Кислород

Кислород (лат. Oxygenium) - элемент VIa группы 2 периода периодической таблицы Д.И. Менделеева. Первым открывает группу халькогенов - элементов VIa группы.

Газ без цвета, без запаха, составляет 21% воздуха.

Общая характеристика элементов VIa группы

Общее название элементов VIa группы O, S, Se, Te, Po - халькогены. Халькогены (греч. χαλκος - руда + γενος - рождающий) - входят в состав многих минералов. Например, кислород составляет 50% массы земной коры.

От O к Po (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение: атомного радиуса, металлических, основных, восстановительных свойств. Уменьшается электроотрицательность, энергия ионизации, сродство к электрону.

Среди элементов VIa группы O, S, Se - неметаллы. Te, Po - металлы.

Электронные конфигурации у данных элементов схожи, так как они находятся в одной группе (главной подгруппе!), общая формула ns²np⁴:

• O - 2s²2p⁴
• S - 3s²3p⁴
• Se - 4s²4p⁴
• Te - 5s²5p⁴
• Po - 6s²6p⁴

Основное состояние атома кислорода

У атома кислорода (как и атомы азота, фтора, неона) нет возбужденного состояния, так как отсутствует свободная орбиталь с более высоким энергетическим уровнем, куда могли бы перемещаться валентные электроны.

Атом кислорода имеется два неспаренных электрона, максимальная валентность II.

Природные соединения

• Воздух - в составе воздуха кислород занимает 21% (это число пригодится в задачах!)
• В форме различных минералов в земной коре кислорода содержится около 50%
• В живых организмов кислород входит в состав органических веществ: белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот

Получение

В промышленности кислород получают из сжиженного воздуха. Также активно применяются кислородные установки, мембрана которых устроена как фильтр, отсеивающие кислород (мембранная технология).

В лаборатории кислород получают разложением перманганата калия (марганцовки) или бертолетовой соли при нагревании. Применяется реакция каталитического разложения пероксида водорода.

KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂↑

KClO₃ → KCl + O₂↑

H₂O₂ → (кат. - MnO₂) H₂O + O₂

На подводных лодках для получения кислорода применяют следующую реакцию:

Na₂O₂ + CO₂ → Na₂CO₃ + O₂↑

Химические свойства

Является самым активным неметаллом после фтора, образует бинарные соединения со всеми элементами кроме гелия, неона, аргона. Чаще всего реакции с кислородом экзотермичны (горение), ускоряются при повышении температуры.

• Реакции с неметаллами

Во всех реакциях, кроме взаимодействия со фтором, кислород проявляет себя в качестве окислителя.

NO + O₂ → (t) NO₂

S + O₂ → (t) SO₂

2C + O₂ = (t) 2CO (неполное окисление - угарный газ, соотношение 2:1)

C + O₂ = (t) CO₂ (полное окисление - углекислый газ, соотношение 1:1)

F + O₂ → OF₂ (фторид кислорода, O⁺²)


• Реакции с металлами

В реакциях кислорода с металлами образуются оксиды, пероксиды и супероксиды. Реакции с активными металлами идут без нагревания.

Li + O₂ → Li₂O (оксид)

Na + O₂ → Na₂O₂ (пероксид)

K + O₂ → KO₂ (супероксид)

• Горение воды

Известна реакция горения воды во фторе.

F₂ + H₂O → HF + O₂


• Окисление органических веществ

Все органические вещества сгорают с образованием углекислого газа и воды.

C₃H₇ + O₂ = CO₂ + H₂O


• Контролируемое окисление

При применении катализаторов и особых реагентов в органической химии достигают контролируемого окисления: алканы окисляются до спиртов, спирты - до альдегидов, альдегиды - до кислот.

Процесс можно остановить на любой стадии в зависимости от желаемого результата.