Чаму роўная ступень акіслення кіслароду? Валентнасць і ступень акіслення кіслароду

Усе мы дыхаем паветрам, які ў асноўным складаецца з малекул азоту і кіслароду з нязначным даданнем іншых элементаў. Такім чынам, кісларод з'яўляецца адным з найважнейшых хімічных элементаў. Акрамя таго, малекулы яго існуюць у велізарным мностве хімічных злучэнняў, якія выкарыстоўваюцца ў паўсядзённым жыцці. Для апісання ўсіх уласцівасцяў дадзенага элемента не хопіць і ста старонак, таму абмяжуемся асноўнымі фактамі з гісторыі, а таксама базавымі характарыстыкамі элемента - валентнасць і ступень акіслення кіслароду, удзельная вага, прымяненне, асноўныя фізічныя ўласцівасці.

Гісторыя адкрыцця хімічнага элемента

Афіцыйнай датай адкрыцця хімічнага элемента «кісларод» з'яўляецца 1 жніўня 1774 года. Менавіта ў гэты дзень брытанскі хімік Дж. Прыстлі завяршыў свой эксперымент па раскладанню аксіду ртуці, якая знаходзіцца ў герметычна зачыненай пасудзіне. Па завяршэнні эксперыменту навуковец атрымаў газ, які падтрымліваў гарэнне. Аднак гэта адкрыццё засталося незаўважаным нават самім навукоўцам. Містэр Прыстлі думаў, што ў яго атрымалася вылучыць не новы элемент, а складовую частку паветра. Сваімі вынікамі Джозэф Прыстлі падзяліўся з найвядомым французскім навукоўцам і хімікам Антуанам Лавуазье, які змог зразумець тое, чаго не ўдалося зрабіць ангельцу. У 1775 году Лавуазье здолеў усталяваць, што атрыманая «складовая частка паветра» на самай справе з'яўляецца незалежным хімічным элементам, і назваў яго oxygen, што ў перакладзе з грэцкага азначае «утваральны кіслаты». Лавуазье тады лічыў, што кісларод знаходзіцца ва ўсіх кіслотах. Пасля былі выведзеныя формулы кіслот, якія не ўтрымліваюць атамы кіслароду, аднак назва прыжылося.

Кісларод - асаблівасці будовы малекулы

Дадзены хімічны элемент уяўляе сабой бескаляровы газ, які не мае паху і густу. Хімічная формула - О _2. Хімікі называюць звычайны двухатомный кісларод альбо «атмасферны кісларод», альбо «дикислород». Малекула рэчывы складаецца з двух звязаных атамаў кіслароду. Існуе таксама малекулы, якія складаюцца з трох атамаў - О _3. Дадзенае рэчыва завецца азон, больш падрабязна пра яго будзе напісана ніжэй. Малекула з двума атамамі мае ступень акіслення кіслароду -2, бо ў ёй ёсць два неспаренных здольных ўтвараць кавалентным сувязь электрона. Энергія, якая вылучаецца пры раскладанні (дысацыяцыі) малекулы кіслароду на атамы, роўная 493,57 кДж / моль. Гэта даволі вялікае значэнне.

Валентнасць і ступень акіслення кіслароду

Пад валентнасці хімічнага элемента маюць на ўвазе яго магчымасць далучаць да сябе некаторы колькасць атамаў іншага хімічнага элемента. Валентнасць атама кіслароду роўная двум. Валентнасць малекулы кіслароду таксама роўная двум, так як два атама злучаныя адзін з адным і маюць магчымасць далучыць да сваёй структуры яшчэ па адным атаму іншага злучэння, то ёсць ўтвараць з ім кавалентным сувязь. Напрыклад, малекула вады H ₂ O атрымалася ў выніку адукацыі кавалентнай сувязі паміж адным атамам кіслароду і двух атамаў вадароду.

Кісларод змяшчаецца ў многіх з вядомых хімічных злучэнняў. Ёсць нават асобны выгляд хімічных злучэнняў - аксіды. Гэта рэчывы, атрыманыя шляхам злучэння практычна любога хімічнага элемента з кіслародам. Ступень акіслення кіслароду ў аксід роўная -2. Аднак у некаторых злучэннях дадзены паказчык можа быць і іншы. Пра гэта больш падрабязна будзе апісана ніжэй.

Фізічныя ўласцівасці кіслароду

Звычайны двухатомный кісларод ўяўляе сабой газ, які не мае колеру, паху і густу. У нармальным стане яго шчыльнасць - 1,42897 кг / м ^3. Вага 1 літра рэчывы складае крыху менш 1,5 грама, гэта значыць у чыстым выглядзе кісларод цяжэй паветра. Пры награванні адбываецца дысацыяцыя малекулы на атамы.

