Сообщение о применении кислорода озона серы

Обновлено: 04.07.2024

Химический элемент кислород может существовать в виде двух аллотропных модификаций, т.е. образует два простых вещества. Оба этих вещества имеют молекулярное строение. Одно из них имеет формулу O₂ и имеет название кислород, т.е. такое же, как и название химического элемента, которым оно образовано.

Другое простое вещество, образованное кислородом, называется озон. Озон в отличие от кислорода состоит из трехатомных молекул, т.е. имеет формулу O₃.

Поскольку основной и наиболее распространенной формой кислорода является молекулярный кислород O₂, прежде всего мы рассмотрим именно его химические свойства.

Химический элемент кислород находится на втором месте по значению электроотрицательности среди всех элементов и уступает лишь фтору. В связи с этим логично предположить высокую активность кислорода и наличие у него практически только окислительных свойств. Действительно, список простых и сложных веществ, с которыми может реагировать кислород огромен. Однако, следует отметить, что поскольку в молекуле кислорода имеет место прочная двойная связь, для осуществления большинства реакций с кислородом требуется прибегать к нагреванию. Чаще всего сильный нагрев требуется в самом начале реакции (поджиг) после чего многие реакции идут далее уже самостоятельно без подвода тепла извне.

Среди простых веществ не окисляются кислородом лишь благородные металлы (Ag, Pt, Au), галогены и инертные газы.

Сера сгорает в кислороде с образованием диоксида серы:

Фосфор в зависимости от избытка или недостатка кислорода может образовать как оксида фосфора (V), так и оксид фосфора (III):

Взаимодействие кислорода с азотом протекает в крайне жестких условиях, в виду того что энергии связи в молекулах кислорода и особенно азота очень велики. Также свой вклад в сложность протекания реакции делает высокая электроотрицательность обоих элементов. Реакция начинается лишь при температуре более 2000 o C и является обратимой:

Не все простые вещества, реагируя с кислородом образуют оксиды. Так, например, натрий, сгорая в кислороде образует пероксид:

а калий – надпероксид:

Чаще всего, при сгорании в кислороде сложных веществ образуется смесь оксидов элементов, которыми было образовано исходное вещество. Так, например:

Однако, при сгорании в кислороде азотсодержащих органических веществ вместо оксида азота образуется молекулярный азот N2. Например:

При сгорании в кислороде хлорпроизводных вместо оксидов хлора образуется хлороводород:

Химические свойства озона:

Озон является более сильным окислителем, чем кислород. Обусловлено это тем, что одна из кислород-кислородных связей в молекуле озона легко рвется и в результате образуется чрезвычайно активный атомарный кислород. Озон в отличие от кислорода не требует для проявления своих высоких окислительных свойств нагревания. Он проявляет свою активность при обычной и даже низкой температурах:

Как было сказано выше, серебро с кислородом не реагирует, однако, реагирует с озоном:

Качественной реакцией на наличие озона является то, что при пропускании исследуемого газа через раствор иодида калия наблюдается образование йода:

Химические свойства серы

Сера как химический элемент может существовать в нескольких аллотропных модификациях. Различают ромбическую, моноклинную и пластическую серу. Моноклинная сера может быть получена при медленном охлаждении расплава ромбической серы , а пластическая напротив получается при резком охлаждении расплава серы, предварительно доведенного до кипения. Пластическая сера обладает редким для неорганических веществ свойством эластичности – она способна обратимо растягиваться под действием внешнего усилия, возвращаясь в исходную форму при прекращении этого воздействия. Наиболее устойчива в обычных условиях ромбическая сера и все иные аллотропные модификации со временем переходят в нее.

Молекулы ромбической серы состоят из восьми атомов, т.е. ее формулу можно записать как S₈. Однако, поскольку химические свойства всех модификаций достаточно схожи, чтобы не затруднять запись уравнений реакций любую серу обозначают просто символом S.

Сера может взаимодействовать и с простыми и со сложными веществами. В химических реакциях проявлет как окислительные, так и восстановительные свойства.

Окислительные свойства серы проявляются при ее взаимодействии с металлами, а также неметаллами, образованными атомами менее электроотрицательного элемента (водород, углерод, фосфор):

Как восстановитель сера выступает при взаимодействии с неметаллами, образованными более электроотрицательными элементами (кислород, галогены), а также сложными веществами с ярко выраженной окислительной функцией, например, серной и азотной концентрированной кислотами:

Также сера взаимодействует при кипячении с концентрированными водными растворами щелочей. Взаимодействие протекает по типу диспропорционирования, т.е. сера одновременно и понижает, и повышает свою степень окисления:

Средняя оценка: 4.5

Всего получено оценок: 268.

Средняя оценка: 4.5

Всего получено оценок: 268.

Озон – химическое газообразное вещество, которое является сильным окислителем. Какими свойствами обладает газ, и для каких целей его получают?

Общая информация

Рис. 1. Х. Ф. Шенбейн.

Формула озона – О₃, то есть озон состоит из трех молекул кислорода. Озон – это аллотропное видоизменение кислорода. О₃ – газ светло-синего цвета, с характерным запахом, нестойкий, токсичный. При температуре -111,9 градусов этот газ сжижается. Растворимость озона в воде больше, чем у кислорода: 100 объемов воды растворяют 49 объемов озона.

Рис. 2. Формула озона.

Это вещество образуется в атмосфере при электрических разрядах. Озоновый слой в стратосфере (25 км. от поверхности) поглощает ультрафиолетовое излучение, опасное для всех живых организмов.

Озон – сильный окислитель, даже более сильный, чем кислород. Он способен окислять такие металлы, как золото и платина.

Особая химическая активность озона объясняется тем, что его молекула легко распадается на молекулу кислорода и атомарный кислород. Образовавшийся атомарный кислород более активно реагирует с веществами, чем молекулярный.

Озон способен из раствора йодистого калия выделять йод:

Бумага, смоченная йодистым калием и крахмалом в воздухе, содержащем озон, синеет. Эта реакция используется для обнаружения озона.

В 1860 году ученые Эндрюс и Тэт экспериментально доказали при помощи стеклянной трубки с манометром, наполненной чистым кислородом, что при превращении кислорода в озон происходит уменьшение объема газа

Получение и применение озона

Получают озон при действии электрических разрядов на кислород в озонаторах.

Озон применяют для обеззараживания питьевой воды, для обезвреживания промышленных сточных вод, в медицине – в качестве дезинфицирующего средства. Также как и хлорирование, озонирование обладает обеззараживающим эффектом, но его плюсом является то, что при использовании озона в обработанной воде не образуется токсинов. Озон также эффективно борется с плесенью и бактериями.

Рис. 3. Озонирование.

При остром отравлении озон поражает органы дыхания, раздражает слизистые глаз, вызывает головную боль. Токсичность озона резко возрастает при одновременном воздействии оксидов азота.

Что мы узнали?

Озон – газ, который был обнаружен в конце XVIII века, а свое современное название получил только в середине XIX века. В отличие от кислорода этот газ имеет характерный запах и отличается светло-синим цветом.

Как вам известно, кислород — самый распространённый элемент на Земле, он составляет 49 % от массы земной коры.

Сера — шестнадцатый по распространённости элемент, встречается как в виде соединений, так и в самородном состоянии ( табл. 26 ).

Таблица 26. Химические элементы халькогены

На внешнем электронном слое, общая конфигурация которого ns 2 np 4 , атомы халькогенов имеют по 6 электронов, из которых два неспаренных на р-подуровне ( Приложение 1 ):

₈O

₁₆S

Из приведённых электронных конфигураций внешнего электронного слоя атомов кислорода, серы следует, что низшая степень окисления этих халькогенов –2 . Сера проявляет положительные степени окисления +4, +6 при возбуждении s- и p-электронов внешнего слоя на d-подуровень . Сера по электроотрицательности уступает галогенам (кроме йода), азоту и кислороду. Кислород, будучи вторым после фтора по электроотрицательности, проявляет положительную степень окисления +2 только в соединении со фтором .

Неприятные запахи, ощущаемые при гниении трупов животных, можно объяснить выделением соединений серы (меркаптанов и сероводорода), которые образуются при разложении белков.

Кислород как простое вещество

Рис. 72. Электронная
и структурная
формулы, масштабная
и шаростержневая
модели молекулы
кислорода

Кислород существует в природе в виде двух простых веществ (аллотропных модификаций) молекулярного строения — кислорода О₂ и озона О₃. В молекуле кислорода существует двойная ковалентная неполярная связь ( рис. 29 , 72).

Физические свойства кислорода. Кислород мало растворим в воде: при 20 °С в 1 дм 3 воды растворяется 31 см 3 кислорода. Тем не менее этого хватает для дыхания рыб в водоёмах. Жидкий кислород — подвижная, слегка голубоватая жидкость, кипящая при температуре –183 °С . Твёрдый кислород представляет собой синие кристаллы, плавящиеся при ещё более низкой температуре –219 °С .

