Кислород в природе Строение и аллотропия Физические свойства История открытия Получение Химические свойства Применение Озон Кислород – составная часть воздуха

Кислород – самый распространенный на Земле химический элемент. Массовая доля кислорода в земной коре примерно 49 %. Кислород встречается в природе в свободном (составная часть воздуха) и в связанном состоянии (вода, различные минералы, растения и животные).

В периодической системе кислород расположен в VI группе второго периода. Атом кислорода содержит 8 электронов: 2 электрона на 1s 2 -орбитали и 6 на внешнем слое (электронная конфигурация 1s 2 2s 2 2 р 4 ). Только фтор может окислить кислород, образуя дифторид кислорода OF 2. Во всех остальных соединениях степень окисления кислорода –2. Важная особенность строения молекулы O 2 – наличие двух неспаренных электронов, что приводит к эффекту парамагнетизма, то есть свойству молекул ориентироваться в направлении магнитного поля. Атомы кислорода образуют двухатомную молекулу с двойной связью. В обычных условиях молекулы кислорода устойчивы и на атомы не распадаются, поэтому молекулярный кислород высокой активностью не отличается. О = О

Кислород О 2 в нормальных условиях – газ без цвета и запаха, аллотропная модификация – озон О 3 – это газ с характерным резким запахом. Молекула кислорода Молекула озона

Кислород мало растворим в воде (примерно 1 объем на 20 объемов воды). При температуре –183 C кислород образует синеватую жидкость, а при –219 C превращается в темно-синие кристаллы.

В 1774 году английский ученый Джозеф Пристли открыл кислород. Он нагрел оксид ртути (II) – соединение ртути и кислорода – и собрал выделившийся газ. К своему удивлению он обнаружил, что свеча, помещенная в этот газ, горит ярче. Сейчас кислород получают в лаборатории разложением менее токсичных веществ.

Получение кислорода В лаборатории: 1. Разложением перманганата калия при нагревании: 2KMnO 4 = K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2 Также в аналогичных реакциях разложения используют сурик Pb 3 O 4, оксид ртути HgO, бертолетову соль КСlO Разложением пероксида водорода: 2H 2 O 2 = 2H 2 O + O 2

Получение кислорода В природе кислород образуется в результате процесса фотосинтеза: 6CO 2 + 6H 2 O = C 6 H 12 O 6 + 6O 2 В промышленности: 1. Сжижают воздух с помощью холодильных машин, далее, используя различие температур кипения кислорода (–183 C) и азота (–196 C), выделяют кислород. 2. Чистый кислород получают электролизом воды. Это очень дорогой метод и поэтому мало распространен. 2H 2 O = 2H 2 + O 2

Промышленная установка для получения кислорода из воздуха

1. С неметаллами. При нагревании кислород взаимодействует с водородом, серой, углеродом, фосфором, образуя воду и оксиды: 2Н 2 + О 2 = 2Н 2 О С + O 2 = СO 2 S + O 2 = SO 2 4Р + 5О 2 = 2Р 2 О 5 С галогенами кислород в реакцию не вступает.

2. С металлами. Очень активно взаимодействуют с кислородом щелочные и щелочноземельные металлы с образованием оксидов и пероксидов: 4К + О 2 = 2К 2 О (KO 2 ) Ba + O 2 = BaO 2 С остальными металлами кислород реагирует при нагревании, выделяя большое количество теплоты и света: 2Mg + O 2 = 2MgO Например, в нормальных условиях железо окисляется довольно медленно, а при температуре красного каления ( 400 C) железные стружки сгорают в кислороде: 3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4 3. В кислороде горят также сложные вещества с образованием соответствующих оксидов: CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O

3. В кислороде горят также сложные вещества с образованием соответствующих оксидов: CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O

Взаимодействие кислорода с металлами и неметаллами

Кислород очень широко используется в технике, металлургии (при выплавке чугуна и стали, в производстве цветных металлов), для получения высоких температур при сварке металлов. Кислород применяется в медицине и в дыхательных приборах. Жидкий кислород используется как окислитель топлива в реактивных двигателях. Вместе с азотом и некоторыми другими газами кислород образует атмосферу Земли. Кислород играет важнейшую роль в жизни человека и животных.

Озон образуется из кислорода при грозовых разрядах 3О 2 = 2О 3

Озон еще более сильный окислитель, чем кислород, так как достаточно неустойчив и может разлагаться с отщеплением атомарного кислорода, который проявляет высокую окислительную активность. Он окисляет практически все металлы, включая золото и платину, причем в мягких условиях. Он вступает в реакцию со многими неметаллами, сложными неорганическими веществами, окисляя их до высших степеней окисления, разрушает многие органические вещества.

Применение кислорода и озона

Природа и состав воздуха – вещества, необходимого практически для всех живых организмов, – были объектом исследований в течение многих веков. В давние времена люди верили, что воздух – один из четырех элементов наряду с водой, землей и огнем. Лишь в конце 18 века исследователи Дж. Пристли, А. Лавуазье и К. Шееле установили, что воздух – это смесь газов, из которых наиболее важными являются кислород и азот. Д. Пристли А. Лавуазье К. Шееле

Опустим горящую свечу в кристаллизатор с подкрашенной водой. При горении свечи один из компонентов воздуха – кислород, составляющий около 1/5 объема воздуха, – связывается. Когда кислород заканчивается, свеча тухнет. Около 4/5 объема воздуха составляет азот, который не поддерживает горение.