Чем отличаются атомы хлора и кислорода

Кислород: химия кислорода

Кислород

Положение в периодической системе химических элементов

Кислород расположен в главной подгруппе VI группы (или в 16 группе в современной форме ПСХЭ) и во втором периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.

Электронное строение кислорода

Электронная конфигурация кислорода в основном состоянии :

+8O 1s 2 2s 2 2p 4 1s 2s 2p

Атом кислорода содержит на внешнем энергетическом уровне 2 неспаренных электрона и 2 неподеленные электронные пары в основном энергетическом состоянии.

Физические свойства и нахождение в природе

Озон О₃ — при нормальных условиях газ голубого цвета со специфическим запахом, молекула которого состоит из трёх атомов кислорода.

Кислород — это самый распространённый в земной коре элемент. Кислород входит в состав многих минералов — силикатов, карбонатов и др. Массовая доля элемента кислорода в земной коре — около 47 %. Массовая доля элемента кислорода в морской и пресной воде составляет 85,82 %.

В атмосфере содержание свободного кислорода составляет 20,95 % по объёму и 23,10 % по массе.

Способы получения кислорода

В промышленности кислород получают перегонкой жидкого воздуха.

Лабораторные способы получения кислорода:

Разложение перманганата калия:

Разложение бертолетовой соли в присутствии катализатора MnO₂ :

2KClO₃ → 2KCl + 3O₂

Разложение пероксида водорода:

2HgO → 2Hg + O₂

Соединения кислорода

Химические свойства

При нормальных условиях чистый кислород — очень активное вещество, сильный окислитель. В составе воздуха окислительные свойства кислорода не столь явно выражены.

1.1. Кислород реагирует с фтором с образованием фторидов кислорода:

С хлором и бромом кислород практически не реагирует, взаимодействует только в специфических очень жестких условиях.

1.2. Кислород реагирует с серой и кремнием с образованием оксидов:

1.3. Фосфор горит в кислороде с образованием оксидов:

При недостатке кислорода возможно образование оксида фосфора (III):

Но чаще фосфор сгорает до оксида фосфора (V):

1.4. С азотом кислород реагирует при действии электрического разряда, либо при очень высокой температуре (2000 о С), образуя оксид азота (II):

N₂ + O₂→ 2NO

1.5. В реакциях с щелочноземельными металлами, литием и алюминием кислород также проявляет свойства окислителя. При этом образуются оксиды:

2Ca + O₂ → 2CaO

Однако при горении натрия в кислороде преимущественно образуется пероксид натрия:

2Na + O₂→ Na₂O₂

А вот калий, рубидий и цезий при сгорании образуют смесь продуктов, преимущественно надпероксид:

K + O₂→ KO₂

Переходные металлы окисляются кислород обычно до устойчивых степеней окисления.

Цинк окисляется до оксида цинка (II):

2Zn + O₂→ 2ZnO

2Fe + O₂→ 2FeO

4Fe + 3O₂→ 2Fe₂O₃

3Fe + 2O₂→ Fe₃O₄

при недостатке кислорода образуется угарный газ СО:

2C + O₂ → 2CO

Алмаз горит при высоких температурах:

Горение алмаза в жидком кислороде:

Графит также горит:

Графит также горит, например, в жидком кислороде:

Графитовые стержни под напряжением:

2. Кислород взаимодействует со сложными веществами:

4FeS + 7O₂→ 2Fe₂O₃ + 4SO₂

Ca₃P₂ + 4O₂→ 3CaO + P₂O₅

2.2. Кислород окисляет бинарные соединения неметаллов:

2H₂S + 3O₂→ 2H₂O + 2SO₂

Аммиак горит с образованием простого вещества, азота:

4NH₃ + 3O₂→ 2N₂ + 6H₂O

Аммиак окисляется на катализаторе (например, губчатое железо) до оксида азота (II):

4NH₃ + 5O₂→ 4NO + 6H₂O

CS₂ + 3O₂→ CO₂ + 2SO₂

2CO + O₂→ 2CO₂

2.3. Кислород окисляет гидроксиды и соли металлов в промежуточных степенях окисления в водных растворах.

