Кислород и озон

Кислород в природе
Строение и аллотропия
Физические свойства
История открытия
Получение
Химические свойства
Применение
Озон
Кислород – составная часть воздуха

В периодической системе кислород расположен
в VI группе второго периода.
Атом кислорода содержит 8 электронов: 2 электрона на 1s2-орбитали и 6 на внешнем слое
(электронная конфигурация 1s22s22р4).
Только фтор может окислить кислород, образуя дифторид кислорода OF2. Во всех остальных соединениях степень окисления кислорода –2. Важная особенность строения молекулы O2 – наличие двух неспаренных электронов, что приводит к эффекту парамагнетизма, то есть свойству молекул ориентироваться в направлении магнитного поля.
Атомы кислорода образуют двухатомную молекулу
с двойной связью. В обычных условиях молекулы кислорода устойчивы и на атомы не распадаются, поэтому молекулярный кислород высокой активностью не отличается. О = О

Кислород О2 в нормальных условиях – газ без цвета
и запаха, аллотропная модификация – озон О3 –это газ с характерным резким запахом.
Молекула кислорода
Молекула озона

Кислород мало растворим в воде (примерно 1 объем на 20 объемов воды). При температуре –183°C кислород образует синеватую жидкость, а при –219°C превращается в темно-синие кристаллы.

Получение кислорода
В лаборатории:
Разложением перманганата калия при нагревании:
2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2
Также в аналогичных реакциях разложения используют сурик Pb3O4, оксид ртути HgO, бертолетову соль КСlO3.
2. Разложением пероксида водорода:
2H2O2 = 2H2O + O2

Получение кислорода
В природе кислород образуется в результате процесса фотосинтеза:
6CO2 + 6H2O = C6H12O6 + 6O2
В промышленности:
1. Сжижают воздух с помощью холодильных машин, далее, используя различие температур кипения кислорода (–183 °C) и азота (–196 °C), выделяют кислород.
2. Чистый кислород получают электролизом воды. Это очень дорогой метод и поэтому мало распространен.
2H2O = 2H2 + O2

Промышленная установка
для получения кислорода из воздуха

Химические свойства кислорода

1. С неметаллами.
При нагревании кислород взаимодействует с водородом, серой, углеродом, фосфором, образуя воду и оксиды:
2Н2 + О2 = 2Н2О С + O2 = СO2
S + O2 = SO2 4Р + 5О2 = 2Р2О5
С галогенами кислород в реакцию не вступает.

2. С металлами.
Очень активно взаимодействуют с кислородом щелочные и щелочноземельные металлы
с образованием оксидов и пероксидов:
4К + О2 = 2К2О (KO2) Ba + O2 = BaO2
С остальными металлами кислород реагирует при нагревании, выделяя большое количество теплоты
и света:
2Mg + O2 = 2MgO
Например, в нормальных условиях железо окисляется довольно медленно, а при температуре красного каления (≈ 400 °C) железные стружки сгорают
в кислороде:
3Fe + 2O2 = Fe3O4
3. В кислороде горят также сложные вещества
с образованием соответствующих оксидов:
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O

3. В кислороде горят также сложные вещества
с образованием соответствующих оксидов:
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O

Кислород очень широко используется в технике, металлургии (при выплавке чугуна и стали, в производстве цветных металлов), для получения высоких температур при сварке металлов. Кислород применяется в медицине и в дыхательных приборах. Жидкий кислород используется как окислитель топлива в реактивных двигателях. Вместе с азотом и некоторыми другими газами кислород образует атмосферу Земли. Кислород играет важнейшую роль
в жизни человека и животных.

Озон образуется из кислорода при грозовых разрядах
3О2 = 2О3

Озон еще более сильный окислитель, чем кислород, так как достаточно неустойчив и может разлагаться с отщеплением атомарного кислорода, который проявляет высокую окислительную активность. Он окисляет практически все металлы, включая золото и платину, причем в мягких условиях. Он вступает
в реакцию со многими неметаллами, сложными неорганическими веществами, окисляя их до высших степеней окисления, разрушает многие органические вещества.

Применение кислорода и озона

Кислород - составная часть воздуха

Состав воздуха