ХИМИЯ ЭЛЕМЕНТОВ VI ГРУППЫ, Кислород - Химия элементов VI группы

16-ю группу периодической таблицы химических элементов Д. И. Менделеева составляют Халькогемны (от греч. чблкпт -- медь (в широком смысле), руда (в узком смысле) и генпт -- рождающий). Это такие химические элементы, как кислород (O), сера (S), селен (Se), теллур (Te), радиоактивный полоний (Po), и искусственно полученный ливерморий (Lv). Все эти элементы встречаются в природе (за исключением Lv), причем каждый из них имеет несколько природных изотопов (за исключением Po). Все они являются р-элементами. Строение валентного уровня их электронных оболочек соответствует формуле Ns2Np4.

Кислород сера селен теллур полоний

Кислород

Самый распространенный элемент на Земле: в воздухе - 21% по объему (находится в виде О2 и О3), в земной коре - 49 % по массе, в гидросфере - 89% по массе, в составе живых организмов - до 65% по массе. В земной коре он содержится в виде различных минералов, которые представляют собой оксиды (например, Al2O3, SiO2, Cu2O, SnO2) и соли (например, FeCO3, CaSO4, Ca3(PO4)2).

Атом

Порядковый № 8, электронное строение: 1s22s22p4

Валентность

II, в СО - валентность III за счет ДАС.

Степени окисления

    1) -2 - оксиды, гидроксиды, соли; 2) -1 - пероксиды; 3) -1/2, -1/3 - надпероксиды, озониды; 4) +2 - ОF2, +1 - O2F2.

Электроотрицательность

ЭО = 3,5.

Изотопы природного кислорода

О (99,76%), О (0,04%), О (0,20%).

Физические свойства

Кислород - газ без цвета, запаха и вкуса, немного тяжелее воздуха. Плохо растворим в воде. Жидкий кислород - голубоватая жидкость, кипящая при -1830С. Притягивается магнитом. Твердый кислород - синие кристаллы, плавящиеся при -218,70С.

Строение молекулы

Молекула состоит из двух атомов, связанных двойной связью. Связь - ковалентная неполярная.

Аллотропные модификации (изменения)

О2 и О3 (озон).

Способы получения

    1) Промышленный способ: перегонка жидкого воздуха; 2) Лабораторный способ: разложение (воздействие t0C) некоторых кислородсодержащих веществ 2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2 2KClO3 = 2KCl + 3O2 (k - MnO2) 2H2O2 = 2H2O + O2 (k - MnO2) 2HgO = 2Hg + O2 2KNO3 = 2KNO2 + O2

Способы собирания кислорода

Химические свойства

1) Взаимодействие с НеMet (кроме фтора и благородных газов): образуются ОКСИДЫ - бинарные соединения с кислородом в степени окисления -2:

Si + O2 = SiO2 (t=400-5000С)

- При взаимодействии с углеродом, фосфором и мышьяком в зависимости от количества кислорода образуются разные оксиды:

С + О2(изб) = СО2; С + О2(нед) = СО

    - При взаимодействии с серой последняя окисляется до сернистого газа (дальнейшее воздействие кислородом приводит к образованию высшего оксида - SO3):
      S + O2 = SO2
    - При взаимодействии с фтором образуется ФТОРИД кислорода:
      2F2 + O2 = 2OF2 2) Взаимодействие с Met: образуются основные и амфотерные оксиды: 4Al + 3O2 = 2AL2O3
    - При взаимодействии с натрием образуется пероксид:

Na + O2 = Na2O2

- При взаимодействии с калием, рубидием и цезием образуются надпероксиды:

K + O2 = KO2

    - При взаимодействии с железом образуется смесь оксидов:
      3Fe + 2O2 = Fe3O4 (Fe2O3*FeO)
    - При взаимодействии с марганцем образуется диоксид марганца:

Mn + O2 = MnO2

    3) Взаимодействие со сложными веществами:
      - Горение и обжиг сульфидов, водородных соединений:
    4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2 2H2S + 3O2 = 2SO2 + 2H2O

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O

- Окисление низших оксидов до высших:

FeO + O2 = Fe2O3

CO + O2 = CO2

    - Окисление гидроксидов и солей в водных растворах: если вещество неустойчиво на воздухе:
      2HNO2 + O2 = 2HNO3 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3
    - Окисление в присутствие катализаторов:

Аммиака: NH3 + O2 = NO + H2O

Органических веществ: C2H5OH + O2 = CH3-COH и т. п. (k - Cu; t0C)

Применение кислорода

Кислород применяют в медицине, на взрывных работах, для сварки металлов, для резки металлов, в авиации для дыхания, в авиации для двигателей, в металлургии.