Кислород окисляет азотистую кислоту :

2.4. Кислород окисляет большинство органических веществ. При этом возможно жесткое окисление (горение) до углекислого газа, угарного газа или углерода:

CH₄ + 2O₂→ CO₂ + 2H₂O

2CH₄ + 3O₂→ 2CO + 4H₂O

CH₄ + O₂→ C + 2H₂O

Также возможно каталитическое окисление многих органических веществ (алкенов, спиртов, альдегидов и др.)

Источник

Хлор, свойства атома, химические и физические свойства

Хлор, свойства атома, химические и физические свойства.

35,446-35,457* 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5

Хлор — элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 17. Расположен в 17-й группе (по старой классификации — главной подгруппе седьмой группы), третьем периоде периодической системы.

Атом и молекула хлора. Формула хлора. Строение атома хлора:

Хлор – неметалл. Относится к группе галогенов.

Хлор обозначается символом Cl.

Как простое вещество хлор при нормальных условиях представляет собой ядовитый газ желтовато-зелёного цвета, тяжелее воздуха, с резким запахом и сладковатым, «металлическим» вкусом.

Молекула хлора двухатомна.

Химическая формула хлора Cl₂.

Строение атома хлора. Атом хлора состоит из положительно заряженного ядра (+17), вокруг которого по трем оболочкам движутся 17 электронов. При этом 10 электронов находятся на внутреннем уровне, а 7 электронов – на внешнем. Поскольку хлор расположен в третьем периоде, оболочек всего три. Первая – внутренняя оболочка представлена s-орбиталью. Вторая – внутренняя оболочка представлены s- и р-орбиталями. Третья – внешняя оболочка представлена s- и р-орбиталями. На внешнем энергетическом уровне атома хлора на 3s-орбитали находятся два спаренных электрона, на 3p-орбитали – четыре спаренных и один неспаренный электрон. В свою очередь ядро атома хлора состоит из 17 протонов и 18 нейтронов. Хлор относится к элементам p-семейства.

Радиус атома хлора (вычисленный) составляет 79 пм.

Атомная масса атома хлора составляет 35,446-35,457 а. е. м.

Хлор – химически активный неметалл.

Хлор – токсичный, ядовитый, удушающий газ.

Изотопы и модификации хлора:

Свойства хлора (таблица): температура, плотность, давление и пр.:

201* Указан диапазон значений атомной массы в связи с различной распространённостью изотопов данного элемента в природе.

205* Эмпирический радиус атома хлора согласно [3] составляет 99 пм.

206* Ковалентный радиус хлора согласно [1] и [3] составляет 102±4 пм.

407* Удельная теплота плавления (энтальпия плавления ΔH_пл) хлора согласно [3] составляет 6,41 кДж/моль.

410* Молярная теплоемкость хлора [3] составляет 21,838 Дж/(K·моль).

Источник

Атомы и электроны

Атомно-молекулярное учение

Описываемая модель атома называется «планетарной» и была предложена в 1913 году великими физиками: Нильсом Бором и Эрнестом Резерфордом

Запомните, что в невозбужденном состоянии атом содержит одинаковое число электронов и протонов. Так у кальция (порядковый номер 20) в ядре находится 20 протонов, а вокруг ядра на электронных орбиталях 20 электронов.

Я еще раз подчеркну эту важную деталь. На данном этапе будет отлично, если вы запомните простое правило: порядковый номер элемента = числу электронов. Это наиболее важно для практического применения и изучения следующей темы.

Электронная конфигурация атома

Электроны атома находятся в непрерывном движении вокруг ядра. Энергия электронов отличается друг от друга, в соответствии с этим электроны занимают различные энергетические уровни.

Состоит из s-подуровня: одной «s» ячейки (2s 2 ) и p-подуровня: трех «p» ячеек (2p 6 ), на которых помещается 6 электронов

Состоит из s-подуровня: одной «s» ячейки (3s 2 ), p-подуровня: трех «p» ячеек (3p 6 ) и d-подуровня: пяти «d» ячеек (3d 10 ), в которых помещается 10 электронов

Состоит из s-подуровня: одной «s» ячейки (4s 2 ), p-подуровня: трех «p» ячеек (4p 6 ), d-подуровня: пяти «d» ячеек (4d 10 ) и f-подуровня: семи «f» ячеек (4f 14 ), на которых помещается 14 электронов

Зная теорию об энергетических уровнях и порядковый номер элемента из таблицы Менделеева, вы должны расположить определенное число электронов, начиная от уровня с наименьшей энергией и заканчивая к уровнем с наибольшей. Чуть ниже вы увидите несколько примеров, а также узнаете об исключении, которое только подтверждает данные правила.

