металами виявляють свій звичайний ступінь окиснення: -2. Наприклад, у складі води (Н 2 О) окисне число кисню дорівнює -2.

Склад типових водневих сполук халькогенів відповідає загальній формулі: Н2R. При розчиненні цих речовин утворюються кислоти. Тільки водневе з'єднаннякисню - вода - має особливі властивості. Згідно з висновками вчених, ця незвичайна речовина є дуже слабкою кислотою, і дуже слабкою основою.

Сірка, селен і телур мають типові позитивні ступені окислення (+4, +6) у сполуках з киснем та іншими неметалами, що мають високу електронегативність (ЕО). Склад оксидів халькогенів відображають загальні формули: RO 2 , RO 3 Відповідні їм кислоти мають склад: H 2 RO 3 H 2 RO 4 .

Елементам відповідають прості речовини: кисень, сірка, селен, телур та полоній. Перші три представники виявляють неметалеві властивості. Формула кисню - Про 2 . Алотропна видозміна того ж елемента - озон (3). Обидві модифікації є газами. Сірка та селен - тверді неметали. Теллур - металоїдна речовина, провідник електричного струму, Полоній - метал.

Кисень - найпоширеніший елемент

Ми вже знаємо, що є інший різновид існування того самого хімічного елемента у формі простої речовини. Це озон - газ, що утворює на висоті близько 30 км від поверхні землі шар, який часто називають озоновим екраном. Пов'язаний кисень входить до молекул води, до складу багатьох гірських порід і мінералів, органічних сполук.

Будова атома кисню

Періодична таблиця Менделєєва містить повну інформацію про кисень:

1. Порядковий номер елемента – 8.
2. Заряд ядра - +8.
3. Загальна кількість електронів – 8.
4. Електронна формула кисню - 1s 2 2s 2 2p 4 .

У природі зустрічаються три стабільних ізотопу, які мають однаковий порядковий номер у таблиці Менделєєва, ідентичний склад протонів та електронів, але різне числонейтронів. Позначаються ізотопи одним і тим самим символом - О. Для порівняння наведемо схему, що відображає склад трьох ізотопів кисню:

Властивості кисню – хімічного елемента

На 2р-підрівні атома є два неспарені електрони, що пояснює появу ступенів окислення -2 і +2. Два спарені електрони не можуть роз'єднатися, щоб ступінь окислення зросла до +4, як у сірки та інших халькогенів. Причина - відсутність вільного рівня. Тому у з'єднаннях хімічний елементкисень не виявляє валентність і ступінь окислення, рівні номеру групи в короткому варіантіперіодичної системи (6). Звичайне йому окисне число дорівнює -2.

Тільки з'єднаннях з фтором кисень виявляє нехарактерну йому позитивну ступінь окислення +2. Значення ЕО двох сильних неметалів відрізняється: ЕО(О) = 3,5; ЕО (F) = 4. Як більш негативний хімічний елемент, фтор сильніше утримує свої електрони і притягує валентні частинки на атоми кисню. Тому реакції з фтором кисень є відновником, віддає електрони.

Кисень - проста речовина

Англійський дослідник Д. Прістлі в 1774 в ході дослідів виділив газ при розкладанні оксиду ртуті. Двома роками раніше цю речовину в чистому вигляді отримав К. Шееле. Лише за кілька років французький хімік А. Лавуазьє встановив, що за газ входить до складу повітря, вивчив властивості. Хімічна формулакисню - Про 2 . Відобразимо в записі складу речовини електрони, що беруть участь у утворенні неполярної ковалентного зв'язку- Про::О. Замінимо кожну пов'язуючу електронну пару однією рисою: О=О. Така формула кисню наочно показує, що атоми у молекулі пов'язані між двома загальними парами електронів.

Виконаємо нескладні розрахунки і визначимо, чому дорівнює відносна молекулярна маса кисню: Mr(O 2) = Ar(O) х 2 = 16 х 2 = 32. Для порівняння: Mr(пов.) = 29. Хімічна формула кисню відрізняється від одного атом кисню. Отже, Mr(O 3) = Ar(O) х 3 = 48. Озон у 1,5 раза важчий за кисень.

