Чем отличается элемент кислород от других элементов via группы кратко
Обновлено: 07.07.2024
Кислород расположен в главной подгруппе VI группы (или в 16 группе в современной форме ПСХЭ) и во втором периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.
Электронное строение кислорода
Электронная конфигурация кислорода в основном состоянии :
+8O 1s 2 2s 2 2p 4 1s 2s 2p
Атом кислорода содержит на внешнем энергетическом уровне 2 неспаренных электрона и 2 неподеленные электронные пары в основном энергетическом состоянии.
Физические свойства и нахождение в природе
Кислород О2 — газ без цвета, вкуса и запаха, немного тяжелее воздуха. Плохо растворим в воде. Жидкий кислород – голубоватая жидкость, кипящая при -183 о С.
Озон О3 — при нормальных условиях газ голубого цвета со специфическим запахом, молекула которого состоит из трёх атомов кислорода.
Кислород — это самый распространённый в земной коре элемент. Кислород входит в состав многих минералов — силикатов, карбонатов и др. Массовая доля элемента кислорода в земной коре — около 47 %. Массовая доля элемента кислорода в морской и пресной воде составляет 85,82 %.
В атмосфере содержание свободного кислорода составляет 20,95 % по объёму и 23,10 % по массе.
Способы получения кислорода
В промышленности кислород получают перегонкой жидкого воздуха.
Лабораторные способы получения кислорода:
- Разложение некоторых кислородосодержащих веществ:
Разложение перманганата калия:
Разложение бертолетовой соли в присутствии катализатора MnO2 :
2KClO3 → 2KCl + 3O2
Разложение пероксида водорода в присутствии оксида марганца (IV):
2HgO → 2Hg + O2
Соединения кислорода
Основные степени окисления кислород +2, +1, 0, -1 и -2.
Оксиды металлов и неметаллов Na2O, SO2 и др.
Соли кислородсодержащих кислот
Кислородсодержащие органические вещества
Химические свойства
При нормальных условиях чистый кислород — очень активное вещество, сильный окислитель. В составе воздуха окислительные свойства кислорода не столь явно выражены.
1. Кислород проявляет свойства окислителя (с большинством химических элементов) и свойства восстановителя (только с более электроотрицательным фтором). В качестве окислителя кислород реагирует и с металлами , и с неметаллами . Большинство реакций сгорания простых веществ в кислороде протекает очень бурно, иногда со взрывом.
1.1. Кислород реагирует с фтором с образованием фторидов кислорода:
С хлором и бромом кислород практически не реагирует, взаимодействует только в специфических очень жестких условиях.
1.2. Кислород реагирует с серой и кремнием с образованием оксидов:
1.3. Фосфор горит в кислороде с образованием оксидов:
При недостатке кислорода возможно образование оксида фосфора (III):
Но чаще фосфор сгорает до оксида фосфора (V):
1.4. С азотом кислород реагирует при действии электрического разряда, либо при очень высокой температуре (2000 о С), образуя оксид азота (II):
N2 + O2→ 2NO
1.5. В реакциях с щелочноземельными металлами, литием и алюминием кислород также проявляет свойства окислителя. При этом образуются оксиды:
2Ca + O2 → 2CaO
Однако при горении натрия в кислороде преимущественно образуется пероксид натрия:
2Na + O2→ Na2O2
А вот калий, рубидий и цезий при сгорании образуют смесь продуктов, преимущественно надпероксид:
K + O2→ KO2
Переходные металлы окисляются кислород обычно до устойчивых степеней окисления.
