Урок 16. кислород и озон

Сколько озона в кислороде, сколько атомов кислорода находится в молекуле озона?

Озон и кислород в химии

В чистом виде озон является голубым газом с очень резким запахом. Сколько озона в кислороде, сколько атомов кислорода находится в молекуле озона? Молекула озона может быть представлена такими способами:

• Структуры слева есть резонансными.
• Каждая из этих фигур есть только чертежом молекулы, она не существует в реальности, такой как изображена на схеме.
• Настоящая молекула представляет что-то среднее между структурами слева и структурой справа.

Озон — это аллотроп кислорода. Он получается в процессе соединения трех атомов кислорода. Атомы кислорода выделяют озон и кислород. Молекулярный озон и кислород состоят из одних и тех же атомов, но являются разными веществами. Это явление называется аллотропией. Количество атомов кислорода в озоне также равно 3.

Элемент в окружающей среде

Земная кора состоит в основном из кремниево-кислородных минералов, и многие другие элементы присутствуют в виде их оксидов. Газообразный кислород составляет пятую часть атмосферы. О2 в атмосфере Земли образуется в результате фотосинтеза растений, он накапливался в течение длительного времени, поскольку они использовали обильные запасы углекислого газа в ранней атмосфере и выделяли кислород.

Почти все химические вещества, кроме инертных газов, связываются с кислородом с образованием соединений. Вода, H2O и кремнезём, SiO2, основной компонент песка, являются одними из наиболее распространённых двойных кислородных соединений. Среди соединений, которые содержат более двух элементов, наиболее распространёнными являются силикаты, которые образуют большинство пород и почв. Другими соединениями, которые в изобилии встречаются в природе, являются карбонат кальция (известняк и мрамор), сульфат кальция (гипс), оксид алюминия (боксит) и различные оксиды железа, которые используются в качестве источника металла.

Элемент встречается во всех видах минералов. Некоторые общие примеры включают оксиды, карбонаты, нитраты, сульфаты и фосфаты. Оксиды — это химические соединения, которые содержат кислород и ещё один элемент. Карбонаты — это соединения, которые содержат кислород, углерод и ещё один элемент. В качестве примера можно привести карбонат натрия или соду, кальцинированную соду или солевую 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 ещё один элемент. Примерами этих соединений являются нитрат калия или селитра (KNO3), сульфат магния или соли Эпсома (MgSO4) и фосфат кальция (Ca3 (PO 4)2).

Физические свойства

В мировом океане содержание растворённого O₂ больше в холодной воде, а меньше — в тёплой

Жидкий кислород

При нормальных условиях кислород — это газ без цвета, вкуса и запаха.

1 л его имеет массу 1,429 г. Немного тяжелее воздуха. Слабо растворяется в воде (4,9 мл/100 г при 0 °C, 2,09 мл/100 г при +50 °C) и спирте (2,78 мл/100 г при +25 °C). Хорошо растворяется в расплавленном серебре (22 объёма O₂ в 1 объёме Ag при +961 °C). Хорошо растворяется в перфторированных углеводородах (20-40 об/об %).

Межатомное расстояние — 0,12074 нм. Является парамагнетиком. В жидком виде притягивается магнитом.

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

Жидкий кислород (температура кипения −182,98 °C) — это бледно-голубая жидкость.

Фазовая диаграмма O₂

Твёрдый кислород (температура плавления −218,35 °C) — синие кристаллы. Известны 6 кристаллических фаз, из которых три существуют при давлении в 1 атм.:

• α-O₂ — существует при температуре ниже 23,65 K; ярко-синие кристаллы относятся к моноклинной сингонии, параметры ячейки a=5,403 Å, b=3,429 Å, c=5,086 Å; β=132,53°.
• β-O₂ — существует в интервале температур от 23,65 до 43,65 K; бледно-синие кристаллы (при повышении давления цвет переходит в розовый) имеют ромбоэдрическую решётку, параметры ячейки a=4,21 Å, α=46,25°.
• γ-O₂ — существует при температурах от 43,65 до 54,21 K; бледно-синие кристаллы имеют кубическую симметрию, период решётки a=6,83 Å.

Ещё три фазы образуются при высоких давлениях:

• δ-O₂ — интервал температур 20—240 K и давление 6—8 ГПа, оранжевые кристаллы;
• ε-фаза, содержит молекулы O₄ или O₈, существует при давлении от 10 и до 96 ГПа, цвет кристаллов от тёмно-красного до чёрного, моноклинная сингония;
• ζ-O_n — давление более 96 ГПа, металлическое состояние с характерным металлическим блеском, при низких температурах переходит в сверхпроводящее состояние.

Общие сведения

Кислород — это газообразный химический элемент. Он обозначается символом O, имеет атомный номер 8 и атомный вес 15,9994, а его молярная масса 32 г/моль. Формула кислорода О2. Схема электронной конфигурации атома кислорода — 1s 2 2s 2 2p 4. Строение атома кислорода имеет две оболочки, как и все элементы, расположенные во втором периоде.

Он представляет большой интерес, поскольку является важнейшим элементом дыхательных процессов большинства живых клеток и процессов сгорания. Это самый распространённый элемент в земной коре. Почти одна пятая (по объёму) воздуха — это О2. Степень окисления -2.

В нормальных условиях О2 — бесцветный газ без запаха и вкуса. Он конденсируется в светло-голубой жидкости. Это реакционноспособный элемент, который образует оксиды со всеми другими элементами, кроме гелия, неона, аргона и криптона. Он умеренно растворим в воде (30 см3 на 1 л растворяющейся воды) при температуре 20 градусов Цельсия.

Химические свойства

Кислород является химически активным веществом. Он способен вступать в реакции с множеством других веществ, однако для протекания большинства этих реакций необходима более высокая, чем комнатная, температура. При нагревании кислород реагирует с неметаллами и металлами.

Если стеклянную колбу наполнить кислородом и внести в нее ложечку с горящей серой, то сера вспыхивает с образованием яркого пламени и быстро сгорает (рис. 80).

Химическую реакцию, протекающую в этом случае, можно описать следующим уравнением:

В результате реакции образуется вещество SO₂, которое называется сернистым газом. Сернистый газ имеет резкий запах, который вы ощущаете при зажигании обычной спички. Это говорит о том, что в состав головки спички входит сера, при горении которой и образуется сернистый газ.

Подожженный красный фосфор в колбе с кислородом вспыхивает еще ярче и быстро сгорает, образуя густой белый дым (рис. 81).

При этом протекает химическая реакция:

Белый дым состоит из маленьких твердых частиц продукта реакции — P₂O₅.

Если в колбу с кислородом внести тлеющий уголек, состоящий в основном из углерода, то он также вспыхивает и сгорает ярким пламенем (рис. 82).

Протекающую химическую реакцию можно представить следующим уравнением:

Продуктом реакции является CO₂, или углекислый газ, с которым вы уже знакомы. Доказать образование углекислого газа можно, добавив в колбу немного известковой воды. Помутнение свидетельствует о присутствии CO₂ в колбе.

Возгорание уголька можно использовать для отличия кислорода от других газов. Если в сосуд (колбу, пробирку) с газом внести тлеющий уголек и он вспыхнет, то это указывает на наличие в сосуде кислорода.

Кроме неметаллов, с кислородом реагируют и многие металлы. Внесем в колбу с кислородом раскаленную стальную проволоку, состоящую в основном из железа. Проволока начинает ярко светиться и разбрасывать в разные стороны раскаленные искры, как при горении бенгальского огня (рис. 83).

При этом протекает следующая химическая реакция:

В результате реакции образуется вещество Fe₃O₄ (железная окалина). В состав формульной единицы этого вещества входят три атома железа, причем один из них имеет валентность II, а два других атома имеют валентность III. Поэтому формулу этого вещества можно представить в виде FeO * Fe₂O₃.

Реакцию железа с кислородом используют для резки стальных изделий. Для этого определенный участок детали сначала нагревают с помощью кислородногазовой горелки. Затем направляют на нагретое место струю чистого кислорода, для чего перекрывают кран поступления горючего газа в горелку. Нагретое до высокой температуры железо вступает в химическую реакцию с кислородом и превращается в окалину. Так можно разрезать очень толстые железные детали.

