§ 10. Подгруппа кислорода

Общая характеристика элементов.

Главную подгруппу шестой группы составляют кислород, сера, селен, теллур и полоний. Все эти элементы имеют электронные конфигурации внешнего валентного слоя типа ( соответственно у кислорода, серы, селена и теллура), что обусловливает прежде всего окислительные свойства этих элементов, хотя при переходе от кислорода к теллуру и полонию окислительная способность элементов резко ослабляется.

Наибольшей окислительной способностью обладают кислород и сера, которые в виде простых веществ являются типичными неметаллами. Селен и теллур занимают промежуточное положение между неметаллами и металлами, а полоний проявляет типично металлические свойства.

Для всех элементов подгруппы кислорода характерно проявление в соединениях степени окисления, равной 2-. Все элементы этой подгруппы, за исключением кислорода, способны также давать соединения, где степень их окисления равна или это связано с существованием свободной -орбитали на внешней оболочке.

Кислород во всех своих соединениях (кроме соединений с фтором, где степень его окисления и пероксидных соединений со степенью окисления 1-), имеет степень окисления 2-.

Кислород

Кислород в природе

Имеет три устойчивых изотопа 160, 170 и 180. В свободном состоянии находится в виде двух аллотропных модификаций — кислород и озон .

Аллотропия — способность химического элемента существовать в виде двух или нескольких простых веществ, отличающихся лишь числом атомов в молекуле либо строением.

Кислород относят к первой категории аллотропных элементов. Кислород в нормальных условиях — газ без цвета и запаха, озон — газ с характерным резким, но приятным запахом.

Вместе с азотом и незначительным количеством других газов свободный кислород образует атмосферу Земли (23,15% по массе, или 20,95% по объему).

Получение.

В промышленности кислород получают: 1) фракционной перегонкой жидкого воздуха (азот, обладающий более низкой температурой кипения, испаряется, а жидкий кислород остается); 2) электролизом воды.

В лабораторных условиях кислород получают разложением ряда солей, оксидов и пероксидов:

Особенно легко кислород выделяется в результате последней реакции, поскольку в пероксиде водорода не двойная; а одинарная связь между атомами кислорода

В частности, пероксиды щелочных металлов используют на космических станциях для обеспечения космонавтов кислородом за счет его регенерации из выдыхаемого

Химические свойства.

Кислород образует соединения со всеми элементами, кроме некоторых благородных газов (гелия, неона, аргона). Так, с большинством металлов кислород реагирует уже при комнатной температуре, например:

С неметаллами кислород реагирует, как правило, при нагревании. Так, с фосфором кислород активно реагирует при температуре

с серой — при температуре около

с углеродом (в виде графита) — при

Взаимодействие кислорода с азотом начинается лишь при 1200 °С или в электрическом разряде:

О реакции кислорода с водородом читайте в § 9.

Кислород реагирует и со многими сложными соединениями, например с оксидами азота (II) он реагирует уже при комнатной температуре:

Сероводород, реагируя с кислородом при нагревании, дает серу:

или оксид серы (IV)

в зависимости от соотношения между кислородом и сероводородом.

В приведенных реакциях кислород является окислителем. В большинстве реакций окисления с участием кислорода выделяется тепло и свет — такие процессы называются горением.

Еще более сильным окислителем, чем кислород , является озон (аллотропическая модификация кислорода). Он образуется в атмосфере при грозовых разрядах, чем объясняется специфический запах свежести после грозы.

В лабораториях озон получают пропусканием разряда через кислород (реакция эндотермическая):

При взаимодействии озона с раствором иодида калия выделяется иод, тогда как с кислородом эта реакция не идет:

Реакция часто используется как качественная для обнаружения ионов Г или озона. Для этого в раствор добавляют крахмал, который дает характерный синий комплекс с выделившимся иодом. Реакция качественная еще и потому, что озон не окисляет ионы .