Кислородната формула. Периодична таблица на Менделеев - кислород

Химическият кислороден елемент е във втория период на VI-та основна група на остарялата кратка версия на периодичната таблица. Според новите стандарти за номериране това е 16-та група. Съответното решение е взето от IUPAC през 1988 г. Формулата за кислород като проста субстанция е О2. Нека да разгледаме основните му свойства, ролята му в природата и икономиката. Нека да започнем с характеристиките на цялата група от периодичната система, която се ръководи от кислород. Елементът се различава от свързаните с него халкогени, а водата се различава от водородните съединения на сярата, селен и телур. Обяснение на всички отличителни черти може да се намери само след като се научим за структурата и свойствата на атома.

Халкогените са свързани елементи на кислорода

Подобни атоми на свойствата формират една група в периодичната система. Кислородът води семейството на халкогени, но се различава от тях в редица свойства.

Атомната маса на кислорода - основателят на групата - е 16 а. Халкогените при образуването на съединения с водород и метали проявяват своето обичайно състояние на окисление: -2. Например, във водата (H ₂ O), броят на кислорода на кислорода е -2.

Съставът на типичните водородни съединения на халкогени съответства на общата формула: Н2Р. Когато тези вещества се разтварят, се образуват киселини. Само водородното съединение от кислород-вода има специални свойства. Според учените тази необичайна субстанция е много слаба киселина и много слаба основа.

Сярата, селенът и телурът имат типични положителни оксидационни състояния (+4, +6) в съединения с кислород и други неметали с висока електронегодност (ЕО). Съставът на халкогенните оксиди отразява общите формули: RO ₂ , RO ₃ . Съответните киселини имат състава: H ₂ RO ₃ , H ₂ RO ₄ .

Елементите съответстват на прости вещества: кислород, сяра, селен, телур и полоний. Първите три представители показват неметални свойства. Кислородната формула е О2. Алотропната модификация на същия елемент е озон (О ₃₎ . И двете модификации са газове. Сярата и селенът са твърди неметали. Телур е металоидно вещество, проводник на електрически ток, полониумът е метал.

Кислородът е най-разпространеният елемент

Общото съдържание на елементарни атоми в земната кора е приблизително 47% (спрямо теглото). Кислородът се намира както в свободна форма, така и в състава на множество съединения. Простата субстанция, чиято формула е О2, се съдържа в атмосферата, възлизаща на 21% въздух (обемно). Молекулярният кислород се разтваря във вода, разположена между частиците на почвата.

Вече знаем, че съществува друг вид съществуване на един и същ химически елемент под формата на проста субстанция. Този озон е газ, образуващ на височина около 30 километра от повърхността на Земята слой, често наричан озонов екран. Свързаният кислород навлиза във водните молекули, в много скали и минерали, органични съединения.

Структурата на кислородния атом

Периодичната таблица на Менделеев съдържа пълна информация за кислорода:

1. Серийният номер на елемента е 8.
2. Основната такса е +8.
3. Общият брой на електроните е 8.
4. Електронната кислородна формула е 1s ² 2s ² 2p ⁴ .

В природата съществуват три стабилни изотопа, които имат едно и също редовно число в периодичната таблица, един и същ състав на протони и електрони, но различен брой неутрони. Изотопите се означават със същия символ, О. За сравнение, дайте диаграма, отразяваща състава на трите изотопа на кислорода:

Свойства на кислорода - химически елемент

На 2p-subvelope на атома, има два несдвоени електрони, което обяснява появата на окислителни състояния -2 и +2. Два сдвоени електрона не могат да бъдат изключени, така че степента на окисление се увеличава до +4, както в сярата и другите халкогени. Причината е липсата на свободно подслон. Следователно, в химичните съединения химическият елемент кислород не показва степен на валентност и окисление, равна на номера на групата в кратката версия на периодичната система (6). Обичайният оксидативен номер е -2.

Само при съединения с флуор, кислородът показва не-характерно положително състояние на окисление +2. Стойността на ЕО на два силни неметала е различна: EO (O) = 3.5; EO (F) = 4. Като по-електронегативен химически елемент, флуорът запазва повече електроните си и привлича частици на валентност на външното енергийно ниво на кислородния атом. Ето защо, при реакцията с флуор, кислородът е редуциращ агент, той отделя електрони.