Биологическая роль кислорода

Аварийный запас кислорода в бомбоубежище

Большинство живых существ (аэробы) дышат кислородом. Широко используется кислород в медицине. При сердечно-сосудистых заболеваниях, для улучшения обменных процессов, в желудок вводят кислородную пену («кислородный коктейль»). Подкожное введение кислорода используют при трофических язвах, слоновости, гангрене и других серьёзных заболеваниях. Для обеззараживания и дезодорации воздуха и очистки питьевой воды применяют искусственное обогащение озоном. Радиоактивный изотоп кислорода 15O применяется для исследований скорости кровотока, лёгочной вентиляции.

Кислород, свойства атома, химические и физические свойства.

О 8 Кислород

15,99903-15,99977* 1s2 2s2 2p4

Кислород — элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 8. Расположен в 16-й группе (по старой классификации — главной подгруппе шестой группы), втором периоде периодической системы.

Атом и молекула кислорода. Формула кислорода. Строение кислорода

Изотопы и модификации кислорода

Свойства кислорода (таблица): температура, плотность, давление и пр.

Физические свойства кислорода

Химические свойства кислорода. Взаимодействие кислорода. Реакции с кислородом

Получение кислорода

Применение кислорода

Таблица химических элементов Д.И. Менделеева

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ

Часть 1

1. Испарение и кипение — два процесса превращения вещества из одного агрегатного состояния в другое. Общей характеристикой этих процессов является то, что оба они

А. Представляют собой процесс превращения вещества из жидкого состояния в газообразное
Б. Происходят при определённой температуре

Правильный ответ

1) только А
2) только Б
3) и А, и Б
4) ни А, ни Б

2. Испарение и кипение — два процесса перехода вещества из одного агрегатного состояния в другое. Различие между ними заключается в том, что

А. Кипение происходит при определённой температуре, а испарение — при любой температуре.
Б. Испарение происходит с поверхности жидкости, а кипение — во всём объёме жидкости.

Правильным(-и) является(-ются) утверждение(-я)

1) только А
2) только Б
3) и А, и Б
4) ни А, ни Б

3. При нагревании вода превращается в пар той же температуры. При этом

1) увеличивается среднее расстояние между молекулами
2) уменьшается средний модуль скорости движения молекул
3) увеличивается средний модуль скорости движения молекул
4) уменьшается среднее расстояние между молекулами

4. В процессе конденсации водяного пара при неизменной его температуре выделилось некоторое количество теплоты. Что произошло с энергией молекул водяного пара?

1) изменилась как потенциальная, так и кинетическая энергия молекул пара
2) изменилась только потенциальная энергия молекул пара
3) изменилась только кинетическая энергия молекул пара
4) внутренняя энергия молекул пара не изменилась

5. На рисунке приведён график зависимости температуры воды от времени при её охлаждении и последующем нагревании. Первоначально вода находилась в газообразном состоянии. Какой участок графика соответствует процессу конденсации воды?

1) АВ
2) ВС
3) CD
4) DE

6. На рисунке приведён график зависимости температуры воды от времени. В начальный момент времени вода находилась в газообразном состоянии. В каком состоянии находится вода в момент времени ​\( \tau_1 \)​?

1) только в газообразном
2) только в жидком
3) часть воды в жидком состоянии, часть — в газообразном
4) часть воды в жидком состоянии, часть — в кристаллическом

7. На рисунке приведён график зависимости температуры спирта от времени при его нагревании и последующем охлаждении. Первоначально спирт находился в жидком состоянии. Какой участок графика соответствует процессу кипения спирта?

1) АВ
2) ВС
3) CD
4) DE

8. Какое количество теплоты необходимо затратить, чтобы превратить в газообразное состояние 0,1 кг спирта при температуре кипения?

1) 240 Дж
2) 90 кДж
3) 230 кДж
4) 4500 кДж

9. В понедельник абсолютная влажность воздуха днём при температуре 20 °С была равной 12,8 г/см3. Во вторник она увеличилась и стала равной 15,4 г/см3. Выпала ли роса при понижении температуры до 16 °С, если плотность насыщенного пара при этой температуре 13,6 г/см3?

1) не выпала ни в понедельник, ни во вторник
2) выпала и в понедельник, и во вторник
3) в понедельник выпала, во вторник не выпала
4) в понедельник не выпала, во вторник выпала

10. Чему равна относительная влажность воздуха, если при температуре 30 °С абсолютная влажность воздуха равна 18·10-3 кг/м3, а плотность насыщенного пара при этой температуре 30·10-3 кг/м3?

