Кислород и его свойства

Кислород (O₂) — двухатомный газ без цвета, запаха и вкуса. В нормальных условиях он является газом, при температуре −182,96 °C переходит в жидкость голубого цвета, а при −218,79 °C — в твердое состояние. Плотность кислорода при 0 °C составляет 1,429 г/л, температура кипения −182,96 °C, температура плавления −218,79 °C. Кислород плохо растворим в воде (около 3 мл на 100 мл воды при 0 °C), растворимость увеличивается с понижением температуры. Газ проявляет диамагнитные свойства, что объясняется присутствием неспаренных электронов в молекуле O₂.

Химические свойства кислорода

Кислород — сильный окислитель, способный вступать в реакции с большинством элементов и соединений. Основные типы реакций включают:

  • Горение и окисление: кислород активно реагирует с металлами и неметаллами, образуя оксиды. Например, взаимодействие магния с кислородом сопровождается ярким свечением и образованием MgO: 2Mg + O2 → 2MgO

  • Реакции с неметаллами: кислород окисляет водород, серу, углерод и галогены, формируя соответствующие оксиды. C + O2 → CO2 S + O2 → SO2

  • Образование озона: при разложении кислорода под действием электрического разряда или ультрафиолетового излучения образуется озон (O₃): 3O2 → 2O3 Озон является более сильным окислителем, чем молекулярный кислород.

Соединения кислорода

Оксиды делятся на кислотные, основные и амфотерные:

  • Кислотные оксиды образуются с неметаллами, растворяясь в воде с образованием кислот: SO3 + H2O → H2SO4 CO2 + H2O → H2CO3

  • Основные оксиды характерны для металлов, растворяются в кислотах с образованием солей: Na2O + 2HCl → 2NaCl + H2O

  • Амфотерные оксиды проявляют свойства как кислот, так и оснований: Al2O3 + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2O Al2O3 + 2NaOH + 3H2O → 2Na[Al(OH)4]

Перекиси — соединения, в которых кислород проявляет степень окисления −1, например, водородная перекись H₂O₂. Она обладает сильными окислительными и восстановительными свойствами, разлагается с выделением кислорода:

2H2O2 → 2H2O + O2

Кислотные кислородсодержащие соединения (например, серная H₂SO₄, азотная HNO₃ и фосфорная H₃PO₄ кислоты) образуются при растворении соответствующих кислотных оксидов в воде. Они проявляют сильные окислительные свойства (HNO₃) или кислотность и способность образовывать соли (H₂SO₄, H₃PO₄).

Получение кислорода

  • Физические методы: сжижение воздуха и фракционная дистилляция; кислород выделяется в чистом виде при охлаждении и последующем разделении компонентов воздуха.
  • Химические методы: разложение оксидов, пероксидов или кислородсодержащих соединений: 2KClO3 → 2KCl + 3O2 (с катализатором MnO₂) $H_2O_2 → H_2O + \frac{1}{2}O_2$

Применение кислорода

  • В металлургии для получения стали и сплавов через процессы окисления примесей.
  • В химической промышленности как окислитель при синтезе кислот, перекисей, органических соединений.
  • В медицине для дыхательной терапии и хирургии.
  • В ракетной технике в качестве окислителя для жидкого топлива.
  • В водоочистке и обеззараживании воды через окислительные реакции и образование озона.

Биологическое значение

Кислород является жизненно необходимым элементом для аэробных организмов, участвующих в дыхательных процессах и энергетическом обмене, обеспечивая образование АТФ в митохондриях. Недостаток кислорода вызывает гипоксию, что нарушает метаболические процессы в клетках.

Оглавление