Нахождение в природе кислорода и озона таблица, физические свойства o3

№8 Кислород

История открытия:

Официально считается, что кислород был открыт английским химиком Джозефом Пристли 1 августа 1774 путём разложения оксида ртути в герметично закрытом сосуде (Пристли направлял на это соединение солнечные лучи с помощью мощной линзы). Однако Пристли первоначально не понял, что открыл новое простое вещество, он считал, что выделил одну из составных частей воздуха (и назвал этот газ “дефлогистированным воздухом”). О своём открытии Пристли сообщил выдающемуся французскому химику Антуану Лавуазье. В 1775 А. Лавуазье установил, что кислород является составной частью воздуха, кислот и содержится во многих веществах. Несколькими годами ранее (в 1771-м) кислород получил шведский химик Карл Шееле. Он прокаливал селитру с серной кислотой и затем разлагал получившийся оксид азота. Шееле назвал этот газ “огненным воздухом” и описал своё открытие в изданной в 1777 году книге (именно потому, что книга опубликована позже, чем сообщил о своём открытии Пристли, последний и считается первооткрывателем кислорода).

Нахождение в природе, получение:

Кислород — самый распространённый в земной коре элемент, на его долю (в составе различных соединений, главным образом силикатов) приходится около 47 % массы твёрдой земной коры. Морские и пресные воды содержат огромное количество связанного кислорода — 85,82 % (по массе).
Свободный кислород в атмосфере появился около 3-4 млрд лет назад (возраст земли около 4,6 млрд. лет). Сейчас основная часть кислорода на Земле выделяется фитопланктоном Мирового океана, лесами и зелёными растениями. При этом около 60% производимого кислорода, расходуется на процессы гниения и разложения в самих лесах и растительных зонах.
В верхних слоях атмосферы часть молекулярного кислорода (2-8 ppm)под действием солнечного излучения переходит в озон, О₃, образуя так называемый “озоновый слой”, защищающий земные организмы от вредного УФ-излучения.

Физические свойства:

Простое вещество существует в двух аллотропных модификациях: O₂ и O₃ (озон).
Кислород, О₂ – при нормальных условиях газ без цвета, вкуса и запаха. 1л его весит 1,429 г. Немного тяжелее воздуха. Слабо растворяется в воде (4,9 мл/100г при 0°C) и спирте (2,78 мл/100г при 25 °C). Хорошо растворяется в расплавленном серебре (22 объема O2 в 1 объеме Ag при 961 °C). Является парамагнетиком.
Озон, О₃ – аллотропная модификация кислорода. При нормальных условиях это газ голубого цвета со специфическим запахом, ядовит. В твёрдом виде (Тпл.=-197°C) представляет собой тёмно-синие, серые, практически чёрные кристаллы.

Химические свойства:

Сильный окислитель, взаимодействует, практически, со всеми элементами, образуя оксиды. Не окисляет Au и Pt, галогены и инертные газы.
Окисляет соединения, которые содержат элементы с не максимальной степенью окисления: 2NO + O₂ = 2NO₂
Кислород поддерживает процессы дыхания, горения, гниения.
Озон – мощный окислитель, намного более реакционноспособный, чем двухатомный кислород. Окисляет почти все металлы (за исключением золота, платины и иридия) до их высших степеней окисления. Окисляет многие неметаллы. Продуктом реакции, кроме оксида, как правило является кислород: NO + O₃ = 2NO₂ + O₂
В соединениях кислород проявляет степени окисления от -2 до +2

Важнейшие соединения:

