Хімічні властивості кисню. Оксиди - Гіпермаркет знань

КИСЛОРОД (латинський Oxygenium), О, хімічний елемент VI групи короткої форми (16-ї групи довгої форми) періодичної системи, відноситься до халькогенів; атомний номер 8, атомна маса 159994. Природний кисень складається з трьох ізотопів: 16 (99,757%), 17 (0,038%) і 18 (0,205%). Переважання в суміші ізотопів найлегшого 16 Про пов'язано з тим, що ядро ​​атома 16 Про складається з 8 протонів та 8 нейтронів. Рівна кількість протонів і нейтронів обумовлює високу енергію їхнього зв'язку в ядрі і найбільшу стабільність ядер 16 Про проти іншими. Штучно отримані радіоізотопи з масовими числами 12-26.

Історична довідка.Кисень отримали в 1774 незалежно К. Шееле (шляхом прожарювання нітратів калію КNО 3 і натрію NaNO 3 , діоксиду марганцю MnO 2 та інших речовин) і Дж. Прістлі (при нагріванні тетраоксиду свинцю Pb 3 Про 4 і оксиду ртуті HgO). Пізніше, коли було встановлено, що кисень входить до складу кислот, А. Лавуазьє запропонував назву oxygène (від грецької όχύς - кислий і γεννάω - народжую, звідси і російська назва"кисень").

Поширеність у природі.Кисень - найпоширеніший хімічний елемент Землі: вміст хімічно пов'язаного кисню у гідросфері становить 85,82% (переважно як води), у земної корі -49% по масі. Відомо понад 1400 мінералів, до складу яких входить кисень. Серед них переважають мінерали, утворені солями кисневмісних кислот (найважливіші класи - карбонати природні, силікати природні, природні сульфати, фосфати природні), і гірські породи на їх основі (наприклад, вапняк, мармур), а також різні оксиди природні, гідроксиди природ породи (наприклад базальт). Молекулярний кисень становить 20,95% (23,10% за масою) земної атмосфери. Кисень атмосфери має біологічне походження і утворюється в зелених рослинах, що містять хлорофіл, з води та діоксиду вуглецю при фотосинтезі Кількість кисню, що виділяється рослинами, компенсує кількість кисню, що витрачається у процесах гниття, горіння, дихання.

Кисень - біогенний елемент - входить до складу найважливіших класів природних органічних сполук (білків, жирів, нуклеїнових кислот, вуглеводів та ін.) та до складу неорганічних сполук скелета.

Властивості. Будова зовнішньої електронної оболонки атома кисню 2s 2 2р 4; у сполуках виявляє ступеня окиснення -2, -1, рідко +1, +2; електронегативність за Полінгом 3,44 (найбільш електронегативний елемент після фтору); атомний радіус 60 пм; радіус іона Про 2 -121 пм (координаційне число 2). У газоподібному, рідкому та твердому станах кисень існує у вигляді двоатомних молекул О 2 . Молекули О2 парамагнітні. Існує також алотропна модифікація кисню - озон, що складається з трихатомних молекул 3 .

В основному стан атом кисню має парну кількість валентних електронів, два з яких не спарених. Тому кисень, що не має низької енергії вакантної d-opбіталі, в більшості хімічних сполукдвовалентний. Залежно від характеру хімічного зв'язкуі типу кристалічної структури сполуки координаційне число кисню може бути різним: О (атомарний кисень), 1 (наприклад, О 2 , СО 2), 2 (наприклад, Н 2 О, Н 2 О 2), 3 (наприклад, Н 3 О +), 4 (наприклад, оксоацетати Be та Zn), 6 (наприклад, MgO, CdO), 8 (наприклад, Na 2 Про, Cs 2 Про). За рахунок невеликого радіусу атома кисень здатний утворювати міцні π-зв'язки з іншими атомами, наприклад з атомами кисню (О 2, 3), вуглецю, азоту, сірки, фосфору. Тому для кисню один подвійний зв'язок (494 кДж/моль) енергетично вигідніший, ніж дві прості (146 кДж/моль).

