Кисень: хімічні властивості елемента

Одним з найважливіших елементів на нашій планеті є кисень. Хімічні властивості цієї речовини дозволяють йому брати участь в біологічних процесах, а підвищена активність робить кисень значущим учасником всіх відомих хімічних реакцій. У вільному стані ця речовина є в атмосфері. У зв`язаному стані кисень входить до складу мінералів, гірських порід, складних речовин, з яких складаються різні живі організми. Загальна кількість кисню на Землі оцінюється в 47% загальної маси нашої планети.

позначення кисню

У періодичної системі кисень займає восьму елемент цієї таблиці. Його міжнародна назва oxigenium. У хімічних записах він позначається латинською літерою «О». У природному середовищі атомарний кисень не зустрічається, його частинки з`єднуються, утворюючи парні молекули газу, молекулярна маса якого дорівнює 32 г / моль.

Повітря і кисень

Повітря є сумішшю декількох поширених на Землі газів. Найбільше в повітряній масі азоту - 78,2% за обсягом і 75,5% по масі. Кисень займає лише друге місце за обсягом - 20,9%, а по масі - 23,2%. Третє місце закріплено за благородними газами. Решта домішки - вуглекислий газ, водяна пара, пил та інше - займають лише долі відсотка в загальній повітряній масі.

Вся маса природного кисню є сумішшю трьох ізотопів - ¹⁶О, ¹⁷О, ¹⁸О. Процентний вміст цих ізотопів в загальній масі кисню одно 99,76%, 0,04% і 0,2% відповідно.

Фізичні та хімічні властивості кисню

Один літр повітря при нормальних умовах важить 1,293 г. При зниженні температури до -140 С повітря стає безбарвною прозорою рідиною. Незважаючи на низьку температуру кипіння повітря можна зберігати в рідкому стані навіть при кімнатній температурі. Для цього рідину потрібно помістити в так званий посудину Дьюара. Занурення в рідкий кисень докорінно змінює звичайні властивості предметів. Етиловий спирт і багато гази стають твердими предметами, ртуть набуває твердість і гнучкість, а гумовий мячик втрачає свою пружність і розсипається при найменшому ударі.

Кисень розчиняється у воді, хоча і в невеликих кількостях - морська вода містить 3-5% кисню. Але навіть така невелика кількість цього газу поклало початок існуванню риб, молюсків і різних морських організмів, які отримують кисень з води для підтримки процесів власного життєзабезпечення.

Будова атома кисню

Описані властивості кисню в першу чергу пояснюються внутрішньою будовою цього елемента.

Кисень належить до головної підгрупи шостої групи елементів періодичної системи. На зовнішньому електронному хмарі елемента знаходяться шість електронів, чотири з яких займають p-орбіталі, а що залишилися два розташовуються на s-орбіталях. Таке внутрішню будову обумовлює великі енергетичні витрати, спрямовані на розривання електронних зв`язків - атому кисню простіше запозичувати два відсутніх електрона на зовнішню орбіталь, ніж віддати свої шість. Тому ковалентность кисню в більшості випадків дорівнює двом. Завдяки двом вільним електронам кисень легко утворює двохатомних молекул, які характеризуються високою міцністю зв`язку. Лише при додається енергії понад 498 Дж / моль молекули розпадаються, і утворюється атомарний кисень. Хімічні властивості цього елемента дозволяють йому вступати в реакції з усіма відомими речовинами, виключаючи гелій, неон і аргон. Швидкість взаємодії залежить від температури реакції і від природи речовини.

Хімічні властивості кисню

З різними речовинами кисень вступає в реакції утворення оксидів, причому ці реакції характерні і для металів, і для неметалів. З`єднання кисню з металами називають основними оксидами - класичним прикладом служить оксид магнію і оксид кальцію. Взаємодія оксидів металів з водою призводить до утворення гідроксидів, що підтверджують активні хімічні властивості кисню. З неметалами ця речовина утворює кислотні оксиди - наприклад, триоксид сірки SO_3. При взаємодії цього елемента з водою виходить сірчана кислота.

Хімічна активність

З переважною більшістю елементів кисень взаємодіє безпосередньо. Виняток становлять золото, галогени і платина. Взаємодія кисню з деякими речовинами значно прискорюється при наявності каталізаторів. Наприклад, суміш водню і кисню в присутності платини вступає в реакцію навіть при кімнатній температурі. З оглушливим вибухом суміш перетворюється в звичайну воду, важливою складовою частиною якої є кисень. Хімічні властивості і висока активність елемента пояснюють виділення великої кількості світла і теплоти, тому хімічні реакції з киснем часто називаються горінням.

Горіння в чистому кисні відбувається набагато інтенсивніше, ніж в повітрі, хоча кількість теплоти, що виділяється при реакції, буде приблизно однаковим, але процес через відсутність азоту протікає набагато швидше, а температура горіння стає вище.

отримання кисню

У 1774 році англійський вчений Д. Прістлі виділив невідомий газ з реакції розкладання оксиду ртуті. Але вчений не пов`язав виділений газ з уже відомим речовиною, що входить до складу повітря. Лише кілька років тому великий Лавуазьє вивчив фізико-хімічні властивості кисню, отриманого в даній реакції, і довів його ідентичність з газом, що входять в склад повітря. У сучасному світі кисень отримують з повітря. У лабораторіях використовую промисловий кисень, який поставляється балонами під тиском близько 15 Мпа. Чистий кисень можна отримати і в лабораторних умовах, стандартним способом його отримання є термічний розклад перманганату калію, яке протікає по формулі:

отримання озону

Якщо через кисень або повітря пропустити електрику, то в атмосфері з`явиться характерний запах, що передвіщає появу нового речовини - озону. Озон можна отримати і з хімічно чистого кисню. Освіта цієї речовини можна виразити формулою:

3О₂ = 2О₃

Дана реакція самостійно протікати не може - для її успішного завершення необхідна зовнішня енергія. Зате зворотне перетворення озону в кисень відбувається спонтанно. Хімічні властивості кисню і озону різняться багато в чому. Озон відрізняється від кисню щільністю, температурою плавлення і кипіння. При нормальних умовах цей газ має блакитний колір і володіє характерним запахом. Озон має більшу електропровідність і краще розчиняється у воді, ніж кисень. Хімічні властивості озону пояснюються процесом його розпаду - при розкладанні молекули цієї речовини утворюється двухатомная молекула кисню плюс один вільний атом цього елемента, який агресивно реагує з іншими речовинами. Наприклад, відома реакція взаємодії озону і кисню: 6Ag + O₃= 3Ag₂O

А ось звичайний кисень не з`єднується з сріблом навіть при високій температурі.

У природі активний розпад озону загрожує утворенням так званих озонових дір, які піддають загрозі життєві процеси на нашій планеті.