Кислород. Методы получения, физические свойства. Химические свойства. Соединения (оксиды, пероксиды, надпероксиды). Получения, свойства

Электронная формула – 1s2 2s2 2p4.

Изотопы: 16O (99,76%), 17O (0,04%),18O (0,2%). Аллотропные модификации: O – атомарный кислород; O2 – дикислород; O3 – озон (трикислород).

Физические свойства

Магнитные свойства O2 – парамагнитен. E(O=O) 494 кДж/моль, т.е. n ≈ 2. Т. пл. -218,8 °С, т. кип. -183,0 °С. Eи(O) 1314 кДж/моль. r(O) 0,066 нм. r(O 2- ) 0,136 нм.

Получение

Промышленная: фракционная перегонка жидкого воздуха. В воздухе φ(O2) 21%. В лаборатории: Термическое разложение оксидов, для которых ΔfH° > 0 и ΔfS° > 0

2Ag2O = 4Ag + O2,

3PbO2 = Pb3O4 + O2,

2HgO = 2Hg + O2,

2BaO2 = 2BaO + O2.

Термическое разложение солей (внутримолекулярные окислительно-восстановительные реакции): 2NaNO3 = 2NaNO2 + O2.

Оксиды

Щелочные металлы, щелочноземельные металлы, другие металлы, неметаллы. (ОЭО увеличивается; ковалетность связи с О в оксидах увеличивается; ионность связи с О увеличивается).

Основные оксиды

Ионные оксиды (основные оксиды) легко реагируют с водой и кислотами.

Na2O + H2O = 2NaOH,

CaO + H2O = Ca(OH)2.

С понижением степени ионности оксидов они перестают реагировать с водой, но реагируют с кислотами (остаются основными).

MgO + 2HCl = MgCl2 + H2O,

Fe2O3 + 6HNO3 = 2Fe(NO3)3 + 3H2O,

CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O.

Кислотные оксиды

Ковалентные оксиды — газы или твёрдые вещества с молекулярной кристаллической решёткой. Реагируют с водой и щелочами: SO3 + H2O = H2SO4.

Ковалентные оксиды с атомной кристаллической решёткой. Не реагируют с водой, но реагируют со щелочами: SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O.

Амфотерные оксиды

Степень ионности связи Э-O занимает промежуточное положение между ионными и ковалентными оксидами. Степени окисления элементов III, IV. Не реагируют с водой, но реагируют с кислотами и щелочами:

Al2O3 + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2O,

Al2O3 + 6NaOH + 3H2O = 2Na3[Al(OH)6],

As2O3 + 6HCl = 2AsCl3 + 3H2O,

As2O3 + 2NaOH = 2NaAsO2 + H2O.

Надпероксиды (супероксиды)

MO2 – NaO2, KO2, RbO2, CsO2. Содержат анион-радикал O2. Устойчивы с большими катионами с малым зарядом. Маленькие катионы сильно поляризуют надпероксид-ион и вызывают его диспропорционирование: .

Получение: M + O2 = MO2; M = K, Rb, Cs

При 500 °C и 300 ат: Na2O2 + O2 = 2NaO2

Свойства. Реакции с водой и кислотами:

• 2O2 - + H2O = HO2 - + OH- + O2,

• 2HO2 - = 2OH- + O2 — медленно,

• 4KO2 + 2H2O = 4KOH + 3O2,

• 4KO2 + 2H2SO4 = 2K2SO4 + 3O2 + 2H2O,

• 4KO2 + 2CO2 = 2K2CO3 + 3O2,

• Сильные окислители: KO2 + CrCl3 + 4KOH = K2CrO4 + 3KCl + 2H2O.

Пероксиды

Известны: Na2O2, K2O2, MgO2, CaO2, SrO2, BaO2, ZnO2. Степень окисления кислорода –I. Устойчивее надпероксидов, так как пероксид-ион поляризуется хуже надпероксид-иона

Получение:

• 2Na + O2 = Na2O2,

• При 500 °C: 2BaO + O2 = 2BaO2,

• При 600 °C: 2BaO2 = 2BaO + O2.

Свойства.

С водой и кислотами: Na2O2 + 2H2O = 2NaOH + H2O2.

С восстановителями: Fe + Na2O2 + O2 = Na2FeO4,

4Na2O2 + CH3COOH = 2Na2CO3 + 4NaOH – со вспышкой,

Na2O2 + SO2 = Na2SO4.

Диспропорционирование: 2Na2O2 + 2CO2 = 2Na2CO3 + O2 (используется в дыхательных аппаратах).

С окислителями: K2O2 + KMnO4 + H2O = O2 + MnO2 + 2KOH.