Подуровни: «s», «p» и «d», которые мы только что обсудили, имеют в определенную конфигурацию в пространстве. По этим подуровням, или атомным орбиталям, движутся электроны, создавая определенный «рисунок».

Правила заполнения электронных орбиталей и примеры

Должно быть, вы обратили внимание на некоторое несоответствие: после 3p подуровня следует переход к 4s, хотя логично было бы заполнить до конца 4s подуровень. Однако природа распорядилась иначе.

Запомните, что, только заполнив 4s подуровень двумя электронами, можно переходить к 3d подуровню.

Теперь мы располагаем указанное количество электронов на энергетических уровнях, руководствуясь правилами заполнения.

Обращаю ваше особе внимание: на 2p-подуровне углерода мы расположили 2 электрона в разные ячейки, следуя одному из правил. А на 3p-подуровне у серы электронов оказалось много, поэтому сначала мы расположили 3 электрона по отдельным ячейкам, а оставшимся одним электроном дополнили первую ячейку.

Внешний уровень и валентные электроны

Тренировка

Потренируйтесь и сами составьте электронную конфигурацию для магния и скандия. Определите число электронов на внешнем (валентном) уровне и число неспаренных электронов. Ниже будет дано наглядное объяснение этой задаче.

Источник

Кислород

Газ без цвета, без запаха, составляет 21% воздуха.

Общая характеристика элементов VIa группы

От O к Po (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение: атомного радиуса, металлических, основных, восстановительных свойств. Уменьшается электроотрицательность, энергия ионизации, сродство к электрону.

Основное состояние атома кислорода

У атома кислорода (как и атомы азота, фтора, неона) нет возбужденного состояния, так как отсутствует свободная орбиталь с более высоким энергетическим уровнем, куда могли бы перемещаться валентные электроны.

Атом кислорода имеется два неспаренных электрона, максимальная валентность II.

Природные соединения

Получение

В промышленности кислород получают из сжиженного воздуха. Также активно применяются кислородные установки, мембрана которых устроена как фильтр, отсеивающие кислород (мембранная технология).

В лаборатории кислород получают разложением перманганата калия (марганцовки) или бертолетовой соли при нагревании. Применяется реакция каталитического разложения пероксида водорода.

На подводных лодках для получения кислорода применяют следующую реакцию:

Химические свойства

Является самым активным неметаллом после фтора, образует бинарные соединения со всеми элементами кроме гелия, неона, аргона. Чаще всего реакции с кислородом экзотермичны (горение), ускоряются при повышении температуры.

Во всех реакциях, кроме взаимодействия со фтором, кислород проявляет себя в качестве окислителя.

F + O₂ → OF₂ (фторид кислорода, O +2 )

В реакциях кислорода с металлами образуются оксиды, пероксиды и супероксиды. Реакции с активными металлами идут без нагревания.

Известна реакция горения воды во фторе.

Все органические вещества сгорают с образованием углекислого газа и воды.

Процесс можно остановить на любой стадии в зависимости от желаемого результата.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник

Основные сведения о хлоре как химическом элементе

История открытия хлора

Хлор — химический элемент с атомным номером 17. Принадлежит к 17-й группе периодической таблицы химических элементов, находится в третьем периоде таблицы. Обозначается символом Cl. Активный неметалл. Галоген. Молекула хлора состоит из двух атомов. Кристаллическая решетка хлора ромбическая. Молярная масса хлора (M (Cl)) составляет 35,446-35,457 г/моль.

Ковалентная связь хлора:

В 1772 году Джозеф Пристли впервые получил первое соединение с хлором — газообразный хлороводород.

В 1774 году хлор был получен шведским ученым Вильгельмом Шееле, который описал выделение хлора при взаимодействии пиролюзита с соляной кислотой: 4 H C l + M n O 2 = C l 2 + M n C l 2 + 2 H 2 O

Шееле вывел хлор со следующими характеристиками:

Однако Вильгельм, используя теорию флогистона, сделал предположение о том, что хлор состоит из дефлогистированной муриевой (соляной) кислоты.

В 1810 году Г. Дэви с помощью процесса электролиза разложил поваренную соль на хлор и натрий, тем самым доказав элементарную природу хлора. В 1811 году ученый предложил новое название для элемента — «хлорин». А спустя год Ж. Гей-Люссак доработал окончательное название, которое мы используем по сей день — хлор. В 1811 также Иоганн Швейгер хотел предложить для хлора название галоген, но вскоре для всей 17 группы элементов закрепился этот термин.

В 1826 году химиком Йёнсом Якобом Берцелиусом была определена точная атомная масса хлора 35,446. 35,457 а. е. м

Физические и химические свойства

К физическим свойствам хлора относят:

К химическим свойствам относят:

C l 2 + 2 H B r → B r 2 + 2 H C l — при таких реакциях хлор вытесняет бром из соединений с водородом или металлом;

2 N a + C l 2 → 2 N a C l — при взаимодействии натрия и хлора мы получаем хлорид натрия;

2 F e + 3 C l 2 → 2 F e C l 3 — при взаимодействии железа и хлора мы получим хлорид железа(III);

C l 2 + H 2 O ⇄ H C l + H C l O

C l 2 + 2 N a O H → N a C l + N a C l O + H 2 O ;

H 2 + C l 2 → 2 H C l ;

Строение электронной оболочки

Электронная оболочка — совокупность всех электронов в атоме, которые окружают ядро.

На валентном уровне атома хлора содержится 1 неспаренный электрон: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5. За счет присутствия в атоме хлора незанятой орбитали d-подуровня, атом хлора может проявлять и прочие степени окисления.

Обратимся к схеме возбужденных состояний атомов хлора:

Нахождение в природе

Биологическая роль хлора

Ионы хлора жизненно необходимы растениям, потому что они участвуют в энергетическом обмене у растений. Человек потребляет 5-10 г NaCl в сутки. Каждый день с пищей человек получает 3-6 г хлора, что абсолютно покрывает потребность в этом элементе откуда-либо из внешней среды.

Хлорные каналы присутствуют во многих типах митохондриальных мембран, скелетных мышцах и клетках. Эти каналы выполняют исключительные функции в нормализации объема жидкости, участвуют в поддержании кислотно-щелочного баланса — рН клеток. Всасывание хлора происходит в толстой кишке.

Получение и применение хлора

Получение хлора в химии

Хлор, который производят, хранится в специальных «танках» или закачивается в стальные баллоны высокого давления. Баллоны с жидким хлором под давлением имеют специальную окраску — болотный цвет.

В настоящее время химические методы получения хлора не используют, так как они являются очень ресурсозатратными и малоэффективными.

Метод Дикона

В 1867 году ученым химиком Диконом был разработан метод получения хлора каталитическим окислением хлороводорода кислородом воздуха: 4 H C l + O 2 → 2 H 2 O + 2 C l 2 ↑

Современные лабораторные методы

На данный момент хлор используется в лабораториях в баллонах.

Для того чтобы получить небольшое количество хлора, обычно используют процессы, основанные на окислении хлороводорода более сильными окислителями. Чаще всего это перманганат калия или диоксид марганца: 2 K M n O 4 + 16 H C l → 2 K C l + 2 M n C l 2 + 5 C l 2 ↑ + 8 H 2 O

Электрохимические методы

При невозможности использования сжиженного хлора в баллонах, используют электрохимические методы.

В промышленности применяются три варианта электрохимического метода: два из них — электролиз с твердым катодом, третий — электролиз с жидким ртутным катодом (ртутный метод производства). При таких методах качество получаемого хлора почти не отличается.

Мембранный метод

Мембранный метод производства хлора наиболее энергоэффективен, но при этом довольно сложен в организации и эксплуатации.

В мембранном методе катодное и анодное пространства полностью разделены непроницаемой для анионов катионообменной мембраной. Поэтому в мембранном электролизере два потока.

В анодное пространство поступает поток раствора соли. А в катодное — деионизированная вода. Все потоки предварительно очищаются от всевозможных примесей.

Применение хлора

Реакции с органическими веществами

Замещение атомов водорода в молекулах О В :

Ароматические соединения замещают атом водорода на хлор в присутствии катализаторов: C 6 H 6 + C l 2 → C 6 H 5 C l + H C l

Особенности работы с хлором

Источник