Kyslík: chemické vlastnosti prvku

Jedním z nejdůležitějších prvků naší planety je kyslík. Chemické vlastnosti této látky umožňují účastnit se biologických procesů a zvýšená aktivita činí kyslík významným účastníkem všech známých chemických reakcí. Ve volném stavu je tato látka přítomna v atmosféře. Vázaný stav obsahuje kyslík v složení minerálů, hornin, komplexních látek, které tvoří různé živé organismy. Celkové množství kyslíku na Zemi se odhaduje na 47% celkové hmotnosti naší planety.

Označení kyslíkem

V periodickém systému kyslík zaujímá osmou buňku této tabulky. Jeho mezinárodní název je oxigenium. V chemických knihách je označen latinským písmenem "O". V přírodním prostředí nedochází k atomovému kyslíku, jeho částice se spojují za vzniku dvojice molekul plynu, jejichž molekulová hmotnost je 32 g / mol.

Vzduch a kyslík

Vzduch je směs několika plynů běžných na Zemi. Nejvíce ve vzduchu je dusík - 78,2% objemových a 75,5% hmotnostních. Kyslík zaujímá pouze druhé místo, pokud jde o objem - 20,9% a hmotnost - 23,2%. Třetí místo je přiděleno vzácným plynům. Zbývající nečistoty - oxid uhličitý, vodní pára, prach a tak dále - zabírají jen zlomek procenta z celkové hmotnosti vzduchu.

Celková hmotnost přírodního kyslíku je směs tří izotopů - ¹⁶ O, ¹⁷ O, ¹⁸ O. Procento těchto izotopů v celkové hmotnosti kyslíku je 99,76%, 0,04% a 0,2%.

Fyzikální a chemické vlastnosti kyslíku

Jeden litr vzduchu za běžných podmínek váží 1,293 g. Když teplota klesne na -140 ° C, vzduch se stává bezbarvou průhlednou tekutinou. I přes nízkou teplotu varu může být vzduch udržován v kapalném stavu i při pokojové teplotě. K tomu musí být tekutina umístěna do tzv Dewarská loď. Ponoření do kapalného kyslíku zásadně mění obvyklé vlastnosti objektů. Ethylalkohol a mnoho plynů se stává tvrdými předměty, rtuť získává tvrdost a tvárnost a gumová koule ztrácí svou pružnost a rozpadá se při nejmenším nárazu.

Kyslík je rozpustný ve vodě, i když v malém množství - mořská voda obsahuje 3-5% kyslíku. Ale i takové malé množství tohoto plynu znamenalo začátek existence ryb, měkkýšů a různých mořských organismů, které dostávají kyslík z vody, aby podpořily své vlastní procesy na podporu života.

Struktura atomu kyslíku

Popsané vlastnosti kyslíku jsou primárně způsobeny vnitřní strukturou tohoto prvku.

Kyslík patří do hlavní podskupiny šesté skupiny prvků periodického systému. Ve vnějším elektronovém oblaku prvku je šest elektronů, z nichž čtyři zaujímají p-orbitály a zbývající dva jsou umístěny na s-orbitals. Tato vnitřní struktura způsobuje velké náklady na energii, zaměřené na rozbití elektronických vazeb - je snazší atomu kyslíku vypůjčit dva chybějící elektrony na vnější orbitální, než aby se vzdali svých šesti. Proto je kovalentnost kyslíku ve většině případů rovna dvěma. Díky dvěma volným elektronům kyslík snadno vytváří diatomové molekuly, které se vyznačují vysokou pevností vazby. Pouze při aplikované energii vyšší než 498 J / mol se molekuly rozpadají a vytváří se atomový kyslík. Chemické vlastnosti tohoto prvku umožňují reakci se všemi známými látkami, s výjimkou helia, neonu a argonu. Rychlost interakce závisí na reakční teplotě a povaze látky.

Chemické vlastnosti kyslíku

S různými látkami vstupuje do reakce tvorby oxidů kyslík a tyto reakce jsou charakteristické pro kovy a nekovy. Sloučeniny kyslíku s kovy se nazývají zásaditými oxidy - oxidem hořečnatým a oxidem vápenatým jsou klasickým příkladem. Interakce oxidů kovů s vodou vede k tvorbě hydroxidů, což potvrzuje aktivní chemické vlastnosti kyslíku. U nekovů vytváří tato látka kyselé oxidy - například oxid sírový SO _3. Když tento prvek reaguje s vodou, ukazuje se kyselina sírová.

Chemická aktivita

S velkou většinou prvků kyslík interaguje přímo. Výjimkou jsou zlato, halogeny a platina. Interakce kyslíku s určitými látkami se významně zrychluje za přítomnosti katalyzátorů. Například směs vodíku a kyslíku v přítomnosti platiny reaguje i při pokojové teplotě. Při ohlušujícím výbuchu se směs změní na obyčejnou vodu, z níž kyslík představuje důležitou součást. Chemické vlastnosti a vysoká aktivita prvku vysvětlují uvolnění velkého množství světla a tepla, takže chemické reakce s kyslíkem se často nazývají hoření.

Spalování v čistém kyslíku probíhá mnohem intenzivněji než ve vzduchu, ačkoli množství tepla uvolněné během reakce bude přibližně stejné, avšak kvůli nepřítomnosti dusíku probíhá proces mnohem rychleji a teplota spalování se zvyšuje.

Výroba kyslíku

V 1774, anglický vědec D. Kněz uvolnil neznámý plyn z rozkladové reakce oxidu rtuťnatého. Ale vědec nespojoval uvolněný plyn s již známou substancí složení vzduchu. Pouze o několik let později studoval Lavoisier fyzikálně-chemické vlastnosti kyslíku získaného při této reakci a dokázal svou identitu s plynem, který vytváří vzduch. V moderním světě se získává kyslík ze vzduchu. V laboratořích používám průmyslový kyslík, který je zásobován válci pod tlakem asi 15 MPa. Čistý kyslík lze také získat za laboratorních podmínek, standardní metodou jeho výroby je tepelný rozklad manganistanu draselného, ​​který probíhá podle vzorce:

Produkce ozonu

Pokud se elektřina prochází kyslíkem nebo vzduchem, v atmosféře se objeví charakteristický zápach, který hlásí vzhled nové látky - ozonu. Ozon lze také získat z chemicky čistého kyslíku. Tvorba této látky může být vyjádřena pomocí vzorce:

3O ₂ = 2O ₃

Tato reakce nemůže pokračovat nezávisle - pro její úspěšné dokončení je nutná vnější energie. Avšak zpětná konverze ozonu na kyslík nastává spontánně. Chemické vlastnosti kyslíku a ozonu se velmi liší. Ozón se liší od kyslíku v hustotě, teplotě tání a bodě varu. Za normálních podmínek je tento plyn modrý a má charakteristický zápach. Ozon má vyšší elektrickou vodivost a je ve vodě více rozpustný než kyslík. Chemické vlastnosti ozonu se vysvětlují procesem jeho rozpadu - během rozkladu molekuly této látky vzniká diatomická molekula kyslíku plus jeden volný atom tohoto prvku, který reaguje agresivně s jinými látkami. Například známá reakce interakce ozonu a kyslíku: 6Ag + 03 = 3Ag20

Obvyklý kyslík se však neslučuje se stříbrem ani při vysokých teplotách.

V přírodě je aktivní rozklad ozónu plný formace tzv ozonové otvory které ohrožují životní procesy na naší planetě.