| 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»).
|