Пры паніжэнні тэмпературы асяроддзя да -189,2 ^аб З кісларод мяняе сваю структуру з газападобнай на вадкую. Пры гэтым адбываецца кіпенне. Пры памяншэнні тэмпературы да -218,35 ^аб З назіраецца змяненне структуры з вадкай да крышталічнай. Пры такой тэмпературы кісларод мае форму блакітных крышталяў.

Пры пакаёвай тэмпературы кісларод слаборастворим ў вадзе - на адзін літр яе прыходзіцца 31 міллілітр кіслароду. Растваральнасць з іншымі рэчывамі: 220 мл на 1 літр этанолу, 231 мл на 1 літр ацэтону.

Хімічныя ўласцівасці кіслароду

Аб хімічных уласцівасцях кіслароду можна напісаць цэлы талмуд. Найбольш істотная рыса кіслароду - гэта акісленне. Дадзенае рэчыва з'яўляецца вельмі моцным акісляльнікам. Кісларод здольны ўзаемадзейнічаць практычна з усімі вядомымі элементамі з табліцы Мендзялеева. У выніку гэтага ўзаемадзеяння утвараюцца аксіды, як гаварылася раней. Ступені акіслення кіслароду ў злучэннях з іншымі элементамі ў асноўным роўныя -2. Прыкладам такіх злучэнняў з'яўляецца вада (H ₂ O), вуглякіслы газ (CO _2), аксід кальцыя, аксід літыя і інш. Але існуе пэўная катэгорыя аксідаў, званая пераксіду або перакісам. Іх асаблівасцю з'яўляецца тое, што ў дадзеных злучэннях ёсць пероксидная група «-О-Аб-». Гэтая група памяншае акісляльныя ўласцівасці O _2, таму ступень акіслення кіслароду ў пераксіду роўная -1.

У злучэнні з актыўнымі шчолачнымі металамі кісларод ўтварае супероксиды або надперекиси. Прыкладам такіх стварэнняў з'яўляецца:

• супероксид калія (KO _2);
• супероксид рубідыя (RbO _2).

Іх асаблівасцю з'яўляецца тое, што ступень акіслення кіслароду ў супероксидах роўная -1/2.

У злучэнні з самым актыўным хімічным элементам - фторам, атрымліваюцца фтарыды. Пра іх будзе расказана ніжэй.

Вышэйшая ступень акіслення кіслароду ў злучэннях

У залежнасці ад таго, з якім рэчывам ўзаемадзейнічае кісларод, ёсць сем ступеняў акіслення кіслароду:

1. -2 - у аксідаў і арганічных злучэннях.
2. -1 - у пераксіду.
3. -1/2 - у супероксидах.
4. -1/3 - у неарганічных азанідаў (дакладна для трехатомного кіслароду - азону).
5. +1/2 - у солях катыёну кіслароду.
6. +1 - у монофториде кіслароду.
7. +2 - у дифториде кіслароду.

Як бачым, вышэйшая ступень акіслення кіслароду дасягаецца ў аксід і арганічных злучэннях, а па фтарыд ён мае нават станоўчую ступень. Не ўсе віды узаемадзеянняў могуць быць ажыццёўлены натуральным шляхам. Для адукацыі некаторых злучэнняў патрабуюцца асаблівыя ўмовы, напрыклад: высокі ціск, высокая тэмпература, уздзеянне рэдкімі злучэннямі, якія амаль не сустракаюцца ў прыродзе. Разгледзім асноўныя злучэння кіслароду з іншымі хімічнымі элементамі: аксіды, пераксіду і фтарыды.

Класіфікацыя аксідаў па кіслотна-асноўных уласцівасцях

Існуе чатыры віды аксідаў:

• асноўныя;
• кіслотныя;
• нейтральныя;
• амфатэрныя.

Ступені акіслення кіслароду ў злучэннях дадзеных відаў роўныя -2.

• Асноўныя аксіды - гэта злучэння з металамі, якія валодаюць нізкімі ступенямі акіслення. Звычайна пры ўзаемадзеянні з кіслотамі атрымліваюцца адпаведныя соль і вада.
• Кіслотныя аксіды - аксіды неметаллов з высокай ступенню акіслення. Пры даданні да іх вады утворыцца кіслата.
• Нейтральныя аксіды - злучэнні, якія не ўваходзяць у рэакцыю ні з кіслотамі, ні з асновамі.
• Амфатэрныя аксіды - злучэнні з металамі, якія валодаюць малым значэннем Электраадмо. Яны, у залежнасці ад абставін, праяўляюць ўласцівасці і кіслотных, і асноўных аксідаў.

Пераксіду, ступень акіслення кіслароду ў пераксіду вадароду і іншых злучэннях

Пераксіду называюцца злучэнні кіслароду са шчолачнымі металамі. Яны атрымліваюцца шляхам згарання дадзеных металаў у кіслародзе. Пераксіду арганічных злучэнняў надзвычай выбуханебяспечныя. Яны таксама могуць быць атрыманы шляхам паглынаннем аксідамі кіслароду. Прыклады пераксіду:

• пераксіду вадароду (H ₂ O _2);
• пераксіду барыю (BaO _2);
• пераксіду натрыю (Na ₂ O _2).

Усіх іх аб'ядноўвае тое, што ў іх утрымліваецца кіслародная група -OO-. З прычыны гэтага ступень акіслення кіслароду ў пераксіду роўная -1. Адным з самых вядомых злучэнняў з групай -OO- з'яўляецца пераксіду вадароду. У нармальных умовах гэта злучэнне ўяўляе сабой вадкасць бледна-блакітнага колеру. Па сваіх хімічных уласцівасцях пераксіду вадароду бліжэй да слабой кіслаце. Так як сувязь -OO- ў злучэнні валодае слабой устойлівасцю, то нават пры пакаёвай тэмпературы раствор пераксіду вадароду можа быць раскладзены на ваду і кісларод. Ён з'яўляецца наймацнейшым акісляльнікам, аднак, пры ўзаемадзеянні з больш моцнымі акісляльнікамі ўласцівасцямі аднаўляльніка валодае як раз пераксіду вадароду. Ступень акіслення кіслароду ў пераксіду вадароду, як і ў іншых пераксіду, роўная -1.

Іншымі відамі пераксіду з'яўляюцца:

• надпероксиды (супероксиды, у якіх кісларод мае акісленне -1/2);
• неарганічныя азанідаў (вельмі няўстойлівыя злучэнні, якія маюць у сваёй структуры аніёны азону);
• арганічныя азанідаў (злучэння, якія маюць у сваёй структуры сувязь -OOO-).

Фтарыды, ступень акіслення кіслароду ў OF2

Фтор - найбольш актыўны элемент з усіх цяпер вядомых. Таму пры ўзаемадзеянні кіслароду з фторам атрымліваюцца не аксіды, а фтарыды. Яны названыя так таму, што ў дадзеным злучэнні ня кісларод, а фтор з'яўляецца акісляльнікам. Фтарыды немагчыма атрымаць натуральным шляхам. Іх толькі сінтэзуюць, здабываючы шляхам асацыяцыі фтору з водным растворам KOH. Фтарыды кіслароду дзеляцца на:

• дифторид кіслароду (OF _2);
• монофторид кіслароду (O ₂ F _2).

Разгледзім больш падрабязна кожнае з злучэнняў. Дифторид кіслароду па сваёй структуры з'яўляецца бескаляровым газам з ярка выяўленым непрыемным пахам. Пры астуджэнні кандэнсуецца ў жаўтлявую вадкасць. У вадкім стане дрэнна змешваецца з вадой, затое добра з паветрам, фторам і азонам. Па хімічных уласцівасцях дифторид кіслароду - вельмі моцны акісляльнік. Ступень акіслення кіслароду ў OF2 роўная +1, гэта значыць у гэтым злучэнні фтор з'яўляецца акісляльнікам, а кісларод - адраджэнцам. OF ₂ вельмі таксічны, па ступені таксічнасці перавышае чысты фтор і набліжаецца да фасгенам. Асноўны від выкарыстання дадзенага злучэння - у якасці акісляльніка для ракетнага паліва, так як дифторид кіслароду ня выбуханебяспечны.

Монофторид кіслароду ў нармальным стане з'яўляецца цвёрдым рэчывам жаўтлявага колеру. Пры плаўленні ўтварае вадкасць чырвонага колеру. З'яўляецца наймагутным акісляльнікам, пры ўзаемадзеянні з арганічнымі злучэннямі надзвычай выбуханебяспечны. У дадзеным злучэнні кісларод праяўляе ступені акіслення, роўныя +2, то ёсць і ў гэтым фторовом злучэнні кісларод выступае адраджэнцам, а фтор - акісляльнікам.

Азон і яго злучэння

Азон - гэта малекула, якая мае тры атама кіслароду, звязаных адзін з адным. У нармальным стане з'яўляецца газам блакітнага колеру. Пры астуджэнні ўтварае вадкасць глыбокага сіняга колеру, блізкага да індыга. У цвёрдым стане уяўляе сабой крышталі цёмна-сіняга колеру. Азон валодае рэзкім пахам, у прыродзе яго можна адчуць у паветры пасля моцнай навальніцы.

Азон, як і звычайны кісларод, з'яўляецца вельмі моцным акісляльнікам. Па хімічных уласцівасцях набліжаецца да моцных кіслот. Пры ўздзеянні з аксідамі азон павышае іх ступень акіслення з вылучэннем кіслароду. Але пры гэтым зніжаецца ступень акіслення кіслароду. У азоне хімічныя сувязі не гэтак трывалыя, як у O _2, таму ў нармальных умовах без прыкладзеных намаганняў ён можа распасціся на кісларод з вылучэннем энергіі цяпла. Пры павышэнні тэмпературы ўздзеяння на малекулу азону і пры паніжэнні ціску працэс распаду на двухатомный кісларод з вылучэннем цяпла паскараецца. Пры гэтым, калі ў прасторы вялікае ўтрыманне азону, то гэты працэс можа суправаджацца выбухам.

Бо азон з'яўляецца вельмі моцным акісляльнікам і практычна ва ўсіх працэсах з яго удзелам выдзяляецца вялікая колькасць O _2, то азон з'яўляецца надзвычай таксічным рэчывам. Аднак у верхніх пластах атмасферы пласт азону гуляе ролю адбівальніка ад ультрафіялетавага выпраменьвання сонечных прамянёў.

З азону з дапамогай лабараторных інструментаў ствараюць арганічныя і неарганічныя азанідаў. Гэта вельмі нестабільныя па сваёй структуры рэчывы, таму іх стварэнне ў прыродных умовах немагчыма. Захоўваюцца азанідаў толькі пры нізкіх тэмпературах, так як пры звычайнай тэмпературы яны надзвычай выбуханебяспечныя і таксічныя.

Прымяненне кіслароду і яго злучэнняў у прамысловасці

Дзякуючы таму, што ў свой час навукоўцы даведаліся, якая ступень акіслення ў кіслароду пры ўзаемадзеянні з іншымі элементамі, ён і яго злучэння атрымалі шырокае прымяненне ў прамысловасці. Асабліва пасля таго, як у сярэдзіне дваццатага стагоддзя былі вынайдзеныя турбодетандеры - агрэгаты, здольныя ператвараць патэнцыйную энергію кіслароду ў механічную. Бо кісларод - надзвычай гаручае рэчыва, то яго ўжываюць ва ўсіх галінах прамысловасці, дзе неабходна выкарыстанне агню і цяпла. Пры рэзанні і зварцы металаў таксама выкарыстоўваюцца балоны са сціснутым кіслародам для ўзмацнення апарату газапалымяныя зваркі. Шырока прымяненне кіслароду ў сталеліцейнай прамысловасці, дзе з дапамогай сціснутага O ₂ падтрымліваецца высокая тэмпература ў Домны. Максімальная ступень акіслення кіслароду роўная -2. Гэтая яго характарыстыка актыўна выкарыстоўваецца для вырабу аксідаў з мэтай іх далейшага гарэння і вылучэнні цеплавой энергіі. Вадкі кісларод, азон і іншыя злучэнні, якія змяшчаюць вялікая колькасць O _2, выкарыстоўваюць як акісляльнікі ракетнага паліва. Акісленыя кіслародам некаторыя арганічныя злучэнні ўжываюць у якасці выбухоўкі.

У хімічнай прамысловасці кісларод выкарыстоўваецца як акісляльнік вуглевадародаў у кислотосодержащих злучэннях, такіх як спірты, кіслоты і т. Д. У медыцыне выкарыстоўваецца пры паніжаным ціску для лячэння хворых з праблемамі з лёгкімі, для падтрымання жыццядзейнасці арганізма. У сельскай гаспадарцы невялікія дозы чыстага кіслароду выкарыстоўваюць для развядзення рыбы ў сажалках, для павелічэння ўдзельнай вагі рагатай жывёлы і т. Д.

Кісларод - магутны акісляльнік, без якога немагчыма існаванне

Вышэй шмат было напісана пра тое, якія кісларод праяўляе ступені акіслення пры уступленні ў рэакцыю з рознымі злучэннямі і элементамі, якія віды злучэнняў кіслароду існуюць, якія віды небяспечныя для жыцця, а якія няма. Адно можа застацца незразумелым - як пры ўсёй сваёй таксічнасці і высокім узроўні акіслення кісларод з'яўляецца адным з элементаў, без якіх немагчымая жыццё на Зямлі? Справа ў тым, што наша планета з'яўляецца вельмі збалансаваным арганізмам, які прыстасаваўся менавіта да тых рэчываў, якія ўтрымліваюцца ў атмасферным пласце. Яна ўдзельнічае ў кругавароце, які выглядае наступным чынам: чалавек і ўсе астатнія жывёлы спажываюць кісларод і выпрацоўваюць вуглякіслы газ, а расліны ў пераважнай большасці спажываюць вуглякіслы газ і выпрацоўваюць кісларод. Усё ў свеце ўзаемазвязана, і страта аднаго звяна гэтага ланцужка можа прывесці да разрыву усяго ланцуга. Варта не забываць пра гэта і берагчы жыццё на планеце цалкам, а не толькі асобных яе прадстаўнікоў.