Кислород 1. Воздух

Кислород
1. Воздух
Воздух - смесь газов, состоящая в основном из азота (78%) и кислорода (21%).
Оставшийся 1% приходится на углекислый газ, водяные пары, аргон и совсем
незначительные примеси других газов.
Обратите внимание: водород НЕ является основным компонентом земной атмосферы.
Все основные компоненты воздуха - бесцветные прозрачные газы без вкуса и запаха.
Азот N2 - химически неактивный газ. Он не поддерживает ни горение, ни дыхание.
Кислород O2 - химически активный газ. Он является сильным окислителем,
поддерживает горение и дыхание, благодаря чему играет важную роль в
жизнедеятельности организмов.
2. Горение, дыхание, фотосинтез
Горение - это окислительно-восстановительная реакция (как правило, с участием
простого вещества в качестве окислителя), сопровождающаяся выделением тепла и света.
При горении на воздухе окислителем является кислород.
Упрощенная запись реакции горения древесины:
С6Н12О6 + 6О2 = 6СО2 + 6Н2О + Q
Дыхание - это комплекс окислительно-восстановительных реакций в живых
организмах, суммой которых является окисление органических веществ кислородом до
углекислого газа и воды. В отличие от горения, эти реакции протекают постепенно,
поэтапно и в мягких условиях, а энергия, выделяющаяся на каждом этапе, тратится на
обеспечение жизнедеятельности организма.
Упрощенная запись суммарной реакции дыхания:
С6Н12О6 + 6О2 = 6СО2 + 6Н2О + Q
Существует баланс кислорода в атмосфере. Кислород потребляется растениями и
животными (дыхание), а также затрачивается на процессы горения. Регенерация
кислорода осуществляется растениями в процессе фотосинтеза:
hv
6СО2 + 6Н2О 
С6Н12О6 + 6О2 – Q
Фотосинтез происходит под действием солнечных лучей красной области спектра.
3. Строение и физические свойства кислорода
Кислород образует двухатомную молекулу, атомы в которой связаны двойной связью:
При нормальных условиях (н.у.) кислород - бесцветный газ (хотя насчет бесцветности
можно поспорить - в толстом слое атмосферы кислород голубой!). Ниже -183оС он
превращается в голубую жидкость, а ниже -219оС - в синие кристаллы.
Кислород плохо растворим в воде. Его можно было бы считать нерастворимым в воде
газом, однако роль растворенного кислорода для жизни на Земле столь велика, что
пренебречь его растворимостью не получается: рыбы дышат кислородом, растворенным в
воде.
4. Взаимодействие кислорода с простыми веществами
Кислород - окислитель. Он взаимодействует почти со всеми простыми веществами,
кроме инертных газов, галогенов и таких неактивных металлов, как золото и платина.
При взаимодействии образуются, как правило, высшие оксиды соответствующих
элементов. Но есть и исключения.
S + O2 = SO2 (не высший оксид!)
N2 + O2
2NO (не высший оксид, реакция обратима!)
4P + 5O2 = 2P2O5 и 4P + 3O2 = P2O3 (в зависимости от избытка/недостатка кислорода)
С + О2 = СО2 и 2С + О2 = 2СО (в зависимости от избытка/недостатка кислорода)
2Mg + O2 = 2MgO
3Fe + 2O2 = Fe3O4 или 4Fe + 3O2 = 2Fe2O3 (при высоких температурах)
Реакции со щелочными металлами имеют особенности. Наиболее активные металлы
(металлы главной подгруппы 1-й группы) реагируют более энергично (часто без
нагревания) и образуют более насыщенные кислородом соединения – пероксиды и
надпероксиды:
2Na + O2 = Na2O2 пероксид натрия
2Rb + 2O2 = Rb2O4 надпероксид рубидия
Литий образует оксид, натрий - пероксид, калий, рубидий и цезий - надпероксиды. Это
объясняется увеличением радиуса атома от лития к цезию.
5. Взаимодействие кислорода со сложными веществами
Кислород окисляет многие сложные вещества. При этом окисление происходит, как
правило, до тех же продуктов, которые образуются при окислении простых веществ
соответствующих элементов:
CS2 + 3O2 = CO2 + 2SO2
C7H16 + 11O2 = 7CO2 + 8H2О
С2Н5ОН + 3О2 = 2СО2 + 3Н2О
t

4FeS2 + 11O2 
2Fe2O3 + 8SO2
Азотсодержащие вещества обычно сгорают с образованием молекулярного азота:
4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O
Однако с помощью катализаторов это можно изменить:
 изато

р  4NO + 6H2O
4NH3 + 5O2 катал
 изато

р  2SO3
2SO2 + O2 катал
6. Получение кислорода
В промышленности кислород получают из воздуха, сжижая воздух, а потом подвергая
его перегонке. Сейчас в лабораториях используют кислород из баллонов, полученный
таким образом. Однако есть традиционные лабораторные способы получения кислорода,
ныне имеющие скорее историческое и дидактическое значение. Правильнее назвать эти
способы - как МОЖНО получить кислород, если баллона нет под рукой:
1) Термическое разложение солей, в которых кислотообразующий элемент имеет
высокую степень окисления:
- разложение перманганата калия:
t

2KMnO4 
K2MnO4 + MnO2 + O2
- разложение хлората калия в присутствии катализатора:
t

2KClO3 
2KCl + 3O2
- разложение нитрата калия:
t

2KNO3 
2KNO2 + O2
2) Термическое разложение неустойчивых оксидов:
- разложение оксида свинца (IV):
t

3PbO2 
Pb3O4 + O2
- разложение оксида ртути (II):
t

2HgO 
2Hg + O2
3) Разложение пероксида водорода в присутствии катализатора:
 изато

р  2Н2О + О2
2Н2О2 катал
4) Электролиз водных растворов щелочей, кислот, некоторых солей:
электролиз
 2Н2 + О2
2Н2О 
7. Озон
Под воздействием мягкого ультрафиолетового излучения кислород превращается в
другую аллотропную модификацию - озон:
3О2
2О3
Эта реакция обратима. Более жесткое ультрафиолетовое излучение разрушает озон, и
он вновь превращается в кислород. Этот процесс происходит на высоте 12-50 км в
озоновом слое, предохраняя Землю от опасной ультрафиолетовой радиации.
Озон - газ с резким запахом, в высокой концентрации окрашен в синий цвет. Однако в
высоких концентрациях его не получают. Озон ядовит. Озонирование (обработка озоном в
малой концентрации) приводит к уничтожению бактерий.
Озон - очень сильный окислитель, сильнее, чем кислород. Он реагирует даже с
благородными металлами, серосодержащие и азотсодержащие вещества окисляет до
высшей степени окисления (SO3, N2O5). В реакциях озона выделяется кислород:
2NO2 + O3 = N2O5 + O2
2Ag + O3 = Ag2O + O2
Качественная реакция на содержание озона в воздухе - посинение бумажки,
пропитанной раствором иодида калия и крахмалом:
O3 + 2KI + H2O = 2KOH + O2 + I2
Выделяющийся иод взаимодействует с крахмалом, образуя характерное соединение
синего цвета.