Кислород

Кислород O₂. Кислород является самым распространённым элементом на земле и составляет 46% по массе всех существующих химических элементов. Второе место занимает кремний (24%), затем железо, кальций и остальные. Кислород цвета и запаха не имеет. Жидкий кислород представляет собой жидкость голубоватого цвета (температура сжижения -183°С). Жидкий кислород замерзает при температуре -219 °С.

Газ кислород немного тяжелее воздуха. При электрических разрядах образует молекулу озона O₃ – газ голубоватого цвета. Особенно большое количество этого озона образуется во время грозы. Вы, наверное, чувствовали приятный свежий запах, выходя на улицу, после сильного ливня с грозой. Это озон. Сам по себе в небольших количествах он не ядовит, даже полезен для дыхания. Но концентрированный озон достаточно вреден.

Рассмотрим некоторые химические свойства кислорода. Как химический элемент, кислород – сильный окислитель. Смесь 2-х объемов водорода и одного объема кислорода представляют собой так называемый «гремучий газ». Смесь этих газов особенно взрывоопасна при повышенной температуре. Кислород также сам по себе взрывоопасен: на воздухе при высокой температуре он взрывается с образованием паров воды. Как химический элемент кислород легко окисляет металлы. С некоторыми из них взаимодействует прямо при комнатной температуре (в основном это щелочные металлы). Некоторые чистые металлы образуют плотную защитную оксидную плёнку на своей на поверхности (алюминий, медь), благодаря которой они не разрушаются. К таким металлам ещё можно отнести магний, цинк, в особенности золото и платина, которые устойчивы даже к действию сильных кислот (серной кислоты, азотной кислоты, соляной кислоты, хлорной кислоты HClO₄). Если внесении в сосуд, где содержится газ кислород, нагретый металл, то последний быстро и ярко загорается, образуя оксид. Газ кислород при нагреве вступает в реакцию с неметаллами, окисляя их до оксидов. Часто реакции с кислородом сопровождаются выделением большого количества теплоты и световой энергии. Типичный пример - реакция горения. Например, все органические соединения (кроме побочных продуктов реакции: соединений серы S, хлора Cl₂, азота N) сгорают с образованием углекислого газа CO₂ и воды H₂O.

Углерод

Элемент углерод C: Самая простейшая и знакомая нам форма углерода – это графит, -черный, с металлическим блеском, довольно хрупкий. Из графита может быть получен искусственный алмаз. Алмаз является одним из самых твёрдых и тугоплавких (t пл. >4000 °С) веществ. В то же время алмаз хрупок: его довольно легко расколоть на части. Для этого ювелиры пользуются ножом, по которому ударяют молотком. Немногие знают, что эта форма углерода - алмаз обладает очень высокой теплопроводностью — проводит тепло лучше, чем многие чистые металлы (в 4 раза лучше, чем медь). В то же время алмаз не проводит электрический ток. Часто алмаз имеет тот или иной оттенок. Известны алмазы оранжевого, голубого, розового, жёлтого, коричневого, молочно-белого, синего, зелёного, серого и даже чёрного цвета. Окраска алмаза связана как с дефектами в их кристаллической структуре, так и с замещением части атомов углерода на атомы бора, азота и даже алюминия. Серая и чёрная окраска алмазов обусловлена включениями графита.

Графит — наиболее устойчивая при комнатной температуре аллотропная модификация углерода. Теоретически все алмазы должны были уже давно превратиться в графит, но с заметной скоростью такая реакция идёт лишь начиная с температуры около 1000 °С, а при 2000 °С она происходит почти мгновенно. Однако с практической точки зрения гораздо больший интерес представляет обратный процесс — превращение графита в алмаз. Это становится возможным при температуре около 3000 °С и давлении 3•106 атм. К сожалению, алмазы, которые удаётся получить из графита, обычно очень мелкие и невысокого качества. Они могут быть использованы лишь для технических целей.

В природе алмазы вырастают в кимберлитовых трубках в виде включений, воронкообразной формы разломах земной коры, заполненных породой кимберлитом. При разрушении (выветривании) трубок алмазы переходят в россыпи. Алмаз встречается в природе в виде бесформенной прозрачной массы. Алмаз –это чистый углерод - иная форма углерода с отличным структурным строением от графита, очень твёрдый (твёрдость алмаза принята в технической литературе за единицу).

Мы привыкли видеть, что при нагревании тела из твёрдого состояния переходят в жидкое. Но для химического элемента углерода эта версия ошибочна. Если нагреть элемент углерод до 3500°С, то мы увидим, что он, минуя жидкую фазу, переходит в газообразное состояние (возгоняется).

Углерод имеет свойство впитывать как губка различные красители и запахи. Например, если в чернильный раствор положить кусочек угля, то мы можем вскоре заметить достаточную разницу между цветом первоначального раствора и раствора, где находился кусочек угля. Известно, что таким способом пользуются для нейтрализации различных ядов в организме. В аптеках можно найти углерод в виде таблеток под названием ''активированный уголь'' - самый обыкновенный углерод, только очищенный и пригодный для принятия организмом.

Огромное количество элемента углерода найдено в космосе, на больших астероидах, в основаниях планет, в составе комет. Изотопы углерода являются результатом термоядерного синтеза и распада других химических элементов.

Рассмотрим некоторые химические свойства углерода

Химический элемент углерод отличный восстановитель. При высокой температуре, с его помощью синтезируют огромное число органических соединений (их намного больше, чем неорганических). В промышленности с помощью углерода получают некоторые чистые металлы, восстанавливая их из их окислов. Явным примером может служить восстановление чистого железа из его оксида в среде углерода при нагревании. В зависимости от того, сколько кислорода подаётся на окисление углерода (сжигание углерода), образуются различные оксиды углерода.

При сжигании углерода в атмосфере, слабо обогащённой кислородом, образуется угарный газ (цвета и запаха не имеет), но имеющий удушающую способность. Угарный газ - CO - имеет большую химическую активность. При попадании в организм человека может вызывать головокружение, так как забирает из крови кислород, превращаясь в углекислый газ CO₂. По этой же причине (взаимодействии с кислородом и образовании углекислого газа) разжигать костры в закрытом пространстве не рекомендуется. Даже обычный всем знакомый углекислый газ CO₂ при концентрации в 10% вызывает болезненные ощущения и удушье. При действии солнечного света оксид углерода CO может прореагировать с хлором, образовав при этом очень ядовитый газ фосген COCl₂. При электрическом разряде между графитовыми электродами в атмосфере азота образуется очень ядовитый газ циан CN. Все органические соединения имеют в своём составе химический элемент углерод. Именно по этому принципу и дают им определение.