Kakšna je stopnja oksidacije kisika? Valenca in stopnja oksidacije kisika

Vsi vdihavamo zrak, ki v osnovi sestoji iz molekul dušika in kisika z neznatnim dodatkom drugih elementov. Tako je kisik eden najpomembnejših kemičnih elementov. Poleg tega so njegove molekule prisotne v ogromnem številu kemičnih spojin, ki se uporabljajo v vsakdanjem življenju. Za opis vseh lastnosti tega elementa ni dovolj strani in sto, zato se omejimo na glavna dejstva iz zgodovine, pa tudi na osnovne značilnosti elementa - valenco in stopnjo oksidacije kisika, specifično težo, uporabo, osnovne fizikalne lastnosti.

Zgodovina odkrivanja kemijskega elementa

Uradni datum odprtja kemijskega elementa "kisik" je 1. avgust 1774. Danes je britanski kemik J. Priestley opravil eksperiment o razpadu živosrebrovega oksida v hermetično zaprti posodi. Na koncu eksperimenta je znanstvenik prejel plin, ki je podpiral zgorevanje. Vendar pa to odkritje ni opazil niti sam znanstvenik. Gospod Priestley je mislil, da mu ni uspelo razlikovati med novimi elementi, ampak sestavni del zraka. Joseph Priestley je s svojimi rezultati delil s slavnim francoskim znanstvenikom in kemikom Antoine Lavoisierjem, ki je razumel, kaj Anglež ni mogel storiti. Lavoisier je leta 1775 ugotovil, da je nastali "sestavni del zraka" dejansko neodvisen kemični element in ga imenuje kisik, kar v grščini pomeni "tvorjenje kisline". Lavoisier je potem verjel, da je kisik v vseh kislinah. Nato so bile formule pridobljene za kisline, ki ne vsebujejo atomov kisika, toda ime je bilo sprejeto.

Kisik - značilnosti strukture molekule

Ta kemični element je brezbarven plin, ki ne diši in ne okusi. Kemijska formula - O₂. Kemiki se nanašajo na konvencionalni diatomski kisik kot "atmosferski kisik" ali "kisik". Molekula snovi je sestavljena iz dveh vezanih atomov kisika. Obstajajo tudi molekule, sestavljene iz treh atomov - O₃. Ta snov se imenuje ozon, več podrobnosti o tem bo zapisano spodaj. Molekula z dvema atomoma ima stopnjo oksidacije kisika -2, saj vsebuje dve nespremenjeni tisti, ki lahko tvorijo kovalentno vez elektronov. Energija, ki se sprošča med razpadom (disociacija) molekule kisika v atomih, je 493,57 kJ / mol. To je precej velika vrednost.

Valenca in stopnja oksidacije kisika

Z valenčnost kemijskega elementa imamo v mislih svojo sposobnost, da sama sebi pripišemo določeno število atomov drugega kemijskega elementa. Valenca kisikovega atoma je dve. Valenca molekule kisika je prav tako enaka dvema, ker sta dva atoma povezana drug z drugim in imata sposobnost, da v svojo strukturo pritrdita še en atom druge spojine, tvorijo kovalentno vez z njim. Na primer molekula vode H₂O smo dobili kot rezultat nastanka kovalentne vezi med enim kisikovim atomom in dvema atomi vodika.

Kisik se nahaja v številnih znanih kemičnih spojinah. Obstaja tudi ločena vrsta kemičnih spojin - oksidi. To so snovi, pridobljene s kombiniranjem skoraj vsakega kemijskega elementa s kisikom. Stopnja oksidacije kisika v oksidih je -2. Vendar pa je v nekaterih spojinah ta indikator lahko drugačen. To bo podrobneje opisano spodaj.

Fizikalne lastnosti kisika

Normalni diatomski kisik je plin, ki nima barve, vonja in okusa. V normalnem stanju je njegova gostota 1,42897 kg / m³. Teža 1 liter snovi je nekaj manj kot 1,5 grama, kar je v čisti obliki kisik težji od zraka. Ko se segreva, molekula disociira v atome.

