Использование его в технике

Первый типический элемент VI группы – кислород – самый распространённый

элемент на Земле: его содержание составляет почти 50 массовых долей, %. А по

ОЭО кислород стоит на втором месте после фтора и поэтому образует огромное

число соединений с другими элементами периодической системы.

Известно более 1400 минералов, содержащих кислород. Важнейшие

кислородсодержащие минералы – кварц и его модификации, полевые шпаты, слюды,

глины, известняки. Огромное количество кислорода находится в воде как в

химически связанном, так и в растворённом состоянии. В свободном состоянии

кислород находится в атмосфере (около 1015 т). Кислород воздуха расходуется

в процессах горения, гниения, ржавления, дыхания и непрерывно регенерируется

за счёт фотосинтеза. Кроме того, кислород является обязательной составной

составной частью организмов животных и растений. Так, в человеческом теле

содержится до 65 массовых долей, % кислорода.

В технике кислород получают фракционированной перегонкой жидкого воздуха и

электролизом воды (как побочный продукт при получении водорода), а в

лаборатории при термическом распаде оксидов (CrO₃), пероксидов (BaO

₂), солей оксокислот (KNO₃, KCIO₃, KMnO₄

).

Кислород – газ без запаха и цвета. Вследствие плохой деформируемости электронной

оболочки кислород имеет низкие температуры плавления (-118,8ºС) и кипения

(-182,9ºС). Жидкий кислород светло-голубого цвета, а твёрдый – кристаллы

синего цвета. Во всех агрегатных состояниях кислород парамагнитен. Он мало

растворим в воде: в 100 объемах воды при 20ºС растворяется 3 объёма

кислорода. Но эта небольшая растворимость имеет огромное значение для

жизнедеятельности живущих в воде организмов.

Под действием УФ-излучения легко происходит фотолиз молекул кислорода, поэтому

на высоте более 100 км от поверхности земли основной формой существования

кислорода является атомарный. Аллотропной модификацией кислорода является озон

О₃. В химическом строении молекулы озона центральный атом кислорода

подвергается sp ²-гибридизации, а его 2 p _z

-орбиталь с такими же орбиталями крайних атомов кислорода образует π

_р-р –связи вдоль всей молекулы:

О

120˚

О О

Озон – газ синего цвета, молекулы которого диамагнитны. Цвет его обусловлен

большой полярностью и поляризуемостью молекулы О₃ по сравнению с

кислородом.

Озон получается при действии тихого электрического разряда на кислород (до 10

массовых долей, % О₃). В атмосфере озон образуется при грозовых

разрядах и в верхних слоях под действием УФ–излучения. Озон сильно

реакционноспособен. Его окислительные свойства выражены несравненно сильнее,

чем у кислорода.

По химической активности кислород уступает только фтору. С большинством простых

веществ он реагирует непосредственно, за исключением галогенов, благородных

газов, платины и золота. Два неспаренных электрона в невозбужденном состоянии

атома кислорода определяют его двухвалентность. Однако максимальная

ковалентность его равна 4. Атом кислорода может находится в sp–, sp²

–, sp³– гибридном состоянии.

1. O₂ + H₂ → H₂O

2. O₂ + F₂ → O₂F₂

3. O₂ + S → SO₂

4. O₂ + N₂ → 2NO (t>1200˚)

5. 4P + 3O₂ → P₄O₆

6. O₂ + C → CO₂

7. O₂ + 2Mg → 2MgO

Кислород применяется в металлургической и химической промышленности: доменный

процесс, производство азотной и серной кислот. Кроме того, он используется

для подземной газификации углей, газовой сварки и резки металлов. Замена

воздуха кислородом в ряде производств ведет к интенсификации и сокращает

производственный цикл. Смеси жидкого кислорода с горючими материалами (

угольный порошок, опилки, масла и др,) составляют основу мощных взрывчатых

веществ – оксиликвитов, применяющихся при взрывных работах. Кроме того,

жидкий кислород – окислитель для ракетных топлив и хладагент. Наконец,

кислород используется для жизнеобеспечения на подводных лодках и космических

кораблях, а также в медицине.