Химические свойства

Молекула О2 устойчива, энергия связи в устойчивой молекуле О2 довольно велика 494 кДж/моль. Однако кислород обладает высокой химической активностью, особенно при нагревании (200 – 4000С) и в присутствии катализатора. Реакции с участием кислорода, как правило, экзотермичны и во многих случаях протекают в режиме горения – самоподдерживающегося процесса, сопровождающегося выделением теплоты и света в форме пламени. Он взаимодействует непосредственно со всеми простыми веществами, кроме галогенов, благородных металлов Ag, Au, Pt и благородных газов, образуя оксиды. Наиболее активные металлы (K, Rb, Cs) образуют с ним надпероксиды ЭО2, а Na пероксид Na2O2. Кислород окисляется только при взаимодействии с фтором.

4Р + 5О2 = Р4О10; С + О2 = СО2; S + O2 = SO2; O2 + 2Mg = 2MgO;

O2 + 2Ca = 2CaO; 4Li + O2 = 2Li2O; O2 + 2Na = Na2O2; K + O2= KO2;

В некоторых случаях скорость взаимодействия так велика (цепные реакции), что происходит взрыв. Например, со взрывом реагируют смеси кислорода с водородом, метаном, оксидом углерода (II):

2 + О2 = 2Н2О + Q; CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + Q; CO + 0,5O2 = CO2 + Q.

Взрывоопасны смеси воздуха с угольной пылью, с мукой и другими горючими взрывоопасными веществами.

В земных условиях именно взаимодействие с атмосферным кислородом того или иного вещества определяет возможность его существования, использования, хранения. Так, например, триметилалюминий {Al(CH3)3} самовозгорается на воздухе и его существование в контакте с воздухом невозможно; углеводороды не самовозгораются, но горят на воздухе и могут быть использованы как источник энергии; серебро изолото не реагируют с кислородом и поэтому встречаются в самородном состоянии, но многие металлы (щелочные, щелочноземельные, лантаноиды) быстро окисляются и могут храниться только без доступа воздуха.

ОЗОН(Озон открыл в 1840 году Х. Шёнбейн)

Озон (О3) – газ синего цвета, в жидком состоянии тёмносиний, в твёрдом сине-фиолетовый. По своим свойствам сильно отличается от молекулярного кислорода. Поскольку молекула О3 обладает большей полярностью и поляризуемостью, озон имеет более высокую температуру кипения (-111,90С), чем кислород. Этим же объясняется большая интенсивность окраски озона и лучшая его растворимость в воде.

Молекула озона (О3) имеет уголковую конфигурацию:

О 0,128 нм

О116,50О

Длина связи в молекуле ближе к длине двойной связи О = О (0,121 нм), чем к одинарной О – О (0,149 нм), что свидетельствует о неравноценности атомов и позволяет приписать центральному атому степень окисления +4. Озон термодинамически неустойчив: 2О3 = 3О2 ∆G0298 = - 325 кДж/моль.

В природе он образуется при грозовых разрядах и за счёт фотохимических реакций, идущих под действием ультрафиолетового излучения Солнца. Образование озона в атмосфере происходит в результате реакций: О2→ О + О, О + О2 → О3. Поэтому в верхних слоях атмосферы существует область с повышенным содержанием озона – озоновый слой, который имеет исключительно важное экологическое значение: озоновый слой задерживает наиболее губительную для живых организмов и растений часть УФ радиации Солнца с длиной волны 300 нм, наряду с СО2 озон поглощает ИК излучение Земли, препятствует её охлаждению.

В лабораториях получают озон действием тихого электрического разряда на сухой кислород.

О3 – сильнейший окислитель, в реакциях с его участием обычно образуется О2, например:

2Ag + O3 = Ag2O + O2; PbS + 4O3 = PbSO4 + 4O2;

Для количественного определения озона используют реакцию: 2KI + O3 + H2O = I2 + 2KOH + O2.

Сродство к электрону у озона около 180 кДж/моль, поэтому он может переходить в озонид-ион О3. В частности, при действии озона на щелочные металлы образуются озониды: К + О3 = КО3. Озониды это соединения, состоящие из положительных ионов-металлов и отрицательных ионов О3.

Как сильный окислитель озон используется для очистки питьевой воды, для дезинфекции воздуха, в различных синтезах (получение камфоры, ванилина и др. веществ).

Пероксид водорода

Поскольку связь в молекуле О2 кратная, возможно существование соединений, в которых одна из связей О – О сохраняется. Эта так называемая пероксидная группировка существует в пероксиде водорода Н2О2, пероксиде натрия Na2O2 и целом ряде других соединений. Присоединяя два электрона молекула О2 превращается в пероксид-ион О22-, в котором атомы связаны одной двухэлектронной связью.

Наибольшее практическое значение имеет пероксид водорода. Строение молекулы этого соединения показано ниже на схеме:

Н 0,148 нм

О ──────О 0,095 нм

Н

 

Энергия связи О – О (210 кДж/моль) почти в два раза меньше энергии связи О – Н (468 кДж/моль).

Из-за несимметричного распределения связей Н – О молекула Н2О2 сильно полярна. Между молекулами пероксида возникает довольно прочная водородная связь, приводящая к их ассоциации. Поэтому в обычных условиях пероксид водорода – сиропообразная жидкость (ρ = 1,44 г/мл) с довольно высокой температурой кипения (Тпл = 0,410С; Ткип = 150,20С). Она имеет бледно-голубую окраску. С водой смешивается в любых отношениях благодаря возникновению новых водородных связей. В лабораториях пользуются обычно 3% и 30% растворами пероксида (последний называют пергидролем).

В водных растворах Н2О2 – слабая кислота: Н2О2 + Н2О = Н3О + + НО2 (рК=11,62).

Чаще всего протекают реакции, в которых в пероксиде водорода рвётся связь О – О. В этом случае пероксид проявляет свойства окислителя:

2KI + H2O2 + H2SO4 = I2 + K2SO4 + 2H2O;

H2O2 + FeSO4 + H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 2H2O;

4 H2O2 + PbS = PbSO4 + 4H2O.

При взаимодействии с очень сильными окислителями пероксид проявляет свойства восстановителя:

5 H2O2 + 3H2SO4 + 2KMnO4 = 5O2 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O

(данную реакцию используют при химическом анализе для определения содержания Н2О2 в растворе).

Пероксидная группа из двух атомов кислорода – О – О – входит в состав очень многих веществ. Такие вещества называют пероксидными соединениями. К ним относятся пероксиды металлов (Na2O2, BaO2 и др.), которые можно рассматривать как соли пероксида водорода. Кислоты, содержащие пероксидную группу, называют пероксокислотами (или надкислотами), их примерами являются пероксомонофосфорная и пероксодисерная кислоты:

 

О – ОН O O

О = Р – ОН НО – S – O – O – S – OH

ОН O O

Все пероксидные соединения являются окислителями (часто более сильными, чем Н2О2). При небольшом нагревании они разлагаются с выделением кислорода.

Пероксид водорода используют, главным образом, в качестве окислителя при отбеливании тканей, дезинфекции, как антисептик.

 


<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
ЭЛЕМЕНТЫ VI A ГРУППЫ | Сера и её соединения




Дата добавления: 2019-10-16; просмотров: 57; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию, введите в поисковое поле ключевые слова и изучайте нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам понравился данный ресурс вы можете рассказать о нем друзьям. Сделать это можно через соц. кнопки выше.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2020 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.006 сек.