Skābekļa fizikālās un ķīmiskās īpašības. Skābeklis: fizikālās un ķīmiskās īpašības

Krievijas Federācijas Izglītības un zinātnes ministrija

"SKĀBEKLIS"

Pabeigts:

Pārbaudīts:


Skābekļa vispārīgās īpašības.

SKĀBEKLIS (lat. Oxygenium), O (lasīt "o"), ķīmiskais elements ar atomskaitli 8, atomu masa 15.9994. Mendeļejeva periodiskajā elementu tabulā skābeklis atrodas VIA grupas otrajā periodā.

Dabiskais skābeklis sastāv no trīs stabilu nuklīdu maisījuma ar masas numuriem 16 (maisījumā dominē, tas ir 99,759 masas%), 17 (0,037%) un 18 (0,204%). Neitrālā skābekļa atoma rādiuss ir 0,066 nm. Neitrālā neierosinātā skābekļa atoma ārējā elektronu slāņa konfigurācija ir 2s2р4. Skābekļa atoma secīgās jonizācijas enerģijas ir 13,61819 un 35,118 eV, elektronu afinitāte ir 1,467 eV. O 2 jona rādiuss ir pie dažādiem koordinācijas skaitļiem no 0,121 nm (koordinācijas numurs 2) līdz 0,128 nm (koordinācijas numurs 8). Savienojumos tā oksidācijas pakāpe ir -2 (II valence) un retāk -1 (I valence). Pēc Polinga skalas skābekļa elektronegativitāte ir 3,5 (otrā vieta starp nemetāliem aiz fluora).

Brīvā veidā skābeklis ir bezkrāsaina, bez smaržas un garšas gāze.

O 2 molekulas struktūras iezīmes: atmosfēras skābeklis sastāv no divatomu molekulām. Starpatomiskais attālums O 2 molekulā ir 0,12074 nm. Molekulārais skābeklis (gāzveida un šķidrs) ir paramagnētiska viela, katrā O 2 molekulā ir 2 nepāra elektroni. Šo faktu var izskaidrot ar to, ka katrā no divām antisaites orbitālēm molekulā ir viens nepāra elektrons.

O 2 molekulas disociācijas enerģija atomos ir diezgan augsta un sasniedz 493,57 kJ / mol.

Fiziskā un Ķīmiskās īpašības

Fizikālās un ķīmiskās īpašības: brīvā formā tas notiek divu O 2 (“parastais” skābeklis) un O 3 (ozons) modifikāciju veidā. O 2 ir bezkrāsaina gāze bez smaržas. Plkst normāli apstākļi skābekļa gāzes blīvums 1,42897 kg/m 3 . Šķidrā skābekļa viršanas temperatūra (šķidrums ir zils) ir -182,9°C. Temperatūrā no –218,7°C līdz –229,4°C ir cietais skābeklis ar kubisko režģi (-modifikācija), temperatūrā no –229,4°C līdz –249,3°C - modifikācija ar sešstūra režģi un temperatūrā, kas zemāka par -249,3 ° C - kubiskais - modifikācija. Pie augsta spiediena un zemas temperatūras iegūtas arī citas cietā skābekļa modifikācijas.

20°C temperatūrā gāzes O 2 šķīdība ir: 3,1 ml uz 100 ml ūdens, 22 ml uz 100 ml etanola, 23,1 ml uz 100 ml acetona. Ir organiski fluoru saturoši šķidrumi (piemēram, perfluorbutiltetrahidrofurāns), kuros skābekļa šķīdība ir daudz augstāka.

Augsta izturība ķīmiskā saite starp atomiem O2 molekulā noved pie tā, ka plkst telpas temperatūra gāzveida skābeklis ir ķīmiski diezgan neaktīvs. Dabā tas lēnām ieiet transformācijās trūdēšanas procesu laikā. Turklāt skābeklis istabas temperatūrā spēj reaģēt ar asins hemoglobīnu (precīzāk, ar hēmu dzelzi II), kas nodrošina skābekļa pārnešanu no elpošanas sistēmas uz citiem orgāniem.

Skābeklis mijiedarbojas ar daudzām vielām bez karsēšanas, piemēram, ar sārmu un sārmzemju metāliem (atbilstošie oksīdi, piemēram, Li 2 O, CaO utt., peroksīdi, piemēram, Na 2 O2, BaO 2 utt., un superoksīdi, piemēram, KO 2, veidojas RbO 2). utt.), izraisa rūsas veidošanos uz tērauda izstrādājumu virsmas. Bez karsēšanas skābeklis reaģē ar balto fosforu, ar dažiem aldehīdiem un citām organiskām vielām.

Karsējot, pat nedaudz, skābekļa ķīmiskā aktivitāte krasi palielinās. Aizdedzinot, tas reaģē ar sprādzienu ar ūdeņradi, metānu, citām degošām gāzēm, ar lielu skaitu vienkāršu un sarežģītu vielu. Ir zināms, ka, karsējot skābekļa atmosfērā vai gaisā, daudzas vienkāršas un sarežģītas vielas izdeg un veidojas dažādi oksīdi, piemēram:

S + O 2 \u003d SO 2; C + O 2 \u003d CO 2

4Fe + 3O 2 \u003d 2Fe 2 O 3; 2Cu + O 2 \u003d 2CuO

4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O; 2H 2 S + 3O 2 \u003d 2H 2 O + 2SO 2

Ja skābekļa un ūdeņraža maisījumu uzglabā stikla traukā istabas temperatūrā, tad notiek ūdens veidošanās eksotermiskā reakcija.

2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O + 571 kJ

notiek ārkārtīgi lēni; pēc aprēķiniem pirmajiem ūdens pilieniem traukā vajadzētu parādīties apmēram pēc miljona gadu. Bet, kad platīnu vai pallādiju (kas spēlē katalizatora lomu) ievada traukā ar šo gāzu maisījumu, kā arī aizdedzina, reakcija notiek ar sprādzienu.

Skābeklis reaģē ar slāpekli N 2 vai nu augstā temperatūrā (apmēram 1500-2000°C), vai arī izlaižot elektrisko izlādi caur slāpekļa un skābekļa maisījumu. Šādos apstākļos slāpekļa oksīds (II) veidojas atgriezeniski:

N 2 + O 2 \u003d 2NO

Pēc tam iegūtais NO reaģē ar skābekli, veidojot brūnu gāzi (slāpekļa dioksīdu):

2NO + O 2 = 2NO2

No nemetāliem skābeklis nekādā gadījumā tieši nesadarbojas ar halogēniem, no metāliem - ar cēlmetāliem - sudrabu, zeltu, platīnu utt.

Bināros skābekļa savienojumus, kuros skābekļa atomu oksidācijas pakāpe ir -2, sauc par oksīdiem (iepriekšējais nosaukums ir oksīdi). Oksīdu piemēri: oglekļa monoksīds (IV) CO 2, sēra oksīds (VI) SO 3, vara oksīds (I) Cu 2 O, alumīnija oksīds Al 2 O 3, mangāna oksīds (VII) Mn 2 O 7.

Skābeklis veido arī savienojumus, kuros tā oksidācijas pakāpe ir -1. Tie ir peroksīdi (vecais nosaukums ir peroksīdi), piemēram, ūdeņraža peroksīds H 2 O 2, bārija peroksīds BaO 2, nātrija peroksīds Na 2 O 2 un citi. Šie savienojumi satur peroksīdu grupu - O - O -. Ar aktīviem sārmu metāliem, piemēram, ar kāliju, skābeklis var veidot arī superoksīdus, piemēram, KO 2 (kālija superoksīds), RbO 2 (rubidija superoksīds). Superoksīdos skābekļa oksidācijas pakāpe ir –1/2. Var atzīmēt, ka superoksīda formulas bieži raksta kā K 2 O 4, Rb 2 O 4 utt.

Ar visaktīvāko nemetālu fluoru skābeklis veido savienojumus pozitīvā oksidācijas stāvoklī. Tātad savienojumā O 2 F 2 skābekļa oksidācijas pakāpe ir +1, bet O 2 F savienojumā - +2. Šie savienojumi nepieder pie oksīdiem, bet gan pie fluorīdiem. Skābekļa fluorīdus var sintezēt tikai netieši, piemēram, iedarbojoties ar fluoru F 2 uz atšķaidītu KOH ūdens šķīdumu.

