§23. Хімічні властивості кисню

За звичайних умов кисень реагує з обмеженим числом речовин, але з підвищенням температури він реагує майже з усіма металами, а також більшістю неметалів, утворюючи складні речовини – оксиди:

Е – умовний символ неметалічного елемента (S, P, N, H, Si, C);
Ме – умовний символ металічного елемента (K, Na, Zn, Ba, Mg, Fe, Al, Li, Ca та інші).

Дослідимо хімічні властивості кисню.

1. Взаємодія кисню з неметалами

1.1. Взаємодія кисню з фосфором (Р)

У залізну ложечку наберемо червоного фосфору і внесемо у полум’я спиртівки. Коли фосфор загориться – винесемо ложечку з полум’я: спостерігаємо процес горіння фосфору на повітрі.

У посудину з киснем внесемо залізну ложечку із запаленим фосфором. Утворюється густий білий дим. Це – тверді частинки нової речовини фосфор оксиду. Якщо після закінчення досліду в посудину внести жевріючу скіпку, то виявиться, що кисню в посудині більше немає.

Відбулася реакція між киснем і фосфором.

Щоб написати рівняння цієї реакції, необхідно знати формули речовин, які взаємодіють (реагентів) і речовин, які утворюються (продуктів реакції). Формули реагентів нам відомі: фосфор – Р і кисень – О₂, а ось формулу продукту реакції потрібно скласти.

Неважко зрозуміти, що до складу утвореного оксиду входять лише два елементи: Фосфор і Оксиген.

Оскільки, валентність Фосфору – V, а Оксигену – II, то формула оксиду – P₂O₅. Рівняння реакції матиме такий вигляд:

4Р + 5О₂ = 2Р₂О₅ (фосфор(V) оксид).

Рис. 69. Горіння фосфору в кисні.

1.2. Взаємодія кисню з вугіллям (С)

Покладемо в залізну ложечку шматочок вугілля і внесемо у посудину з киснем. Холодне вугілля не взаємодіятиме з киснем. Але якщо його розжарити, а потім внести у посудину з киснем, то відбуватиметься інтенсивне горіння. Щоб скласти формулу добутого карбон оксиду, міркуємо так: оскільки валентність Карбону змінна (II, IV), а Оксигену – стала (ІІ), то можливе утворення двох речовин: СО і СО₂.

Щоб з’ясувати, яка з речовин (СО чи СО₂) утворилась, додамо вапняної води у посудину, в якій горіло вугілля, і збовтаємо її. Якщо спостерігається помутніння, то у посудині утворився вуглекислий газ (СО₂). Тому реакцію горіння вугілля записуємо у вигляді:

С + О₂ = СО₂ (карбон(ІV) оксид).

Рис. 70. Горіння вугілля на повітрі і в кисні.

1.3. Взаємодія кисню із сіркою (S)

Покладемо у залізну ложечку шматочок сірки і внесемо в полум’я спиртівки. Коли сірка загориться, винесемо ложечку з полум’я: спостерігаємо процес горіння і відмічаємо запах виділеного газу. На повітрі сірка горить невеликим синюватим полум’ям. Опустимо ложечку із запаленою сіркою в кисень. Сірка розгоряється гарним, синім полум’ям, при цьому утворюється газ із різким запахом – сульфур(IV) оксид:

S + O₂ = SO₂ (сульфур(ІV) оксид).

Рис. 71. Горіння сірки на повітрі і в кисні.

2. Взаємодія кисню з металами

Кисень взаємодіє з металами. Одні метали в кисні горять як от залізо, магній, а інші – окиснюються.

2.1. Взаємодія кисню з магнієм (горіння магнію)

Насипаємо на металічну пластину порошок магнію. Вставляємо в утворену купку порошку 3 головки сірників і запалюємо їх: магній горить на повітрі яскравим засліплюючим полум’ям з виділенням теплоти і світла. Цю реакцію використовують у фейєрверках.

Рис. 72. Горіння магнію.

2.2. Взаємодія міді й алюмінію з киснем

Мідна спіраль у кисні розжарюється, але не горить, а покривається чорним нальотом купрум(ІІ) оксиду: 2Cu + O₂ = 2CuO (купрум(ІІ) оксид).

На відміну від міді, алюміній реагує з киснем навіть без нагрівання, з утворенням на своїй поверхні надзвичайно тонкої та стійкої оксидної плівки: 4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃ (алюміній оксид).

Аналогічно взаємодіють з киснем й інші прості речовини. Хімічні реакції кисню з простими речовинами відносять до реакцій окиснення, а утворені речовини – до оксидів.

Під час взаємодії кисню з простими речовинами відбувається сполучення їхніх структурних частинок з молекулами кисню:

Для тих, хто хоче знати хімію глибше

3. Взаємодія кисню зі складними речовинами

3.1. 

За певних умов у кисні горять складні речовини:

Під час взаємодії складних речовин з киснем утворюються оксиди тих хімічних елементів, які входили до складу складної речовини.

Прикладом взаємодії кисню зі складними речовинами може бути горіння природного газу метану (СН₄). При цьому утворюються дві речовини – вуглекислий газ і вода:

СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О.

3.2.

У деяких випадках під час горіння складних речовин можуть утворюватися оксиди і прості речовини:  

4NH₃ (амоніак) + 3O₂ = CO₂ + 2H₂O .

3.3.

Кисень взаємодіє з деякими оксидами. Це реакція сполучення. Продуктом такої реакції є інший оксид, у якому елемент виявляє вище значення валентності:

2CO + O₂ = 2CO₂;
2SO₂ + O₂ = 2SO₃.

Підсумок

• Кисень – одна з найбільш хімічно активних простих речовин. Швидкість горіння речовин у чистому кисні більша, ніж у повітрі, тому що повітря містить домішки інших газів, які не беруть участі у реакції.
• Для виявлення кисню використовують жевріючу скіпку. Вона загоряється, якщо кисню в суміші міститься не менше 28%.
• Кисень підтримує горіння.
• Кисень взаємодіє з усіма металами, за винятком золота і платини і з неметалами, за винятком галогенів, з утворенням оксидів.
• У реакціях сполучення кілька речовин простішого складу утворюють одну більш складну речовину.

?

1. Чому в кисні речовини горять краще, ніж у повітрі?
2. До якого типу належать реакції горіння і окиснення простих речовин?
3. Які реакції називають реакціями сполучення? Наведіть приклади.
4. Що ви знаєте про хімічні властивості кисню?
5. Які речовини можуть утворюватися під час горіння складних речовин?

Домашній експеримент

Колір полум’я

Деякі елементи забарвлюють полум’я в певний колір. Приготуйте розчини таких речовин: кухонної солі, мідного купоросу і вапняної води. Зробіть невеличку петлю на мідному або стальному дроті, довжина якого не менше 15 см. Кінець дроту із петлею прожарте у полум’ї газової плити (полум’я невеличке) і внесіть в розчин кухонної солі. Полум’я забарвлюється у гарний зелений колір, це свідчить про наявність Хлору. Прожарте дріт до зникнення забарвлення, вмокніть петлею у розчин вапняної води – внесіть у полум’я. Кальцій забарвить полум’я у цегляно-червоний колір. Повторіть дослід із розчином мідного купоросу. Купрум забарвлює полум’я у синьо-зелений колір.

Пов'язані публікації:

§24. Поняття про оксиди. Умови виникнення й припинення горіння §31. Хімічні властивості спиртів §25. Поширення та колообіг Оксигену в природі Узагальнення і систематизація знань з теми «Прості речовини, метали і неметали» §4. Хімічні властивості неметалів §19. Хімічні властивості речовин. Спостереження й експеримент у хімії