Кислоро́д — элемент 16-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы VI группы), второго периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 8. Обозначается символом O . Кислород — химически активный неметалл, является самым лёгким элементом из группы халькогенов. Простое вещество кислород при нормальных условиях — газ без цвета, вкуса и запаха, молекула которого состоит из двух атомов кислорода (формула O2), в связи с чем его также называют дикислород]. Жидкий кислород имеет светло-голубой цвет, а твёрдый представляет собой кристаллы светло-синего цвета.
Существуют и другие аллотропные формы кислорода, например — при нормальных условиях газ голубого цвета со специфическим запахом, молекула которого состоит из трёх атомов кислорода (формула O3).
Нахождение в природе.природный кислород состоит из 3 стабильных изотопов о16,о17,о18.
Кислород в виде простого вещества о2 входит в состав атмосферного воздуха.=21% В связанном виде элемент кислорода составная часть воды различных минералов многих орг веществ.
ПОЛУЧЕНИЕ. В настоящее время в промышленности кислород получают из воздуха. Основным промышленным способом получения кислорода является криогенная ректификация. Также хорошо известны и успешно применяются в промышленности кислородные установки, работающие на основе мембранной технологии.
В лабораториях пользуются кислородом промышленного производства, поставляемым в стальных баллонах под давлением около 15 МПа.
Небольшие количества кислорода можно получать нагреванием перманганата калия KMnO4:
2KMNO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2
Используют также реакцию каталитического разложения пероксида водорода Н2О2 в присутствии оксида марганца(IV):
2H2O2 =MnO2=2H2O + O2
Кислород можно получить каталитическим разложением хлората калия (бертолетовой соли) KClO3:
2KClO3 = 2KCl + 3O2
К лабораторным способам получения кислорода относится метод электролиза водных растворов щелочей, а также разложение оксида ртути(II) (при t = 100 °C):
2HgO = 2Hg + O2
На подводных лодках обычно получается реакцией пероксида натрия и углекислого газа, выдыхаемого человеком:
2Na2O2 + 2CO2 = 2Na2CO3 + O2
ХИМИЧЕСКИЕ СВ_ВА. Сильный окислитель, взаимодействует практически со всеми элементами, образуя оксиды. Степень окисления −2. Как правило, реакция окисления протекает с выделением тепла и ускоряется при повышении температуры (см. Горение). Пример реакций, протекающих при комнатной температуре:
4Li + O2 = 2Li2O
2Sr + O2 = 2SrO
Окисляет соединения, которые содержат элементы с не максимальной степенью окисления:
2NO + O2 = 2NO2
Окисляет большинство органических соединений:
CH3CH2OH + 3O2 = 2CO2 + 3H2O
При определённых условиях можно провести мягкое окисление органического соединения:
CH3CH2OH +O2 = CH3COOH + H2O
Кислород реагирует непосредственно (при нормальных условиях, при нагревании и/или в присутствии катализаторов) со всеми простыми веществами, кроме Au иинертных газов (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn); реакции с галогенами происходят под воздействием электрического разряда или ультрафиолета. Косвенным путём получены оксиды золота и тяжёлых инертных газов (Xe, Rn). Во всех двухэлементных соединениях кислорода с другими элементами кислород играет роль окислителя, кроме соединений со фтором (см. ниже #фториды кислорода).
Кислород образует пероксиды со степенью окисления атома кислорода, формально равной −1.
Например, пероксиды получаются при сгорании щелочных металлов в кислороде:
2Na + O2 = Na2O2
Некоторые оксиды поглощают кислород:
2BaO + O2 = 2BaO2
По теории горения, разработанной А. Н. Бахом и К. О. Энглером, окисление происходит в две стадии с образованием промежуточного пероксидного соединения. Это промежуточное соединение можно выделить, например, при охлаждении пламени горящего водорода льдом, наряду с водой, образуется пероксид водорода:
H2 + O2 =H2O2
В надпероксидах кислород формально имеет степень окисления −½, то есть один электрон на два атома кислорода (ион O−2). Получают взаимодействием пероксидов с кислородом при повышенных давлении и температуре:
Na2O2 + O2 = 2NaO2
Калий K, рубидий Rb и цезий Cs реагируют с кислородом с образованием надпероксидов:
K + O2 = KO2
Неорганические озониды содержат ион O−3 со степенью окисления кислорода, формально равной −1/3. Получают действием озона на гидроксиды щелочных металлов:
2KOH + 3O3 = 2KO3 + H2O +2O2
В ионе диоксигенила O2+ кислород имеет формально степень окисления +½. Получают по реакции:
PtF6 +O2 = O2PtF6
Фториды кислорода Дифторид кислорода, OF2 степень окисления кислорода +2, получают пропусканием фтора через раствор щелочи:
2F2 + 2NaOH = 2NaF + H2O + OF2
Монофторид кислорода (Диоксидифторид), O2F2, нестабилен, степень окисления кислорода +1. Получают из смеси фтора с кислородом в тлеющем разряде при температуре −196 C:
F2 +O2 = O2F2
Пропуская тлеющий разряд через смесь фтора с кислородом при определённых давлении и температуре, получают смеси высших фторидов кислорода O3F2, О4F2, О5F2 и О6F2.
Квантовомеханические расчёты предсказывают устойчивое существование иона трифторгидроксония (англ.)[18] OF3+. Если этот ион действительно существует, то степень окисления кислорода в нём будет равна +4.
Кислород поддерживает процессы дыхания, горения, гниения.
В свободном виде элемент существует в двух аллотропных модификациях: O2 и O3 (озон). Как установили в 1899 году Пьер Кюри и Мария Склодовская-Кюри, под воздействием ионизирующего излучения O2 переходит в O3 ОЗОН. Озо́н — состоящая из трёхатомных молекул O3аллотропная модификация кислорода. При нормальных условиях — голубой газ. При сжижении превращается в жидкость цвета индиго. В твёрдом виде представляет собой тёмно-синие, практически чёрные кристаллы.
ХИМ.СВ-ВА Озонa — мощный окислитель, намного более реакционноспособный, чем двухатомный кислород. Окисляет почти все металлы (за исключением золота, платины ииридия) до их высших степеней окисления. Окисляет многие неметаллы. Продуктом реакции в основном является кислород.
2Cu2+ + 2H3O+ + O3 = 2Cu3+ + 3H2O + O2
Озон повышает степень окисления оксидов:
NO + O3 =NO2 + O2
Эта реакция сопровождается хемилюминесценцией. Диоксид азота может быть окислен до азотного ангидрида:
2NO2 + O3 = N2O5 + O2
Озон реагирует с углеродом при нормальной температуре с образованием диоксида углерода:
2C +2O3 = 2CO2 + O2
Озон не реагирует с аммониевыми солями, но реагирует с аммиаком с образованием нитрата аммония:
2NH3 + 4O3 = NH4NO3 + 4O2 + H2O
Озон реагирует с водородом с образованием воды и кислорода:
O3 + H2 = O2 + H2O
Озон реагирует с сульфидами с образованием сульфатов:
PbS + 4O3 = PbSO4 + 4O2
С помощью озона можно получить Серную кислоту как из элементарной серы, так и из диоксида серы:
S + H2O + O3 = H2SO4
3SO2 + 3H2O + O3 = 3H2SO4
Все три атома кислорода в озоне могут реагировать по отдельности в реакции хлорида олова с соляной кислотой и озоном:
3SnCl2 + 6HCl + O3 = 3SnCl4 + 3H2O
В газовой фазе озон взаимодействует с сероводородом с образованием двуокиси серы:
H2S + O3 = SO2 + H2O
В водном растворе проходят две конкурирующие реакции с сероводородом, одна с образованием элементарной серы, другая с образованием серной кислоты:
H2S + O3 = S + O2 + H2O
3H2S + 4O3 = 3H2SO4
Обработкой озоном раствора иода в холодной безводной хлорной кислоте может быть получен перхлорат иода(III):
I2 + 6HClO4 +O3 = 2I(ClO4)3 + 3H2O
Твёрдый нитрилперхлорат может быть получен реакцией газообразных NO2, ClO2 и O3:
2NO2 + 2ClO2 + 2O2 = 2NO2ClO4 + O2
Озон может участвовать в реакциях горения, при этом температуры горения выше, чем с двухатомным кислородом:
3C3N2 + 4O3 = 12CO + 3N2
Озон может вступать в химические реакции и при низких температурах. При 77 K (-196 °C), атомарный водород взаимодействует с озоном с образованием супероксидного радикала с димеризацией последнего[9]:
H + O3 = HO2 . + O
2HO2 . = H2O2 +O2
Озон может образовывать неорганические озониды, содержащие анион O3−. Эти соединения взрывоопасны и могут храниться только при низких температурах. Известны озониды всех щелочных металлов (кроме франция). KO3, RbO3, и CsO3 могут быть получены из соответствующих супероксидов:
KO2 + O3 = KO3 + O2
Озонид калия может быть получен и другим путём из гидроксида калия[10]:
2KOH + 5O3 = 2KO3 + 5O2 + H2O
NaO3 и LiO3 могут быть получены действием CsO3 в жидком аммиаке NH3 на ионообменные смолы, содержащие ионы Na+ или Li+[11]:
CsO3 + Na+ = Cs+ + NaO3
Обработка озоном раствора кальция в аммиаке приводит к образованию озонида аммония, а не кальция[9]:
3Ca + 10NH3 + 7O3 = Ca * 6NH3 + Ca(OH)2 + Ca(NO3)2 + 2NH4O3 + 3O2 + 2H2O
Озон может быть использован для удаления марганца из воды с образованием осадка, который может быть отделён фильтрованием:
2Mn2+ + 2O3 + 4H2O = 2MnO(OH)2 + 2O2 + 4H+
Озон превращает токсичные цианиды в менее опасные цианаты:
CN- + O3 = CNO- + O2
Озон может полностью разлагать мочевину[12] :
(NH2)2CO + O3 = N2 + CO2 + 2H2O
Взаимодействие озона с органическими соединениями с активированным или третичным атомом углерода при низких температурах приводит к соответствующимгидротриоксидам.
ПОЛУЧЕНИЕ. Озон образуется во многих процессах, сопровождающихся выделением атомарного кислорода, например при разложении перекисей, окислении фосфора и т. п.
В промышленности его получают из воздуха или кислорода в озонаторах действием электрического разряда. Сжижается O3 легче, чем O2, и потому их несложно разделить. Озон для озонотерапии в медицине получают только из чистого кислорода. При облучении воздуха жёстким ультрафиолетовым излучением образуется озон. Тот же процесс протекает в верхних слоях атмосферы, где под действием солнечного излучения образуется и поддерживается озоновый слой.
В лаборатории озон можно получить взаимодействием охлаждённой концентрированной серной кислоты с пероксидом бария[5]:
3H2SO4 + 3BaO2 = 3BaSO4 + O3 + 3H2O
Пероксиды — сложные вещества, в которых атомы кислорода соединены друг с другом. Пероксиды легко выделяют кислород. Для неорганических веществ рекомендуется использовать термин пероксид, для органических веществ и сегодня в русском языке часто используют термин перекись. Пероксиды многих органических веществ взрывоопасны (пероксид ацетона), в частности, они легко образуютсяфотохимически при длительном освещении эфиров в присутствии кислорода. Поэтому перед перегонкой многие эфиры (диэтиловый эфир, тетрагидрофуран) требуют проверки на отсутствие пероксидов.
Пероксиды замедляют синтез белка в клетке.
В зависимости от структуры различают собственно пероксиды, надпероксиды, неорганические озониды. Неорганические пероксиды в виде бинарных или комплексных соединений известны почти для всех элементов. Пероксиды щелочных и щелочноземельных металлов реагируют с водой, образуя соответствующий гидроксид и пероксид водорода.
Органические пероксиды подразделяются на диалкилпероксиды, алкилгидропероксиды, диацилпероксиды, ацилгидропероксиды (пероксокарбоновые кислоты), циклические пероксиды. Органические пероксиды термически неустойчивы и часто взрывоопасны. Используются как источники свободных радикалов в органическом синтезе и промышленности
Галогени́ды (галоиды) — соединения галогенов с другими химическими элементами или радикалами. При этом галоген, входящий в соединение, должен быть электроотрицательным; так, оксид брома не является галогенидом.
По участвующему в соединении галогену галогениды также называются фторидами, хлоридами, бромидами, иодидами и астатидами. Наиболее известны под этим названием галогениды серебра благодаря массовому распространению плёночной галогеносеребряной фотографии.
Соединения галогенов между собой называются интергалогенидами, или межгалоидными соединениями (например, пентафторид иода IF5).
В галогенидах галоген имеет отрицательную степень окисления, а элемент — положительную.
Галогенид-ион — отрицательно заряженный атом галогена.
