Простое вещество кислород состоит из двухатомных молекул. Атомы в молекуле связаны ковалентной неполярной связью. Связь двойная, так как у каждого атома имеются два неспаренных электрона на внешнем энергетическом уровне. Структурная и электронная формулы кислорода:
O=O, :O:..:O:.. Физические свойства При комнатной температуре кислород — газ без цвета, запаха и вкуса. Он примерно в 1,1 раза тяжелее воздуха.
При температуре –183 °С кислород сжижается и превращается в голубую жидкость, а при –218 °С становится твёрдым.
Кислород плохо растворяется в воде. При 20 °С в 1 объёме воды растворяется примерно 3,1 объёма кислорода. Растворимость кислорода, так же как и других газов, зависит от температуры. С повышением температуры растворимость уменьшается. Химические свойства Связь в молекуле кислорода прочная. При обычных условиях это малоактивный газ, который вступает в реакции только с наиболее активными веществами: щелочными и щелочноземельными металлами. При повышении температуры активность кислорода резко возрастает. Он энергично реагирует с большинством простых и многими сложными веществами, проявляя при этом окислительные свойства.
Почти все реакции с кислородом экзотермичны, поэтому нагревание требуется лишь для начала процесса. Большинство реакций с участием кислорода сопровождается выделением тепла и света. Такие реакции называют реакциями горения.
Взаимодействие с простыми веществами-неметаллами. При нагревании неметаллы (кроме инертных газов и галогенов) сгорают в кислороде с образованием оксидов. Если серу зажечь и опустить в сосуд с кислородом, то она сгорает ярким синим пламенем. При этом образуется сернистый газ: S+O2=tSO2+Q. Зажжённый фосфор горит в кислороде белым пламенем. Сосуд заполняется дымом, состоящим из мелких частиц оксида фосфора (V):
4P+5O2=t2P2O5+Q. Подобным образом протекают реакции с углеродом, кремнием, водородом:
C+O2=tCO2+Q,
Si+O2=tSiO2+Q,
2H2+O2=t2H2O+Q.
Реакция азота с кислородом идёт с поглощением тепла. Для её протекания требуется высокая температура:
N2+O2⇄3000°CNO−Q.
Взаимодействие с простыми веществами-металлами. Активные металлы реагируют с кислородом при комнатной температуре:
4Li+O2=2Li2O,
2Ca+O2=2CaO+Q.
При нагревании реагируют менее активные металлы:
2Cu+O2=t2CuO.
Многие металлы сгорают в кислороде. Так, раскалённое железо в чистом кислороде начинает ярко светиться и разбрасывать яркие искры:
3Fe+2O2=tFe3O4+Q. В реакции с железом образуется смешанный оксид: Fe3O4 (FeO⋅Fe2O3). Неактивные металлы (золото, платина, серебро) с кислородом не реагируют.
Взаимодействие со сложными веществами. В кислороде горят многие сложные органические и неорганические вещества. При этом, как правило, образуются оксиды элементов, входящих в состав этих веществ: