Урок №16. Положение кислорода и серы в периодической системе химических элементов, строение их атомов. Озон – аллотропная модификация кислорода

ПОДГРУППА КИСЛОРОДА (ХАЛЬКОГЕНЫ)

В подгруппу кислорода входят элементы: кислород, сера, селен, теллур, полоний.

ХАЛЬКОГЕНЫ В ПРИРОДЕ

Положение в таблице

Свойства элементов VI-A подгруппы.

Элемент

Кислород
O

Сера
S

Селен
Se

Теллур
Te

Полоний
Po

Свойство

Порядковый номер элемента

8

16

34

52

84

Относительная атомная масса

15,999

32,067

78,96

127,60

208,982

Температура плавления,С0

-219

119

217

450

254

Температура кипения,С0

-183

445

685

1390

962

Плотность г/см3

1,27
(твёрдый)

2,1

4,8

6,2

9,4

Степени окисления

-2 ( со фтором +2, в перикисях -1)

-2, +4, +6

-2, +4, +6

-2, +4, +6

-2, +4, +6


Строение атома кислорода

Строение атома серы

O+8)2)6

1s22s22p4

P - элемент

S+16)2)8)6

1s22s22p63s23p4

P - элемент

Кислород и сера имеют одинаковое строение внешнего энергетического уровня – ns2np4, где n – номер периода.

Кислород O2

(К.В. Шееле 1772 г., Дж. Пристли 1774 г.)

Самый распространенный элемент на Земле в воздухе - 21% по объему; в земной коре - 49% по массе; в гидросфере - 89% по массе; в составе живых организмов-- до 65% по массе.

АЛЛОТРОПИЯ КИСЛОРОДА

Строение атома


P11 = 8; n01 = 8; ē = 8

1s22s22p4


Физические свойства

Газ - без цвета, вкуса и запаха; в 100V H2O растворяется 3V O2 (н.у.); t°кип= -183°С; t°пл = -219°C; Dпо воздуху = 1,1, т.е. тяжелее воздуха.

Способы получения

1.      Промышленный способ (перегонка жидкого воздуха).

2.      Лабораторный способ (разложение некоторых кислородосодержащих веществ)

2KMnO4  K2MnO4 + MnO2 + O2­ (при нагревании)

2KClO3  → 2KCl + 3O2­ (при нагревании, в присутствии катализатора MnO2)

2H2O2  → 2H2O + O2­ (в присутствии катализатора MnO2)

Способы собирания

 




Вытеснением воды

Вытеснением воздуха

Химические свойства

Взаимодействие веществ с кислородом называется окислением.

С кислородом реагируют все элементы, кроме Au, Pt, He, Ne и Ar, во всех реакциях (кроме взаимодействия со фтором) кислород - окислитель.

С неметаллами

C + O2CO2

S + O2SO2

2H2 + O2 → 2H2O

С металлами

2Mg + O2 → 2MgO

2Cu + O2  →2CuO (при нагревании)

Со сложными веществами

4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2

2H2S + 3O2 → 2SO2 + 2H2O

CH4 + 2O2→CO2 + 2H2O

Горение в кислороде

 


 Озон O3

Озон - аллотропная модификация кислорода

Физические свойства

Газ, запах свежей хвои, бесцветный, растворим в воде; t°кип= -112°С; t°пл= -193°C.

Получение

3O2    2O3Q

1.      Во время грозы (в природе), (в лаборатории) в озонаторе


2.      Действием серной кислоты на пероксид бария

 3BaO2 + 3H2SO4 → 3BaSO4 + 3H2O + O3­

Получение и обнаружение озона

 Химические свойства

Озон химически активнее кислорода. Активность озона объясняется тем, что при его разложении образуется молекула кислорода и атомарный кислород, который активно реагирует с другими веществами.

O3O2 + O (озон неустойчив)

Например, озон легко реагирует с серебром, тогда как кислород не соединяется с ним даже при нагревании:

6Ag + O3 → 3Ag2O

Т. е. озон - сильный окислитель:

2KI + O3 + H2O → 2KOH + I2 + O2

Озон в природе 

Обесцвечивает красящие вещества, отражает УФ - лучи, уничтожает микроорганизмы. Озон является постоянным компонентом атмосферы Земли и играет важную роль для поддержания на ней жизни. В приземных слоях земной атмосферы концентрация озона чрезвычайно мала и составляет величину порядка 10-7 — 10-6%. Однако с увеличением высоты концентрация озона резко возрастает, проходя через максимум на высоте 20—30 км. Общее содержание озона в атмосфере может быть охарактеризовано слоем озона, приведённого к нормальным условиям (0°С, 1 атм), и составляет толщину около 0,4—0,6 см. Общее содержание озона в атмосфере переменное, и колеблется в зависимости от времени года и географической широты. Как правило, концентрация озона больше в высоких широтах и максимальна весной, а минимальна осенью. Известно, что атмосферный озон играет ключевую роль для поддержания жизни на земле, выступая в качестве защитной составляющей для живых организмов от жёсткого ультрафиолетового излучения Солнца.  С другой стороны, озон является весьма эффективным парниковым газом, и, поглощая инфракрасное излучение поверхности Земли, препятствует её охлаждению. Установлено, что нахождение и перемещение масс озона в атмосфере Земли существенно влияет на метеорологическую обстановку на планете.

Применение озона обусловлено его свойствами

1.       сильного окисляющего агента:

·         для стерилизации изделий медицинского назначения

·         при получении многих веществ в лабораторной и промышленной практике

·         для отбеливания бумаги

·         для очистки масел

2.       сильного дезинфицирующего средства:

·         для очистки воды и воздуха от микроорганизмов (озонирование)

·         для дезинфекции помещений и одежды

Одним из существенных достоинств озонирования, по сравнению с хлорированием, является отсутствие   токсинов после обработки. Тогда как при хлорировании возможно образование существенного количества токсинов и ядов, например, диоксина.