Кислород в химии: получение и свойства (формула, подробное описание и применение)

Выгрузка

Кислород: общая информация

Кислород — это неметалл, который при нормальных условиях не имеет ни цвета, ни вкуса, ни запаха.

Почти во всех соединениях, кроме соединений с фтором и пероксидами, имеет постоянную валентность II и степень окисления -2. Атом кислорода не имеет возбужденных состояний, так как на втором внешнем уровне нет свободных орбиталей. Как простое вещество кислород существует в виде двух аллотропных модификаций: газообразного кислорода О2 и озона О3.

при определенных условиях кислород может находиться в жидком или твердом состоянии Они, в отличие от газов, имеют цвет: жидкий — светло-голубой, а твердый кислород имеет светло-голубой оттенок.

Твердый кислород

Кислород в промышленности получают сжижением воздуха с последующим выделением азота выпариванием (есть разница в температурах кипения: -183 градуса для жидкого кислорода и -196 градусов для жидкого азота).

История открытия

Официально считается, что кислород был открыт английским химиком Джозефом Пристли 1 августа 1774 года путем разложения оксида ртути в герметично закрытой емкости (Пристли направил на это соединение солнечные лучи с помощью мощной линзы).2HgO(t) → 2Hg+ О2↑

Однако Пристли изначально не осознавал, что открыл новое простое вещество, он считал, что выделил одну из составных частей воздуха (и назвал этот газ «дефлогистированным воздухом»). Пристли сообщил о своем открытии известному французскому химику Антуану Лавуазье. В 1775 г. А. Лавуазье установил, что кислород является составной частью воздуха, кислот и содержится во многих веществах.

Несколькими годами ранее (в 1771 г.) шведский химик Карл Шееле получил кислород. Он прокалял селитру серной кислотой, а затем разлагал образовавшуюся окись азота. Шееле назвал этот газ «горящим воздухом» и описал свое открытие в книге, изданной в 1777 году (именно потому, что книга вышла после того, как Пристли объявил о своем открытии, последний считается первооткрывателем кислорода). Шееле также сообщил о своем опыте Лавуазье.

Важным шагом, способствовавшим открытию кислорода, стала работа французского химика Петера Байена, опубликовавшего работу об окислении ртути и последующем разложении ее оксида.

Наконец, А. Лавуазье окончательно открыл природу образующегося газа, используя сведения Пристли и Шееле. Его работа имела большое значение, так как благодаря ей была низвергнута господствовавшая в то время и тормозившая развитие химии теория флогистона. Лавуазье провел эксперимент по горению различных веществ и опроверг теорию флогистона, опубликовав результаты по весу сгоревших элементов. Вес золы превысил первоначальный вес элемента, что дало Лавуазье право утверждать, что при сгорании происходит химическая реакция (окисление) вещества, в связи с этим увеличивается масса исходного вещества, что опровергает утверждение теории флогистона.

Таким образом, Пристли, Шееле и Лавуазье делят заслуги в открытии кислорода.

Общие характеристики кислорода

Строение атома кислорода

В атоме кислорода 8 электронов, которые расположены на двух электронных оболочках (рис. 44):

Кислород как химический элемент в химии - формулы, определение с примерами

Во внешней электронной оболочке атом кислорода имеет 6 электронов, поэтому до завершения этой оболочки ему не хватает 2 электронов. Поэтому в его

Кислород как химический элемент в химии - формулы, определение с примерами

Кислород как химический элемент в химии - формулы, определение с примерами

в соединениях с металлами и водородом кислород обычно проявляет степень окисления -2, как, например, в оксиде железа FeO. Кислород является вторым наиболее электроотрицательным химическим элементом после фтора, поэтому только атомы фтора могут отнимать у него электроны. Кислород проявляет положительную степень окисления +2 только в сочетании с фтором Кислород как химический элемент в химии - формулы, определение с примерами
.

Электронное строение кислорода

Электронная конфигурация кислорода в основном состоянии:

+8O 1с22с22п4 1с Кислород в химии: получение и свойства (формула, подробное описание и применение)
2 с Кислород в химии: получение и свойства (формула, подробное описание и применение)
2 П Кислород в химии: получение и свойства (формула, подробное описание и применение)

Атом кислорода содержит 2 неспаренных электрона и 2 неподеленные электронные пары в основном энергетическом состоянии на внешнем энергетическом уровне.

Кислород как простое вещество

В лаборатории кислород получают следующими способами.

1. Термическое разложение перманганата калия:

Кислород как химический элемент в химии - формулы, определение с примерами

2. Термическое разложение бертолетовой соли в присутствии катализатора:

Кислород как химический элемент в химии - формулы, определение с примерами

3. Термическое разложение нитратов щелочных металлов:

Кислород как химический элемент в химии - формулы, определение с примерами

4. Электролиз воды (рис. 19):
Кислород как химический элемент в химии - формулы, определение с примерами

Кислород как химический элемент в химии - формулы, определение с примерами

Рис. 19. Электролиз воды дает один объем кислорода и два объема 4

5. Пероксид водорода разлагается на воду и кислород в присутствии катализатора оксида марганца (IV) (рис. 20):
Кислород как химический элемент в химии - формулы, определение с примерами

В промышленности кислород получают электролизом воды или жидкого воздуха.

Кислород как химический элемент в химии - формулы, определение с примерами

Рис. 20. Разложение Кислород как химический элемент в химии - формулы, определение с примерами
присутствиеКислород как химический элемент в химии - формулы, определение с примерами

Понятие о катализаторах:

Если обратить внимание на реакцию получения кислорода при разложении перекиси водорода, то можно увидеть, что этот процесс протекает очень быстро в присутствии черного пороха — оксида марганца (IV) — Кислород как химический элемент в химии - формулы, определение с примерами
. Кислород начинает интенсивно выделяться, а после реакции в емкости остается неиспользованная вода и порошок.

Если порошок, находящийся на дне емкости, отфильтровать и высушить, то видно, что его первоначальная масса и свойства не изменились. Его можно использовать при разложении других образцов перекиси водорода.

Вещества, которые участвуют в химической реакции и ускоряют ее, но не расходуются и не изменяются, называются катализаторами.

Процесс, происходящий в присутствии катализатора, называется катализом.

Кислород как химический элемент в химии - формулы, определение с примерами

Рис. 21. Притяжение кислорода магнитом

Физические свойства:

Молекула кислорода состоит из двух атомов и как простое вещество выражается формулой 02. Относительная молекулярная масса равна 32. При нормальных условиях кислород представляет собой бесцветный газ без вкуса и запаха. Он немного тяжелее воздуха (1 литр кислорода весит 1,43 г, а 1 литр воздуха — 1,293 г). Кислород мало растворим в воде: при 0°С в 1 л — 49 мл кислорода, при 20°С в 1 л — 31 мл кислорода. Примерно при 1500°С кислород распадается на атомы. При -183°C кислород превращается в голубоватую жидкость. Жидкий кислород может притягиваться магнитом (рис. 21).

Озон:

При прохождении электрической искры (или разряда молнии) через кислород или воздух образуется новое вещество с характерным запахом: озон. Возможность получения озона из чистого кислорода доказывает, что он является его аллотропной модификацией и состоит из атомов кислорода:

Кислород как химический элемент в химии - формулы, определение с примерами

Озон постоянно образуется в стратосфере (слое атмосферы на высоте 23-25 ​​км от Земли) под действием ультрафиолетовых лучей, а также в результате окисления смолистых растительных веществ хвойных пород. Озоновый слой толщиной от 2 до 4,5 мм защищает Землю от вредного солнечного излучения (вредных лучей). Нарушение целостности озонового слоя крайне опасно для жизни на Земле. Поэтому ученые постоянно проводят исследования по изучению причин появления озоновых дыр и мер по их предотвращению.

Озон разъедает резину, обесцвечивает масло и бумагу и убивает бактерии. Применяется при совершенствовании технологических процессов в промышленности, при очистке дымовых газов, промышленных и бытовых сточных вод, а также при обеззараживании питьевой воды.
Озон — газ голубого цвета с характерным запахом, растворяется в воде лучше, чем кислород (при 0°С в 1 л воды 490 мл).

Озон легко разрушается: Кислород как химический элемент в химии - формулы, определение с примерами

В лаборатории озон получают с помощью озонатора.

Озон отделяется от кислорода сильным замораживанием (озон кипит при -111,9°С).

Озон ядовит. Его количество в воздухе не должно превышать Кислород как химический элемент в химии - формулы, определение с примерами
%.

Серебро не реагирует с кислородом, но при взаимодействии с озоном дает оксид.

Химические свойства кислорода:

Кислород (после фтора) является наиболее активным неметаллом.

Кислород поддерживает горение.

