Химия элементов. кислород.

Содержание

Введение …………………………………………………………………………3
1. Общая характеристика ………………………………………………………4
2. Физические свойства ………………………………………………………...5
3. Химические свойства ………………………………………………………..8
4. Соединения элемента ……………………………………………………....13
Заключение …………………………………………………………………….20
Список литературы ……………………………………………………………21

Химия элементов. кислород.

Продукты взаимодействия кислорода с другими элементами называются окисями, а сам процесс – окислением. К таким процессам относятся, например, горение белого фосфора при температуре 40ºС (2)
4Р + 5О2 → 2Р2О5 (1)
или окисление металлического алюминия
4Al + 3O2 → 2Al2O3 (2)
Некоторые оксиды поглощают кислород:
2ВаО + О2 → 2ВаО2 (3)
Образование анионов О2- энергетически невыгодно, поэтому соединений кислорода, содержащих такой ион, не существует. Даже в кристаллических оксидах наиболее активных химических элементов типа Na2O и CaO эффективный заряд атома кислорода составляет всего 1-.
При химических превращениях кислород может присоединять 2 электрона с образованием пероксид-иона О22-, в котором атомы связаны одной двухэлектронной связью. Производные О22- называют пероксидами. Пероксиды образуют большинство щелочных металлов при взаимодействии с кислородом (3):
2Na + O2 → Na2O2 (4)
Однако наибольшее практическое значение имеет пероксид (перекись) водорода Н2О2 (1).
Скорость окисления зависит не только от температуры, но и от поверхности окисляющегося вещества. Например, окисление металла в виде пыли или порошка будет происходить гораздо быстрее, возможно даже с воспламенением или взрывом, чем окисление такого металла в виде изделия с относительно большими размерами (5).
Большую роль в жизни человека играют окислительные процессы, происходящие с участием кислорода и металлов в присутствии – влаги коррозия. Особенно это относится к изделиям из железа. Под действием воздуха и влаги происходит постепенное разрушение железных конструкций, машин и др. Одним из основных химических процессов, протекающих при ржавлении железа является следующее взаимодействие
2Fe + 2H2O + O2 → 2Fe(OH)2. (5)
С водородом кислород реагирует с образованием воды и выделением большого количества тепла
2Н2 + О2 → 2Н2О + 572 кДж. (6)
При комнатной температуре реакция идет крайне медленно, в присутствии катализаторов сравнительно быстро уже при температуре 80-100ºС. Эту реакцию используют для очистки водорода и инертных газов от примесей кислорода. Выше 550ºС реакция Н2 и О2 сопровождается взрывом.
Из элементов первой группы Периодической системы Д.И. Менделеева кислород наиболее легко реагирует с К, Rb и Cs, которые самовоспламеняются на воздухе. К, Na и Li реагируют медленнее, реакция ускоряется в присутствии паров воды.
С элементами подгруппы IIа кислород реагирует сравнительно легко. Например, Ва способен воспламеняться на воздухе при 20-25ºС, Mg и Be воспламеняются при температуре выше 500ºС. Продуктами реакции в этих случаях являются оксиды и пероксиды.
С элементами подгруппы IIб кислород взаимодействует с большим трудом. Реакция с Zn, Cd и Hg происходит только при очень высоких температурах. На поверхностях Zn и Cd образуются очень прочные пленки их оксидов, предохраняющие металлы от дальнейшего окисления.
Элементы III группы реагируют с кислородом только при нагревании образуя оксиды (2).
Компактные металлы Ti, Zr и Hf устойчивы к действию кислорода.
С углеродом кислород взаимодействует с образованием СО2 и выделением тепла:
С + О2 → СО2 + 394 кДж. (7)
С аморфным углеродом реакция протекает при более высоких температурах, а с алмазом и графитом – при температурах выше 700ºС.
С азотом кислород реагирует лишь при температуре выше 1200ºС с образованием NO
N2 + O2 → NO, (8)
который далее легко окисляется кислородом до NO2 уже при комнатной температуре
2NO + O2 → NO2. (9)
Элементы VI группы S, Se и Te реагируют с кислородом с заметной скоростью при умеренном нагревании. Заметное окисление W и Mo наблюдается при температуре выше 400ºС, Cr – при значительно более высокой температуре.
Кислород энергично окисляет большинство органических соединений (2, 5):
С2Н5ОН + 3О2 → 2СО2 + 3Н2О. (10)
При определенных условиях можно проводить мягкое окисление органических соединений:
СН3СН2ОН + О2 → СН3СООН + Н2О. (11)
Горение жидких топлив и горючего газа происходит в результате реакции кислорода с углеводородами (2):
СН4 + 2О2 → СО2 + 2Н2О. (12)
В определенных условиях, например, при работе электрической машины или искрового генератора, происходит образование озона. Содержание озона в атмосфере воздуха объясняется тем, что в верхних слоях атмосферы молекула О2 расщепляется ультрафиолетовым излучением на атомы, которые образуют с другими молекулами кислорода зон (1, 2):
О2 + О → О3 + 24 ккал. (13)
Молекула О3 частично снова расщепляется светом и вновь образуются при соударениях молекулы О2 с атомом О.
Озон получается также при окислении влажного белого фосфора на воздухе, при разложении богатых кислородом веществ (перманганат, бихромат) концентрированной серной кислотой.
При распаде озона освобождаются значительные количества тепла:
О3 → 1,5О2 + 34,2 ккал. (14)
Поэтому чистый озон легко взрывается. Разбавленный озон при обычных температурах распадается очень медленно. Кроме нагревания, сильно нагревают распад некоторые вещества, например двуокись марганца, окись свинца, натронная известь. Распад ускоряется и при облучении ультрафиолетовым светом.
Озон как правило взаимодействует со многими веществами, с которыми кислород при обычных температурах реагировать не может. При действии озона черный сульфид свинца PbS переходи в белый сульфат PbSO4, белая гидроокись свинца Pb(OH)2 переходи в коричневую двуокись PbO2.
При взаимодействии озона с гидроксидами щелочных металлов образуются озониды, содержащие ион О3-.
В смеси с жидким кислородом взрывоопасны все углеводороды, в том числе масла, CS2. Наиболее опасны малорастворимые горючие примеси, переходящие в жидком кислороде в твердое состояние. К ним относятся ацетилен, пропилен, СS2 (2).
4. Соединения элемента
Известно довольно много органических и неорганических кислородсодержащих химических соединений (2, 5, 6).
Одним из таких соединений является азотная кислота, которая представляет собой сильную неорганическую одноосновную кислоту. Она относится к сильным окислителям, под действием которого большинство металлов превращается в нитраты или оксиды, сера энергично окисляется и превращается в H2SO4, а фосфор – в P2O5. В органическом синтезе азотная кислота применяется в качестве окислителя и нитрующего агента.
Другим сильным окислителем, который также применяется в фармацевтической промышленности, является перманганат калия KMnO4. Он представляет собой твердое кристаллическое вещество темно-фиолетового цвета. Кроме того, данное соединение является хорошим антисептиком.
Перхлорат калия KClO4 также является сильным окислителем. Данное соединение представляет собой твердое вещество, которое применяется в комплексной терапии для профилактики лучевых поражений щитовидной железы.
В качестве вспомогательных веществ при изготовлении различных медицинских препаратов применяется карбонат калия K2CO3.
К сильным окислителям также относится гипохлорит натрия NaClO. Его окислительное действие связано со способностью выделять атомарный кислород. Он разрушает молекулы любых органических соединений, активен в отношении грамположительных и грамотрицательных бактерий, большинства патогенных грибов, простейших и вирусов. Поэтому его применяют в качестве дезинфицирующего, антисептического и противомикробного соединения. Для профилактики инфекций назначают раствор для внутриполостного и наружного применения. Для дезинфекции твердых поверхностей, оборудования для пищевой промышленности гипохлорит натрия производят в виде геля.
Важнейшим из оксидов является оксид водорода – вода. Вода составляет от 50 до 99% массы любого живого существа. Кровь человека содержит более 4/5 воды, мускулы – 35% воды. Кроме того, вода входит практически во все пилюльные массы в качестве пластификатора или растворителя лекарственных веществ.
При повышенной кислотности желудочного сока, язвенной болезни желудка и двенадцати перстной кишки, а также при заболеваниях, сопровождающихся ацидозом (сахарный диабет, инфекции и др.) в форме порошка, таблеток и раствора применяется применяется бикарбонат натрия или питьевая сода NaHCO3.
В качестве препарат, обладающим антацидным (снижающее кислотность желудка) действием применяют смесь карбоната кальция и магния (СаСО3 и MgCO3). Действие препарата основано на том, что химические соединения нейтрализует свободную соляную кислоту в желудке и уменьшают пептическую активность (расщепление белков) желудочного сока.
В настоящее время закись азота широко используется в анестезиологической практике как компонент комбинированной анестезии в сочетании с анальгетиками, мышечными релаксантами и другими анестетиками (эфир, фторотан, энфлюран) в смеси с кислородом (20-50%).
Закись азота N2O, обладая эффективным аналгезирующим свойством и отсутствием токсичности, получила широкое применение в качестве мононаркоза в смеси с кислородом в акушерстве для обезболивания родов, при абортах, экстракции зубов, снятии швов и дренажных трубок, а также в послеоперационном периоде для профилактики травматического шока, для обеспечения седативного эффекта и при других патологических состояниях, сопровождающихся болью, которая не купируется ненаркотическими анальгетиками, за исключением случаев, где есть противопоказания.
Еще одним препаратом современной медицины является нитрат серебра AgNO3. Данное соединение в небольших концентрациях оказывает вяжущее и противовоспалительное действие, в более крепких растворах прижигает ткани. Обладает бактерицидными свойствами.
Ценным вспомогательным компонентом при изготовлении пилюль. в состав которых входят такие вещества, как серебра нитрат и калия перманганат. является гидрат окиси алюминия Al(OH)3.
Натриевая соль фосфорной кислоты Na3PO4 является слабительным средством. Он увеличивает осмотическое давление в просвете кишечника и стимулирует перистальтику. Позывы на дефекацию возникают в течение 3-5 минут после введения. Данные свойства фосфата натрия позволяют применять его при запорах, для подготовки нижних отделов ЖКТ к эндоскопическому рентгенконтрастному исследованию, операциям, родам, очищение кишечника после операций и др.
Такое соединение как борная кислота Н3ВО3 применяется для приготовления различных антибактериальных, противогрибковых и противопаразитарных мазей.