Кислородните атоми могат да образуват два вида молекули: O 2 - кислород и O 3 - озон.

Феноменът на съществуването на няколко прости вещества, образувани от атоми на едно химичен елементсе нарича алотропия. А простите вещества, образувани от един елемент, се наричат ​​алотропни модификации.

Следователно озонът и кислородът са алотропни модификации на елемента Кислород.

Химични свойства на кислорода и озона

Взаимодействие на кислород с метали

Молекулярният кислород е доста силен окислител. Окислява почти всички метали (с изключение на златото и платината). Много метали бавно се окисляват във въздуха, но в атмосфера на чист кислород те изгарят много бързо и се образува оксид:

Въпреки това, някои метали по време на горене не образуват оксиди, а пероксиди (в такива съединения степента на окисление на кислорода е -1) или супероксид (степента на окисление на кислородния атом е фракционна). Примери за такива метали са барий, натрий и калий:

Взаимодействие на кислород с неметали

Кислородът проявява степен на окисление -2 в съединения, които се образуват с всички неметали с изключение на флуор, хелий, неон и аргон. При нагряване молекулите на кислорода директно взаимодействат с всички неметали, с изключение на халогени и инертни газове. В кислородна атмосфера фосфорът се запалва спонтанно, а някои други неметали:

Когато кислородът взаимодейства с флуора, се образува кислороден флуорид, а не флуорен оксид, тъй като флуорният атом има по-висока електроотрицателност от кислородния атом. Кислородният флуорид е бледожълт газ. Използва се като много силенокислител и флуоресцентен агент. В това съединение степента на окисление на кислорода е +2.

При излишък от флуор може да се образува диоксиген дифлуорид, в който степента на окисление на кислорода е +1. По структура такава молекула е подобна на молекулата на водородния прекис.

Използването на кислород и озон. Значение озонов слой

Кислородът се използва от всички аеробни живи същества за дишане. По време на фотосинтеза растенията отделят кислород и приемат въглероден диоксид.

Молекулярният кислород се използва за така наречената интензификация, тоест ускоряване на окислителните процеси в металургичната промишленост. Кислородът също се използва за получаване на пламък с висока температура. Когато ацетиленът (C 2 H 2) гори в кислород, температурата на пламъка достига 3500 °C. В медицината кислородът се използва за улесняване на дишането на пациентите. Използва се и в дихателни апарати за работещи хора в трудни за дишане атмосфери. Течният кислород се използва като окислител за ракетно гориво.

Озонът се използва в лабораторната практика като много силен окислител. В промишлеността се използва за дезинфекция на вода, тъй като има силно окислително действие, което унищожава различни микроорганизми.

Пероксиди, супероксиди и озониди на алкални метали се използват за регенериране на кислород в космически кораби и подводници.Това приложение се основава на реакцията на тези вещества с CO 2 въглероден диоксид:

В природата озонът се намира във високите слоеве на атмосферата на височина около 20-25 км, в така наречения озонов слой, който предпазва Земята от силната слънчева радиация. Намаляването на концентрацията на озон в стратосферата с най-малко 1 може да доведе до сериозни последствия, като например увеличаване на броя онкологични заболяваниякожа при хора и животни, увеличаване на броя на заболяванията, свързани с потискане на човешката имунна система, забавяне на растежа на сухоземните растения, намаляване на скоростта на растеж на фитопланктона и др.

Без животът на озоновия слой на планетата би бил невъзможен. Междувременно замърсяването на атмосферата от различни промишлени емисии води до разрушаване на озоновия слой. Най-опасните вещества за озона са фреоните (използват се като хладилни агенти в хладилниците, както и като пълнители за кутии с дезодоранти) и отпадъците от ракетно гориво.

Световната общност е силно обезпокоена от образуването на дупка в озоновия слой на полюсите на нашата планета, във връзка с което през 1987 г. беше приет "Монреалски протокол за веществата, които разрушават озоновия слой", който ограничи използването на вещества вреден за озоновия слой.