Кислород соединяется (окисляет) почти со всеми металлами, кроме золота, серебра, платины и металлов платиновой группы:

Кислород как химический элемент в химии - формулы, определение с примерами

Кислород как химический элемент в химии - формулы, определение с примерами

Кислород также реагирует со всеми неметаллами, кроме галогенов (элементы VII группы главной подгруппы), образуя оксиды:
Кислород как химический элемент в химии - формулы, определение с примерами

Кислород также реагирует со сложными органическими и неорганическими веществами:

Кислород как химический элемент в химии - формулы, определение с примерами

Оксиды – это вещества, образующиеся в результате взаимодействия кислорода и большинства простых или сложных веществ.

В оксидах кислород двухвалентен.

Элемент в окружающей среде

Земная кора состоит в основном из кремнекислородных минералов, а многие другие элементы присутствуют в виде их оксидов. Газообразный кислород составляет пятую часть атмосферы. O2 в атмосфере Земли образуется в результате фотосинтеза растений и накапливается в течение длительного периода времени, поскольку они используют богатые запасы углекислого газа в ранней атмосфере и выделяют кислород.

Элемент хорошо растворяется в воде, что делает возможной жизнь в реках, озерах и океанах. Вода в этих водоемах должна регулярно снабжаться кислородом, потому что, когда ее запасы O2 истощаются, она больше не может поддерживать рыбу и другие формы водной жизни.

Почти все химические вещества, кроме инертных газов, соединяются с кислородом, образуя соединения. Вода, H2O и кремнезем, SiO2, основной компонент песка, являются одними из наиболее распространенных соединений двойного кислорода. Среди соединений, содержащих более двух элементов, наиболее распространены силикаты, из которых состоит большинство горных пород и почв. Другими соединениями, в изобилии встречающимися в природе, являются карбонат кальция (известняк и мрамор), сульфат кальция (гипс), глинозем (бокситы) и различные оксиды железа, которые используются в качестве источника металла.

Элемент содержится во всех видах полезных ископаемых. Некоторые распространенные примеры включают оксиды, карбонаты, нитраты, сульфаты и фосфаты. Оксиды — это химические соединения, содержащие кислород и другой элемент. Карбонаты — это соединения, содержащие кислород, углерод и другие элементы. Примеры включают соду или кальцинированную соду, кальцинированную соду или кальцинированную соду (Na2CO3), которая часто встречается в моющих и чистящих средствах.

Нитраты, сульфаты и фосфаты также содержат кислород. Другими элементами в этих соединениях являются азот, сера или фосфор плюс еще один элемент. Примерами этих соединений являются нитрат калия или селитра (KNO3), сульфат магния или соли Эпсома (MgSO4) и фосфат кальция (Ca3(PO4)2).

Кислород как химический элемент в химии - формулы, определение с примерами

Изотопы кислорода

Существует три естественных изотопа O2: кислород-16, кислород-17 и кислород-18. Изотопы представляют собой две или более формы элемента. Они отличаются друг от друга своим массовым числом. Число, написанное справа от названия элемента, является массовым числом. Он представляет собой количество протонов плюс нейтронов в ядре атома элемента. Количество протонов определяет элемент, но количество нейтронов в атоме любого элемента может варьироваться. Каждая вариация является изотопом.

Также известны пять радиоактивных изотопов элемента. Радиоактивный изотоп — это изотоп, который распадается и испускает некоторый тип излучения. Радиоактивные изотопы образуются, когда очень маленькие частицы сжигают атомы. Эти частицы прилипают к атомам и делают их радиоактивными.

Физика - 9

Применение кислорода

Молекулярный диоксид О2 необходим для клеточного дыхания всех аэробных организмов. Его реактивные формы, такие как ион супероксида (O2-) и перекись водорода (H2O2), являются опасными побочными продуктами использования кислорода в организмах. Однако части иммунной системы высших организмов используют реактивный пероксид, супероксид и синглетный кислород для уничтожения вторгшихся микробов. Реактивные виды также играют важную роль в сверхчувствительной реакции растений на патогены.

В покое взрослый человек вдыхает от 1,8 до 2,4 г кислорода в минуту. Это соответствует более чем 6 миллиардам тонн элемента, вдыхаемому человечеством в год. Области использования включают в себя:

  • Люди с проблемами дыхания используют кислородные маски и баллоны, чтобы получить необходимый им кислород.
  • Он используется в ракетном топливе в сочетании с водородом в двигателе. Когда водород и кислород соединяются, они выделяют большое количество энергии. Энергия используется для запуска ракеты в космос.
  • На производство металлов приходится самый большой процент использования O2. Например, этот элемент используется для сжигания углерода и других примесей, содержащихся в железе, для производства стали. Небольшие количества этих примесей могут быть полезны для стали, но слишком большое их количество делает ее хрупкой и непригодной для использования. Углерод и другие примеси сжигаются при выплавке стали путем продувки O2 через расплавленное железо.
  • Он используется в производстве металлов, таких как медь, свинец и цинк. Эти металлы находятся в почве в виде сульфидов, таких как сульфид меди (CuS), сульфид свинца (PbS) и сульфид цинка (ZnS). Первым шагом в извлечении этих металлов является их превращение в оксиды. Затем оксиды нагревают с древесным углем для получения чистых металлов.
  • Он используется в химической промышленности в качестве исходного материала для производства некоторых очень важных соединений. Иногда этапы перехода от кислорода к конечному соединению длительны. Например, газообразный этилен (C2H4) можно обработать кислородом с образованием оксида этилена (CH2CH2O). Около 60% производимого этиленоксида превращается в этиленгликоль (CH2CH2(OH)2). Этиленгликоль используется в качестве антифриза и служит исходным материалом при производстве полиэфирных волокон, пленок, пластиковой тары, пакетов и упаковочных материалов
  • Он используется при кислородно-ацетиленовой сварке, в качестве окислителя для ракетного топлива, в производстве метанола и окиси этилена.
  • Растения и животные используют его для дыхания.
  • Чистый кислород часто используется для облегчения дыхания у пациентов с респираторными заболеваниями.

Кислород как химический элемент в химии - формулы, определение с примерами

Кислород и его соединения играют ключевую роль во многих важных процессах жизнедеятельности и промышленности

Биологическая роль кислорода

Кислород в химии: получение и свойства (формула, подробное описание и применение)
Аварийная подача кислорода в бомбоубежище

Большинство живых существ (аэробы) дышат кислородом из воздуха. Кислород широко используется в медицине. При сердечно-сосудистых заболеваниях для улучшения обменных процессов в желудок вводят кислородную пену («кислородный коктейль»). Подкожное введение кислорода применяют при трофических язвах, слоновости, гангрене и других тяжелых заболеваниях. Искусственное обогащение озоном используется для дезинфекции и дезодорации воздуха и очистки питьевой воды. Радиоактивный изотоп кислорода 15О применяют для исследования скорости кровотока, легочной вентиляции.

Кислород и воздух

Атмосферный воздух представляет собой естественную смесь многих газов. Помимо азота и кислорода, являющихся основными составляющими воздуха, в нем присутствуют в небольших количествах инертные газы, углекислый газ, водяной пар и водород (табл. 6). Кроме них, в зависимости от внешних условий в воздухе обнаруживается пыль и некоторые случайные примеси. Кислород, азот и инертные газы являются постоянными составляющими воздуха, они повсюду находятся почти в одинаковом количестве. Содержание углекислого газа, водяного пара и пыли варьируется в зависимости от условий.

Кислород как химический элемент в химии - формулы, определение с примерами

Один литр воздуха при температуре 20°C и нормальном атмосферном давлении весит 1,293 г. При -192 °С и давлении 101,33 кПа воздух превращается в бесцветную прозрачную жидкость. Из жидкого воздуха выделяются азот, кислород и инертные газы.

Углекислый газ и водяной пар в воздухе действуют как защитный экран, препятствующий распространению тепла от Земли во Вселенную, а озон блокирует губительные для Земли коротковолновые ультрафиолетовые лучи Солнца и звезд. Твердые частицы воздуха (пыль) служат основой для образования дождевых капель (к пыли относятся минералы, частицы углерода, растительная пыль, различные бактерии).

К случайным примесям воздуха относятся сероводород и аммиак, образующиеся при разложении органических отходов, диоксид серы, выбрасываемый промышленными предприятиями, оксиды азота, образующиеся в результате электрических разрядов, которые периодически удаляются из воздуха дождем и снегом.

Воздух является неотъемлемой частью жизни на Земле. Сохранение его чистоты имеет большое значение для человечества. Чтобы защитить воздух от техногенного загрязнения, необходимо безотходно использовать новые технологии, не допускать сокращения наземной биомассы и гарантировать нормальное функционирование естественных механизмов очистки воздуха.

Круговорот кислорода в природе

О том, что кислород содержится в больших количествах в литосфере, гидросфере и атмосфере, мы упоминали в предыдущих разделах учебника (табл. 5).

Кислород как химический элемент в химии - формулы, определение с примерами

Круговорот кислорода на Земле существенно не отличается от его круговорота в атмосфере, литосфере и гидросфере. На Земле круговорот происходит в основном в процессе фотосинтеза и дыхания. В процессе фотосинтеза углекислый газ соединяется с водой с образованием органических веществ и кислорода. Как результатКислород как химический элемент в химии - формулы, определение с примерами
расходуется на образование биомассы. При этом кислород, входящий в состав воды в виде О2, полностью переходит в атмосферу. Поэтому фотосинтез обеспечивает перенос кислорода из гидросферы в атмосферу и далее в биосферу (выделение кислорода из молекулы воды обозначено *):

Кислород как химический элемент в химии - формулы, определение с примерами

При дыхании, разложении мертвых организмов и горении кислород из биосферы возвращается в гидросферу и атмосферу:

Кислород как химический элемент в химии - формулы, определение с примерами

В биомассе Земли кислород полностью меняется каждые 20-30 лет. Кислород поступает в литосферу из атмосферы в видеКислород как химический элемент в химии - формулы, определение с примерами
, который соединяется и становитсяКислород как химический элемент в химии - формулы, определение с примерами
(например, в раковинах моллюсков), а затем эти карбонаты, термически разлагаясь, образуют углекислый газ, который возвращается в атмосферу: Кислород как химический элемент в химии - формулы, определение с примерами

Эта реакция наблюдается в основном в районах повышенной вулканической активности, постепенно обновляя углекислый газ в атмосфере.

Получение

Сегодня в промышленности кислород получают из воздуха. Основным промышленным способом получения кислорода является криогенная перегонка. Кислородные установки на основе мембранной технологии также хорошо известны и успешно применяются в промышленности.

Кислород: почему он так важен для нашего организма

Перегонка жидкого воздуха

Сегодня в промышленности кислород получают из воздуха. Основным промышленным способом получения кислорода является криогенная перегонка. Кислородные установки, работающие на основе мембранной технологии, помимо использования адсорбционного принципа, также хорошо известны и успешно применяются в промышленности.

В лабораториях используется технический кислород, поставляемый в стальных баллонах под давлением около 15 МПа.

Пензадоктор - Новости - Новости

Разложение кислородсодержащих веществ

Небольшие количества кислорода можно получить при нагревании перманганата калия KMnO4:

2KMnO4 → tK2MnO4 + MnO2 + O2↑ { displaystyle { ce {2KMnO4 -> t K2MnO4 + MnO2 + O2 ^}}}

Также используется каталитическая реакция разложения пероксида водорода H2O2 в присутствии оксида марганца (IV):

2H2O2 → MnO22H2O + O2 ↑ { displaystyle { ce {2H2O2 -> MnO2 2H2O + O2 ^}}}

Кислород можно получить каталитическим разложением хлората калия (бертолетовой соли) KClO3:

2KClO3 ⟶ 2KCl + 3O2 ↑ { displaystyle { ce {2KClO3 -> 2KCl + 3O2 ^}}}

Разложение оксида ртути (II) (при = 100 ° C) было первым методом синтеза кислорода:

2HgO → 100 ° C2Hg + O2 ↑ { displaystyle { ce {2HgO -> 100 {°} C 2Hg + O2 ^}}}

Электролиз водных растворов

К лабораторным методам получения кислорода относится метод электролиза разбавленных водных растворов щелочей, кислот и некоторых солей (сульфатов, нитратов щелочных металлов):

2H2O → e−2H2 ↑ + O2 ↑ { displaystyle { ce {2H2O -> e ^ — 2H2 ^ + O2 ^}}}e ^ — 2H2 ^ + O2 ^}}}» src=»https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/8db728b3843f8a1cdd2018f9fc927b902a80673f»>

Разложение хлората калия

Хлорат калия представляет собой белое кристаллическое вещество. Используется в производстве фейерверков и других пиротехнических изделий. У этого вещества есть тривиальное название – «бертолетова соль». Такое название вещество получило в честь французского химика, впервые синтезировавшего его, Клода Луи Бертолле. Химическая формула хлората калия – KClO3. При нагревании хлората калия в присутствии катализатора оксида марганца MnO2 бертолетовая соль разлагается по следующей схеме:

2KClO3 t°, MnO2 → 2KCl + 3O2↑.

Хлорат калия - Госстандарт

Разложение нитратов

Нитраты – это вещества, содержащие в своем составе ионы NO3⎺. Соединения этого класса используются в качестве минеральных удобрений и входят в состав пиротехнических изделий.