Оксиды, соединения элементов с кислородом, в которых кислород имеет ст. окисления -1. По химическим свойствам традиционно выделяют 4 группы оксидов: – кислотные ( CO₂, Cl₂O₇), основные ( Na₂O, MgO), амфотерные (Al₂O₃, ZnO) и несолеобразующие ( N₂O). Свойства оксидов рассмотрены при рассмотрении соответствующих элементов.
Пероксиды – соединения кислорода со степенью окисления -1. Пероксиды щелочных металлов получаются при их сгорании в кислороде: 2Na + O₂ = Na₂O₂
Некоторые оксиды поглощают кислород, переходя в пероксиды: 2BaO + O₂ = 2BaO₂
Пероксиды можно рассматривать как соли очень слабой кислоты ( H₂O₂), их реакция с более сильными кислотами может использоваться для получения пероксида водорода.
Надпероксиды – получают взаимодействием пероксидов с кислородом при повышенных давлениям и температуре: Na₂O₂ + O₂ = NaO₂
Кислород в надпероксидах имеет степень окисления -1/2, т.е. один электрон на два атома кислорода (ион O₂ – ).
Дифторид кислорода, OF₂, степень окисления кислорода +2, получают пропусканием фтора через раствор щелочи: 2F₂ + 2NaOH = OF₂ + 2NaF + H₂O
Монофторид кислорода, (Диоксидифторид), O₂F₂, степень окисления кислорода +1 , нестабилен. Получают из смеси фтора с кислородом в тлеющем разряде при температуре -196°С.
Пропуская тлеющий разряд через смесь фтора с кислородом при определенных давлении и температуре получают смеси высших фторидов кислорода O₃F₂, О₄F₂, О₅F₂ и О₆F₂.
Фториды кислорода – сильные окислители.

Применение:

Широкое промышленное применение кислорода началось в середине ХХ века, после изобретения турбодетандеров — устройств для сжижения и разделения жидкого воздуха.
– В металлургии: Конвертерный способ производства стали, сварка и резка металлов
– Ракетные двигатели: Смесь жидкого кислорода и жидкого озона один из самых мощных окислителей ракетного топлива (удельный импульс смеси водород-озон превышает удельный импульс для пары водород-фтор и водород-фторид кислорода). В качестве окислителя для ракетного топлива применяется также жидкий кислород, пероксид водорода, азотная кислота и другие богатые кислородом соединения.
– В медицине: кислород используется для обогащения дыхательных газовых смесей (аэронетики) при нарушении дыхания, для лечения астмы, в виде кислородных коктейлей, кислородных подушек и т.д.
– В пищевой промышленности кислород зарегистрирован в качестве пищевой добавки E948, как пропеллент и упаковочный газ.

Кислород – характеристика элемента, распространённость в природе, физические и химические свойства, получение

Кислород О имеет атомный номер 8, расположен в главной подгруппе (подгруппе а) VI группе, во втором периоде. В атомах кислорода валентные электроны размещаются на 2-м энергетическом уровне, имеющем только s— и p-орбитали. Это исключает возможность перехода атомов О в возбуждённое состояние, поэтому кислород во всех соединениях проявляет постоянную валентность, равную II. Имея высокую электроотрицательность, атомы кислорода всегда в соединениях заряжены отрицательно (с.о. = -2 или -1). Исключение – фториды OF₂ и O₂F₂.

Для кислорода известны степени окисления -2, -1, +1, +2

Общая характеристика элемента

Кислород – самый распространенный элемент на Земле, на его долю приходится чуть меньше половины, 49 % от общей массы земной коры. Природный кислород состоит из 3 стабильных изотопов 16 О, 17 О и 18 О (преобладает 16 О). Кислород входит в состав атмосферы (20,9 % по объему, 23,2 по массе), в состав воды и более 1400 минералов: кремнезема, силикатов и алюмосиликатов, мраморов, базальтов, гематита и других минералов и горных пород. Кислород составляет 50-85% массы тканей растений и животных, т.к содержится в белках, жирах и углеводах, из которых состоят живые организмы. Общеизвестна роль кислорода для дыхания, для процессов окисления.

Кислород сравнительно мало растворим в воде – 5 объемов в 100 объемах воды. Однако, если бы весь растворенный в воде кислород перешел в атмосферу, то он занял бы огромный объем – 10 млн км 3 ( н.у). Это равно примерно 1% всего кислорода в атмосфере. Образование на земле кислородной атмосферы обусловлено процессами фотосинтеза.