Физични свойства на веществата, образувани от елемента сяра

Атомите на сярата, както и атомите на кислорода, могат да образуват различни алотропни модификации ( S∞ ; S12; S8; S6; S2 и други). При стайна температура сярата е под форматаα -сяра (или ромбична сяра), която представлява жълти крехки кристали, без мирис, неразтворими във вода. При температури над +96 °C има бавен преходα-сяра до β -сяра (или моноклинна сяра), която е почти бели плочи. Ако разтопената сяра се излее във вода, настъпва преохлаждане на течната сяра и се образува жълто-кафява гумено-подобна пластмасова сяра, която по-късно отново се превръща в a-сяра. Сярата кипи при температура, равна на +445 ° C, образувайки тъмнокафяви пари.

Всички модификации на сярата не се разтварят във вода, а по-скоро добре се разтварят във въглероден дисулфид(CS2) и някои други неполярни разтворители.

Приложение на сяра

Основният продукт на сярната промишленост е сулфатната киселина. Производството му представлява около 60% от добиваната сяра. В химическата промишленост сярата се използва за превръщане на каучук във висококачествен каучук, тоест за вулканизиране на каучук. Сярата е основен компонент на всякакви пиротехнически смеси. Например кибритените глави съдържат около 5%, а в разстилането върху кутията - около 20% тегловни процента сяра. В селското стопанство сярата се използва за борба с вредителите по лозята. В медицината сярата се използва при производството на различни мехлеми за лечение на кожни заболявания.

Четири елемента - "халкоген" (т.е. "раждащи мед") оглавяват основната подгрупа на VI група (според новата класификация - 16-та група) на периодичната система. Освен сяра, телур и селен, те включват и кислород. Нека разгледаме по-подробно свойствата на този най-често срещан елемент на Земята, както и използването и производството на кислород.

Изобилие на елемент

В свързана форма навлиза кислород химичен съставвода – процентното й съдържание е около 89%, както и в състава на клетките на всички живи същества – растения и животни.

Във въздуха кислородът е в свободно състояние под формата на O2, заемайки една пета от състава му, и под формата на озон - O3.

Физични свойства

Кислородът O2 е газ без цвят, вкус и мирис. Той е слабо разтворим във вода. Точката на кипене е 183 градуса под нулата по Целзий. В течна форма кислородът има син цвят, а в твърдо състояние образува сини кристали. Точката на топене на кислородните кристали е 218,7 градуса под нулата по Целзий.

Химични свойства

При нагряване този елемент реагира с много прости вещества, както метали, така и неметали, като същевременно образува така наречените оксиди - съединения на елементи с кислород. в който елементите влизат с кислород се нарича окисление.

Например,

4Na + O2= 2Na2O

2. Чрез разлагане на водороден пероксид, когато се нагрява в присъствието на манганов оксид, който действа като катализатор.

3. Чрез разлагане на калиев перманганат.

Производството на кислород в промишлеността се извършва по следните начини:

1. За технически цели кислородът се получава от въздуха, в който обичайното му съдържание е около 20%, т.е. пета част. За да направите това, въздухът първо се изгаря, като се получава смес със съдържание на течен кислород около 54%, течен азот- 44% и течен аргон - 2%. След това тези газове се разделят чрез процес на дестилация, като се използва относително малък интервал между точките на кипене на течния кислород и течния азот - съответно минус 183 и минус 198,5 градуса. Оказва се, че азотът се изпарява преди кислорода.

Модерното оборудване осигурява производството на кислород с всякаква степен на чистота. Азотът, който се получава при разделянето, се използва като суровина при синтеза на неговите производни.

2. също дава кислород в много чиста степен. Този метод е широко разпространен в страни с богати ресурси и евтина електроенергия.

Приложение на кислород

Кислородът е най-важният елемент в живота на цялата ни планета. Този газ, който се съдържа в атмосферата, се консумира в процеса от животни и хора.

Получаването на кислород е много важно за такива области на човешката дейност като медицина, заваряване и рязане на метали, взривяване, авиация (за дишане на хора и за работа на двигатели), металургия.

