Формула кіслароду. Перыядычная табліца Мендзялеева - кісларод

Хімічны элемент кісларод знаходзіцца ў другім перыядзе VI-ой галоўнай групы састарэлага кароткага варыянту перыядычным табліцы. Па новых стандартах нумарацыі - гэта 16-я група. Адпаведнае рашэнне прынята ІЮПАК ў 1988 годзе. Формула кіслароду як простага рэчывы - О _2. Разгледзім яго асноўныя ўласцівасці, ролю ў прыродзе і гаспадарцы. Пачнем з характарыстыкі ўсёй групы перыядычнай сістэмы, якую ўзначальвае кісларод. Элемент адрозніваецца ад роднасных яму халькогенов, а вада адрозніваецца ад вадародных злучэнняў серы, селену і тэлура. Тлумачэнне ўсім адметным рысах можна знайсці, толькі даведаўшыся аб будынку і ўласцівасцях атама.

Халькогены - роднасныя кіслароду элементы

Падобныя па ўласцівасцях атамы ўтвараюць адну групу ў перыядычнай сістэме. Кісларод ўзначальвае сямейства халькогенов, але адрозніваецца ад іх па шэрагу уласцівасцяў.

Атамная маса кіслароду - родапачынальніка групы - складае 16 а. а. м. Халькогены пры адукацыі злучэнняў з вадародам і металамі праяўляюць сваю звычайную ступень акіслення: -2. Напрыклад, у складзе вады (Н ₂ О) акісляльнае лік кіслароду роўна -2.

Склад тыповых вадародных злучэнняў халькогенов адказвае агульнай формуле: Н ₂ R. Пры растварэнні гэтых рэчываў утвараюцца кіслаты. Толькі вадароднае злучэнне кіслароду - вада - валодае адмысловымі ўласцівасцямі. Паводле высноваў навукоўцаў, гэта незвычайнае рэчыва з'яўляецца і вельмі слабой кіслатой, і вельмі слабым падставай.

Сера, селен і теллур маюць тыповыя станоўчыя ступені акіслення (4, + 6) у злучэннях з кіслародам і іншымі неметаламі, якія валодаюць высокай электраадмоўны (ЭА). Склад аксідаў халькогенов адлюстроўваюць агульныя формулы: RO _2, RO _3. Адпаведныя ім кіслоты маюць склад: H ₂ RO _3, H ₂ RO _4.

Элементам адпавядаюць простыя рэчывы: кісларод, сера, селен, теллур і палоній. Першыя тры прадстаўнікі праяўляюць неметалічныя ўласцівасці. Формула кіслароду - О _2. Алатропныя перайначванне таго ж элемента - азон (О _3). Абедзве мадыфікацыі з'яўляюцца газамі. Сера і селен - цвёрдыя неметалы. Теллур - металлоидное рэчыва, правадыр электрычнага току, палоній - метал.

Кісларод - самы распаўсюджаны элемент

Агульнае ўтрыманне атамаў элемента ў зямной кары складае прыкладна 47% (па вазе). Кісларод сустракаецца як у вольным выглядзе, так і ў складзе шматлікіх злучэнняў. Простае рэчыва, формула якога Аб _2, знаходзіцца ў складзе атмасферы, складаючы 21% паветра (па аб'ёме). Малекулярны кісларод раствораны ў вадзе, знаходзіцца паміж часцінкамі глебы.

Мы ўжо ведаем, што ёсць іншая разнавіднасць існавання таго ж самага хімічнага элемента ў форме простага рэчывы. Гэта азон - газ, які ўтварае на вышыні каля 30 км ад паверхні зямлі пласт, часта званы азонавы экранам. Звязаны кісларод ўваходзіць у малекулы вады, у склад шматлікіх горных парод і мінералаў, арганічных злучэнняў.

Будова атама кіслароду

Перыядычная табліца Мендзялеева змяшчае поўную інфармацыю аб кіслародзе:

1. Парадкавы нумар элемента - 8.
2. Зарад ядра - +8.
3. Агульная колькасць электронаў - 8.
4. Электронная формула кіслароду - 1s ² 2s ² 2p ^4.

