"Химия", Еремин В.В., Кузьменко Н.Е., Дроздов А.А. и др./ Под ред. Лунина В.В.
Кислород — химический элемент O и простое вещество O₂, без которого невозможно представить дыхание многих организмов и множество химических процессов. В воздухе кислород составляет примерно одну пятую объёма, а в соединениях входит в состав воды, минералов и живых организмов. Он поддерживает горение и образует оксиды, но сам не горит. У кислорода есть аллотропная форма — озон O₃, который помогает защищать Землю от ультрафиолетового излучения.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Кислород как химический элемент обозначают буквой O; в периодической системе он находится под атомным номером 8. Атомы кислорода широко распространены в природе: они входят в состав воды, горных пород и веществ живых организмов. Это объясняет, почему кислород встречается не только в воздухе, но и во множестве соединений.
Простое вещество кислород имеет формулу O₂: каждая его молекула состоит из двух атомов кислорода. При обычных условиях это бесцветный газ без запаха, слабо растворимый в воде; он немного тяжелее воздуха. Формула O₂ нужна, чтобы отличать отдельный газ от химического элемента, атомы которого входят в другие вещества.
Аллотропия — существование одного химического элемента в виде нескольких простых веществ, различающихся строением и свойствами. У кислорода такими формами являются O₂ и O₃. Озон — простое вещество с формулой O₃; он имеет характерный запах и химически активнее кислорода. Озоновый слой в атмосфере поглощает значительную часть ультрафиолетового излучения Солнца, вредного для живых организмов.
Обозначение O относится к химическому элементу, то есть к виду атомов, а формула O₂ — к веществу, молекулы которого состоят из двух таких атомов. Один и тот же элемент может быть частью разных соединений: например, атомы кислорода есть и в воде, и в углекислом газе. Поэтому, говоря о кислороде в составе соединения, имеют в виду элемент, а говоря о газе в баллоне — простое вещество O₂. Различие помогает правильно читать формулы и записывать реакции.
Молекулы O₂ очень малы и находятся далеко друг от друга по сравнению с их размерами, поэтому при обычных условиях кислород — газ. Они не поглощают видимый свет, и газ выглядит бесцветным; у него нет и характерного запаха. Молекулы плохо переходят из воздуха в воду, поэтому растворимость кислорода невелика, хотя её достаточно для дыхания водных организмов. Молярная масса O₂ равна 32 г/моль, а средняя молярная масса воздуха — около 29 г/моль, поэтому кислород немного тяжелее воздуха.
При горении вещество быстро соединяется с кислородом, и образуются оксиды — соединения кислорода с другими элементами. Например, при горении магния получается оксид магния. Реакции сопровождаются выделением энергии в виде тепла и часто света. Кислород помогает реакции идти, но сам не является горючим веществом: горит топливо, а кислород поддерживает его горение.
В лаборатории кислород получают разложением некоторых веществ, например пероксида водорода или хлората калия. Эти вещества превращаются в другие вещества, выделяя газ, который можно собрать и исследовать. Такой способ удобен, когда требуется небольшое количество относительно чистого кислорода для опытов. На производстве нужны большие объёмы, поэтому там воздух сначала охлаждают до жидкого состояния, а затем разделяют его компоненты по температурам кипения.
Кислород O₂ и озон O₃ состоят из атомов одного элемента, но их молекулы устроены по-разному, поэтому вещества различаются по свойствам. В верхних слоях атмосферы ультрафиолетовое излучение помогает образовывать озон из кислорода, а другие реакции снова превращают озон в O₂. Пока образование и разрушение озона уравновешены, озоновый слой сохраняется. Он поглощает опасную часть ультрафиолетовых лучей и тем самым уменьшает их воздействие на поверхность Земли.
В таблице собраны сведения, которые помогают быстро описать кислород и отличить его от озона. Сопоставляйте формулу и свойства: например, O₂ обозначает бесцветный газ, а O₃ — другую аллотропную форму. Строки о получении и применении показывают, как свойства вещества связаны с его использованием.
| Что характеризуется | Основные сведения |
|---|---|
| Химическая формула и агрегатное состояние | O₂; при обычных условиях — газ |
| Цвет, запах и растворимость в воде | Бесцветный, без запаха, слабо растворим в воде |
| Относительная плотность по воздуху | Около 1,1; кислород немного тяжелее воздуха |
| Отношение к горению | Поддерживает горение, но сам не горит |
| Способы получения | В лаборатории — разложением некоторых веществ; в промышленности — разделением жидкого воздуха |
| Применение | Для дыхания и медицинских целей, в металлургии, при сварке и других процессах, где нужен кислород |
Магний реагирует с кислородом, образуя оксид магния. Нужно записать формулу продукта и подобрать коэффициенты так, чтобы число атомов каждого элемента слева и справа совпадало.