Цинк окисляется до оксида цинка (II):
2Zn + O2→ 2ZnO
Железо , в зависимости от количества кислорода, образуется либо оксид железа (II), либо оксид железа (III), либо железную окалину:
2Fe + O2→ 2FeO
4Fe + 3O2→ 2Fe2O3
3Fe + 2O2→ Fe3O4
1.6. При нагревании с избытком кислорода графит горит , образуя оксид углерода (IV):
при недостатке кислорода образуется угарный газ СО:
2C + O2 → 2CO
Алмаз горит при высоких температурах:
Горение алмаза в жидком кислороде:
Графит также горит:
Графит также горит, например, в жидком кислороде:
Графитовые стержни под напряжением:
2. Кислород взаимодействует со сложными веществами:
2.1. Кислород окисляет бинарные соединения металлов и неметаллов: сульфиды, фосфиды, карбиды, гидриды . При этом образуются оксиды:
4FeS + 7O2→ 2Fe2O3 + 4SO2
Ca3P2 + 4O2→ 3CaO + P2O5
2.2. Кислород окисляет бинарные соединения неметаллов:
- летучие водородные соединения ( сероводород, аммиак, метан, силан гидриды . При этом также образуются оксиды:
2H2S + 3O2→ 2H2O + 2SO2
Аммиак горит с образованием простого вещества, азота:
4NH3 + 3O2→ 2N2 + 6H2O
Аммиак окисляется на катализаторе (например, губчатое железо) до оксида азота (II):
4NH3 + 5O2→ 4NO + 6H2O
- прочие бинарные соединения неметаллов — как правило, соединения серы, углерода, фосфора ( сероуглерод, сульфид фосфора и др.):
CS2 + 3O2→ CO2 + 2SO2
- некоторые оксиды элементов в промежуточных степенях окисления ( оксид углерода (II), оксид железа (II) и др.):
2CO + O2→ 2CO2
2.3. Кислород окисляет гидроксиды и соли металлов в промежуточных степенях окисления в водных растворах.
Например , кислород окисляет гидроксид железа (II):
Кислород окисляет азотистую кислоту :
2.4. Кислород окисляет большинство органических веществ. При этом возможно жесткое окисление (горение) до углекислого газа, угарного газа или углерода:
CH4 + 2O2→ CO2 + 2H2O
2CH4 + 3O2→ 2CO + 4H2O
CH4 + O2→ C + 2H2O
Также возможно каталитическое окисление многих органических веществ (алкенов, спиртов, альдегидов и др.)
Кислород (лат. Oxygenium) - элемент VIa группы 2 периода периодической таблицы Д.И. Менделеева. Первым открывает группу халькогенов - элементов VIa группы.
Газ без цвета, без запаха, составляет 21% воздуха.
Общая характеристика элементов VIa группы
Общее название элементов VIa группы O, S, Se, Te, Po - халькогены. Халькогены (греч. χαλκος - руда + γενος - рождающий) - входят в состав многих минералов. Например, кислород составляет 50% массы земной коры.
От O к Po (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение: атомного радиуса, металлических, основных, восстановительных свойств. Уменьшается электроотрицательность, энергия ионизации, сродство к электрону.
Среди элементов VIa группы O, S, Se - неметаллы. Te, Po - металлы.
- O - 2s 2 2p 4
- S - 3s 2 3p 4
- Se - 4s 2 4p 4
- Te - 5s 2 5p 4
- Po - 6s 2 6p 4
Основное состояние атома кислорода
У атома кислорода (как и атомы азота, фтора, неона) нет возбужденного состояния, так как отсутствует свободная орбиталь с более высоким энергетическим уровнем, куда могли бы перемещаться валентные электроны.
Атом кислорода имеется два неспаренных электрона, максимальная валентность II.
Природные соединения
- Воздух - в составе воздуха кислород занимает 21% (это число пригодится в задачах!)
- В форме различных минералов в земной коре кислорода содержится около 50%
- В живых организмов кислород входит в состав органических веществ: белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот
Получение
В промышленности кислород получают из сжиженного воздуха. Также активно применяются кислородные установки, мембрана которых устроена как фильтр, отсеивающие кислород (мембранная технология).
В лаборатории кислород получают разложением перманганата калия (марганцовки) или бертолетовой соли при нагревании. Применяется реакция каталитического разложения пероксида водорода.
На подводных лодках для получения кислорода применяют следующую реакцию:
Химические свойства
Является самым активным неметаллом после фтора, образует бинарные соединения со всеми элементами кроме гелия, неона, аргона. Чаще всего реакции с кислородом экзотермичны (горение), ускоряются при повышении температуры.
-
Реакции с неметаллами
Во всех реакциях, кроме взаимодействия со фтором, кислород проявляет себя в качестве окислителя.
2C + O2 = (t) 2CO (неполное окисление - угарный газ, соотношение 2:1)
C + O2 = (t) CO2 (полное окисление - углекислый газ, соотношение 1:1)
F + O2 → OF2 (фторид кислорода, O +2 )
В реакциях кислорода с металлами образуются оксиды, пероксиды и супероксиды. Реакции с активными металлами идут без нагревания.
Известна реакция горения воды во фторе.
Все органические вещества сгорают с образованием углекислого газа и воды.
При применении катализаторов и особых реагентов в органической химии достигают контролируемого окисления: алканы окисляются до спиртов, спирты - до альдегидов, альдегиды - до кислот.
Процесс можно остановить на любой стадии в зависимости от желаемого результата.
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Наиболее характерные степени окисления халькогенов –2, +4, +6. Исключением является кислород, для которого характерна степень окисления –2 и –1 в пероксидах.
Все элементы подгруппы кислорода, за исключением полония, являются неметаллами. Некоторые физические свойства халькогенов приведены в таблице 7.
Кислород. В свободном состоянии кислород встречается в виде двух аллотропных модификаций: кислород О2 и озон О3 (аллотропия состава).
В промышленности кислород получают ректификацией жидкого воздуха, а в лаборатории — разложением перманганата калия или хлората калия, например:
Простое вещество кислород представляет собой бесцветный газ, без вкуса и запаха, малорастворимый в воде.
Озон представляет собой газ синего цвета, с резким раздражающим запахом, t кип. –111,9 °С. По сравнению с кислородом озон лучше растворим в воде.
Характерные химические свойства кислорода:
Cера. Неметалл желтого цвета. В промышленности серу получают выплавкой самородной серы, а также из газов металлургических, коксовых и иных производств:
Существует в двух аллотропных модификациях: ромбическая и моноклинная и в аморфной форме (пластическая сера). Проявляет как окислительные, так и восстановительные свойства. Возможны реакции диспропорционирования. Ее характерные химические свойства:
Сера образует летучее водородное соединение — сероводород. Его водный раствор представляет собой слабую двухосновную кислоту. Для сероводорода характерны также восстановительные свойства:
Сера образует два кислотных оксида: оксид серы (IV) SO2 и оксид серы (VI) SO3. Первому соответствует существующая только в растворе сернистая кислота H2SO3, являющаяся кислотой средней силы; второму — сильная двухосновная серная кислота H2SO4. Концентрированная серная кислота проявляет сильные окислительные свойства. Ниже приведены характерные для этих соединений реакции:
К элементам главной подгруппы VI группы периодической таблицы Менделеева относятся:
Общая характеристика элементов 6 группы главной подгруппы
От O к Po (сверху вниз в периодической таблице)
Увеличивается
- атомного радиуса,
- металлических, основных, восстановительных свойств,
Уменьшается
- электроотрицательность,
- энергия ионизация,
- сродство к электрону.
Электронные конфигурации у данных элементов схожи, все они содержат 6 электронов на внешнем слое ns 2 np 4 :
Электронное строение кислорода и серы
Нахождение в природе кислорода и серы
Кислород занимает первое место среди элементов по распространенности в земной коре. Содержится он главным образом в силикатах и составляет около 47 % массы твёрдой земной коры. В больших количествах связанного кислорода содержится в воде — 85,82 % по массе. Также кислород содержится более, чем в 1500 соединений земной коры. В атмосфере доля свободного кислорода составляет 20,95 % по объёму и 23,10 % по массе.
Сера встречается в виде самородной серы, сульфатов (CaSO4∙2H2O, CaSO4∙H2O, Na2SO4∙10H2O, MgSO4∙7H2O), сульфидов (FeS2, CuS, CuFeS2, PbS, ZnS, HgS) и в промышленных газах.
Самородная сера встречается в местах вулканической активности совместно с сернистыми фумаролами и сернистыми водами (с содержанием > 25 %).
Аллотропные модификации серы
Кислород
Способы получения кислорода
В природе
Кислород образуется в процессе фотосинтеза:
Промышленный способ
Лабораторный способ
- термическое окислительно-восстановительное разложение солей:
- Для автономного дыхания кислород получают в герметически замкнутых помещениях и в аппаратах при помощи реакции:
Физические свойства кислорода
При обычных условиях молекулярный кислород O2 – это малорастворимый в воде газ без цвета, запаха и вкуса.
При сильном охлаждении под давлением переходит в бледно — голубую жидкость с Ткип = — 183°С. При Т = -219°С образует сине — голубые кристаллы.