Кислородът е просто вещество

Английският изследовател D. Priestley през 1774 г., по време на експериментите, изолира газ при разграждането на живачен оксид. Две години по-рано същата субстанция се получава в чист вид от К. Шеле. Само няколко години по-късно френският химик А. Лавоазие установил, че е част от въздуха за газ, учи свойства. Химическата формула на кислорода е 02. Отразяваме в рекорда на състава на материята електроните, участващи в образуването на неполярна ковалентна връзка - О :: О. Заменяме всяка свързваща електронна двойка с една линия: 0 = 0. Тази кислородна формула ясно показва, че атомите в молекулата са свързани между две общи двойки електрони.

Изчисляваме относителната молекулна маса на кислорода: Mr (O2) = Ar (O) x2 = 16x2 = 32. За сравнение: Mr (air) На един кислороден атом. Следователно, г-н (О ₃ ) = Ar (O) x 3 = 48. Озонът е 1,5 пъти по-тежък от кислорода.

Физични свойства

Кислородът е газ без цвят, вкус и мирис (при обикновена температура и атмосферно налягане). Веществото е малко по-тежко от въздуха; Разтваря се във вода, но в малки количества. Точката на топене на кислорода е отрицателна и е -218.3 ° С. Точката, в която течният кислород отново се превръща в газообразна, е неговата точка на кипене. За молекулите на 02 _, стойността на това физическо количество достига -182,96 ° С. В течно и твърдо състояние кислородът придобива светлосин цвят.

Получаване на кислород в лабораторията

Когато съдържащите кислород вещества като калиев перманганат се затоплят, се отделя безцветен газ, който може да се събере в колба или епруветка. Ако донесете в чист кислород осветени лъчи, то те изгарят по-ярко, отколкото във въздуха. Две други лабораторни методи за получаване на кислород - разграждането на водороден прекис и калиев хлорат (бертеолетова сол). Нека разгледаме схемата на устройството, което се използва за термично разлагане.

В епруветка или в облодънна колба е необходимо да се излива малко количество сол с битер-лет, за да се затвори с тапа с изпускателна тръба за газ. Неговият противоположен край трябва да бъде насочен (под вода) в обърнатата надолу колба. Вратът трябва да бъде спуснат в широка чаша или кристализатор, напълнен с вода. Когато епруветката с Bertolet солта се нагрява, кислородът се освобождава. На газовата тръба той влиза в колбата, като измества вода от нея. Когато колбата се напълни с газ, тя се затваря със запушалка под водата и се преобръща. Полученият в този лабораторен експеримент кислород може да бъде използван за изследване на химичните свойства на простата субстанция.

изгаряне

Ако лабораторията изгаря вещества в кислород, тогава трябва да знаете и да спазвате правилата за пожар. Водородът моментално се изгаря във въздуха и се смесва с кислород в съотношение 2: 1, което е взривоопасно. Изгарянето на вещества в чист кислород става много по-интензивно, отколкото във въздуха. Това явление се обяснява със състава на въздуха. Кислородът в атмосферата е малко повече от 1/5 част (21%). Изгарянето е реакцията на веществата с кислород, в резултат на което се образуват различни продукти, главно окиси на метали и неметала. Пожарните смеси O2 с горими вещества в допълнение, получените съединения могат да бъдат токсични.

Изгарянето на конвенционална свещ (или мач) е придружено от образуването на въглероден диоксид. Следният опит може да се проведе у дома. Ако изгорите вещество под стъклен буркан или голяма чаша, изгарянето ще спре веднага, след като се погълне целия кислород. Азотът не поддържа дишането и изгарянето. Въглеродният диоксид, продукт на окисляване, вече не реагира с кислород. Прозрачната варовикова вода може да открие наличието на въглероден диоксид след изгарянето на свещта. Ако преминете продуктите от горенето чрез калциев хидроксид, разтворът се замъглява. Има химическа реакция между варовиковата вода и въглеродния диоксид, което води до неразтворим калциев карбонат.

Производство на кислород в промишлен мащаб

Най-евтиният процес, в резултат на който се получават свободни от въздух 02 молекули, не е свързан с химични реакции. В индустрията, да речем, в металургичните заводи, въздухът при ниска температура и високо налягане се втечнява. Такива важни компоненти на атмосферата, като азот и кислород, кипят при различни температури. Отделете въздушната смес с постепенно нагряване до нормална температура. Първо, азотните молекули са разделени, а след това кислород. Методът на разделяне се основава на различни физични свойства на простите вещества. Формулата за простата материя на кислорода е същата като преди охлаждането и втечняването на въздуха, О2.

