Един от най-важните елементи на нашата планета е кислородът. Химичните свойства на това вещество му позволяват да участва в биологични процеси, а повишената му активност прави кислорода важен участник във всички известни химични реакции. В свободно състояние това вещество се намира в атмосферата. В свързано състояние кислородът е част от минерали, скали и сложни вещества, които изграждат различни живи организми. Общото количество кислород на Земята се оценява на 47% от общата маса на нашата планета.
Обозначаване на кислород
В периодичната таблица кислородът заема осмата клетка на тази таблица. Международното му име е оксигениум. В химическите обозначения се обозначава с латинската буква "O". Атомарният кислород не се среща в естествената среда; неговите частици се комбинират, за да образуват сдвоени газови молекули, чието молекулно тегло е 32 g/mol.
Въздух и кислород
Въздухът е смес от няколко газа, често срещани на Земята. По-голямата част от азота във въздушната маса е 78,2% по обем и 75,5% по маса. Кислородът е едва на второ място по обем - 20,9%, и по маса - 23,2%. Третото място е отредено на благородните газове. Останалите примеси - въглероден диоксид, водна пара, прах и др. - заемат само части от процента от общата въздушна маса.
Цялата маса на естествения кислород е смес от три изотопа - 16 O, 17 O, 18 O. Процентът на тези изотопи в общата маса на кислорода е съответно 99,76%, 0,04% и 0,2%.
Физични и химични свойства на кислорода
Един литър въздух при нормални условия тежи 1,293 g. Когато температурата падне до -140⁰C, въздухът се превръща в безцветна прозрачна течност. Въпреки ниската точка на кипене, въздухът може да се поддържа в течно състояние дори при стайна температура. За да направите това, течността трябва да се постави в така наречената колба на Дюар. Потапянето в течен кислород коренно променя нормалните свойства на обектите.
Кислородът се разтваря във вода, макар и в малки количества - морската вода съдържа 3-5% кислород. Но дори толкова малко количество от този газ е довело до съществуването на риби, миди и различни морски организми, които получават кислород от водата, за да поддържат собствените си процеси на поддържане на живота.
Строеж на кислородния атом
Описаните свойства на кислорода се обясняват предимно с вътрешната структура на този елемент.
Кислородът принадлежи към основната подгрупа на шестата група елементи на периодичната таблица. Външният електронен облак на даден елемент съдържа шест електрона, четири от които заемат p орбитали, а останалите два са разположени в s орбитали. Тази вътрешна структура причинява големи енергийни разходи, насочени към разрушаване на електронните връзки - за кислородния атом е по-лесно да заеме два липсващи електрона на външната орбитала, отколкото да се откаже от своите шест. Следователно ковалентността на кислорода в повечето случаи е две. Благодарение на два свободни електрона, кислородът лесно образува двуатомни молекули, които се характеризират с висока якост на връзката. Само при приложена енергия над 498 J/mol молекулите се разпадат и се образува атомарен кислород. Химичните свойства на този елемент му позволяват да реагира с всички известни вещества, с изключение на хелий, неон и аргон. Скоростта на взаимодействие зависи от температурата на реакцията и естеството на веществото.
Химични свойства на кислорода
Кислородът реагира с различни вещества, образувайки оксиди, като тези реакции са характерни както за металите, така и за неметалите. Съединенията на кислорода с металите се наричат основни оксиди - класически примери са магнезиевият оксид и калциевият оксид. Взаимодействието на металните оксиди с водата води до образуването на хидроксиди, потвърждаващи активните химични свойства на кислорода. С неметалите това вещество образува киселинни оксиди - например серен триоксид SO 3. Когато този елемент реагира с вода, се получава сярна киселина.
Химическа активност
Кислородът взаимодейства директно с по-голямата част от елементите. Изключение правят златото, халогените и платината. Взаимодействието на кислорода с определени вещества значително се ускорява в присъствието на катализатори. Например, смес от водород и кислород в присъствието на платина реагира дори при стайна температура. С оглушителен взрив сместа се превръща в обикновена вода, важен компонент на която е кислородът. Химичните свойства и високата активност на елемента обясняват отделянето на големи количества светлина и топлина, поради което химичните реакции с кислород често се наричат горене.
Изгарянето в чист кислород протича много по-интензивно, отколкото във въздуха, въпреки че количеството топлина, отделена по време на реакцията, ще бъде приблизително същото, но процесът, поради липсата на азот, протича много по-бързо и температурата на горене става по-висока.
Получаване на кислород
През 1774 г. английският учен Д. Пристли изолира неизвестен газ от реакцията на разлагане на живачен оксид. Но ученият не свързва отделяния газ с вече известно вещество, което е част от въздуха. Само няколко години по-късно великият Лавоазие изследва физикохимичните свойства на получения при тази реакция кислород и доказва неговата идентичност с газа, който е част от въздуха. В съвременния свят кислородът се получава от въздуха. В лабораториите използвам промишлен кислород, който се доставя в бутилки при налягане около 15 MPa. Чист кислород може да се получи и в лабораторни условия; стандартният метод за получаването му е термично разлагане на калиев перманганат, което протича по формулата:
Производство на озон
Ако електричеството премине през кислород или въздух, в атмосферата ще се появи характерна миризма, предвещаваща появата на ново вещество - озон. Озонът може да се получи и от химически чист кислород. Образуването на това вещество може да се изрази с формулата:
Тази реакция не може да протече самостоятелно; за нейното успешно завършване е необходима външна енергия. Но обратното превръщане на озона в кислород става спонтанно. Химичните свойства на кислорода и озона се различават по много начини. Озонът се различава от кислорода по плътност, точки на топене и кипене. При нормални условия този газ е син на цвят и има характерна миризма. Озонът има по-висока електропроводимост и е по-разтворим във вода от кислорода. Химичните свойства на озона се обясняват с процеса на неговото разлагане - по време на разлагането на молекула от това вещество се образува двуатомна молекула кислород плюс един свободен атом на този елемент, който реагира агресивно с други вещества. Известна е например реакцията между озон и кислород: 6Ag+O 3 =3Ag 2 O
Но обикновеният кислород не се свързва със среброто дори при високи температури.
В природата активното разпадане на озона е изпълнено с образуването на така наречените озонови дупки, които застрашават жизнените процеси на нашата планета.
Кислородът подпомага процесите на дишане и горене. Много неметали горят в кислород. Например въглищата горят във въздуха, взаимодействайки с кислорода. В резултат на тази реакция се образува въглероден диоксид и се отделя топлина. Известно е, че топлината се обозначава с буквата "Q". Ако топлината се отделя в резултат на реакция, тогава в уравнението се записва "Q"; ако се абсорбира, тогава "-Q".
Топлината, която се отделя или абсорбира по време на химическа реакция, се нарича термична ефектът от химическа реакция.
Реакциите, протичащи с отделянето на топлина, се наричат екзотермичен.
Реакциите, които протичат с поглъщането на топлина, се наричат ендотермичен.
Взаимодействие на кислород с неметали
Уравнение на реакцията за изгаряне на въглища във въздуха:
CO 2 = CO 2 Q
Ако изгорите въглища в съд с кислород, тогава въглищата ще изгорят по-бързо, отколкото във въздуха. Тоест скоростта на изгаряне на въглищата в кислород е по-висока, отколкото във въздуха.
Сярата също гори във въздуха и също се отделя топлина. Това означава, че реакцията между сяра и кислород може да се нарече екзотермична. В чистия кислород сярата гори по-бързо, отколкото във въздуха.
Уравнение за изгаряне на сяра в кислород, ако това води до образуването на серен оксид (IV) :
S O 2 = SO 2 Q
По подобен начин е възможно да се извърши реакцията на изгаряне на фосфор във въздух или кислород. Тази реакция също е екзотермична. Неговото уравнение, ако в резултат се образува фосфорен (V) оксид:
4P 5O 2 = 2P 2 O 5 Q
Взаимодействие на кислород с метали
Някои метали могат да горят в кислородна атмосфера. Например, желязото изгаря в кислород, за да образува желязо:
3Fe 2O 2 = Fe 3 O 4 Q
Но медта не гори в кислород, а се окислява от кислород при нагряване. В този случай се образува меден (II) оксид:
2CuO2 = 2CuO
Взаимодействие на кислорода със сложни вещества
Кислородът е способен да реагира не само с прости, но и със сложни вещества.
Природният газ метан изгаря в кислород, за да образува въглероден оксид (IV) и вода:
CH 4 2O 2 = CO 2 2H 2 O Q
При непълно изгаряне на метан (при условия на недостатъчен кислород) се образува не въглероден диоксид, а въглероден оксид CO. Въглеродният окис е токсично вещество, което е изключително опасно за хората, т.к човекът не усеща токсичния му ефект, но бавно заспива със загуба на съзнание.
Реакциите на прости и сложни вещества с кислород се наричат окисление. Когато простите и сложните вещества взаимодействат с кислорода, като правило се образуват сложни вещества, състоящи се от два елемента, единият от които е кислород. Тези вещества се наричат оксиди.