Открыт шведом К. Шееле ( 1771 – 1772 г.г) и англичанином Дж. Пристли ( 1774г.). Первый использовал нагревание селитры, второй – оксида ртути (+2). Название дал А.Лавуазье («оксигениум» — «рождающий кислоты»).

В свободном виде существует в двух аллотропных модификациях – «обыкновенного» кислорода О₂ и озона О₃.

Строение молекулы озона

3О₂ = 2О₃ – 285 кДж
Озон в стратосфере образует тонкий слой, который поглощает большую часть биологически вредного ультрафиолетового излучения.
При хранении озон самопроизвольно превращается в кислород. Химически кислород О₂ менее активен, чем озон. Электроотрицательность кислорода 3,5.

Физические свойства кислорода

O₂ – газ без цвета, запаха и вкуса, т.пл. –218,7 °С, т.кип. –182,96 °С, парамагнитен.

Жидкий O₂ голубого, твердый – синего цвета. O₂ растворим в воде (лучше, чем азот и водород).

Получение кислорода

1. Промышленный способ — перегонка жидкого воздуха и электролиз воды:

2Н₂О → 2Н₂ + О₂

2. В лаборатории кислород получают:
1.Электролизом щелочных водных растворов или водных растворов кислородосодержащих солей (Na₂SO₄ и др.)

2. Термическим разложением перманганата калия KMnO₄:
2KMnO₄ = K₂MnO4 + MnO₂ + O₂↑,

Бертолетовой соли KClO₃:
2KClO₃ = 2KCl + 3O₂↑ (катализатор MnO₂)

3. Разложением пероксида водорода:
2H₂O₂ = H₂O + O₂↑ (катализатор MnO₂)

Если смешать K₂O₂ и K₂O₄ в равномолярных (т.е. эквимолярных) количествах, то на 1 моль поглощенного СО₂ выделится один моль О_2.

Химические свойства кислорода

Кислород поддерживает горение. Горение — быстрый процесс окисления вещества, сопровождающийся выделением большого количества теплоты и света. Чтобы доказать, что в склянке находится кислород, а не какой-то другой газ, надо в склянку опустить тлеющую лучинку. В кислороде тлеющая лучинка ярко вспыхивает. Горение различных веществ на воздухе – это окислительно-восстановительный процесс, в котором окислителем является кислород. Окислители – это вещества, «отбирающие» электроны у веществ-восстановителей. Хорошие окислительные свойства кислорода можно легко объяснить строением его внешней электронной оболочки.

Валентная оболочка кислорода расположена на 2-м уровне – относительно близко к ядру. Поэтому ядро сильно притягивает к себе электроны. На валентной оболочке кислорода 2s 2 2p 4 находится 6 электронов. Следовательно, до октета недостает двух электронов, которые кислород стремится принять с электронных оболочек других элементов, вступая с ними в реакции в качестве окислителя.

Кислород имеет вторую (после фтора) электроотрицательность в шкале Полинга. Поэтому в подавляющем большинстве своих соединений с другими элементами кислород имеет отрицательную степень окисления. Более сильным окислителем, чем кислород, является только его сосед по периоду – фтор. Поэтому соединения кислорода с фтором – единственные, где кислород имеет положительную степень окисления.

Итак, кислород – второй по силе окислитель среди всех элементов Периодической системы. С этим связано большинство его важнейших химических свойств.
С кислородом реагируют все элементы, кроме Au, Pt, He, Ne и Ar, во всех реакциях (кроме взаимодействия со фтором) кислород — окислитель.

Кислород легко реагирует с щелочными и щелочноземельными металлами:

Мелкий порошок железа ( так называемого пирофорного железа) самовоспламеняется на воздухе, образуя Fe₂O₃, а стальная проволока горит в кислороде, если ее заранее раскалить:

С неметаллами (серой, графитом, водородом, фосфором и др.) кислород реагирует при нагревании:

Почти все реакции с участием кислорода O₂ экзотермичны, за редким исключением, например:

N₂ + O₂ → 2NO – Q

Эта реакция протекает при температуре выше 1200 o C или в электрическом разряде.