Парамагнетизм молекул Про 2 пояснюється наявністю двох неспарених електронів з паралельними спинами на двічі вироджених розпушують π*-орбіталях. Оскільки на зв'язувальних орбіталях молекули перебуває на чотири електрони більше, ніж на розпушують, порядок зв'язку О 2 дорівнює 2, тобто зв'язок між атомами кисню подвійна. Якщо при фотохімічному або хімічному впливі на одній π*-орбіталі виявляються два електрони з протилежними спинами, виникає перший збуджений стан, по енергії розташований на 92 кДж/моль вище основного. Якщо при збудженні атома кисню два електрони займають дві різні π*-орбіталі і мають протилежні спини, виникає другий збуджений стан, енергія якого на 155 кДж/моль більша, ніж основного. Порушення супроводжується збільшенням міжатомних відстаней О-О: від 120,74 пм в основному стані до 121,55 пм для першого та до 122,77 пм для другого збудженого стану, що, у свою чергу, призводить до послаблення зв'язку О-Ота до посилення хімічної активності кисню. Обидва збуджені стани молекули О 2 відіграють важливу роль у реакціях окислення в газовій фазі.

Кисень - газ без кольору, запаху та смаку; t пл -218,3 ° С, t кип -182,9 ° С, щільність газоподібного кисню 1428,97 кг/дм 3 (при 0 ° С та нормальному тиску). Рідкий кисень – блідо-блакитна рідина, твердий кисень – синя кристалічна речовина. При 0 °С теплопровідність 24,65-10 -3 Вт/(мК), молярна теплоємність при постійному тиску 29,27 Дж/(моль К), діелектрична проникність газоподібного кисню 1,000547, рідкого 1,491. Кисень погано розчинний у воді (3,1% кисню за обсягом при 20°С), добре розчинний у деяких фторорганічних розчинниках, наприклад, перфтордекаліні (4500% кисню за обсягом при 0°С). Значна кількість кисню розчиняють шляхетні метали: срібло, золото та платина. Розчинність газу в розплавленому сріблі (2200% за обсягом при 962 ° С) різко знижується зі зменшенням температури, тому при охолодженні на повітрі розплав срібла «закипає» і розбризкується внаслідок інтенсивного виділення розчиненого кисню.

Кисень має високу реакційну здатність, сильний окислювач: взаємодіє з більшістю простих речовин при нормальних умовах, В основному з утворенням відповідних оксидів (багато реакцій, що протікають повільно при кімнатній і нижчих температурах, при нагріванні супроводжуються вибухом і виділенням великої кількості теплоти). Кисень взаємодіє за нормальних умов з воднем (утворюється вода Н 2 Про; суміші кисню з воднем вибухонебезпечні - дивись Гримучий газ), при нагріванні - з сіркою (сірки діоксид SO 2 і сірки триоксид SO 3), вуглецем (вуглецю оксид СО, вуглецю діоксид СО 2), фосфором (фосфору оксиди), багатьма металами (оксиди металів), особливо легко зі лужними і лужноземельними (в основному пероксиди і надпероксиди металів, наприклад пероксид барію ВА 2 надпероксид калію КО 2). З азотом кисень взаємодіє при температурі вище 1200 ° С або за впливу електричного розряду (утворюється монооксид азоту NO). Сполуки кисню з ксеноном, криптоном, галогенами, золотом і платиною отримують непрямим шляхом. Кисень не утворює хімічних сполук із гелієм, неоном та аргоном. Рідкий кисень також є сильним окислювачем: просочена ним вата при підпалюванні миттєво згоряє, деякі леткі органічні речовини здатні самозаймисти, коли знаходяться на відстані кількох метрів від відкритої посудини з рідким киснем.

Кисень утворює три іонні форми, кожна з яких визначає властивості окремого класу хімічних сполук: Про 2 - супероксидів (формальний ступінь окислення атома кисню -0,5), Про 2 - пероксидних сполук (ступінь окислення атома кисню -1, наприклад водню пероксид Н 2 Про 2), Про 2 - оксидів (ступінь окислення атома кисню -2). Позитивні ступені окислення +1 і +2 кисень виявляє у фторидах Про 2 F 2 та OF 2 відповідно. Фториди кисню нестійкі, є сильними окислювачами та реагентами, що фторують.

Молекулярний кисень є слабким лігандом і приєднується до деяких комплексів Fe, C, Mn, Cu. Серед таких комплексів найбільш важливим є залізопорфірин, що входить до складу гемоглобіну - білка, який здійснює перенесення кисню в організмі теплокровних.

Біологічна роль. Кисень як у вільному вигляді, так і у складі різних речовин (наприклад, ферментів оксидаз та оксидоредуктаз) бере участь у всіх окислювальних процесах, що протікають у живих організмах. В результаті виділяється велика кількість енергії, що витрачається у процесі життєдіяльності.

Отримання. У промислових масштабах кисень виробляють шляхом зрідження та фракційної перегонки повітря (дивись у статті Повітря поділ), а також електролізом води. У лабораторних умовах кисень одержують розкладанням при нагріванні пероксиду водню (2Р 2 О 2 = 2Н 2 О + О 2), оксидів металів (наприклад, оксиду ртуті: 2HgO = 2Hg + О 2), солей кисневмісних кислот-окислювачів (наприклад, хлорату кал : 2КlO 3 = 2KCl + 3О 2 перманганату калію: 2KMnO 4 = До 2 MnO 4 + MnO 2 + О 2), електролізом водного розчину NaOH. Газоподібний кисень зберігають і транспортують у сталевих балонах, забарвлених у блакитний колір, при тиску 15 і 42 МПа, рідкий кисень - у металевих судинах Дьюара або спеціальних цистернах-танках.

Застосування. Технічний кисень використовують як окислювач у металургії (дивись, наприклад, Киснево-конвертерний процес), при газополум'яній обробці металів (дивись, наприклад, Кисневе різання), хімічної промисловостіпри отриманні штучного рідкого палива, мастил, азотної та сірчаної кислот, метанолу, аміаку та аміачних добрив, пероксидів металів та ін. Чистий кисень використовують у киснево-дихальних апаратах на космічних кораблях, підводних човнах, при підйомі на великі висоти, проведенні підводних робіт, з лікувальною метою в медицині (дивись у статті Оксигенотерапія). Рідкий кисень застосовують як окислювач ракетного палива, при вибухових роботах. Водні емульсії розчинів газоподібного кисню в деяких фторорганічних розчинниках запропоновано використовувати як штучні кровозамінники (наприклад, перфторан).

Літ.: Saunders N. Oxygen and the elements of group 16. Oxf., 2003; Дроздов А. А., Зломанів Ст П., Мазо Г. Н., Спиридонів Ф. М. Неорганічна хімія. М., 2004. Т. 2; Шрайвер Д., Еткінс П. Неорганічна хімія. М., 2004. Т. 1-2.

Кислород - елемент головної підгрупи шостої групи, другого періоду періодичної системи хімічних елементів з атомним номером 8. Позначається символом O (лат. Oxygenium). Кисень – хімічно активний неметал, є найлегшим елементом із групи халькогенів. Проста речовина кисень (CAS-номер: 7782-44-7) за нормальних умов - газ без кольору, смаку та запаху, молекула якого складається з двох атомів кисню (формула O 2), у зв'язку з чим його також називають дикисень. Рідкий кисень має світло-блакитний колір, а твердий є кристалами світло-синього кольору.
Існують інші алотропні форми кисню, наприклад, озон (CAS-номер: 10028-15-6) - за нормальних умов газ блакитного кольорузі специфічним запахом, молекула якого складається із трьох атомів кисню (формула O 3).

Історія відкриття

Офіційно вважається, що кисень був відкритий англійським хіміком Джозефом Прістлі 1 серпня 1774 шляхом розкладання оксиду ртуті в герметично закритій посудині (Прістлі направляв на це з'єднання сонячні промені за допомогою потужної лінзи).
2HgO (t) → 2Hg + O 2