1. Сборник задачи и упражнения по химия: 8. клас: за учеб. П.А. Оржековски и др. „Химия. 8 клас” / П.А. Оржековски, Н.А. Титов, Ф.Ф. Хегел. – М.: АСТ: Астрел, 2006. (с.70-74)
2. Ушакова О.В. Работна тетрадка по химия: 8. клас: към учебника на П.А. Оржековски и др. „Химия. 8 клас” / О.В. Ушакова, П.И. Беспалов, П.А. Оржековски; под. изд. проф. П.А. Оржековски - М.: АСТ: Астрел: Профиздат, 2006. (с.68-70)
3. Химия. 8 клас. Учебник за общо образование институции / П.А. Оржековски, Л.М. Мещерякова, М.М. Шалашова. – М.: Астрел, 2012. (§21)
4. Химия: 8. клас: учеб. за общо образование институции / П.А. Оржековски, Л.М. Мещерякова, Л.С. Понтак. М.: АСТ: Астрел, 2005. (§28)
5. Химия: неорганична. химия: учебник. за 8 клас общо образование заведение /Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фелдман. – М.: Образование, OJSC „Московски учебници“, 2009. (§20)
6. Енциклопедия за деца. Том 17. Химия / Глава. ред.В.А. Володин, Вед. научен изд. И. Леенсън. – М.: Аванта, 2003.
Сред всички вещества на Земята специално място заема това, което осигурява живота - кислородният газ. Именно нейното присъствие прави нашата планета уникална сред всички останали, специална. Благодарение на това вещество в света живеят толкова много красиви същества: растения, животни, хора. Кислородът е абсолютно незаменимо, уникално и изключително важно съединение. Затова ще се опитаме да разберем какво е това, какви характеристики има.
Особено често се използва първият метод. В края на краищата голяма част от този газ може да се отдели от въздуха. Въпреки това няма да е напълно чисто. Ако е необходим продукт с по-високо качество, тогава се използват процеси на електролиза. Суровината за това е вода или основа. За повишаване на електропроводимостта на разтвора се използва натриев или калиев хидроксид. Като цяло същността на процеса се свежда до разграждането на водата.
Получава се в лаборатория
Сред лабораторните методи методът на топлинна обработка е широко използван:
- пероксиди;
- соли на кислородсъдържащи киселини.
При високи температури те се разлагат, освобождавайки кислород. Процесът най-често се катализира от манганов (IV) оксид. Кислородът се събира чрез изместване на вода и се открива от тлееща треска. Както знаете, в кислородна атмосфера пламъкът пламва много ярко.
Друго вещество, използвано за производство на кислород в уроците по химия в училище, е водородният пероксид. Дори 3% разтвор под въздействието на катализатор незабавно се разлага, освобождавайки чист газ. Просто трябва да имате време да го съберете. Катализаторът е същият - манганов оксид MnO 2.
Най-често използваните соли са:
- Бертолетова сол или калиев хлорат;
- калиев перманганат или калиев перманганат.
Уравнение може да се използва за описание на процеса. Отделя се достатъчно кислород за лабораторни и изследователски нужди:
2KClO 3 = 2KCl + 3O 2.
Алотропни модификации на кислорода
Има една алотропна модификация, която има кислородът. Формулата на това съединение е O 3, нарича се озон. Това е газ, който се образува в естествени условия при излагане на ултравиолетово лъчение и мълниеотводи върху кислорода на въздуха. За разлика от самия O2, озонът има приятна миризма на свежест, която се усеща във въздуха след дъжд със светкавици и гръмотевици.
Разликата между кислорода и озона е не само в броя на атомите в молекулата, но и в структурата на кристалната решетка. Химически озонът е още по-силен окислител.
Кислородът е компонент на въздуха
Разпределението на кислорода в природата е много широко. Кислородът се намира в:
- скали и минерали;
- солена и прясна вода;
- почва;
- растителни и животински организми;
- въздух, включително горните слоеве на атмосферата.
Очевидно е, че всички черупки на Земята са заети от него - литосферата, хидросферата, атмосферата и биосферата. Особено важно е съдържанието му във въздуха. В края на краищата, именно този фактор позволява на формите на живот, включително хората, да съществуват на нашата планета.
Съставът на въздуха, който дишаме, е изключително разнороден. Той включва както постоянни компоненти, така и променливи. Неизменните и винаги присъстващи включват:
- въглероден диоксид;
- кислород;
- азот;
- благородни газове.
Променливите включват водна пара, прахови частици, чужди газове (отработени газове, продукти от горенето, гниещи и други), растителен прашец, бактерии, гъбички и други.
Значението на кислорода в природата
Много е важно колко кислород се намира в природата. В крайна сметка е известно, че следи от този газ са открити на някои спътници на големите планети (Юпитер, Сатурн), но там няма очевиден живот. Нашата Земя разполага с достатъчно количество от него, което в комбинация с водата прави възможно съществуването на всички живи организми.
Освен активен участник в дишането, кислородът извършва и безброй окислителни реакции, при които се освобождава енергия за цял живот.
Основните доставчици на този уникален газ в природата са зелените растения и някои видове бактерии. Благодарение на тях се поддържа постоянен баланс на кислород и въглероден диоксид. Освен това озонът изгражда защитен екран върху цялата Земя, който не позволява проникването на големи количества разрушителна ултравиолетова радиация.
Само някои видове анаеробни организми (бактерии, гъби) могат да живеят извън кислородна атмосфера. Те обаче са много по-малко от тези, които наистина имат нужда.
Използване на кислород и озон в промишлеността
Основните области на използване на алотропните модификации на кислорода в промишлеността са както следва.
- Металургия (за заваряване и рязане на метали).
- Лекарство.
- Селско стопанство.
- Като ракетно гориво.
- Синтез на много химични съединения, включително експлозиви.
- Пречистване и дезинфекция на вода.
Трудно е да се назове поне един процес, в който не участва този велик газ, уникално вещество - кислород.
Елементи, разположени в главната подгрупа на VI група на периодичната система от елементи на Д. И. Менделеев.
|
елемент |
Основен заряд |
Енергийни нива |
Атомен радиус Å |
||||
|
К |
Л |
М |
Н |
О |
|||
|
0,60 1,04 1,16 1,43 |
|||||||
Изследването на атомните структури на елементите от основната подгрупа на VI група показва, че всички те имат шестелектронна структура на външния слой (Таблица 13) и следователно имат относително високи стойности на електроотрицателност. , има най-голяма електроотрицателност и най-малка, което се обяснява с промяната на атомния радиус. Специалното място на кислорода в тази група се подчертава от факта, че телурът може директно да се свързва с кислорода, но не може да се комбинира помежду си.
Елементите от групата на кислорода също принадлежат към групата r-елементи, тъй като се довършват r-черупка. За всички елементи от семейството, с изключение на самия кислород, 6 електрона във външния слой са валентни електрони.
При окислително-редукционните реакции елементите от кислородната група често проявяват окислителни свойства. Най-силно окислителните свойства са изразени при кислорода.
Всички елементи от главната подгрупа на VI група се характеризират с отрицателна степен на окисление -2. За сярата, селена и телура обаче са възможни и положителни степени на окисление (максимум +6).
Молекулата на кислорода, като всеки прост газ, е двуатомна, изградена като ковалентна връзка, образувана от две електронни двойки. Следователно кислородът е двувалентен, когато образува прост кислород.
Сярата е твърдо вещество. Молекулата съдържа 8 серни атома (S8), но те са свързани в един вид пръстен, в който всеки серен атом е свързан само с два съседни атома чрез ковалентна връзка
По този начин всеки серен атом, имащ една обща електронна двойка с два съседни атома, сам по себе си е двувалентен. Подобни молекули образуват селен (Se8) и телур (Te8).
■
1. Напишете история за кислородната група по следния план: а) позиция в периодичната таблица; б) заряди на ядра и. брой неутрони в ядрото; в) електронни конфигурации; г) структура на кристална решетка; д) възможни степени на окисление на кислорода и всички други елементи от тази група.
2. Какви са приликите и разликите между атомните структури и електронните конфигурации на атомите на елементите от основните подгрупи на VI и VII групи?
3. Колко валентни електрона имат елементите от главната подгрупа на VI група?
4. Как трябва да се държат елементите от главната подгрупа на VI група в редокс реакции?
5. Кой от елементите на главната подгрупа на VI група е най-електроотрицателен?
Когато разглеждаме елементите на главната подгрупа на VI група, първо се сблъскваме с явлението алотропия. Един и същи елемент в свободно състояние може да образува две или повече прости вещества. Това явление се нарича алотропия, а самите те се наричат алотропни модификации.
Запишете тази формулировка в тетрадката си.
Например, елементът кислород е способен да образува два прости елемента - кислород и озон.
Формула на прост кислород О2, формула на просто вещество озон О3. Техните молекули са изградени по различен начин:
Кислородът и озонът са алотропни модификации на елемента кислород.
Сярата също може да образува няколко алотропи (модификации). Известна е орторомбична (октаедрична), пластична и моноклинна сяра. Селенът и телурът също образуват няколко алотропа. Трябва да се отбележи, че явлението алотропия е характерно за много елементи. Ще разгледаме разликите в свойствата на различните алотропни модификации, когато изучаваме елементи.
■ 6. Каква е разликата между структурата на молекулата на кислорода и структурата на молекулата на озона?
7. Какъв тип връзка има в молекулите на кислорода и озона?
