Кислород. Строение молекулы кислорода. Получение и химические свойства кислорода. Озон, строение молекулы, получение и применение озона.

Кислород — химически активный неметалл, является самым лёгким элементом из группы халькогенов. Простое вещество кислород при нормальных условиях — газ без цвета, вкуса и запаха, молекула которого состоит из двух атомов кислорода (формула O2). По электроотрицательности кислород уступает только фтору, степень окисления его в большинстве соединений равна –2. Аллотропные формы кислорода - озон — при нормальных условиях газ голубого цвета со специфическим запахом, молекула которого состоит из трёх атомов кислорода (формула O3).

Лабораторные способы получения О2

1.Термическое разложение солей

2 KNO3 = 2 KNO2 + O2

2 KСlO3 = 2 KCl + 3 O2

2 KMnO4 = K2 MnO4 + MnO2 + O2

BaO2 = BaO + ½ O2

Промышленные способы получения О2

1. Сжижение воздуха (tкип(O2)= -183oC), tкип(N2)= - 196oC)

2.Электролизом водных растворов щелочей, который сводится к электролизу H2O

Химические свойства О2

1.Плохо растворим в воде

2. Реагирует с большинством металлов и неметаллов

2Са + О2 = 2СаО

О2 + N2 эл. разряд 2 NO(t ≈ 3000oC)

4P + O2 = 2P2O5

H2S + O2 = SO2 + H2O

2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2

CH4 + O2 = CO2 + H2O

K + O2 = K[O2]- - надпероксид калия

2Na + O2 = Na2O2 - пероксид натрия

Молекула озона О3.

О3 – голубоватый газ с сильным запахом, означает «пахучий»: в сосновых лесах его много, у морского побережья, после грозы. Образуется из О2 под действием УФ излучения и при грозовых разрядах:

3О2 hν 2О3 ∆G = - 323 кДж

ОЗОН

Озон – сильнейший окислитель, окислительная способность обусловлена нестойкостью его молекул, которые при обычной температуре распадаются с образованием атомарного кислорода, который активнее молекулы кислорода О2, на этом и основано окислительное действие его.

O3 ↔ O2 + O ΔH=-142 кДж/моль

Окисляет почти все металлы, действуют на неметаллы, обесцвечивает красители, убивает микробы. При высоких концентрациях – яд.Молекула имеет угловое строение.

Связь трехцентровая (центральный атом О+4 находится в sp2-гибридизации, связи его с двумя крайними атомами кислорода неравноценны, одна двойная, одна одинарная).

Качественная реакция на озон, крахмальная бумага, смоченная раствором KI синеет в присутствии озона в результате выделения I2,озон более сильный окислитель, чем О2 с ним эта реакция не протекает.

Применяется для дезинфекции питьевой воды, при отбеливании тканей и минеральных масел, как реагент в неорганическом и органическом синтезе.

В атмосфере озоновый слой (на высоте около 25 км) защищает живой мир от воздействия ультрафиолетового излучения.

Нахождение бора в природе. Получение бора. Карбораны. Соединения бора с азотом. Борные кислоты и их соли. Применение соединений бора.

Нахождение в природе

Бор принадлежит к числу распространенных элементов: содержание его в земной коре составляет приблизительно 5. 10-4% от общего числа атомов коры. Бор встречается в природе в основном в виде борной кислоты H3BO3 и солей ее полимерных форм: борокальцит СаB4O7. 4H2O, борацит 2Mg3B8O15. МgСl2.и др.

Получение

В промышленности из природных боратов сплавлением с содой получают буру. При обработке природных минералов бора серной кислотой образуется борная кислота. Из борной кислоты H3BO3 прокаливанием получают оксид B2O3, а затем его или буру восстанавливают активными металлами (магнием или натрием) до свободного бора:

B2O3 + 3Mg = 3MgO + 2B,

2Na2B4O7 + 3Na = B + 7NaBO2.

При этом в виде серого порошка образуется аморфный бор. Кристаллический бор высокой чистоты можно получить перекристаллизацией, но в промышленности его чаще получают электролизом расплавленных фтороборатов или термическим разложением паров бромида бора BBr3 на раскаленной до 1000-1500 °C танталовой проволоке в присутствии водорода:

2BBr3 + 3H2 = 2B + 6HBr

Возможно также использование крекинга бороводородов:

В4H10 = 4B + 5H2.

Биологическая роль, применение в медицине и народном хозяйстве бора и его соединений.

Бор наряду с марганцем, медью, молибденом и цинком входит в число пяти важнейших микроэлементов, необходимых растительным и животным организмам. Установлено, что бор влияет на углеводный и белковый обмен.

В медицине применяются борная кислота и бура в качестве антисептиков.

Борные удобрения (осажденные бораты магния) широко используются в сельском хозяйстве.

Чистый бор очень широко используется в атомных реакторах, используется в производстве сплавов на основе черных и цветных металлов для повышения их износостойкости и жаропрочности.