Atklājumu vēsture

Skābekļa, tāpat kā slāpekļa, atklāšanas vēsture ir saistīta ar atmosfēras gaisa izpēti, kas ilga vairākus gadsimtus. To, ka gaiss dabā nav viendabīgs, bet ietver daļas, no kurām viena atbalsta degšanu un elpošanu, bet otra ne, tālajā 8. gadsimtā zināja ķīniešu alķīmiķis Mao Hoa, bet vēlāk Eiropā Leonardo da Vinči. . 1665. gadā angļu dabas pētnieks R. Huks rakstīja, ka gaiss sastāv no gāzes, kas atrodas salpetrī, kā arī no neaktīvās gāzes, kas veido lielāko daļu gaisa. To, ka gaiss satur dzīvību uzturošu elementu, zināja daudzi ķīmiķi 18. gadsimtā. Zviedru farmaceits un ķīmiķis Karls Šēle sāka pētīt gaisa sastāvu 1768. gadā. Trīs gadus viņš karsējot sadalīja salpetru (KNO 3 , NaNO 3) un citas vielas un saņēma "ugunīgu gaisu", kas atbalstīja elpošanu un degšanu. Bet Šēle savu eksperimentu rezultātus publicēja tikai 1777. gadā grāmatā “Ķīmiskais traktāts par gaisu un uguni”. 1774. gadā angļu priesteris un dabaszinātnieks J. Prīstlijs ieguva degšanu veicinošu gāzi, karsējot "sadedzināto dzīvsudrabu" (dzīvsudraba oksīds HgO). Atrodoties Parīzē, Prīstlijs, kurš nezināja, ka saņemtā gāze ir daļa no gaisa, par savu atklājumu ziņoja A. Lavuazjē un citiem zinātniekiem. Līdz tam laikam tika atklāts arī slāpeklis. 1775. gadā Lavuazjē nonāca pie secinājuma, ka parastais gaiss sastāv no divām gāzēm - elpošanai un degšanas atbalstam nepieciešamās gāzes un "pretējas dabas" gāzes - slāpekļa. Lavuazjē degšanu veicinošo gāzi sauca par skābekli - “veidojošās skābes” (no grieķu valodas oxys - skābs un gennao - es dzemdēju; tāpēc krievu nosaukums "skābeklis"), jo viņš toreiz uzskatīja, ka visas skābes satur skābekli. Jau sen zināms, ka skābes var būt gan skābekli saturošas, gan bezoksiskas, taču Lavuazjē stihijai dotais nosaukums ir palicis nemainīgs. Gandrīz pusotru gadsimtu 1/16 no skābekļa atoma masas kalpoja kā vienība dažādu atomu masu salīdzināšanai savā starpā un tika izmantota dažādu elementu atomu masu skaitliskajam raksturojumam (t. sauc par atomu masu skābekļa skalu).

Sastopamība dabā: skābeklis ir visizplatītākais elements uz Zemes, tā daļa (kā daļa no dažādiem savienojumiem, galvenokārt silikātiem) veido aptuveni 47,4% no cietās zemes garozas masas. Jūrā un saldūdeņos ir milzīgs daudzums saistītā skābekļa - 88,8% (pēc masas), atmosfērā brīvā skābekļa saturs ir 20,95% (pēc tilpuma). Elements skābeklis ir daļa no vairāk nekā 1500 zemes garozas savienojumiem.

Kvīts:

Pašlaik rūpniecībā skābekli iegūst, atdalot gaisu zemā temperatūrā. Pirmkārt, gaiss tiek saspiests ar kompresoru, bet gaiss tiek uzkarsēts. Saspiestajai gāzei ļauj atdzist līdz istabas temperatūrai un pēc tam ļauj brīvi izplesties. Gāzei izplešoties, temperatūra strauji pazeminās. Atdzesēts gaiss, kura temperatūra ir vairākus desmitus grādu zemāka par temperatūru vide, atkal pakļauts kompresijai līdz 10-15 MPa. Tad izdalītais siltums atkal tiek noņemts. Pēc vairākiem "saspiešanas-izplešanās" cikliem temperatūra nokrītas zem skābekļa un slāpekļa viršanas punkta. Tiek veidots šķidrs gaiss, kas pēc tam tiek pakļauts destilācijai (destilācijai). Skābekļa viršanas temperatūra (-182,9°C) ir par vairāk nekā 10 grādiem augstāka nekā slāpekļa viršanas temperatūra (-195,8°C). Tāpēc no šķidruma vispirms iztvaiko slāpeklis, bet pārējā daļā uzkrājas skābeklis. Pateicoties lēnai (frakcionētai) destilācijai, ir iespējams iegūt tīru skābekli, kurā slāpekļa piemaisījumu saturs ir mazāks par 0,1 tilpuma procentu.

SKĀBEKLIS, O (skābeklis) ), ķīmiskais elements CAUR apakšgrupas periodiska sistēma elementi: O, S, Se, Te, Po – halkogēnu ģimenes loceklis. Šis ir visizplatītākais elements dabā, tā saturs Zemes atmosfērā ir 21% (tilp.), in zemes garoza savienojumu veidā apm. 50% (masas) un hidrosfērā 88,8% (masas). Skābeklis ir būtisks dzīvībai uz zemes: dzīvnieki un augi patērē skābekli elpojot, un augi atbrīvo skābekli fotosintēzes ceļā. dzīvā matērija satur saistīto skābekli ne tikai ķermeņa šķidrumu sastāvā (asins šūnās u.c.), bet arī ogļhidrātu (cukura, celulozes, cietes, glikogēna), tauku un olbaltumvielu sastāvā. Mālus, akmeņus veido silikāti un citi skābekli saturoši neorganiskie savienojumi, piemēram, oksīdi, hidroksīdi, karbonāti, sulfāti un nitrāti.Vēstures atsauce. Pirmā informācija par skābekli Eiropā kļuva zināma no 8. gadsimta ķīniešu manuskriptiem. 16. gadsimta sākumā Leonardo da Vinči publicēja datus, kas saistīti ar skābekļa ķīmiju, vēl nezinot, ka skābeklis ir elements. Skābekļa pievienošanas reakcijas ir aprakstītas zinātniskie raksti S. Geilss (1731) un P. Bajens (1774). Īpašu uzmanību ir pelnījuši K. Šēles pētījumi par metālu un fosfora mijiedarbību ar skābekli 1771.–1773. gadā. J. Prīstlijs ziņoja par skābekļa kā elementa atklāšanu 1774. gadā, dažus mēnešus pēc tam, kad Bajens ziņoja par reakcijām ar gaisu. Vārds oksigenijs ("skābeklis") tika piešķirts šim elementam neilgi pēc Prīstlija atklājuma, un tas ir atvasināts no grieķu vārdiem, kas apzīmē "skābes ražošanu"; tas ir saistīts ar nepareizu priekšstatu, ka skābeklis atrodas visās skābēs. Skābekļa lomas elpošanas un degšanas procesos skaidrojums tomēr pieder A. Lavuazjē (1777).Atoma struktūra. Jebkurš dabiskais skābekļa atoms satur 8 protonus kodolā, bet neitronu skaits var būt 8, 9 vai 10. Visizplatītākais no trim skābekļa izotopiem (99,76%) ir 16 8 O (8 protoni un 8 neitroni). cita izotopa saturs, 188O (8 protoni un 10 neitroni) ir tikai 0,2%. Šo izotopu izmanto kā etiķeti vai noteiktu molekulu identificēšanai, kā arī bioķīmiskiem un medicīniski ķīmiskiem pētījumiem (metode neradioaktīvu pēdu izpētei). Trešais neradioaktīvais skābekļa izotops 178O (0,04%) satur 9 neitronus, un tā masas skaitlis ir 17. Pēc 1961. gada oglekļa izotopa masa 126 C tika pieņemta Starptautiskā standarta atomu masas komisija, skābekļa vidējā svērtā atommasa kļuva par 15,9994. Līdz 1961. gadam ķīmiķi uzskatīja, ka standarta atomu masas vienība ir skābekļa atomu masa, kas tika pieņemta par 16 000 trīs dabisko skābekļa izotopu maisījumam. Fiziķi pieņēma skābekļa izotopa masas skaitli kā standarta atomu masas vienību 16 8 O , tāpēc fiziskajā mērogā skābekļa vidējā atomu masa bija 16,0044 (Skatīt arī ATOMMASA) .

