Химические свойства кислорода
СОДЕРЖАНИЕ: Химические свойства Кислород - второй по электроотрицательности элемент после фтора, поэтому он проявляет сильные окислительные свойства. С большинством металлов он реагирует уже при комнатной температуре, образуя основные оксиды. С неметаллами (за исключением гелия, неона, аргона) кислород реагирует, как правило, при нагревании.Химические свойства
Кислород - второй по электроотрицательности элемент после фтора, поэтому он проявляет сильные окислительные свойства. С большинством металлов он реагирует уже при комнатной температуре, образуя основные оксиды. С неметаллами (за исключением гелия, неона, аргона) кислород реагирует, как правило, при нагревании. Так, с фосфором он реагирует при температуре ~ 60 °С, образуя Р2 О5 , с серой - при температуре около 250 °С:
S + О2 = SO2 .
С графитом кислород реагирует при 700 °С
С + О2 = СО2 .
Взаимодействие кислорода с азотом начинается лишь при 1200°С или в электрическом разряде
N2
+ О2
2NО - Q.
Кислород реагирует и со многими сложными соединениями, например с оксидом азота (II) он реагирует уже при комнатной температуре:
2NО + О2 = 2NО2 .
Сероводород, реагируя с кислородом при нагревании, дает серу
2Н2 S + О2 = 2S + 2Н2 О
или оксид серы (IV)
2Н2 S + ЗО2 = 2SО2 + 2Н2 О
в зависимости от соотношения между кислородом и сероводорододом.
В приведенных реакциях кислород является окислителем. В большинстве реакций окисления с участием кислорода выделяется тепло и свет - такие процессы называются горением.
Еще более сильным окислителем, чем кислород О2 , является озон О3 . Он образуется в атмосфере при грозовых разрядах, объясняется специфический запах свежести после грозы. Обычно озон получают пропусканием разряда через кислород (реакция эндотермическая и сильно обратимая; выход озона около 5%):
ЗО2
2О3
- 284 кДж.SPAN P
При взаимодействии озона с раствором иодида калия выделяется йод, тогда как с кислородом эта реакция не идет:
2КI + О3 + Н2 О = I2 + 2КОН + О2 .
Реакция часто используется как качественная для обнаружения ионов I- или озона. Для этого в раствор добавляют крахмал, который дает характерный синий комплекс с выделившимся иодом. Реакция качественная еще и потому, что озон не окисляет ионы Сl- и Br- .
При пропускании газообразного озона через раствор какого-либо алкена в тетрахлорметане при температуре ниже 20°С образуется озонид соответствующего алкена:
| O |
|||||
| / |
\ |
||||
| H2 C = CH2 + O3 H2 C |
CH2 |
||||
| \ |
/ |
||||
| O |
O |
||||
| озонид этилена |
|||||
Озониды - неустойчивые соединения. Они подвергаются гидролизу с образованием альдегидов или кетонов, например:
| O |
||
| / |
\ |
|
| H 2 C |
CH2 |
+ H2 O CH2 = O+H2 O2 |
| \ |
/ |
|
| O |
O |
В этом случае часть метаналя (формальдегида) реагирует с пероксидом водорода, образуя метановую (муравьиную) кислоту:
НСНО + Н2 О2 НСООН + Н2 О.
Получение и применение
В промышленности кислород получают:
1) фракционной перегонкой жидкого воздуха (азот, обладающий более низкой температурой кипения, испаряется, а жидкий кислород остается);
2) электролизом воды. Ежегодно во всем мире получают свыше 80 млн. т кислорода.
В лабораторных условиях кислород получают разложением ряда солей, оксидов и пероксидов:
2КМnО4
К2
MnО4
+ МnО2
+ О2
,
4К2
Сr2
О7
4К2
CrO4
+ 2Сr2
О3
+ 3O2
,
2КNО3
2КNО2
+ О2
,
2Pb3
О4
6PbО + О2
,
2НgО
2Нg + О2
,
2ВаО2
2ВаО + О2
,
2Н2
O2
2Н2
О + О2
.
Особенно легко кислород выделяется в результате последней реакции, поскольку в пероксиде водорода Н2 О2 не двойная, а одинарная связь между атомами кислорода -О-О-.
В частности, пероксиды щелочных металлов используют на космических станциях для обеспечения космонавтов кислородом за счет его регенерации из выдыхаемого СО2 :
2К2 О2 + 2СО2 = 2К2 СО3 + О2 .
Кислород и его соединения (в первую очередь Н2 О, СО2 ) незаменимы для поддержания жизни. Они играют важнейшую роль в процессах обмена веществ и дыхания. Большая часть добываемого в мире кислорода расходуется в металлургической промышленности для получения стали из чугуна. Кислород необходим также для сжигания всевозможных горючих топливных материалов, таких как метан, нефть, уголь и т.п. Его широко применяют в химической промышленности для получения самых разнообразных соединений. В космической технике кислород используется для сжигания водорода и других видов горючего, в медицинской практике - для поддержания жизни больных с затрудненным дыханием (кислородные подушки, барокамеры, «кислородный коктейль»).