КИСЛОРОД

При нормальных условиях кислород представляет собой бесцветный газ, не имеющий запаха, который состоит из двухатомных молекул. Кислород имеет несколько большую плотность, чем воздух, и плохо растворим в воде.

Для получения кислорода в лабораторных условиях используется несколько методов:

1) Каталитическое разложение пероксида водорода:

В качестве катализатора для проведения этой реакции обычно используется оксид марганца (IV).

2) Термическое разложение богатых кислородом соединений, например калия, нитрата калия, калия либо тетраоксида трисвинца :

3) Действие пероксида натрия на воду:

4) Электролиз водных растворов кислот и щелочей:

Выделение кислорода происходит на аноде.

Кислород имеет высокую электроотрицательность (3,5 по шкале электроотрицательностей) и является сильным окислителем. Он соединяется со многими элементами, образуя оксиды. Реакции образования оксидов очень экзотермичны, и это во многих случаях может приводить к возгоранию соединяющегося с кислородом элемента либо образующегося соединения.

Озон (трехатомный кислород)

Озон - это один из аллотропов кислорода. Это голубой газ, обладающий небольшой растворимостью в воде. При низких концентрациях он нетоксичен, но при концентрациях, превышающих 100 миллионных долей, становится токсичным.

Озон состоит из трехатомных молекул, электронное строение которых можно рассматривать как резонансный гибрид двух нелинейных структур:

В верхних слоях земной атмосферы озон образуется из кислорода под действием ультрафиолетового солнечного излучения:

В лабораторных условиях озон можно получить, пропуская кислород сквозь тихий электрический разряд.

Озон - эндотермичное и очень неустойчивое соединение. При высоких концентрациях он взрывоопасен.

Озон является более сильным окислителем, чем кислород, как это видно по электродным потенциалам следующих реакций:

Он окисляет сульфид до сульфата и в подкисленных растворах ионы и иодид-ионы - до ионов и иода соответственно:

Озон реагирует также с алкенами, расщепляя их двойные связи в процессе озонолиза. При этом образуются органические соединения, которые называются озонидами.

Распространенность в природе и применения кислорода

На долю кислорода приходится приблизительно половина всей массы земной коры, а также 89% массы мирового океана. В земной атмосфере на долю кислорода приходится 23% массы, или 21% объема. Такая концентрация кислорода в атмосфере поддерживается постоянной благодаря процессу фотосинтеза. В этом процессе зеленые растения под действием солнечного света превращают диоксид углерода и воду в углеводы и кислород.

Кислород и его соединения незаменимы для поддержания жизни. Они играют важнейшую роль в процессах обмена веществ и дыхания. Дыхание — это процесс, посредством которого животные вырабатывают энергию, необходимую им для поддержания жизни. Кислород необходим также для сжигания всевозможных горючих и топливных материалов - газообразных (таких, как метан), жидких (таких, как нефть) и твердых (таких, как уголь).

Для получения кислорода в промышленных условиях сжимают воздух, а затем подвергают его фракционной перегонке. Ежегодно во всем мире получают свыше 80 млн. т кислорода. Большая его часть расходуется в металлургической промышленности для получения стали из чугуна и металлолома (см. предыдущую главу). Кислород используют для сварки и резки металлов. Его широко применяют в химической промышленности для получения самых разнообразных соединений. В космической технике кислород используется для сжигания водорода и других видов горючего, в авиации - при полетах на больших высотах, в хирургии для дезинфекции, в медицинской практике для поддержания жизни больных с затрудненным дыханием.