Предыдущий урок.
Первый урок.
Вот и добрались до кислорода. Чрезвычайно важный элемент, надо сказать. Если бы его не было мы бы не смогли приготовить вкусный шашлычок. Потому что тогда дрова бы не горели. Да и вообще мы бы задохнусь, так как для нашего дыхания необходим в воздухе кислород. Кстати, много кислорода тоже плохо, он может вызвать кислородное отравление: это когда кислорода во вдыхаемом воздухе слишком много, либо мы вдыхаем его под большим давлением, и у нас получается слишком много окисленного гемоглобина и очень мало восстановленного. А восстановленный гемоглобин, который осуществляет транспорт углекислого газа, чтобы мы его могли выдохнуть. В результате углекислый газ из организма не удаляется, а накаливается и отравляет организм. А еще, когда кислорода много, организм не успевает утилизировать его, тогда кислород накапливается в тканях и разрушает их. Поэтому самое оптимальное, это содержание в воздухе 20% кислорода, именно столько в атмосферном воздухе, но не потому что так «Боженька» специально устроил (спойлер: его нет), а потому что мы эволюционного адаптировались именно к такому содержанию кислорода. Даже в больничной кислородной подушке – это когда человеку с проблемами с дыханием (например, при повреждении легких) дают дышать концентрированным кислородом, чтобы он не задохнулся, кислорода не более 70%. Больше – не надо, будет кислородное отравление.
Кислород идет после азота и его атомный номер 8. У кислорода 6 электронов на внешней оболочке, а нужно 8, поэтому кислород двухвалентен. Еще кислород сильный окислитель, второй после фтора. Кто-то может спросить: а что значит окислитель? Это значит, что он … окисляет, то есть, отбирает электроны. Да, кислород очень жадный до электронов. Он пытается отобрать их у других атомов, тем самым вступая в химическую реакцию. Проще всего кислороду отобрать электроны у таких металлов, как литий (см. урок про литий) и стронций:
Такая реакция идет уже при комнатной температуре.
Характерной для кислорода реакцией является горение. Под горением понимается самоподдерживающаяся химическая реакция с выделением энергии в виде тепла, теплового изучения и света. Зона светового изучения при горении называется фронтом пламени или просто пламенем. Обычно люди думаю, что горение – это именно реакция соединения с кислородом. Но не всегда. Иногда горение может быть и в атмосфере хлора, например, при этом тоже происходит огонь и прочие для горения явления. Но мы сегодня изучаем кислород и будем говорить о горении именно в атмосфере кислорода.
Итак, поехали. При горении в атмосфере кислорода бывает полное и неполное окисление. Об этом я писал на уроке про углерод, помните угарный газ (CO) и углекислый газ (CO2). Аналогично может происходить и с другими веществами.
Например, кислород окисляет NO, так как тот находиться не в максимальной степени окисления, у азота она может быть больше:
А теперь вернемся к горению. В атмосфере кислорода горят многие вещества, в том числе органические соединения. Например:
Как я уже говорил, иногда окисление бывает неполным, в том числе и органических соединений:
Вообще, кислород способен реагировать почти со всеми веществами, при разных условиях. С какими-то он реагирует при комнатной температуре, с какими-то при нагревании. Для некоторых реакций нужны катализаторы. С галогенами (фтор, хлор, бром, йод) кислород реагирует при электрических разрядах или под воздействием ультрафиолетовых лучей. Кислород не реагирует только с благородными металлами (такими, например, как золото) и с благородными газами (это гелий, неон, аргон и прочее). Хотя… косвенным путем можно заставить кислород и с ними соединиться.
А теперь представьте, что вы порезали палец. Чем будете мазать ранку? Йодом? Нет, мы же кислород проходим. Значит, будем мазать перекисью водорода, это тоже неплохой антисептик. Что интересно, согласно теории горения А. Н. Баха и К. О. Энглера, окисление многих вещество происходит в две стадии: сначала получается промежуточный пероксид, а потом он окисляется до оксида. В частности, если охлаждать пламя горения водорода льдом, то наряду с водой как раз и образуется эта самая перекись:
В промышленности, правда, перекись водорода получают другим, более эффективным способом, но его описание уже выходит за рамки этого урока, там сложная органическая химия идет.
А есть еще очень такие интересные соединения кислорода, называемые надпероксиды. Почему интересные? А потому, что их степень окисления -1/2. То есть она дробная! Как это так? А вот так, один электрон распределяется между двумя атомами кислорода. Например, такое соединения получается при взаимодействии пероксида натрия с кислородом при высоком давлении и температуре:
А вот такие металлы, как калий, рубидий и цезий реагируют с кислородом сразу с образованием надпероксидов:
Вы думаете, на этом сюрпризы закончились? Ха-ха. Оказывается, есть еще и степень окисления 1/3, точнее -1/3, так как кислород все-таки забирает электроны и становиться отрицательно заряженным ионом. Такие соединения можно получить путем действия озона (O3) на гидроксиды щелочных металлов, например:
С химическими свойствами кислорода мы разобрались. Теперь вернемся к его важности. Кислород важен не только для дыхания, но он еще и применяется в промышленности, в частности, в металлургии, для сварки и резки металлов, а так же в качестве ракетного топлива. Получают его путем сжижения атмосферного воздуха и его фракционного разделения (за счет разной температуры кипения входящих в него газов).
Подытожим. Кислород важен, так как мы им дышим, и он поддерживает горение. Является сильнейшим окислителем, с некоторыми металлами (например: литий, стронций) вступает в реакцию уже при комнатной температуре. Может образовывать не только оксиды, но и пероксиды и иметь дробную степень окисления (-1/2 и даже -1/3). Применяется в промышленности, в металлургии, для сварки металлов и для других целей. Получают разделением сжиженного воздуха.
