8. Общая характеристика элементов via группы. Положение в Периодической системе, строение и

размер атомов, физические и химические (окислительно-восстановительные) свойства простых

веществ.

К главной подгруппе шестой группы относятся кислород, сера, селен, теллур и полоний. Полоний -

радиоактивный металл, известны как природные, так и искусственно полученные его изотопы. Во

внешней электронной оболочке атомы рассматриваемых элементов содержат шесть электронов - два

на s-орбитали и четыре на р-орбитали.

Атом кислорода отличается от других элементов подгруппы отсутствием d-подуровня во внешнем электронном слое. Такая электронная структура обусловливает большие затраты на распаривание его

электронов, не компенсируемые энергией образования новых ковалентных связей. Поэтому - ковалентность кислорода равна 2. В некоторых случаях атом кислорода может образовывать еще и

донорно-акцепторные связи. У серы и у остальных элементов подгруппы число неспаренных электронов может быть увеличено путем перевода s- и р- электронов на d-подуровень внешнего слоя. В

связи с этим указанные элементы могут проявлять валентность 2, 4 и 6. Все элементы данной подгруппы, кроме полония - неметаллы. В своих соединениях они проявляют как отрицательную, гак и положительную степени окисления: в соединениях с металлами и водородом -2, в соединениях с неметаллами, например, с кислородом +4 или +6. Исключение при этом составляет сам

кислород. По величине электроотрицательности он уступает только фтору, поэтому только в

соединении с этим элементом ОF2 его степень окисления положительна и равна +2. В соединениях со

всеми другими элементами степень окисления кислорода равна -2, в пероксиде водорода и его

производных она равна -1. В ряду О - Тe понижается окислительная активность, усиливаются восстановительные свойства

9. Кислород. Нахождение в природе, получение и применение. Озон. Озоновый щит.

Кислород—самый распространенный элемент земной коры. В свободном состоянии он нахо­дится в атмосферном воздухе, в связанном виде входит в состав воды, минералов, горных пород и всех веществ, из которых построены организмы растений и животных. Массовая доля кис­лорода в земной коре составляет около 47 %.

Природный кислород состоит из трех стабильных изотопов: 16O (99,76 % ), 17O (0,04 % ) и 18О (0,2 % ).

Атмосферный воздух представляет собой смесь многих газов. Кроме кислорода и азота. образующих основную массу воздуха,

В состав его входят в небольшом количестве благородные газы, диоксид углерода и водные пары. Помимо перечисленных газов, в воздухе содержится еще большее или меньшее количество пыли и некоторые случайные примеси. Кислород, азот и благородные газы считаются постоянными составными частями воздуха, так как их содержание в воздухе практически повсюду одинаково. Содержание же диоксида углерода, водяных паров и пыли может изме­ниться в зависимости от условий.

Диоксид углерода образуется в природе при горении дерева и угля, дыхании животных, гниении. Особенно много CO2 как про­дукта сжигания огромных количеств топлива поступает в атмо­сферу в больших промышленных центрах.

В некоторых местах земного шара СО2 выделяется в воздух вследствие вулканической деятельности, а также из подземных источников. Несмотря па непрерывное поступление диоксида углерода в атмосферу, содержание его в воздухе довольно постоянно и составляет в среднем около 0,03% (об.). Это объясняется погло­щением диоксида углерода растениями, а также его растворением в воде.

Водяные пары могут находиться в воздухе в различных количествах. Содержание их колеблется от долей процента до несколь­ких процентов и зависит от местных условий и от температуры. Пыль, находящаяся в воздухе, состоит главным образом из мельчайших частиц минеральных веществ, образующих земную кору частичек угля, пыльцы растений, а также различных бакте­рий. Количество пыли в воздухе очень изменчиво: зимой ее меньше, летом больше. После дождя воздух становится чище, так как капли дождя увлекают с собой пыль.

Наконец, к случайным примесям воздуха относятся такие вещества, как сероводород и аммиак, выделяющиеся при гниении орга­нических остатков; диоксид серы SO2, получающийся при обжиге сернистых руд или при горении угля, содержащего серу; оксиды азота, образующиеся при электрических разрядах в атмосфере, и т. п. Эти примеси обычно встречаются в ничтожных количества и постоянно удаляются из воздуха, растворяясь в дождевой воде.

Кислород был впервые получен в чистом виде К. В. Шееле в 1772 г., а затем в 1774 г.

Д. Пристли (Англия), который выделил его из оксида ртути (II), Однако, Пристли не знал, что полученный им газ входит в состав воздуха. Только спустя несколько лет Лавуазье, подробно изучивший свойства этого газа, установил, что он является составной частью воздуха.

В настоящее время в промышленности кислород получают из воздуха (см. § 123). В лабораториях пользуются кислородом про­мышленного производства, поставляемым в стальных баллонах под давлением около 15 МПа. Важнейший лабораторным способом его получения служит электролиз водных растворов щелочей. Небольшие количества кислорода можно также получать взаимодействием раствора перманганата калия с подкисленным раствором пероксида водорода (см. стр. 337) или термическим разложением некоторых кислородосодержащих веществ, например перманганата калия:

2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2↑

Кислород играет исключительно важную роль в природе. При участии кислорода совершается один из важнейших жизненных процессов — дыхание. Важное значение имеет и другой процесс, в котором, участвует кислород - тление и гниение погибших животных и растений, при этом сложные органические вещества превращаются в более простые (и конечном результате в СО2, воду и азот) а последние вновь поступают в общий круговорот веществ в природе.

Применение кислорода весьма многообразно. Его применяют для интенсификации химических процессов, во многих производствах (например, в производстве серной и азотной кислот, в до­менном процессе). Кислородом пользуются для получения высоких температур, для чего различные горючие газы (водород, ацетилен) сжигают в специальных горстках. Кислород используют в меди­цине при затрудненном дыхании.

При пропускании электрических искр через кисло­род или воздух появляется характерный запах, причиной которого является образование нового вещества — озона. Озон можно полу­чить из совершенно чистого сухого кислорода; отсюда следует, что он состоит только из кислорода и представляет собой его аллотропическое видоизменение.

Молекулярная масса озона равна 48. Атомная же масса кис­лорода равна 16*; следовательно, молекула озона состоит из трех атомов кислорода.

Для получения озона пользуются действием тихих электрических разрядов на кислород. Приборы, служащие для этой цели, называются озонаторами.

Озон ядовит. Предельно допустимым является его содержание в воздухе, равное 10ˉ5 %, При этой концентрации хорошо ощущается его запах. В приземном слое атмосферы содержание озона обычно лежит в пределах 10ˉ7-10ˉ6%; он образуется в атмосфере при электрических разрядах.