ВИЗНАЧЕННЯ

Кисень- Елемент другого періоду VIA групи Періодичної системи хімічних елементів Д.І. Менделєєва, з атомним номером 8. Символ – О.

Атомна маса - 16 а. Молекула кисню двоатомна і має формулу - 2

Кисень відноситься до сімейства p-елементів. Електронна конфігурація атома кисню 1s 2 2s 2 2p 4 . У своїх сполуках кисень здатний виявляти кілька ступенів окиснення: -2, -1 (у пероксидах), +2 (F 2 O). Для кисню характерним є прояв явища алотропії – існування у вигляді кількох простих речовин – алотропних модифікацій. Алотропні модифікації кисню – кисень O2 та озон O3.

Хімічні властивості кисню

Кисень є сильним окисником, т.к. для завершення зовнішнього електронного рівня йому не вистачає всього 2-х електронів, і легко їх приєднує. За хімічною активністю кисень поступається лише фтору. Кисень утворює сполуки з усіма елементами, крім гелію, неону та аргону. Безпосередньо кисень її набуває реакції взаємодії з галогенами, сріблом, золотом і платиною (їх сполуки отримують непрямим шляхом). Майже всі реакції за участю кисню – екзотермічні. Характерна особливість багатьох реакцій з'єднання з киснем - виділення великої кількості теплоти та світла. Такі процеси називають горінням.

Взаємодія кисню із металами. З лужними металами (крім літію) кисень утворює пероксиди або надпероксиди, з рештою – оксиди. Наприклад:

4Li + O 2 = 2Li 2 O;

2Na + O 2 = Na 2 O 2;

K + O 2 = KO 2;

2 Ca + O 2 = 2 CaO;

4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3;

2Cu + O 2 = 2CuO;

3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4 .

Взаємодія кисню з неметалами. Взаємодія кисню з неметалами протікає під час нагрівання; всі реакції екзотермічні, крім взаємодії з азотом (реакція ендотермічна, відбувається при 3000С електричної дузі, у природі – при грозовому розряді). Наприклад:

4P + 5O 2 = 2P 2 O 5;

З + O 2 = 2 ;

2Н2 + O2 = 2Н2О;

N 2 + O 2 ↔ 2NO – Q.

Взаємодія із складними неорганічними речовинами. При горінні складних речовин у надлишку кисню утворюються оксиди відповідних елементів:

2H 2 S + 3O 2 = 2SO 2 + 2H 2 O(t);

4NH 3 + 3O 2 = 2N 2 + 6H 2 O(t);

4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O(t, kat);

2PH 3 + 4O 2 = 2H 3 PO 4 (t);

SiH 4 + 2O 2 = SiO 2 + 2H 2 O;

4FeS 2 +11O 2 = 2Fe 2 O 3 +8 SO 2 (t).

Кисень здатний окислювати оксиди та гідроксиди до сполук з більш високим ступенем окислення:

2CO + O 2 = 2CO 2 (t);

2SO 2 + O 2 = 2SO 3 (t, V 2 O 5);

2NO + O 2 = 2NO 2;

4FeO + O 2 = 2Fe 2 O 3 (t).

Взаємодія із складними органічними речовинами. Практично всі органічні речовини горять, окислюючись киснем повітря до вуглекислого газу та води:

CH 4 + 2O 2 = CO 2 +H 2 O.

Крім реакцій горіння (повне окислення) можливі реакції неповного або каталітичного окислення, в цьому випадку продуктами реакції можуть бути спирти, альдегіди, кетони, карбонові кислоти та інші речовини:

Окислення вуглеводів, білків і жирів є джерелом енергії в живому організмі.

Фізичні властивості кисню

Кисень – найпоширеніший елемент землі (47% по масі). У повітрі вміст кисню становить 21% за обсягом. Кисень – складова частина води, мінералів, органічних речовин. У рослинних та тваринних тканинах міститься 50 -85 % кисню у вигляді різних сполук.

У вільному стані кисень є газом без кольору, смаку і запаху, погано розчинний у воді (в 100 л води при 20С розчиняється 3 л кисню. Рідкий кисень блакитного кольору, має парамагнітні властивості (втягується в магнітне поле).

Отримання кисню

Розрізняють промислові та лабораторні способи отримання кисню. Так, у промисловості кисень отримують перегонкою рідкого повітря, а до основних лабораторних способів одержання кисню відносять реакції термічного розкладання складних речовин:

2KMnO 4 = K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2

4K 2 Cr 2 O 7 = 4K 2 CrO 4 + 2Cr 2 O 3 +3 O 2

2KNO 3 = 2KNO 2 + O 2

2KClO 3 = 2KCl +3 O 2

Приклади розв'язання задач

ПРИКЛАД 1

Завдання

При розкладанні 95 г оксиду ртуті (II) утворилося 4,48 л кисню (н.у.). Обчисліть частку оксиду ртуті (II), що розклався (в мас. %).

Рішення

Запишемо рівняння реакції розкладання оксиду ртуті (II): 2HgO = 2Hg + O2. Знаючи обсяг кисню, що виділився, знайдемо його кількість речовини: міль. Відповідно до рівняння реакції n(HgO):n(O 2) = 2:1, отже, n(HgO) = 2×n(O 2 ) = 0,4 моль. Обчислимо масу оксиду, що розклався. Кількість речовини пов'язано з масою речовини співвідношенням: Молярна маса (молекулярна маса одного моль) оксиду ртуті (II), розрахована з допомогою таблиці хімічних елементів Д.І. Менделєєва – 217 г/моль. Тоді маса оксиду ртуті (II) дорівнює: m(HgO) = n(HgO) × M(HgO) = 0,4 217 = 86,8 р. Визначимо масову частку оксиду, що розклався:

З моменту появи хімії людству стало зрозуміло, що все довкола складається з речовини, до складу якої входять хімічні елементи. Різноманітність речовин забезпечується різними сполуками найпростіших елементів. На сьогодні відкрито та внесено до періодичної таблиці Д. Менделєєва 118 хімічних елементів. Серед них варто виділити низку провідних, наявність яких визначила появу органічного життя Землі. До цього переліку входять: азот, вуглець, кисень, водень, сірка та фосфор.