Кислород. Физични свойства, физиологични ефекти, значението на кислорода в природата
Кислородът е най-лекият елемент от главната подгрупа на VI група. Атомното тегло на кислорода е 15,994. 31,988. Кислородният атом има най-малък радиус от елементите на тази подгрупа (0,6 Å). Електронна конфигурация на кислородния атом: ls 2 2s 2 2p 4.
Разпределението на електроните по орбиталите на втория слой показва, че кислородът има два несдвоени електрона в своите p-орбитали, които лесно могат да бъдат използвани за образуване на химична връзка между атомите. Характерна степен на окисление на кислорода.
Кислородът е газ без цвят и мирис. По-тежък е от въздуха, при температура -183° се превръща в синя течност, а при температура -219° се втвърдява.
Плътността на кислорода е 1,43 g/l. Кислородът е слабо разтворим във вода: 3 обема кислород се разтварят в 100 обема вода при 0°C. Следователно кислородът може да се съхранява в газомер (фиг. 34) - устройство за съхранение на неразтворими и слабо разтворими във вода газове. Най-често кислородът се съхранява в газомер.
Газомерът се състои от две основни части: съд 1, който служи за съхранение на газ и голяма фуния 2 с кран и дълга тръба, която достига почти до дъното на съд 1 и служи за подаване на вода към уреда. Съд 1 има три тръби: фуния 2 със спирателен кран е вкарана в тръба 3 с шлайфана вътрешна повърхност; тръба 5 в долната част служи за изпускане на вода от устройството при зареждане и разреждане. В зареден газомер съд 1 е пълен с кислород. На дъното на съда се намира, в който се спуска краят на тръбата на фунията 2.
ориз. 34.
1 - съд за съхранение на газ; 2 - фуния за подаване на вода; 3 - тръба с шлифована повърхност; 4 - тръба за отстраняване на газ; 5 - тръба за изпускане на вода при зареждане на устройството.
Ако трябва да получите кислород от газомер, първо отворете крана на фунията и леко компресирайте кислорода в газомера. След това отворете крана на изходящата тръба за газ, през който излиза кислород, изместен от водата.
В промишлеността кислородът се съхранява в стоманени бутилки в компресирано състояние (фиг. 35, а) или в течна форма в кислородни „резервоари“ (фиг. 36).
ориз. 35.Кислородна бутилка
Запишете от текста имената на устройствата, предназначени за съхранение на кислород.
Кислородът е най-често срещаният елемент. Той съставлява почти 50% от теглото на цялата земна кора (фиг. 37). Човешкото тяло съдържа 65% кислород, който е част от различни органични вещества, от които са изградени тъканите и органите. Водата съдържа около 89% кислород. В атмосферата кислородът представлява 23% от теглото и 21% от обема. Кислородът е част от голямо разнообразие от скали (например варовик, креда, мрамор CaCO3, пясък SiO2), руди на различни метали (магнитна желязна руда Fe3O4, кафява желязна руда 2Fe2O3 nH2O, червена желязна руда Fe2O3, боксит Al2O3 nH2O и др. .) . Кислородът е част от повечето органични вещества.
Физиологичното значение на кислорода е огромно. Това е единственият газ, който живите организми могат да използват за дишане. Липсата на кислород причинява спиране на жизнените процеси и смърт на тялото. Без кислород човек може да живее само няколко минути. При дишане се абсорбира кислород, който участва в окислително-възстановителните процеси, протичащи в тялото, и се отделят продукти на окисление на органични вещества - въглероден диоксид и други вещества. И сухоземните, и водните живи организми дишат кислород: сухоземните - със свободен атмосферен кислород, а водните - с разтворен във вода кислород.
В природата се случва един вид кръговрат на кислорода. Кислородът от атмосферата се абсорбира от животни, растения, хора и се изразходва за процеси на изгаряне на гориво, гниене и други окислителни процеси. Въглеродният диоксид и водата, образувани по време на процеса на окисление, се консумират от зелени растения, в които с помощта на листен хлорофил и слънчева енергия се извършва процесът на фотосинтеза, т.е. синтезът на органични вещества от въглероден диоксид и вода, придружен чрез освобождаване на кислород.
За да се осигури кислород на един човек, са необходими короните на две големи дървета. Зелените растения поддържат постоянен състав на атмосферата.
■
8. Какво е значението на кислорода в живота на живите организми?
9. Как се попълва запасът от кислород в атмосферата?
Химични свойства на кислорода
Свободният кислород, когато реагира с прости и сложни вещества, обикновено се държи като.
ориз. 37.
Степента на окисление, която придобива в този случай, винаги е -2. Много елементи взаимодействат директно с кислорода, с изключение на благородни метали, елементи със стойности на електроотрицателност, близки до кислорода () и инертни елементи.
В резултат на това се образуват кислородни съединения с прости и сложни вещества. Много горят в кислород, въпреки че във въздуха те или не горят, или горят много слабо. гори в кислород с ярко жълт пламък; при това се получава натриев пероксид (фиг. 38):
2Na + O2 = Na2O2,
Сярата гори в кислород с ярко син пламък, за да образува серен диоксид:
S + O2 = SO2
Въгленът едва тлее във въздуха, но в кислорода става много горещ и изгаря с образуването на въглероден диоксид (фиг. 39):
C + O2 = CO2
ориз. 36.
Той гори в кислород с бял, ослепително ярък пламък и се образува твърд бял фосфорен пентоксид:
4P + 5O2 = 2P2O5
изгаря в кислород, разпръсквайки искри и образувайки железен нагар (фиг. 40).
Органичните вещества също горят в кислород, например метан CH4, съставният състав на природния газ: CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
Изгарянето в чист кислород протича много по-интензивно, отколкото във въздуха, и позволява да се получат значително по-високи температури. Това явление се използва за интензифициране на редица химически процеси и по-ефективно изгаряне на горивото.
В процеса на дишане кислородът, комбинирайки се с хемоглобина в кръвта, образува оксихемоглобин, който, като много нестабилно съединение, лесно се разлага в тъканите с образуването на свободен кислород, който преминава в окисление. Гниенето също е окислителен процес с участието на кислород.
Те разпознават чистия кислород, като вкарат тлееща треска в съда, където се предполага, че има. Мига ярко - това е висококачествен тест за кислород.
■ 10. Как, като имате на разположение треска, можете да разпознаете кислород и въглероден диоксид в различни съдове? 11. Какъв обем кислород ще се използва за изгаряне на 2 kg въглища, съдържащи 70% въглерод, 5% водород, 7% кислород, а останалите - незапалими компоненти?
ориз. 38.Изгаряне на натрий ориз. 39.Изгаряне на въглища ориз. 40.Изгаряне на желязо в кислород.
12. Достатъчни ли са 10 литра кислород за изгаряне на 5 g фосфор?
13. 1 m3 газова смес, съдържаща 40% въглероден оксид, 20% азот, 30% водород и 10% въглероден диоксид, е изгорен в кислород. Колко кислород е изразходван?
14. Възможно ли е да се изсуши кислородът, като се прекара през: а) сярна киселина, б) калциев хлорид, в) фосфорен анхидрид, г) метал?
15. Как да освободим въглеродния диоксид от примесите на кислород и обратно, как да освободим кислорода от примесите на въглероден диоксид?
16. 20 литра кислород, съдържащ примес на въглероден диоксид, бяха прекарани през 200 ml 0,1 N. бариев разтвор. В резултат на това Ba 2+ катионът беше напълно утаен. Колко въглероден диоксид (в проценти) съдържа първоначалният кислород?
Получаване на кислород
Кислородът се получава по няколко начина. В лабораторията кислородът се получава от кислородсъдържащи вещества, които могат лесно да го разделят, например от калиев перманганат KMnO4 (фиг. 41) или от бертолетова сол KClO3:
2КМnО4 = K2MnO4 + МnО2 + O2
2КlO3 = 2Кl + O2
При производството на кислород от бертолитовата сол трябва да присъства катализатор за ускоряване на реакцията - манганов диоксид. Катализаторът ускорява разлагането и го прави по-равномерно. Без катализатор може
ориз. 41. Устройство за производство на кислород по лабораторен метод от калиев перманганат. 1 - калиев перманганат; 2 - кислород; 3 - памучна вата; 4 - цилиндър - колекция.
може да възникне експлозия, ако бертолетовата сол се приема в големи количества и особено ако е замърсена с органични вещества.
Кислородът се получава и от водороден пероксид в присъствието на катализатор - манганов диоксид MnO2 по уравнението:
2H2O2[MnO2] = 2H2O + O2
■ 17. Защо се добавя MnO2 по време на разлагането на бертолетовата сол?
18. Кислородът, образуван по време на разлагането на KMnO4, може да бъде събран над водата. Отразете това в схемата на устройството.
19. Понякога, ако манганов диоксид не е наличен в лабораторията, малко остатък след калциниране на калиев перманганат се добавя към бертолтоловата сол вместо това. Защо е възможна такава подмяна?
20. Какъв обем кислород ще се отдели при разлагането на 5 мола бертолетова сол?
Кислородът може да се получи и чрез разлагане на нитрати при нагряване над точката на топене:
2KNO3 = 2KNO2 + O2
В промишлеността кислородът се получава главно от течен въздух. Въздухът, превърнат в течно състояние, се подлага на изпарение. Първо се изпарява (точката му на кипене е 195,8°) и остава кислородът (точката му на кипене е -183°). По този начин се получава кислород в почти чист вид.
Понякога, ако има евтина електроенергия, кислородът се получава чрез електролиза на вода:
H2O ⇄ H + + OH —
N + + д— → Н 0
на катода
2OH — — д— → H2O + O; 2O = O2
на анода
■ 21. Избройте известните ви лабораторни и индустриални методи за производство на кислород. Запишете ги в тетрадката си, като придружите всеки метод с уравнението на реакцията.
22. Използваните реакции за получаване на кислород редокс ли са? Дайте аргументиран отговор.
23. Взети са 10 g от следните вещества; калиев перманганат, бертолетова сол, калиев нитрат. В кой случай ще бъде възможно да се получи най-голям обем кислород?
24. 1 g въглища са изгорени в кислород, получен при нагряване на 20 g калиев перманганат. Какъв процент от перманганата се е разложил?
Кислородът е най-разпространеният елемент в природата. Намира широко приложение в медицината, химията, промишлеността и др. (фиг. 42).
ориз. 42. Използване на кислород.
Пилотите на голяма надморска височина, хората, работещи в атмосфера на вредни газове, както и тези, които се занимават с подземна и подводна работа, използват кислородни устройства (фиг. 43).
В случаите, когато е затруднено поради определено заболяване, на човека се дава чист кислород за дишане от кислородна торба или се поставя в кислородна палатка.
Понастоящем въздухът, обогатен с кислород или чистият кислород, се използва широко за интензифициране на металургичните процеси. Кислородно-водородни и кислородно-ацетиленови горелки се използват за заваряване и рязане на метали. Чрез импрегниране на запалими вещества с течен кислород: стърготини, въглищен прах и др., Получават се експлозивни смеси, наречени оксиликвити.
■ 25. Начертайте таблица в тетрадката си и я попълнете.
Озон O3
Както вече споменахме, елементът кислород може да образува друга алотропна модификация - озон O3. Озонът кипи при -111° и се втвърдява при -250°. В газообразно състояние е синьо, в течно състояние е синьо. озонът във водата е много по-висок от кислорода: 45 обема озон се разтварят в 100 обема вода.
Озонът се различава от кислорода по това, че неговата молекула се състои от три, а не от два атома. В това отношение молекулата на кислорода е много по-стабилна от молекулата на озона. Озонът се разгражда лесно съгласно уравнението:
O3 = O2 + [O]
Отделянето на атомарен кислород по време на разлагането на озона го прави много по-силен окислител от кислорода. Озонът има свежа миризма („озон” в превод означава „миришещ”). В природата се образува под въздействието на тих електрически разряд и в борови гори. Пациентите с белодробни заболявания се съветват да прекарват повече време в борови гори. Въпреки това, продължителното излагане на атмосфера, силно обогатена с озон, може да има токсичен ефект върху тялото. Отравянето е придружено от замаяност, гадене и кървене от носа. Хроничното отравяне може да причини сърдечни заболявания.
В лабораторията озонът се получава от кислород в озонатори (фиг. 44). Кислородът се пропуска в стъклена тръба 1, обвита отвън с тел 2. Проводник 3 минава вътре в тръбата. И двата проводника са свързани към полюсите на източник на ток, който създава високо напрежение на посочените електроди. Между електродите възниква тих електрически разряд, поради което се образува озон от кислород.
Фигура 44; Озонатор. 1 - стъклен контейнер; 2 - външна намотка; 3 - проводник вътре в тръбата; 4 - разтвор на калиев йодид с нишесте
3O2 = 2O3
Озонът е много силен окислител. Той реагира много по-енергично от кислорода и като цяло е много по-активен от кислорода. Например, за разлика от кислорода, той може да измести йодоводород или йодидни соли:
2KI + O3 + H2O = 2KOH + I2 + O2
В атмосферата има много малко озон (около една милионна от процента), но той играе значителна роля в поглъщането на ултравиолетовите лъчи от слънцето, поради което те достигат до земята в по-малки количества и не оказват вредно въздействие върху живите организми.
Озонът се използва в малки количества главно за климатизация, а също и в химията.
■ 26. Какво представляват алотропните модификации?
27. Защо йод-нишестената хартия става синя под въздействието на озон? Дайте аргументиран отговор.
28. Защо молекулата на кислорода е много по-стабилна от молекулата на озона? Обосновете отговора си по отношение на вътрешномолекулната структура.
8 O 1s 2 2s 2 2p 4 ; A r = 15.999 Изотопи: 16 O (99.759%); 170 (0,037%); 180 (0,204%); ЕО - 3,5
Кларк в земната кора е 47% от масата; в хидросферата 85,82% от масата; в атмосферата 20,95% обемни.
Най-често срещаният елемент.
Форми на поява на елемента: а) в свободна форма - O 2, O 3;
б) в свързана форма: O 2- аниони (главно)
Кислородът е типичен неметал, p-елемент. Валентност = II; степен на окисление -2 (с изключение на H 2 O 2, OF 2, O 2 F 2)
Физични свойства на O2
При нормални условия молекулярният кислород O2 е в газообразно състояние, няма цвят, мирис или вкус и е слабо разтворим във вода. При дълбоко охлаждане под налягане кондензира в бледосиня течност (Tkip - 183°C), която при -219°C се превръща в синьо-сини кристали.
Методи за получаване
1. Кислородът се образува в природата по време на процеса на фотосинтеза mCO 2 + nH 2 O → mO 2 + Cm(H 2 O)n
2. Промишлено производство
а) ректификация на течен въздух (отделяне от N 2);
б) електролиза на вода: 2H 2 O → 2H 2 + O 2
3. В лабораторията се получава следното чрез термично редокс разлагане на соли:
а) 2КlO 3 = 3О 2 + 2KCI
б) 2KMnO 4 = O 2 + MnO 2 + K 2 MnO 4
в) 2KNO 3 = O 2 + 2KNO 2
г) 2Cu(NO3)O2 = O2 + 4NO2 + 2CuO
д) 2AgNO 3 = O 2 + 2NO 2 + 2Ag
4. В херметически затворени помещения и в устройства за автономно дишане кислородът се получава по реакцията:
2Na 2 O 2 + 2CO 2 = O 2 + 2Na 2 CO 3
Химични свойства на кислорода
Кислородът е силен окислител. По химическа активност отстъпва само на флуора. Образува съединения с всички елементи с изключение на He, Ne и Ar. Реагира директно с повечето прости вещества при нормални условия или при нагряване, както и в присъствието на катализатори (изключения са Au, Pt, Hal 2, благородни газове). Реакциите с участието на O 2 в повечето случаи са екзотермични, често протичат в режим на горене, понякога в експлозия. В резултат на реакциите се образуват съединения, в които кислородните атоми, като правило, имат С.О. -2:
Окисляване на алкални метали
4Li + O 2 = 2Li 2 O литиев оксид
2Na + O 2 = Na 2 O 2 натриев пероксид
K + O 2 = KO 2 калиев супероксид
Окисляване на всички метали с изключение на Au, Pt
Me + O 2 = Me x O y оксиди
Окисляване на неметали, различни от халогени и благородни газове
N 2 + O 2 = 2NO - Q
S + O 2 = SO 2;
C + O 2 = CO 2;
4P + 5O 2 = 2P 2 O 5
Si + O 2 = SiO 2
Окисляване на водородни съединения на неметали и метали
4HI + O 2 = 2I 2 + 2H 2 O
2H 2 S + 3O 2 = 2SO 2 + 2H 2 O
4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O
4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O
2PH 3 + 4O 2 = P 2 O 5 + 3H 2 O
SiH 4 + 2O 2 = SiO 2 + 2H 2 O
C x H y + O 2 = CO 2 + H 2 O
MeH x + 3O 2 = Me x O y + H 2 O
Окисляване на нисши оксиди и хидроксиди на поливалентни метали и неметали
4FeO + O 2 = 2Fe 2 O 3
4Fe(OH) 2 + O 2 + 2H 2 O = 4Fe(OH) 3
2SO 2 + O 2 = 2SO 3
4NO 2 + O 2 + 2H 2 O = 4HNO 3
Окисляване на метални сулфиди
4FeS 2 + 11O 2 = 8SO 2 + 2Fe 2 O 3
Окисляване на органични вещества
Всички органични съединения горят, окислени от атмосферния кислород.
Продуктите на окисление на различни елементи, включени в техните молекули, са:
В допълнение към реакциите на пълно окисление (горене) са възможни и реакции на непълно окисление.
Примери за реакции на непълно окисление на органични вещества:
1) каталитично окисление на алкани
2) каталитично окисление на алкени
3) окисляване на алкохоли
2R-CH 2 OH + O 2 → 2RCOH + 2H 2 O
4) окисляване на алдехиди
Озон
Озонът O3 е по-силен окислител от O2, тъй като по време на реакцията неговите молекули се разпадат, за да образуват атомарен кислород.
Чистият O 3 е син газ, много отровен.
K + O 3 = KO 3 калиев озонид, червен.
PbS + 2O 3 = PbSO 4 + O 2
2KI + O 3 + H 2 O = I 2 + 2KON + O 2
Последната реакция се използва за качествено и количествено определяне на озон.