Ko temperatura medija pade na -189,2 ^oC kisik spreminja svojo strukturo iz plinastih v tekočino. Istočasno se pojavi vrelišče. Z znižanjem temperature na -218,35 ^oC se spremeni struktura od tekočine do kristaline. Na tej temperaturi ima kisik modrozelene kristale.

Pri sobni temperaturi je kisik slabo topen v vodi - en liter je 31 mililitrski kisik. Topnost z drugimi snovmi: 220 ml na 1 liter etanola, 231 ml na 1 liter acetona.

Kemijske lastnosti kisika

Celoten Talmud lahko zapišemo o kemičnih lastnostih kisika. Najpomembnejša lastnost kisika je oksidacija. Ta snov je zelo močan oksidant. Kisik lahko interakcijo s skoraj vsemi znanimi elementi iz periodične tabele. Kot posledica te interakcije nastanejo oksidi, kot smo že omenili. Stopnja oksidacije kisika v spojinah z drugimi elementi je v bistvu -2. Primer takih spojin je voda (H₂O), ogljikov dioksid (CO₂), kalcijev oksid, litijev oksid itd. Obstaja pa določena kategorija oksidov, imenovana peroksidi ali peroksidi. Njihova posebnost je, da v teh spojinah obstaja peroksidna skupina "-O-O;". Ta skupina zmanjša oksidativne lastnosti O₂, zato je stopnja oksidacije kisika v peroksidu -1.

V kombinaciji z aktivnimi alkalnimi kovinami kisik tvori superokside ali superekside. Primer takih formacij je:

• kalijev superoxid (KO₂);
• Rubidijev superoxid (RbO₂).

Njihova posebnost je, da je stopnja oksidacije kisika v superoksidih -1/2.

V kombinaciji z najbolj aktivnim kemičnim elementom - fluorom dobimo fluoride. Spodaj bodo opisani.

Najvišja stopnja oksidacije kisika v spojinah

Odvisno od snovi, s katero sodeluje kisik, obstaja sedem stopenj oksidacije kisika:

1. -2 - v oksidih in organskih spojinah.
2. -1 - v peroksidih.
3. -1/2 - v superoxidih.
4. -1/3 - v anorganskih ozonidih (velja za triatomski kisik - ozon).
5. +1/2 - v soli kisikovega kationa.
6. +1 - v monofluoridu kisika.
7. +2 - v difluoridu kisika.

Kot vidimo, najvišjo stopnjo oksidacije kisika dosežemo pri oksidih in organske spojine, in v fluoridih pa ima celo pozitivno stopnjo. Vse vrste interakcij se ne izvajajo naravno. Nekatere spojine zahtevajo posebne pogoje, na primer: visok tlak, visoka temperatura, izpostavljenost redkim spojinam, ki se v naravi skoraj ne pojavljajo. Razmislimo o osnovnih povezavah kisika z drugimi kemičnimi elementi: oksidi, peroksidi in fluoridi.

Klasifikacija oksidov s kislinsko-baznimi lastnostmi

Obstajajo štiri vrste oksidov:

• osnovno;
• kislina;
• nevtralen;
• amfoterna.

Stopnja oksidacije kisika v spojinah teh vrst je -2.

• Osnovni oksidi so spojine s kovinami, ki imajo nizke stopnje oksidacije. Običajno pri interakciji s kislinami dobimo ustrezno sol in vodo.
• Kislinski oksidi - oksidi nemetala z visoko stopnjo oksidacije. Ko se jim doda voda, se tvori kislina.
• Nevtralni oksidi so spojine, ki ne reagirajo s kislinami ali z bazami.
• Amfoterni oksidi so spojine s kovinami, ki imajo nizko elektronegativnost. Ti, odvisno od okoliščin, kažejo lastnosti kislih in bazičnih oksidov.

