[МУЗЫКА] [МУЗЫКА]
Простое вещество кислород существует в виде
двух аллотропных модификаций: собственно кислород, состоящий из
двухатомных молекул, и озон, состоящий из молекул, содержащих три атома.
Не так давно была открыта третья аллотропная модификация
кислорода — оксозон, состоящая из молекул, содержащих четыре атома.
Его существование было теоретически предсказано еще в 1924 году Льюисом,
а экспериментально он был обнаружен только в начале XXI века методом
масс-спектрометрии.
При обычных условиях кислород является трудносжижаемым газом,
бесцветным, без вкуса и запаха.
В силу того, что молекула O2 неполярна,
кислород плохо растворим в полярных растворителях, таких как вода.
Лучше он растворяется в неполярных растворителях, например,
фторированных алканах.
Давайте посмотрим на некоторые физические свойства кислорода.
[ШУМ] [ШУМ]
[ШУМ] Жидкий
кислород может замораживать живые ткани вследствие того,
что в них содержится очень большое количество воды.
[ЗВУК] При
этом живая ткань приобретает
хрупкость и может быть разбита, например, ударом об стол.
[ЗВУК] [ЗВУК]
При комнатной температуре колокольчик,
сделанный из свинца, не звенит, в силу того, что свинец — мягкий металл.
Заморозим его в жидком кислороде.
[ШУМ] При
замораживании свинец приобретает твердость.
И вытащенный из жидкого кислорода, колокольчик начинает звенеть.
[ЗВУК] Обратимся
к схеме молекулярных орбиталей молекулы O2.
Два неспаренных электрона расположены на π разрыхляющих орбиталях,
что обеспечивает порядок связи, равный двум.
Обращаю ваше внимание, что поскольку в молекуле кислорода содержатся
два неспаренных электрона, эта молекула обладает парамагнитными свойствами,
то есть может взаимодействовать с внешним магнитным полем.
Но существует и синглетный кислород, то есть тот кислород,
в котором нет неспаренных электронов и который является диамагнитным.
Поскольку это состояние является возбужденным,
то кислород стремится перейти в основное состояние, испустив при этом квант света.
Однако этот переход в спектроскопии запрещен и по мультиплетности и по
симметрии.
Таким образом,
время жизни синглетного кислорода достаточно велико и достигает одного часа.
Синглетный кислород может быть получен не только спектроскопически — путем
облучения молекулы кислорода фотонами соответствующей энергии, но и химически,
например, при взаимодействии пероксида водорода с гипохлоридом натрия.
Синглетный кислород более химически активен и вступает в те реакции,
в которые обычный кислород не вступает, например,
в органической химии в реакцию присоединения Дильса — Альдера.
В настоящее время в промышленности кислород получают в основном
фракционной перегонкой воздуха.
Поскольку кислород кипит несколько выше,
чем азот, что дает возможность разделить эту смесь газом.
Кроме того, для получения кислорода в незначительных количествах
применяется и электролиз воды, а точнее растворов, кислот или щелочей.
В лабораторных условиях кислород можно получить разложением оксидов, например,
оксида ртути, как это уже сделали химики в XVIII веке, а также термическим
разложением некоторых солей — перманганатов, хлоратов или нитратов.
Посмотрим на химические свойства килорода: кислород — один из самых активных
элементов и взаимодействует практически со всеми элементами в периодической системе,
кроме трех благородных газов — гелия, неона и аргона.
Взаимодействует он непосредственно в зависимости от условий — либо при
нагревании, либо без.
Но поскольку энергия связи в молекуле O2 достаточно велика,
порядка 500 килоджоулей на моль, некоторые процессы окисления идут очень медленно.
Например, железо, оставленное на воздухе,
пускай и влажном, будет ржаветь долгие годы.
Восстановительный потенциал кислорода в кислой среде достаточно велик,
что делает кислород окислителем.
Давайте посмотрим действие кислорода как окислителя на
некоторые органические соединения.
Посмотрим взаимодействие органических веществ с кислородом.
Опустим в жидкий кислород кусочек поролоновой губки.
Губка насыщается жидким кислородом и впитывает его внутрь себя.
[ЗВУК] После этого достанем губку из чашки с кислородом,
уберем ее во избежание несчастного случая и подожжем.
[ЗВУК] Органическое вещество сгорает быстро и полностью.
Если же органического вещества довольно много, например,
это большой кусок целлюлозы, мы также напитаем его жидким кислородом,
но поскольку вещества очень много,
полностью сгореть оно не успеет, и продукты реакции газообразные,
разбросают это органическое вещество далеко вокруг.
[ЗВУК] Теперь рассмотрим
горение органического вещества непосредственно в жидком кислороде.
Сигарета, подожженная и опущенная в жидкий кислород,
сгорает интенсивно и практически полностью.
При этом остается синтетический фильтр,
который в силу кинетических особенностей до конца не сгорает.
[БЕЗ_ЗВУКА]
Тимошкин Алексейдоцент, и.о. зав. каф. общей и неорганической химии
Хрипун Василий ДмитриевичКандидат химических наук
Левин Олег Владиславовичканд. хим. наук, доцент
Боярский Вадим Павловичд-р хим. наук, профессор
