Кислород (Oxygenium)

P-элементы VI группы

К р-элементам VI группы относятся кислород (O), сера (S), селен (Se), теллур (Te), полоний (Pо). Эти элементы образуют главную подгруппу халькогенов. Кислород, сера, селен и теллур являются неметаллами, полоний - металл. Для атомов этих элементов характерна следующая электронная формула валентного слоя …ns²np⁴. До устой­чивой восьми электронной конфигурации не хватает двух электронов, принимая их, атомы проявляют степень окисления -2. При образовании связей с атомами более электроотрицательных элементов они могут проявлять степень окисления +4 и +6 (кроме кислорода). Максималь­ная ковалентность атомов этих элементов равна шести.

Кислород (Oxygenium)

Кислород O – Oxygenium. Электронная формула атома: 1s²2s²2p⁴ электронно-графическая формула внешнего слоя

Кислород может проявлять степени окисления -2 (Н₂О); -I (Н₂О₂);-1/2 (КО₂); -1/3 (КО₃); +1 (O₂F₂); +2 (OF₂), но наиболее устойчивая –2.

Кислород - самый распространенный на Земле элемент, является составной частью воздуха (21% по объему). Образует два простых вещества - молекулярный кислород (O₂) и озон (О₃).

Молекула кислорода не может быть описана при помощи метода ВС т.к. проявление парамагнитных свойств жидким кислородом, свидетельствует о наличии в молекуле О₂ одиночных электронов.

Молекула озона О₃ - уголковая, орбитали центарльного атома (кисло­рода) находятся в sр²-гибридном состоянии (валентный угол 116,8°)

Вода - Н₂О. Молекула воды имеет уголковую форму с валентным углом 104,5°, т.к. орбитали кислорода находятся в состоянии sр³-гибридизации. Связи между атомами водорода и кислорода сильно по­ляризованы, поэтому молекула воды является диполем (m = 1,84Д или 0.61Кл´М). Между молекулами воды образуются водородные связи, что оказывает влияние на физические свойства воды, многие из кото­рых являются аномальными (высокая температура кипения при малень­кой молярной массе, низкая испаряемость, высокая удельная тепло­емкость, максимальная плотность при 4°С и др.).

Пероксид водорода – Н₂O₂. В пероксиде водорода степень окисления кислорода -1. Молекула Н₂O₂ имеет изогнутую форму

Как и в молекуле воды связи между атомами водорода и кислорода сильно поляризованы, молекулы связаны водородными связями, поэтому температура кипения Н₂O₂ аномально высокая – 150 °С при молярной массе 34 г/моль.

Получают пероксид водорода в промышленности элект­ролизом раствора серной кислоты (50%):

2H₂SO₄ ® 2H⁺ + 2HSO₄^-

катод 2H⁺ + 2e^- ® H₂

анод 2НSO₄^- - 2e^- ® H₂S₂O₈

H₂S₂O₈ + 2H₂O ® H₂O₂ + H₂SO₄

Однако, этот способ экономически не выгоден. Более экономичен способ получения Н₂О₂ из пропилена:

В лаборатории пероксид водорода получают из пероксида бария:

BaO₂ + H₂SO₄ ® BaSO₄ + H₂O₂

H₂O₂- очень слабая кислота.

H₂O₂ Û H⁺ + HO₂^-; K_a,1 = 2,24´10^-12

HO₂^- Û H⁺ + O₂^2-; K_a,2 = 10^-25

Ион HO₂^- образуется при рН >12, по второй ступени диссоциация практически не идет. Как кислота пероксид водорода образует соли, называемые пероксидами

Ba(OH)₂ + H₂O₂ ® BaO₂ + 2H₂O

Т.к. кислород в Н₂О₂ имеет промежуточную степень окисления (-1), H₂O₂ может быть и окислителем и восстановителем.

	Окислитель
Восстановитель

H₂O₂ + 2e^- H₂O; E⁰ = +1,77 B

O₂ + 2H⁺ + 2e^- ® H₂O₂; E⁰ = +0,68 B

Из значений стандартных окислительно-восстановительных потенциалов видно, что для Н₂О₂ более характерны окислительные свойства

2KMnO₄ + 3H₂SO₄ + 5H₂O₂ ® 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 8H₂O + 5O₂­

2KI + H₂SO₄ + H₂O₂ ® I₂¯ + K₂SO₄ + 2H₂O

Пероксид водорода может подвергаться самоокислению самовосстанов­лению:

2H₂O₂ ® 2H₂O + O₂­; DH⁰ = -188,55 кДж

Этому процессу способствует свет, повышенная температура, поэтому хранить пероксид водорода следует в защищенном от света месте при пониженной температуре. Разложение H₂O₂ ускоряют также ионы d-элементов с незавершенным d-подуровнем, поэтому для их связыва­ния добавляют вещества, образующие с этими ионами или малораство­римые или прочные растворимые комплексные соединения (H₃PO₄, Na₂P₂O₇, лимонную, щавелевую кислоту, мочевину).

Для обнаружения пероксида водорода и его производных используют реакцию с дихроматом калия в сернокислой среде в присутствии диэтилового эфира, образующиеся пероксидные соединения хрома (VI) окрашивают эфирный слой в синий цвет, образуя синее "кольцо" (H₂Cr₂O₈ или CrO₅, H₂CrO₆, H₂Cr₂O₁₂):

K₂Cr₂O₇ + H₂O₂ + H₂SO₄ H₂Cr₂O₈ + K₂SO₄ + H₂O

Поиск по сайту: