Koji je stupanj oksidacije kisika? Valencija i stupanj oksidacije kisika

Svi mi dišemo zrak, koji se u osnovi sastoji od molekula dušika i kisika s beznačajnim dodavanjem drugih elemenata. Dakle, kisik je jedan od najvažnijih kemijskih elemenata. Osim toga, njegove molekule postoje u ogromnom broju kemijskih spojeva koji se koriste u svakodnevnom životu. Opisati sva svojstva tog elementa nije dovoljno i sto stranica, tako da smo ograničiti osnovne činjenice priče, kao i osnovne karakteristike elemenata - valenciju i stupanj oksidacije kisika, udio primjenjujući osnovne fizikalna svojstva.

Povijest otkrića kemijskog elementa

Službeni datum otvaranja kemijskog elementa "kisik" je 1. kolovoza 1774. Danas je britanski kemičar J. Priestley završio svoj eksperiment na raspadanju žive oksida u hermetički zatvorenoj posudi. Na kraju eksperimenta, znanstvenik je dobio plin koji podržava izgaranje. Međutim, to otkriće nije ni zapažalo ni sam znanstvenik. Gospodin Priestley mislio je da nije uspio razlikovati novi element nego sastavni dio zraka. Sa svojim rezultatima, Joseph Priestley je podijelio s poznatim francuskim znanstvenikom i kemičarem Antoineom Lavoisierom koji je mogao razumjeti što Englez nije mogao učiniti. Godine 1775. Lavoisier je uspio utvrditi da je rezultirajući "sastavni dio zraka" zapravo neovisni kemijski element i naziva ga kisik, koji u grčkom znači "formiranje kiseline". Lavoisier je tada vjerovao da je kisik u svim kiselinama. Zatim su dobivene formule za kiseline koje ne sadrže atome kisika, ali je ime usvojeno.

Kisik - svojstva strukture molekule

Ovaj kemijski element je bezbojni plin koji ne miris i okus. Kemijska formula - Oko₂. Kemisti se odnose na konvencionalni diatomski kisik kao "atmosferski kisik" ili "dioksigen". Molekula materije sastoji se od dva vezana atoma kisika. Postoje i molekule koje se sastoje od tri atoma - O₃. Ova tvar zove se ozon, više pojedinosti o tome bit će napisane u nastavku. Molekula s dva atoma ima oksidacijski stupanj kisika -2, jer sadrži dva nesparena one koja mogu formirati kovalentnu vezu elektrona. Energija koja se oslobađa tijekom raspadanja molekule kisika u atome je 493,57 kJ / mol. Ovo je prilično velika vrijednost.

Valencija i stupanj oksidacije kisika

ispod valencija kemijskog elementa imamo na umu njegovu sposobnost pridruživanja određenom broju atoma drugog kemijskog elementa. Valencija atoma kisika je dva. Valencija molekule kisika i dva jednaka, jer su dva atoma međusobno povezani i imaju sposobnost da se vežu na svoje strukture još jedan atom drugog spoja, tj formiranje kovalentne veze s njom. Na primjer, molekula vode H₂O dobivena je kao rezultat formiranja kovalentne veze između jednog atoma kisika i dva atomi vodika.

Kisik se nalazi u mnogim poznatim kemijskim spojevima. Postoji čak i odvojena vrsta kemijskih spojeva - oksida. To su tvari dobivene kombiniranjem gotovo svakog kemijskog elementa s kisikom. Stupanj oksidacije kisika u oksidima je -2. Međutim, u nekim spojevima ovaj pokazatelj može biti različit. Ovo će biti detaljnije opisano u nastavku.

Fizička svojstva kisika

Normalan diatomski kisik je plin koji nema boju, miris i okus. U normalnom stanju, njegova gustoća iznosi 1.42897 kg / m³. Težina od 1 litre tvari je nešto manje od 1,5 grama, tj. U čistom obliku kisik je teži od zraka. Kada se zagrije, molekula disocira u atome.

Kada temperatura medija padne na -189.2 ^okoC kisik mijenja svoju strukturu od plinovitog do tekućine. Istodobno se događa i ključanje. S padom temperature do -218,35 ^okoC postoji promjena u strukturi od tekućine do kristaliničnog. Na toj temperaturi kisik ima oblik plavkastih kristala.

Na sobnoj temperaturi kisik je slabo topljiv u vodi - jedna litra sadrži 31 mililitara kisika. Topivost s drugim tvarima: 220 ml po 1 litre etanola, 231 ml po 1 litre acetona.

Kemijska svojstva kisika

Cijeli Talmud može biti napisan o kemijskim svojstvima kisika. Najvažnija svojstva kisika su oksidacija. Ova tvar je vrlo jak oksidant. Kisik je u stanju komunicirati sa gotovo svim poznatim elementima iz periodičnog stola. Kao rezultat ove interakcije nastaju oksidi, kao što je ranije spomenuto. Stupanj oksidacije kisika u spojevima s drugim elementima je zapravo -2. Primjer takvih spojeva je voda (H₂O), ugljični dioksid (CO₂), kalcijev oksid, litij oksid, itd. Ali postoji određena kategorija oksida nazvanih peroksidi ili peroksidi. Njihova je osobitost u tome što u tim spojevima postoji peroksidna skupina "-O-O;". Ova skupina smanjuje oksidativna svojstva O₂, pa je stupanj oksidacije kisika u peroksidu -1.

U kombinaciji s aktivnim alkalnim metalima, kisik tvore superokside ili superexide. Primjer takvih formacija je:

• kalij superoksid (KO₂);
• Rubidij superoksid (RbO₂).

Njihova je osobitost da je stupanj oksidacije kisika u superoksidima -1/2.

U kombinaciji s najaktivnijim kemijskim elementom - fluorom, dobivaju se fluoridi. Bit će opisani u nastavku.

Najviši stupanj oksidacije kisika u spojevima

Ovisno o tvari kojom kisik reagira, postoji sedam stupnjeva oksidacije kisika:

1. -2 - u oksidima i organskim spojevima.
2. -1 u peroksidima.
3. -1/2 - u superoksidima.
4. -1/3 - u anorganskim ozonidima (vrijedi za triatomski kisik - ozon).
5. +1/2 - u soli kationa kisika.
6. +1 - u monofluoridu kisika.
7. +2 - u difluoridu kisika.

Kao što vidimo, najveći stupanj oksidacije kisika postiže se u oksidima i organskih spojeva, au fluoridima ima čak i pozitivan stupanj. Nisu sve vrste interakcija moguće izvesti prirodno. Neki spojevi zahtijevaju posebne uvjete, na primjer: visoki tlak, visoka temperatura, izlaganje rijetkim spojevima koji se gotovo ne pojavljuju u prirodi. Razmotrimo osnovne veze kisika s drugim kemijskim elementima: oksidi, peroksidi i fluoridi.

Razvrstavanje oksida kiselinskim svojstvima

Postoje četiri vrste oksida:

• osnovna;
• kiselina;
• neutralni;
• amfoterni.

Stupanj oksidacije kisika u spojevima ove vrste je -2.

• Osnovni oksidi su spojevi s metalima koji imaju niske stupnjeve oksidacije. Obično, kada se interakciju s kiselinama dobiva odgovarajuća sol i voda.
• Kiseli oksidi - oksidi ne-metala s visokim stupnjem oksidacije. Kada im se doda voda, formira se kiselina.
• Neutalni oksidi su spojevi koji ne ulaze u reakciju s kiselinama ili s bazama.
• Amfoterni oksidi su spojevi s metalima koji imaju nisku elektronegativnost. Oni, ovisno o okolnostima, pokazuju svojstva kiselih i bazičnih oksida.