1) 60%
2) 30%
3) 18 %
4) 1,7 %

11. Для каждого физического понятия из первого столбца подберите соответствующий пример из второго столбца. Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ФИЗИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ
A) физическая величина
Б) единица физической величины
B) прибор для измерения физической величины

ПРИМЕРЫ
1) кристаллизация
2) джоуль
3) кипение
4) температура
5) мензурка

12. На рисунке приведены графики зависимости от времени температуры двух веществ одинаковой массы, находившихся первоначально в жидком состоянии, получающих одинаковое количество теплоты в единицу времени. Из приведённых ниже утверждений выберите правильные и запишите их номера.

1) Вещество 1 полностью переходит в газообразное состояние, когда начинается кипение вещества 2
2) Удельная теплоёмкость вещества 1 больше, чем вещества 2
3) Удельная теплота парообразования вещества 1 больше, чем вещества 2
4) Температура кипения вещества 1 выше, чем вещества 2
5) В течение промежутка времени ​\( 0-t_1 \)​ оба вещества находились в жидком состоянии

Часть 2

13. Какое количество теплоты необходимо для превращения в стоградусный пар 200 г воды, взятой при температуре 40 °С? Потерями энергии на нагревание окружающего воздуха пренебречь.

Сухие углекислые ванны: показания и противопоказания

Что это такое, сухая углекислая ванна, мы уже выяснили, остается разобраться, какую пользу она приносит, кому показана, а для кого подобные процедуры должны оставаться под запретом. Сперва обязательно сходите к своему лечащему врачу. Только он может провести тесты и исследования, и дать разрешение.

Польза и показания

• Чаще всего процедуры назначаются при заболеваниях сердечно-сосудистой системы. При них лучше не погружаться в воду, которая оказывает гидромеханическое давление. Потому сухой газ в этом случае как раз то, что нужно.
• Показаны ванны гипертоникам, так как могут качественно помочь расширить сосуды для понижения артериального давления. Сопротивляемость, прочность и эластичность стенок сосудов заметно возрастает.
• Углекислые ванны замедляют окислительные процессы в организме, то есть предотвращают преждевременное старение.
• Газ, попадающий в организм через ткани, улучшает состояние бронхов и благотворно влияет на разные легочные проблемы. Потому зачастую их назначают при затяжном кашле, бронхитах,. показаны они как терапия при воспалении легких.
• Углекислота влияет на иммунную систему, поддерживает и активизирует ее. Ванны позволяют организму более активно бороться с бактериями и вирусами, попадающими извне. После процедур люди менее подвержены простудам, меньше болеют.
• В борьбе с избыточным весом проблемой становится неспособность кожи быстро вернуться к исходной эластичности. Она может обвисать складками, некрасиво морщиться. Углекислые ванны позволяют разгладить дерму, сделать ее более податливой. Они подстегивают регенерацию клеток, способствуя их более быстрому восстановлению, потому их назначают при целлюлите.
• Пациенты обычно говорят о серьёзном расслабляющем эффекте: они ощущают умиротворение и спокойствие. Поэтому подобные процедуры назначают при постоянном стрессе, нервных расстройствах или синдроме хронической усталости, затяжных депрессиях. При апатии, агрессивном поведении, бессоннице или постоянном желании спать ванны с углекислотой тоже помогут.

Противопоказания

Несмотря на всю пользу сухих углекислых ванн, нельзя забывать, что принимать их всем подряд без разбора нельзя. Есть ряд прямых противопоказаний, с которыми придется считаться.

• Хронические заболевания в стадии обострения.
• Активизация воспалительных процессов, повышенная температура тела.
• Беременность на любом сроке.
• Подозрение на онкологические проблемы.
• Тромбоз, тромбофлебит или любые другие заболевания, связанные с образованием сгустков крови.
• Неврологические и невротические заболевания.
• Психические болезни.
• Сердечная астма.
• Ревматизм в острой стадии.
• Климактерический период с ангионевротическими явлениями.
• Печеночная, сердечная или почечная недостаточность.

Противопоказаний довольно много, а человек может сам не догадываться, какие проблемы имеет. Потому нельзя назначать процедуры самостоятельно, не посоветовавшись с врачом.

Рекомендации после принятия углекислых ванн

Отзывы о сухих углекислых ваннах преимущественно носят положительный характер. Но не помешает знать также, как себя вести во время и после процедур.