В резултат на някои електролизни реакции се отделя и кислород, който се събира над съответния електрод. Газът се нуждае от промишлени строителни фирми в големи количества. Необходимостта от кислород непрекъснато расте, особено в химическата промишленост. Полученият газ се съхранява за промишлени и медицински цели в стоманени цилиндри, оборудвани с маркировка. Капацитетите с кислород са боядисани в синьо или синьо, за да се различават от другите втечнени газове - азот, метан, амоняк.

Химически изчисления чрез формула и реакционни уравнения, включващи 02 молекули

Цифровата стойност на моларната маса на кислорода съвпада с друга стойност - относителната молекулна маса. Само в първия случай има мерни единици. Накратко, формулата за веществото на кислорода и неговата моларна маса трябва да бъдат написани, както следва: M (O ₂ ) = 32 g / mol. При нормални условия се молим за газ, който съответства на обем от 22,4 литра. Следователно, 1 мол 02 е 22,4 литра вещество, 2 мола 02 - 44,8 литра. Чрез уравнението на реакцията между кислород и водород, може да се види, че 2 мола водород и 1 мол кислород взаимодействат:

Ако в реакцията участва 1 мол водород, обемът на кислорода ще бъде 0,5 мола • 22,4 л / мол = 11,2 л.

Ролята на 02 молекули в природата и човешкия живот

Кислородът се консумира от живи организми на Земята и участва в движението на вещества над 3 милиарда години. Това е основното вещество за дишане и метаболизъм, подпомага разграждането на молекулите на хранителните вещества, синтезира енергията, необходима за организмите. Кислородът постоянно се консумира на Земята, но запасите му се допълват благодарение на фотосинтезата. Руският учен К. Тимирязев вярва, че благодарение на този процес все още има живот на нашата планета.

Ролята на кислорода в природата и икономиката е голяма:

• Абсорбира в процеса на дишане от живи организми;
• Участва в реакциите на фотосинтезата в растенията;
• Е част от органичните молекули;
• Процесите на гниене, ферментация, ръжда протичат с участието на кислород, който действа като окислител;
• Използва се за получаване на ценни продукти от органичен синтез.

Втечненият кислород в цилиндрите се използва за рязане и заваряване на метали при високи температури. Тези процеси се извършват в машиностроителни, транспортни и строителни предприятия. За да извършват работа под вода, под земята, на висока надморска височина в безвъздушно пространство, хората също се нуждаят от О2 молекули. Кислородните възглавнички се използват в медицината за обогатяване на въздушния състав, вдишван от болни хора. Газът за медицински цели се различава от практически практически при отсъствие на чужди примеси, миризми.

Кислородът е идеален окислител

Известни са кислородни съединения с всички химически елементи на периодичната таблица, с изключение на първите представители на семейството на благородни газове. Много вещества реагират директно с атоми на О, без халогени, злато и платина. От голямо значение са явленията, включващи кислород, които се съпровождат от отделянето на светлина и топлина. Такива процеси се използват широко в ежедневния живот, промишлеността. В металургията взаимодействието на рудите с кислорода се нарича печене. Предварително натрошената руда се смесва с въздух, обогатен с кислород. При високи температури металите се редуцират от сулфиди до прости вещества. Така получавате желязо и някои цветни метали. Наличието на чист кислород увеличава скоростта на технологичните процеси в различни отрасли на химията, инженерството и металургията.

Появата на евтин метод за получаване на кислород от въздуха чрез метода на разделяне на компоненти при ниска температура стимулира развитието на много направления на промишленото производство. Химиците считат, че 02 молекули и О-атоми са идеални окислители. Това са естествени материали, те непрекъснато се подновяват в природата, не замърсяват околната среда. В допълнение, химичните реакции, включващи кислород, най-често водят до синтез на друг естествен и безопасен продукт - водата. Ролята на О ₂ при неутрализирането на токсични промишлени отпадъци, пречистването на водата от замърсяване е голямо. В допълнение към кислорода, нейната алотропна модификация - озон - се използва за дезинфекция. Това просто вещество има висока оксидативна активност. При озониране на водата, замърсителите се разлагат. Озонът също има вредно въздействие върху патогенната микрофлора.