Jaká je míra oxidace kyslíku? Valence kyslíku a stupeň oxidace

Všichni dýcháme vzduch, který se v podstatě skládá z molekul dusíku a kyslíku s malým přírůstkem jiných prvků. Kyslík je tedy jedním z nejdůležitějších chemických prvků. Navíc její molekuly existují v obrovském množství chemických sloučenin používaných v každodenním životě. Abychom popsali všechny vlastnosti tohoto prvku, nemáme dostatek stránek a sto, takže se omezujeme na základní fakta z historie, stejně jako základní charakteristiky prvku - valence a stupeň oxidace kyslíku, specifickou hmotnost, použití, základní fyzikální vlastnosti.

Historie objevu chemického prvku

Oficiální datum zahájení chemického prvku "kyslík" je 1. srpna 1774. To bylo v tento den, že britský chemik J. Priestley dokončil svůj experiment na rozkladu oxidu rtuťového v uzavřené nádobě. Na závěr experimentu získal vědec plyn, který podporoval spalování. Tento objev však nebyl pozorován ani samotným vědcem. Pan Priestley si myslel, že se mu podařilo rozlišit nejen nový prvek, ale také neoddělitelnou součást vzduchu. Joseph Priestley se svými výsledky sdílel slavný francouzský vědec a chemik Antoine Lavoisier, který pochopil, co Angličan nedokáže. V roce 1775 dokázal Lavoisier prokázat, že výsledná "součást ovzduší" je ve skutečnosti nezávislým chemickým prvkem a označuje jej za kyslík, což řečtina znamená "tvorbu kyseliny". Lavoisier pak věřil, že kyslík je ve všech kyselinách. Následně byly vzorky odvozeny od kyselin, které neobsahují atomy kyslíku, ale název byl přijat.

Kyslík - vlastnosti struktury molekuly

Tento chemický prvek je bezbarvý plyn, který nemá vůni a chuť. Chemický vzorec je O2. Chemici volají obyčejný diatomický kyslík buď "atmosférický kyslík" nebo "dioxygen". Molekula hmoty se skládá ze dvou vázaných atomů kyslíku. Existují také molekuly sestávající ze tří atomů - O3. Tato látka se nazývá ozon, další podrobnosti o ní budou napsány níže. Molekula se dvěma atomy má stupeň oxidace kyslíku -2, protože obsahuje dvě nepárové, které jsou schopné vytvořit kovalentní vazbu elektronu. Energie, která se uvolňuje během rozkladu (disociace) molekuly kyslíku na atomy, je 493,57 kJ / mol. To je poměrně velká hodnota.

Valence a stupeň oxidace kyslíku

Pod valencí chemického prvku rozumíme jeho schopnost připojit se k sobě určitý počet atomů jiného chemického prvku. Valence atomu kyslíku je dva. Valencí molekuly kyslíku se rovná také dvěma, protože dva atomy jsou navzájem propojeny a mají schopnost připojit k jejich struktuře ještě jeden atom jiné sloučeniny, to znamená, že s ní tvoří kovalentní vazbu. Například molekula vody H2O byla získána jako výsledek vytvoření kovalentní vazby mezi jedním atomem kyslíku a dvěma atomy vodíku.

Kyslík se nachází v mnoha známých chemických sloučeninách. Existuje dokonce i samostatný typ chemických sloučenin - oxidů. Jedná se o látky získané kombinací téměř všech chemických prvků s kyslíkem. Stupeň oxidace kyslíku v oxidů je -2. U některých sloučenin však může být tento indikátor odlišný. To bude popsáno podrobněji níže.

Fyzikální vlastnosti kyslíku

Normální diatomický kyslík je plyn, který nemá barvu, vůni a chuť. V normálním stavu je hustota 1,42897 kg / m3. Hmotnost jednoho litru látky je o něco menší než 1,5 gramu, tj. V čisté formě, kyslík je těžší než vzduch. Po zahřátí se molekula disociuje na atomy.

