Кислородът е Формулата на кислорода. кислородна молекула

2024 Автор: Angel Austin | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 05:17

Сред всички вещества на Земята, специално място заема това, което осигурява живот - кислороден газ. Именно неговото присъствие прави нашата планета уникална сред всички останали, специална. Благодарение на това вещество в света живеят толкова много красиви същества: растения, животни, хора. Кислородът е абсолютно незаменимо, уникално и изключително важно съединение. Затова ще се опитаме да разберем какво представлява, какви характеристики има.

Химичен елемент кислород: характеристики

Първо, нека характеризираме местоположението на този елемент в периодичната система. Това може да стане с няколко стъпки.

1. Пореден номер - 8.
2. Атомна маса - 15, 99903.
3. Намира се в шестата група на основната подгрупа от втория период на системата.
4. Ядрено зареждане - +8, брой протони - 8, електрони - 8, неутрони - 8. Така се получава двойно магическо число, поради което се наблюдава стабилността на основната изотопна форма ¹⁶ O.
5. Латинското име на елемента е кислород. Руски - кислород, това име е образувано от фразата„производител на киселини“. Има и синоним, понякога наричан кислород.

Специално внимание заслужава анализът на електронната структура на атома, тъй като той обяснява стабилността на молекулата и проявените физични и химични свойства.

Структурата на молекулата

Електронната конфигурация на атома се представя с формулата 1s²2s²2p^{4. От този запис е очевидно, че преди завършването на енергийното ниво и създаването на желания октет на кислорода липсват два електрона. Това обяснява следните характеристики:}

• диатомна кислородна молекула;
• степента на окисление на елемента винаги е -2 (с изключение на пероксидите и флуорния оксид, при които се променя съответно на -1 и +2);
• е най-силният окислител;
• реагира лесно дори при нормални условия;
• способни да образуват експлозивни съединения.

Сега разгледайте въпроса за структурата. Как се образува кислородна молекула? Първо, механизмът на образуване е ковалентен неполярен, тоест поради социализацията на електроните на всеки атом. По този начин връзката също е ковалентна неполярна. Освен това той е двоен, тъй като всеки от атомите има два несдвоени електрона във външното ниво. Много е лесно да се изобрази как изглежда кислородът. Формулата е: O₂ или O=O.

Поради наличието на такава връзка, молекулата е много стабилна. Много реакции, свързани с него, изискват специални условия: повишено налягане, нагряване, използване на катализатори.

Като химичен елементкислородът е атом, който има три стабилно съществуващи изотопа в природата. Масовите им числа са съответно 16, 17, 18. Процентът обаче е много различен, тъй като ¹⁶О 99,759%, а останалите са по-малко от 0,5%. Следователно, най-разпространеният и стабилен изотоп е с масово число 16.

Просто вещество кислород

Ако говорим за този елемент като просто съединение, тогава трябва незабавно да обозначим състоянието на агрегация при нормални условия. Кислородът е газ, който няма вкус, цвят или мирис. Двуатомна молекула, която е най-разпространеното вещество на планетата, след водорода и благородния газ хелий.

Има и други състояния на агрегиране на това вещество. И така, при отрицателна температура от -183⁰С, кислородът кондензира в красива синя течност. Ако превишите прага от -200⁰С, тогава течността ще прерасне в ярко сини кристали с форма на моноклинна игла.

Общо има три основни типа съществуване на кислород в твърдо състояние.

1. Алфа форма (α-O₂). Съществува под 200 ⁰C.
2. Бета форма (β-O₂). Температурен диапазон -200-400⁰С.
3. Гама форма (γ-O₂). Интервал от -400 до -500⁰C.

Кислородът е един от най-важните и значими газове. Не само за живота на живите същества на планетата, но и за природата като цяло. Трудно е да се назове натурален минерал или съединение, в което той не би бил включен катоартикул.

История на откриването

Първото споменаване, че въздухът съдържа някакъв вид газ, който поддържа процесите на горене, се появява през 8-ми век. Тогава обаче нямаше техническа възможност да го проучим, докажем съществуването му и да го отворим. Само след почти хилядолетие, през XVIII век, това е направено благодарение на работата на няколко учени.

1. 1771 Карл Шееле експериментално установява състава на въздуха и установява, че основните два газа са кислород и азот.
2. Пиер Байен провежда експерименти върху разлагането на живака и неговия оксид и официално записва резултатите.
3. 1773 Шеле официално открива елемента кислород, но не го получава в чистата му форма.
4. 1774 Пристли, независимо от Шеле, прави същото откритие като него и получава чист кислород чрез разлагане на живачен оксид.
5. 1775 Антоан Лавоазие наименува този елемент и създава теория за горенето, която съществува от стотици години.
6. 1898 Томпсън кара обществото да мисли, че кислородът във въздуха може да свърши поради големи емисии на въглероден диоксид в атмосферата.
7. През същата година Тимирязев доказва обратното, като обяснява, че зелените растения на планетата са доставчикът на кислород.

Така стана известно какво е кислород, какъв важен и значим газ е той за живота. След това бяха проучени всички физични и химични свойства на веществото, разгледани са методите за неговото производство и беше изчислено приблизителното съдържание във водата, земната кора, атмосферата и други места на планетата.

Физически свойства

Нека дадем основните физически параметри, които могат да характеризират въпросното съединение.

1. Кислородът е газ при нормални условия, който е неразделна част от въздуха (21%). Няма цвят, вкус или мирис. По-лек от въздуха, слабо разтворим във вода.
2. Активно абсорбиран от въглища и метални прахове, разтворим в органична материя.
3. Точката на кипене е -183⁰C.
4. Топене -218, 35⁰C.
5. Плътността е 0,0014g/cm³.
6. Кристалната решетка е молекулярна.

Кислородът е парамагнитен в течно състояние.

Химически свойства

За това колко активен е въпросният газ, как се държи при реакции с други вещества, химията разказва подробно. Кислородът е в състояние да проявява няколко степени на окисление, въпреки че най-често срещаното е -2, което се счита за постоянно. В допълнение към него има съединения, в които стойностите са както следва:

• -1;
• -0, 5;
• -1/3;
• +0, 5;
• +1;
• +2.

Химичната активност се обяснява с високия афинитет към електрона, тъй като стойността на електроотрицателността на Polling е 3,44. Само флуорът (4) е по-висок. Следователно кислородът е много силен окислител. В същото време, при реакции с още по-силни окислители, той се държи като редуциращ агент, показвайки положително окислително състояние. Например във флуорен оксид O⁺² F₂^-.

Има огромен брой съединения, които съдържат кислород. Това са класове вещества като:

• оксиди;
• пероксиди;
• озониди;
• супероксиди;
• киселини;
• основания;
• сол;
• органични молекули.

С всички елементи кислородът е в състояние да реагира при нормални условия, с изключение на благородни метали, хелий, неон и аргон и халогени. Не взаимодейства с инертни газове при никакви обстоятелства.

Получава се от индустрията

Съдържанието на кислород във въздуха и водата е толкова високо (21 и 88% съответно), че основният индустриален метод за синтеза му е фракционна дестилация на течен въздух и електролиза на вода.

Първият метод се използва особено често. В крайна сметка, много от този газ може да се отдели от въздуха. Тя обаче няма да бъде напълно чиста. Ако е необходим продукт с по-високо качество, тогава се използват процеси на електролиза. Суровината за това е вода или алкали. За повишаване на електрическата проводимост на разтвора се използва натриев или калиев хидроксид. Като цяло, същността на процеса се свежда до разлагането на водата.

Получаване в лаборатория

Сред лабораторните методи, методът на топлинна обработка е широко използван:

• пероксиди;
• соли на кислород-съдържащи киселини.

При високи температури те се разлагат, за да отделят кислороден газ. Най-често катализирайте процесаманганов (IV) оксид. Те събират кислород чрез изместване на водата и го намират с тлееща треска. Както знаете, в кислородна атмосфера пламъкът пламва много ярко.

Друго вещество, използвано за производство на кислород в училищните часове по химия, е водородният прекис. Дори 3% разтвор под действието на катализатор моментално се разлага с отделянето на чист газ. Просто трябва да се събере. Катализаторът е същият - манганов оксид MnO₂.

Сред най-често използваните соли:

• Бертолетова сол или калиев хлорат;
• калиев перманганат или калиев перманганат.

За да опишете процеса, можете да дадете уравнение. Освобождава се достатъчно кислород за лабораторни и изследователски нужди:

2KClO₃=2KCl + 3O₂↑.

Алотропни модификации на кислород

Има една алотропна модификация, която има кислородът. Формулата на това съединение е O₃, нарича се озон. Това е газ, който се образува в естествени условия, когато е изложен на ултравиолетово лъчение и светкавични разряди върху кислород във въздуха. За разлика от самия O₂, озонът има приятна свежа миризма, която се усеща във въздуха след дъжд с мълния и гръм.

Разликата между кислорода и озона се крие не само в броя на атомите в молекулата, но и в структурата на кристалната решетка. Химически озонът е още по-силен окислител.

Кислородът е компонент на въздуха

Разпределението на кислорода в природата е много широко. Кислородът се среща в:

• скали и минерали;
• сол и прясна вода;
• земя;
• растителни и животински организми;
• въздух, включително горната атмосфера.

Очевидно всички черупки на Земята са заети от него - литосферата, хидросферата, атмосферата и биосферата. Особено важно е съдържанието му в състава на въздуха. В крайна сметка, именно този фактор позволява на формите на живот, включително хората, да съществуват на нашата планета.

Съставът на въздуха, който дишаме, е изключително разнороден. Той включва както постоянни компоненти, така и променливи. Неизменните и винаги присъстващи са:

• въглероден диоксид;
• кислород;
• азот;
• благородни газове.

Променливите включват водна пара, прахови частици, чужди газове (отработени газове, продукти от горенето, гниене и други), растителен прашец, бактерии, гъбички и други.

Значението на кислорода в природата

Много е важно колко кислород има в природата. В крайна сметка е известно, че следи от този газ са открити на някои спътници на големите планети (Юпитер, Сатурн), но там няма очевиден живот. Нашата Земя има достатъчно от него, което в комбинация с вода прави възможно съществуването на всички живи организми.

Освен че е активен участник в дишането, кислородът извършва и безброй реакции на окисление, в резултат на което се освобождава енергия за цял живот.

Основните доставчици на този уникален газ в природата са зелени растения и някоивидове бактерии. Благодарение на тях се поддържа постоянен баланс на кислород и въглероден диоксид. В допълнение, озонът изгражда защитен щит върху цялата Земя, който не позволява на голямо количество разрушителна ултравиолетова радиация да проникне.

Само някои видове анаеробни организми (бактерии, гъбички) могат да живеят извън кислородна атмосфера. Те обаче са много по-малко от тези, които наистина се нуждаят от това.

Използване на кислород и озон в индустрията

Основните приложения на кислородните алотропи в индустрията са както следва.

1. Металургия (за заваряване и рязане на метали).
2. Медицина.
3. Земеделие.
4. Като ракетно гориво.
5. Синтез на много химични съединения, включително експлозиви.
6. Пречистване и дезинфекция на вода.

Трудно е да се назове поне един процес, в който не участва този велик газ, уникално вещество - кислород.