Skābekļa atomā ir 8 elektroni, bet iekšējā līmenī ir 2 elektroni un 6 elektroni

– ārpusē. Tāpēc ķīmiskajās reakcijās skābeklis var pieņemt no donoriem līdz diviem elektroniem, pabeidzot savu ārējo apvalku līdz 8 elektroniem un veidojot lieko negatīvo lādiņu. (Skatīt arī ATOMA STRUKTŪRA) . Molekulārais skābeklis. Tāpat kā vairumam citu elementu, kuru atomos nav pietiekami daudz elektronu, lai pabeigtu 8 ārējo apvalku 1.–2 elektroni, skābeklis veido divatomisku molekulu. Šis process atbrīvo daudz enerģijas~ 490 kJ/mol) un attiecīgi tikpat daudz enerģijas ir jāiztērē molekulas apgrieztajam procesam, kas disociējas atomos. Saites spēks O-O tik augsts, ka pie 2300° Tikai 1% skābekļa molekulu sadalās atomos. (Zīmīgi, ka slāpekļa molekulas veidošanās laikā N 2 saites stiprums N–N ir vēl lielāks, ~ 710 kJ/mol.) Elektroniskā struktūra. Skābekļa molekulas elektroniskajā struktūrā, kā varētu gaidīt, elektronu sadalījums pa oktetu ap katru atomu netiek realizēts, bet ir nepāra elektroni, un skābeklim piemīt šādai struktūrai raksturīgas īpašības (piemēram, tas mijiedarbojas ar magnētiskais lauks būdams paramagnēts).Reakcijas. Piemērotos apstākļos molekulārais skābeklis reaģē ar gandrīz jebkuru elementu, izņemot cēlgāzes. Tomēr istabas apstākļos ar skābekli diezgan ātri reaģē tikai aktīvākie elementi. Iespējams, ka lielākā daļa reakciju notiek tikai pēc skābekļa disociācijas atomos, un disociācija notiek tikai ļoti augstā temperatūrā. Tomēr katalizatori vai citas vielas, kas atrodas reaģējošā sistēmā, var veicināt disociāciju O2 . Ir zināms, ka sārmu (Li, Na, K) un sārmzemju metāli (Ca, Sr, Ba) reaģē ar molekulāro skābekliar peroksīdu veidošanos:Kvīts un pieteikšanās. Sakarā ar brīvā skābekļa klātbūtni atmosfērā, lielākā daļa efektīva metode tā ieguve ir gaisa sašķidrināšana, no kura rodas piemaisījumi, CO 2 , putekļi utt. ķīmiskās un fizikālās metodes. Cikliskais process ietver saspiešanu, dzesēšanu un izplešanos, kas noved pie gaisa sašķidrināšanas. Lēnām paaugstinoties temperatūrai (frakcionēta destilācija), šķidrais gaiss vispirms iztvaiko cēlgāzes (visgrūtāk sašķidrināt), tad slāpekli un paliek šķidrais skābeklis. Tā rezultātā šķidrais skābeklis satur cēlgāzu pēdas un salīdzinoši lielu slāpekļa procentuālo daudzumu. Daudzos gadījumos šie piemaisījumi netraucē. Tomēr, lai iegūtu augstas tīrības pakāpes skābekli, destilācijas process ir jāatkārto. (Skatīt arī GAISS). Skābeklis tiek uzglabāts tvertnēs un cilindros. To lielos daudzumos izmanto kā petrolejas un citu degvielu oksidētāju raķetēs un kosmosa kuģos. Tērauda rūpniecībā izmanto skābekļa gāzi, lai izpūstu dzelzi, izmantojot Bessemer procesu, lai ātri un efektīvi noņemtu C, S un P piemaisījumus. Ar skābekļa strūklu tēraudu iegūst ātrāk un labāk nekā ar gaisa strūklu. Skābekli izmanto arī metālu metināšanai un griešanai (oksi-acetilēna liesma). Skābekli izmanto arī medicīnā, piemēram, lai bagātinātu elpošanas vidi pacientiem ar apgrūtinātu elpošanu. Skābekli var iegūt ar dažādām ķīmiskām metodēm, un dažas no tām tiek izmantotas, lai laboratorijas praksē iegūtu nelielu daudzumu tīra skābekļa.Elektrolīze. Viena no skābekļa iegūšanas metodēm ir ūdens elektrolīze, kas satur nelielas NaOH vai H piedevas 2 SO 4 kā katalizators: 2H 2 O ® 2H 2 + O 2 . Šajā gadījumā veidojas nelieli ūdeņraža piemaisījumi. Ar iztukšošanas ierīces palīdzību ūdeņraža pēdas gāzu maisījumā atkal tiek pārvērstas ūdenī, kura tvaiki tiek noņemti sasaldējot vai adsorbējot.Termiskā disociācija. Svarīga laboratorijas metode skābekļa iegūšanai, ko ierosināja J.Pristley, ir smago metālu oksīdu termiskā sadalīšana: 2HgO® 2Hg + O 2 . Šim nolūkam Prīstlijs fokusēja saules starus uz dzīvsudraba oksīda pulveri. Labi pazīstama laboratorijas metode ir arī oksosāļu, piemēram, kālija hlorāta, termiskā disociācija katalizatora - mangāna dioksīda klātbūtnē:Mangāna dioksīds, kas pievienots nelielos daudzumos pirms kalcinēšanas, ļauj uzturēt nepieciešamo temperatūru un disociācijas ātrumu, kā arī pašu MnO 2 procesa laikā nemainās.

Tiek izmantotas arī nitrātu termiskās sadalīšanās metodes:

kā arī dažu aktīvo metālu peroksīdi, piemēram: 2BaO 2 ® 2BaO + O 2 Pēdējā metode savulaik tika plaši izmantota skābekļa iegūšanai no atmosfēras, un tā sastāvēja no BaO karsēšanas gaisā, veidojot BaO. 2 kam seko peroksīda termiskā sadalīšanās. Termiskās sadalīšanās metode saglabā savu nozīmi ūdeņraža peroksīda ražošanā.

DAŽAS SKĀBEKĻA FIZISKĀS ĪPAŠĪBAS

atomskaitlis 8
Atomu masa 15,9994
Kušanas temperatūra, °С –218,4
Vārīšanās temperatūra, °С –183,0
Blīvums
cieta viela, g/cm3 (at t pl) 1,27
šķidrums g / cm 3 (at t kip) 1,14
gāzveida, g/dm 3 (pie 0°C) 1,429
attiecībā pret gaisu 1,105
kritiskais a, g/cm 3 0,430
Kritiskā temperatūra a, °С –118,8
Kritiskais spiediens a, atm 49,7
Šķīdība, cm 3 /100 ml šķīdinātāja
ūdenī (0°C) 4,89
ūdenī (100°C) 1,7
spirtā (25°C) 2,78
Rādiuss, Å 0,74
kovalents 0,66
jonu (O 2–) 1,40
Jonizācijas potenciāls, V
vispirms 13,614
otrais 35,146
elektronegativitāte ( F=4) 3,5
a Temperatūra un spiediens, pie kuriem gāzes un šķidruma blīvums ir vienāds.
fizikālās īpašības. Skābeklis normālos apstākļos ir bezkrāsaina, bez smaržas un garšas gāze. Šķidrajam skābeklim ir gaiši zila krāsa. Cietais skābeklis pastāv vismaz trīs kristāliskās modifikācijās. Gāzveida skābeklis šķīst ūdenī un, iespējams, veido nestabilus O tipa savienojumus 2 H H 2 O un, iespējams, O 2 H 2 H 2 O. Ķīmiskās īpašības. Kā jau minēts, skābekļa ķīmisko aktivitāti nosaka tā spēja sadalīties atomos O , kas ir ļoti reaģējoši. Tikai aktīvākie metāli un minerāli reaģē ar O2 c liels ātrums zemā temperatūrā. Aktīvākie sārmu (IA apakšgrupas) un daži sārmzemju metāli (IIA apakšgrupas) veidojas ar O2 peroksīdi, piemēram, NaO 2 un BaO 2 . Citi elementi un savienojumi reaģē tikai ar disociācijas produktu O2 . Piemērotos apstākļos visi elementi, izņemot cēlgāzes un metālus Pt, Ag, Au, reaģē ar skābekli. Šie metāli arī veido oksīdus, bet īpašos apstākļos.