Однак Прістлі спочатку не зрозумів, що відкрив нову просту речовину, він вважав, що виділив одну із складових частин повітря (і назвав цей газ «дефлогістованим повітрям»). Про своє відкриття Прістлі повідомив видатному французькому хіміку Антуану Лавуазьє. У 1775 році А. Лавуазьє встановив, що кисень є складовоюповітря, кислот і міститься у багатьох речовинах.
Декількома роками раніше (1771 року) кисень отримав шведський хімік Карл Шееле. Він прожарював селітру з сірчаною кислотою і потім розкладав оксид азоту, що вийшов. Шееле назвав цей газ «вогненним повітрям» і описав своє відкриття у виданій у 1777 році книзі (саме тому, що книга опублікована пізніше, ніж повідомив про своє відкриття Прістлі, останній і вважається першовідкривачем кисню). Шееле також повідомив про свій досвід Лавуазьє.
Важливим етапом, який сприяв відкриттю кисню, були роботи французького хіміка Петра Байєна, який опублікував роботи з окислення ртуті та подальшого розкладання її оксиду.
Нарешті остаточно розібрався в природі отриманого газу А. Лавуазьє, який скористався інформацією від Прістлі та Шееле. Його робота мала величезне значення, тому що завдяки їй була повалена панувала на той час і гальмувала розвиток хімії флогістонна теорія. Лавуазьє провів досвід зі спалювання різних речовин і спростував теорію флогістону, опублікувавши результати ваги спалених елементів. Вага золи перевищувала початкову вагу елемента, що дало Лавуазьє право стверджувати, що при горінні відбувається хімічна реакція(окислення) речовини, у зв'язку з цим маса вихідної речовини збільшується, що спростовує теорію флогістону.
Таким чином, заслугу відкриття кисню фактично ділять між собою Прістлі, Шееле та Лавуазьє.

походження назви

Слово кисень (іменувався в початку XIXстоліття ще «кислотвором») своєю появою в російській мові певною мірою зобов'язане М. В. Ломоносову, який увів у вживання, поряд з іншими неологізмами, слово «кислота»; в такий спосіб слово «кисень», своєю чергою, стало калькою терміна «оксиген» (фр. oxygène), запропонованого А. Лавуазьє (від др.-греч. ὀξύς - «кислий» і γεννάω - «народжую»), який перекладається як «що породжує кислоту», що пов'язано з первісним значенням його - «кислота», що раніше мав на увазі оксиди, які називаються сучасною міжнародною номенклатурою оксидами.

Отримання

Нині у промисловості кисень одержують із повітря. Основним промисловим способом отримання кисню є кріогенна ректифікація. Також добре відомі та успішно застосовуються в промисловості кисневі установки, що працюють на основі мембранної технології.
У лабораторіях користуються киснем промислового виробництва, що постачається у сталевих балонах під тиском близько 15 МПа.
Невеликі кількості кисню можна отримати нагріванням перманганату калію KMnO 4:
2KMnO 4 → K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2

Також використовують реакцію каталітичного розкладання пероксиду водню Н 2 Про 2:
2Н 2 О 2 → 2Н 2 О + О 2

Каталізатором є діоксид марганцю (MnO 2) або шматочок сирих овочів (у них містяться ферменти, що прискорюють розкладання пероксиду водню).
Кисень можна отримати каталітичним розкладанням хлорату калію (бертолетової солі) KClO 3:
2KClO 3 → 2KCl + 3O 2

До лабораторних способів отримання кисню відноситься метод електролізу водних розчинів лугів.

Фізичні властивості

За нормальних умов кисень - це газ без кольору, смаку та запаху.
1 л його має масу 1,429 р. Трохи важче за повітря. Слабо розчиняється у воді (4,9 мл/100г при 0°C, 2,09мл/100г при 50°C) та спирті (2,78мл/100г при 25°C). Добре розчиняється у розплавленому сріблі (22 об'єми O 2 в 1 об'ємі Ag при 961 °C). Є парамагнетиком.
При нагріванні газоподібного кисню відбувається його оборотна дисоціація на атоми: при 2000 °C – 0,03 %, при 2600 °C – 1 %, 4000 °C – 59 %, 6000 °C – 99,5 %.
Рідкий кисень (темп. кипіння -182,98 ° C) - це блідо-блакитна рідина.
Твердий кисень (темп. плавлення -218,79 ° C) - сині кристали.

Хімічний елемент кисень може існувати як двох алотропних модифікацій, тобто. утворює дві прості речовини. Обидві ці речовини мають молекулярну будову. Одне має формулу O 2 і має назву кисень, тобто. така сама, як і назва хімічного елемента, яким вона утворена.

Інша проста речовина, утворена киснем, називається озон. Озон на відміну кисню складається з трехатомных молекул, тобто. має формулу O 3 .
Оскільки основною та найбільш поширеною формою кисню є молекулярний кисень O 2 , насамперед ми розглянемо саме його Хімічні властивості.

Хімічний елемент кисень знаходиться на другому місці за значенням електронегативності серед усіх елементів і поступається лише фтору. У зв'язку з цим логічно припустити високу активність кисню та наявність у нього практично лише окисних властивостей. Справді, список простих та складних речовин, з якими може реагувати кисень величезний. Однак, слід зазначити, що оскільки у молекулі кисню має місце міцний подвійний зв'язок, для здійснення більшості реакцій з киснем потрібно вдаватися до нагрівання. Найчастіше сильне нагрівання потрібно на початку реакції (підпал) після чого багато реакцій йдуть далі вже самостійно без підведення тепла ззовні.

Серед простих речовин не окислюються киснем лише благородні метали (Ag, Pt, Au), галогени та інертні гази.

Сірка згоряє в кисні з утворенням діоксиду сірки:

Фосфор залежно від надлишку або нестачі кисню може утворити як оксид фосфору (V), так і оксид фосфору (III):

Взаємодія кисню з азотом протікає у вкрай жорстких умовах, через те, що енергії зв'язку в молекулах кисню і особливо азоту дуже великі. Також свій внесок у складність перебігу реакції робить висока електронегативність обох елементів. Реакція починається лише при температурі понад 2000 o C і є оборотною:

Не всі прості речовини, реагуючи з киснем утворюють оксиди Так, наприклад, натрій, згоряючи в кисні утворює пероксид:

а калій - надпероксид:

Найчастіше при згорянні в кисні складних речовин утворюється суміш оксидів елементів, якими була утворена вихідна речовина. Так наприклад:

Однак, при згорянні в кисні азотовмісних органічних речовин замість оксиду азоту утворюється молекулярний азот N2. Наприклад:

При згорянні в кисні хлорпохідних замість оксидів хлору утворюється хлороводень:

Хімічні властивості сірки

Сірка як хімічний елемент може існувати у кількох алотропних модифікаціях. Розрізняють ромбічну, моноклінну та пластичну сірку. Моноклинна сірка може бути отримана при повільному охолодженні розплаву ромбічної сірки, а пластична навпаки виходить при різкому охолодженні сірки розплаву, попередньо доведеного до кипіння. Пластична сірка має рідкісну для неорганічних речовин властивість еластичності - вона здатна оборотно розтягуватися під дією зовнішнього зусилля, повертаючись у вихідну форму при припиненні цієї дії. Найбільш стійка в звичайних умовах ромбічна сірка та всі інші алотропні модифікації з часом переходять до неї.

Молекули ромбічної сірки складаються із восьми атомів, тобто. її формулу можна записати як S8. Однак, оскільки хімічні властивості всіх модифікацій досить схожі, щоб не ускладнювати запис рівнянь реакцій, будь-яку сірку позначають просто символом S.

Сірка може взаємодіяти і з простими та складними речовинами. У хімічних реакціях виявить як окисні, так і відновлювальні властивості.

Окисні властивості сірки проявляються при її взаємодії з металами, а також неметалами, утвореними атомами менш електронегативного елемента (водень, вуглець, фосфор):

Як відновник сірка виступає при взаємодії з неметалами, утвореними електронегативними елементами (кисень, галогени), а також складними речовинами з яскраво вираженою окислювальною функцією, наприклад, сірчаної та азотної концентрованої кислотами:

Також сірка взаємодіє при кип'ятінні з концентрованими водними розчинами лугів. Взаємодія протікає на кшталт диспропорціонування, тобто. сірка одночасно і знижує, і підвищує свій рівень окислення.

Одним із найважливіших елементівна нашій планеті є кисень. Хімічні властивості цієї речовини дозволяють йому брати участь у біологічних процесах, а підвищена активність робить кисень значним учасником усіх відомих хімічних реакцій. У вільному стані ця речовина є в атмосфері. У зв'язаному стані кисень входить до складу мінералів, гірських порід, складних речовин, у тому числі складаються різні живі організми. Загальна кількість кисню Землі оцінюється в 47% загальної маси нашої планети.

Позначення кисню

У періодичній системі кисень займає восьму осередок цієї таблиці. Його міжнародна назва oxigenium. У хімічних записах він позначається латинською літерою "О". У природному середовищі атомарний кисень немає, його частинки з'єднуються, утворюючи парні молекули газу, молекулярна маса якого дорівнює 32 г/моль.

Повітря та кисень

Повітря є сумішшю декількох поширених на Землі газів. Найбільше повітряної масі азоту - 78,2% за обсягом і 75,5 % за масою. Кисень займає лише друге місце за обсягом – 20,9%, а за масою – 23,2%. Третє місце закріплено за благородними газами. Інші домішки - вуглекислий газ, водяна пара, пил та інше - займають лише частки відсотка у загальній повітряній масі.

Вся маса природного кисню є сумішшю трьох ізотопів - 16 О, 17 О, 18 О. Відсотковий вміст цих ізотопів у загальній масі кисню дорівнює 99,76%, 0,04% та 0,2% відповідно.

Фізичні та хімічні властивості кисню

Один літр повітря за нормальних умов важить 1,293 г. При зниженні температури до -140⁰С повітря стає безбарвною прозорою рідиною. Незважаючи на низьку температуру кипіння, повітря можна зберігати в рідкому станінавіть за кімнатної температури. Для цього рідину потрібно помістити в так звану судину Дьюара. Занурення в рідкий кисень докорінно змінює звичайні властивостіпредметів.

Кисень розчиняється у воді, хоч і в невеликих кількостях - морська вода містить 3-5% кисню. Але навіть така невелика кількість цього газу започаткувала існування риб, молюсків та різних морських організмів, які отримують кисень із води для підтримки процесів власного життєзабезпечення.

Будова атома кисню

Описані властивості кисню насамперед пояснюються внутрішнім будовою цього елемента.

Кисень відноситься до головної підгрупи шостої групи елементів періодичної системи. У зовнішній електронній хмарі елемента знаходяться шість електронів, чотири з яких займають p-орбіталі, а два розташовуються на s-орбіталях. Таке внутрішня будоваобумовлює великі енергетичні витрати, спрямовані на розривання електронних зв'язків - атому кисню простіше запозичувати два електрони, що відсутні, на зовнішню орбіталь, ніж віддати свої шість. Тому ковалентність кисню здебільшого дорівнює двом. Завдяки двом вільним електронам кисень легко утворює двоатомні молекули, що характеризуються високою міцністю зв'язку. Лише при енергії, що додається, понад 498 Дж/моль молекули розпадаються, і утворюється атомарний кисень. Хімічні властивості цього елемента дозволяють йому вступати у реакції з усіма відомими речовинами, крім гелій, неон і аргон. Швидкість взаємодії залежить від температури реакції та від природи речовини.

Хімічні властивості кисню

З різними речовинамикисень вступає в реакції утворення оксидів, причому ці реакції характерні і для металів, і неметалів. З'єднання кисню з металами називають основними оксидами - класичним прикладом служить оксид магнію та оксид кальцію. Взаємодія оксидів металів із водою призводить до утворення гідроксидів, що підтверджують активні хімічні властивості кисню. З неметалами ця речовина утворює кислотні оксиди - наприклад, триоксид сірки SO 3. При взаємодії цього елемента з водою виходить сірчана кислота.

Хімічна активність

З переважною більшістю елементів кисень взаємодіє безпосередньо. Виняток становлять золото, галогени та платина. Взаємодія кисню із деякими речовинами значно прискорюється за наявності каталізаторів. Наприклад, суміш водню та кисню у присутності платини вступає в реакцію навіть за кімнатної температури. З оглушливим вибухом суміш перетворюється на звичайну воду, важливою складовою якої є кисень. Хімічні властивості та висока активність елемента пояснюють виділення великої кількості світла та теплоти, тому хімічні реакції з киснем часто називають горінням.

Горіння в чистому кисні відбувається набагато інтенсивніше, ніж у повітрі, хоча кількість теплоти, що виділяється при реакції, буде приблизно однаковим, але процес через відсутність азоту протікає набагато швидше, а температура горіння стає вищою.

Отримання кисню

У 1774 році англійський вчений Д. Прістлі виділив невідомий газ з реакції розкладання оксиду ртуті. Але вчений не пов'язав виділений газ із уже відомою речовиною, що входить до складу повітря. Лише через кілька років великий Лавуазьє вивчив фізико-хімічні властивостікисню, отриманого в цій реакції, і довів його ідентичність з газом, що входить до складу повітря. У сучасному світікисень одержують із повітря. У лабораторіях використовую промисловий кисень, що поставляється балонами під тиском близько 15 МПа. Чистий кисень можна отримати і в лабораторних умовах, стандартним способом його отримання є термічне розкладання калію перманганату, яке протікає за формулою:

Отримання озону

Якщо через кисень або повітря пропустити електрику, то в атмосфері з'явиться характерний запах, що віщує появу нової речовини - озону. Озон можна отримати з хімічно чистого кисню. Утворення цієї речовини можна виразити формулою:

Дана реакція самостійно протікати не може - для її успішного завершення потрібна зовнішня енергія. Зате зворотне перетворення озону на кисень відбувається мимоволі. Хімічні властивості кисню та озону різняться багато в чому. Озон відрізняється від кисню щільністю, температурою плавлення та кипіння. За нормальних умов цей газ має блакитний колір і має характерний запах. Озон має більшу електропровідність і краще розчиняється у воді, ніж кисень. Хімічні властивості озону пояснюються процесом його розпаду – при розкладанні молекули цієї речовини утворюється двоатомна молекула кисню плюс один вільний атом цього елемента, що агресивно реагує з іншими речовинами. Наприклад, відома реакція взаємодії озону та кисню: 6Ag+O 3 =3Ag 2 O

А ось звичайний кисень не сполучається зі сріблом навіть за високої температури.

У природі активний розпад озону загрожує утворенням так званих озонових дірок, які наражають на життєві процеси на нашій планеті.

Мабуть, серед усіх відомих хімічних елементів саме кисень займає провідне значення, адже без нього просто було б неможливим виникнення життя на нашій планеті. Кисень – найпоширеніший хімічний елемент Землі, з його частку припадає 49% від загальної маси земної кори. Також він входить до складу земної атмосфери, складу води та склад понад 1400 різних мінералів, таких як базальт, мармур, силікат, кремнезем тощо. буд. І, очевидно, загальновідома його роль дихання всього живого.

Історія відкриття кисню

Люди далеко не відразу спіткали природу кисню, хоча перші здогади про те, що в основі повітря лежить якийсь хімічний елемент, з'явилися ще у VIII столітті. Однак у той далекий час не було ні відповідних технічних інструментів для його вивчення, ні можливості довести існування кисню як газу, що відповідає, зокрема, за процеси горіння.

Відкриття кисню відбулося лише через тисячоліття, у ХVIII столітті, завдяки спільної роботикількох вчених.

• У 1771 шведський хімік Карл Шееле дослідним шляхом досліджував склад повітря, і визначив, що повітря складається з двох основних газів: одним із цих газів був азот, а другим, власне кисень, правда на той час сама назва «кисень» ще не з'явилася в науці .
• У 1775 році французький вчений А. Лувазьє дав назву відкритому Шееле газу - кисень, він же оксиген в латині, саме слово "оксиген" означає "що породжує кислоти".
• За рік до офіційних «іменин кисню», в 1774 англійський хімік Прістлі шляхом розкладання ртутного оксиду вперше отримує чистий кисень. Його досліди підкріплюють відкриття Шееле. До речі, сам Шееле також намагався отримати кисень у чистому вигляді шляхом нагрівання селітри, але у нього не вийшло.
• Більш ніж через сторіччя 1898 року англійський фізик Джозеф Томпсон вперше змусив громадськість замислитися про те, що запаси кисню можуть закінчитися внаслідок інтенсивних викидів вуглекислого газу в атмосферу.
• У цьому ж році російський біолог Климент Тімірязєв, дослідник, відкриває властивість рослин виділяти кисень.

