Химические свойства кислорода

Химические свойства

Кислород - второй по электроотрицательности элемент после фтора, поэтому он проявляет сильные окислительные свойства. С большинством металлов он реагирует уже при комнатной температуре, образуя основные оксиды. С неметаллами (за исключением гелия, неона, аргона) кислород реагирует, как правило, при нагревании. Так, с фосфором он реагирует при температуре ~ 60 °С, образуя Р₂О₅, с серой - при температуре около 250 °С: 

S + О₂ = SO₂.  

С графитом кислород реагирует при 700 °С 

С + О₂ = СО₂. 

Взаимодействие кислорода с азотом начинается лишь при 1200°С или в электрическом разряде 

N₂ + О₂

Кислород реагирует и со многими сложными соединениями, например с оксидом азота (II) он реагирует уже при комнатной температуре: 

2NО + О₂ = 2NО₂. 

Сероводород, реагируя с кислородом при нагревании, дает серу

2Н₂S + О₂ = 2S + 2Н₂О

или оксид серы (IV)

2Н₂S + ЗО₂ = 2SО₂ + 2Н₂О

в зависимости от соотношения между кислородом и сероводорододом.

В приведенных реакциях кислород является окислителем. В большинстве реакций окисления с участием кислорода выделяется тепло и свет - такие процессы называются горением.

Еще более сильным окислителем, чем кислород О₂, является озон О₃. Он образуется в атмосфере при грозовых разрядах, объясняется специфический запах свежести после грозы. Обычно озон получают пропусканием разряда через кислород (реакция эндотермическая и сильно обратимая; выход озона около 5%):

ЗО₂

При взаимодействии озона с раствором иодида калия выделяется йод, тогда как с кислородом эта реакция не идет:

2КI + О₃ + Н₂О = I₂ + 2КОН + О₂.

Реакция часто используется как качественная для обнаружения ионов I^- или озона. Для этого в раствор добавляют крахмал, который дает характерный синий комплекс с выделившимся иодом. Реакция качественная еще и потому, что озон не окисляет ионы Сl^- и Br^-.

При пропускании газообразного озона через раствор какого-либо алкена в тетрахлорметане при температуре ниже 20°С образуется озонид соответствующего алкена:   

Озониды - неустойчивые соединения. Они подвергаются гидролизу с образованием альдегидов или кетонов, например:

В этом случае часть метаналя (формальдегида) реагирует с пероксидом водорода, образуя метановую (муравьиную) кислоту:

НСНО + Н₂О₂ → НСООН + Н₂О.

Получение и применение

В промышленности кислород получают:

1) фракционной перегонкой жидкого воздуха (азот, обладающий более низкой температурой кипения, испаряется, а жидкий кислород остается);

2) электролизом воды. Ежегодно во всем мире получают свыше 80 млн. т кислорода.

В лабораторных условиях кислород получают разложением ряда солей, оксидов и пероксидов: 

2КМnО₄

4К₂Сr₂О₇

2КNО₃

2Pb₃О₄

2НgО

2ВаО₂

 2Н₂O₂ 

Особенно легко кислород выделяется в результате последней реакции, поскольку в пероксиде водорода Н₂О₂ не двойная, а одинарная связь между атомами кислорода -О-О-.

В частности, пероксиды щелочных металлов используют на космических станциях для обеспечения космонавтов кислородом за счет его регенерации из выдыхаемого СО₂:

2К₂О₂ + 2СО₂ = 2К₂СО₃ + О₂.

Кислород и его соединения (в первую очередь Н₂О, СО₂) незаменимы для поддержания жизни. Они играют важнейшую роль в процессах обмена веществ и дыхания. Большая часть добываемого в мире кислорода расходуется в металлургической промышленности для получения стали из чугуна. Кислород необходим также для сжигания всевозможных горючих топливных материалов, таких как метан, нефть, уголь и т.п. Его широко применяют в химической промышленности для получения самых разнообразных соединений. В космической технике кислород используется для сжигания водорода и других видов горючего, в медицинской практике - для поддержания жизни больных с затрудненным дыханием (кислородные подушки, барокамеры, «кислородный коктейль»).