Peroksidi, stopnja oksidacije kisika v vodikovem peroksidu in druge spojine

Peroksidi so kisikove spojine z alkalne kovine. Te so pridobljene z gorenjem teh kovin v kisiku. Peroksidi organskih spojin so izredno eksplozivni. Lahko jih dobimo tudi z absorpcijo z kisikovimi oksidi. Primeri peroksidov:

• vodikov peroksid (H₂O₂);
• barijev peroksid (BaO₂);
• natrijev peroksid (Na₂O₂).

Vsi so združeni z dejstvom, da vsebujejo skupino kisika -O-O-. Posledično je oksidacija kisika v peroksidih -1. Ena izmed najbolj znanih spojin z -O-O- skupino je vodikov peroksid. V normalnih pogojih je ta spojina bledo modra tekočina. S kemičnimi lastnostmi je vodikov peroksid bliže šibki kislini. Ker ima spojina -O-O v spojini šibko odpornost, lahko raztopino vodikovega peroksida tudi pri sobni temperaturi razgradimo v vodo in kisik. To je najmočnejši oksidant, vendar pa so pri interakciji z močnejšimi oksidanti lastnosti reducenta le vodikov peroksid. Stopnja oksidacije kisika v vodikovem peroksidu, kot pri drugih peroksidih, je -1.

Druge vrste peroksidov so:

• supereksidi (superoxidi, v katerih ima kisik oksidacijo -1/2);
• anorganski ozonidi (zelo nestabilne spojine z ozonskim anionom v njihovi strukturi);
• Organski ozonidi (spojine, ki imajo v svoji strukturi -O-O-O-vez).

Fluoridi, stopnja oksidacije kisika v OF2

Fluorid je najučinkovitejši element vseh trenutno znanih. Zato interakcija kisika s fluorom ne povzroča oksidov, ampak fluoridov. Imenovani so tako, ker v tej spojini ni kisik, vendar je fluor oksidant. Fluoridov ni mogoče pridobiti naravno. So samo sintetizirane, pridobivanje s povezavo fluora z vodno raztopino KOH. Kisikove fluoride so razdeljene na:

• kisik difluorid (OF₂);
• Monofluorid kisika (O₂F₂).

Naj bolj podrobno razmislimo o vseh povezavah. Difluorid kisika je brezbarven plin z izrazitim neprijetnim vonjem. Ob hlajenju se kondenzira v rumenkasto tekočino. V tekočem stanju se slabo zmeša z vodo, vendar je dobro z zrakom, fluorom in ozonom. Glede na njegove kemijske lastnosti je difluorid kisika zelo močan oksidant. Stopnja oksidacije kisika v OF2 je +1, to je, v tej spojini, fluor oksidant, in kisik je reducent. OF₂ To je zelo strupeno, v smislu toksičnosti presega čist fluor in se prilega fosgenu. Glavna uporaba te spojine je kot oksidant za raketno gorivo, saj difluorid kisika ni eksploziven.

Monofluorid kisika v normalnem stanju je rumenkasta trdna snov. Pri taljenju tvori rdečo tekočino. Je močan oksidant, pri interakciji z organskimi spojinami je zelo eksploziven. V tej spojini kisik kaže stopnje oksidacije +2, to je v tej spojini fluora, kisik deluje kot redukcijsko sredstvo in fluor kot oksidant.

Ozon in njegove spojine

Ozon je molekula, ki ima med seboj povezana tri atoma kisika. V normalnem stanju je modri plin. Ko se ohladi, tvori globoko modro tekočino, blizu indigo. V trdnem stanju so kristali temno modre barve. Ozon ima oster vonj, v naravi ga lahko čutijo v zraku po hudi nevihti.

