Кислород: Часть 1

Видео

Конспект

Лекция 2: "Кислород"

Электронная конфигурация атомов элементов VIA-группы — ns^2np^4 . До завершения электронной конфигурации атомов кислорода до устойчивой восьмиэлектронной не хватает двух электронов. Следовательно, для кислорода будет характерно проявление окислительных свойств, в результате чего они будут приобретать низшую степень окисления -2 . Также необходимо напомнить, что окислительные свойства этих элементов будут менее ярко выражены, чем у элементов того же периода, но VIIА-группы, т.е. фтора и хлора, соответственно. Проявление восстановительных свойств для кислорода. Кислород расположен вторым, после фтора, в ряду электроотрицательности элементов. Таким образом, положительные степени окисления у кислорода встречаются только в соединениях со фтором — это, например, O_2F_2 или OF_2 .

Получение. В промышленности кислород в больших количествах получают фракционной перегонкой сжиженного воздуха (метод разделения жидких смесей, основанный на разности температур кипения компонентов, аналогично получению нефтепродуктов при перегонке нефти) или электролизом воды: 2H_2O \overset{эл.ток}{=} 2H_2\uparrow (на катоде) + O_2\uparrow (на аноде).

В лаборатории кислород можно получить термическим разложением солей кислородсодержащих кислот: 2KMnO_4 \overset{t}{=} K_2MnO_4 + MnO_2 + O_2\uparrow, 4K_2Cr_2O_7 \overset{t}{=} 4K_2CrO_4 + 2Cr_2O_3 + 3O_2\uparrow, 2KClO_3 \xrightarrow{t,\ MnO_2} 2KCl + 3O_2\uparrow,

оксидов: 2HgO \overset{t}{=} 2Hg + O_2\uparrow, 2Pb_3O_4 \overset{t}{=} 6PbO + O_2\uparrow

или пероксидов: 2BaO_2 \overset{t}{=} 2BaO + O_2\uparrow, 2H_2O_2 \overset{t}{=} 2H_2O + O_2\uparrow.

Последняя реакция может протекать в присутствии катализатора.

Атомы кислорода образуют две аллотропные модификации — кислород и озон. Атомы кислорода, объединенные по двое в молекулу O_2 , образуют молекулу простого вещества кислород. Существуют трехатомные молекулы O_3 — это молекулы простого вещества озон. Кислород и озон — это газы при н.у.; кислород — без цвета и запаха (жидкий — голубой), озон — светло-голубого цвета (жидкий — темно синий) с характерным запахом (этот запах часто можно почувствовать в грозу, в сосновом бору или, что для многих теперь более вероятно, рядом с большим копировальным аппаратом («ксероксом»)). Озон можно получить из кислорода под действием ультрафиолетового излучения или электрического разряда. Так как молекулы озона не устойчивы, всегда получается смесь кислорода и озона. Молекулы озона значительно менее устойчивые, и поэтому они являются более реакционноспособными, чем молекулы кислорода. Озон проявляет более ярко выраженные окислительные свойства:

O_3 + 2KI + H_2O = I_2 + 2KOH + O_2

Растворы иодида калия устойчивы по отношению к кислороду, образование иода не происходит.

NO_2 + O_3 = N_2O_5 + O_2

Аналогичная реакция с кислородом не идет.

I_2 + O_3 = I_2O_5 + O_2

С кислородом иод не взаимодействует.

2.1 Существует достаточно много реакций, в которых мы видим различные окислительные свойства озона и кислорода. Озон применяют на водоочистных станциях, т.е. наряду с хлорированием проводят озонирование воды, т.к. озон менее вреден, чем хлор, т.к. в результате взаимодействия с загрязнениями получается кислород.

Кислород взаимодействует практически со всеми простыми веществами, при этом в большинстве случаев получаются оксиды (с активными металлами пероксиды или надпероксиды). Так как реакция окисления кислородом сопровождается выделением большого количества энергии в виде тепла и света, то такие реакции называют реакциями горения. В кислороде сгорают не только простые вещества, но и многие сложные, в состав которых входят атомы, способные проявлять восстановительные свойства.

S + O_2 = SO_2 4P + 5O_2 = 2P_2O_5 2Mg + O_2 = 2MgO 4Al + 3O_2 = 2Al_2O_3 2Na + O_2 = Na_2O_2 (пероксид натрия) K + O_2 = KO_2 (надпероксид калия) 2C_2H_2 + 5O_2 = 4CO_2 + 2H_2O C_6H_{12}O_6 + 6O_2 = 6CO_2 + 6H_2O 2H_2S + 3O_2 = 2H_2O + 2SO_2