Кисень: історія відкриття

Всі ці елементи, а також низка інших, сприяли розвитку еволюції життя на нашій планеті у тому вигляді, в якому ми зараз спостерігаємо. Серед усіх компонентів саме кисню у природі більше інших елементів.

Кисень як окремий елемент був відкритий 1 серпня 1774 В ході експерименту з отримання повітря з окалини ртуті шляхом нагрівання за допомогою звичайної лінзи він виявив, що свічка горить надзвичайно яскравим полум'ям.

Довгий час Прістлі намагався знайти цьому розумне пояснення. На той момент цьому явищу було названо «друге повітря». Дещо раніше винахідник підводного човна К. Дреббель на початку XVII століття виділив кисень і використав його для дихання у своєму винаході. Але його досліди не вплинули на розуміння того, яку роль відіграє кисень у природі енергообміну живих організмів. Проте вченим, який офіційно відкрив кисень, визнано французького хіміка Антуана Лорана Лавуазьє. Він повторив експеримент Прістлі і зрозумів, що газ, що утворюється, є окремим елементом.

Кисень взаємодіє практично з усіма простими та крім інертних газів та благородних металів.

Знаходження кисню у природі

Серед усіх елементів нашої планети найбільшу частку займає кисень. Поширення кисню у природі дуже різноманітне. Він присутній як у зв'язаному вигляді, так і у вільному. Як правило, будучи сильним окислювачем, він перебуває у зв'язаному стані. Знаходження кисню у природі як окремого незв'язаного елемента зафіксовано лише у атмосфері планети.

Міститься у вигляді газу і є сполукою двох атомів кисню. Складає близько 21% загального обсягу атмосфери.

Кисень у повітрі, крім звичайної форми, має ізотропну форму як озону. складається із трьох атомів кисню. Блакитний колір піднебіння безпосередньо пов'язаний з наявністю цієї сполуки у верхніх шарах атмосфери. Завдяки озону, жорстке короткохвильове випромінювання від Сонця поглинається і потрапляє на поверхню.

У разі відсутності озонового шару органічне життя було б знищено, подібно до підсмаженої їжі в мікрохвильовій печі.

У гідросфері нашої планети цей елемент знаходиться у зв'язаному вигляді із двома і утворює воду. Частка вмісту кисню в океанах, морях, річках та підземних водах оцінюється близько 86-89%, з урахуванням розчинених солей.

У земній корі кисень знаходиться у зв'язаному вигляді і є найпоширенішим елементом. Його частка становить близько 47%. Знаходження кисню у природі не обмежується оболонками планети, цей елемент входить до складу всіх органічних істот. Його частка в середньому сягає 67% від загальної маси всіх елементів.

Кисень - основа життя

Через високу окисну активність кисень досить легко з'єднується з більшістю елементів і речовин, утворюючи оксиди. Висока окисна здатність елемента забезпечує всім відомий процес горіння. Кисень також бере участь у процесах повільного окиснення.

Роль кисню у природі як сильного окислювача незамінна у процесі життєдіяльності живих організмів. Завдяки цьому хімічному процесу відбувається окислення речовин із виділенням енергії. Її живі організми використовують для своєї життєдіяльності.

Рослини – джерело кисню в атмосфері

На початковому етапі утворення атмосфери нашій планеті існуючий кисень перебував у зв'язаному стані, як двоокису вуглецю (вуглекислий газ). Згодом з'явилися рослини, здатні поглинати вуглекислий газ.

Цей процес став можливим завдяки виникненню фотосинтезу. Згодом, у ході життєдіяльності рослин, за мільйони років в атмосфері Землі накопичилася велика кількість вільного кисню.

На думку вчених, у минулому його масова частка сягала близько 30%, у півтора рази більше, ніж зараз. Рослини, як у минулому, так і зараз, суттєво вплинули на кругообіг кисню в природі, забезпечивши тим самим різноманітну флору та фауну нашої планети.

Значення кисню у природі непросто величезне, а першочергово. Система метаболізму тваринного світу чітко спирається на наявність кисню у атмосфері. За його відсутності життя стає неможливим у тому вигляді, в якому ми знаємо. Серед мешканців планети залишаться лише анаеробні (здатні жити без кисню) організми.

Інтенсивний у природі забезпечений тим, що він знаходиться у трьох агрегатних станах у поєднанні з іншими елементами. Будучи сильним окислювачем, він дуже легко переходить з вільної форми у зв'язану. І тільки завдяки рослинам, які шляхом фотосинтезу розщеплюють вуглекислий газ, він є у вільній формі.

Процес дихання тварин і комах заснований на отриманні незв'язаного кисню для окислювально-відновних реакцій з подальшим отриманням енергії для забезпечення життєдіяльності організму. Знаходження кисню в природі, пов'язаного та вільного, забезпечує повноцінну життєдіяльність всього живого на планеті.

Еволюція та «хімія» планети

Еволюція життя на планеті спиралася на особливості складу атмосфери Землі, складу мінералів та наявності води у рідкому стані.

Хімічний склад кори, атмосфери та наявність води стали основою зародження життя на планеті та визначили напрямок еволюції живих організмів.

Спираючись на наявну «хімію» планети, еволюція прийшла до вуглецевого органічного життя на основі води як розчинника хімічних речовин, а також використання кисню як окислювача з метою одержання енергії.

