Кислородната формула. Периодична таблица на Менделеев - кислород

Химически елемент

Халкогените са свързани с кислородни елементи

Подобни атоми са една група в периодичната система. Кислородът води семейството на халкогени, но се различава от тях в редица свойства.

Атомната маса на кислорода - предшественикът на групата - е 16 а. Халкогените при образуването на съединения с водород и метали имат обичайно окислително състояние: -2. Например, във вода (H₂О) окислителният брой на кислорода е -2.

Съставът на типичните водородни съединения на халкогени отговаря на общата формула: Н₂Когато тези вещества се разтварят, се образуват киселини. Само водородното съединение от кислород-вода има специални свойства. Според учените тази необичайна субстанция е много слаба киселина и много слаба основа.

Сяра, селен и телур има типичен положителен окисление (4, 6) в съединения с кислород и други неметални елементи с висока Електроотрицателност (ЕО). Съставът на халкогенните оксиди отразява общите формули: RO₂, RO₃. Съответните киселини имат състава: Н₂RO₃, Н₂RO₄.

Елементите съответстват на прости вещества: кислород, сяра, селен, телур и полоний. Първите три представители показват неметални свойства. Кислородната формула е О₂. Алоотропната модификация на същия елемент е озонът (О.₃₎. И двете модификации са газове. Сярата и селенът са твърди неметали. Телур е металоидно вещество, проводник на електрически ток, полониумът е метал.

Кислородът е най-честият елемент

Общото съдържание на елементарни атоми в земната кора е приблизително 47% (спрямо теглото). Кислородът се намира както в свободна форма, така и в състава на множество съединения. Проста субстанция, чиято формула е О₂, се намира в атмосферата, в размер на 21% въздух (по обем). Молекулярният кислород се разтваря във вода, намира се между частиците на почвата.

Вече знаем, че съществува друг вид съществуване на един и същ химически елемент под формата на проста субстанция. Този озон представлява газ, образуващ на височина около 30 километра от повърхността на Земята слой, често наричан озонов екран. Свързаният кислород навлиза във водните молекули, в много скали и минерали, органични съединения.

Структурата на кислородния атом

Периодичната таблица на Менделеев съдържа пълна информация за кислорода:

1. Серийният номер на елемента е 8.
2. Основната такса е +8.
3. Общият брой на електроните е 8.
4. Електронната кислородна формула е 1s²2s²2P⁴.

В природата съществуват три стабилни изотопа, които имат едно и също редовно число в периодичната таблица, един и същ състав на протони и електрони, но различен брой неутрони. Изотопите са обозначени със същия символ, О. За сравнение, дайте схема, отразяваща състава на трите изотопа на кислорода:

Свойствата на кислорода - химически елемент

На 2p-subvelope на атома, има два несдвоени електрони, което обяснява появата на окислителни състояния -2 и +2. Два сдвоени електрона не могат да бъдат разединени, така че степента на окисляване се увеличава до +4, както в сярата и другите халкогени. Причината е липсата на свободна субливан. Следователно, в химичните съединения химическият елемент кислород не показва степен на валентност и окисление, равна на номера на групата в кратката версия на периодичната система (6). Обичайният оксидативен номер е -2.

Само при съединения с флуор, кислородът показва не-характерно положително състояние на окисление +2. ЕО стойност на две различни силни неметали: ЕА (D) = 3.5 ЕЕ (F) = 4. Като по-електроотрицателна елемент, флуоро силна запазва валентните електрони и привлича частиците към външен енергийно ниво на кислородния атом. Следователно, при реакцията с флуор, кислородът е редуциращ агент, отделя електрони.

Кислородът е просто вещество

Английският изследовател D. Priestley през 1774 г., по време на експериментите, изолира газ в разлагането на живачен оксид. Две години по-рано К. Шейл получава същото вещество в чиста форма. Само няколко години по-късно френският химик А. Лавоазиер установил, че за газ той е част от въздуха, той изследва свойствата. Химическата формула на кислорода е О₂. Отразяваме в рекорда на състава на веществата електроните, участващи в образуването на неполярна ковалентна връзка - О :: О. Нека заменим всяка свързваща електронна двойка с една линия: 0 = 0. Тази кислородна формула ясно показва, че атомите в молекулата са свързани между две общи двойки електрони.

Извършваме прости изчисления и определяме каква е относителната молекулна маса на кислорода: Mr (O₂) = Ar (O) x 2 = 16 x 2 = 32. За сравнение: г-н (въздух) = 29. Химичната формула за кислорода се различава от озоновата формула с един кислороден атом. Следователно, г-н (О₃) = Ar (O) x 3 = 48. Озонът е 1,5 пъти по-тежък от кислорода.

Физични свойства

Кислородът е газ без цвят, вкус и мирис (при обикновена температура и атмосферно налягане). Веществото е малко по-тежко от въздуха, разтваря се във вода, но в малки количества. Точката на топене на кислорода е отрицателна стойност и е -218.3 ° С. Точката, в която течният кислород отново се превръща в газообразна, е неговата точка на кипене. За молекулите О₂ стойността на това физическо количество достига -182,96 ° С. В течно и твърдо състояние кислородът придобива светлосин цвят.

Получаване на кислород в лабораторията

Когато съдържащите кислород вещества като калиев перманганат се затоплят, се освобождава безцветен газ, който може да се събере в колба или епруветка. Ако донесете в чист кислород осветена светлина, тогава тя изгаря по-ярко, отколкото във въздуха. Два други лабораторни метода за получаване на кислород - разграждането на водороден прекис и калиев хлорат (бертеолетова сол). Да разгледаме схемата на устройството, което се използва за термично разлагане.

В епруветка или колба с кръгло дъно е необходимо да излеете малко от солта на Бертхолет, затворете запушалката с тръба за изпускане на газ. Неговият противоположен край трябва да бъде изпратен (под вода) в обърнатата надолу колба. Вратът трябва да бъде спуснат в широка чаша или кристализатор, напълнен с вода. Когато епруветката с Bertolet сол се нагрява, кислородът се освобождава. На газовата тръба той влиза в колбата, премествайки вода от нея. Когато колбата се запълва с газ, тя се затваря със запушалка под водата и се преобръща. Кислородът, получен в този лабораторен експеримент, може да се използва за изследване на химичните свойства на просто вещество.

изгаряне

Ако лабораторията изгаря вещества в кислород, тогава трябва да знаете и да спазвате правилата за пожар. Водородът моментално се изгаря във въздуха и се смесва с кислород в съотношение 2: 1, което е взривоопасно. Изгарянето на вещества в чист кислород се извършва много по-интензивно, отколкото във въздуха. Това явление се обяснява със състава въздух. Кислород в атмосферата е малко повече от 1/5 от частта (21%). Горенето е реакцията на веществата с кислород, в резултат на което се образуват различни продукти, главно окиси на метали и неметала. Пожаро-опасни смеси O₂ с горими вещества, в допълнение, получените съединения могат да бъдат токсични.

Изгарянето на конвенционална свещ (или мач) е придружено от образуването на въглероден диоксид. Следният опит може да се проведе у дома. Ако изгорите вещество под стъклен буркан или голяма чаша, изгарянето ще спре веднага, след като се погълне цялото количество кислород. Азотът не поддържа дишането и изгарянето. Въглеродният диоксид, продукт на окисляване, вече не реагира с кислород. прозрачен варовика вода позволява да се открие наличието на въглероден диоксид след изгаряне на свещи. Ако преминете продуктите от горенето чрез калциев хидроксид, разтворът става мътен. Има химическа реакция между варовиковата вода и въглеродния диоксид, което води до неразтворим калциев карбонат.

Производство на кислород в промишлен мащаб

Най-евтиният процес, който води до отделяне на молекули от въздуха, О₂, не е свързано с провеждането на химични реакции. В индустрията, да речем, в металургичните заводи, въздухът при ниска температура и високо налягане се втечнява. Такива важни компоненти на атмосферата, като азот и кислород, кипят при различни температури. Отделете въздушната смес с постепенно нагряване до нормална температура. Първо, азотните молекули са разделени, а след това кислород. Методът на разделяне се основава на различни физични свойства на простите вещества. Формулата за простата материя на кислорода е същата, каквато беше преди охлаждането и втечняването на въздуха, - О₂.