Ozon, kot navaden kisik, je zelo močan oksidant. S kemičnimi lastnostmi se približuje močnim kislinam. Ko je izpostavljen oksidom, ozon poveča njihovo oksidacijsko stanje s sproščanjem kisika. Toda hkrati se zmanjša stopnja oksidacije kisika. V ozonu kemične vezi niso tako močne kot pri O₂, Zato se v normalnih pogojih, brez uporabe napora, lahko razgradi v kisik s sproščanjem toplotne energije. Ko se temperatura učinka na molekulo ozona poveča in ko se tlak zmanjša, se proces razgradnje v dvoatomski kisik s sproščanjem toplote pospeši. V tem primeru, če je v prostoru velika vsebnost ozona, lahko ta proces spremlja eksplozija.

Ker je ozon zelo močan oksidant in praktično vsi procesi z njeno udeležbo proizvajajo veliko količino O₂, potem je ozon izjemno strupena snov. Vendar pa v zgornjih plasteh ozračja ozonski plašč igra vlogo reflektorja iz ultravijoličnega sevanja sončnih žarkov.

Iz ozona s pomočjo laboratorijskih instrumentov nastajajo organski in anorganski ozonidi. To je zelo nestabilno v svoji strukturi snovi, zato je njihovo ustvarjanje v naravnih pogojih nemogoče. Ozonide so shranjene le pri nizkih temperaturah, saj so pri normalnih temperaturah zelo eksplozivne in strupene.

Uporaba kisika in njegovih spojin v industriji

Zaradi dejstva, da so znanstveniki nekoč učili stopnjo oksidacije v kisiku, ko so sodelovali z drugimi elementi, se je s svojimi spojinami pogosto uporabljal v industriji. Še posebej po tem, ko so turboexpanders izumili sredi dvajsetega stoletja - agregati, ki lahko pretvorijo potencialno energijo kisika v mehansko. Ker je kisik izredno vnetljiva snov, se uporablja v vseh panogah, kjer je potreben ogenj in toplota. Pri rezanju in varjenju kovin se cilindri s stisnjenim kisikom uporabljajo tudi za krepitev aparata za plamensko varjenje. Široka uporaba kisika v jeklarski industriji, kjer uporabljate stisnjen O₂ visoka temperatura v plavžih. Največja oksidacija kisika je -2. Ta značilnost se aktivno uporablja za proizvodnjo oksidov za nadaljnje gorenje in sproščanje toplotne energije. Tekoči kisik, ozon in druge spojine, ki vsebujejo veliko količino O_2, se uporabljajo kot oksidanti raketnega goriva. Oksidirani s kisikom se kot eksploziv uporabljajo nekatere organske spojine.

V kemični industriji se kisik uporablja kot oksidacijskega sredstva v kislinsko ogljikovodikovih spojin, kot so alkoholi, kisline in podobno. D. Zdravilo se uporablja pri znižanem tlaku pri bolnikih s težavami pljuč, za ohranjanje življenja organizma. V kmetijstvu se majhni odmerki čistega kisika se uporabljajo za vzrejo rib v ribnikih, za povečanje deleža goveda in podobno. D.

Kisik je močan oksidant, brez katerega ni mogoče obstajati

Predvsem je bilo napisano o tem, kaj kisik prikaže oksidacijska stanja pri reakciji z različnimi sestavinami in elementi, kakšne kisikove spojine obstajajo, katere vrste so smrtno nevarne in ki niso. Eden lahko ostane nerazumljiv - kako je za vse toksičnost in visoko stopnjo oksidacije kisik eden od elementov, brez katerih je življenje na Zemlji nemogoče? Dejstvo je, da je naš planet zelo uravnotežen organizem, ki se je posebej prilagodil tistim snovem, ki jih vsebuje atmosferski sloj. Sodeluje v ciklu, ki je videti tako: oseba in vse druge živali porabijo kisik in proizvajajo ogljikov dioksid, rastline pa v veliki večini porabijo ogljikov dioksid in proizvajajo kisik. Vse na svetu je medsebojno povezano in izguba ene povezave v tej verigi lahko vodi do porušitve celotne verige. Ne smemo pozabiti na to in v celoti poskrbeti za življenje na planetu, ne le za svoje posamezne predstavnike.