Інша еволюція

На даному етапі сучасна наука не спростовує можливість життя в інших середовищах, відмінних від земних умов, де за основу побудови органічної молекули можна взяти кремній або миш'як. А середовище рідини, як розчинника, може бути сумішшю рідкого аміаку з гелієм. Щодо атмосфери, то вона може бути представлена ​​у вигляді газоподібного водню з домішкою гелію та інших газів.

Які метаболічні процеси можуть бути за таких умов, сучасна наука поки що не в змозі змоделювати. Однак такий напрямок еволюції життя цілком допустимий. Як доводить час, людство постійно стикається з розширенням меж нашого розуміння навколишнього світу та життя в ньому.

Міністерство освіти та науки РФ

«КИСНЕД»

Виконав:

Перевірив:

Загальна характеристика кисню.

КИСНЕ (лат. Oxygenium), O (читається «о»), хімічний елемент з атомним номером 8, атомна маса 15,9994. У періодичній системі елементів Менделєєва кисень розташований у другому періоді групи VIA.

Природний кисень складається із суміші трьох стабільних нуклідів з масовими числами 16 (домінує в суміші, його в ній 99,759 % за масою), 17 (0,037%) та 18 (0,204%). Радіус нейтрального атома кисню 0,066 нм. Конфігурація зовнішнього електронного шару нейтрального збудженого атома кисню 2s2р4. Енергії послідовної іонізації атома кисню 13,61819 та 35,118 еВ, спорідненість до електрона 1,467 еВ. Радіус іона О 2 – за різних координаційних числах від 0,121 нм (координаційне число 2) до 0,128 нм (координаційне число 8). У сполуках виявляє ступінь окислення -2 (валентність II) і, рідше -1 (валентність I). За шкалою Полінга електронегативність кисню 3,5 (друге місце серед неметалів після фтору).

У вільному вигляді кисень - газ без кольору, запаху та смаку.

Особливості будови молекули О2: атмосферний кисень складається з двоатомних молекул. Межатомна відстань у молекулі 2 0,12074 нм. Молекулярний кисень (газоподібний і рідкий) - парамагнітна речовина, в кожній молекулі О 2 є по 2 неспарені електрони. Цей факт можна пояснити тим, що в молекулі на кожній з двох орбіталей, що розпушують, знаходиться по одному неспареному електрону.

Енергія дисоціації молекули Про 2 на атоми є досить високою і становить 493,57 кДж/моль.

Фізичні та хімічні властивості

Фізичні та хімічні властивості: у вільному вигляді зустрічається у вигляді двох модифікацій О2 («звичайний» кисень) та О3 (озон). О 2 - газ без кольору та запаху. За нормальних умов щільність газу кисню 1,42897 кг/м 3 . Температура кипіння рідкого кисню (рідина має блакитний колір) дорівнює –182,9°C. При температурах від -218,7°C до -229,4°C існує твердий кисень з кубічними гратами (-модифікація), при температурах від -229,4°C до -249,3°C - -модифікація з гексагональними гратами при температурах нижче -249,3 ° C - кубічна модифікація. При підвищеному тиску та низьких температурах отримані інші модифікації твердого кисню.

При 20°C розчинність газу 2: 3,1 мл на 100 мл води, 22 мл на 100 мл етанолу, 23,1 мл на 100 мл ацетону. Існують органічні фторвмісні рідини (наприклад, перфторбутилтетрагідрофуран), в яких розчинність кисню значно вища.

Висока міцність хімічного зв'язку між атомами в молекулі О2 призводить до того, що при кімнатній температурі кисень газоподібний хімічно досить малоактивний. У природі він повільно входить у перетворення при процесах гниття. Крім того, кисень при кімнатній температурі здатний реагувати з гемоглобіном крові (точніше із залізом II гему), що забезпечує перенесення кисню від органів дихання до інших органів.

З багатьма речовинами кисень вступає у взаємодію без нагрівання, наприклад, з лужними та лужноземельними металами (утворюються відповідні оксиди типу Li 2 O, CaO та ін., пероксиди типу Na 2 O2, BaO 2 та ін. та супероксиди типу КО 2 , RbO 2 та ін), викликає утворення іржі на поверхні сталевих виробів. Без нагрівання кисень реагує з білим фосфором, деякими альдегідами та іншими органічними речовинами.

При нагріванні, навіть невеликому, хімічна активність кисню різко зростає. При підпалюванні він реагує з вибухом з воднем, метаном, іншими горючими газами, з великою кількістю простих та складних речовин. Відомо, що при нагріванні в атмосфері кисню або на повітрі багато простих і складних речовин згоряють, причому утворюються різні оксиди, наприклад:

S + O 2 = SO 2; З + O 2 = СО 2

4Fe + 3O2 = 2Fe2O3; 2Cu + O 2 = 2CuO

4NH 3 + 3O 2 = 2N 2 + 6H 2 O; 2H 2 S + 3O 2 = 2H 2 O + 2SO 2

Якщо суміш кисню та водню зберігати у скляній посудині при кімнатній температурі, то екзотермічна реакція утворення води

2Н 2 + О 2 = 2Н 2 О + 571 кДж

протікає вкрай повільно; за розрахунком, перші крапельки води повинні з'явитися в посудині приблизно через мільйон років. Але при внесенні в посудину з сумішшю цих газів платини або паладію (що грають роль каталізатора), а також при запаленні реакція протікає з вибухом.

З азотом N 2 кисень реагує або за високої температури (близько 1500-2000°C), або за пропускання через суміш азоту і кисню електричного розряду. За цих умов оборотно утворюється оксид азоту (II):

N 2 + O 2 = 2NO

Виниклий NO потім реагує з киснем з утворенням бурого газу (діоксиду азоту):

2NO + Про 2 = 2NO2

З неметалів кисень безпосередньо ні за яких умов взаємодіє з галогенами, з металів - з благородними металами сріблом, золотом, платиною та інших.

