Kisik: kemijske lastnosti elementa

Eden najpomembnejših elementov na našem planetu je kisik. Kemične lastnosti te snovi omogočajo sodelovanje v bioloških procesih, povečana aktivnost pa povzroči, da je kisik pomemben udeleženec v vseh znanih kemijskih reakcijah. V prostem stanju je ta snov prisotna v atmosferi. V vezanem stanju je kisik vključen v sestavo mineralov, kamnin, kompleksnih snovi, ki sestavljajo različne žive organizme. Skupna količina kisika na Zemlji je ocenjena na 47% celotne mase našega planeta.

Oznaka kisika

V periodičnem sistemu kisik zavzema osmo celico te tabele. Njegovo mednarodno ime je oksigenium. V kemijskih zapisih je označena z latinično črko "O". V naravnem okolju ne pride do atomskega kisika, njegovi delci se združijo v par plinskih molekul, katerih molekulska masa je 32 g / mol.

Zrak in kisik

Zrak je mešanica več plinov, ki so skupni na Zemlji. Največ v zračni masi dušika je 78,2% vol. In 75,5% mas. Kisik zavzema le drugo mesto po količini - 20,9% in po teži - 23,2%. Tretje mesto je pripisano plemenitim plinom. Preostale nečistoče - ogljikov dioksid, vodne pare, prah in tako dalje - zavzemajo le del odstotka skupne zračne mase.

Celotna masa naravnega kisika je mešanica treh izotopov - ¹⁶ O, ¹⁷ O, ¹⁸ O. Odstotek teh izotopov v skupni masi kisika je 99,76%, 0,04% oziroma 0,2%.

Fizikalne in kemijske lastnosti kisika

V normalnih pogojih tehta 1,21 g zraka, ko temperatura pade na -140 ° C, postane zrak brezbarvna prosojna tekočina. Kljub nizki temperaturi vrelišča se lahko zrak vzdržuje v tekočem stanju tudi pri sobni temperaturi. Da bi to naredili, je treba tekočino postaviti v tako imenovano Dewarjevo plovilo. Potopitev v tekoči kisik bistveno spremeni običajne lastnosti predmetov. Etilni alkohol in mnogi plini postanejo trdi predmeti, živo srebro pridobi trdoto in prilagodljivost, gumijasta krogla pa izgubi svojo elastičnost in se z najmanjšim udarcem raztrga.

Kisik je topen v vodi, čeprav v majhnih količinah - morska voda vsebuje 3-5% kisika. Toda tudi tako majhna količina tega plina je zaznamovala začetek obstoja rib, školjk in različnih morskih organizmov, ki prejmejo kisik iz vode, da bi podprli svoje lastne procese podpore življenju.

Struktura kisikovega atoma

Opisane lastnosti kisika so predvsem posledica notranje strukture tega elementa.

Kisik spada v glavno podskupino šeste skupine elementov periodičnega sistema. V zunanjem elektronskem oblaku elementa je šest elektronov, od katerih štiri zavzemajo p-orbitale, preostala dva pa se nahajata na s-orbitalih. Ta notranja struktura povzroča velike stroške za energijo, ki je namenjena razbijanju elektronskih vezi - atomu kisika je lažje sposoditi dva manjkajoča elektrona v zunanjo orbito, kot da se odreče šestim. Zato je kovalentnost kisika v večini primerov enaka dvema. Zaradi dveh prostih elektronov kisik zlahka tvori diatomske molekule, za katere je značilna visoka vezna moč. Le pri uporabljeni energiji več kot 498 J / mol se molekule razgradijo in nastane atomski kisik. Kemične lastnosti tega elementa omogočajo, da reagira z vsemi znanimi snovmi, razen helija, neona in argona. Hitrost interakcije je odvisna od reakcijske temperature in narave snovi.

Kemijske lastnosti kisika

Z različnimi snovmi kisik vstopa v reakcijo nastajanja oksidov, ki so značilne za kovine in ne-kovine. Spojine kisika s kovinami se imenujejo bazični oksidi - magnezijev oksid in kalcijev oksid sta klasičen primer. Interakcija kovinskih oksidov z vodo vodi do tvorbe hidroksidov, ki potrjujejo aktivne kemijske lastnosti kisika. Pri nekovinah ta snov tvori kisle okside - npr. Žveplov trioksid SO _3. Ko ta element medsebojno deluje z vodo, se izkaže, da žveplove kisline.

Kemična aktivnost

Z veliko večino elementov kisik neposredno sodeluje. Izjeme so zlato, halogeni in platina. Interakcija kisika z določenimi snovmi se v prisotnosti katalizatorjev znatno pospeši. Na primer, mešanica vodika in kisika v prisotnosti platine reagira tudi pri sobni temperaturi. Z ognjevito eksplozijo se mešanica spremeni v navadno vodo, pri čemer je pomemben del kisika. Kemične lastnosti in visoka aktivnost elementa pojasnjujeta sproščanje velike količine svetlobe in toplote, zato se kemijske reakcije s kisikom pogosto imenujejo gorenje.

Izgorevanje čistega kisika se dogaja veliko bolj intenzivno kot v zraku, čeprav bo količina toplote, ki se sprosti med reakcijo, približno enaka, vendar pa zaradi odsotnosti dušika postopek poteka veliko hitreje in temperatura zgorevanja postane višja.

Proizvodnja kisika

Leta 1774 je angleški znanstvenik D. Priestly je izpustil neznani plin iz reakcije razgradnje živega srebrovega oksida. Toda znanstvenik ni sproščenega plina povezal z že znano snovjo sestavo zraka. Le nekaj let kasneje je veliki Lavoisier proučil fizikalno-kemijske lastnosti kisika, ki ga je dobil v tej reakciji, in dokazal svojo identiteto s plinom, ki tvori zrak. V sodobnem svetu se kisik pridobiva iz zraka. V laboratorijih uporabljam industrijski kisik, ki ga dobavljajo valji pod tlakom okoli 15 MPa. Čisti kisik se lahko dobi tudi v laboratorijskih pogojih, standardna metoda za njegovo proizvodnjo je termična razgradnja kalijevega permanganata, ki poteka po formuli:

Proizvodnja ozona

Če električna energija prehaja skozi kisik ali zrak, se bo v ozračju pojavil značilen vonj, ki napoveduje nastanek nove snovi - ozona. Ozon lahko dobimo tudi iz kemično čistega kisika. Oblikovanje te snovi se lahko izrazi s formulo:

_{3 2} = 20 ₃

Ta reakcija se ne more nadaljevati samostojno - za njeno uspešno dokončanje je potrebna zunanja energija. Toda povratna pretvorba ozona v kisik nastane spontano. Kemične lastnosti kisika in ozona se zelo razlikujejo. Ozon se razlikuje od gostote kisika, tališča in vrelišča. V normalnih pogojih je ta plin modro in ima značilen vonj. Ozon ima večjo električno prevodnost in je bolj topen v vodi kot kisik. Kemične lastnosti ozona so razložene s procesom njegovega razpadanja - med razgradnjo molekule te snovi nastane dvoatomna molekula kisika plus en prosti atom tega elementa, ki agresivno reagira z drugimi snovmi. Na primer, znana reakcija interakcije ozona in kisika: 6Ag + O ₃ = 3Ag ₂ O

Toda običajni kisik se ne združuje s srebrom, tudi pri visokih temperaturah.

V naravi, aktivno razpad ozona je polna oblikovanja tako imenovanih ozonske luknje ki ogrožajo življenjske procese na našem planetu.