Skābekļa elektroniskā struktūra (1s

2 2s 2 2p 4 ) ir tāds, ka atoms O pieņem divus elektronus ārējam līmenim, veidojot stabilu ārējo elektronu apvalku, veidojot jonu O 2– . oksīdos sārmu metāli pārsvarā veidojas jonu saite. Var pieņemt, ka šo metālu elektronus gandrīz pilnībā piesaista skābeklis. Mazāk aktīvo metālu un nemetālu oksīdos elektronu pāreja ir nepilnīga, un skābekļa negatīvā lādiņa blīvums ir mazāk izteikts, tāpēc saite ir mazāk jonu vai vairāk kovalenta.Kad metāli tiek oksidēti ar skābekli, izdalās siltums, kura lielums korelē ar saites stiprību M–O . Dažu nemetālu oksidēšanās laikā tiek absorbēts siltums, kas norāda uz to vājākām saitēm ar skābekli. Šādi oksīdi ir termiski nestabili (vai mazāk stabili nekā ar jonu saistīti oksīdi) un bieži vien ir ļoti reaģējoši. Tabulā salīdzinājumam parādītas tipiskāko metālu, pārejas metālu un nemetālu, elementu oksīdu veidošanās entalpiju vērtības. A - un B -apakšgrupas (mīnusa zīme nozīmē siltuma izdalīšanos).
Reakcijas Veidošanās entalpijas, kJ/mol
4Na + O 2 ® 2Na 2 O a
2Mg + O 2 ® 2MgO
4Al + 3O 2 ® 2Al 2 O 3
Si + O 2 ® SiO 2
4P + 5O 2 ® P 4 O 10
S + O 2 ® SO 2
2Cl 2 + 7O 2 ® 2Cl 2 O 7
2Hg + O 2 ® 2HgO
2Cr + 3O 2 ® 2CrO 3
3Fe + 2O 2 ® Fe 3 O 4
a Normālos apstākļos priekšroka dodama izglītībai Na2O2.
Par oksīdu īpašībām var izdarīt vairākus vispārīgus secinājumus:

1. Sārmu metālu oksīdu kušanas temperatūras samazinās, palielinoties metāla atomu rādiusam; Tātad,

t pl (Cs 2 O) t pl (Na 2 O) . Oksīdiem, kuros dominē jonu saite, ir augstāki kušanas punkti nekā kovalento oksīdu kušanas punkti: t pl (Na 2 O) > t pl (SO 2). 2. Reaktīvo metālu oksīdi (IA–IIIA apakšgrupas) ir termiski stabilāki nekā pārejas metālu un nemetālu oksīdi. Smago metālu oksīdi augstākajā oksidācijas pakāpē pēc termiskās disociācijas veido oksīdus ar zemākiem oksidācijas pakāpēm (piemēram, 2Hg 2+ O ® (Hg +) 2 O + 0,5O 2 ® 2Hg 0 + O 2 ). Šādi oksīdi augstā oksidācijas pakāpē var būt labi oksidētāji.3. Aktīvākie metāli mijiedarbojas ar molekulāro skābekli paaugstinātā temperatūrā, veidojot peroksīdus: Sr + O 2 ® SrO 2 . 4. Aktīvo metālu oksīdi veido bezkrāsainus šķīdumus, savukārt lielākā daļa pārejas metālu oksīdi ir krāsaini un praktiski nešķīst. Metālu oksīdu ūdens šķīdumiem piemīt pamata īpašības un tie satur hidroksīdus Ak -grupas, un nemetālu oksīdi ūdens šķīdumos veido skābes, kas satur jonu H+. 5. A-apakšgrupu metāli un nemetāli veido oksīdus ar oksidācijas pakāpi, kas atbilst grupas numuram, piemēram, Na, Be un B forma Na 1 2 O, Be II O un B 2 III O 3 , un C, N, S, Cl apakšgrupu nemetāli IVA–VIIA C formaIV O 2 , N V 2 O 5 , S VI O 3 , Cl VII 2 O 7. Elementa grupas numurs korelē tikai ar maksimālo oksidācijas pakāpi, jo ir iespējami arī oksīdi ar zemāku elementu oksidācijas pakāpi. Savienojumu sadegšanas procesos oksīdi ir tipiski produkti, piemēram: 2H 2S + 3O 2 ® 2SO 2 + 2H 2 O Oglekļa saturošas vielas un ogļūdeņraži, nedaudz karsējot, oksidējas (sadeg) līdz CO 2 un H 2 O . Šādu vielu piemēri ir degviela – koksne, eļļa, spirti(kā arī ogleklis ogles, kokss un kokogles) . Degšanas procesā iegūtais siltums tiek izmantots tvaika ražošanai (un pēc tam elektrības vai nonāk elektrostacijās), kā arī māju apkurei. Tipiski sadegšanas procesu vienādojumi ir:

a) koksne (celuloze):

(C6H10O5) n + 6n O2® 6n CO2+5 n H2O + siltumenerģija

b) eļļa vai gāze (benzīns C

8 H 18 vai dabasgāze CH 4):

2C 8 H 18 + 25O 2

® 16CO 2 + 18H 2 O + siltumenerģija CH 4 + 2O 2 ® CO 2 + 2H 2 O + siltumenerģija C 2 H 5 OH + 3O 2 ® 2CO 2 + 3H 2 O + siltumenerģija

d) ogleklis (akmens vai kokogles, kokss):

2C + O 2 ® 2CO + siltumenerģija 2CO + O 2 ® 2CO 2 + siltumenerģija

Degšanai ir pakļauti arī vairāki C, H, N, O saturoši savienojumi ar augstu enerģijas rezervi. Skābekli oksidēšanai var izmantot ne tikai no atmosfēras (kā iepriekšējās reakcijās), bet arī no pašas vielas. Lai uzsāktu reakciju, pietiek ar nelielu reakcijas aktivizēšanu, piemēram, sitienu vai kratīšanu. Šajās reakcijās oksīdi ir arī sadegšanas produkti, taču tie visi ir gāzveida un strauji izplešas augstā procesa beigu temperatūrā. Tāpēc šādas vielas ir sprādzienbīstamas. Sprāgstvielu piemēri ir trinitroglicerīns (vai nitroglicerīns) C

3H 5 (NO 3) 3 un trinitrotoluols (vai TNT) C 7 H 5 (NO 2) 3 . Skatīt arī ĶĪMISKIE UN BIOLOĢISKI IEROČI.

Metālu vai nemetālu oksīdi ar zemāku elementa oksidācijas pakāpi reaģē ar skābekli, veidojot šī elementa oksīdus ar augstu oksidācijas pakāpi:

Dabiskie oksīdi, kas iegūti no rūdām vai sintezēti, kalpo kā izejvielas daudzu svarīgu metālu, piemēram, dzelzs no Fe, ražošanai. 2 O 3 (hematīts) un Fe 3 O 4 (magnetīts), alumīnijs no Al 2O3 (alumīnija oksīds), magnijs no MgO (magnēzija). Vieglo metālu oksīdus izmanto ķīmiskajā rūpniecībā, lai ražotu sārmus vai bāzes. Kālija peroksīds KO 2 atrod neparastu pielietojumu, jo mitruma klātbūtnē un reakcijas rezultātā ar to izdalās skābeklis. Tāpēc KO 2 izmanto respiratoros skābekļa ražošanai. Mitrums no izelpotā gaisa izdala skābekli respiratorā, un KOH absorbē CO 2 . CaO oksīda un kalcija hidroksīda Ca(OH) iegūšana 2 – liela apjoma ražošana keramikas un cementa tehnoloģijā.Ūdens (ūdeņraža oksīds). Ūdens nozīme H2 O gan laboratorijas praksē ķīmiskajām reakcijām, gan dzīvības procesos ir jāpievērš īpaša uzmanība šai vielai (Skatīt arīŪDEŅRADS;ŪDENS, LEDU UN TVAIKA). Kā jau minēts, skābekļa un ūdeņraža tiešā mijiedarbībā apstākļos, piemēram, notiek dzirksteles izlāde, eksplozija un ūdens veidošanās, izdaloties 143 kJ/(mol H 2 O). Ūdens molekulai ir gandrīz tetraedriska struktūra, H-O-H leņķis ir 104° 30 ў . Saites molekulā ir daļēji jonu (30%) un daļēji kovalentas ar liels blīvums negatīvs skābekļa lādiņš un attiecīgi pozitīvi ūdeņraža lādiņi:Pateicoties augstajai savienojuma stiprībai H–O ūdeņradis gandrīz neatdalās no skābekļa, un ūdens ir ļoti vājš skābes īpašības. Daudzas ūdens īpašības nosaka lādiņu sadalījums. Piemēram, ūdens molekula veido hidrātu ar metāla jonu:Ūdens dod vienu elektronu pāri akceptoram, kas var būt H+: Ūdens molekulas saistās viena ar otru lielos agregātos ( H2O) x vājās ūdeņraža saites (saites enerģija~ 21 kJ) Ūdens šādā sistēmā ūdeņraža saites iziet disociāciju ļoti zemā pakāpē, sasniedzot koncentrāciju 10-7 mol/l. Acīmredzot saites šķelšanās, kas parādīta kvadrātiekavās, noved pie hidroksīda jonu veidošanās ak- un hidronija jonu H3O+: Ūdeņraža peroksīds. Vēl viens savienojums, kas sastāv tikai no ūdeņraža un skābekļa, ir ūdeņraža peroksīds H2O2 . Nosaukums "peroksīds" ir pieņemts savienojumiem, kas satur saiti-O-O- . Ūdeņraža peroksīdam ir asimetriski saliektas ķēdes struktūra:Ūdeņraža peroksīds rodas, metāla peroksīdam reaģējot ar skābi BaO 2 + H 2 SO 4 ® BaSO 4 + H 2 O 2 vai peroksodisērskābes sadalīšanās H2S2O8 , ko iegūst elektrolītiski:koncentrēts šķīdums H2O2 var iegūt ar īpašām destilācijas metodēm. Ūdeņraža peroksīdu izmanto kā oksidētāju raķešu dzinējos. Atšķaidīti peroksīda šķīdumi kalpo kā antiseptiķi, balinātāji un viegli oksidētāji. H2O2 pievieno daudzām skābēm un oksīdiem, lai iegūtu savienojumus, kas ir analogi hidrātiem. Spēcīga oksidētāja klātbūtnē (piemēram, MnO 2 vai MnO 4 -) H2O2 oksidējas, izdalot skābekli un ūdeni.Oksoanjoni un oksokācijas - skābekli saturošas daļiņas ar atlikušo negatīvo (oksoanjonu) vai atlikušo pozitīvu (oksokācijas) lādiņu. Un viņš O 2– ir augsta afinitāte(augsta reaktivitāte) uz pozitīvi lādētām daļiņām, piemēram H+ . Vienkāršākais stabilo oksoanjonu pārstāvis ir hidroksīda jons ak- . Tas izskaidro atomu ar augstu lādiņa blīvumu nestabilitāti un to daļēju stabilizāciju daļiņas ar pozitīvu lādiņu pievienošanas rezultātā. Tāpēc aktīvā metāla (vai tā oksīda) iedarbībā uz ūdeni, OH -, nevis O 2–: ® 2Na + + 2OH - + H 2 vai ® 2Na + + 2OH - Sarežģītāki oksoanjoni veidojas no skābekļa ar metāla jonu vai nemetāla daļiņu, kam ir liela pozitīvs lādiņš, rezultāts ir zemi uzlādēta daļiņa ar lielāku stabilitāti, piemēram:Ozons. Papildus atomu skābeklim O un diatomiskā molekula O2 ir trešā skābekļa forma – ozons O 3, kas satur trīs skābekļa atomi. Visas trīs formas ir alotropiskas modifikācijas. Ozons veidojas, izlaižot klusu elektrisko izlādi caur sausu skābekli: 3O 22O3. Tas rada dažus procentus ozona. Reakciju katalizē metālu joni. Ozonam ir asa, asa smaka, ko var atrast strādnieku tuvumā elektriskās mašīnas vai atmosfēras elektriskās izlādes tuvumā. Gāzei ir zilgana krāsa un tā kondensējas pie -112° C tumši zilā šķidrumā un pie –193° C, veidojas tumši violeta cietā fāze. Šķidrais ozons nedaudz šķīst šķidrā skābeklī un 100 g ūdens pie 0° C izšķīst 49 cm 3O3 . Ķīmisko īpašību ziņā ozons ir daudz aktīvāks par skābekli un oksidējošo īpašību ziņā ir otrajā vietā aiz O, F 2 un OF 2 (skābekļa difluorīds). Normāla oksidēšana rada oksīdu un molekulāro skābekli O2 . Ozona iedarbībā uz aktīviem metāliem īpašos apstākļos sastāva ozonīdi K + O 3 - . Ozonu rūpniecībā iegūst īpašiem nolūkiem, tas ir labs dezinfekcijas līdzeklis un tiek izmantots ūdens attīrīšanai un kā balinātājs, uzlabo atmosfēras stāvokli slēgtās sistēmās, dezinficē priekšmetus un pārtiku, paātrina graudu un augļu nogatavošanos. V ķīmiskā laboratorija ozonatoru bieži izmanto ozona ražošanai, kas ir nepieciešams dažām ķīmiskās analīzes un sintēzes metodēm. Gumija viegli iznīcina pat zemas ozona koncentrācijas ietekmē. Dažās rūpniecības pilsētās ievērojama ozona koncentrācija gaisā izraisa gumijas izstrādājumu strauju bojāšanos, ja tie nav aizsargāti ar antioksidantiem. Ozons ir ļoti toksisks. Pastāvīga gaisa ieelpošana pat ar ļoti zemu ozona koncentrāciju izraisa galvassāpes, sliktu dūšu un citus nepatīkamus apstākļus.LITERATŪRA Razumovskis S.D. Skābeklis - elementārās formas un īpašības. M., 1979. gads
Skābekļa termodinamiskās īpašības. M., 1981. gads

Skābeklis ir ķīmiskais elements, kura īpašības tiks apspriestas dažās nākamajās rindkopās. Pievērsīsimies D.I. ķīmisko elementu periodiskajai sistēmai. Mendeļejevs. Elements skābeklis atrodas 2. perioda VI grupā, galvenajā apakšgrupā.

Tajā arī teikts, ka skābekļa relatīvā atomu masa ir 16.

Autors sērijas numurs skābeklis Periodiskajā sistēmā, jūs varat viegli noteikt elektronu skaitu, kas atrodas tā atomā, skābekļa atoma kodollādiņu, protonu skaitu.

Skābekļa valence lielākajā daļā savienojumu ir II. Skābekļa atoms var pievienot divus elektronus un pārvērsties par jonu: O0 + 2ē = O−2.

Ir vērts atzīmēt, ka skābeklis ir visizplatītākais elements uz mūsu planētas. Skābeklis ir daļa no ūdens. Jūras un saldūdeņos ir 89% skābekļa masas. Skābeklis ir atrodams daudzos minerālos un klintis. Masas daļa skābekļa zemes garozā ir aptuveni 47%. Gaiss satur apmēram 23% skābekļa pēc masas.

Skābekļa fizikālās īpašības

Diviem skābekļa atomiem mijiedarbojoties, veidojas vienkāršas skābekļa vielas O2 stabila molekula. Šo vienkāršo vielu, tāpat kā elementu, sauc par skābekli. Nejauciet skābekli kā elementu un skābekli kā vienkāršu vielu!

Skābekļa fizikālās īpašības Tā ir gāze bez krāsas, smaržas un garšas. Ūdenī praktiski nešķīst (istabas temperatūrā un normālā atmosfēras spiedienā skābekļa šķīdība ir aptuveni 8 mg uz litru ūdens).

Skābeklis šķīst ūdenī - 31 ml skābekļa (0,004% pēc masas) izšķīst 1 litrā ūdens 20 ° C temperatūrā. Taču šis daudzums ir pietiekams ūdenstilpēs mītošo zivju elpošanai. Gāzveida skābeklis ir nedaudz smagāks par gaisu: 1 litrs gaisa 0°C un normālā spiedienā sver 1,29 g, bet 1 litrs skābekļa sver 1,43 g.

Spēcīgi atdzesēts skābeklis uzrāda interesantas īpašības. Tātad temperatūrā -183°C skābeklis kondensējas dzidrā kustīgā šķidrumā gaiši zilā krāsā.

Ja šķidro skābekli atdzesē vēl vairāk, tad temperatūrā -218°C skābeklis "sasalst" zilu kristālu veidā. Ja temperatūra tiek pakāpeniski paaugstināta, tad -218°С, cietais skābeklis sāks kust, un kad -183°C- vāra. Tāpēc viršanas un kondensācijas temperatūra, kā arī vielu sasalšanas un kušanas temperatūra ir vienāda.

Djūāra kuģus izmanto šķidrā skābekļa uzglabāšanai un transportēšanai.. Šķidrumu uzglabāšanai un transportēšanai izmanto Djūāra traukus, kuru temperatūrai ilgstoši jāpaliek nemainīgai. Uz Djūāra kuģa ir tā izgudrotāja, skotu fiziķa un ķīmiķa Džeimsa Devara vārds.

Vienkāršākais Dewar trauks ir mājsaimniecības termoss. Kuģa ierīce ir diezgan vienkārša: tā ir kolba, kas ievietota lielā kolbā. Gaiss tiek izvadīts no noslēgtās telpas starp kolbām. Tā kā starp kolbu sienām nav gaisa, iekšējā kolbā ielietais šķidrums ilgstoši neatdziest un nesasilst.

Skābeklis ir paramagnētiska viela, tas ir, šķidrā un cietā stāvoklī to pievelk magnēts.

Dabā ir vēl viena vienkārša viela, kas sastāv no skābekļa atomiem. Tas ir ozons. Ķīmiskā formula ozons O3. Ozons, tāpat kā skābeklis, normālos apstākļos ir gāze. Ozons veidojas atmosfērā zibens izlādes laikā. Raksturīgā svaiguma smarža pēc pērkona negaisa ir ozona smarža.

Ja ozonu iegūst laboratorijā un savāc ievērojamu daudzumu tā, tad lielās koncentrācijās ozonam būs asa nepatīkama smaka. Ozons tiek iegūts laboratorijā īpašās ierīcēs - ozonatori. Ozonators- stikla caurule, kurā tiek ievadīta skābekļa strāva un tiek izveidota elektriskā izlāde. Elektriskā izlāde pārvērš skābekli ozonā:

Atšķirībā no bezkrāsainā skābekļa, ozons ir zila gāze. Ozona šķīdība ūdenī ir aptuveni 0,5 litri gāzes uz 1 litru ūdens, kas ir daudz augstāka nekā skābekļa. Ņemot vērā šo īpašību, ozonu izmanto dezinfekcijai dzeramais ūdens, jo tam ir kaitīga ietekme uz patogēniem.

Zemā temperatūrā ozons uzvedas līdzīgi kā skābeklis. Pie -112°C tas kondensējas šķidrumā violets, un –197°C temperatūrā tas kristalizējas tumši violetu, gandrīz melnu kristālu veidā

Tādējādi varam secināt, ka viena ķīmiskā elementa atomi var veidot dažādas vienkāršas vielas.

Tiek saukta parādība, ka pastāv ķīmiskais elements vairāku vienkāršu vielu veidā allotropija.

Tiek sauktas vienkāršas vielas, ko veido viens un tas pats elements allotropās modifikācijas

nozīmē, skābeklis un ozons ir ķīmiskā elementa skābekļa alotropās modifikācijas. Ir pierādījumi, ka ļoti zemā temperatūrā šķidrā vai cietā stāvoklī skābeklis var pastāvēt O4 un O8 molekulu veidā.

Skābekļa cikls dabā

Skābekļa daudzums atmosfērā ir nemainīgs. Līdz ar to izlietotais skābeklis pastāvīgi tiek papildināts ar jaunu.

Nozīmīgākie skābekļa avoti dabā ir oglekļa dioksīds un ūdens. Skābeklis atmosfērā nonāk galvenokārt fotosintēzes procesa rezultātā, kas notiek augos, saskaņā ar reakcijas shēmu:

CO2 + H2O C6H12O6 + O2.

Skābeklis var veidoties arī Zemes atmosfēras augšējos slāņos: saules starojuma ietekmē ūdens tvaiki daļēji sadalās, veidojot skābekli.

Skābeklis tiek patērēts elpošanas, degvielas sadegšanas, dažādu vielu oksidēšanās laikā dzīvos organismos, oksidēšanās nenotiek. organisko vielu satur dabā. Liels skābekļa daudzums tiek patērēts tehnoloģiskajos procesos, piemēram, tērauda kausēšanā.

Skābekļa ciklu dabā var attēlot kā diagrammu:

  • Skābeklis- VI grupas elements, galvenā apakšgrupa, 2 periodiskās D.I. sistēmas periodi. Mendeļejevs
  • Elements skābeklis dabā veido divas alotropiskas modifikācijas: skābeklis O2 un ozons O3
  • Ķīmiskā elementa pastāvēšanas parādību vairāku vienkāršu vielu veidā sauc par alotropiju
  • Vienkāršas vielas sauc par alotropiskām modifikācijām
  • Skābeklis un ozons atšķiras fizikālās īpašības
  • Skābeklis- bezkrāsaina gāze, bez smaržas, garšas, praktiski nešķīst ūdenī, -183 ° C temperatūrā kondensējas gaiši zilā šķidrumā. –218°C temperatūrā tas kristalizējas kristālu veidā zilā krāsā
  • Ozons- zila gāze ar asu smaku. Labi izšķīdinām ūdenī. Pie -112°С tas kondensējas violetā šķidrumā, kristalizējas kā tumši violeti, gandrīz melni kristāli, pie -197°С
  • Šķidrais skābeklis, ozons un citas gāzes tiek uzglabātas Dewar kolbās

DEFINĪCIJA

Skābeklis- Periodiskās tabulas astotais elements. Apzīmējums - O no latīņu valodas "oxygenium". Atrodas otrajā periodā, VIA grupa. Attiecas uz nemetāliem. Kodollādiņš ir 8.

Skābeklis ir visizplatītākais elements zemes garozā. Atmosfēras gaisā tas atrodas brīvā stāvoklī. iesieta forma ir daļa no ūdens, minerāliem, iežiem un visām vielām, no kurām veidojas augu un dzīvnieku organismi. Skābekļa masas daļa zemes garozā ir aptuveni 47%.

Kā vienkārša viela skābeklis ir bezkrāsaina gāze bez smaržas. Tas ir nedaudz smagāks par gaisu: 1 litra skābekļa masa normālos apstākļos ir 1,43 g, bet 1 litra gaisa - 1,293 g. Skābeklis ūdenī izšķīst, lai gan nelielos daudzumos: 100 tilpumos ūdens 0 o C temperatūrā izšķīst 4,9, bet 20 o C - 3,1 tilpumu skābekļa.

Skābekļa atomu un molekulmasa

DEFINĪCIJA

Relatīvā atommasa A r ir vielas atoma molārā masa, dalīta ar 1/12 molārā masa oglekļa atoms-12 (12 C).

Atomu skābekļa relatīvā atomu masa ir 15,999 amu.

DEFINĪCIJA

Relatīvā molekulmasa M r ir molekulas molārā masa, kas attiecas uz 1/12 no oglekļa-12 atoma molārās masas (12 C).

Tas ir bezizmēra lielums.Ir zināms, ka skābekļa molekula ir divatomiskā - O 2 . Skābekļa molekulas relatīvā molekulmasa būs vienāda ar:

M r (O 2) \u003d 15,999 × 2 ≈32.

Skābekļa allotropija un alotropās modifikācijas

Skābeklis var pastāvēt divu allotropu modifikāciju veidā - skābekļa O 2 un ozona O 3 (skābekļa fizikālās īpašības ir aprakstītas iepriekš).

Normālos apstākļos ozons ir gāze. To var atdalīt no skābekļa ar spēcīgu dzesēšanu; ozons kondensējas zilā šķidrumā, kas vārās (-111,9 o C).

Ozona šķīdība ūdenī ir daudz lielāka nekā skābekļa: 100 tilpumi ūdens 0 o C temperatūrā izšķīdina 49 tilpumus ozona.

Ozona veidošanos no skābekļa var izteikt ar vienādojumu:

3O 2 \u003d 2O 3 - 285 kJ.

Skābekļa izotopi

Ir zināms, ka dabā skābeklis var būt trīs izotopu formā: 16 O (99,76%), 17 O (0,04%) un 18 O (0,2%). To masas skaitļi ir attiecīgi 16, 17 un 18. Skābekļa izotopa 16 O atoma kodols satur astoņus protonus un astoņus neitronus, un izotopos 17 O un 18 O ir vienāds protonu skaits, attiecīgi deviņi un desmit neitroni.

