Каква е степента на окисление на кислорода? Валенция и степен на окисление на кислорода

Всички дишаме въздух, който основно се състои от молекули на азот и кислород с незначително добавяне на други елементи. По този начин, кислородът е един от най-важните химически елементи. В допълнение, молекулите му съществуват в огромен брой химически съединения, използвани в ежедневието. За да опишем всички свойства на този елемент, няма достатъчно страници и сто, затова се ограничаваме до основните факти от историята, както и до основните характеристики на елемента - валентността и степента на кислородно окисляване, специфичното тегло, приложение, основни физически свойства.

Историята на откриването на химически елемент

Официалната дата за откриване на химическия елемент "кислород" е 1 август 1774 година. На този ден британският химик Дж. Пристли приключи експеримента си за разграждането на живачен оксид в херметически затворен съд. В края на експеримента ученият получава газ, който поддържа изгарянето. Това откритие обаче остава незабелязано дори от самия учен. Г-н Прийстли смяташе, че е успял да различи не един нов елемент, а неразделна част от въздуха. Със своите резултати Джоузеф Пристли споделя с известния френски учен и химик Антоан Лавоазие, който може да разбере какво не може да направи англичанинът. През 1775 г. Лавоазие успява да установи, че получената "съставна част на въздуха" всъщност е независим химически елемент и го нарича кислород, което на гръцки означава "образуваща киселина". Лавоазие тогава вярва, че кислородът е във всички киселини. Впоследствие бяха формулирани формули за киселини, които не съдържат кислородни атоми, но името беше прието.

Кислород - характеристики на структурата на молекулата

Този химичен елемент е безцветен газ, който не мирише и не вкусва. Химическа формула - За₂. Химиците се отнасят до конвенционалния диатомен кислород като "атмосферен кислород" или "диоксиген". Молекулата на материята се състои от два свързани кислородни атома. Съществуват и молекули, състоящи се от три атома - О₃. Това вещество се нарича озон, повече подробности за него ще бъдат написани по-долу. Молекула с два атома има степен на окисление на кислород -2, тъй като съдържа две несдвоени, способни да образуват ковалентна връзка на електрона. Енергията, която се отделя по време на разлагането на кислородната молекула в атомите, е 493,57 kJ / mol. Това е голяма стойност.

Валенция и степен на окисление на кислорода

под валентността на химическия елемент имаме предвид способността му да придаде на себе си определен брой атоми на друг химичен елемент. Валентността на един кислороден атом е две. Валентността на кислородна молекула също е равна на две, тъй като два атома са свързани една с друга и имат способността да прикрепят към структурата си още един атом от друго съединение, т.е. да образуват ковалентна връзка с него. Например водната молекула Н₂О се получава като резултат от образуването на ковалентна връзка между един кислороден атом и два водородни атоми.

Кислородът се открива в много от известните химични съединения. Има дори отделен тип химически съединения - оксиди. Това са вещества, получени чрез комбиниране на почти всеки химичен елемент с кислород. Степента на окисление на кислорода в оксидите е -2. При някои съединения обаче този показател може да е различен. Това ще бъде описано по-подробно по-долу.

Физични свойства на кислорода

Нормалният диатомен кислород е газ, който няма цвят, мирис и вкус. В нормално състояние плътността му е 1.42897 кг / м³. Теглото на един литър вещество е малко по-малко от 1,5 грама, т.е. в чиста форма кислородът е по-тежък от въздуха. Когато се нагрява, молекулата се дисоциира в атоми.

Когато температурата на средата спадне до -189.2 ^заС кислорода променя структурата си от газообразно до течно. В същото време се появява кипене. С намаление на температурата до -218.35 ^заC има промяна в структурата от течност до кристална. При тази температура, кислородът има формата на синкави кристали.

При стайна температура кислородът е слабо разтворим във вода - един литър от него съдържа 31 милилитра кислород. Разтворимост с други вещества: 220 ml на 1 литър етанол, 231 ml на 1 литър ацетон.

Химични свойства на кислорода

Целият Талмуд може да бъде написан за химичните свойства на кислорода. Най-важното свойство на кислорода е окисляването. Това вещество е много силен оксидант. Кислородът може да взаимодейства с почти всички известни елементи от периодичната таблица. В резултат на това взаимодействие се образуват оксиди, както бе обсъдено по-рано. Степента на окисление на кислорода в съединенията с други елементи е основно -2. Пример за такива съединения е водата (Н.₂О), въглероден диоксид (CO₂), калциев оксид, литиев оксид и т.н. Но има определена категория оксиди, наречени пероксиди или пероксиди. Тяхната особеност е, че в тези съединения има пероксидна група "-О-О;". Тази група намалява оксидационните свойства на О₂, така че степента на кислородно окисление в пероксида е -1.