• Берите с собой купальник или плавки. Чем больше площадь воздействия газа на открытую кожу, тем эффективнее ванна.
• Прихватите полотенце. Возможно, придется стереть пот или даже принять душ после процедуры.
• После ванны нужно посидеть в спокойствии полчаса-час. Обычно это обеспечивается салонами или медицинскими центрами, где есть комната отдыха с удобными креслами, журналами или телевизором.
• После принятия углекислых ванн нужно постараться избегать переохлаждения, в особенности, в зимний период. Двухнедельный курс процедур и еще две недели после него, никак не лучшее время, чтобы отправляться на каток или лыжные прогулки, нельзя загорать на солнце, посещать солярий.

Эффективность процедуры

В зависимости от того, с какой проблемой человек решает справиться при помощи сухих углекислых ванн, эффект может быть разным и наступить в разное время. Если целью является лечение сердечно-сосудистой дистонии, то стойкое улучшение состояния можно обнаружить после третьей процедуры.

При лечении легочных болезней облегчение порой наступает уже с первого-второго сеанса. При устранении целлюлита и снижении избыточной массы, придется подождать, прилагая много дополнительных усилий. Ведь для этого важен комплексный подход: соблюдение диеты, физические нагрузки и правильный психологический настрой.

Доклад №2

Общие сведения

Газовидный химический элемент, который крайне необходим для обеспечения нормального течения метаболизма живых организмов, в периодической системе имеющий обозначение О, называется кислород. Открыли его дважды: в 1772 году Карл Шеел, а спустя 2 года Джозеф Пристли. Этот газообразный химический элемент не имеет ни запаха, ни вкуса и является наиболее встречающимся компонентом внешней твердой оболочки Земли. Также кислород входит в соединение воды и большого количества горнорудных пород. В воздухе объем кислорода составляет 28%. Выделить его можно в процессе ступенчатого охлаждения газовой смеси, который сопровождается поэтапным скоплением разобщенных составляющих. А также проведя электролизное разложение воды (подвергаясь воздействию непрерывного электрического тока, вода распадается на кислород и водород).

Свойства химически активного неметалла

Кислород характеризуется большой химической интенсивностью и образует смешанные субстанции, состоящие из химически связанных атомов двух и более элементов почти со всей периодической системой, исключением являются только инертные газы (криптон, аргон, неон, гелий и ксенон).  Во время превращения вычленяется большое количество тепла, такая реакция носит экзотермичное течение. Кислород очень трудно растворить в воде. С увеличением температуры понижается растворимость. При снижении температуры до – 218*С кислород становится твердым.

Когда сжатый газообразный кислород соприкасается с распыленными жировыми веществами, приготовленными из субстанций растительного, животного или минерального происхождения, получается их самовозгорание. Это служит частыми источниками пожаров. Чтобы несчастные случаи не происходили, следует скрупулезно производить обезжиривание кислородной аппаратуры. Бесцветный газ обладает способностью образования взрывчатых смесей и горючих газов, если поблизости есть источник открытого огня.

Добыча и применение кислорода

Получить кислород из воздуха можно с помощью специальных установок. В них воздух проходит фильтрацию, освобождается от водорода и азота, мельчайших сухих частиц, углекислого газа и обсушивается от влажности. Переработанный воздух машиной для сжатия перемещают газ под давлением в теплообменник для сжижения. Чтобы превратить жидкий кислород в газ используют криоцилиндры либо приспособления для накачивания (выкачивания) с теплообменным аппаратом.

Используется кислород во многих отраслях:

• В медицине применяется беспримесный кислород и соединение его с углекислым газом при болезненном состоянии человека, обусловленном действием на организм экзогенных токсинов; при расстройствах жизнедеятельности, возникших вследствие попадания в организм яда; при затруднении дыхания.
• В промышленности обогащенный кислородом воздух ускоряет технические процессы. Космонавты, аквалангисты, водолазы пользуются кислородными баллонами. Применяют также для достижения высокой температуры и для окисления ракетного топлива.
• В земледелии используют для ускорения прорастания семян и повышения их всхожести – замачивают в воде, насыщенной кислородом.

В металлургической отрасли. Не представляется возможным без подачи кислорода осуществить выплавку стали и чугуна. Процедура превращения чугуна в сталь происходит быстрее и качественнее.