Нитраты являются термически неустойчивыми соединениями и при нагревании разлагаются с выделением кислорода:

Отметим, что все рассмотренные способы получения кислорода аналогичны. Во всех случаях при разложении более сложных веществ выделяется кислород.

Реакция разложения – реакция, в результате которой сложные вещества распадаются на более простые. В общем виде реакцию разложения можно описать буквенной схемой:

АВ → А + В.

Реакции разложения могут протекать под действием различных факторов. Это может быть нагрев, действие электрического тока, использование катализатора. Существуют реакции, при которых вещества самопроизвольно разлагаются.

Разложение нитратов. ЕГЭ Химия. | Илья Александрович Скороход | ЯндексДзен

Разложение оксида ртути (II)

Одним из способов получения кислорода в лаборатории является получение его по описанной выше реакции разложения оксида ртути (II). Из-за высокой токсичности ртутных соединений и самих паров ртути этот метод применяют редко.

4 Английский химик Дж. Пристли получил кислород при разложении оксида ртути (II). Напишите уравнение этой реакции. Поставьте и решите задачу, в которой указаны масса исходного вещества и доля в нем

Разложение пероксида водорода

Перекись водорода — известное вещество. В аптеке он продается под названием «перекись водорода». Это название устарело, правильнее использовать термин «перекись». Химическая формула перекиси водорода H2O2. Перекись водорода медленно распадается на воду и кислород при хранении. Для ускорения процесса разложения можно нагреть или нанести катализатор.

Катализатор — вещество, ускоряющее скорость химической реакции

Налейте в колбу перекись водорода, добавьте в жидкость катализатор. Катализатором может служить черный порошок, оксид марганца MnO2. Сразу же смесь начнет пениться из-за выделения большого количества кислорода. Положим в колбу зажженный факел — он ярко светится. Уравнение реакции разложения перекиси водорода:

2H2O2 MnO2 → 2H2O + O2↑

Обратите внимание: катализатор, ускоряющий реакцию, написан над стрелкой, или знаком «=», потому что он не расходуется в ходе реакции, а только ускоряет ее.

15. Получение кислорода в лаборатории

Разложение перманганата калия

Перманганат калия (в быту мы называем его перманганатом калия) представляет собой темно-фиолетовое кристаллическое вещество. При нагревании перманганата калия выделяется кислород. Насыпьте в пробирку немного порошка марганцовки и закрепите ее горизонтально на ножке штатива. Поместите кусочек ватного тампона рядом с отверстием пробирки. Закрываем пробирку пробкой, в которую вставлена ​​газоотводная трубка, конец которой опускаем в приемный сосуд. Вентиляционная трубка должна доходить до дна приемного контейнера. Ватный диск, находящийся возле горлышка пробирки, нужен для предотвращения попадания частиц перманганата калия в приемный сосуд (при разложении частицы перманганата уносятся выделяющимся кислородом). Когда прибор собран, начинаем нагревать пробирку. Начинается выделение кислорода.

Уравнение реакции разложения перманганата калия:

2KMnO4 t° → K2MnO4 + MnO2 + O2↑

Как определить наличие кислорода? Воспользуемся методом Пристли. Давайте зажжем деревянную горелку, пусть она немного погорит, а потом потушите, чтобы она еле горела. Опускаем дымящий факел в емкость с кислородом. Факел ярко светит! Кислород тяжелее воздуха, поэтому он будет собираться внизу ресивера и вытеснять воздух. Кислород также можно собирать путем вытеснения воды. Для этого газоотводную трубку необходимо опустить в пробирку, наполненную водой, и через отверстие опустить в кристаллизатор с водой. При подаче кислорода газ вытесняет воду в пробирке.

Разложение перманганата калия. Свойства солей марганцевой кислоты

Реакция перекисных соединений с углекислым газом

На подводных лодках и орбитальных станциях его обычно получают реакцией пероксида натрия и углекислого газа, выдыхаемых человеком:

2Na2O2 + 2CO2 ⟶2Na2CO3 + O2↑ { displaystyle { ce {2Na2O2 + 2CO2 -> 2Na2CO3 + O2 ^}}}

Чтобы сбалансировать объемы поглощенного углекислого газа и выделившегося кислорода, в него добавляют надкись калия. Космические корабли иногда используют перекись лития для снижения веса.

Физические свойства

Кислород в химии: получение и свойства (формула, подробное описание и применение)
Холодная вода содержит больше растворенного O2.

