Чому дорівнює ступінь окиснення кисню? Валентність і ступінь окиснення кисню

Всі ми дихаємо повітрям, який в основному складається з молекул азоту і кисню з незначним додаванням інших елементів. Таким чином, кисень є одним з найважливіших хімічних елементів. Крім того, молекули його існують у безлічі хімічних сполук, що використовуються в повсякденному житті. Для опису всіх властивостей даного елемента не вистачить і ста сторінок, тому обмежимося основними фактами з історії, а також базовими характеристиками елемента - валентність і ступінь окиснення кисню, питома вага, застосування, основні фізичні властивості.

Історія відкриття хімічного елемента

Офіційною датою відкриття хімічного елемента «кисень» є 1 серпня 1774 року. Саме в цей день британський хімік Дж. Прістлі завершив свій експеримент по розкладанню оксиду ртуті, що знаходиться в герметично закритій посудині. По завершенні експерименту вчений отримав газ, який підтримував горіння. Однак це відкриття пройшло повз увагу навіть самим ученим. Містер Прістлі думав, що у нього вийшло виділити не новий елемент, а складову частину повітря. своїми результатами Джозеф Прістлі поділився з відомим французьким вченим і хіміком Антуаном Лавуазьє, який зміг зрозуміти те, чого не вдалося зробити англійцю. У 1775 році Лавуазьє зумів встановити, що вийшла «складова частина повітря» насправді є незалежним хімічним елементом, і назвав його oxygen, що в перекладі з грецького означає «утворює кислоти». Лавуазьє тоді вважав, що кисень знаходиться у всіх кислотах. Згодом були виведені формули кислот, які містять атоми кисню, проте назва прижилася.

Кисень - особливості будови молекули

Даний хімічний елемент являє собою безбарвний газ, який не має запаху і смаку. Хімічна формула - Про₂. Хіміки називають звичайний двоатомний кисень або «атмосферний кисень», або «дікіслород». Молекула речовини складається з двох пов`язаних атомів кисню. Існує також молекули, що складаються з трьох атомів - Про<sub>3</sub>. Дана речовина називається озон, більш детально про нього буде написано нижче. Молекула з двома атомами має ступінь окислення кисню -2, так як в ній є два неспарених здатних утворювати ковалентний зв`язок електрона. Енергія, яка виділяється при розкладанні (дисоціації) молекули кисню на атоми, дорівнює 493,57 кДж / моль. Це досить велике значення.

Валентність і ступінь окиснення кисню

під валентностью хімічного елемента мають на увазі його можливість приєднувати до себе деяку кількість атомів іншого хімічного елемента. Валентність атома кисню дорівнює двом. Валентність молекули кисню також дорівнює двом, так як два атома з`єднані один з одним і мають можливість приєднати до своєї структури ще по одному атому іншого з`єднання, тобто утворювати з ним ковалентний зв`язок. Наприклад, молекула води H<sub>2</sub>O вийшла в результаті утворення ковалентного зв`язку між одним атомом кисню і двох атомів водню.

Кисень міститься в багатьох з відомих хімічних сполук. Є навіть окремий вид хімічних сполук - оксиди. Це речовини, отримані шляхом з`єднання практично будь-якого хімічного елемента з киснем. Ступінь окислювання кисню в оксидах дорівнює -2. Однак в деяких з`єднаннях даний показник може бути і інший. Про це детальніше йтиметься нижче.

Фізичні властивості кисню

Звичайний двоатомний кисень являє собою газ, який не має кольору, запаху і смаку. У нормальному стані його щільність - 1,42897 кг / м³. Вага 1 літра речовини становить трохи менше 1,5 грама, тобто в чистому вигляді кисень важчий за повітря. При нагріванні відбувається дисоціація молекули на атоми.

При зниженні температури середовища до -189,2 ^проЗ кисень змінює свою структуру з газоподібної на рідку. При цьому відбувається кипіння. При зменшенні температури до -218,35 ^проЗ спостерігається зміна структури з рідкої до кристалічної. При такій температурі кисень має форму блакитних кристалів.

При кімнатній температурі кисень слаборастворім в воді - на один літр її доводиться 31 мілілітр кисню. Розчинність з іншими речовинами: 220 мл на 1 літр етанолу, 231 мл на 1 літр ацетону.

Хімічні властивості кисню

Про хімічні властивості кисню можна написати цілий талмуд. Найголовніше властивість кисню - це окислення. Дана речовина є дуже сильним окислювачем. Кисень здатний взаємодіяти практично з усіма відомими елементами з таблиці Менделєєва. В результаті цієї взаємодії утворюються оксиди, як говорилося раніше. Ступені окислення кисню в сполуках з іншими елементами в основному рівні -2. Прикладом таких сполук є вода (H₂O), вуглекислий газ (CO₂), Оксид кальцію, оксид літію та ін. Але існує певна категорія оксидів, звана пероксидамі або перекису. Їх особливістю є те, що в даних сполуках є пероксидна група «О-О-». Ця група зменшує окисні властивості O₂, тому ступінь окислювання кисню в пероксид дорівнює -1.

У поєднанні з активними лужними металами кисень утворює супероксиди або надперекісі. Прикладом таких утворень є:

• супероксид калію (KO₂);
• супероксид рубідію (RbO₂).

Їх особливістю є те, що ступінь окислення кисню в супероксидом дорівнює -1/2.

У поєднанні з найактивнішим хімічним елементом - фтором, виходять фториди. Про них буде розказано нижче.

Вища ступінь окислювання кисню в сполуках

Залежно від того, з якою речовиною взаємодіє кисень, є сім ступенів окислення кисню:

1. -2 - в оксиди і органічних сполуках.
2. -1 - в пероксид.
3. -1/2 - в супероксидом.
4. -1/3 - в неорганічних озоніди (вірно для трехатомного кисню - озону).
5. +1/2 - в солях катіона кисню.
6. +1 - в Монофторид кисню.
7. +2 - в дифторида кисню.

Як бачимо, найвищий рівень окислення кисню досягається в оксидах і органічних сполуках, а у фторидах він має навіть позитивну ступінь. Не всі види взаємодій можуть бути здійснені природним шляхом. Для утворення деяких з`єднань потрібні особливі умови, наприклад: високий тиск, висока температура, вплив рідкісними сполуками, які майже не зустрічаються в природі. Розглянемо основні сполуки кисню з іншими хімічними елементами: оксиди, пероксиди та фториди.

Класифікація оксидів по кислотно-основних властивостей

Існує чотири види оксидів:

• основні;
• кислотні;
• нейтральні;
• амфотерні.

Ступені окислення кисню в сполуках даних видів рівні -2.

• Основні оксиди - це з`єднання з металами, що володіють низькими ступенями окислення. Зазвичай при взаємодії з кислотами виходять відповідні сіль і вода.
• Кислотні оксиди - оксиди неметалів з високим ступенем окислення. При додаванні до них води утворюється кислота.
• Нейтральні оксиди - сполуки, які не входять до реакцію ні з кислотами, ні з підставами.
• Амфотерні оксиди - сполуки з металами, що володіють малим значенням електронегативності. Вони, в залежності від обставин, виявляють властивості і кислотних, і основних оксидів.

Пероксиди, ступінь окислювання кисню в пероксид водню та інших з`єднаннях

Пероксидамі називаються сполуки кисню з лужними металами. Вони виходять шляхом згоряння даних металів в кисні. пероксиди органічних сполук надзвичайно вибухонебезпечні. Вони також можуть бути отримані шляхом поглинанням оксидами кисню. Приклади пероксидов:

• пероксид водню (H₂O₂);
• пероксид барію (BaO₂);
• пероксид натрію (Na₂O₂).

Усіх їх об`єднує те, що в них міститься киснева група -O-O-. Внаслідок цього ступінь окислювання кисню в пероксид дорівнює -1. Одним з найвідоміших з`єднань з групою -O-O- є пероксид водню. У нормальних умовах це з`єднання являє собою рідину блідо-блакитного кольору. За своїми хімічними властивостями пероксид водню ближче до слабкої кислоти. Так як зв`язок -O-O- в з`єднанні має слабку стійкість, то навіть при кімнатній температурі розчин пероксиду водню може бути розкладений на воду і кисень. Він є найсильнішим окислювачем, однак, при взаємодії з більш сильними окислювачами властивостями відновлювача володіє якраз пероксид водню. Ступінь окислювання кисню в пероксид водню, як і в інших пероксиду, дорівнює -1.

Іншими видами пероксидов є:

• надпероксида (супероксиди, в яких кисень має окислення -1/2);
• неорганічні озоніди (вкрай нестійкі сполуки, що мають у своїй структурі аніон озону);
• органічні озоніди (сполуки, що мають у своїй структурі зв`язок -O-O-O-).

Фториди, ступінь окислювання кисню в OF2

Фтор - найбільш активний елемент з усіх нині відомих. Тому при взаємодії кисню з фтором виходять не оксиди, а фториди. Вони названі так тому, що в даному з`єднанні не кисень, а фтор є окислювачем. Фториди неможливо отримати природним шляхом. Їх тільки синтезують, добуваючи шляхом асоціації фтору з водним розчином KOH. Фториди кисню діляться на:

• дифторид кисню (OF₂);
• Монофторид кисню (O₂F₂).

Розглянемо більш докладно кожну з з`єднань. Дифторид кисню за своєю структурою є безбарвним газом з яскраво вираженим неприємним запахом. При охолодженні конденсується в жовтуватою рідиною. У рідкому стані погано змішується з водою, зате добре з повітрям, фтором і озоном. За хімічними властивостями дифторид кисню - дуже сильний окислювач. Ступінь окислювання кисню в OF2 дорівнює +1, тобто в цьому з`єднанні фтор є окислювачем, а кисень - відновником. OF₂ дуже токсичний, за ступенем токсичності перевищує чистий фтор і наближається до фосгену. Основний вид використання даного з`єднання - як окислювач для ракетного палива, так як дифторид кисню не вибухонебезпечний.

Монофторид кисню в нормальному стані є твердим речовиною жовтуватого кольору. При плавленні утворює рідину червоного кольору. Є найпотужнішим окислювачем, при взаємодії з органічними сполуками надзвичайно вибухонебезпечний. В даному з`єднанні кисень проявляє ступені окислення, рівні +2, тобто і в цьому фторового з`єднанні кисень виступає відновником, а фтор - окислювачем.

Озон та його сполуки

Озон - це молекула, що має три атома кисню, пов`язаних один з одним. У нормальному стані є газом блакитного кольору. При охолодженні утворює рідину глибокого синього кольору, близького до індиго. У твердому стані являє собою кристали темно-синього кольору. Озон має різким запахом, в природі його можна відчути в повітрі після сильної грози.

Озон, як і звичайний кисень, є дуже сильним окислювачем. За хімічними властивостями наближається до сильних кислот. При впливі з оксидами озон підвищує їх ступінь окислення з виділенням кисню. Але при цьому знижується ступінь окислення кисню. У озоне хімічні зв`язки не настільки міцні, як в O₂, тому в нормальних умовах без докладених зусиль він може розпастися на кисень з виділенням енергії тепла. При підвищенні температури впливу на молекулу озону і при зниженні тиску процес розпаду на двоатомний кисень з виділенням тепла прискорюється. При цьому, якщо в просторі великий вміст озону, то цей процес може супроводжуватися вибухом.

Так як озон є дуже сильним окислювачем і практично у всіх процесах з його участю виділяється велика кількість O₂, то озон є надзвичайно токсичною речовиною. Однак у верхніх шарах атмосфери шар озону грає роль відбивача від ультрафіолетового випромінювання сонячних променів.

З озону за допомогою лабораторних інструментів створюють органічні і неорганічні озоніди. Це дуже нестабільні за своєю структурою речовини, тому їх створення у природних умовах неможливо. Зберігаються озоніди тільки при низьких температурах, так як при звичайній температурі вони надзвичайно вибухонебезпечні і токсичні.

Застосування кисню і його сполук в промисловості

Завдяки тому, що свого часу вчені дізналися, який ступінь окислення у кисню при взаємодії з іншими елементами, він і його сполуки отримали широке застосування в промисловості. Особливо після того, як в середині двадцятого століття були винайдені Турбодетандери - агрегати, здатні перетворювати потенційну енергію кисню в механічну. Так як кисень - надзвичайно горюча речовина, то його застосовують у всіх галузях промисловості, де необхідно використання вогню і тепла. При різанні і зварюванні металів також використовуються балони зі стисненим киснем для посилення апарату газопламенной зварювання. Широко застосування кисню в сталеливарній промисловості, де за допомогою стиснутого O₂ підтримується висока температура в домнах. Максимальний ступінь окислювання кисню дорівнює -2. Ця його характеристика активно використовується для виготовлення оксидів з метою їх подальшого горіння і виділення теплової енергії. Рідкий кисень, озон та інші сполуки, що містять велику кількість O_2, використовують як окислювачі ракетного палива. Окислені киснем деякі органічні сполуки застосовують як вибухівка.

У хімічній промисловості кисень використовується як окислювач вуглеводнів в кислотовмісних з`єднаннях, таких як спирти, кислоти і т. Д. У медицині використовується при зниженому тиску для лікування хворих з проблемами з легкими, для підтримки життєдіяльності організму. У сільському господарстві невеликі дози чистого кисню використовують для розведення риби в ставках, для збільшення питомої ваги рогатої худоби і т. Д.

Кисень - сильний окислювач, без якого неможливе існування

Вище багато було написано про те, які кисень проявляє ступені окислення при вступі в реакцію з різними сполуками і елементами, які види з`єднань кисню існують, які види небезпечні для життя, а які ні. Одне може залишитися незрозумілим - як при всій своїй токсичності і високому рівні окислення кисень є одним з елементів, без яких неможливе життя на Землі? Справа в тому, що наша планета є дуже збалансованим організмом, який пристосувався саме до тих речовин, які містяться в атмосферному шарі. Вона бере участь у кругообігу, який виглядає наступним чином: людина і всі інші тварини споживають кисень і виробляють вуглекислий газ, а рослини в переважній більшості споживають вуглекислий газ і виробляють кисень. Все в світі взаємопов`язане, і втрата однієї ланки цього ланцюжка може привести до розриву всього ланцюга. Слід не забувати про це і берегти життя на планеті цілком, а не тільки окремих її представників.

Статті схожі на "Чому дорівнює ступінь окиснення кисню? Валентність і ступінь окиснення кисню"

Яка валентність у кисню в сполуках?

Аллотропние модифікації кисню: порівняльна характеристика та значення

Визначаємо валентність хімічних елементів

Молярна маса кисню. Чому дорівнює молярна маса кисню?