Kyslík

KYSLÍK

• prvek VI.A skupiny – p⁴ prvek, má 6 valenčních e^–
• nejrozšířenější prvek na Zemi, má tři izotopy ₈¹⁶O (99,9% přírodních atomů O₂), ₈¹⁷O, ₈¹⁸O
• výskyt: ¨ v atmosféře ve formě O₂ (21%) nebo O₃-ozon (ve vyšších vrstvách, tvoří obal chránící Zemi před UV zářením)

¨ vázaný je součástí anorganických (voda, minerály, horniny) i organických (sacharidy, aminokyseliny) sloučenin

¨ je to biogenní prvek – nezbytný k dýchání organismů

• vlastnosti: ¨ za normálních podmínek bezbarvý plyn, bez chuti, bez zápachu, těžší než vzduch, zkapalněný má modrou barvu

¨ Kyslík má po fluoru největší el.negativitu a patří k nejsilnějším oxidačním činidlům, oxidační reakce buď rychlé (vysoká teplota-př. hoření) nebo pomalé  (norm. teplota-práchnivění dřeva)

¨ atomy kyslíku nestálé- stabilnější konfiguraci získá:

1. a) přijmutím 2 e^– (vzniká oxidová anion O^2-)¨

b)vytvořením dvou jednoduchých vazeb (H₂O) nebo jedné dvojné kovalentní vazby (CO₂)¨

c)vytvořením jednoduché vazby a přijetím jednoho elektronu(OH- v NaOH)

¨ ve sloučeninách nejčastěji dvojvazný

¨ O₃ – jedovatý, modrý plyn, silné oxidační účinky

• reakce: molekulový kyslík je velmi reaktivní, reakce jsou exotermické, čím větší teplota tím rychlejší reakce a výrazněji exotermická, atomový kyslík vzniká pouze při chemických reakcích, je vysoce reaktivní. S výjimkou lehčích vzácných plynů vytváří sloučeniny se všemi prvky. Prudké reakce s látek s kyslíkem provázené tepelným a světelným zářením je hoření. Hořením plynu a par vzniká plamen.(hoření i u Cl,F,parách síry…aj)
• příprava: ¨V laboratořích většinou připravujeme tepelným rozkladem některých kyslíkatých sloučenin (2 KNO₃ ® 2 KNO₂ + O₂) nebo elektrolýzou vody- vyloučí se na anodě (4OH^– – 4e^– ® 2H₂O + O₂)

¨ reakcí burelu s kys. sírovou (2MnO₂ + 2H₂SO4 ® 2MnSO₄ + 2H₂O + O₂)

• výroba: frakční destilací zkapalněného vzduchu(vzduch se stlačuje a ochlazuje na -200°C,dalšími produkty frakční destilace vzduchu jsou dusík,argon a další vzácné plyny), elektrolýzou vody
• použití: Plynný kyslík používán v hutnictví při výrobě železa a oceli, při sváření a řezání kovů, ve sklářství. Stlačený kyslík je dodáván v ocelových tlakových láhvích s modrým pruhem. Plní se jím dýchací přístroje (do lékařství, pro horníky, letce,požárníky), Kapalný kyslík se používá jako raketové palivo, ozon O₃ –k desinfekci vzduchu a pitné vody (usmrcuje mikroorganismy)
• sloučeniny:

 

Oxidy: dvouprvkové sloučeniny kyslíku s jinými prvky, atomy kyslíku v nich mají větší el.negativitu, oxidační číslo O^-II, oxidy přechodných prvků jsou barevné (Cr₂O₃ – zelený, Cu₂O – červený), připravují se přímou slučováním prvků nebo reakcí prvku s vodní párou ( C + H₂O ® CO + H₂),

dělení podle vnitřní struktury:

• iontové- iontová vazba, tvořené kyslíkem a prvkem s malou elneg. (s prvky, lanthanoidy, aktinoidy), pěvné látky, vysoká t.t., př. CaO
• molekulové- vazba kovalentní, s prvky s vysokou elneg (C, N, P, S..), těkavé, plynné nebo kapalné, př.SO₂
• polymerní- polárně kovalentní vazba, s kovy ze střední části tabulky, tvrdé, vysoká t.t.,př.B₂O₃

dělení podle reakce s vodou, hydroxidy a kyselinami:

• kyselinotvorné – molekulové oxidy a oxidy kovů s ox. číslem vyšším než V, s vodou poskytují kyselinu, reakcí s hydroxidem poskytují sůl (SO₃ + H₂O®H₂SO₄, SiO₂ + 2NaOH ® Na₂SiO₃ + H₂O)
• zásadotvorné – iontové ox. a ox.kovů s oxidačním číslem menším než V, s vodou poskytují zásadu, s kyselinou poskytují soli (CaO + H₂O ® Ca (OH)₂, CuO + H₂SO₄ ® CuSO₄ + H₂O)
• amfoterní – oxidy kovů s polymerní strukturou a s nižšími ox. čísly, reagují s kyselinami a zásadami za vzniku solí (Al₂O₃ + 6HCl® 2AlCl₃ + 3H₂O, Al₂O₃ + 2NaOH® 2NaAlO₂ + H₂O)

 

Peroxidy: jsou dvouprvkové sloučeniny obsahující dva atomy kyslíku, navzájem spojené kovalentní vazbou =>obsahují peroxoskupinu (anion peroxidový – O₂^2-), nejznámější:

H₂O₂– bezbarvá olejovitá kapalina, v bezvodém stavu výbušná, dobré polární rozpouštědlo, jeho 3% roztok se používá jako bělidlo a dezinfekční prostředek, většinou má oxidační účinky (př. oxiduje sulfid na síran), se silnými oxidačními činidly působí jako redukční činidlo (Ag^I₂O+H₂O₂® 2Ag+H₂O+O₂), rozpustný ve vodě a chová se jako slabá kyselina (H₂O₂+H₂O® H₃O⁺+HO₂^– (peroxidovy anion)), vytváří dvě řady solí: peroxidy (př. Na₂O₂), hydrogenperoxidy (př. NaHO₂). Peroxid vodíku je nestálý, účinkem světla nebo katalytickým účinkem  některých látek (např.: Pt, MnO₂, krve) se rozkládá na vodu a atomový kyslík: H₂O₂ → H₂O + O

Některé látky, tzv.:inhibitory (KMnO_4,močovina),ale jeho rozklad naopak zpomalují. V průmyslu a v laboratořích se používá 30% roztok,na který si musíme dát pozor,protože silně leptá pokožku.

 

 

Kyslíkaté deriváty uhlovodíků:

 

• Hydroxysloučeniny: alkoholy R-OH, fenoly aryl-OH
• Ethery: R-O-R
• Karbonylové sloučeniny: aldehydy R-COH; ketony R-CO-R
• Karboxylové kyseliny: R-COOH

 

Oxidace:

-účinkem kyslíku jako oxidačního činidla dochází k oxidaci mnoha látek

-při běžné teplotě probíhá pomalu (dýchání) a uvolňuje se při ní teplo

-za vyšší teploty se rychlost zvyšuje a reakce je silně exotermická (hoření)

-hoření- prudká reakce látek s kyslíkem provázená tepelným a světelným zářením, hořením plynů a par vzniká plamen, k hoření látek dochází nejen v kyslíku, ale i v chloru, fluoru, parách síry

-v živých organismech se kyslík využívá k oxidace živin (např. sacharidů), k získávání energie v podobě ATP, úplnou oxidací sacharidů vzniká oxid uhličitý a voda

 

 

VODA:

-nejrozšířenější a nejvýznamnější sloučenina vodíku s kyslíkem

-je nezbytnou podmínkou života, složkou organismů i neživé přírody

-za běžných podmínek bezbarvá kapalina, bez chuti a zápachu, její poměrně vysoké teploty tání a varu (t_t=0°C, t_v= 100°C) umožňují vodíkové můstky mezi molekulami vody

-existuje ve třech skupenstvích: kapalném, plynném (vodní pára), pevném (led)

-je významným polárním  rozpouštědlem (vazba O-H je polární) – dobře rozpouští polární a iontové sloučeniny, které vytváří ve vodě hydratované ionty (ionty obklopené molekulami vody)

-patří mezi nejstálejší sloučeniny (na vodík a kyslík se rozkládá až za vysokých teplot)

-reaguje:          · za normální teploty s alkalickými kovy a kovy alkalických zemin

• za vysoké teploty (ve formě páry) s některými kovy za vzniku vodíku a oxidu kovu
• s kyselinotvornými oxidy za vzniku kyselin, se zásadotvornými oxidy za vzniku hydroxidů

-v přírodě se nikdy nevyskytuje čistá, vždy obsahuje určité množství rozpuštěným látek a plynů

–tvrdost vody– způsobují některé rozpustné soli vápníku nebo hořčíku

• přechodná tvrdost- je způsobena hydrogenuhličitany, může být odstraněna povařením: Ca(HCO₃)₂ ®CaCO₃ + H₂O + CO₂ (rozpustný hydrogenuhličitan se mění na nerozpustný uhličitan)
• trvalá tvrdost je způsobena především sírany, odstraníme ji přidáním uhličitanu sodného: CaSO₄ + Na₂CO₃ ®CaCO₃ + Na₂SO₄ (rozpustný síran se mění na nerozpustný uhličitan)

-pitná voda- se sterilizuje chlorem nebo ozonem

-destilovaná voda- j voda chemicky čistá, připravená destilací, používá se především k přípravě roztoků v laboratoři i v průmyslu