Кислород способен окислить сложные вещества, например:

2H₂S + O₂ → 2S + 2H₂O (недостаток кислорода),

4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O (в присутствии катализатора Pt ),

Известны соединения, содержащие катион диоксигенила O₂ + , например, O₂ + [PtF₆] — (успешный синтез этого соединения побудил Н. Бартлетта попытаться получить соединения инертных газов).

Озон химически более активен, чем кислород O₂. Так, озон окисляет иодид — ионы I — в растворе Kl:

Озон сильно ядовит, его ядовитые свойства сильнее, чем, например, у сероводорода. Однако в природе озон, содержащийся в высоких слоях атмосферы, выполняет роль защитника всего живого на Земле от губительного ультрафиолетового излучения солнца. Тонкий озоновый слой поглощает это излучение, и оно не достигает поверхности Земли. Наблюдаются значительные колебания в толщине и протяженности этого слоя с течением времени (так называемые озоновые дыры) причины таких колебаний пока не выяснены.

Применение кислорода O₂: для интенсификации процессов получения чугуна и стали, при выплавке цветных металлов, как окислитель в различных химических производствах, для жизнеобеспечения на подводных кораблях, как окислитель ракетного топлива (жидкий кислород), в медицине, при сварке и резке металлов.

Применение озона О₃: для обеззараживания питьевой воды, сточных вод, воздуха, для отбеливания тканей.

Нахождение в природе кислорода и озона таблица, физические свойства o3

ХиМуЛя.com

Владельцы сайта

• Галина Пчёлкина

Урок №19. Кислород, его общая характеристика и нахождение в природе. Получение кислорода и его физические свойства

Лекция «Кислород – химический элемент и простое вещество »

1. Кислород – химический элемент:

а) Характеристика химического элемента – кислорода по его положению в ПСХЭ

б) Валентные возможности атома кислорода

в) Распространённость химического элемента в природе

2. Кислород – простое вещество

а) Получение кислорода

б) Химические свойства кислорода

в) Круговорот кислорода в природе

г) Применение кислорода

«Dum spiro spero » (Пока дышу, надеюсь. ), – гласит латынь

Дыхание – это синоним жизни, а источник жизни на Земле – кислород.

Материал данной лекции обобщает ранее полученные знания по теме «Кислород».

1. Кислород – химический элемент

а) Характеристика химического элемента – кислорода по его положению в ПСХЭ

Кислород — элемент главной подгруппы шестой группы, второго периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным порядковым номером 8. Обозначается символом O (лат. Oxygenium ). Относительная атомная масса химического элемента кислорода равна 16, т.е. Ar ( O )=16.

б) Валентные возможности атома кислорода

В соединениях кислород обычно двухвалентен (в оксидах), валентность VI не существует. В свободном виде встречается в виде двух простых веществ: О₂ («обычный» кислород) и О₃ (озон). О₂ — газ без цвета и запаха, с относительной молекулярной массой =32. О₃ – газ без цвета с резким запахом, с относительной молекулярной массой =48.

Внимание! H 2 O 2 ( перекись водорода) – O (валентность II)

СО (угарный газ) – О (валентность III)

в) Распространённость химического элемента кислорода в природе

Кислород — самый распространенный на Земле элемент, на его долю (в составе различных соединений, главным образом силикатов), приходится около 49% массы твердой земной коры. Морские и пресные воды содержат огромное количество связанного кислорода — 85,5% (по массе), в атмосфере содержание свободного кислорода составляет 21% по объёму и 23% по массе. Более 1500 соединений земной коры в своем составе содержат кислород.

Кислород входит в состав многих органических веществ и присутствует во всех живых клетках. По числу атомов в живых клетках он составляет около 20 %, по массовой доле — около 65 %.

2. Кислород – простое вещество

Источники:

http://www.kontren.narod.ru/x_el/info08.htm
http://himege.ru/kislorod-xarakteristika-elementa-svojstva/
http://www.sites.google.com/site/himulacom/zvonok-na-urok/8-klass/urok-no19-kislorod-ego-obsaa-harakteristika-i-nahozdenie-v-prirode-polucenie-kisloroda-i-ego-fiziceskie-svojstva