У прыродзе сустракаюцца тры стабільных ізатопа, якія маюць аднолькавы парадкавы нумар у табліцы Мендзялеева, ідэнтычны склад пратонаў і электронаў, але розны лік нейтронаў. Абазначаюцца ізатопы адным і тым жа сімвалам - О. Для параўнання прывядзем схему, якая адлюстроўвае склад трох ізатопаў кіслароду:

Ўласцівасці кіслароду - хімічнага элемента

На 2р-подуровней атама маюцца два неспаренных электрона, што тлумачыць з'яўленне ступеняў акіслення -2 і +2. Два спараных электрона не могуць раз'яднацца, каб ступень акіслення ўзрасла да 4, як у серы і іншых халькогенов. Прычына - адсутнасць вольнага подуровней. Таму ў злучэннях хімічны элемент кісларод не выяўляе валентнасць і ступень акіслення, роўныя нумары групы ў кароткім варыянце перыядычнай сістэмы (6). Звычайнае для яго акісляльнае лік роўна -2.

Толькі ў злучэннях з фторам кісларод праяўляе нехарактэрную для яго станоўчую ступень акіслення +2. Значэнне ЭО двух моцных неметаллов адрозніваецца: ЭО (О) = 3,5; ЭО (F) = 4. Як больш электраадмоўны хімічны элемент, фтор мацней ўтрымлівае свае электроны і прыцягвае валентныя часціцы на знешнім энергетычным узроўні атама кіслароду. Таму ў рэакцыі з фторам кісларод з'яўляецца адраджэнцам, аддае электроны.

Кісларод - простае рэчыва

Англійская даследчык Д. Прыстлі ў 1774 годзе ў ходзе доследаў вылучыў газ пры раскладанні аксіду ртуці. Двума гадамі раней гэта ж рэчыва ў чыстым выглядзе атрымаў К. Шэель. Толькі праз некалькі гадоў французскі хімік А. Лавуазье усталяваў, што за газ уваходзіць у склад паветра, вывучыў ўласцівасці. Хімічная формула кіслароду - О _2. Адлюструюць у запісе складу рэчывы электроны, якія ўдзельнічаюць у адукацыі непалярная кавалентная сувязі - О :: О. Заменім кожную злучае электронную пару адной рысай: О = О. Такая формула кіслароду наглядна паказвае, што атамы ў малекуле звязаныя паміж двума агульнымі парамі электронаў.

Выканаем нескладаныя разлікі і вызначым, чаму роўная адносная малекулярная маса кіслароду: Mr (O ₂₎ = Ar (O) х 2 = 16 х 2 = 32. Для параўнання: Mr (возд.) = 29. Хімічная формула кіслароду адрозніваецца ад формулы азону на адзін атам кіслароду. Значыць, Mr (O ₃₎ = Ar (O) х 3 = 48. Азон ў 1,5 разы цяжэй кіслароду.

фізічныя ўласцівасці

Кісларод - гэта газ без колеру, густу і паху (пры звычайнай тэмпературы і ціску, роўным атмасфернага). Рэчыва трохі цяжэй паветра; раствараецца ў вадзе, але ў невялікіх колькасцях. Тэмпература плаўлення кіслароду з'яўляецца адмоўнай велічынёй і складае -218,3 ° C. Кропка, у якой вадкі кісларод ізноў ператвараецца ў газападобны, - гэта яго тэмпература кіпення. Для малекул Аб ₂ значэнне гэтай фізічнай велічыні дасягае -182,96 ° C. У вадкім і цвёрдым стане кісларод набывае светла-сінюю афарбоўку.

Атрыманне кіслароду ў лабараторыі

Пры награванні кислородосодержащих рэчываў, напрыклад перманганата калія, вылучаецца бескаляровы газ, які можна сабраць у колбу ці прабірку. Калі ўнесці ў чысты кісларод запаленую лучыну, то яна гарыць больш яскрава, чым у паветры. Два іншых лабараторных спосабу атрымання кіслароду - раскладанне пераксіду вадароду і хлората калія (бертолетовой солі). Разгледзім схему прыбора, які ўжываецца для тэрмічнага раскладання.

У прабірку або круглодонную колбу трэба насыпаць трохі бертолетовой солі, зачыніць коркам з газаадводнай трубачку. Яе супрацьлеглы канец варта накіраваць (пад вадой) у перакуленую ўверх дном колбу. Рыльца павінна быць апушчана ў шырокі шклянку або крышталізатар, напоўнены вадой. Пры награванні прабіркі з бертолетовой соллю вылучаецца кісларод. Па газаадводнай трубцы ён паступае ў колбу, выцясняючы з яе ваду. Калі колба напоўніцца газам, яе закрываюць пад вадой коркам і перагортваюць. Атрыманы ў гэтым лабараторным вопыце кісларод можна выкарыстоўваць для вывучэння хімічных уласцівасцяў простага рэчывы.