8 класс

Химическая активность

С подавляющим большинством элементов кислород взаимодействует непосредственно. Исключение составляют золото, галогены и платина. Взаимодействие кислорода с некоторыми веществами значительно ускоряется при наличии катализаторов. Например, смесь водорода и кислорода в присутствии платины вступает в реакцию даже при комнатной температуре

С оглушительным взрывом смесь превращается в обычную воду, важной составной частью которой является кислород. Химические свойства и высокая активность элемента объясняют выделение большого количества света и теплоты, поэтому химические реакции с кислородом часто называются горением

Горение в чистом кислороде происходит гораздо интенсивнее, чем в воздухе, хотя количество теплоты, выделяемой при реакции, будет приблизительно одинаковым, но процесс из-за отсутствия азота протекает гораздо быстрее, а температура горения становится выше.

Круговорот кислорода в природе

Количество кислорода в атмосфере постоянно. Следовательно, расходующийся кислород постоянно пополняется новым. Важнейшими источниками кислорода в природе является углекислый газ и вода. Кислород попадает в атмосферу главным образом в результате процесса фотосинтеза, протекающего в растениях, согласно схеме реакции:

Кислород может образовываться и в верхних слоях атмосферы Земли: вследствие воздействия солнечного излучения, водяные пары частично разлагаются с образованием кислорода. Кислород расходуется при дыхании, сжигании топлива, окислении различных веществ в живых организмах, окислении неорганических веществ, содержащихся в природе. Большое количество кислорода расходуется в технологических процессах, таких как, например, выплавка стали.

Итог статьи:

• Кислород – элемент VI группы, главной подгруппы, 2 периода Периодической Системы Д.И. Менделеева
• Элемент кислород образует в природе две аллотропные модификации: кислород О2 и озон О3
• Явление существования химического элемента в виде нескольких простых веществ называется аллотропией
• Простые вещества называют аллотропными модификациями
• Кислород и озон имеют различные физические свойства
• Кислород – бесцветный газ без запаха, вкуса, практически не растворим в воде, при температуре –183°С конденсируется в бледно-голубую жидкость. При температуре –218°С кристаллизуется в виде кристаллов синего цвета
• Озон – газ синего цвета с резким неприятным запахом. Хорошо растворим в воде. При температуре –112°С конденсируется в фиолетовую жидкость, кристаллизуется в виде темно-фиолетовых, почти черных кристаллов, при температуре –197°С
• Жидкий кислород, озон и другие газы хранят в сосудах Дьюара

Получение

Перегонка жидкого воздуха

В настоящее время в промышленности кислород получают из воздуха. Основным промышленным способом получения кислорода является криогенная ректификация. Также хорошо известны и успешно применяются в промышленности кислородные установки, работающие на основе мембранной технологии.

В лабораториях пользуются кислородом промышленного производства, поставляемым в стальных баллонах под давлением около 15 МПа.

Разложение кислородсодержащих веществ

Небольшие количества кислорода можно получать нагреванием перманганата калия KMnO₄:

 2KMnO₄ → K2MnO₄ + MnO₂ + O₂↑

Используют также реакцию каталитического разложения пероксида водорода H₂O₂ в присутствии оксида марганца (IV):

 2H₂O₂ →MnO₂   2H₂O + O₂↑

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

 2KClO₃ → 2KCl + 3O₂↑

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

 2HgO →100oC   2Hg + O₂↑

Электролиз водных растворов

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

 2H₂O →e− 2H₂ + O₂↑

Реакция перекисных соединений с углекислым газом

На подводных лодках и орбитальных станциях обычно получается реакцией пероксида натрия и углекислого газа, выдыхаемого человеком:

 2Na₂O₂ + 2CO₂ → 2Na₂CO₃ + O₂↑

Для соблюдения баланса объёмов поглощённого углекислого газа и выделившегося кислорода, к нему добавляют надпероксид калия. В космических кораблях для уменьшения веса иногда используется пероксид лития.

Химические свойства

Сильный окислитель, самый активный неметалл после фтора, образует бинарные соединения (оксиды) со всеми элементами, кроме гелия, неона, аргона. Наиболее распространённая степень окисления −2. Как правило, реакция окисления протекает с выделением тепла и ускоряется при повышении температуры (см. Горение). Пример реакций, протекающих при комнатной температуре:

 4Li + O₂ → 2Li₂O

 2Sr + O₂ → 2SrO

Окисляет соединения, которые содержат элементы с не максимальной степенью окисления:

 2NO + O₂ → 2NO₂↑

Окисляет большинство органических соединений в реакциях горения:

 2C₆H₆ + 15O₂ → 12CO₂ + 6H₂O

 CH₃CH₂OH + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O

При определённых условиях можно провести мягкое окисление органического соединения:

 CH₃CH₂OH + O₂ → CH₃COOH + H₂O

Кислород реагирует непосредственно (при нормальных условиях, при нагревании и/или в присутствии катализаторов) со всеми простыми веществами, кроме Au и инертных газов (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn); реакции с галогенами происходят под воздействием электрического разряда или ультрафиолета. Косвенным путём получены оксиды золота и тяжёлых инертных газов (Xe, Rn). Во всех двухэлементных соединениях кислорода с другими элементами кислород играет роль окислителя, кроме соединений со фтором (см. ниже #Фториды кислорода).

Кислород образует пероксиды со степенью окисления атома кислорода, формально равной −1.

Например, пероксиды получаются при сгорании щелочных металлов в кислороде:

 2Na + O₂ → Na₂O₂

Некоторые оксиды поглощают кислород:

 2BaO + O₂ → 2BaO₂

По теории горения, разработанной А. Н. Бахом и К. О. Энглером, окисление происходит в две стадии с образованием промежуточного пероксидного соединения. Это промежуточное соединение можно выделить, например, при охлаждении пламени горящего водорода льдом, наряду с водой, образуется пероксид водорода:

 H₂ + O₂ → H₂O₂

В надпероксидах кислород формально имеет степень окисления −½, то есть один электрон на два атома кислорода (ион O− 2). Получают взаимодействием пероксидов с кислородом при повышенных давлении и температуре:

 Na₂O₂ + O₂ → 2NaO₂

Калий K, рубидий Rb и цезий Cs реагируют с кислородом с образованием надпероксидов:

 K + O₂ → KO₂

Неорганические озониды содержат ион O− 3 со степенью окисления кислорода, формально равной −1/3. Получают действием озона на гидроксиды щелочных металлов:

 3KOH + 3O₃ → 2KO₃ + KOH ∗ H₂O + 2O₂↑

В ионе диоксигенила O2+ кислород имеет формально степень окисления +½. Получают по реакции:

 PtF₆ + O₂ → O₂PtF₆

В этой реакции, кислород проявляет восстановительные свойства.

Фториды кислорода

Дифторид кислорода, OF2 степень окисления кислорода +2, получают пропусканием фтора через разбавленный раствор щёлочи:

 2F₂ + 2NaOH → 2NaF + H₂O + OF₂↑

Монофторид кислорода (Диоксидифторид), O2F2, нестабилен, степень окисления кислорода +1. Получают из смеси фтора с кислородом в тлеющем разряде при температуре −196 °C:

 F₂ + O₂ → O₂F₂

• Пропуская тлеющий разряд через смесь фтора с кислородом при определённых давлении и температуре, получают смеси высших фторидов кислорода O₃F₂, O₄F₂, O₅F₂ и O₆F₂.
• Квантовомеханические расчёты предсказывают устойчивое существование иона трифторгидроксония OF₃+. Если этот ион действительно существует, то степень окисления кислорода в нём будет равна +4.

Кислород поддерживает процессы дыхания, горения, гниения.

В свободном виде элемент существует в двух аллотропных модификациях: O₂ и O₃ (озон). Как установили в 1899 году Пьер Кюри и Мария Склодовская-Кюри, под воздействием ионизирующего излучения O₂ переходит в O₃.

§23. Свойства кислорода

1. Охарактеризуйте физические и химические свойства кислорода. Составьте уравнения соответствующих химических реакций. Под формулами вещества напишите их названия, а над формулами проставьте валентность элементов в соединениях.

2. Как может протекать взаимодействие веществ с кислородом?Кислород энергично реагирует со многими веществами:простыми – металлами и неметаллами и сложными. Химические реакции взаимодействия веществ с кислородом называются реакциями окисления. Химическая реакция, при которой происходит окисление веществ с выделением тепла и света называется реакцией горения. Продуктами реакций взаимодействия веществ с кислородом, в большинстве случаев, являются оксиды. Существует значительное число случаев окисления, которые мы не можем назвать процессами горения, ибо они протекают столь медленно, что остаются не заметными для наших органов чувств.

