Цікава хімія. Блог учителя хімії Галатин Ольги Петрівни: Кисень.Озон.Цікава інформація

Кисень. Озон. Цікава інформація

Ф ізичні властивості речовин, утворених елементом Оксигеном

Атоми Оксигену можуть утворювати два типи молекул: O₂ — кисень та O₃ — озон.

Явище існування кількох простих речовин, утворених атомами одного хімічного елемента, називається алотропією. А прості речовини, утворені одним елементом, називають алотропними модифікаціями.

Отже, озон і кисень — це алотропні модифікації елемента Оксигену.

Властивості	Кисень	Озон
Формула сполуки	O₂	O₃
Зовнішній вигляд у звичайних умовах	Газ	Газ
Колір	У парах кисень безбарвний. Рідкий — блідо-блакитного кольору, а твердий — синього	Пари озону світло-синього кольору. Рідкий — синього кольору, а твердий являє собою темно-фіолетові кристали
Запах і смак	Без запаху й смаку	Різкий характерний запах (у малих концентраціях надає повітрю запаху свіжості)
Температура плавлення	-219 °С	-192 °С
Температура кипіння	-183 °С	-112 °С
Густина при н. у.	1,43 г/л	2,14 г/л
Розчинність уводі	4 об’єми кисню в 100 об’ємах води	45 об’ємів озону в 100 об’ємах води
Магнітні властивості	Рідкий і твердий кисень — парамагнітні речовини, тобто втягуються в магнітне поле	Має діамагнітні властивості, тобто не взаємодіє з магнітним полем
Біологічна роль	Необхідний для дихання рослин і тварин (у суміші з азотом або інертним газом). Вдихання чистого кисню призводить до сильного отруєння	В атмосфері утворює так званий озоновий шар, який захищає біосферу від шкідливого впливу ультрафіолетового випромінювання. Отруйний

Хімічні властивості кисню й озону

Взаємодія кисню з металами

Молекулярний кисень — досить сильний окисник. Він окислює практично всі метали (окрім золота й платини). Багато металів повільно окислюються на повітрі, але в атмосфері чистого кисню згорають дуже швидко, при цьому утворюється оксид:

Однак деякі метали при горінні утворюють не оксиди, а пероксиди (у таких сполуках ступінь окиснення Оксигену дорівнює -1) або надпероксиди (ступінь окиснення атома Оксигену — дробова). Прикладом таких металів можуть бути барій, натрій та калій:

Взаємодія кисню з неметалами

Оксиген проявляє ступінь окиснення -2 в сполуках, які утворені з усіма неметалами, окрім Флуору, Гелію, Неону та Аргону. Молекули кисню при нагріванні безпосередньо вступають у взаємодію з усіма неметалами, окрім галогенів та інертних газів. В атмосфері кисню самозаймається фосфор та деякі інші неметали:

При взаємодії кисню із фтором утворюється оксиген фторид, а не фтор оксид, оскільки атом Фтору має більшу електронегативність, аніж атом Оксигену. Оксиген фторид — це газ блідо-жовтого кольору. Його використовують як дуже сильний окисник та фторувальний агент. У цій сполуці ступінь окиснення Оксигену дорівнює +2.

У надлишку фтору може утворюватися диоксиген дифторид, в якому ступінь окиснення Оксигену дорівнює +1. За будовою така молекула схожа на молекулу гідроген пероксиду.

Взаємодія кисню зі складними речовинами

За певних умов кисень вступає у взаємодію з багатьма складними речовинами. При цьому утворюються оксиди елементів або прості речовини, утворені цими елементами:

Кисень може вступати у взаємодію з оксидами, в яких елементи перебувають не у вищих ступенях окиснення:

Хімічні властивості озону

Озон є більш сильним окисником, аніж молекулярний кисень. Майже всі реакції, які проходять під дією кисню, проходять також з озоном, але при цьому реакція протікає швидше й виділяється більша кількість енергії. Багато речовин під дією озону займаються:

При взаємодії калію з озоном утворюється озонід (сполука іонного типу):

Виявлення домішок озону в газах

Озон виявляють у лабораторних умовах пропусканням досліджуваної суміші через розчин калій йодиду з невеликою кількістю крохмалю:

Якщо в пропущеній газовій суміші присутній озон, то розчин забарвлюється в інтенсивно-синій колір, за рахунок утворення комплексної сполуки йоду з крохмалем. Цю реакцію називають якісною реакцією на озон.

Кисень в аналогічну реакцію не вступає.

Методи добування кисню й озону

Методи добування кисню

Кисень зазвичай добувають у лабораторіях електролізом слабкого водного розчину натрій гідроксиду (електроди нікельовані):

Кисень можна добути термічним розкладанням багатих на Оксиген сполук (хлоратів, перманганатів, нітратів, пероксидів, оксидів):

У промисловості кисень добувають із рідкого повітря. Спочатку повітря охолоджують до -200 °С, а потім поступово нагрівають. При -196 °С випаровується азот, і залишається рідкий кисень.

Методи добування озону

Озон утворюється в атмосфері на висоті 20— 30 кілометрів з кисню під дією ультрафіолетового випромінювання Сонця.

Озон можна добути з кисню під дією тліючого електричного розряду.

Він також утворюється в різних копіювальних апаратах, при зварюванні металів, при роботі трансформаторів та при ударі блискавки.

Застосування кисню й озону. Значення озонового шару

Кисень використовують усі аеробні живі істоти для дихання. У процесі фотосинтезу рослини виділяють кисень і поглинають вуглекислий газ.

Молекулярний кисень застосовують для так званої інтенсифікації, тобто прискорення окисних процесів у металургійній промисловості. А ще кисень використовують для добування полум’я з високою температурою. При горінні ацетилену (С₂Н₂) в кисні температура полум’я сягає +3500 °С. У медицині кисень застосовують для полегшення дихання хворих. Його також використовують у дихальних апаратах для роботи людей у важкій для дихання атмосфері. Рідкий кисень застосовують як окисник ракетного палива.

Озон використовують у лабораторній практиці як дуже сильний окисник. У промисловості з його допомогою дезінфікують воду, оскільки йому притаманна сильна окисна дія, яка знищує різні мікроорганізми.

Пероксиди, надпероксиди та озоніди лужних металів застосовують для регенерації кисню в космічних кораблях та на підводних човнах, Таке застосування засноване на реакції цих речовин з вуглекислим газом СО₂:

У природі озон міститься у високих шарах атмосфери на висоті близько 20—25 км, у так званому озоновому шарі, що захищає Землю від жорсткого сонячного випромінювання. Зменшення концентрації озону в стратосфері хоча б на 1 може призвести до важких наслідків, таких зростання числа онкологічних захворювань шкіри в людей і тварин, збільшення числа захворювань, пов’язаних із пригніченням імунної системи людини, уповільнення росту наземних рослин, зниження швидкості росту фітопланктону тощо.

Без озонового шару життя на планеті було б неможливим. Тим часом забруднення атмосфери різними промисловими викидами призводять до руйнування озонового шару. Найнебезпечнішими речовинами для озону є фреони (їх використовують як холодоагенти в холодильних машинах, а також як наповнювачі для балончиків з дезодорантами) та відходи ракетного палива.

Світове співтовариство було дуже стурбоване у зв’язку з утворенням діри в озоновому шарі на полюсах нашої планети, у зв’язку із чим у 1987 р. був прийнятий «Монреальський протокол щодо речовин, які руйнують озоновий шар», котрий обмежив використання речовин, шкідливих для озонового шару.

Схема утворення озону з кисню