Když teplota média klesne na -189,2 ° C, kyslík mění svou strukturu z plynné na kapalinu. Zároveň dochází k varu. Když teplota klesne na -218,35 ° C, struktura se změní z kapaliny na krystalickou. Při této teplotě má kyslík tvar modravých krystalů.

Při pokojové teplotě je kyslík slabě rozpustný ve vodě - jeden litr tvoří 31 mililitrů kyslíku. Rozpustnost s jinými látkami: 220 ml na 1 litr ethanolu, 231 ml na 1 litr acetonu.

Chemické vlastnosti kyslíku

Celý talmud může být napsán o chemických vlastnostech kyslíku. Nejdůležitější vlastností kyslíku je oxidace. Tato látka je velmi silná okysličovadla. Kyslík je schopen interagovat s téměř všemi známými prvky z periodické tabulky. Výsledkem této interakce jsou oxidy, jak bylo popsáno dříve. Stupeň oxidace kyslíku ve sloučeninách s jinými prvky je v podstatě -2. Příklady takových sloučenin jsou voda (H ₂ O), oxid uhličitý (CO ₂ ), oxid vápenatý, oxid lithný atd. Existuje však určitá kategorie oxidů nazývaných peroxidy nebo peroxidy. Jejich zvláštností je, že u těchto sloučenin existuje peroxidová skupina "-O-O-". Tato skupina snižuje oxidační vlastnosti O2, takže stupeň oxidace kyslíku v peroxidu je -1.

Ve spojení s aktivním alkalickým kovem tvoří kyslík superoxidy nebo superexidy. Příkladem těchto formací je:

• Superoxid draselný (KO ₂ );
• Rubidium superoxid (RbO ₂ ).

Jejich zvláštností je, že stupeň oxidace kyslíku v superoxidech je -1/2.

V kombinaci s nejaktivnějším chemickým prvkem - fluorem se získají fluoridy. O nich se dozvíte níže.

Nejvyšší stupeň oxidace kyslíku ve sloučeninách

V závislosti na látce, s níž kyslík interaguje, existuje sedm stupňů oxidace kyslíku:

1. -2 v oxidů a organických sloučeninách.
2. -1 v peroxidech.
3. -1/2 v superoxidu.
4. -1/3 - v anorganických ozonidech (platí pro triatomický kyslík - ozon).
5. +1/2 v solích kyslíkového kationtu.
6. +1 v monofluoridu kyslíku.
7. +2 - v difluoridu kyslíku.

Jak vidíme, nejvyšší stupeň oxidace kyslíku je dosažen u oxidů a organických sloučenin a u fluoridů má dokonce i pozitivní stupeň. Ne všechny typy interakcí lze provádět přirozeně. Některé sloučeniny vyžadují zvláštní podmínky, například: vysoký tlak, vysokou teplotu, expozici vzácným sloučeninám, které se v přírodě téměř nenacházejí. Zvažme základní spojení kyslíku s jinými chemickými prvky: oxidy, peroxidy a fluoridy.

Klasifikace oxidů kyselými vlastnostmi

Existují čtyři typy oxidů:

• Základní;
• Kyselina;
• Neutrální;
• Amfoterní.

Stupeň oxidace kyslíku ve sloučeninách těchto druhů je -2.

• Základní oxidy jsou sloučeniny s kovy, které mají nízké stupně oxidace. Obvykle se při interakci s kyselinami získává odpovídající sůl a voda.
• Oxidy kyselin - oxidy nekovů s vysokým stupněm oxidace. Když je k nim přidána voda, vytváří se kyselina.
• Neutrální oxidy jsou sloučeniny, které nereagují s kyselinami nebo zásadami.
• Amfoterní oxidy jsou sloučeniny s kovy, které mají nízkou elektroegativitu. V závislosti na okolnostech vykazují vlastnosti kyselých i zásaditých oxidů.