Химические свойства кислорода
Кислород — сильный окислитель, уступающий по химической активности только фтору.
Вступает во взаимодействия со всеми элементами, кроме инертных газов (Не, Ne и Аг). Со многими простыми веществами реагирует непосредственно при обычных условиях или при нагревании или в присутствии катализаторов (кроме Au, Pt, Hal2, благородные газы).
Большинство реакций с участием О2 экзотермичны, часто часто сопровождаются горением, иногда — взрывом.
Взаимодействие с простыми веществами
С металлами
- Кислород взаимодействует с металлами, с образованием оксидов металлов:
- Сщелочными металламив результате реакций образуются различные кислородсодержащие продукты:
4Li + О2 = 2Li2O оксид лития
К + О2 = КО2 супероксид калия
- С железом образуется смесь оксидов:
- С марганцем образуется диоксид марганца:
С неметаллами
При взаимодействии с неметаллами (кроме фтора и инертных газов) образуются оксиды, со степенью окисления кислорода – 2:
Окисление сложных веществ
Горение сульфидов
Горение водородных соединений
Окисление оксидов
Кислород окисляет входящие в оксид элементы до более высокой степени окисления:
Окисление гидроксидов и солей
Окисление гидроксидов и солей в водных растворах происходит, если исходное вещество неустойчиво на воздухе:
Окисление аммиака
В отсутствие катализатора при окислении аммиака кислородом образуется азот, а в присутствии катализатора — оксида азота(II):
Окисление фосфина
На воздухе самопроизвольно воспламеняется:
Окисление силана
На воздухе он самовоспламеняется (часто со взрывом) с образованием SiO2 и H2O:
Окисление органических веществ
- Все органические соединения горят, окисляясь кислородом воздуха полностью:
Продукты окисления различных элементов, входящих в молекулы органических соединений:
Кроме горения возможны также реакции неполного окисления:
Способы получения серы
Промышленный способ
- Извлечение самородной серы из ее месторождений или вулканов
- Получение серы из серной руды с помощью пароводяного, фильтрационного, термического, центрифугального и экстракционного методов.
- Переработка природных газов, содержащих H2S и их окисление при недостатке О2.
Лабораторный способ
Физические свойства серы
Сера — твердое хрупкое вещество желтого цвета. Не смачивается водой и практически нерастворимо в ней. Имеет несколько аллотропных модификаций. См. аллотропные модификации серы.
Химические свойства серы
При обычных температуре и давлении химическая активность серы небольшая. При нагревании сера довольно активна, и проявляет свойства как окислителя, так и восстановителя.
Свойства окислителя сера проявляет при взаимодействии с элементами, расположенными ниже и левее в Периодической системе, а свойства восстановителя — с элементами, расположенными выше и правее в Периодической системе.
Непосредственно сера не взаимодействует с азотом и йодом.
Взаимодействие с простыми веществами
С кислородом
Горение серы на воздухе с образованием оксида серы (IV):
В присутствии катализаторов:
С водородом
С водородом сера вступает в реакцию при нагревании, образуя сероводород:
С галогенами
При взаимодействии со всеми галогенами, кроме йода образуются галогениды:
С фосфором
Взаимодействие серы с фосфором приводит к образованию сульфидов фосфора
С углеродом
В реакции серы с углеродом образуется сероуглерод:
С металлами
При взаимодействии с металлами сера выступает в качестве окислителя, образуя сульфиды.
Щелочные металлы реагируют с серой без нагревания, остальные металлы (кроме золота Au и платины Pt) –при нагревании:
Взаимодействие со сложными веществами
С водой
Сера вступает в реакцию диспропорционирования с перегретым паром:
С окислителями
В реакциях с окислителями сера окисляется до оксида серы (IV) SO2 или до серной кислоты H2SO4 при протекании реакции в растворе:
С щелочами
При взаимодействии с щелочами сера диспропорционирует до сульфита и сульфида:
Читайте также:
- Воспитание школа и педагогическая мысль у народов ближнего и среднего востока
- Что помешало кораблям дж кука пройти сквозь льды кратко
- Через какое время повторяется смена лунных фаз кратко
- Какую работу выполняет архитектор и чем его работа полезна обществу кратко
- Что такое музыкальное творчество в детском саду