В процеса стопанска дейностчовешкият кислород се консумира в големи количества - например при изгаряне различни видовегорива: природен газ, метан, въглища, дърва. Във всички тези процеси се образува.В същото време природата е предвидила процеса на естествено свързване на това съединение чрез фотосинтеза, която се извършва в зелените растения под въздействието на слънчевата светлина. В резултат на този процес се образува глюкоза, която след това растението използва за изграждане на своите тъкани.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Кислород- елемент от втория период на групата VIA на периодичната система на химичните елементи D.I. Менделеев, с атомен номер 8. Символ - О.

Атомна маса - 16 a.m.u. Молекулата на кислорода е двуатомна и има формула - O 2

Кислородът принадлежи към семейството на p-елементите. Електронна конфигурациякислороден атом 1s 2 2s 2 2p 4 . В своите съединения кислородът може да проявява няколко степени на окисление: „-2“, „-1“ (в пероксиди), „+2“ (F 2 O). Кислородът се характеризира с проявата на явлението алотропия - съществуването под формата на няколко прости вещества - алотропни модификации. Алотропните модификации на кислорода са кислород O 2 и озон O 3.

Химични свойства на кислорода

Кислородът е силен окислител, т.к за да завърши външния електронен нивелир, му липсват само 2 електрона и той лесно ги прикрепя. По отношение на реактивността кислородът е на второ място след флуора. Кислородът образува съединения с всички елементи с изключение на хелий, неон и аргон. Кислородът директно реагира с халогени, сребро, злато и платина (техните съединения се получават индиректно). Почти всички реакции, включващи кислород, са екзотермични. Особеностмного реакции на комбиниране с кислород - отделяне на голямо количество топлина и светлина. Такива процеси се наричат ​​горене.

Взаимодействие на кислород с метали. Така алкални метали(с изключение на литий) кислородът образува пероксиди или супероксиди, с останалата част - оксиди. Например:

4Li + O 2 = 2Li 2 O;

2Na + O 2 \u003d Na 2 O 2;

K + O 2 \u003d KO 2;

2Ca + O 2 \u003d 2CaO;

4Al + 3O 2 \u003d 2Al 2 O 3;

2Cu + O 2 \u003d 2CuO;

3Fe + 2O 2 \u003d Fe 3 O 4.

Взаимодействие на кислород с неметали. Взаимодействието на кислорода с неметалите протича при нагряване; всички реакции са екзотермични, с изключение на взаимодействието с азот (реакцията е ендотермична, протича при 3000C в електрическа дъга, в природата - с мълния). Например:

4P + 5O 2 \u003d 2P 2 O 5;

C + O 2 \u003d CO 2;

2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O;

N 2 + O 2 ↔ 2NO - Q.

Взаимодействие със сложни неорганични вещества. При изгаряне сложни веществав излишък на кислород се образуват оксиди на съответните елементи:

2H 2 S + 3O 2 \u003d 2SO 2 + 2H 2 O (t);

4NH3 + 3O2 \u003d 2N2 + 6H2O (t);

4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O (t, kat);

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

SiH 4 + 2O 2 \u003d SiO 2 + 2H 2 O;

4FeS 2 + 11O 2 \u003d 2Fe 2 O 3 + 8 SO 2 (t).

Кислородът е способен да окислява оксидите и хидроксидите до съединения с по-високо ниво на окисление:

2CO + O 2 \u003d 2CO 2 (t);

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

2NO + O 2 \u003d 2NO 2;

4FeO + O 2 \u003d 2Fe 2 O 3 (t).

Взаимодействие със сложни органични вещества. Почти всички органични вещества горят, като се окисляват от атмосферния кислород до въглероден диоксид и вода:

CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + H 2 O.

В допълнение към реакциите на горене (пълно окисление) са възможни и реакции на частично или каталитично окисление, в който случай продуктите на реакцията могат да бъдат алкохоли, алдехиди, кетони, карбоксилни киселинии други вещества:

Окисляването на въглехидрати, протеини и мазнини служи като източник на енергия в живия организъм.

Физични свойства на кислорода

Кислородът е най-разпространеният елемент на земята (47% от масата). Въздухът съдържа 21% кислород по обем. Кислородът е неразделна част от вода, минерали, органични вещества. Растителните и животинските тъкани съдържат 50-85% кислород под формата на различни съединения.

В свободно състояние кислородът е газ без цвят, вкус и мирис, слабо разтворим във вода (3 литра кислород се разтварят в 100 литра вода при 20 ° C. Течният кислород е син на цвят, има парамагнитни свойства (изтегля се в магнитно поле).

Получаване на кислород

Има промишлени и лабораторни методи за производство на кислород. Така че в промишлеността кислородът се получава чрез дестилация на течен въздух, а основните лабораторни методи за получаване на кислород включват реакциите на термично разлагане на сложни вещества:

2KMnO 4 \u003d K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2

4K 2 Cr 2 O 7 \u003d 4K 2 CrO 4 + 2Cr 2 O 3 +3 O 2

2KNO 3 \u003d 2KNO 2 + O 2

2KClO 3 \u003d 2KCl + 3 O 2

Примери за решаване на проблеми

ПРИМЕР 1

план:

История на откритията

Произход на името

Да бъдеш сред природата

Касова бележка

Физически свойства

Химични свойства

Приложение

Биологичната роля на кислорода

Токсични производни на кислорода

10. Изотопи

Кислород

Кислород- елемент от 16-та група (според остарялата класификация - основната подгрупа на група VI), вторият период от периодичната система от химични елементи на Д. И. Менделеев, с атомен номер 8. Означава се със символа O (лат. , оксигений). Кислородът е реактивен неметал и е най-лекият елемент от групата на халкогена. просто вещество кислород(CAS номер: 7782-44-7) при нормални условия - газ без цвят, вкус и мирис, чиято молекула се състои от два кислородни атома (формула O 2), поради което се нарича още диоксиген. Течният кислород има светлосини, а твърдото вещество е светлосини кристали.

Има и други алотропни форми на кислород, например озон (CAS номер: 10028-15-6) - при нормални условия син газ със специфична миризма, чиято молекула се състои от три кислородни атома (формула O 3).

1. История на откритията

Официално се смята, че кислородът е открит от английския химик Джоузеф Пристли на 1 август 1774 г. чрез разлагане на живачен оксид в херметически затворен съд (Пристли насочва слънчевите лъчи към това съединение с помощта на мощна леща).

Първоначално обаче Пристли не осъзнава, че е открил ново просто вещество, той вярва, че е изолирал една от съставните части на въздуха (и нарича този газ „дефлогистиран въздух“). Пристли съобщава за откритието си на изключителния френски химик Антоан Лавоазие. През 1775 г. А. Лавоазие установи, че кислородът е неразделна част от въздуха, киселините и се намира в много вещества.

Няколко години по-рано (през 1771 г.) шведският химик Карл Шееле получава кислород. Той калцинира селитра със сярна киселина и след това разлага получения азотен оксид. Шееле нарича този газ "огнен въздух" и описва откритието си в книга, публикувана през 1777 г. (именно защото книгата е публикувана по-късно, отколкото Пристли обявява откритието си, последният се смята за откривател на кислорода). Шееле също съобщава за своя опит на Лавоазие.

Важен етап, допринесъл за откриването на кислорода, е работата на френския химик Пиер Байен, който публикува работа за окисляването на живака и последващото разлагане на неговия оксид.

Накрая А. Лавоазие най-накрая разбра естеството на получения газ, използвайки информация от Пристли и Шеле. Неговата работа беше от голямо значение, тъй като благодарение на нея теорията за флогистона, която доминираше по това време и възпрепятстваше развитието на химията, беше съборена. Лавоазие провежда експеримент върху изгарянето на различни вещества и опровергава теорията за флогистона, като публикува резултатите за теглото на изгорелите елементи. Теглото на пепелта надвишава първоначалното тегло на елемента, което дава право на Лавоазие да твърди, че по време на горенето настъпва химическа реакция (окисляване) на веществото, във връзка с което масата на първоначалното вещество се увеличава, което опровергава теория на флогистона.

По този начин заслугата за откриването на кислорода всъщност се споделя от Пристли, Шееле и Лавоазие.

