"Химия", Габриелян О.С.
Кислород — химический элемент O и простое вещество, молекулы которого состоят из двух атомов: O₂. Этот бесцветный газ необходим для дыхания и поддерживает горение, хотя сам обычно не горит. У кислорода есть другая простая форма — озон O₃; разные вещества одного элемента называют аллотропными модификациями. Зная строение кислорода, легче понять его реакции, способы получения и роль в природе.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Кислород как химический элемент — вид атомов с порядковым номером 8 в периодической системе; его символ — O. В ядре атома 8 протонов, а в нейтральном атоме — 8 электронов. Это понятие нужно, чтобы говорить о составе веществ: например, вода содержит атомы кислорода, но не молекулы O₂.
Кислород как простое вещество — вещество, состоящее из атомов одного химического элемента; его формула O₂. Одна молекула включает два атома кислорода, связанных друг с другом. Понятие простого вещества помогает отличать газ, которым мы дышим, от кислорода в составе воды или минералов.
Аллотропия — существование одного химического элемента в виде нескольких простых веществ с разным строением и свойствами. Так, атомы кислорода образуют молекулы O₂ и O₃. Это понятие объясняет, почему вещества из атомов одного элемента могут выглядеть и вести себя по-разному.
Озон O₃ — аллотропная модификация кислорода, простое вещество с молекулами из трёх атомов. В отличие от O₂, озон голубоватый, имеет резкий запах и химически активнее. Формула показывает число атомов в молекуле и позволяет не путать два вещества.
Порядковый номер кислорода равен 8, поэтому заряд его ядра составляет +8, а нейтральный атом содержит восемь электронов. Два электрона находятся на первом уровне, ещё шесть — на внешнем. Чтобы внешняя оболочка стала устойчивее, атому выгодно получить или совместно использовать ещё два электрона; так кислород часто образует две химические связи. Эти связи могут соединять атомы кислорода между собой или с атомами других элементов.
В обычных условиях отдельные атомы кислорода легко соединяются попарно, образуя более устойчивые молекулы O₂. Поэтому газообразное простое вещество состоит главным образом из двухатомных молекул, а не из отдельных атомов. Между молекулами притяжение сравнительно слабое: для их движения не нужна большая энергия, поэтому кислород при обычной температуре — газ. Молекулы бесцветны, а растворяется газ в воде лишь в небольшом количестве.
У озона три атома в молекуле, тогда как у кислорода — два; различие в строении меняет свойства вещества. Озон менее устойчив: его молекулы могут превращаться в O₂, при этом выделяется кислород. Из-за этого озон активнее вступает в реакции и способен окислять многие вещества. Способность одного элемента существовать в таких разных формах и называют аллотропией.
В лаборатории кислород получают разложением веществ, содержащих кислород, например пероксида водорода: 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂. Реакция идёт быстрее при добавлении катализатора — вещества, которое ускоряет процесс, но само в нём не расходуется. В промышленности воздух сначала охлаждают до жидкости, а затем разделяют её перегонкой: компоненты испаряются при разных температурах. Чтобы распознать выделившийся кислород, в сосуд вносят тлеющую лучинку: газ поддерживает её горение, и она вспыхивает.
Кислород реагирует со многими металлами и неметаллами, образуя оксиды — соединения кислорода с другим элементом. Например, при реакции магния с кислородом получается оксид магния, а при реакции углерода — оксид углерода. В ходе таких процессов частицы веществ соединяются с кислородом, поэтому реакции называют окислением. Горение — один из быстрых примеров окисления, но окисление может идти и медленно.
| Характеристика | Кислород | Озон |
|---|---|---|
| Формула молекулы | O₂ | O₃ |
| Число атомов в молекуле | 2 | 3 |
| Цвет и запах | Бесцветный, без запаха | Голубоватый, с резким запахом |
| Относительная устойчивость | Более устойчив | Менее устойчив |
| Химическая активность | Поддерживает горение | Активнее кислорода, сильный окислитель |
| Значение и применение | Дыхание, медицина, металлургия | Защита от ультрафиолета в атмосфере, обеззараживание воды |
Сначала сравни формулы и число атомов: они показывают, чем различается строение молекул. Затем сопоставь свойства и применение — они связаны с устойчивостью и химической активностью каждого газа. Помни, что кислород и озон являются разными веществами, но относятся к одному элементу.
Задача 1. Укажите, где речь идёт о химическом элементе, а где — о простом веществе: кислород входит в состав воды; кислород поддерживает горение.
В первом высказывании говорится о составе воды. Вода состоит из атомов водорода и кислорода, связанных в молекулы H₂O, поэтому здесь имеется в виду химический элемент.
Во втором высказывании речь о газе, который участвует в горении. Этот газ состоит из молекул O₂, значит, имеется в виду простое вещество кислород.
Ответ: в составе воды — химический элемент, при поддерживании горения — простое вещество.
Задача 2. Составьте и уравняйте уравнение реакции кислорода с магнием; укажите название образовавшегося вещества.
Запишем формулы реагентов: магний — Mg, кислород как простое вещество — O₂. Продуктом будет оксид магния MgO, поскольку соединение состоит из магния и кислорода.
В молекуле O₂ два атома кислорода, поэтому справа ставим коэффициент 2 перед MgO. Теперь справа два атома магния, значит, коэффициент 2 ставим и перед Mg.
Проверяем число атомов с обеих сторон: два атома Mg и два атома O. Уравнение реакции: 2Mg + O₂ → 2MgO.
Ответ: 2Mg + O₂ → 2MgO; образуется оксид магния.
Задача 3. При разложении пероксида водорода получили 4,48 л кислорода при н. у. Определите количество вещества кислорода и массу разложившегося пероксида водорода, если реакция прошла полностью.
Записываем уравнение: 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂. При н. у. молярный объём газа равен 22,4 л/моль, поэтому количество кислорода находим делением объёма на молярный объём.
n(O₂) = 4,48 л ÷ 22,4 л/моль = 0,2 моль. По коэффициентам уравнения на 1 моль O₂ расходуются 2 моль H₂O₂, значит, n(H₂O₂) = 0,4 моль.
Молярная масса H₂O₂ равна 34 г/моль. Масса пероксида: m = nM = 0,4 моль × 34 г/моль = 13,6 г.
Ответ: n(O₂) = 0,2 моль; разложилось 13,6 г H₂O₂.
Нельзя считать кислород как элемент и кислород как простое вещество одним понятием. Элемент — это вид атомов, а простое вещество — O₂; путаница возникает из-за одинакового названия. Проверь себя по контексту: если речь о составе соединения, обычно имеется в виду элемент, а если о газе и его свойствах — вещество.
Формула простого вещества в обычных условиях — O₂, а не O. Символ O часто принимают за формулу газа, потому что им обозначают кислородный элемент и отдельный атом. Сверь запись с тем, что описывается: газ состоит из молекул, в каждой два атома.
Озон — не новый химический элемент, а другое простое вещество того же элемента. Ошибку провоцируют отдельное название и заметно иные свойства озона. Проверка проста: в формулах O₂ и O₃ один и тот же символ O, значит, в обоих случаях речь об атомах кислорода.
Кислород поддерживает горение, но сам обычно не является горючим. Эти свойства путают, потому что кислород участвует в реакциях горения и усиливает их. Чтобы проверить себя, выясни, какое вещество сгорает: кислород помогает ему окисляться, но сам не служит топливом.
Для изучения кислорода нужны знания о строении атома, периодической системе и различии химического элемента и простого вещества. Также важно уметь составлять формулы и уравнивать реакции: без этого нельзя правильно записать образование оксидов или расчёты по уравнениям. Тема пригодится при изучении оксидов и окислительно-восстановительных реакций, где рассматривают перенос электронов. Она также объясняет химическую основу горения и дыхания.
Химический символ кислорода — O, формула простого вещества — O₂.
Кислород — химический элемент и одновременно простое вещество; эти понятия нельзя смешивать.
Озон O₃ — аллотропная модификация кислорода.
Кислород — бесцветный газ без запаха, малорастворимый в воде.
Кислород поддерживает горение, но сам не является горючим.
В реакциях с кислородом многие вещества образуют оксиды.
Чем химический элемент кислород отличается от простого вещества кислорода?
Химический элемент кислород — это вид атомов с символом O и зарядом ядра +8. Простое вещество кислород состоит из молекул O₂, в каждой из которых два таких атома.
Почему формула кислорода — O₂, а не O?
В обычных условиях атомы кислорода устойчивее, когда соединены попарно, поэтому простое вещество образует двухатомные молекулы. Символ O обозначает атом или элемент, а формула O₂ — молекулу и простое вещество.
Чем озон отличается от кислорода и почему они относятся к одному элементу?
Молекула озона состоит из трёх атомов кислорода и записывается O₃, а молекула кислорода — из двух атомов и записывается O₂. Вещества отличаются строением и свойствами, но состоят из атомов одного элемента, поэтому это аллотропные модификации.
Горит ли кислород сам?
Сам кислород обычно не горит, потому что горение — это его реакция с другими веществами. Он поддерживает горение и помогает горючим веществам реагировать быстрее.
Как в лаборатории проверить, что выделился кислород?
Внесите в газ тлеющую лучинку: в кислороде она вспыхнет или начнёт гореть ярче. Это качественный признак кислорода, то есть наблюдение, по которому распознают вещество.
§ 25. Кислород
