Воздух – смесь газов Азот Инертные газы Кислород Озон

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. До 18 века ученые-естествоиспытатели считали, что все образующиеся в каких-либо реакциях газы являются воздухом, но с особыми свойствами. 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.ЛавуазьеК. Шееле

Простой эксперимент может убедить нас, что кислород и азот - основные компоненты воздуха. Сначала свеча горит белым пламенем и поднимается уровень воды. Горение прекращается, когда вода заполняет приблизительно 1/5 объема цилиндра. Вывод - воздух не отдельное вещество, а смесь двух или большего количества компонентов. При горении свечи один из компонентов - кислород, составляющий около 1/5 объема воздуха, - связывается. Когда кислород заканчивается, свеча потухает. Около 4/5 объема воздуха составляет азот, который не поддерживает горение.

Азот –важная составная часть воздуха

Инертные (благородные) газы, извлекаемые из воздуха, также находят разнообразное применение.

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-орбитали и 6 - на внешнем слое ( электронная конфигурация 1s 2 2s 2 2р 4 ). Только фтор может окислить кислород, образуя дифторид кислорода OF 2. Во всех остальных соединениях степень окисления кислорода -2. Важной особенностью строения молекулы O 2 - наличие двух неспаренных электронов, что приводит к эффекту парамагнетизма, т. е. 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 малорастворим в воде (примерно 1 объем на 20 объемов воды). При температуре -183 C кислород образуется в 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 MnO4 + 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 В природе кислород образуется в результате процесса фотосинтеза: 6CO 2 + 6H 2 O = C 6 H 12 O 6 + 6O 2 В промышленности: 1. Сжижением воздуха 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

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 Некоторые металлы в обычных условиях окисляются лишь с поверхности, так как образующаяся пленка оксида защищает металл. При повышении температуры окисление ускоряется. 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

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