1. произход на името

Думата кислород (в началото на 19 век все още се нарича "киселина"), нейната поява в руския език до известна степен се дължи на М. В. Ломоносов, който въвежда заедно с други неологизми думата "киселина"; по този начин думата "кислород", от своя страна, е била калка на термина "кислород" (на френски oxygène), предложен от А. Лавоазие (от други гръцки ὀξύς - "кисел" и γεννάω - "раждам"), което се превежда като "генерираща киселина", което се свързва с първоначалното му значение - "киселина", което преди това е означавало вещества, наречени оксиди според съвременната международна номенклатура.

1. Да бъдеш сред природата

Кислородът е най-често срещаният елемент на Земята, неговият дял (като част от различни съединения, главно силикати) представлява около 47,4% от масата на твърдата земна кора. Морските и сладките води съдържат огромно количество свързан кислород - 88,8% (по маса), в атмосферата съдържанието на свободен кислород е 20,95% по обем и 23,12% по маса. Повече от 1500 съединения на земната кора съдържат кислород в състава си.

Кислородът е съставна част на много органични вещества и присъства във всички живи клетки. По отношение на броя на атомите в живите клетки той е около 25%, по отношение на масовата част - около 65%.

Лекция „Кислородът – химичен елемент и просто вещество »

План на лекцията:

1. Кислородът е химичен елемент:

в) Преобладаването на даден химичен елемент в природата

2. Кислородът е просто вещество

а) Получаване на кислород

б) Химични свойства на кислорода

в) Кръговратът на кислорода в природата

г) Използването на кислород

"Докато дишам, се надявам „(Докато дишам, надявам се ...), - казва Латин

Дишането е синоним на живот, а източникът на живот на Земята е кислородът.

Материалът на тази лекция обобщава придобитите преди това знания по темата "Кислород".

1. Кислородът е химичен елемент

а) Характеристика на химичния елемент - кислород според мястото му в PSCE

Кислород - елемент от главната подгрупа на шеста група, вторият период от периодичната система на химичните елементи на Д. И. Менделеев, с атомен сериен номер 8. Обозначава се със символа О(лат.Oxygenium). Относителната атомна маса на химичния елемент кислород е 16, т.е. Ar(O)=16.

б) Валентни възможности на кислородния атом

В съединенията кислородът обикновено е двувалентен (в оксиди), валентност VI не съществува.Среща се в свободна форма под формата на две прости вещества: O 2 („обикновен” кислород) и O 3 (озон). Около 2 - газ без цвят и мирис, с относително молекулно тегло =32. O 3 - безцветен газ с остра миризма, с относително молекулно тегло = 48.

внимание! H 2 O 2 ( водороден прекис) - O (валентност II)

CO (въглероден окис) - O (валентност III)

в) Преобладаването на химичния елемент кислород в природата

Кислородът е най-често срещаният елемент на Земята, неговият дял (като част от различни съединения, главно силикати) представлява около 49% от масата на твърдата земна кора. Морските и сладките води съдържат огромно количество свързан кислород - 85,5% (по маса), в атмосферата съдържанието на свободен кислород е 21% по обем и 23% по маса. Повече от 1500 съединения на земната кора съдържат кислород в състава си.

Кислородът е съставна част на много органични вещества и присъства във всички живи клетки. По отношение на броя на атомите в живите клетки той е около 20%, по отношение на масовата част - около 65%.

2. Кислородът е просто вещество

а) Получаване на кислород

Получаване в лабораторията

1) Разлагане на калиев перманганат (калиев перманганат):

2KMnO 4 t˚C \u003d K 2 MnO 4 +MnO 2 +O 2

2) Разлагане на водороден пероксид:

2H 2 O 2 MnO2 \u003d 2H 2 O + O 2

3) Разлагане на бертолетовата сол:

2KClO 3 t˚C, MnO2 \u003d 2KCl + 3O 2

Получаване в индустрията

1) Водна електролиза

2 H 2 O ел. ток \u003d 2 H 2 + O 2

2) От нищото

ВЪЗДУШНО налягане, -183˚ C = O 2 (синя течност)

Понастоящем в промишлеността кислородът се получава от въздуха. В лабораториите малки количества кислород могат да бъдат получени чрез нагряване на калиев перманганат (калиев перманганат) KMnO 4 . Кислородът е слабо разтворим във вода и по-тежък от въздуха, така че може да се получи по два начина: