Химические свойства кислорода

Молекула кислорода состоит из двух атомов. Химическая связь ковалентная неполярная.

Кислород отличает высокая реакционная способность, он окисляет многие вещества уже при комнатной температуре. Если реакции инициировать нагреванием, освещением, катализатором, они протекают очень бурно и сопровождаются выделением большого количества тепла. Особенно сильным окислителем является жидкий кислород: пропитанная им вата при поджигании мгновенно сгорает. Некоторые летучие органические вещества самопроизвольно воспламеняются на расстоянии нескольких метров от открытого сосуда с жидким кислородом.

Кислород образует соединения со всеми химическими элементами, кроме гелия, неона и аргона. С большинством элементов он взаимодействует непосредственно, кроме галогенов, за исключением фтора, золота и платины.

1. Взаимодействие c металлами

В результате реакции образуется оксид этого металла.

4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃;

3Fe + 2O₂ = Fe₃O₄

1. Взаимодействие с неметаллами

При этом образуется оксид этого неметалла.

Сера взаимодействует с кислородом при 250°С:

S + O₂ = SO₂

Горение фосфора с образованием оксида фосфора (V) начинается при 60 °С:

4Р + 5О₂ = 2Р₂О₅

Графит реагирует с кислородом при 700-800 °С:

С + О₂ = СО₂

С водородом кислород взаимодействует при 300 °С:

2Н₂ + О₂ = 2Н₂О

1. Взаимодействие с некоторыми сложными веществами

В этом случае образуются оксиды элементов, из которых состоит молекула сложного вещества.

2CuS + 3O₂ = 2CuO + 2SO₂;

СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О

Кислород – второй по электроотрицательности элемент, поэтому в окислительно-восстановительных процессах он выступает в качестве окислителя. Горение, гниение, ржавление и дыхание протекают при участии кислорода.

Только при взаимодействии с фтором он проявляет восстановительные свойства:

O₂ + F₂ = F₂O₂ (в электрическом разряде)

Дифторид кислорода может быть получен при быстром пропускании фтора через 2 % раствор щелочи:

2F₂ + 2NaOH = OF₂ + 2NaF + H₂O

 

 

Химические свойства водорода

Водород – неметалл, имеет молекулярное строение. Молекула водорода состоит из двух атомов, связанных между собой ковалентной неполярной связью. Энергия связи в молекуле водорода составляет 436 кДж/моль, что объясняет низкую химическую активность молекулярного водорода. Термическая диссоциация водорода происходит при температуре выше 2000 °С.

В своих соединениях водород всегда одновалентен. Для него характерны две степени окисления: +1 и -1.

1. Взаимодействие с галогенами. При обычной температуре водород реагирует лишь со фтором:

H₂ + F₂ = 2HF

С хлором реагирует только на свету, образуя хлороводород, с бромом реакция протекает менее энергично, с йодом не идет до конца даже при высоких температурах

2. Взаимодействие с кислородом. При нормальных условиях водород не реагирует с кислородом, при 400 °С реагирует с кислородом, а при 600 °С – с воздухом, при поджигании реакция протекает со взрывом:

2H₂ + O₂ = 2H₂O

Водород горит в кислороде с выделением большого количества тепла. Температура водородно-кислородного пламени 2800 °С.

3. Взаимодействие с серой. При пропускании водорода через расплавленную серу образуется сероводород:

H₂ + S = H₂S

4. Взаимодействие с азотом. При нагревании водород обратимо реагирует с азотом, причем при высоком давлении и в присутствии катализатора:

3H₂ + N₂ = 2NH₃

5. Взаимодействие с оксидом азота (II). Важное значение имеет взаимодействие водорода с оксидом азота (II), используемое в очистительных системах при производстве азотной кислоты:

2NO + 2H₂ = N₂ + 2H₂O

6. Взаимодействие с оксидами металлов. Водород – хороший восстановитель, он восстанавливает многие металлы из их оксидов:

CuO + H₂ = Cu + H₂O

7. Сильным восстановителем является атомарный водород. Он образуется из молекулярного в электрическом разряде в условиях низкого давления. Высокой восстановительной активностью обладает водород в момент выделения, образующийся при восстановлении металла кислотой. 

 

8. Взаимодействие с активными металлами. Водород является окислителем, присоединяет электрон и превращается в гидрид-ион, который заряжен отрицательно.

При высокой температуре водород соединяется с щелочными и щелочно-земельными металлам и образуя белые кристаллические вещества – гидриды металлов:

2Na + H₂ = 2NaH;

Ca + H₂ = CaH₂