Peroksidi, stupanj oksidacije kisika u vodikovom peroksidu i drugi spojevi

Peroksidi su kisikovi spojevi s alkalijski metali. Dobiveni su paljenjem tih metala u kisiku. Peroksidi organskih spojeva su izuzetno eksplozivni. Također se mogu dobiti apsorpcijom s oksidima kisika. Primjeri peroksida:

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

Svi su oni povezani činjenicom da oni sadrže grupu kisika -O-O-. Kao rezultat, oksidacija kisika u peroksidima je -1. Jedan od najpoznatijih spojeva s -O-O- skupinom je vodikov peroksid. U normalnim uvjetima, ovaj spoj je blijedo plava tekućina. Svojim kemijskim svojstvima vodikov peroksid bliži je slabioj kiselini. Budući da -O-O- veza u spoju ima slabu otpornost, čak i pri sobnoj temperaturi otopina vodikovog peroksida može se razgraditi u vodu i kisik. To je najjači oksidator, međutim, kada interakciju s jačim oksidansima, svojstva redukcijskog sredstva su samo vodikov peroksid. Stupanj oksidacije kisika u vodikovom peroksidu, kao u ostalim peroksidima, je -1.

Druge vrste peroksida su:

• superexidi (superoksidi, u kojima kisik ima oksidaciju -1/2);
• anorganski ozonidi (vrlo nestabilni spojevi koji imaju ozonski anion u svojoj strukturi);
• Organski ozonidi (spojevi koji u svojoj strukturi imaju -O-O-O-vezu).

Fluori, stupanj oksidacije kisika u OF2

Fluor je najaktivniji element svih trenutno poznatih. Stoga, interakcija kisika s fluorom ne proizvodi okside, već fluoride. Nazvani su tako jer u ovom spoju nije kisik, ali fluor je oksidacijski. Fluori se ne mogu dobiti prirodno. Oni se sintetiziraju, dobivaju se udruživanjem fluora s vodenom otopinom KOH. Kiseli fluoridi podijeljeni su u:

• difluorid kisika (OF₂);
• Kisik monofluorid (O₂F₂).

Razmotrimo detaljnije svaku vezu. Kisikov difluorid je bezbojni plin s izraženim neugodnim mirisom. Nakon hlađenja se kondenzira u žućkastu tekućinu. U tekućem stanju, slabo se miješa s vodom, ali je dobro sa zrakom, fluorom i ozonom. Prema kemijskim svojstvima, kisik difluorid je vrlo jak oksidant. Stupanj oksidacije kisika u OF2 je +1, tj. U ovom spoju fluor je oksidator, a kisik je reducirajući agens. OD₂ To je vrlo otrovno, s obzirom na toksičnost premašuje čisti fluor i približava fosgenu. Glavna upotreba ovog spoja je kao oksidator za raketno gorivo, jer difluorid kisika nije eksplozivan.

Kisik monofluorid u normalnom stanju je žućkasta krutina. Kada se topi, tvori crvenu tekućinu. To je snažan oksidator, iznimno eksplozivan kada reagira s organskim spojevima. U ovom spoju, kisik pokazuje razinu oksidacije od + 2, tj. U ovom spoju fluora kisik djeluje kao redukcijsko sredstvo i fluor kao oksidator.

Ozon i njegovi spojevi

Ozon je molekula koja ima tri atoma kisika povezana jedni s drugima. U normalnom stanju, to je plavi plin. Kada se ohladi, tvori tamno plavu tekućinu, blizu indigo. U čvrstom stanju su kristali tamnoplave boje. Ozon ima oštar miris, u prirodi se može osjetiti u zraku nakon teške grmljavine.

Ozon, poput običnog kisika, vrlo je jak oksidator. Po kemijskim svojstvima, približava se jakim kiselinama. Kada su izloženi oksidima, ozon povećava svoje oksidacijsko stanje oslobađanjem kisika. Ali istodobno se smanjuje stupanj oksidacije kisika. U ozonu, kemijske veze nisu toliko jake kao u O₂, Dakle, u normalnim uvjetima, bez primijenjenih napora, može se razgraditi u kisik s oslobađanjem toplinske energije. Kada se temperatura utjecaja na molekulu ozona povećava, a kad se pritisak smanji, ubrzava se proces raspadanja u diatomski kisik s otpuštanjem topline. U tom slučaju, ako postoji veliki sadržaj ozona u prostoru, tada ovaj proces može biti praćen eksplozijom.

Budući da je ozon vrlo jak oksidator i praktički svi procesi s njegovim sudjelovanjem proizvode veliku količinu O₂, ozon je izuzetno toksična tvar. Međutim, u gornjim slojevima atmosfere, ozonski sloj ima ulogu reflektora od ultraljubičastog zračenja sunčevih zraka.

Iz ozona uz pomoć laboratorijskih instrumenata stvaraju se organski i anorganski ozonidi. To je vrlo nestabilno u svojoj strukturi materije, pa je njihovo stvaranje u prirodnim uvjetima nemoguće. Ozonidi se čuvaju samo pri niskim temperaturama jer su pri normalnim temperaturama izuzetno eksplozivni i toksični.

Korištenje kisika i njegovih spojeva u industriji

Zbog činjenice da su znanstvenici u jednom trenutku naučili stupanj oksidacije kisika kada su bili u interakciji s drugim elementima, on i njegovi spojevi bili su naširoko koristi u industriji. Pogotovo nakon što su turboexpanderi izumljeni sredinom dvadesetog stoljeća - agregati sposobni pretvoriti potencijalnu energiju kisika u mehaničku. Budući da je kisik izuzetno zapaljiva tvar, koristi se u svim industrijskim granama gdje su nužni vatri i topline. Kod rezanja i zavarivanja metala, cilindri sa komprimiranim kisikom se također koriste za jačanje aparata za zavarivanje plinskih plamena. Široko korištenje kisika u industriji čelika, gdje se koristi komprimirani O₂ visoke temperature u visokim pećima. Maksimalna oksidacija kisika je -2. Ta se osobina aktivno koristi za proizvodnju oksida u svrhu njihova daljnjeg gorenja i oslobađanja toplinske energije. Tekući kisik, ozon i drugi spojevi koji sadrže veliku količinu O₂ se koriste kao oksidatori raketnog goriva. Oksidizirani kisikom koriste se organski spojevi kao eksplozivi.

U kemijskoj industriji, kisika koristi kao sredstvo za oksidaciju u kiselinu ugljikovodičnih spojeva, kao što su alkoholi, kiseline i sl. D. lijek koristi pri sniženom tlaku za pacijente s problemima pluća, za održavanje života organizma. U poljoprivredi, male doze čistog kisika koristi se za uzgoj ribe u ribnjacima, za povećanje udjela stoke i slično. D.

Kisik je moćan oksidator, bez kojeg je nemoguće postojati

Iznad mnogo je napisano o tome što kisik prikazuje oksidacijske stanja kada reagira s različitim spojevima i elementima, kakvi su spojevi kisika, koje su vrste opasne po život i koje nisu. Netko može ostati nejasno - kako je u svim svojim toksičnost i visoku razinu oksidacije kisika je jedan od elemenata koji su neophodni za život na Zemlji? Činjenica je da je naš planet vrlo uravnotežen organizam, koji se prilagođavao specifično onim tvarima koje su sadržane u atmosferskom sloju. Ona je uključen u ciklusu, koji je kako slijedi: čovjek i sve ostale životinje troše kisik i proizvodi ugljični dioksid, a biljke u velikoj većini troše ugljični dioksid i stvaraju kisik. Sve na svijetu međusobno je povezano, a gubitak jedne veze u ovom lancu može dovesti do puknuća cijelog lanca. Ne bismo to trebali zaboraviti i voditi brigu o životu na cijelom planetu, a ne samo njegovim pojedinačnim predstavnicima.