Фізичні властивості

Кисень - це газ без кольору, смаку і запаху (при звичайній температурі та тиску, що дорівнює атмосферному). Речовина трохи важча за повітря; розчиняється у воді, але у невеликих кількостях. Температура плавлення кисню є негативною величиною та становить -218,3 °C. Крапка, у якій рідкий кисень знову перетворюється на газоподібний, - це його температура кипіння. Для молекул О 2 значення цієї фізичної величинидосягає -182,96 °C. У рідкому і твердому стані кисень набуває світло-синього забарвлення.

Одержання кисню у лабораторії

При нагріванні кисневмісних речовин, наприклад перманганату калію, виділяється безбарвний газякий можна зібрати в колбу або пробірку. Якщо внести в чистий кисень запалену лучину, вона горить яскравіше, ніж у повітрі. Два інші лабораторні способи одержання кисню - розкладання пероксиду водню та хлорату калію (бертолетової солі). Розглянемо схему пристрою, який застосовується для термічного розкладання.

У пробірку чи круглодонну колбу треба насипати трохи бертолетової солі, закрити пробкою із газовідвідною трубочкою. Її протилежний кінець слід направити (під водою) у перекинуту вгору дном колбу. Шийка повинна бути опущена в широку склянку або кристалізатор, наповнений водою. При нагріванні пробірки з бертолетової сіллю виділяється кисень. По газовідвідній трубці він надходить у колбу, витісняючи з неї воду. Коли колба наповниться газом, її закривають під водою пробкою та перевертають. Отриманий у цьому лабораторному досвіді кисень можна використовуватиме вивчення хімічних властивостей простої речовини.

Горіння

Якщо в лабораторії проводиться спалювання речовин у кисні, то потрібно знати та дотримуватися протипожежні правила. Водень миттєво згорає в повітрі, а змішаний із киснем у співвідношенні 2:1, він вибухонебезпечний. Горіння речовин у чистому кисні відбувається набагато інтенсивніше, ніж у повітрі. Пояснюється це складом повітря. Кисень у атмосфері становить трохи більше 1/5 частини (21%). Горіння — це реакція речовин із киснем, у яких утворюються різні продукти, переважно оксиди металів і неметалів. Пожаронебезпечні суміші Про 2 з горючими речовинами, крім того, сполуки, що виходять, можуть бути токсичними.

Горіння звичайної свічки (або сірника) супроводжується утворенням діоксиду вуглецю. Наступний досвід можна провести у домашніх умовах. Якщо спалювати речовину під скляною банкоюабо великою склянкою, то горіння припиниться, як тільки витрачено весь кисень. Азот не підтримує дихання та горіння. Вуглекислий газ - продукт окиснення - більше не вступає в реакцію з киснем. Прозора дає змогу виявити присутність після горіння свічки. Якщо пропускати продукти горіння через гідроксид кальцію, розчин каламутніє. Відбувається хімічна реакція між вапняною водою та вуглекислим газом, виходить нерозчинний карбонат кальцію.

Одержання кисню у промислових масштабах

Найдешевший процес, в результаті якого виходять вільні від повітря молекули О 2 не пов'язаний з проведенням хімічних реакцій. У промисловості, скажімо, на металургійних комбінатах, повітря при низькій температурі та високому тискузріджують. Такі найважливіші компонентиатмосфери, як азот і кисень, киплять при різних температурах. Поділяють повітряну суміш при поступовому нагріванні до нормальної температури. Спочатку виділяються молекули азоту, потім кисню. Спосіб поділу ґрунтується на різних фізичних властивостях простих речовин. Формула простої речовини кисню така ж, як була до охолодження та зрідження повітря, - Про 2 .

Внаслідок деяких реакцій електролізу теж виділяється кисень, його збирають над відповідним електродом. Газ потрібний промисловим, будівельним підприємствам у великих обсягах. Потреби в кисні постійно зростають, особливо потребує його хімічна промисловість. Зберігають отриманий газ для виробничих та медичних цілей у сталевих балонах, з маркуванням. Ємності з киснем фарбують у синій або блакитний колір, щоб відрізняти від інших зріджених газів- азоту, метану, аміаку.

Хімічні розрахунки за формулою та рівняннями реакцій за участю молекул О 2

Чисельне значення молярної масикисню збігається з іншою величиною - відносною молекулярною масою. Тільки першому випадку присутні одиниці виміру. Коротко формула речовини кисню та її молярної маси має бути записана так: М(О 2) = 32 г/моль. За нормальних умов молю будь-якого газу відповідає обсяг 22,4 л. Значить, 1 моль 2 - це 22,4 л речовини, 2 моль 2 - 44,8 л. По рівнянню реакції між киснем і воднем можна помітити, що взаємодіють 2 моля водню та 1 моль кисню:

Якщо реакції бере участь 1 моль водню, то обсяг кисню складе 0,5 моль. 22,4 л/моль = 11,2 л.

Роль молекул Про 2 у природі та житті людини

Кисень споживається живими організмами на Землі та бере участь у кругообігу речовин понад 3 млрд років. Це головна речовина для дихання та метаболізму, за його допомогою відбувається розкладання молекул поживних речовинсинтезується необхідна для організмів енергія Кисень постійно витрачається Землі, та його запаси поповнюються завдяки фотосинтезу. Російський учений К. Тімірязєв ​​вважав, що завдяки цьому процесу досі існує життя нашій планеті.

Велика роль кисню в природі та господарстві:

• поглинається у процесі дихання живими організмами;
• бере участь у реакціях фотосинтезу у рослинах;
• входить до складу органічних молекул;
• процеси гниття, бродіння, іржавіння протікають за участю кисню, що виступає як окисник;
• використовується отримання цінних продуктів органічного синтезу.

Зріджений кисень у балонах використовують для різання та зварювання металів за високих температур. Ці процеси проводять на машинобудівних заводах, на транспортних та будівельних підприємствах. Для проведення робіт під водою, під землею, на великій висотіу безповітряному просторі люди також потребують молекул О 2 . застосовуються в медицині для збагачення складу повітря, що вдихається хворими людьми. Газ для медичних цілей відрізняється від технічного практично повною відсутністю сторонніх домішок, запаху.

Кисень - ідеальний окисник

Відомі сполуки кисню з усіма хімічними елементами таблиці Менделєєва, крім перших представників сімейства благородних газів. Багато речовин безпосередньо вступають у реакції з атомами О, виключаючи галогени, золото і платину. Велике значеннямають явища за участю кисню, які супроводжуються виділенням світла та тепла. Такі процеси широко використовуються у побуті, промисловості. У металургії взаємодію руд із киснем називають випалом. Попередньо подрібнену руду змішують із повітрям, збагаченим киснем. За високих температур відбувається відновлення металів із сульфідів до простих речовин. Так отримують залізо та деякі кольорові метали. Присутність чистого кисню підвищує швидкість технологічних процесіву різних галузях хімії, техніки та металургії.

Поява дешевого способу одержання кисню з повітря методом поділу на компоненти за низької температури стимулювало розвиток багатьох напрямків промислового виробництва. Хіміки вважають молекули ПРО 2 і атоми ПРО ідеальними окисними агентами. Це природні матеріали, вони постійно відновлюються у природі, не забруднюють навколишнє середовище. Крім того, хімічні реакціїза участю кисню найчастіше завершуються синтезом ще одного натурального та безпечного продукту – води. Велика роль О 2 у знешкодженні токсичних виробничих відходів, очищенні води від забруднень. Крім кисню, для знезараження використовується його алотропна модифікація- Озон. Ця проста речовина має високу окисну активність. При озонуванні води розкладаються забруднюючі речовини. Озон також згубно діє хвороботворну мікрофлору.

КИСЛОРОД (латинський Oxygenium), О, хімічний елемент VI групи короткої форми (16-ї групи довгої форми) періодичної системи, відноситься до халькогенів; атомний номер 8 атомна маса 15,9994. Природний кисень складається з трьох ізотопів: 16 О (99,757%), 17 О (0,038%) та 18 О (0,205%). Переважання в суміші ізотопів найлегшого 16 Про пов'язано з тим, що ядро ​​атома 16 Про складається з 8 протонів та 8 нейтронів. Рівна кількість протонів і нейтронів обумовлює високу енергію їхнього зв'язку в ядрі і найбільшу стабільність ядер 16 Про проти іншими. Штучно отримані радіоізотопи з масовими числами 12-26.

Історична довідка.Кисень отримали в 1774 незалежно К. Шееле (шляхом прожарювання нітратів калію КNО 3 і натрію NaNO 3 , діоксиду марганцю MnO 2 та інших речовин) і Дж. Прістлі (при нагріванні тетраоксиду свинцю Pb 3 Про 4 і оксиду ртуті HgO). Пізніше, коли було встановлено, що кисень входить до складу кислот, А. Лавуазьє запропонував назву oxygène (від грецького όχύς - кислий і γεννάω - народжую, звідси і російська назва"кисень").