Содержащийся в атмосфере кислород расходуется в процессе дыхания человека, животных и растений. В процессе хозяйственной деятельности человека кислород расходуется в больших количествах, например при сжигании различных видов топлива (природного газа, метана, угля, древесины):

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O

C + O2 = CO2

C6H10O5 + 6O2 = 5CO2 + 6H2O

Во всех этих процессах образуется оксид углерода (IV). Единственный естественный природный процесс связывания оксида углерода (IV) - процесс фотосинтеза, проходящий в зеленых растениях под действие солнечного света:

6CO2 + 6H2O = C5H12O6 + O2 (k - hv)

При этом образуется глюкоза - основа для строительства тканей растений.

Если какое-либо вещество медленно реагирует с кислородом, то такое окисление называют медленным. Это, например, процессы разложения пищевых продуктов, гниения.

Озон

Озон - это аллотропная модификация кислорода.

Физические свойства

Газ, с запахом свежей хвои, бесцветен.

Получение

    1) Озонирование воздуха: 3O22O3 2) Во время грозы (в природе); 3) В лаборатории - в озонаторе.

Химические свойства

    1) Неустойчив, легко распадается: O3O2 + O.. При этом образуется АТОМАРНЫЙ кислород, очень сильный окислитель. Он обесцвечивает красящие вещества, отражает УФ-лучи, уничтожает микроорганизмы; 2) Сильный окислитель, сильнее кислорода: 6NO2 + O3 = 3N2O5 3PbS + 4O3 = 3PbSO4 3) Качественная реакция на озон: реакция с йодидом калия, появляется желто-коричневая окраска йода: 2KI + O3 = 2KOH + I2 + O2

Пероксид водорода

Стоит уделить особое внимание этому веществу, так как из всех соединений кислорода именно пероксид водорода чаще всего используют как стерилизационное и антисептическое средство.

Строение молекулы

Н2О2 или Н-О-О-Н

Физические свойства

Это бесцветная неустойчивая жидкость. Плотность составляет 1,45 г/см3. Ее концентрированный раствор (30%) взрывоопасен и называется пергидролем.

Получение

Гидролиз пероксидов металлов водой или кислотами:

BaO2 + H2SO4 = H2O2 + BaSO4

Химические свойства

    1) Разложение: 2H2O2 = 2H2O + O2 (t0C, k - MnO2) 2) Пероксид водорода может быть как окислителем, так и восстановителем:
      - Окислительные свойства более характерны - переходит в Н2О или ОН-:

Na2S+4O3 + H2O2 = Na2S+6O4 + Н2О

    (неметаллы в промежуточной степени окисления окисляет в высшую степень окисления) 2Fe(OH)2 + H2O2 = 2Fe(OH)3 2KI + H2O2 + H2SO4 = I2 + K2SO4 + 2H2O

PbS + 4H2O2 = PbSO4 + 4H2O

    (сульфиды переходят в сульфаты) 2Cr+3Cl3 + 3H2O2 + 10KOH = 2K2Cr+6O4 + 6KCl + 8H20 (любые соединения хрома +3 окисляет в +6) - Восстановительные свойства - переходит в О2:

CaOCl2 + H2O2 = CaCl2 + O2 + H2O

2KMnO4 + 5H2O2 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + K2SO4 + 5O2 + 8H2O

K2Cr2O7 + 3H2O2 + 4H2SO4 = Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 3O2 + 7H2O

Пероксиды и надпероксиды металлов

Химические свойства этих соединений имеют свою особенность: в ОВР, а также в реакциях разложения водой образуется кислород:

Химические свойства

1) Разложение водой:

Na2O2 + H2O = H2O2 + NaOH

K2O2 + H2O = H2O2 + O2 + KOH (при t0C)

2) Они являются сильными окислителями:

KO2 + Al = KAlO2

    3) В некоторых реакциях проявляют восстановительные свойства: 2KMnO4 + 5Na2O2 + 8H2SO4 = 2MnSO4 + K2SO4 + 5Na2SO4 + 5O2 + 8H2O 4) Взаимодействуют с углекислым газом:

Na2O2 + CO2 = Na2CO3 + O2

Получение

1) Me (щелочные и Ва) + кислород:

Na + O2 = Na2O2

K + O2 = KO2

    2) Оксиды металлов + кислород: 2K2O + 3O2 = 4KO2

Похожие статьи




ХИМИЯ ЭЛЕМЕНТОВ VI ГРУППЫ, Кислород - Химия элементов VI группы

Предыдущая | Следующая