гарэнне

Калі ў лабараторыі праводзіцца спальванне рэчываў у кіслародзе, то трэба ведаць і выконваць супрацьпажарныя правілы. Вадарод імгненна згарае ў паветры, а змяшаны з кіслародам у суадносінах 2: 1, ён выбуханебяспечны. Гарэнне рэчываў у чыстым кіслародзе адбываецца нашмат больш інтэнсіўна, чым у паветры. Тлумачыцца гэта з'ява складам паветра. Кісларод у атмасферы складае крыху больш 1/5 часткі (21%). Гарэнне - гэта рэакцыя рэчываў з кіслародам, у выніку якой утвараюцца розныя прадукты, у асноўным аксіды металаў і неметаллов. Пажаранебяспечныя сумесі Аб ₂ з гаручымі рэчывамі, акрамя таго, атрыманыя злучэння могуць быць таксічнымі.

Гарэнне звычайнай свечкі (ці запалкі) суправаджаецца адукацыяй дыяксіду вугляроду. Наступны досвед можна правесці ў хатніх умовах. Калі спальваць рэчыва пад шкляным слоікам або вялікім шклянкай, то гарэнне спыніцца, як толькі выдаткуецца ўвесь кісларод. Азот не падтрымлівае дыханне і гарэнне. Вуглякіслы газ - прадукт акіслення - больш не ўступае ў рэакцыю з кіслародам. Празрыстая вапнавая вада дазваляе выявіць прысутнасць дыяксіду вугляроду пасля гарэння свечкі. Калі прапускаць прадукты гарэння праз гідраксід кальцыя, то раствор мутнее. Адбываецца хімічная рэакцыя паміж вапнавай вадой і вуглякіслым газам, атрымліваецца нерастваральны карбанат кальцыя.

Атрыманне кіслароду ў прамысловых маштабах

Самы танны працэс, у выніку якога атрымліваюцца свабодныя ад паветра малекулы Аб _2, не звязаны з правядзеннем хімічных рэакцый. У прамысловасці, скажам, на металургічных камбінатах, паветра пры нізкай тэмпературы і высокім ціску звадкоўваюцца. Такія важнейшыя кампаненты атмасферы, як азот і кісларод, кіпяць пры розных тэмпературах. Падзяляюць паветраную сумесь пры паступовым награванні да звычайнай тэмпературы. Спачатку вылучаюцца малекулы азоту, затым кіслароду. Спосаб падзелу заснаваны на розных фізічных уласцівасцях простых рэчываў. Формула простага рэчывы кіслароду такая ж, як была да астуджэння і звадкаванні паветра, - О _2.

У выніку некаторых рэакцый электролізу таксама вылучаецца кісларод, яго збіраюць над адпаведным электродам. Газ патрэбен прамысловым, будаўнічым прадпрыемствам у вялікіх аб'ёмах. Патрэбнасці ў кіслародзе пастаянна растуць, асабліва мае патрэбу ў ім хімічная прамысловасць. Захоўваюць атрыманы газ для вытворчых і медыцынскіх мэтаў у сталёвых балонах, забяспечаных маркіроўкай. Ёмістасці з кіслародам афарбоўваюць у сіні або блакітны колер, каб адрозніваць ад іншых звадкаваных газаў - азоту, метану, аміяку.

Хімічныя разлікі па формуле і раўнаннях рэакцый з удзелам малекул Аб ₂

Колькасную значэнне малярнай масы кіслароду супадае з другога велічынёй - адноснай малекулярнай масай. Толькі ў першым выпадку прысутнічаюць адзінкі вымярэння. Коратка формула рэчывы кіслароду і яго малярнай масы павінна быць запісана так: М (О ₂₎ = 32 г / моль. Пры нармальных умовах малю любога газу адпавядае аб'ём 22,4 л. Значыць, 1 моль Аб ₂ - гэта 22,4 л рэчывы, 2 моль Аб ₂ - 44,8 л. Па раўнанні рэакцыі паміж кіслародам і вадародам можна заўважыць, што ўзаемадзейнічаюць 2 молячы вадароду і 1 моль кіслароду:

Калі ў рэакцыі ўдзельнічае 1 моль вадароду, то аб'ём кіслароду складзе 0,5 моль • 22,4 л / моль = 11,2 л.

Ролю малекул Аб ₂ у прыродзе і жыцці чалавека

Кісларод спажываецца жывымі арганізмамі на Зямлі і ўдзельнічае ў кругавароце рэчываў звыш 3 млрд гадоў. Гэта галоўнае рэчыва для дыхання і метабалізму, з яго дапамогай адбываецца раскладанне малекул пажыўных рэчываў, сінтэзуецца неабходная для арганізмаў энергія. Кісларод пастаянна расходуецца на Зямлі, але яго запасы папаўняюцца дзякуючы фотасінтэзу. Рускі навуковец К. Ціміразеў лічыў, што дзякуючы менавіта гэтаму працэсу да гэтага часу існуе жыццё на нашай планеце.

Вялікая роля кіслароду ў прыродзе і гаспадарцы:

• паглынаецца ў працэсе дыхання жывымі арганізмамі;
• удзельнічае ў рэакцыях фотасінтэзу ў раслінах;
• уваходзіць у склад арганічных малекул;
• працэсы гніення, закісання, іржаўлення працякаюць пры ўдзеле кіслароду, які выступае ў якасці акісляльніка;
• выкарыстоўваецца для атрымання каштоўных прадуктаў арганічнага сінтэзу.

Звадкаваны кісларод у балонах выкарыстоўваюць для рэзкі і зваркі металаў пры высокіх тэмпературах. Гэтыя працэсы праводзяць на машынабудаўнічых заводах, на транспартных і будаўнічых прадпрыемствах. Для правядзення работ пад вадой, пад зямлёй, на вялікай вышыні ў беспаветранай прасторы людзі таксама маюць патрэбу ў малекулах Аб _2. Кіслародныя падушкі прымяняюцца ў медыцыне для ўзбагачэння складу паветра, удыхальнага хворымі людзьмі. Газ для медыцынскіх мэтаў адрозніваецца ад тэхнічнага практычна поўнай адсутнасцю старонніх прымешак, паху.

Кісларод - ідэальны акісляльнік

Вядомыя злучэння кіслароду з усімі хімічнымі элементамі табліцы Мендзялеева, акрамя першых прадстаўнікоў сямейства высакародных газаў. Шматлікія рэчывы непасрэдна ўступаюць у рэакцыі з атамамі О, выключаючы галагены, золата і плаціну. Вялікае значэнне маюць з'явы з удзелам кіслароду, якія суправаджаюцца вылучэннем святла і цяпла. Такія працэсы шырока выкарыстоўваюцца ў побыце, прамысловасці. У металургіі ўзаемадзеянне руд з кіслародам называюць абпалам. Папярэдне здробненую руду змешваюць з паветрам, узбагачаным кіслародам. Пры высокіх тэмпературах адбываецца аднаўленне металаў з сульфідаў да простых рэчываў. Так атрымліваюць жалеза і некаторыя каляровыя металы. Прысутнасць чыстага кіслароду павышае хуткасць тэхналагічных працэсаў у розных галінах хіміі, тэхніцы і металургіі.

З'яўленне таннага спосабу атрымання кіслароду з паветра метадам падзелу на кампаненты пры нізкай тэмпературы стымулявала развіццё многіх напрамкаў прамысловай вытворчасці. Хімікі лічаць малекулы Аб ₂ і атамы Аб ідэальнымі акісляльнымі агентамі. Гэта натуральныя матэрыялы, яны ўвесь час аднаўляюцца ў прыродзе, ня забруджваюць навакольнае асяроддзе. Акрамя таго, хімічныя рэакцыі з удзелам кіслароду часцей за ўсё завяршаюцца сінтэзам яшчэ аднаго натуральнага і бяспечнага прадукту - вады. Вялікая роля Аб ₂ у абясшкоджванні таксічных вытворчых адходаў, ачыстцы вады ад забруджванняў. Акрамя кіслароду, для абеззаражання выкарыстоўваецца яго аллотропная мадыфікацыя - азон. Гэта простае рэчыва валодае высокай акісляльнай актыўнасцю. Пры азанаванню вады раскладаюцца забруджвальныя рэчывы. Азон таксама пагібельна дзейнічае на хваробатворную мікрафлору.