Алина Шоричева - От водорода до мейтнерия - неорганика на ладони. Книга первая - металлы и неметаллы главных подгрупп таблицы Менделеева

В настоящее время кислород в лабораторных условиях получают разложением некоторых веществ: перманганата калия («марганцовка»), нитратов активных металлов, перекиси водорода, хлората калия (бертолетова соль). Причем для последних двух реакций требуется присутствие катализатора – оксида марганца (IV).

А вот в промышленности кислород получают в прямом смысле из воздуха. Воздух – это достаточно многокомпонентная смесь газов:

Кислород собирают в пробирку путем вытеснения воздуха (кислород тяжелее воздуха, поэтому оказывается на дне пробирки)

– 78% азота;

– около 21% кислорода;

– примерно 1% приходится на «благородные» газы (в основном аргон);

– 0,03% отдают углекислому газу.

Вначале воздух сжимают под большим давлением с помощью компрессора. Затем охлаждают: сперва водой, потом потоками холодного воздуха, постепенно уменьшая давление. Цель – довести температуру до таких низких значений, когда воздух сможет превратиться в жидкость. И тогда сжиженный воздух начинают разделять на компоненты (фракции), постепенно повышая температуру. При -196 градусах отделяется азот (снова превращается в газ), чуть позже при -183 градусах «кипит» кислород. Далее по трубопроводам газ поступает к месту назначения, на предприятие. «Чистый» кислород часто вновь превращают в жидкость и хранят в цистернах из нержавеющей стали.

Не забудем упомянуть и про старый добрый электролиз воды, когда под действием электрического тока на катоде выделяется водород, а на аноде – кислород.

Вообще, надо сказать, что кислород оченьреакционноспособен и как второй по электроотрицательности элемент (уступает лишь фтору) берет на себя роль окислителя (принимает «чужие» электроны).Со многими веществами он взаимодействует уже при комнатной температуре. Если же температуру повысить, добавить освещение, катализатор, то реакции с кислородом будут протекать очень стремительно, бурно, сопровождаясь выделением большого количества тепла.

Реакции с металлами

Продукт реакции – оксид металла.

Небольшой нюанс касается щелочных металлов. Литий с кислородом образует оксид, натрий – пероксид, а калий, рубидий и цезий – надпероксиды.

Золото, платина и серебро с кислородом не реагируют!

Надпероксиды – особые структуры, за счет своего строения они имеют яркую окраску.

Пероксиды и надпероксиды щелочных металлов – очень сильные окислители!

Реакции с неметаллами

Продукт реакции – оксид неметалла.

С гелием, неоном и аргоном кислород не образуетхимических соединений. Таковы уж они, благородные газы, инертные вещества. Лишь ксеноннесколько «разблагородился». В 2016 году в научном журнале Nature Chemistry вышла статья, где было сказано о том, что химики с большим трудом смогли получить смесь оксидов ксенона. Соединять до этого «несоединимые» газообразные ксенон и кислород ученым пришлось при огромном давлении (в миллион раз больше, чем нормальное атмосферное). Смесь газов поместили в устойчивую к давлению ячейку, выполненную из алмаза, и нагревали лазером.

Реакция с фтором – случай, когда кислород становится восстановителем. С остальными неметаллами-галогенами кислород непосредственно не реагирует!

Реакции со сложными веществами

Продукт реакции – оксиды тех элементов, из которых состояло сложное вещество.

Многие металлы находятся в горных породах в соединении с серой (сульфидные руды). Один из этапов извлечения металлов из руды – перевод сульфидов в оксиды.

Обратите внимание: окисление аммиака при наличии катализатора происходит до образования оксида азота (II)