Кислород (O₂) – это химический элемент, являющийся одним из самых распространенных на Земле. Он составляет около 21% атмосферы, входит в состав воды, горных пород и многих органических соединений. Кислород обладает рядом важных физических и химических свойств.
Физические свойства:
· Агрегатное состояние: При нормальных условиях – газ.
· Цвет: Бесцветный газ.
· Запах: Не имеет запаха.
· Вкус: Не имеет вкуса.
· Плотность: 1,429 г/л при 0 °C и 1 атм. Тяжелее воздуха.
· Температура кипения: -183 °C.
· Температура плавления: -218,8 °C.
· Растворимость в воде: Мало растворим в воде (около 3% при 20 °C). Растворимость уменьшается с повышением температуры.
· Парамагнетик: Обладает слабыми магнитными свойствами, притягивается к магнитному полю. Это связано с наличием двух неспаренных электронов на внешней электронной оболочке молекулы O₂.
· Молекулярная масса: 32 г/моль.
· Внешний вид: В жидком состоянии – прозрачная жидкость светло-голубого цвета. В твердом состоянии – светло-голубые кристаллы.
Химические свойства:
· Высокая химическая активность: Кислород – сильный окислитель и легко вступает в реакции со многими веществами, особенно при нагревании.
· Образование оксидов: Кислород реагирует с большинством элементов, образуя оксиды.
Примеры:
§ 2Mg + O₂ → 2MgO (оксид магния)
§ 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃ (оксид железа(III), ржавчина)
§ C + O₂ → CO₂ (оксид углерода(IV), углекислый газ)
§ S + O₂ → SO₂ (оксид серы(IV))
· Горение: Кислород поддерживает горение многих веществ. Горение – это быстрое окисление вещества, сопровождающееся выделением тепла и света.
Горение является примером экзотермической реакции.
· Медленное окисление (коррозия, гниение): Кислород может медленно окислять вещества при комнатной температуре, вызывая коррозию металлов и гниение органических веществ.
· Реакция с неметаллами: Кислород реагирует с неметаллами, образуя кислотные оксиды.
S + O₂ → SO₂ (оксид серы(IV))
SO₂ + H₂O → H₂SO₃ (сернистая кислота)
· Реакция с металлами: Кислород реагирует с металлами, образуя основные оксиды.
2Mg + O₂ → 2MgO (оксид магния)
MgO + H₂O → Mg(OH)₂ (гидроксид магния)
· Реакция с органическими веществами: Кислород окисляет органические вещества, такие как углеводороды, спирты, альдегиды, кислоты и т. д.
Полное окисление органических веществ приводит к образованию углекислого газа и воды:
§ CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O (горение метана)
Неполное окисление может приводить к образованию других продуктов, таких как угарный газ (CO) и альдегиды.
· Аллотропные модификации: Кислород существует в виде двух аллотропных модификаций:
Кислород (O₂): Дикислород, наиболее распространенная форма.
Озон (O₃): Трёхатомный кислород, образуется в верхних слоях атмосферы под действием ультрафиолетового излучения. Озон обладает сильными окислительными свойствами и защищает Землю от вредного ультрафиолетового излучения.
Применение кислорода:
· Дыхание: Необходим для дыхания живых организмов.
· Медицина: Используется для лечения дыхательной недостаточности и других заболеваний.
· Промышленность: Используется в металлургии, химической промышленности, ракетном топливе, сварке и резке металлов.
· Производство стали: В процессе выплавки стали для удаления избыточного углерода.
· Очистка сточных вод: Для биологической очистки сточных вод.
· Подводное плавание: В составе дыхательных смесей для аквалангистов.
В заключение, кислород – жизненно важный элемент, обладающий уникальными физическими и химическими свойствами, которые обуславливают его широкое применение в различных областях.