В резултат на някои електролизни реакции се отделя и кислород, който се събира над съответния електрод. Газът се нуждае от промишлени строителни фирми в големи обеми. Необходимостта от кислород непрекъснато се разраства, особено в химическата промишленост. Полученият газ се съхранява за промишлени и медицински цели в стоманени цилиндри, оборудвани с маркировка. Капацитетите с кислород са боядисани в синьо или синьо, за да се различават от другите втечнени газове - азот, метан, амоняк.

Химически изчисления чрез формула и реакционни уравнения, включващи молекули O₂

Цифровата стойност на моларната маса на кислорода съвпада с друга стойност - относителната молекулна маса. Само в първия случай има мерни единици. Накратко, формулата за веществото на кислорода и неговата моларна маса трябва да бъдат написани, както следва: M (O₂) = 32 g / mol. При нормални условия се моля, че всеки газ съответства на обем от 22,4 литра. Следователно, 1 мол О₂ Съдържа 22,4 литра вещество, 2 мола О₂ - 44,8 литра. Чрез уравнението на реакцията между кислород и водород, може да се види, че 2 мола водород и 1 мол кислород взаимодействат:

Ако в реакцията участва 1 мол водород, обемът на кислорода ще бъде 0,5 мол • 22,4 л / мол = 11,2 л.

Ролята на молекулите О₂ в природата и човешкия живот

Кислородът се консумира от живи организми на Земята и участва в движението на вещества над 3 милиарда години. Това е основното вещество за дишане и метаболизъм, подпомага разграждането на молекулите на хранителните вещества, синтезира енергията, необходима за организмите. Кислородът постоянно се консумира на Земята, но запасите му се допълват благодарение на фотосинтезата. Руският учен К. Тимирязев вярва, че благодарение на този процес все още има живот на нашата планета.

Ролята на кислорода в природата и икономиката е голяма:

• се абсорбира в процеса на дишане от живи организми;
• участва в реакциите на фотосинтезата в растенията;
• е част от органичните молекули;
• процесите на разпад, ферментация, ръжда възникват с участието на кислород, който действа като окислител;
• Използва се за получаване на ценни продукти от органичен синтез.

Втечненият кислород в цилиндрите се използва за рязане и заваряване на метали при високи температури. Тези процеси се извършват в машиностроителни, транспортни и строителни предприятия. За да извършват работа под вода, под земята, на висока надморска височина в безвъздушно пространство, хората също се нуждаят от молекули О₂. Корпуси за кислород Те се използват в медицината, за да обогатят състава на въздуха, вдишван от болни хора. Газът за медицински цели се различава от техническата почти пълна липса на чужди примеси, миризми.

Кислородът е идеален окислител

Известни са кислородни съединения с всички химични елементи на периодичната таблица, с изключение на първите представители на семейството на благородни газове. Много вещества реагират директно с атоми на О, без халогени, злато и платина. От голямо значение са явленията, включващи кислород, които се съпровождат от отделянето на светлина и топлина. Такива процеси се използват широко в ежедневието, индустрията. В металургията взаимодействието на рудите с кислорода се нарича печене. Предварително натрошената руда се смесва с въздух, обогатен с кислород. При високи температури металите се възстановяват от сулфиди до прости вещества. Получете желязо и някои цветни метали. Наличието на чист кислород увеличава скоростта на технологичните процеси в различните отрасли на химията, инженерството и металургията.

Появата на евтин метод за получаване на кислород от въздуха чрез метода на разделяне на компоненти при ниски температури стимулира развитието на много области на индустриалното производство. Химиците разглеждат молекулите О₂ и О-атоми с идеални окислители. Това са естествени материали, те непрекъснато се подновяват в природата, не замърсяват околната среда. В допълнение, химичните реакции, включващи кислород, най-често водят до синтез на друг естествен и безопасен продукт - водата. Ролята на О₂ в неутрализирането на токсични промишлени отпадъци, пречистването на водата от замърсяване. В допълнение към кислорода, неговата алотропна модификация - озон - се използва за дезинфекция. Това просто вещество има висока оксидативна активност. При озониране на водата, замърсителите се разлагат. Озонът също има вредно въздействие върху патогенната микрофлора.