Ir divpadsmit radioaktīvie skābekļa izotopi ar masas skaitu no 12 līdz 24, no kuriem stabilākais izotops ir 15 O ar pussabrukšanas periodu 120 s.

skābekļa joni

Skābekļa atoma ārējā enerģijas līmenī ir seši elektroni, kas ir valences:

1s 2 2s 2 2p 4.

Skābekļa atoma struktūra ir parādīta zemāk:

Ķīmiskās mijiedarbības rezultātā skābeklis var zaudēt savus valences elektronus, t.i. būt to donoram, un pārvērsties par pozitīvi lādētiem joniem vai pieņemt elektronus no cita atoma, t.i. būt par to akceptoru un pārvērsties negatīvi lādētos jonos:

O 0 +2e → O 2-;

Apmēram 0 -1e → Aptuveni 1+.

Skābekļa molekula un atoms

Skābekļa molekula sastāv no diviem atomiem - O 2 . Šeit ir dažas īpašības, kas raksturo skābekļa atomu un molekulu:

Problēmu risināšanas piemēri

1. PIEMĒRS

Skābeklis ir 16. grupas elements (pēc novecojušās klasifikācijas - VI grupas galvenā apakšgrupa), D. I. Mendeļejeva ķīmisko elementu periodiskās sistēmas otrā perioda elements ar atomskaitli 8. To apzīmē ar simbolu O. Skābeklis ir reaktīvs nemetāls un ir vieglākais halkogēna grupas elements. Vienkārša viela skābeklis normālos apstākļos ir bezkrāsaina, bez garšas un smaržas gāze, kuras molekula sastāv no diviem skābekļa atomiem (formula O2), saistībā ar kuriem to sauc arī par dioksīdu]. Šķidrajam skābeklim ir gaiši zila krāsa, bet cietajam skābeklim ir gaiši zili kristāli.

Ir arī citas skābekļa alotropās formas, piemēram, normālos apstākļos zila gāze ar specifisku smaku, kuras molekula sastāv no trim skābekļa atomiem (formula O3).

Meklēšana dabā.Dabiskais skābeklis sastāv no 3 stabiliem izotopiem o16, o17, o18.

Skābeklis vienkāršas vielas veidā o2 ir daļa no atmosfēras gaisa = 21% Saistītā veidā skābekļa elements ir daudzu organisko vielu dažādu minerālu ūdens neatņemama sastāvdaļa.

SAŅEMŠANA. Pašlaik rūpniecībā skābekli iegūst no gaisa. Galvenā rūpnieciskā metode skābekļa iegūšanai ir kriogēnā destilācija. Skābekļa iekārtas, kuru pamatā ir membrānas tehnoloģija, ir arī labi zināmas un veiksmīgi izmantotas rūpniecībā.

Laboratorijās tiek izmantots rūpnieciskais skābeklis, kas tiek piegādāts tērauda cilindros ar spiedienu aptuveni 15 MPa.

Karsējot kālija permanganātu KMnO4, var iegūt nelielu daudzumu skābekļa:

2KMNO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2

Tiek izmantota arī ūdeņraža peroksīda H2O2 katalītiskās sadalīšanās reakcija mangāna(IV) oksīda klātbūtnē:

2H2O2 =MnO2=2H2O + O2

Skābekli var iegūt, katalītiski sadalot kālija hlorātu (bertoleta sāls) KClO3:

2KClO3 = 2KCl + 3O2

Laboratorijas metodes skābekļa iegūšanai ietver sārmu ūdens šķīdumu elektrolīzes metodi, kā arī dzīvsudraba (II) oksīda sadalīšanos (pie t = 100 ° C):

Uz zemūdenēm to parasti iegūst, reaģējot nātrija peroksīdam un oglekļa dioksīds cilvēks izelpo:

2Na2O2 + 2CO2 = 2Na2CO3 + O2

ĶĪMISKĀ ST_VA. Spēcīgs oksidētājs, mijiedarbojas ar gandrīz visiem elementiem, veidojot oksīdus. Oksidācijas pakāpe ir –2. Parasti oksidācijas reakcija notiek, izdalot siltumu, un paātrinās, palielinoties temperatūrai (skatīt sadedzināšanu). Reakciju piemērs, kas notiek istabas temperatūrā:

4Li + O2 = 2Li2O

Oksidē savienojumus, kas satur elementus ar ne maksimālo oksidācijas pakāpi:

Oksidē lielāko daļu organisko savienojumu:

CH3CH2OH + 3O2 = 2CO2 + 3H2O

Noteiktos apstākļos ir iespējams veikt vieglu organiskā savienojuma oksidēšanu:

CH3CH2OH +O2 = CH3COOH + H2O

Skābeklis tieši (normālos apstākļos, karsējot un/vai katalizatoru klātbūtnē) reaģē ar visām vienkāršajām vielām, izņemot Au un inertās gāzes (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn); reakcijas ar halogēniem notiek elektriskās izlādes vai ultravioletā starojuma ietekmē. Netiešā veidā iegūti zelta oksīdi un smago inerto gāzu (Xe, Rn). Visos divu elementu skābekļa savienojumos ar citiem elementiem skābeklis spēlē oksidētāja lomu, izņemot savienojumus ar fluoru (skatīt zemāk #skābekļa fluorīdi).

Skābeklis veido peroksīdus, kuru skābekļa atoma oksidācijas pakāpe formāli ir vienāda ar –1.

Piemēram, peroksīdus iegūst, sadedzinot sārmu metālus skābeklī:

2Na + O2 = Na2O2

Daži oksīdi absorbē skābekli:

2BaO + O2 = 2BaO2

Saskaņā ar A. N. Baha un K. O. Englera izstrādāto degšanas teoriju oksidēšanās notiek divos posmos, veidojoties starpposma peroksīda savienojumam. Šo starpsavienojumu var izolēt, piemēram, kad degoša ūdeņraža liesmu atdzesē ar ledu, kopā ar ūdeni veidojas ūdeņraža peroksīds:

Superoksīdos skābekļa oksidācijas pakāpe formāli ir −½, tas ir, viens elektrons uz diviem skābekļa atomiem (O−2 jons). Iegūst, mijiedarbojoties peroksīdiem ar skābekli paaugstinātā spiedienā un temperatūrā:

Na2O2 + O2 = 2NaO2

Kālijs K, rubīdijs Rb un cēzijs Cs reaģē ar skābekli, veidojot superoksīdus:

Neorganiskie ozonīdi satur O–3 jonu ar skābekļa oksidācijas pakāpi, kas formāli ir vienāda ar –1/3. Iegūst, ozonam iedarbojoties uz sārmu metālu hidroksīdiem:

2KOH + 3O3 = 2KO3 + H2O +2O2

Dioksigeniljonā O2+ skābekļa oksidācijas pakāpe formāli ir +½. Iegūstiet pēc reakcijas:

PtF6 +O2 = O2PtF6

Skābekļa fluorīdi Skābekļa difluorīdu, OF2 skābekļa oksidācijas pakāpe +2, iegūst, laižot fluoru caur sārma šķīdumu:

2F2 + 2NaOH = 2NaF + H2O + OF2

Skābekļa monofluorīds (dioksidifluorīds), O2F2, ir nestabils, skābekļa oksidācijas pakāpe ir +1. Iegūts no fluora un skābekļa maisījuma kvēlizlādei –196 C temperatūrā:

Izlaižot svelmes izlādi caur fluora un skābekļa maisījumu noteiktā spiedienā un temperatūrā, tiek iegūti augstāku skābekļa fluorīdu O3F2, O4F2, O5F2 un O6F2 maisījumi.

Kvantu mehāniskie aprēķini paredz trifluorhidroksonija jona (angļu val.) OF3+ stabilu eksistenci. Ja šis jons patiešām pastāv, tad skābekļa oksidācijas pakāpe tajā būs +4.

Skābeklis atbalsta elpošanas, sadegšanas un sabrukšanas procesus.

Brīvā formā elements pastāv divās allotropās modifikācijās: O2 un O3 (ozons). Kā Pjērs Kirī un Marija Sklodovska-Kirī izveidoja 1899. gadā, reibumā jonizējošā radiācija O2 nonāk O3 OZONĀ. Ozons ir skābekļa alotropa modifikācija, kas sastāv no triatomiskām O3 molekulām. Normālos apstākļos - zilā gāze. Sašķidrināts tas pārvēršas par indigo šķidrumu. Cietā veidā tie ir tumši zili, gandrīz melni kristāli.

CHEM.CB-VA Ozons ir spēcīgs oksidētājs, daudz reaktīvāks nekā divatomiskais skābeklis. Oksidē gandrīz visus metālus (izņemot zeltu, platīnu un irīdiju) līdz augstākajam oksidācijas līmenim. Oksidē daudzus nemetālus. Reakcijas produkts galvenokārt ir skābeklis.

2Cu2+ + 2H3O+ + O3 = 2Cu3+ + 3H2O + O2

Ozons palielina oksīdu oksidācijas pakāpi:

NO + O3 = NO2 + O2

Šo reakciju pavada hemiluminiscence. Slāpekļa dioksīdu var oksidēt par slāpekļa anhidrīdu:

2NO2 + O3 = N2O5 + O2

Ozons reaģē ar oglekli normālā temperatūrā, veidojot oglekļa dioksīdu:

2C +2O3 = 2CO2 + O2

Ozons nereaģē ar amonija sāļiem, bet reaģē ar amonjaku, veidojot amonija nitrātu:

2NH3 + 4O3 = NH4NO3 + 4O2 + H2O

Ozons reaģē ar ūdeņradi, veidojot ūdeni un skābekli:

O3 + H2 = O2 + H2O

Ozons reaģē ar sulfīdiem, veidojot sulfātus:

PbS + 4O3 = PbSO4 + 4O2

Ozonu var izmantot, lai sērskābe gan no elementārā sēra, gan sēra dioksīda:

S + H2O + O3 = H2SO4

3SO2 + 3H2O + O3 = 3H2SO4

Visi trīs skābekļa atomi ozonā var individuāli reaģēt alvas hlorīda reakcijā ar sālsskābe un ozons:

3SnCl2 + 6HCl + O3 = 3SnCl4 + 3H2O

Gāzes fāzē ozons reaģē ar sērūdeņradi, veidojot sēra dioksīdu:

H2S + O3 = SO2 + H2O

V ūdens šķīdums ar sērūdeņradi notiek divas konkurējošas reakcijas, viena ar elementārā sēra veidošanos, otra ar sērskābes veidošanos:

H2S + O3 = S + O2 + H2O

3H2S + 4O3 = 3H2SO4

Apstrādājot ar ozonu joda šķīdumu aukstā bezūdens perhlorskābē, var iegūt joda (III) perhlorātu:

I2 + 6HClO4 + O3 = 2I(ClO4)3 + 3H2O

Cietu nitrila perhlorātu var iegūt gāzveida NO2, ClO2 un O3 reakcijā:

2NO2 + 2ClO2 + 2O2 = 2NO2ClO4 + O2

Ozons var piedalīties degšanas reakcijās, savukārt degšanas temperatūra ir augstāka nekā ar divatomu skābekli:

3C3N2 + 4O3 = 12CO + 3N2

Ozons var iesaistīties ķīmiskās reakcijās zemā temperatūrā. 77 K (-196 °C) temperatūrā atomu ūdeņradis reaģē ar ozonu, veidojot superoksīda radikāli ar ozona dimerizāciju:

H + O3 = HO2. + O

2HO2 . = H2O2 +O2

Ozons var veidot neorganiskus ozonīdus, kas satur O3-anjonu. Šie savienojumi ir sprādzienbīstami, un tos var uzglabāt tikai zemā temperatūrā. Ir zināmi visu sārmu metālu ozonīdi (izņemot Franciju). KO3, RbO3 un CsO3 var iegūt no atbilstošajiem superoksīdiem:

KO2 + O3 = KO3 + O2

Kālija ozonīdu var iegūt citā veidā no kālija hidroksīda:

2KOH + 5O3 = 2KO3 + 5O2 + H2O

NaO3 un LiO3 var iegūt, CsO3 iedarbojoties šķidrā amonjakā NH3 uz jonu apmaiņas sveķiem, kas satur Na+ vai Li+ jonus:

CsO3 + Na+ = Cs+ + NaO3

Kalcija šķīduma amonjakā apstrāde ar ozonu noved pie amonija ozonīda, nevis kalcija veidošanās:

3Ca + 10NH3 + 7O3 = Ca * 6NH3 + Ca(OH)2 + Ca(NO3)2 + 2NH4O3 + 3O2 + 2H2O

Ozonu var izmantot mangāna atdalīšanai no ūdens, veidojot nogulsnes, kuras var atdalīt filtrējot:

2Mn2+ + 2O3 + 4H2O = 2MnO(OH)2 + 2O2 + 4H+

Ozons pārvērš toksiskos cianīdus mazāk bīstamos cianātos:

CN- + O3 = CNO- + O2

Ozons var pilnībā sadalīt urīnvielu:

(NH2)2CO + O3 = N2 + CO2 + 2H2O

Ozona mijiedarbība ar organiskiem savienojumiem ar aktivētu vai terciāro oglekļa atomu zemā temperatūrā rada atbilstošus hidrotrioksīdus.

SAŅEMŠANA. Ozons veidojas daudzos procesos, ko pavada atomu skābekļa izdalīšanās, piemēram, sadaloties peroksīdiem, oksidējoties fosforam utt.

Rūpniecībā to iegūst no gaisa vai skābekļa ozonizatoros, iedarbojoties ar elektrisko izlādi. O3 sašķidrinās vieglāk nekā O2, tāpēc to ir viegli atdalīt. Ozonu ozona terapijai medicīnā iegūst tikai no tīra skābekļa. Apstarojot gaisu ar cieto ultravioleto starojumu, veidojas ozons. Tas pats process notiek atmosfēras augšējos slāņos, kur saules starojuma ietekmē veidojas un uztur ozona slāni.

Laboratorijā ozonu var iegūt, atdzesētu koncentrētu sērskābi reaģējot ar bārija peroksīdu:

3H2SO4 + 3BaO2 = 3BaSO4 + O3 + 3H2O

Peroksīdi ir sarežģītas vielas, kurās skābekļa atomi ir saistīti viens ar otru. Peroksīdi viegli atbrīvo skābekli. Priekš neorganiskās vielas ieteicams lietot terminu peroksīds, organiskām vielām un mūsdienās krievu valodā bieži lieto terminu peroksīds. Daudzu organisko vielu peroksīdi ir sprādzienbīstami (acetona peroksīds), jo īpaši tie viegli veidojas fotoķīmiski, ilgstoši izgaismojot ēteri skābekļa klātbūtnē. Tāpēc pirms destilācijas daudziem ēteriem (dietilēterim, tetrahidrofurānam) ir jāpārbauda peroksīdu neesamība.

Peroksīdi palēnina olbaltumvielu sintēzi šūnā.

Atkarībā no struktūras izšķir īstos peroksīdus, superoksīdus un neorganiskos ozonīdus. Neorganiskie peroksīdi bināru vai kompleksu savienojumu veidā ir zināmi gandrīz visiem elementiem. Sārmu un sārmzemju metālu peroksīdi reaģē ar ūdeni, veidojot atbilstošu hidroksīdu un ūdeņraža peroksīdu.

Organiskos peroksīdus iedala dialkilperoksīdos, alkilhidroperoksīdos, diacilperoksīdos, acilhidroperoksīdos (peroksokarbonskābes) un cikliskajos peroksīdos. Organiskie peroksīdi ir termiski nestabili un bieži vien ir sprādzienbīstami. Izmanto kā brīvo radikāļu avotu organiskajā sintēzē un rūpniecībā

Halogenīdi (halogenīdi) - halogēnu savienojumi ar citiem ķīmiskie elementi vai radikāļi. Šajā gadījumā savienojumā iekļautajam halogēnam jābūt elektronnegatīvam; Tādējādi broma oksīds nav halogenīds.

Saskaņā ar savienojumā iesaistīto halogēnu halogenīdus sauc arī par fluorīdiem, hlorīdiem, bromīdiem, jodīdiem un astatīdiem. Sudraba halogenīdus vislabāk pazīst ar šo nosaukumu, jo sudraba halogenīdu fotografējot ar filmu masveida izplatību.

Halogēnu savienojumus savā starpā sauc par interhalogēniem savienojumiem vai starphalogēnu savienojumiem (piemēram, joda pentafluorīds IF5).

Halogenīdos halogēnam ir negatīvs oksidācijas stāvoklis, bet elementam ir pozitīvs.

Halogenīdu jons ir negatīvi lādēts halogēna atoms.