Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Химические свойства кислорода и его соединений





По электроотрицательности кислород уступает только фтору, степень окисления его в большинстве соединений равна –2, но может проявить +2 и +4, а также +1 и –1 в соедине­ниях со связью –O-O-. Подобно фтору образует соединения почти со всеми элементами (кроме гелия, неона и аргона).

Две аллотропные модификации: молекулярный кислород и озон. Наиболее устойчива молекула О2. Однозначного решения в изображении электронной структуры молекулы О2 еще не найдено. (По методу ВС).

 

 

Однако жидкий кислород – обладает парамагнитными свойствами, втягива­ется в магнитное поле, значит, у него есть неспареные электроны. Учитывая па­рамагнетизм молекулы О2 можно изобразить строение так:

 

-длина связи между неспаренными электронами неодинакова.

Более правильно объясняет строение молекулы О2 метод молекулярных орбиталей (ММО):

 

 

Порядок связи (ПС) в молекуле кислорода и соответствующих ионов рассчитывается с учетом электронов на связывающих и разрыхляющих орбиталях.

 

Два неспаренных электрона на π - разрыхляющих орбиталях обуславливают парамагнетизм молекулы кислорода.

 

 

 

 

 

Для молекулярных ионов:

О2+, О20, О2-, О2-2

ПС (кратность связи) 2,5 2 1,5 1

т.е. положительный молекулярный ион О2+ - самый прочный

 

При заполнении одной π·2pу орбитали образуются надпероксиды со связью O==O, имеющей кратность 1,5.

О2 + ē → О2-

Na + O2 → Na+O2- надпероксид натрия

При заполнении обеих π*2p орбиталей происходит образование пероксидов с одинарной слабой связью :О−О:

:О≡О: + 2ē → [:O – O :]2-

2Na + O2 → Na2+O2-2 – пероксид натрия

После заполнения 2х π*2p и σ*2p орбиталей четырьмя электронами связи молекулы О2 разрываются и образуются оксиды со степенями окисления-2.



:О≡О: + 4ē → 2О-2

О2 + 4Na → 2Na2O оксид.

Лабораторные способы получения О2

1.Термическое разложение солей и кислородных соединений

2 KNO3 = 2 KNO2 + O2

2 KСlO3 = 2 KCl + 3 O2

2 KMnO4 = K2 MnO4 + MnO2 + O2

BaO2 = BaO + ½ O2

Промышленные способы получения О2

1. Фракционирование жидкого воздуха (tкип(O2) = -183oC), tкип(N2) = - 196oC)

2.Электролизом водных растворов щелочей, который сводится к электролизу H2O. Щелочь необходима для электоропроводности раствора.

 

 

Кислород существует в виде двух аллотропных модификаций – О2 и O3 (озон)

Химические свойства О2

1.Плохо растворим в воде. В 1 л воды растворяется 0,9 л О2

2. Реагирует с большинством металлов и неметаллов. Хороший окислитель, часто для протекания реакции даже не требуется нагревание.

2Са + О2 = 2СаО

Эл. разряд

О2+ N2 ® 2 NO(t ≈ 3000oC)

4P + 5O2 = 2P2O5

2H2S + 3O2 =2 SO2 + 2H2O

2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O

K + O2 = K[O2]- -надпероксид калия

2Na + O2 = Na2O2 - пероксид натрия

 

 

 

Чем сильнее выражены основные свойства, тем меньше значение энергии Гиббса для реакции с H2O

Na2O + H2O = 2 NaOH ∆G0 = -147 кДж/моль

MgO + H2O = Mg(OH)2 ∆G0 = - 17 кДж/моль

Al2O3 + H2O = Al(OH)3 ∆G0 = - 7 кДж/моль

Изменение свободной энергии Гиббса для процессов растворения оксидов в воде представлено графиком. Как видно, максимальное значение – для оксидов алюминия и кремния, они нерастворимы в воде.

0

 

 

Молекула озона О3.

О3 – голубоватый газ с сильным запахом, означает «пахучий»: в сосновых лесах его много, у морского побережья, после грозы. Образуется из О2 под действием УФ излучения и при грозовых разрядах:

2 3 ∆G0 = - 323 кДж

 

Озон – сильнейший окислитель, окислительная способность обусловлена нестойкостью его мо­лекул, которые при обычной температуре распадаются с образованием атомарного кислорода, который ак­тивнее молекулы кислорода О2, на этом и основано окислительное действие его .

O3 ↔ O2 + O ΔH=-142 кДж/моль

Окисляет почти все металлы, действуют на неметаллы, обесцвечивает краси­тели, убивает микробы. При высоких концентрациях – яд. (Один кислород имеет с.о. равную +4).Молекула имеет угловое строение, существует в нескольких таутомерных формах. Наиболее распространенная форма указана ниже.

 

 

 

 

 

 

Связь трехцентровая ( центральный атом О+4 находится в sp2-гибридизации, связи его с двумя край­ними атомами кислорода неравноценны, одна двойная, одна одинарная).

Две sp2- гибридные орбитали образуют σ-связи, а 3-я гибридная орбиталь располо­жена перпендикулярно плоскости молекулы, образуя 3х-центровую 2х-электронную связь с крайними атомами кислорода. Предполагается что центральный aтом кислорода находится в возбу­жденном состоянии и по донорно-акцепторному механизму пара электронов помещается на пустую орбиталь.

Качественная реакция на озон, крахмальная бумага, смоченная раствором KI синеет в присутствии озона в результате выделения I2 ,озон более сильный окислитель, чем О2 с ним эта реакция не протекает.

2KI- + O3 + H2O = I02 + O2 + 2KOH-2

2I- -2e = I2

O03 + 2e = O02

Земля окружена слоем озона, располагающегося на высоте 25 км от её поверх­ности. Он образуется за счёт поглощения кислородом ультрафиолетового излучения Солнца. Озоновый слой ограничивает поток ультрафиолетового излучения, падающего на землю. Увеличение интенсивности ультрафиолетового излучения, дости­гающего Землю, могло бы привести к возрастанию заболеваний раком кожи. Вызывает беспокойство возможное разрушение озонового слоя выхлопными газами реактивных самолётов. Сейчас этот вопрос актуален и широко освещается в печати.

Химичесие свойства О3

Как сильнейший растворитель, реагирует с большим количеством веществ достаточно энергично.

1. С металлами 4Al + 4O3 → 2Al2O3 + 3O2

2. Со сложными веществами PbS + 2O3 → PbSO4 + O2

3. Со щелочами 2 KOH + 7/3 O3 → O2 + 2KO3 + H2O

озонид калия

Кроме степени окисления +4, кислород может проявлять степень окисления +2 в соединении со фтором O+2F2 и +1 О2+1F2

2 F2 + 2 NaOH → 2NaF + O+2F2 + H2O-2









Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2018 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.