Химические свойства кислорода

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:

Озониды - неустойчивые соединения. Они подвергаются гидролизу с образованием альдегидов или кетонов, например:

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»).