В комбинация с активните алкални метали, кислородът образува супероксиди или суперексиди. Пример за такива формации е:

• калиев супероксид (KO₂);
• Рубидиев супероксид (RbO₂).

Тяхната особеност е, че степента на окисление на кислорода в супероксидите е -1/2.

В комбинация с най-активния химичен елемент - флуор, се получават флуориди. Те ще бъдат описани по-долу.

Най-висока степен на окисление на кислорода в съединенията

В зависимост от веществото, с което кислородът взаимодейства, има седем степени на окисление на кислорода:

1. -2 - в оксиди и органични съединения.
2. -1 - в пероксидите.
3. -1/2 - в супероксидите.
4. -1/3 - в неорганични озониди (валидни за триатомен кислород - озон).
5. +1/2 - в солите на кислородния катион.
6. +1 - в монофлуорида на кислорода.
7. +2 - в дифлуорида на кислорода.

Както виждаме, най-високата степен на окисление на кислорода се постига при оксиди и органични съединения, а в флуоридите има дори положителна степен. Не всички видове взаимодействия могат да се извършват естествено. Някои съединения изискват специални условия, например: високо налягане, висока температура, излагане на редки съединения, които почти не се срещат в природата. Да разгледаме основните връзки на кислорода с други химически елементи: оксиди, пероксиди и флуориди.

Класификация на оксидите по киселинно-базични свойства

Има четири типа оксиди:

• основният;
• киселина;
• неутрална;
• амфотерни.

Степента на окисление на кислорода в съединенията от тези видове е -2.

• Основните оксиди са съединения с метали, които имат ниска степен на окисление. Обикновено при взаимодействие с киселини се получава съответната сол и вода.
• Киселинни окиси - окиси от неметали с висока степен на окисление. Когато се добавя вода към тях, се образува киселина.
• Неутралните оксиди са съединения, които не влизат в реакция с киселини или бази.
• Амфотерните оксиди са съединения с метали, които имат ниска електронегодност. Те, в зависимост от обстоятелствата, проявяват свойствата както на киселинни, така и на основни оксиди.

Пероксидите, степента на окисление на кислорода в водороден прекис и други съединения

Пероксидите са кислородните съединения с алкални метали. Те се получават чрез изгарянето на тези метали в кислород. Пероксидите на органичните съединения са изключително експлозивни. Те могат да бъдат получени и чрез абсорбция с кислородни оксиди. Примери за пероксиди:

• водороден пероксид (Н.₂О₂);
• бариев пероксид (BaO₂);
• натриев пероксид (Na₂О₂).

Всички те са обединени от факта, че те съдържат кислородната група -О-О-. В резултат кислородното окисление в пероксидите е -1. Едно от най-известните съединения с -О-О- група е водороден пероксид. При нормални условия това съединение е бледо синя течност. Чрез своите химични свойства водородният пероксид е по-близо до слаба киселина. Тъй като -О-0- връзката в съединението има слабо съпротивление, дори при стайна температура разтворът на водороден прекис може да бъде разложен във вода и кислород. Това е най-силният окислител, но при взаимодействие със силни окислители, свойствата на редуциращия агент са само водороден прекис. Степента на окисление на кислорода в водороден пероксид, както и при другите пероксиди, е -1.

Други видове пероксиди са:

• суперексиди (супероксиди, в които кислородът има оксидация -1/2);
• неорганични озониди (силно нестабилни съединения, които имат структура на озонния анион);
• Органични озониди (съединения, имащи в структурата си -О-0-О-връзка).

Флуориди, степента на окисление на кислорода в OF2

Флуоридът е най-активният елемент на всички известни понастоящем. Следователно, взаимодействието на кислорода с флуор не произвежда оксиди, а флуориди. Те се наричат ​​така, защото в това съединение не е кислород, но флуорът е окислител. Флуоридите не могат да се получат естествено. Те се синтезират само, като се получава чрез свързване на флуор с воден разтвор на КОН. Кислородните флуориди се разделят на:

• кислороден дифлуорид (OF₂);
• Кислороден монофлуорид (О₂F₂).

Нека разгледаме по-подробно всяка от връзките. Кислородният дифлуорид е безцветен газ с изразен неприятен мирис. При охлаждане той кондензира в жълтеникава течност. В течно състояние, тя се смесва лошо с вода, но е добре с въздух, флуор и озон. Според неговите химични свойства, кислородният дифлуорид е много силен окислител. Степента на окисление на кислорода в OF2 е +1, т.е. в това съединение флуорът е окислител, а кислородът е редуциращ агент. НА₂ Той е много токсичен, по отношение на токсичността, надвишава чистия флуор и подхожда към фосген. Основното приложение на това съединение е като окислител ракетно гориво, тъй като кислородният дифлуорид не е експлозивен.