3. Приведите примеры медленного взаимодействия веществ с кислородом.Существует значительное число случаев окисления, которые мы не можем назвать процессами горения, ибо они протекают толь медленно, что остаются не заметными для наших органов чувств. Лишь по прошествии определенного, часто весьма продолжительного времени мы можем уловить продукты окисления. Так, например, обстоит дело при весьма медленном окислении (ржавлении) металлов или при процессах гниения. Примеры взаимодействия веществ с кислородом без выделения света: гниение навоза, листьев, прогорание масла, окисление металлов (железные форсунки при длительном употреблении становятся тоньше и меньше), дыхание аэробных существ, т.е. дышащих кислородом, сопровождается выделением теплоты, образованием углекислого газа и воды.

4. Какие вещества называют оксидами? Напишите уравнения химических реакций, в результате которых образуются оксиды следующих химических элементов: а) кремния; б) цинка; в) бария; г) водорода; д) алюминия. Дайте названия этим оксидам.Оксид (окисел) – бинарное соединение химического элемента с кислородом в степени окисления -2, в котором сам кислород связан только с менее электроотрицательным элементом.

5. При разложении основного карбоната меди (минерала малахита) CuCO₃·Cu(OH)₂ образуются три оксида. Напишите уравнение этой реакции.CuCO₃·Cu(OH)₂ = 2CuO+CO₂+H₂O

6. Составьте уравнения реакций, протекающих при горении: а) фосфора; б) алюминия.а) 4P+5O₂ = 2P₂O₅б) 4Al+3O₂ = 2Al₂O₃

7. Определите, какое из соединений железа — Fe₂O₃ или Fe₃O₄ — богаче железом.

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ

1. Определите вещество по описанию: бесцветный газ, без вкуса и запаха, малорастворим в воде. При давлении 760 мм рт.ст. и температуре -218,8°С затвердевает:Кислород.

2. Реакция горения фосфора в кислороде относится к реакциям:Соединения.

Химические свойства кислорода

Во всех реакциях кислород играет роль окислителя, соединяясь со всеми элементами (за исключением гелия, аргона и неона) непосредственным взаимодействием (кроме фтора, хлора, золота и платиновых металлов).

С металлами и неметаллами (простыми веществами) кислород образует оксиды:

2Cu + O2 = 2CuO
4Li + O2 = 2Li2O
2Ca + O2 = 2CaO
S + O2 = SO2
C + O2 = CO2

При окислении щелочных металлов натрия и калия образуются пероксиды:

2Na + O2 = Na2O2

Практически все реакции с участием кислорода являются экзотермическими, но есть и исключения:

N2+O2  2NO-Q

Многие вещества реагируют с кислородом с большим выделением тепла и света, такой процесс называется горением.

Реакции горения:

• горение аммиака на воздухе с образованием воды и азота:

  4NH3+3O2 = 2N2+6H2O
  

• каталитическое окисление аммиака:

  4NH3+5O2 = 2NO+6H2O
  

• горение сероводорода в избытке кислорода:

  2H2S+3O2 = 2SO2+2H2O
  

• при недостатке кислорода сероводород медленно окисляется до свободной серы:

  2H2S+O2 = 2S+2H2O
  

• горение органических веществ в кислороде с образованием воды и углекислого газа:

  CH4+2O2 → CO2+2H2O
  C2H5OH+3O2 → 2CO2+3H2O
  

• при сгорании азотсодержащих органических веществ кроме углекислого газа и воды выделяется свободный азот:

  4CH3NH5+9O2 → 4CO2+2N2+10H2O
  

Многие вещества (спирты, альдегиды, кислоты) получают реакцией контролируемого окисления органических веществ. Также многие природные процессы, например, дыхание или гниение, по своей сути являются окислительными реакциями органических веществ.

O3+2KI+H2O = I2↓+2KOH+O2↑

Похожие записи:

Сколько градусов алкоголя может быть в кефире. сколько алкоголя в кефире и квасе В какой еде содержится глютен: злаки, крупы и другие продукты питания, включающие аллерген Блю кюрасао (blue curacao) Сколько должен весить мужчина? соотношение роста и веса у мужчин Обзор на топ-10 лучших марок туалетной бумаги Салат из сныти