Химические свойства кислорода. Кислород во всех реакциях, кроме взаимодействия со фтором, проявляет свойства окислителя. При окислении кислородом простых и сложных веществ образуются, как правило, оксиды.

1. Кислород взаимодействует с металлами:

Он окисляет практически все металлы, кроме серебра, золота и платины. С активными металлами кислород может образовывать не только оксиды, но и пероксиды (Na₂O₂), надпероксиды (KО₂) или другие бинарные соединения.

2. Реагируя с неметаллами, кислород образует кислотные или несолеобразующие оксиды:

С хлором, бромом и йодом кислород не реагирует.

3. Кислород окисляет сложные неорганические и органические вещества:

При этом отметим, что горение углеводородов используют как источник тепловой энергии:

В органическом синтезе кислород широко применяется в реакциях каталитического окисления:

Рис. 73. Хранение кислорода
в баллонах и газометре

Получение кислорода

В промышленности кислород получают разделением жидкого воздуха, небольшие порции хранят в баллонах голубого цвета, а в лабораториях — в газометрах ( рис. 73 ). Важнейшим лабораторным способом его получения служит разложение некоторых кислородсодержащих веществ — перманганата калия, бертолетовой соли, воды, пероксида водорода:

В сосуды кислород собирают методом вытеснения воды или воздуха ( рис. 74 ).

Рис. 74. Получение кислорода разложением перманганата калия и собирание газа
методом: а — вытеснением воды, б — вытеснением воздуха

Озон — газ с резким запахом, имеет бледно-голубой цвет, в жидком состоянии — синий. В процессе реакций озон распадается с образованием атомарного кислорода:

поэтому по сравнению с кислородом обладает большей химической активностью. В природе озон образуется из атмосферного кислорода при грозовых разрядах, а на высоте 10–30 км — под действием ультрафиолетового излучения. Озоновый слой над поверхностью Земли задерживает коротковолновое ультрафиолетовое излучение Солнца, вредное для живых организмов.

Озон образуется при работе лазерных принтеров, источников рентгеновского и ультрафиолетового излучения. Предельно допустимая концентрация (ПДК) озона в воздухе рабочей зоны составляет 0,1 мг/м 3 . Характерный запах озона начинает ощущаться уже при концентрациях 0,004–0,010 мг/м 3 , то есть во много раз ниже гигиенического норматива, что важно для персонала, работающего с озоном.

Воду обеззараживают хлорированием или озонированием. Озонирование воды более безопасно для человеческого организма, чем хлорирование.

Состав и строение молекулы серы. Молекулы кристаллической серы имеют форму замкнутых циклов. Если расплавленную серу вылить в стакан с холодной водой (быстро охладить), то образуется пластическая сера. Её молекулы представляют собой длинные цепи ( рис. 75 ). Пластическая сера неустойчива и уже через несколько часов после получения превращается в жёлтые кристаллы ромбической серы как наиболее устойчивой из аллотропных модификаций.

Рис. 75. Строение молекул и внешний вид серы различных модификаций:
а — молекулы S₈, б — цепи атомов пластической серы, в — кристаллы ромбической серы, г — кристаллы моноклинной серы, д — пластическая сера

Известно несколько аллотропных модификаций серы: две кристаллические — моноклинная S₈ ( T_пл.= 119,3 °С ) и ромбическая S₈ ( T_пл.= 112,8 °С ), а также пластическая S_∞ ( рис. 75 ). Наиболее устойчива при комнатной температуре ромбическая сера.

Химические свойства. Сера — достаточно активный неметалл. При нагревании легко окисляется кислородом и галогенами, реагирует как окислитель с водородом и металлами (кроме золота и платины):

Применение кислорода и серы. Наиболее значимые области применения кислорода и серы указаны в таблице 27.

Таблица 27. Области применения кислорода, озона и серы

Кислород нашёл применение в дыхательных аппаратах ( рис. 76 ).

Рис. 76. Портативный аппарат
искусственной вентиляции
лёгких (ИВЛ)

Электронная конфигурация валентного слоя халькогенов ns 2 np 4 . Низшая степень их окисления –2 .

Кислород как окислитель реагирует с простыми и сложными веществами, образуя, как правило, оксиды.

Сера является окислителем в реакциях с металлами и водородом, но восстановителем в реакции с кислородом.

Вопросы, задания, задачи

1. Перечислите наиболее характерные степени окисления:

а) кислорода;
б) серы;
в) селена.

Приведите примеры соответствующих соединений.

2. Назовите аллотропные модификации:

3. Составьте формулы оксидов и сульфидов лития, магния, алюминия.

4. Рассчитайте массу порции серы количеством 3,5 моль .

Реагенты	Кислород	Сера
Н₂
Mg
Ca
Fe
Li
Na

6. Составьте 10 уравнений возможных реакций между веществами, формулы которых Ba, K, Рt, ZnS, S, H₂, O₂. Укажите при этом степени окисления элементов.

7. Чему равен объём воздуха, необходимый для сжигания:

а) серы массой 12 г ;
б) бутана объёмом 10 м 3 (н. у.) ?

8. Рассчитайте объём кислорода, который может быть получен при разложении бертолетовой соли массой 49 г .

9. Составьте уравнения реакций согласно схеме:

10. При нагревании перманганата калия массой 3,16 г получен кислород объёмом 168 см 3 ( н. у. ). Определите массовую долю разложившейся соли.

*Самоконтроль

1. Низшая степень окисления атомов халькогенов равна:

2. Укажите выражения, характеризующие серу как простое вещество:

а) при горении серы в кислороде возникает голубое пламя;
б) на внешнем энергетическом уровне атома серы находится 6 электронов;
в) сера используется для вулканизации каучука;
г) сера входит в состав пирита и медного колчедана.

3. С кислородом могут реагировать:

4. К халькогенам относятся элементы с конфигурацией внешнего электронного слоя атома:

Исторически так сложилось, что химический элемент и одно из простых веществ, образованных атомами этого элемента, имеют общее название — кислород. Поскольку между этими понятиями существует принципиальная разница, следует четко различать, о чем идет речь — о кислороде как о химическом элементе или о простом веществе.

Кислород как химический элемент

Самым первым химическим элементом, к изучению которого мы приступаем, является кислород. Как вы уже знаете, химический знак кислорода — О. Относительная атомная масса кислорода равна 16:

Позднее вы узнаете, какое строение имеет атом кислорода и чем он отличается от атомов других химических элементов.

Кислород как простое вещество

Простое вещество кислород существует в виде молекул. Молекула кислорода состоит из двух атомов химического элемента кислорода (рис. 73), поэтому химическая формула кислорода как простого вещества — O₂.

Поскольку относительная атомная масса кислорода равна 16, то относительная молекулярная масса простого вещества кислорода равна:

Следовательно, молярная масса кислорода равна:

Как у всех газов, молярный объем кислорода при нормальных условиях равен:

История открытия кислорода

Кроме кислорода, существует еще одно простое вещество, молекулы которого состоят только из атомов кислорода. Это озон, молекула которого содержит три атома кислорода (рис. 74), его формула — О₃.

При нормальных условиях озон представляет собой газ с резким раздражающим запахом. Он очень токсичен для всех живых организмов и поэтому используется вместо хлора для обеззараживания воды.

Небольшие количества озона образуются в воздухе во время грозы, а также в результате взаимодействия смолы хвойных деревьев с кислородом. Озон оказывает губительное действие на бактерии, поэтому лесной воздух (особенно в хвойных лесах) обладает целебным действием.

В небольших количествах озон образуется также при работе копировальных аппаратов и лазерных принтеров. Использовать такие приборы следует только в хорошо проветриваемых помещениях.

В верхних слоях атмосферы Земли (на высоте примерно 30—40 км) существует озоновый слой. Содержащийся в нем озон образуется из кислорода под воздействием солнечного излучения. Некоторые компоненты этого излучения губительны для живых организмов и растений на нашей планете, а озоновый слой поглощает их. Если бы не было озонового слоя, то жизнь на Земле постепенно бы прекратилась.

Многие ученые считают, что вещества, образующиеся в процессе производственной деятельности человека, разрушают озоновый слой. Это прежде всего фреоны — соединения, использующиеся в холодильных установках и дезодорантах, выбросы реактивных самолетов и ракет. Попадая в озоновый слой, эти вещества приводят к уменьшению его толщины или даже разрыву этого слоя — образованию так называемых озоновых дыр. В результате образования и увеличения размеров озоновых дыр могут наступить серьезные экологические катастрофы.

Применение кислорода

Кислород очень широко применяется в народном хозяйстве. На рисунке 75 приведены основные области применения кислорода. Главными потребителями кислорода являются металлургическая промышленность (выплавка стали), космическая техника (окислитель ракетного топлива), процессы обработки металлов (сварка и резка металлов).

Краткие выводы урока:

Химический элемент кислород образует два простых вещества — кислород О₂ и озон О₃.
Когда говорят о кислороде как о химическом элементе, подразумевают атомы кислорода О.
Когда говорят о кислороде как о простом веществе, подразумевают вещество, состоящее из молекул и имеющее формулу О₂.

Читайте также: