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
2NО - Q.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
2О3 - 284 кДж.<SPAN< P>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:
| O | |||||
| / | \ | ||||
| H2C = CH2 + O3 → H2C | CH2 | ||||
| \ | / | ||||
| O | O | ||||
| озонид этилена | |||||
Озониды - неустойчивые соединения. Они подвергаются гидролизу с образованием альдегидов или кетонов, например:
| O | ||
| / | \ | |
| H 2C | CH2 | + H2O → CH2 = O+H2O2 |
| \ | / | |
| O | O |
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 
К2MnО4 + МnО2 + О2↑,
4К2Сr2О7 4К2CrO4 + 2Сr2О3 + 3O2↑,
2КNО3 2КNО2 + О2↑,
2Pb3О4 6PbО + О2↑,
2НgО 2Нg + О2 ↑,
2ВаО2 2ВаО + О2↑,
2Н2O2 2Н2О + О2↑.
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»).