Хоча рослини і виділяють кисень в атмосферу, але проблема поставлена ​​Томпсоном про можливу нестачу кисню в майбутньому залишається актуальною і в наш час, особливо у зв'язку з інтенсивною вирубкою лісів (постачальників кисню), забрудненням довкілля, спалюванням відходів та інша. Більше про це ми писали в минулому про екологічних проблемсучасності.

Значення кисню у природі

Саме наявність кисню, у поєднанні з водою, призвела до того, що на нашій планеті стало можливим виникнення життя. Як ми помітили вище, основними постачальниками цього унікального газу є різні рослини, у тому числі найбільша кількість кисню, що виділяється, припадає на підводні водорості. Виділяють кисень та деякі види бактерій. Кисень у верхніх шарах атмосфери утворює озонову кулю, яка захищає всіх мешканців Землі від шкідливого ультрафіолетового сонячного випромінювання.

Будова молекули кисню

Молекула кисню складається з двох атомів, хімічна формула має вигляд 2 . Як утворюється молекула кисню? Механізм її утворення неполярний, тобто за рахунок усуспільнення електроном кожного атома. Зв'язок між молекулами кисню також ковалентний і неполярний, при цьому він подвійний, адже у кожного з атомів кисню є по два неспарені електрони на зовнішньому рівні.

Такий вигляд має молекула кисню, завдяки своїм характеристикам вона дуже стійка. Для багатьох із її участю потрібні спеціальні умови: нагрівання, підвищений тиск, застосування каталізаторів.

Фізичні властивості кисню

• Насамперед, кисень є газом, з якого складається 21% повітря.
• Кисень не має ні кольору, ні смаку, ні запаху.
• Може розчинятися в органічних речовин, поглинатися вугіллям та порошками .
• - температура кипіння кисню становить -183 С.
• Щільність кисню дорівнює 0,0014 г/см3

Хімічні властивості кисню

Головною хімічною властивістю кисню є, звичайно, його підтримка горіння. Тобто, у вакуумі, де немає кисню, вогонь не можливий. Якщо ж у чистий кисень опустити тліючу скіпку, то вона загориться з новою силою. Горіння різних речовин це окислювально-відновний хімічний процес, у якому роль окислювача належить кисню. Окислювачі це речовини, «відбирають» електрони в речовин відновників. Відмінні окисні властивостікисню обумовлені його зовнішньою електронною оболонкою.

Валентна оболонка у кисню розташована близько до ядра і як наслідок ядро ​​притягує електрони. Також кисень займає друге місце після фтору за шкалою електронегативності Полінга, тому вступаючи в хімічні реакції з усіма іншими елементами (за винятком фтору) кисню виступає негативним окислювачем. І лише вступаючи у реакції з фтором кисень має позитивний окисний вплив.

Оскільки кисень другий окислювач за силою серед усіх хімічних елементів таблиці Менделєєва, це визначає і його хімічні властивості.

Отримання кисню

Для отримання кисню в лабораторних умовах застосовують метод термічної обробки пероксидів або солей кислотосодержащих кислот. Під впливом високої температури вони розкладаються із виділенням чистого кисню. Також кисень можна отримати за допомогою перекису водню, навіть 3% розчин перекису під дію каталізатор миттєво розкладається, виділяючи кисень.

2KC l O 3 = 2KC l + 3O 2 — так виглядає хімічна реакція отримання кисню.

Також у промисловості як ще один спосіб отримання кисню застосовують електроліз води, під час якого молекули води розкладаються, і знову таки виділяється чистий кисень.

Використання кисню у промисловості

У промисловості кисень активно застосовується у таких сферах як:

• Металургія (при зварюванні та вирізанні металів).
• Медицина.
• Сільське господарство.
• Як ракетне паливо.
• Для очищення та знезараження води.
• Синтезу деяких хімічних сполук, включаючи вибухові речовини.

Кисень, відео

І на завершення освітнє відеопро кисень.