Проверка показывает, что с обеих сторон два атома Mg и два атома O. Ответ: 2Mg + O₂ → 2MgO; продукт реакции — оксид магния.
Дано 2 л водорода; требуется определить объём кислорода для полного сгорания. Поскольку газы измерены при одинаковых условиях, их объёмы относятся так же, как коэффициенты в уравнении реакции. Для воды записываем уравнение 2H₂ + O₂ → 2H₂O.
Ответ: для полного сгорания 2 л водорода необходим 1 л кислорода.
Из 24,5 г KClO₃ получают кислород; выход реакции полный. Сначала нужно перевести массу реагента в количество вещества, затем по уравнению найти количество O₂ и его объём при нормальных условиях. Уравнение разложения: 2KClO₃ → 2KCl + 3O₂.
Ответ: получится 6,72 л кислорода. Здесь важно не забыть, что коэффициенты уравнения задают соотношение количеств веществ, а не равенство их количеств.
Ошибка: считать химический элемент кислород и простое вещество кислород одним понятием. Её допускают, потому что в обоих случаях говорят «кислород», но символ O обозначает элемент, а формула O₂ — молекулы отдельного вещества. Проверяйте себя по записи: если речь об атомах в соединении, указывают элемент; если о газе, нужна формула O₂.
Ошибка: утверждать, что кислород горит. Он поддерживает горение, потому что реагирует с горящим веществом, тогда как сам обычно выступает окислителем; путаница возникает из-за того, что кислород присутствует при ярком пламени. Проверьте формулировку: горючее вещество горит, а кислород помогает реакции и расходуется.
Ошибка: путать бесцветный кислород с озоном. Оба вещества состоят из атомов кислорода, поэтому их название кажется взаимозаменяемым, но формулы и свойства разные: у озона O₃ и характерный запах. Чтобы проверить себя, сравните число атомов в молекуле и помните, что запах не является признаком O₂.
Ошибка: записывать уравнение горения без проверки коэффициентов. Если числа атомов слева и справа не совпадают, нарушается закон сохранения атомов; так бывает, когда коэффициент ставят только перед кислородом. Сосчитайте атомы каждого элемента по обе стороны стрелки, меняя коэффициенты, а не индексы внутри формул.
Для изучения кислорода нужны знания о символах химических элементов, формулах простых и сложных веществ и правилах составления уравнений. По формуле можно отличить молекулу O₂ от атома O в составе соединения, а по уравнению — проследить, какие вещества расходуются и образуются. Это связывает тему с изучением состава веществ и химических реакций.
Кислород понадобится при изучении оксидов, реакций окисления и горения. Уравнения с O₂ помогают понять, как образуются продукты реакций, и выполнять расчёты по коэффициентам. Эти навыки применяются и в задачах на массы, количества вещества и объёмы газов.
Чем кислород как химический элемент отличается от кислорода как простого вещества?
Химический элемент кислород — это вид атомов с обозначением O, которые входят в состав многих веществ. Простое вещество кислород состоит только из атомов этого элемента, объединённых в молекулы O₂.
Почему кислород поддерживает горение, но сам не горит?
Во время горения кислород реагирует с горящим веществом и принимает участие в образовании оксида. При этом выделяется энергия, но кислород выступает окислителем, а не топливом.
Как доказать, что в сосуде находится кислород?
В сосуд осторожно вносят тлеющую лучинку. В кислороде она вспыхивает или начинает гореть ярче, потому что газ поддерживает горение.
Чем озон отличается от кислорода O₂?
Молекула кислорода O₂ состоит из двух атомов, а молекула озона O₃ — из трёх. Озон имеет характерный запах и отличается от кислорода по свойствам; в атмосфере его слой поглощает значительную часть опасного ультрафиолетового излучения.
Почему кислород получают разными способами в лаборатории и промышленности?
В лаборатории нужны небольшие количества газа, поэтому кислород получают химическим разложением веществ. Промышленности требуются большие объёмы, и там выгодно разделять жидкий воздух на компоненты.
§ 14. Кислород
