Общая характеристика халькогенов. Кислород
Халькогены – это элементы VI A группы. Родоначаль-ником этой группы является кислород. Кроме кислорода в эту группу входят сера, селен, теллур, полоний. Название халькогены означает «рождающие руды». Вам уже известны руды, содержащие серу, это – пирит, или железный колчедан – FeS2, халькопирит, медный колчедан – СuFeS2, киноварь – HgS, цинковая обманка – ZnS. Кислород входит в состав таких руд, как корунд – Al2O3, магнитный железняк, или магнетит – Fe3O4, красный железняк, или гематит – Fe2O3, бурый железняк, или лимонит – 2Fe2O3 ∙ 3H2O, а также в состав других руд.
На внешнем энергетическом уровне у халькогенов 6 электронов. До завершения внешнего энергетического уровня не хватает двух электронов, поэтому они способны присоединять эти два электрона и проявлять в своих соединениях степень окисления -2. Кислород в соединении с фтором – OF2 проявляет степень окисления +2. Атомы серы, селена и теллура в своих соединениях с более электроотрицательным элементом проявляют положительные степени окисления: +2, +4 и +6.
Кислород – самый распространенный элемент на Земле. Он входит в состав воды, которая покрывает поверхность земного шара, образуя его водную оболочку – гидросферу. Кислород входит в состав атмосферы, где на его долю приходится двадцать один процент. Кроме этого, он ещё входит в состав многих органических соединений.
Существует несколько способов получения кислорода.
В промышленности кислород получают из жидкого воздуха.
Еще в 1774 году Пристли, используя стеклянную двояковыпуклую линзу, направил сконцентрированный ею пучок солнечных лучей на оксид ртути два и получил кислород.
Одновременно с Пристли кислород получил Шееле путём нагревания селитры.
Название кислороду – оксигениум, то есть «рождающий кислоты», или «кислород», этому элементу дал Лавуазье.
Кислород можно получить и при разложении воды в специальном устройстве – электролизёре. Таким образом, можно получить сразу два газа: кислород и водород.
В лаборатории для получения кислорода используют пероксид водорода (H2O2). Эта реакция идёт в присутствии катализатора – оксида марганца четыре.
Для получения кислорода в лаборатории ещё используют реакцию разложения перманганата калия – KMnO4 – «марганцовки ».
Вы уже знаете, что кислород существует в виде двух аллотропных модификаций кислорода – O2 и озона – O3. Аллотропия кислорода и озона обусловлена различным числом кислорода в молекулах веществ.
Оба этих вещества находятся в газообразном состоянии, они бесцветны, но в жидком состоянии кислород голубой, а озон – синий. Кислород не имеет запаха, а озон имеет резкий запах. Кислород и озон имеют различия и в температурах плавления и кипения.
Кислород взаимодействует почти со всеми простыми веществами, кроме галогенов, благородных газов, золота и платины.
Кислород энергично реагирует с металлами. Например, в реакции с литием, образуется оксид лития, в реакции с медью – оксид меди (II).
Кислород реагирует с неметаллами. Так в реакции с cерой образуется оксид серы (IV), в реакции с фосфором – оксид фосфора (V).
Почти все реакции с кислородом – экзотермические (то есть сопровождаются выделением теплоты). Исключение составляет реакция азота с кислородом, которая является эндотермической, в результате которой энергия не выделяется, а поглощается.
Кислород окисляет не только простые, но и сложные вещества. Например, в реакции горения метана образуется вода и углекислый газ, в результате горения сероводорода образуется сернистый газ и вода.
Эта окислительная способность кислорода лежит в основе горения всех видов топлива. Кислород в этих реакциях выступает в роли окислителя.
Кислород участвует в процессах дыхания, медленного окисления различных веществ, при обычной температуре. Например, медленное окисление пищи в нашем организме является источником энергии, за счёт которой живет организм. Так гемоглобин, соединенный с кислородом, оксигемоглобин доставляет во все ткани и клетки организма кислород, который окисляет белки, жиры и углеводы, образуя при этом углекислый газ и воду и освобождая при этом энергию, необходимую для деятельности организма.
Велика роль кислорода в процессах дыхания человека и животных. У растений в процессе фотосинтеза из углекислого газа и воды образуется глюкоза и кислород. За счет этого процесса сохраняется содержание свободного кислорода.
Проведём эксперимент: нальём в два стаканчика перекиси водорода. В первый стаканчик добавим оксида марганца (IV), у нас наблюдается бурное выделение кислорода. Оксид марганца (IV) в данном случае катализатор, он ускоряет процесс разложения перекиси водорода. Если поднести к стаканчику тлеющую лучинку, то она вспыхнет из-за скопившегося кислорода.
В другой стаканчик добавим натёртую морковь, здесь тоже происходит бурное выделение кислорода, и если поднести тлеющую лучинку, то она вспыхнет. В данном случае фермент каталаза, который содержится в моркови, тоже способствует разложению перекиси водорода.
Кислород применяется в металлургической и химической промышленности для ускорения производственных процессов. Чистый кислород применяют при газовой сварке и резке металлов. Его используют и для жизнеобеспечения на подводных и космических кораблях, при работе водолазов и пожарных.
В медицине кислород применяют в случаях временного затруднения дыхания и различных заболеваниях. Кислород применяют в космической технике, как окислитель ракетного топлива, в производстве взрывчатых смесей.
Кислород хранят в стальных баллонах, окрашенных в голубой цвет, под высоким давлением, а в лаборатории – в специальных приборах – газометрах.
Таким образом, халькогены – это элементы (VI) A группы. На внешнем энергетическом уровне у них 6 электронов. Они входят в состав многих руд. Кислород - первый представитель этой группы. В реакциях он проявляет окислительные свойства. Кислород получают реакцией разложения перекиси водорода, марганцовки, воды, а в промышленности – из воздуха. Кислород участвует в круговороте веществ и применяется в химической и металлургической промышленности.