Кислород

Свойства ₈О.

Атомная масса	15,99	кларк, ат.% (распространненость в природе)
Электронная конфигурация*		Агрегатное состояние (н. у.).	газ
	0,06	Цвет	бесцветный
	¾		- 218,8
Энергия ионизации	13,614		- 183,0
Относительная электро- отрицательность	3,5	Плотность	1,27тв.
Возможные степени окисления	-2,+1,-1,1,+2	Стандартный электродный потенциал	¾

*Приведена конфигурация внешних электронных уровней атома элемента. Конфигурация остальных электронных уровней совпадает с таковой для благородного газа, завершающего предыдущий период и указанного в скобках.

Кислород в природе имеет три устойчивых изотопа: ¹⁶О, ¹⁷О и ¹⁸О. В свободном состоянии находится в виде двух аллотропных модификаций — кислород О₂ и озон О₃.

Как известно, аллотропия — способность химического элемента существовать в виде двух или нескольких простых веществ, отличающихся лишь числом атомов в молекуле либо строением.

Кислород относят к первой категории аллотропных элементов.

Физические свойства.Кислород в нормальных условиях — газ без цвета и запаха.

Вместе с азотом и незначительным количеством других газов свободный кислород образует атмосферу Земли — воздух (23,15% по массе, или 20,95% по объему).

Получение.В промышленности кислород получают:

1. фракционной перегонкой жидкого воздуха (азот, обладающий более низкой температурой кипения, испаряется, а жидкий кислород остается);

2. электролизом воды.

В лабораторных условиях кислород получают разложением ряда солей, оксидов и пероксидов:

Особенно легко кислород выделяется в результате последней реакции, поскольку в пероксиде водорода H₂O₂ 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:

Химические свойства. Важнейшее химическое свойство кислорода — способность образовывать оксиды почти со всеми элементами Кислород образует соединения со всеми элементами, кроме некоторых благородных газов (гелия, неона, аргона). С большинством металлов кислород реагирует уже при комнатной температуре:

С неметаллами кислород реагирует, как правило, при нагревании. С фосфором кислород активно реагирует

при температуре 60°С:

с серой — при температуре около 250°С:

с углеродом (в виде графита) — при 700—800°С:

Взаимодействие кислорода с азотом начинается лишь при 1200 °С или в электрическом разряде:

Кислород реагирует и со многими сложными соединениями, например с оксидами азота (II) он реагирует уже при комнатной температуре:

Сероводород, реагируя с кислородом при нагревании, дает серу:

или оксид серы (IV):

в зависимости от соотношения между кислородом и сероводородом.

В приведенных реакциях кислород является окислителем. В большинстве реакций окисления с участием кислорода выделяется тепло и свет — такие процессы называются горением.

Кислород не взаимодействует непосредственно с галогенами, золотом и платиной, их оксиды получаются косвенным путем.

Сложные вещества при определенных условиях также взаимодействуют с кислородом. При этом образуются оксиды, а в некоторых случаях — оксиды и простые вещества:

Кислород как окислитель. По величине относительной электроотрицательности кислород является вторым элементом (см. табл.). Поэтому в химических реакциях как с простыми, так и со сложными веществами он является окислителем, так как принимает электроны.

Горение, ржавление, гниение и дыхание протекают при участии кислорода. Это окислительно-восстановительные процессы.

Кислород в химических и металлургических процессов.Процессы окисления протекают интенсивнее в кислороде, чем на воздухе. Это подтверждают простые опыты: горение угля, серы, стальной проволоки в кислороде.

Для ускорения процессов окисления вместо обыкновенноговоздуха применяют кислород или воздух, обогащенный кислородом. Кислород используется для интенсификации окислительных процессов в химической промышленности (производство азотной исернойкислот, искусственного жидкого топлива, смазочных масел и других веществ).

Кислород — эффективное средство интенсификации металлургических процессов. При продувании в доменную печь воздуха, обогащенного кислородом, значительно повышается температура пламени, в результате чего ускоряется процесс плавки и увеличивается производительность печи. Еще больший эффект получается при полной или частичной замене воздуха кислородом в сталеплавильном производстве — мартеновском и бессемеровском процессах: происходит не только интенсификация этих процессов, но и улучшение качества получаемых сталей. Успешно применяется обогащенный кислородом воздух (до 60% О₂) в цветной металлургии (окисление сульфидных руд цинка, меди и других металлов).

Применение. Кислород применяется для получения высоких температур. Температура кислородно-ацетиленового пламени достигает 3500 °С, кислородно-водородного — 3000 °С.

В медицине кислород применяется для облегчения дыхания больных (кислородные подушки и палатки). Он используется в кислородных приборах при выполнении работ в трудной для дыхания атмосфере (подземные и подводные работы, высотные и космические полеты и др.)

Озон.Молекула кислорода состоит из двух атомов O₂. Химическая связь в ней — ковалентная неполярная, а молекула озона состоит из трех атомов кислорода О₃, и хотя кислород и озон образованы одним и тем же элементом, свойства их различны.

Озон — газ с характерным резким, но приятным запахом. Он является еще более сильным окислителем, чем кислород О₂. Озон образуется в атмосфере при грозовых разрядах, чем объясняется специфический запах свежести после грозы.

В лабораториях озон получают пропусканием разряда через кислород (реакция эндотермическая):

При взаимодействии озона с раствором иодида калия выделяется иод, тогда как с кислородом эта реакция не идет:

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 Вг- .

Озон разрушает органические вещества, окисляет многие металлы, в том числе золото и платину, а также производит белящее и дезинфицирующее действие.