Peroxidy, stupeň oxidace kyslíku v peroxidu vodíku a dalších sloučenin

Peroxidy se nazývají kyslíkové sloučeniny s alkalickými kovy. Jsou získány spalováním těchto kovů v kyslíku. Peroxidy organických sloučenin jsou extrémně výbušné. Mohou být také získány absorpcí oxidy kyslíku. Příklady peroxidů:

• Peroxid vodíku (H ₂ O ₂ );
• Peroxid vodíku (BaO ₂ );
• Peroxid sodný (Na2O2).

Všechny jsou sjednoceny tím, že obsahují kyslíkovou skupinu -OO-. Výsledkem je oxidace kyslíku v peroxidech -1. Jedna z nejznámějších sloučenin s skupinou -OO- je peroxid vodíku. Za normálních podmínek je tato sloučenina světle modrá kapalina. Jeho chemickými vlastnostmi je peroxid vodíku blíže slabé kyselině. Vzhledem k tomu, že -OO-vazba ve sloučenině je slabě stabilní, dokonce i při pokojové teplotě může být roztok peroxidu vodíku rozložen do vody a kyslíku. Je to nejsilnější oxidační činidlo, avšak při interakci se silnějšími okysličovadly jsou vlastnosti redukčního činidla jen peroxid vodíku. Stupeň oxidace kyslíku v peroxidu vodíku, stejně jako u ostatních peroxidů, je -1.

Jiné typy peroxidů jsou:

• Superperoxidy (superoxidy, v nichž kyslík má oxidaci -1/2);
• Anorganické ozonidy (vysoce nestabilní sloučeniny, které mají ve své struktuře ozonový anion);
• Organické ozonidy (sloučeniny mající ve struktuře vazbu -OOO-).

Fluoridy, oxidace kyslíku v OF2

Fluorid je nejaktivnějším prvkem všech současně známých. Proto interakce kyslíku s fluorem nevytváří oxidy, ale fluoridy. Jsou pojmenovány tak, protože v této sloučenině není kyslík, ale fluor je oxidant. Fluoridy se nedají získat přirozeně. Jsou syntetizovány pouze za získání spojením fluoru s vodným roztokem KOH. Fluoridy kyslíku se dělí na:

• Difluorid kyslíku (OF ₂ );
• Monofluorid kyslíku (O ₂ F ₂ ).

Podívejme se podrobněji na každé spojení. Difluorid kyslíku je bezbarvý plyn s výrazným nepříjemným zápachem. Po ochlazení se kondenzuje do nažloutlé kapaliny. V tekutém stavu se mísí špatně s vodou, ale je to dobré se vzduchem, fluorem a ozonem. Podle jeho chemických vlastností je difluorid kyslíku velmi silným oxidačním činidlem. Stupeň oxidace kyslíku v OF2 je +1, tj. V této sloučenině je fluor oxidační a kyslík je redukční činidlo. ZO _{2 je} velmi toxický, pokud jde o toxicitu, překračuje čistý fluor a přibližuje fosgen. Hlavní použití této sloučeniny je jako oxidační činidlo pro raketové palivo, protože difluorid kyslíku není výbušný.

Monofluorid kyslíku v normálním stavu je nažloutlá pevná látka. Při tavení vytváří červenou tekutinu. Je to nejsilnější oxidant, je extrémně výbušný při interakci s organickými sloučeninami. V této sloučenině kyslík vykazuje oxidační stavy +2, tj. V této sloučenině fluoru působí kyslík jako redukční činidlo a fluor jako oxidační činidlo.

Ozon a jeho sloučeniny

Ozon je molekula, která má tři atomy kyslíku spojené. V normálním stavu je to modrý plyn. Když je ochlazena, vytváří tmavě modrou kapalinu, poblíž indigu. V pevném stavu jsou krystaly tmavě modré barvy. Ozón má ostrý zápach, v přírodě může být cítit ve vzduchu po silné bouřce.

Ozón, stejně jako obyčejný kyslík, je velmi silný oxidant. Chemickými vlastnostmi se přibližuje silným kyselinám. Při vystavení účinkům oxidů zvyšuje ozón svůj oxidační stav uvolňováním kyslíku. Současně však klesá oxidace kyslíku. V ozonu nejsou chemické vazby tak silné jako v O2, takže za normálních podmínek bez vynaložených úsilí se může rozložit na kyslík s uvolněním tepelné energie. Když teplota vlivu na molekulu ozonu stoupá a když se tlak snižuje, proces rozkladu na diatomický kyslík s uvolněním tepla se zrychluje. V tomto případě, pokud je v prostoru velký obsah ozonu, může být tento proces doprovázen explozí.

Vzhledem k tomu, že ozon je velmi silný okysličovadlo a velké množství oxidu uhelnatého se uvolňuje prakticky ve všech procesech s jeho účastí, je ozon extrémně toxickou látkou. V horních vrstvách atmosféry však ozonová vrstva hraje roli reflektoru z ultrafialového záření slunečních paprsků.

Z ozonu pomocí laboratorních nástrojů vzniká organické a anorganické ozonidy. Je velmi nestabilní ve své struktuře hmoty, takže jejich vytvoření v přírodních podmínkách je nemožné. Ozonidy jsou skladovány pouze při nízkých teplotách, protože při normálních teplotách jsou extrémně výbušné a toxické.

Používání kyslíku a jeho sloučenin v průmyslu

Vzhledem k tomu, že se vědci v určitém čase naučili, jaký stupeň oxidace v kyslíku interagoval s jinými prvky, to a jeho sloučeniny byly široce používány v průmyslu. Zvláště poté, co byly turboexpandery vynalezeny v polovině dvacátého století - agregáty schopné přeměnit potenciální energii kyslíku na mechanickou energii. Protože je kyslík extrémně hořlavou látkou, používá se ve všech odvětvích, kde je potřeba oheň a teplo. Při řezání a svařování kovů se válce se stlačeným kyslíkem používají také k posílení zařízení pro svařování plamenem plynem. Kyslík je široce používán v ocelářském průmyslu, kde je udržována vysoká teplota ve vysokých pecích se stlačeným O2. Maximální stupeň oxidace kyslíku je -2. Tato vlastnost se aktivně používá k výrobě oxidů pro účely dalšího spalování a uvolňování tepelné energie. Tekutý kyslík, ozon a další sloučeniny obsahující velké množství O _{2 se} používají jako oxidanty pohonných hmot. Oxidované kyslíkem jsou jako výbušniny používány některé organické sloučeniny.

V chemickém průmyslu se kyslík používá jako okysličovadlo uhlovodíků v kyselinách obsahujících sloučeninách, jako jsou alkoholy, kyseliny atd. V medicíně je používán za sníženého tlaku k léčbě pacientů s plicními problémy, aby se udržovala životně důležitá aktivita těla. V zemědělství se používají malé dávky čistého kyslíku pro chov ryb v rybnících, zvýšení podílu skotu atd.

Kyslík je silný oxidační prostředek, bez kterého není možné existovat

Nad tím, co kyslík vykazuje oxidační stavy při reakci s různými sloučeninami a složkami, jaké druhy kyslíkových sloučenin existují, jaké druhy jsou život ohrožující a které nejsou. Člověk může zůstat nepochopitelný - jak je kyslík jedním z prvků, bez kterého je život na Zemi nemožný, protože je jeho toxicita a vysoká úroveň oxidace? Faktem je, že naše planeta je velmi vyvážený organismus, který se specificky přizpůsobil těm látkám obsaženým v atmosférické vrstvě. Účastní se cyklu, který vypadá takto: osoba a všechna ostatní zvířata spotřebovávají kyslík a produkují oxid uhličitý a rostliny většiny spotřebovávají oxid uhličitý a produkují kyslík. Všechno ve světě je propojeno a ztráta jednoho spojení tohoto řetězce může vést k prasknutí celého řetězce. Neměli bychom na to zapomenout a postarat se o život na celé planetě, a nejen o její jednotlivé zástupce.