При нормальных условиях кислород представляет собой бесцветный газ без вкуса и запаха.

1 литр имеет массу 1,429 г, он немного тяжелее воздуха. Мало растворим в воде (4,9 мл/100 г при 0°С, 2,09 мл/100 г при 50°С) и спирте (2,78 мл/100 г при 25°С). Он хорошо растворяется в расплавленном серебре (22 объема О2 в 1 объеме серебра при 961 °С). Это парамагнетик.

При нагревании газообразного кислорода происходит его обратимая диссоциация на атомы: при 2000 °С — 0,03 %, при 2600 °С — 1 %, при 4000 °С — 59 %, при 6000 °С — 99,5 %.

Жидкий кислород (температура кипения -182,98°С) представляет собой бледно-голубую жидкость.

Кислород в химии: получение и свойства (формула, подробное описание и применение)
Фазовая диаграмма O2

Твердый кислород (температура плавления −218,35°C) — голубые кристаллы. Известно шесть кристаллических фаз, три из которых существуют при давлении 1 атм.:

  • α-O2 – существует при температуре ниже 23,65 К; ярко-голубые кристаллы относятся к моноклинной системе, параметры ячейки а=5,403 Å, b=3,429 Å, c=5,086 Å; β=132,53° 4 .
  • β-O2 – существует в интервале температур от 23,65 до 43,65 К; бледно-голубые кристаллы (при увеличении давления цвет становится розовым) имеют ромбоэдрическую решетку, параметры ячейки а = 4,21 Å, а = 46,25° 4 .
  • γ-O2 – существует при температурах от 43,65 до 54,21 К; бледно-голубые кристаллы имеют кубическую симметрию, период решетки а = 6,83 Å 4 .

При высоких давлениях образуются еще три фазы:

  • δ-О2 в интервале температур 20-240 К и давления 6-8 ГПа, кристаллы оранжевого цвета;
  • Давление ε-О4 от 10 до 96 ГПа, цвет кристаллов от темно-красного до черного, моноклинная система;
  • ζ-On давление больше 96 ГПа, металлическое состояние с характерным металлическим блеском, при низких температурах переходит в сверхпроводящее состояние.

Химические свойства

В нормальных условиях чистый кислород — очень активное вещество, сильный окислитель. В составе воздуха окислительные свойства кислорода выражены не так сильно.

1. Кислород проявляет свойства окислителя (с большинством химических элементов) и свойства восстановителя (только с более электроотрицательным фтором). Как окислитель кислород реагирует как с металлами, так и с неметаллами. Большинство реакций горения простых веществ в кислороде протекают очень быстро, иногда на ура.

1.1. Кислород реагирует с фтором с образованием фторидов кислорода:

О2 + 2F2 → 2OF2

Кислород практически не реагирует с хлором и бромом, взаимодействует только в специфических и очень жестких условиях.

1.2. Кислород реагирует с серой и кремнием с образованием оксидов:

S + O2 → SO2

Si + O2 → SiO2

1.3 Фосфор горит в кислороде с образованием оксидов:

При недостатке кислорода возможно образование оксида фосфора (III):

4P + 3O2 → 2P2O3

Но чаще фосфор сгорает до оксида фосфора(V):

4P + 5O2 → 2P2O5

1.4 Кислород реагирует с азотом под действием электрического разряда или при очень высокой температуре (2000 °С) с образованием оксида азота (II):

N2 + O2 → 2NO

1.5. В реакциях с щелочноземельными металлами, литием и алюминием кислород также проявляет свойства окислителя. При этом образуются оксиды:

2Са + О2 → 2СаО

Однако при сжигании натрия до кислорода образуется преимущественно пероксид натрия:

2Na + O2 → Na2O2

А вот калий, рубидий и цезий при сгорании образуют смесь продуктов, в основном супероксид:

К + О2 → КО2

Переходные металлы обычно окисляют кислород до устойчивых степеней окисления.

Цинк окисляется до оксида цинка (II):

2Zn + O2 → 2ZnO

Образуется железо, в зависимости от количества кислорода, оксид железа (II), оксид железа (III) или железная окалина:

2Fe + О2 → 2FeO

4Fe + 3O2 → 2Fe2O3

3Fe + 2O2 → Fe3O4

1.6. При нагревании с избытком кислорода графит сгорает с образованием монооксида углерода (IV):

С + О2 → СО2

при недостатке кислорода образуется окись углерода СО:

2С + О2 → 2СО

Графит также горит, например, в жидком кислороде:

2. Кислород взаимодействует со сложными веществами:

2.1. Кислород окисляет бинарные соединения металлов и неметаллов: сульфиды, фосфиды, карбиды, гидриды. При этом образуются оксиды:

4FeS + 7O2 → 2Fe2O3 + 4SO2

Al4C3 + 6O2 → 2Al2O3 + 3CO2

Са3Р2 + 4О2 → 3СаО + Р2О5

2.2. Кислород окисляет бинарные соединения неметаллов:

  • летучие соединения водорода (сероводород, аммиак, метан, гидриды силана. При этом также образуются оксиды:

2H2S + 3O2 → 2H2O + 2SO2

Аммиак горит с образованием простого вещества азота:

4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O

Аммиак окисляется на катализаторе (например, губчатое железо) до оксида азота(II):

4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O

  • другие бинарные соединения неметаллов, как правило, соединения серы, углерода, фосфора (сероуглерод, сульфид фосфора и др.):

CS2 + 3O2 → CO2 + 2SO2

  • некоторые оксиды элементов в промежуточных степенях окисления (окись углерода (II), окись железа (II) и др.):

2СО + О2 → 2СО2

23. Кислород окисляет гидроксиды и соли металлов до промежуточных степеней окисления в водных растворах.

Например, кислород окисляет гидроксид железа (II):

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3

Кислород окисляет азотистую кислоту:

2HNO2 + О2 → 2HNO3

2.4. Кислород окисляет большинство органических веществ. При этом возможно сильное окисление (сгорание) до двуокиси углерода, угарного газа или углерода:

СН4 + 2О2 → СО2 + 2Н2О

2CH4 + 3O2 → 2CO + 4H2O

СН4 + О2 → С + 2H2O

Также возможно каталитическое окисление многих органических веществ (алкенов, спиртов, альдегидов и др.)

2CH2=CH2 + O2 → 2CH3=CH=O

Горение и кислород

Реакции с участием кислорода, рассмотренные в предыдущем абзаце, сопровождаются такими же внешними эффектами.

Химическая реакция, при которой выделяется тепло и появляется пламя, называется горением.

Пламя вызывается свечением раскаленных частиц веществ, которые сгорают или образуются в ходе реакции.

Для воспламенения горючего вещества необходимы следующие условия:

  • наличие кислорода (воздуха);
  • нагреть вещество до температуры самовозгорания (для бензина это 220°С, сухого дерева — 250-300°С, бумаги — 440°С, угля — более 600°С).

Кислород способствует сгоранию веществ, но не горит.

Если хотя бы одно из этих условий не выполняется, то горения не происходит. Это учитывается при работе с легковоспламеняющимися веществами, а также при тушении пожаров.

Потушить пожар можно, залив горящее вещество или предмет водой, засыпав его песком или землей, накрыв одеялом или направив на него струю углекислого газа (он не поддерживает горение и тяжелее воздуха) (рисунок 63).

Кислород как химический элемент в химии - формулы, определение с примерами
Кислород как химический элемент в химии - формулы, определение с примерами

Рис. 63. Потушить пламя:

а — вода; б — песок; в — углекислый газ

В лабораториях, на предприятиях для этой цели применяют огнетушители (рис. 64).
Кислород как химический элемент в химии - формулы, определение с примерами

Окисление и кислород

Взаимодействие веществ с кислородом не всегда сопровождается их горением. Большинство этих реакций протекают медленно, иногда незаметно. Вещество, взаимодействующее с кислородом, окисляется, то есть изменяется при участии кислорода.

Медленное окисление веществ обусловлено появлением ржавчины на железе, закислением молока, подгоранием сливочного масла и порчей многих других пищевых продуктов.

Реакции веществ с кислородом, не сопровождающиеся горением, используются в цветной металлургии и в химической промышленности.

Кислород, попадая в организм животного или человека через легкие, окисляет различные вещества, в том числе и те, которые постоянно поступают с пищей.

Кислород: купить Кислород технический в Туле по цене 150 рублей за баллон - завод "Артон"

Рекомендации:

При взаимодействии некоторых веществ с кислородом происходит их горение — химическое превращение с выделением тепла и появлением пламени.

Необходимыми условиями горения являются наличие кислорода и достижение веществом определенной температуры. Чтобы погасить пламя, необходимо устранить хотя бы одно из этих условий.

Любая реакция вещества с кислородом называется окислением. Многие из этих реакций протекают медленно и не сопровождаются появлением пламени.

Оцените статью
Adblock
detector