Бінарні сполуки кисню, у яких ступінь окиснення атомів кисню дорівнює –2, називають оксидами (колишня назва – оксиди). Приклади оксидів: оксид вуглецю (IV) CO 2 ,оксид сірки (VI) SO 3 , оксид міді (I) Cu 2 O, оксид алюмінію Al 2 O 3 , оксид марганцю (VII) Mn 2 O 7 .

Кисень утворює також сполуки, у яких його ступінь окислення дорівнює -1. Це - пероксиди (стара назва - перекису), наприклад, пероксид водню Н 2 Про 2 пероксид барію ВаО 2 пероксид натрію Na 2 O 2 та інші. У цих сполуках міститься пероксидне угруповання - Про - Про -. З активними лужними металами, наприклад, калієм, кисень може утворювати також супероксиди, наприклад, КО 2 (супероксид калію), RbO 2 (супероксид рубідія). У супероксидах ступінь окиснення кисню -1/2. Можна відзначити, що часто формули супероксидів записують як До 2 Про 4 Rb 2 O 4 і т.д.

З найактивнішим неметал фтором кисень утворює сполуки в позитивних ступенях окислення. Так, у поєднанні O 2 F 2 ступінь окислення кисню +1, а у поєднанні O 2 F - +2. Ці сполуки не належать до оксидів, а до фторидів. Фториди кисню можна синтезувати лише непрямим шляхом, наприклад, діючи фтором F 2 на розбавлені водні розчини КОН.

Історія відкриття

Історія відкриття кисню, як і азоту, пов'язана з вивченням атмосферного повітря, яке тривало кілька століть. Про те, що повітря за своєю природою не однорідне, а включає частини, одна з яких підтримує горіння та дихання, а інша – ні, знали ще у 8 столітті китайський алхімік Мао Хоа, а пізніше в Європі – Леонардо да Вінчі. У 1665 англійський дослідник Р. Гук писав, що повітря складається з газу, що міститься в селітрі, а також з неактивного газу, що становить більшу частину повітря. Про те, що повітря містить елемент, який підтримує життя, у 18 столітті було відомо багатьом хімікам. Шведський аптекар і хімік Карл Шееле почав вивчати склад повітря у 1768. Протягом трьох років він розкладав нагріванням селітри (KNO 3 , NaNO 3) та інші речовини та отримував «вогняне повітря», що підтримує дихання та горіння. Але результати своїх дослідів Шееле оприлюднив лише у 1777 році у книзі «Хімічний трактат про повітря та вогонь». У 1774 англійський священик і натураліст Дж. Прістлі нагріванням «паленої ртуті» (оксиду ртуті HgO) отримав газ, що підтримує горіння. Будучи в Парижі, Прістлі, який не знав, що отриманий ним газ входить до складу повітря, повідомив про своє відкриття А. Лавуазьє та інших вчених. На той час було відкрито і азот. У 1775 Лавуазьє дійшов висновку, що звичайне повітря складається з двох газів - газу, необхідного для дихання і підтримує горіння, і газу протилежного характеру - азоту. Лавуазьє назвав газ, що підтримує горіння, oxygene - «утворюючий кислоти» (від грец. oxys - кислий і gennao - народжую; звідси і російська назва «кисень»), оскільки він тоді вважав, що всі кислоти містять кисень. Давно вже відомо, що кислоти бувають як кисневмісними, так і безкисневими, але назва, дана елементу Лавуазьє, залишилася незмінною. Протягом майже півтора століття 1/16 частина маси атома кисню служила одиницею порівняння мас різних атомів між собою і використовувалася при чисельній характеристиці мас атомів різних елементів (так звана шкала кисню атомних мас).

Знаходження у природі: кисень - найпоширеніший Землі елемент, з його частку (у складі різних сполук, переважно силікатів), припадає близько 47,4% маси твердої земної кори. Морські та прісні води містять велику кількість зв'язаного кисню - 88,8% (за масою), в атмосфері вміст вільного кисню становить 20,95% (за обсягом). Елемент кисень входить до складу понад 1500 з'єднань земної кори.

Отримання:

В даний час кисень у промисловості отримують за рахунок поділу повітря за низьких температур. Спочатку повітря стискають компресором, у своїй повітря розігрівається. Стисненому газу дають охолону до кімнатної температури, а потім забезпечують його вільне розширення. При розширенні температура газу різко знижується. Охолоджене повітря, температура якого на кілька десятків градусів нижче температури навколишнього середовища, знову стискають до 10-15 МПа. Потім знову відбирають теплоту, що виділилася. Через кілька циклів «стиснення-розширення» температура падає нижче за температуру кипіння і кисню, і азоту. Утворюється рідке повітря, яке потім піддають перегонці (дистиляції). Температура кипіння кисню (-182,9 ° C) більш ніж на 10 градусів вище, ніж температура кипіння азоту (-195,8 ° C). Тому з рідини азот випаровується першим, а в залишку накопичується кисень. За рахунок повільної (фракційної) дистиляції вдається отримати чистий кисень, у якому вміст домішки азоту становить менше 0,1 об'ємного відсотка.

Урок з хімії 8 клас

Тема:Кисень, його загальна характеристика. Знаходження у природі. Одержання кисню та його фізичні властивості.

Мета уроку:продовжити формування понять "хімічний елемент", "проста речовина", "хімічна реакція". Сформувати уявлення про способи одержання кисню в лабораторії. Ввести поняття про каталізатора, фізичні властивості, характеризувати елемент за таблицею Д.І. Менделєєва. Вдосконалювати навички володіння інтерактивною дошкою.

Основні поняття. Каталізатори.

Заплановані результати навчання

Предметні.Вміти розрізняти поняття "хімічний елемент", "проста речовина" на прикладі кисню. Вміти характеризувати фізичні властивості та способи збирання кисню.