Кислородният монофлуорид в нормално състояние е жълтеникаво твърдо вещество. При топене тя образува червена течност. Той е мощен окислител, той е изключително експлозивен при взаимодействие с органични съединения. В това съединение кислородът проявява нивата на окисление +2, т.е. в това флуорно съединение кислородът действа като редуциращ агент и флуорът като окислител.

Озон и неговите съединения

Озонът е молекула, която има три свързани кислородни атома. В нормално състояние е синият газ. Когато се охлади, тя образува тъмносиня течност, близка до индиго. В твърдо състояние са кристали с тъмносин цвят. Озонът има остър мирис, в природата може да се усети във въздуха след тежка гръмотевична буря.

Озонът, подобно на обикновения кислород, е много силен окислител. Чрез химическите свойства се доближава до силни киселини. Когато се излага на окиси, озонът повишава своето окислително състояние с освобождаване на кислород. Но в същото време степента на окисление на кислорода намалява. В озона химическите връзки не са толкова силни, колкото в О₂, Следователно, при нормални условия, без да се полагат усилия, тя може да се разпадне в кислород с освобождаването на топлинна енергия. Когато температурата на ефекта върху озоновата молекула се увеличи и когато налягането намалее, процесът на разлагане в диатомен кислород с освобождаването на топлина се ускорява. В този случай, ако има голямо съдържание на озон в космоса, този процес може да бъде придружен от експлозия.

Тъй като озонът е много силен окислител и практически всички процеси с участието му добиват голямо количество О₂, тогава озонът е изключително токсично вещество. Въпреки това, в горните слоеве на атмосферата озоновият слой играе ролята на отражател от ултравиолетовото излъчване на слънчевите лъчи.

От озона с помощта на лабораторни инструменти се създават органични и неорганични озониди. Това е много нестабилно в структурата на материята, така че тяхното създаване в естествени условия е невъзможно. Озонидите се съхраняват само при ниски температури, тъй като при нормални температури те са изключително експлозивни и токсични.

Използването на кислород и неговите съединения в промишлеността

Поради факта, че в един момент учените научили степента на окисление на кислорода, когато взаимодействали с други елементи, той и неговите съединения били широко използвани в индустрията. Особено след като турборазширителите бяха изобретени в средата на ХХ век - агрегати, способни да превърнат потенциалната енергия на кислорода в механична. Тъй като кислородът е изключително горещо вещество, той се използва във всички отрасли, където е необходим огън и топлина. При рязане и заваряване на метали се използват цилиндри със сгъстен кислород за укрепване на апаратурата за заваряване с газов пламък. Широко използване на кислород в стоманодобивната промишленост, където се използва компресиран О₂ висока температура в доменните пещи. Максималното окисление на кислорода е -2. Тази характеристика се използва активно за производството на оксиди с цел по-нататъшно изгаряне и освобождаване на топлинна енергия. Течен кислород, озон и други съединения, съдържащи голямо количество О₂ се използват като окислители на ракетно гориво. Оксидиран с кислород, някои органични съединения се използват като взривни вещества.

В химическата промишленост, кислород се използва като окисляващ агент в киселина въглеводородни съединения, като алкохоли, киселини и други подобни. Г. Лекарството се използва при понижено налягане при пациенти с белодробни проблеми, да поддържа живота на организма. В селското стопанство се използват малки дози чист кислород за развъждане на риба в езера, увеличаване на дела на говеда и др.

Кислородът е мощен окислител, без който не е възможно да съществува

Над него е много писано за това, което кислород има степен на окисление, когато влизат в реакция с различни съединения и елементи, какви кислородни съединения, има, какви видове животозастрашаващо и които не са. Човек може да остане неразбираем - как, поради цялата си токсичност и високото ниво на окисляване, кислородът е един от елементите, без който животът на Земята е невъзможен? Факт е, че нашата планета е много балансиран организъм, адаптиран специално към тези вещества, които се съдържат в атмосферния слой. Тя се включва в цикъла, който е както следва: човек и всички други животни консумират кислород и произвежда въглероден диоксид, и растения в по-голямата част консумират въглероден диоксид и произвеждат кислород. Всичко в света е взаимосвързано и загубата на една връзка в тази верига може да доведе до разрушаване на цялата верига. Не трябва да забравяме това и да се грижим изцяло за живота на планетата, а не само за нейните индивидуални представители.