Поширеність у природі.Кисень - найпоширеніший хімічний елемент Землі: вміст хімічно пов'язаного кисню у гідросфері становить 85,82% (переважно як води), в земної кори-49% за масою. Відомо понад 1400 мінералів, до складу яких входить кисень. Серед них переважають мінерали, утворені солями кисневмісних кислот (найважливіші класи - карбонати природні, силікати природні, сульфати природні, фосфати природні), та гірські породи на їх основі (наприклад, вапняк, мармур), а також різні оксиди природні, гідроксиди природні гірські породи(Наприклад, базальт). Молекулярний кисень становить 20,95% за обсягом (23,10% за масою) земної атмосфери. Кисень атмосфери має біологічне походження і утворюється в зелених рослинах, що містять хлорофіл, з води та діоксиду вуглецю при фотосинтезі Кількість кисню, що виділяється рослинами, компенсує кількість кисню, що витрачається у процесах гниття, горіння, дихання.

Кисень - біогенний елемент - входить до складу найважливіших класів природних органічних сполук (білків, жирів, нуклеїнових кислот, вуглеводів та ін.) та до складу неорганічних сполукскелета.

Властивості. Будова зовнішньої електронної оболонки атома кисню 2s 2 2р 4; у сполуках виявляє ступеня окиснення -2, -1, рідко +1, +2; електронегативність за Полінгом 3,44 (найбільш електронегативний елемент після фтору); атомний радіус 60 пм; радіус іона О 2 -121 пм (координаційне число 2). У газоподібному, рідкому та твердому станах кисень існує у вигляді двоатомних молекулПро 2 . Молекули О 2 парамагнітні. Існує також алотропна модифікація кисню - озон, що складається з трихатомних молекул 3 .

В основному стан атом кисню має парне числовалентних електронів, два з яких не спарені. Тому кисень, що не має низької по енергії вакантної d-опбіталі, у більшості хімічних сполук двовалентний. Залежно від характеру хімічного зв'язку та типу кристалічної структури сполуки координаційне число кисню може бути різним: О (атомарний кисень), 1 (наприклад, О 2 , СО 2), 2 (наприклад, Н 2 О, Н 2 О 2), 3 (наприклад, Н 3 Про +), 4 (наприклад, оксоацетати Be та Zn), 6 (наприклад, MgO, CdO), 8 (наприклад, Na 2 Про, Cs 2 Про). За рахунок невеликого радіусу атома кисень здатний утворювати міцні π-зв'язки з іншими атомами, наприклад з атомами кисню (2, 3), вуглецю, азоту, сірки, фосфору. Тому для кисню один подвійний зв'язок (494 кДж/моль) енергетично вигідніший, ніж дві прості (146 кДж/моль).

Парамагнетизм молекул О 2 пояснюється наявністю двох неспарених електронів з паралельними спинами на двічі вироджених розпушують π*-орбіталях. Оскільки на зв'язуючих орбіталях молекули знаходиться на чотири електрони більше, ніж на розпушують, порядок зв'язку в 2 дорівнює 2, тобто зв'язок між атомами кисню подвійна. Якщо при фотохімічному або хімічному впливі на одній π*-орбіталі виявляються два електрони з протилежними спинами, виникає перше збуджене стан, енергії розташоване на 92 кДж/моль вище основного. Якщо при збудженні атома кисню два електрони займають дві різні π*-орбіталі і мають протилежні спини, виникає другий збуджений стан, енергія якого на 155 кДж/моль більша, ніж основного. Порушення супроводжується збільшенням міжатомних відстаней О-О: від 120,74 пм в основному стані до 121,55 пм для першого та до 122,77 пм для другого збудженого стану, що, у свою чергу, призводить до послаблення зв'язку О-Ота до посилення хімічної активності кисню. Обидва збуджені стани молекули О 2 відіграють важливу роль у реакціях окиснення в газовій фазі.

Кисень - газ без кольору, запаху та смаку; t пл -218,3 ° С, t кіп -182,9 ° С, щільність газоподібного кисню 1428,97 кг/дм 3 (при 0 ° С та нормальному тиску). Рідкий кисень – блідо-блакитна рідина, твердий кисень – синя кристалічна речовина. При 0 °С теплопровідність 24,65-10 -3 Вт/(мК), молярна теплоємність при постійному тиску 29,27 Дж/(моль·К), діелектрична проникність газоподібного кисню 1,000547, рідкого 1,491. Кисень погано розчинний у воді (3,1% кисню за обсягом при 20°С), добре розчинний у деяких фторорганічних розчинниках, наприклад, перфтордекаліні (4500% кисню за обсягом при 0°С). Значну кількість кисню розчиняють шляхетні метали: срібло, золото та платина. Розчинність газу в розплавленому сріблі (2200% за обсягом при 962 ° С) різко знижується зі зменшенням температури, тому при охолодженні на повітрі розплав срібла «закипає» і розбризкується внаслідок інтенсивного виділення розчиненого кисню.

Кисень має високу реакційну здатність, сильний окислювач: взаємодіє з більшістю простих речовин за нормальних умов, в основному з утворенням відповідних оксидів (багато реакцій, що протікають повільно при кімнатній і більше низьких температурах, при нагріванні супроводжуються вибухом та виділенням великої кількості теплоти). Кисень взаємодіє за нормальних умов з воднем (утворюється вода Н 2 Про; суміші кисню з воднем вибухонебезпечні - дивись Гримучий газ), при нагріванні - з сіркою (сірки діоксид SO 2 і сірки триоксид SO 3), вуглецем (вуглецю оксид СО, вуглецю діоксид СО 2), фосфором (фосфору оксиди), багатьма металами (оксиди металів), особливо легко з лужними і лужноземельними (в основному пероксиди і надпероксиди металів, наприклад пероксид барію ВА 2 надпероксид калію КО 2). З азотом кисень взаємодіє при температурі вище 1200 ° С або за впливу електричного розряду (утворюється монооксид азоту NO). Сполуки кисню з ксеноном, криптоном, галогенами, золотом і платиною отримують непрямим шляхом. Кисень не утворює хімічних сполук із гелієм, неоном та аргоном. Рідкий кисень також є сильним окислювачем: просочена ним вата при підпалюванні миттєво згоряє, деякі леткі органічні речовини здатні займатися самозайманням, коли знаходяться на відстані декількох метрів від відкритої судини з рідким киснем.

Кисень утворює три іонні форми, кожна з яких визначає властивості окремого класу хімічних сполук: Про 2 - супероксидів (формальний ступінь окислення атома кисню -0,5), Про 2 - пероксидних сполук (ступінь окислення атома кисню -1, наприклад водню пероксид Н 2 Про 2), Про 2 - оксидів (ступінь окислення атома кисню -2). Позитивні ступені окислення +1 і +2 кисень виявляє у фторидах О 2 F 2 та OF 2 відповідно. Фториди кисню є нестійкими, є сильними окислювачами та фторуючими реагентами.

Молекулярний кисень є слабким лігандом і приєднується до деяких комплексів Fe, C, Mn, Cu. Серед таких комплексів найбільш важливим є залізопорфірин, що входить до складу гемоглобіну - білка, який здійснює перенесення кисню в організмі теплокровних.

Біологічна роль. Кисень як у вільному вигляді, так і у складі різних речовин(наприклад, ферментів оксидаз та оксидоредуктаз) бере участь у всіх окисних процесах, що протікають у живих організмах. В результаті виділяється велика кількістьенергії, що витрачається у процесі життєдіяльності.

Отримання. У промислових масштабах кисень виробляють шляхом зрідження та фракційної перегонки повітря (дивись у статті Повітря поділ), а також електролізом води. В лабораторних умовах кисень отримують розкладанням при нагріванні пероксиду водню (2Р 2 О 2 = 2Н 2 О + О 2), оксидів металів (наприклад, оксиду ртуті: 2HgO = 2Hg + О 2), солей кисневмісних кислот-окислювачів (наприклад, хлорату кал : 2КlO 3 = 2KCl + 3О 2 перманганату калію: 2KMnO 4 = К 2 MnO 4 + MnO 2 + О 2), електролізом водного розчину NaOH. Газоподібний кисень зберігають і транспортують у сталевих балонах, пофарбованих у блакитний колір, при тиску 15 і 42 МПа, рідкий кисень - у металевих судинах Дьюара або спеціальних цистернах-танках.

Застосування. Технічний кисень використовують як окислювач у металургії (дивись, наприклад, Киснево-конвертерний процес), при газополум'яній обробці металів (дивись, наприклад, Кисневе різання), хімічної промисловостіпри отриманні штучного рідкого палива, мастил, азотної та сірчаної кислот, метанолу, аміаку та аміачних добрив, пероксидів металів та ін. Чистий кисень використовують у киснево-дихальних апаратах на космічних кораблях, підводних човнах, при підйомі на великі висоти, проведенні підводних робіт, лікувальних ціляху медицині (дивись у статті Оксигенотерапія). Рідкий кисень застосовують як окисник ракетних палив, під час вибухових робіт. Водні емульсії розчинів газоподібного кисню в деяких фторорганічних розчинниках запропоновано використовувати як штучні кровозамінники (наприклад, перфторан).

Літ.: Saunders N. Oxygen and the elements of group 16. Oxf., 2003; Дроздов А. А., Зломанів В. П., Мазо Г. Н., Спірідонов Ф. М. Неорганічна хімія. М., 2004. Т. 2; Шрайвер Д., Еткінс П. Неорганічна хімія. М., 2004. Т. 1-2.

Вступ

Щодня ми вдихаємо таке необхідне нам повітря. А ви ніколи не замислювалися про те, з чого, точніше, з яких речовин, складається повітря? Найбільше в ньому азоту (78%), далі йде кисень (21%) та інертні гази (1%). Хоч кисень і не становить найголовнішої частини повітря, але без нього атмосфера була б непридатною для життя. Завдяки йому на Землі існує життя, адже азот і разом і окремо згубні для людини. Давайте розглянемо властивості кисню.

Фізичні властивості кисню

У повітрі кисень просто так не розрізниш, тому що у звичайних умовах він є газом без смаку, кольору та запаху. Але кисень можна штучним шляхом перевести до інших агрегатних станів. Так, при -183 про З він стає рідким, а при -219 про З твердне. Але твердий і рідкий кисень може отримати лише людина, а в природі вона існує лише у газоподібному стані. виглядає так (фото). А тверда схожа на лід.

Фізичні властивості кисню - це й будова молекули простої речовини. Атоми кисню утворюють дві такі речовини: кисень (2) і озон (3). Нижче показано модель молекули кисню.

Кисень. Хімічні властивості

Перше, з чого починається хімічна характеристика елемента - його становище у періодичній системі Д. І. Менделєєва. Отже, кисень знаходиться у 2 періоді 6 групі головній підгрупі під номером 8. Його атомна маса - 16 а.е.м, він є неметал.

В неорганічної хіміїйого бінарні з'єднання з іншими елементами об'єднали в окремий оксиди. Кисень може утворювати хімічні сполукияк з металами, і з неметалами.

Поговоримо про його отримання у лабораторіях.

Хімічним шляхом кисень можна отримати за допомогою розкладання перманганату калію, пероксиду водню, бертолетової солі, нітратів. активних металівта оксидів важких металів. Розглянемо рівняння реакцій при застосуванні кожного із цих способів.

1. Електроліз води:

Н 2 О 2 = Н 2 О + О 2

5. Розкладання оксидів важких металів (наприклад, оксиду ртуті):

2HgO = 2Hg + O 2

6. Розкладання нітратів активних металів (наприклад, нітрату натрію):

2NaNO 3 = 2NaNO 2 + O 2

Застосування кисню

Із хімічними властивостями ми закінчили. Тепер настав час поговорити про застосування кисню в житті людини. Він потрібний для спалювання палива в електричних та теплових станціях. Його використовують для отримання сталі з чавуну та металобрухту, для зварювання та різання металу. Кисень потрібен для масок пожежних, для балонів водолазів, застосовується у чорній та кольоровій металургі та навіть у виготовленні вибухових речовин. також в харчової промисловостікисень відомий як харчова добавка Е948. Здається, немає галузі, де б він не використовувався, але найважливішу роль він грає в медицині. Там він так і називається – "кисень медичний". Для того, щоб кисень був придатний для використання, його попередньо стискають. Фізичні властивості кисню сприяють тому, що його можна стиснути. У подібному вигляді він зберігається всередині балонів, подібних до таких.

Його використовують у реанімації та на операціях в апаратурі для підтримки життєвих процесівв організмі хворого пацієнта, а також при лікуванні деяких хвороб: декомпресійної, патологій шлунково-кишкового тракту. З його допомогою лікарі щодня рятують багато життів. Хімічні та Фізичні властивостікисню сприяють з того що його використовують так широко.