Метапредметні. Розвивати вміння працювати за планом, формулювати, аргументувати, організовувати навчальну співпрацю та спільну діяльність із учителем та однолітками.

Особистісні.Формувати відповідальне ставлення до навчання, готовність до самоосвіти.

Основні види діяльності учнів.Описувати хімічний елемент за запропонованим планом. Описувати хімічні реакції, що спостерігаються під час демонстраційного експерименту. Брати участь у спільному обговоренні результатів. Робити висновки із результатів дослідів.

Демонстрації. Одержання кисню із пероксиду водню.

Хід уроку

Вивчення нового матеріалу.

1. Фронтальна бесіда:

Який газ підтримує дихання та горіння?

Які відомості про кисень вам відомі з курсів природознавства, ботаніки?

До складу яких речовин входить кисень? (Вода, пісок, гірські породи, мінерали, білки, жири, вуглеводи).

Загальна характеристика хімічного елемента кисню:

Хімічний знак (O).

Відносна атомна маса (16).

Валентність (ІІ).

Хімічна формула простої речовини (О2).

Відносна молекулярна маса простої речовини (32).

Дайте характеристику елементу №8, з його положення у періодичної таблиці хімічних елементів Д.І. Менделєєва. (порядковий номер – 8, атомна маса – 16, IV – номер групи, номер періоду – 2).

Знаходження у природі.

Кисень – найпоширеніший хімічний елемент у земній корі (49%). Повітря містить 21% газу кисню. Кисень є важливою частиною органічних сполук, що мають велике значення для живих організмів.

Фізичні властивості: кисень – безбарвний газ, без смаку та запаху, малорозчинний у воді (у 100 об'ємах води – 3,1 об'єм кисню). Кисень трохи важчий за повітря (Мr (О2) = 2х16 = 32, p повітря = 29).

2. Досліди щодо отримання кисню.

Отримання у лабораторії.

Вперше газ кисень було отримано 1774 року англ. вченим Джозефом Прістлі. При прожарюванні оксиду ртуті (II) Прістлі отримало «повітря»:

Вчений вирішив дослідити дію отриманого газу на полум'я свічки: під дією цього газу полум'я свічки стало сліпуче яскравим, у струмені отриманого газу згорів залізний дріт. Миші, поміщені в посудину з цим газом, легко дихали, сам учений спробував вдихати цей газ і зазначив, що дихати легко.

У шкільній лабораторії цей газ ми отримаємо з перекису водню. Для спостереження фізичних властивостей кисню повторюємо правила техніки безпеки.

У пробірку з розчином пероксиду водню поміщаємо трохи оксиду марганцю (IV) МnO2 починається бурхлива реакція з виділенням кисню. Виділення кисню підтверджуємо тліючою лучинкою (вона спалахує і горить). Після закінчення реакції оксид марганцю (IV) осідає на дно, його можна використати знову. Отже, оксид марганцю (IV) прискорює реакцію розкладання пероксиду водню, але при цьому не витрачається.

Визначення:

Речовини, що прискорюють хімічні реакції, але самі при цьому не витрачаються і не входять до складу продуктів реакції, називають каталізаторами.

2Н2О2 MnO2 2Н2О+О2

У шкільній лабораторії кисень отримують ще одним способом:

Нагріванням перманганату калію

2КМnO4=К2MnO4+MnO2+О2

Оксид марганцю (IV) прискорює ще одну реакцію одержання кисню – реакцію розкладання при нагріванні хлорату калію КСlO3 (бертолетової солі): 2КСlO3 MnO2 2КСl+3О2

3. Робота з підручником:

На с. 75 прочитайте про застосування каталізаторів у промисловості.

На рис. 25 та рис. 26 показані способи збирання кисню. На яких відомих вам фізичних властивостях ґрунтуються способи збирання кисню методом витіснення повітря? (кисень важчий за повітря: 32 29), методом витіснення води? (кисень малорозчинний у воді). Як правильно зібрати прилад для збирання кисню шляхом витіснення повітря? (рис. 25) Відповідь: пробірка для збирання кисню повинна бути розташована денцем донизу. Як можна виявити чи довести наявність у посудині кисню? (за спалахування тліючої лучинки).

с. 75 прочитайте статтю підручника «Отримання в промисловості». На якій фізичній властивості кисню ґрунтується такий метод його отримання? (Рідкий кисень має температуру кипіння вище, ніж рідкий азот, тому азот випарується, а кисень залишиться).

ІІ.Закріплення знань, умінь.

Які речовини називають каталізаторами?

с. 76 тестові завдання.

Робота у парах. Виберіть дві правильні відповіді:

Хімічний елемент кисень:

1. безбарвний газ

2. має порядковий номер 8 (+)

3. входить до складу повітря

4. входить до складу води (+)

5. трохи важче за повітря.

4. Проста речовина кисень:

1. має атомну масу 16

2. входить до складу води

3. підтримує дихання та горіння (+)

4. утворюється при розкладанні пероксиду водню (+).

5. Заповнити таблицю:

Загальна характеристика кисню
Знаходження у природі
Отримання а) у лабораторії б) у промисловості
Фізичні властивості

Обчислити масову частку хімічного елемента кисню у оксиді сірки (VI). SO3

W = (nхAr): Mr х 100%

W (О) = (3х16): 80х100% = 60%

Як розпізнати, у якій колбі знаходиться вуглекислий газ та кисень? (за допомогою тліючої лучинки: у кисні вона яскраво спалахує, у вуглекислому газі - гасне).

Елементи, розташовані у головній підгрупі VI групи періодичної системи елементів Д. І. Менделєєва.

Розподіл електронів за енергетичними рівняннями атомів елементів групи кисню Таблиця 13

Елемент	Заряд ядра	Енергетичні рівні					Радіус атома Å
		K	L	M	N	O
							0,60 1,04 1,16 1,43

Розгляд атомних структур елементів головної підгрупи VI групи показує, що всі вони мають шестиелектронну структуру зовнішнього шару (табл. 13) і у зв'язку з цим мають порівняно високі значення електронегативності. Найбільшу електронегативність має , найменшу - , що пояснюється зміною величини атомного радіусу. p align="justify"> Особливе місце кисню в цій групі підкреслюється тим, що , і телур можуть безпосередньо з'єднуватися з киснем, але не можуть з'єднуватися між собою.

Елементи групи кисню також належать до р-Елементів, так як у них добудовується р-оболонка. Для всіх елементів сімейства, крім кисню, валентними є 6 електронів зовнішнього шару.
В окисно-відновних реакціях елементи групи кисню часто виявляють окислювальні властивості. Найбільш сильно окислювальні властивості виражені у кисню.
Для всіх елементів головної підгрупи VI групи характерна негативна міра окислення -2. Однак для сірки, селену і телуру поряд з цим можливі і позитивні ступені окислення (максимальна +6).
Молекула кисню, як будь-якого простого газу, двоатомна, побудована за типом ковалентного зв'язку, утвореного за допомогою двох електронних пар. Отже, кисень двовалентний при утворенні простого .
Сірка – тверда речовина. До складу молекули входить 8 атомів сірки (S8), але вони з'єднані у своєрідне кільце, в якому кожен атом сірки з'єднаний лише з двома сусідніми атомами ковалентним зв'язком

Таким чином, кожен атом сірки, маючи з двома сусідніми атомами по одній спільній електронній парі, сам по собі є двовалентним. Подібні молекули утворюють селен (Se8) та телур (Te8).

■ 1. Складіть розповідь про групу кисню за таким планом: а) становище у періодичної системі; б) заряди ядер та. число нейтронів у ядрі; в) електронні зміни; г) структура кристалічних ґрат; буд) можливі ступеня окислення кисню та інших елементів цієї групи.
2. У чому схожість і відмінність атомних структур та електронних змін атомів елементів основних підгруп VI і VII груп?
3. Скільки валентних електронів є у елементів головної підгрупи VI групи?
4. Як повинні поводитися елементи головної підгрупи VI групи в окислювально-відновних реакціях?
5. Який із елементів головної підгрупи VI групи є найбільш електронегативним?

При розгляді елементів головної підгрупи VI групи ми вперше зустрічаємося із явищем алотропії. Один і той самий елемент у вільному стані може утворювати дві або кілька простих речовин. Таке явище називається алотропією, а самі називаються алотропними видозмінами.

Запишіть це формулювання у зошит.

Наприклад, елемент кисень здатний утворювати два простих - кисень та озон.
Формула простого кисню O2 формула простої речовини озону O3. Побудовано їх молекули по-різному:

Кисень та озон - алотропні видозміни елемента кисню.
Сірка може утворювати кілька алотропних видозмін (модифікацій). Відома ромбічна (октаедрична), пластична та моноклінічна сірка. Селен і телур також утворюють кілька алотропних видозмін. Слід зазначити, що явище алотропії притаманно багатьох елементів. Розходження у властивостях різних алотропних видозмін ми розглянемо щодо елементів.

■ 6. У чому відмінність структури молекули кисню від структури молекули озону?

7. Якого типу зв'язок у молекулах кисню та озону?

Кисень. Фізичні властивості, фізіологічна дія, значення кисню у природі

Кисень - найлегший елемент головної підгрупи VI групи. Атомна вага кисню 15,994. 31,988. Атом кисню має найменший радіус із елементів цієї підгрупи (0,6 Å). Електронна конфігурація атома кисню: ls 2 2s 2 2p 4 .

Розподіл електронів за орбіталями другого шару вказує на те, що кисень має на р-орбіталях два непарні електрони, які можуть бути легко використані на утворення хімічного зв'язку між атомами. Характерний ступінь окиснення кисню.
Кисень являє собою газ, що не має кольору та запаху. Він важчий за повітря, при температурі -183° перетворюється на рідину блакитного кольору, а при температурі -219° твердне.

Щільність кисню дорівнює 143 г/л. Кисень погано розчинний у воді: у 100 об'ємах води при 0° розчиняються 3 об'єми кисню. Тому кисень можна тримати в газометрі (рис. 34) - прилад для зберігання газів, нерозчинних і малорозчинних у воді. Найчастіше у газометрі зберігають кисень.
Газометр складається з двох головних частин: посудини 1, що служить для зберігання газу, і великої вирви 2 з краном і з довгою трубкою, що доходить майже до дна посудини 1 і служить для подачі води в прилад. Посудину 1 має три тубуси: в тубус 3 з притертою внутрішньою поверхнею вставляють, воронку 2 з краном, тубус 4 вставляють газовідвідну трубку, з краном; тубус 5 внизу служить для випуску води з приладу під час його зарядки та розрядки. У зарядженому газометрі посудина 1 заповнена киснем. На дні судини знаходиться , в яку опущений кінець трубки 2 воронки.

Мал. 34.
1 - посудина для зберігання газу; 2 - вирва для подачі води; 3 - тубус із притертою поверхнею; 4 – тубус для виведення газу; 5 - тубус для випуску води під час заряджання апарата.

Якщо потрібно отримати з газометра кисень, спочатку відкривають кран вирви, і злегка стискає кисень, що знаходиться в газометрі. Потім відкривають кран на газовідвідній трубці, через який виходить кисень, що витісняється водою.

У промисловості кисень зберігають у сталевих балонах у стислому стані (рис. 35 а), або в рідкому вигляді в кисневих «танках» (рис. 36).

Мал. 35.Кисневий балон

Випишіть з тексту назви приладів для зберігання кисню.
Кисень є найпоширенішим елементом. Він становить майже 50% ваги усієї земної кори (рис. 37). Людський організм містить 65% кисню, що входить до складу різних органічних речовин, з яких побудовано тканини та органи. У воді близько 89% кисню. В атмосфері на кисень припадає 23% за вагою та 21% за обсягом. Кисень входить до складу найрізноманітніших гірських порід (наприклад, вапняку, крейди, мармуру CaCO3, піску SiO2), руд різних металів (магнітного залізняку Fe3O4, бурого залізняку 2Fe2O3 · nH2O, червоного залізняку Fe2O3, бокситу Аl2O3 · nН. . Кисень входить до складу більшості органічних речовин.

Фізіологічне значення кисню величезне. Це єдиний газ, що живі організми можуть використовувати для дихання. Відсутність кисню викликає зупинку життєвих процесів та загибель організму. Без кисню людина може прожити лише кілька хвилин. При диханні поглинається кисень, який бере участь в окислювально-відновних процесах, що відбуваються в організмі, а виділяються продукти окислення органічних речовин - двоокис вуглецю та інші речовини. Як наземні, і водні живі організми дихають киснем: наземні - вільним киснем атмосфери, а водні - киснем, розчиненим у питній воді.
У природі відбувається своєрідний кругообіг кисню. Кисень з атмосфери поглинається тваринами, рослинами, людиною, витрачається на процеси горіння палива, гниття та інші окислювальні процеси. Двоокис вуглецю і вода, що утворюються в процесі окислення, споживаються зеленими рослинами, в яких за допомогою хлорофілу листя та сонячної енергії здійснюється процес фотосинтезу, тобто синтезу органічних речовин з двоокису вуглецю та води, що супроводжується виділенням кисню.
Для забезпечення киснем однієї людини потрібні крони двох великих дерев. Зелені рослини підтримують незмінний склад атмосфери.

■ 8. Яке значення кисню у житті живих організмів?
9. Як поповнюється запас кисню у атмосфері?

Хімічні властивості кисню

Вільний кисень, вступаючи в реакції з простими та складними речовинами, поводиться зазвичай як .

Мал. 37.

Ступінь окислення, яку він набуває при цьому, завжди -2. У безпосередню взаємодію з киснем вступають багато елементів, за винятком шляхетних металів, елементів з близькими до кисню значеннями електронегативності () та інертних елементів.
В результаті з'єднання кисню з простими та складними речовинами утворюються. Багато хто горить у кисні, хоча на повітрі або не горять, або горять дуже слабо. згоряє в кисні яскраво-жовтим полум'ям; при цьому утворюється перекис натрію (рис. 38):
2Na + O2 = Na2O2,
Сірка горить у кисні яскраво-блакитним полум'ям з утворенням сірчистого ангідриду:
S + O2 = SO2
Деревне вугілля на повітрі ледве тліє, а в кисні сильно розжарюється і згоряє з утворенням двоокису вуглецю (рис. 39):
З + O2 = ЗO2

Мал. 36.

Горить у кисні білим, сліпуче яскравим полум'ям, причому утворюється тверда біла п'ятиокис фосфору:
4Р + 5O2 = 2Р2O5
горить у кисні, розкидаючи іскри та утворюючи залізну окалину (рис. 40).
Горять у кисні і органічні речовини, наприклад метан СН4, що входить до складу природного газу: СH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
Горіння в чистому кисні відбувається набагато інтенсивніше, ніж на повітрі, і дозволяє отримати значно більш високу температуру. Це використовують для інтенсифікації ряду хімічних процесів і більш ефективного спалювання палива.
У процесі дихання кисень, з'єднуючись з гемоглобіном крові, утворює оксигемоглобін, який, будучи дуже нестійкою сполукою, легко розкладається в тканинах з утворенням вільного кисню, що йде на окислення. Гниєння також є окислювальними процесами, що протікають за участю кисню.
Розпізнають чистий кисень, вносячи в посудину, де передбачається його наявність, що тліє лучинку. Вона яскраво спалахує – це і є якісною пробою на кисень.

■ 10. Яким чином, маючи у своєму розпорядженні лучинку, можна розпізнати кисень, що знаходяться в різних судинах, двоокис вуглецю? 11. Який обсяг кисню піде спалювання 2 кг кам'яного вугілля, що містить у січому складі 70% вуглецю, 5% водню, 7% , кисню, інше- негорючі компоненти?

Мал. 38.Горіння натрію Мал. 39.Горіння вугілля Мал. 40.Горіння заліза у кисні.

12. Чи вистачить 10 л кисню для спалювання 5 г фосфору?
13. 1 м3 газової суміші, що містить 40% окису вуглецю, 20% азоту, 30% водню н 10% двоокису вуглецю спалили в кисні. Який обсяг кисню було витрачено?
14. Чи можна сушити кисень, пропускаючи його через: а) сірчану кислоту, б) хлорид кальцію, в) фосфорний ангідрид, г) металевий?
15. Як звільнити двоокис вуглецю від домішки кисню та навпаки, як звільнити кисень від домішки двоокису вуглецю?
16. 20 л кисню, що містить домішок двоокису вуглецю, пропустили через 200 мл 0,1 н. розчин барію. В результаті катіон Ва 2+ був повністю обложений. Скільки двоокису вуглецю (у відсотках) містив вихідний кисень?

Отримання кисню

Отримують кисень кількома способами. У лабораторії кисень одержують із кисневмісних речовин, які можуть легко його відщеплювати, наприклад, з перманганату калію КМnO4 (рис. 41) або з бертолетової солі КСlO3:
2КМnО4 = K2MnO4 + МnО2 + O2

2КСlO3 = 2КСl + O2
При отриманні кисню з бертолетової солі для прискорення реакції повинен бути каталізатор - двоокис марганцю. Каталізатор прискорює розкладання і робить його рівномірнішим. Без каталізатора може

Мал. 41. Прилад для отримання кисню лабораторним способом перманганату калію. 1 – перманганат калію; 2 – кисень; 3 – вата; 4 – циліндр – збірник.

статися вибух, якщо бертолетова сіль взята у великій кількості і особливо якщо вона забруднена органічними речовинами.
З перекису водню кисень отримують також у присутності каталізатора - двоокису марганцю МnО2 за рівнянням:
2Н2O2[МnО2] = 2Н2O + О2

■ 17. Навіщо при розкладанні бертолетової солі додають МnО2?
18. Кисень, що утворюється при розкладанні КМnO4, можна збирати над водою. Відобразіть це у схемі приладу.
19. Іноді за відсутності в лабораторії двоокису марганцю замість неї в бертолетову сіль додають трохи залишку після прожарювання калію перманганату. Чому можлива така заміна?
20. Який обсяг кисню виділиться під час розкладання 5 молей бертолетової солі?

Кисень може бути отриманий також розкладанням нітратів при нагріванні вище температури плавлення:
2KNO3 = 2KNO2 + О2
У промисловості кисень отримують переважно з рідкого повітря. Переведений в рідкий стан повітря випаровують. Спочатку випаровується (його температура кипіння - 195,8 °), а кисень залишається (його температура кипіння -183 °). Цим способом кисень виходить майже чистому вигляді.
Іноді за наявності дешевої електроенергії кисень одержують електролізом води:
Н2O ⇄ Н + + OН -
Н++ е- → Н 0
на катоді
2ВІН - е- → H2O + О; 2О = О2
на аноді

■ 21. Перерахуйте відомі вам лабораторні та промислові способи одержання кисню. Запишіть їх у зошит, супроводжуючи кожен спосіб рівнянням реакції.
22. Чи є реакції, що використовуються для отримання кисню, окислювально-відновними? Дайте відповідь.
23. Взято по 10 г наступних речовин; перманганату калію, бертолетової солі, нітрату калію. У якому разі вдасться одержати найбільший обсяг кисню?
24. У кисні, отриманому під час нагрівання 20 г перманганату калію, спалили 1 г вугілля. Який відсоток перманганату зазнав розкладання?

Кисень - найпоширеніший елемент у природі. Він широко застосовується в медицині, хімії, промисловості тощо (рис. 42).

Мал. 42. Застосування кисню.

Льотчики великих висотах, люди, які у атмосфері шкідливих газів, зайняті підземних і підводних роботах, користуються кисневими приладами (рис. 43).

У тих випадках, коли утруднено внаслідок того чи іншого захворювання, людині дають дихати чистим киснем з кисневої подушки або поміщають його в кисневий намет.
В даний час для інтенсифікації металургійних процесів широко застосовують повітря, збагачене киснем, або чистий кисень. Киснево-воднева та киснево-ацетиленова пальники застосовуються для зварювання та різання металів. Просочуючи рідким киснем горючі речовини: тирсу, вугільний порошок тощо, отримують вибухові суміші, звані оксиліквітами.

■ 25. Накресліть таблицю у зошиті та заповніть її.

Озон О3

Як мовилося раніше, елемент кисень може утворювати ще одне алотропное видозміна - озон О3. Озон кипить при -111 °, а твердне при -250 °. У газоподібному стані він блакитного кольору, у рідкому – синього. озону у воді набагато вище, ніж кисню: у 100 об'ємах води розчиняється 45 об'ємів озону.

Озон відрізняється від кисню тим, що його молекула складається із трьох, а не двох атомів. У зв'язку з цим молекула кисню набагато стійкіша, ніж молекула озону. Озон легко розпадається за рівнянням:
О3 = О2 + [O]

Виділення атомарного кисню при розпаді озону робить його набагато сильнішим окислювачем, ніж кисень. Озон має запах-свіжості («озон» у перекладі означає «пахучий»). У природі він утворюється під впливом тихого електричного розряду та у соснових лісах. Хворим із захворюванням легень рекомендується більше бувати у соснових лісах. Однак тривале перебування в атмосфері, сильно збагаченій озоном, може мати отруйну дію на організм. Отруєння супроводжується запамороченням, нудотою, кровотечею з носа. При хронічних отруєннях можуть виникнути серцеві захворювання.
У лабораторії озон одержують із кисню в озонаторах (рис. 44). У скляну трубку 1, обмотану з дроту 2, пропускають кисень. Всередині трубки проходить дріт 3. Обидва ці дроти: з'єднані з полюсами джерела струму, що створює на зазначених електродах високу напругу. Між електродами відбувається тихий електричний розряд, завдяки чому з кисню утворюється озон.

Рис 44; Озонатор. 1 – скляний балон; 2 – зовнішня обмотка; 3-дрот усередині трубки; 4 - розчин йодиду калію з крохмалем

3О2 = 2О3
Озон є дуже сильним окислювачем. Він значно енергійніший, ніж кисень, вступає в реакції і взагалі набагато активніше кисню. Наприклад, на відміну від кисню, він може витіснити з йодистого водню або йодистих солей:
2KI + О3 + Н2О = 2КОН + I2 + O2

Озона в атмосфері дуже мало (близько однієї мільйонної частки відсотка), але він відіграє істотну роль у поглинанні ультрафіолетових сонячних променів, тому вони потрапляють на землю в меншій кількості і не надають згубної дії на живі організми.
Застосовується озон у кількості головним чином кондиціонування повітря, соціальній та хімії.

■ 26. Що таке алотропні видозміни?
27. Чому йодкрохмальний папір синіє під дією озону? Дайте відповідь.
28. Чому молекула кисню значно стійкіша за молекулу озону? Обґрунтуйте свою відповідь із погляду внутрішньомолекулярної структури.