Положення кисню в Періодичної таблиці і його хімічні властивості

Ви, звичайно, знаєте, що кисень підтримує горіння. Горіння різних речовин на повітрі – це окислювально-відновний процес, в якому окислювачем є кисень. Окислювачі – це речовини, “відбирають” електрони у речовин-відновників. Хороші окислювальні властивості кисню можна легко пояснити будовою його зовнішньої електронної оболонки. Атомний номер кисню в Періодичної таблиці – 8. Отже, ядро атома кисню містить 8 протонів, а електронна оболонка – 8 електронів. Ці електрони розташовані по рівнях таким чином:

1s2 2s2 2p4 (жирним шрифтом виділена валентна оболонка).

Валентна оболонка кисню розташована на 2-му рівні – відносно близько до ядра. Тому ядро сильно притягує до себе електрони. На валентної оболонці кисню 6 електронів. Отже, до октету бракує двох електронів, які кисень прагне прийняти з електронних оболонок інших елементів, вступаючи з ними в реакції в якості окислювача. У цьому параграфі ви зможете подивитися досить багато таких реакцій з “Єдиної колекції цифрових освітніх ресурсів”.

Хороші окислювальні властивості кисню і його висока електронегативність у з’єднаннях з іншими елементами мають спільну природу. Кисень має другу (після фтору) електронегативність в шкалі Полінга (3,44 порівняно з 3,98 у фтору). Тому в переважній більшості своїх з’єднань з іншими елементами кисень має негативну ступінь окислення.

Горіння сірки в кіслородеНапрімер, сірка розташована в тій же VI групі, що і кисень, на одну клітинку нижче.

Окислення може відбуватися і повільно, без горіння. Наприклад, мідь при нагріванні в кисні (і на повітрі) не горить, а “спокійно” перетворюється на чорний порошок оксиду міді:

2Cu + O2 = 2CuO

Відомо, що залізо на повітрі іржавіє, особливо у воді, при високій вологості. Ця реакція споріднена горінню заліза в кисні, хоча протікає набагато повільніше:

4Fe + 3O2 + 2nH2O = 2Fe2O3 ? nH2O (іржа – гідрат оксиду заліза III)

Іржавіння металів називається корозією. Корозія заподіює колосальної шкоди людської цивілізації. Кожен десятий металургійний завод працює тільки на заповнення втрат від корозії, бо щороку вона знищує мільйони тонн металу. На фотографії ліворуч можна бачити, як відбувається поступове руйнування корпусу старого автомобіля киснем і водою.

Захистом від корозії служать різні покриття. Наприклад, олійні фарби та полімерні лаки рятують металеві вироби від корозії тому, що не дають атмосферного кисню стикатися з поверхнею металу.

Повільне окислення (без горіння) відбувається не тільки при корозії металу. Органічні речовини теж здатні повільно окислюватися киснем повітря. Наприклад, просочені машинним маслом ганчірки після обтіркі верстатів і машин на підприємствах заборонено накопичувати в купах. Усередині такої купи процес повільного окислення з виділенням тепла настільки підвищує температуру, що може статися самозаймання. Іншими словами, повільне окислення здатне за певних умов перейти в горіння.

Вибух суміші метану з кіслородомВзрив гримучого газу ** Ще одним проявом сильних окисних властивостей кисню є його здатність вибухати в суміші з деякими восстановителями. Так, суміш кисню (або навіть повітря) з воднем називають гримучим газом. Гримучий газ вибухає від найменшої іскри. При цьому відбувається утворення води:

О2 + 2Н2 = 2Н2О

Близькими властивостями володіють суміші природного газу або вугільного пилу з атмосферним повітрям, що містить всього трохи більше 20% кисню. Ось чому необхідно постійно стежити за справністю газових плит і газових трубопроводів, що перебувають у закритих приміщеннях. Шахти постійно провітрюються потужними насосами не тільки для того, щоб в них легше дихалося, але і для того, щоб розбавити до безпечних меж копальневий газ (метан), що виділяється з вугільних пластів.

Вентилі і трубопроводи, через які подається чистий кисень, не повинні містити навіть слідів мастила. Органічна речовина (наприклад, машинне масло) роздроблене на дрібні краплі в струмі кисню, стає вибухівкою величезної руйнівної сили.

Звичайні деревна тирса, просочені рідким киснем, стають вибуховою речовиною. Тому суміші пористих горючих матеріалів з рідким киснем застосовують в якості вибухівки при прокладці тунелів, при будівництві гребель для гідростанцій, при видобутку руди або каменю в кар’єрах.

Посилання на основну публікацію