Хімія. Повторне видання. 8 клас. Григорович (2025)
§ 10. Кисень — єдиний газ повітря, що підтримує горіння
Реакції кисню з неметалами
Кисень — одна з хімічно найактивніших речовин. Ще з природознавчих курсів ви знаєте, що кисень підтримує дихання й горіння.
Унаслідок реакцій простих речовин із киснем утворюються бінарні сполуки з Оксигеном — оксиди. Це один із прикладів реакцій, які називають окисненням.
Більшість реакцій із киснем відбуваються бурхливо, із виділенням великої кількості теплоти й світла. Зазвичай такі реакції ми називаємо горінням.
Швидкий процес окиснення речовини, що супроводжується виділенням теплоти і, здебільшого, світла, називають горінням.
Поміркуйте
Ви вже спостерігали горіння деяких речовин у повітрі, приміром, на пікніку. А під час дослідження навчилися збирати чистий кисень. Сформулюйте гіпотезу: чи відрізнятиметься горіння речовин у повітрі та в чистому кисні.
Розжаримо в полум'ї спиртівки шматочок деревного вугілля до почервоніння. У повітрі вугілля горить без утворення полум'я, про реакцію свідчить лише тьмяно-червоне світіння.
Помістимо розжарений шматочок деревного вугілля в чистий кисень. Вугілля продовжує горіти, не утворюючи полум'я, але набагато яскравіше, ніж у повітрі.
Продуктом згоряння деревного вугілля є карбон(ІV) оксид — вуглекислий газ:
C + O2= CO2↑
Помістимо в сталеву ложечку невеликий шматочок сірки й нагріємо на спиртівці. Сірка спочатку плавиться, а потім спалахує тьмяним синім полум'ям, яке за денного освітлення майже не видно.
У разі внесення палаючої сірки до посудини з киснем полум'я стає набагато яскравішим.
Унаслідок згоряння сірки утворюється задушливий сульфур(ІV) оксид — сірчистий газ:
S + О2 = SO2↑
Фосфор на повітрі горить з утворенням білого задушливого диму.
У чистому кисні фосфор згоряє сліпучо-білим полум'ям.
Дим, що виділяється в процесі згоряння фосфору, утворений дрібними частинками твердого фосфор(V) оксиду:
4Р + 5О2 = 2Р2О5
Поміркуйте
Як за ознаками горіння можна довести, що фосфор(V) оксид — твердий, на відміну від вуглекислого та сірчистого газів?
За певних умов горіння може відбуватися дуже швидко, майже миттєво, речовина вибухає. Зазвичай це стається, коли горюча речовина хімічно дуже активна або дуже подрібнена. Так, борошно горючою речовиною назвати складно, але на борошномельних заводах траплялися випадки, коли завись у повітрі дрібно змеленого борошна вибухала від невеликої іскри.
Умови виникнення та припинення горіння
Поміркуйте
За розглянутими прикладами горіння неметалів сформулюйте гіпотезу: за яких умов може виникати горіння.
Займання речовини можливе за наявності трьох чинників, які утворюють так званий трикутник вогню.
Важливою умовою для виникнення горіння є контакт горючої речовини з киснем. Якщо в закритому просторі горить певна речовина, то кисень швидко витрачається й горіння може припинитися. Тому для підтримання безперервного горіння у вогнище має надходити повітря зі свіжими «порціями» кисню.
Ковалі, металурги та скловари спеціальними міхами спрямовують повітря або чистий кисень у вогнище, аби інтенсифікувати горіння, а, отже, підвищити температуру полум'я.
Аби розпалити багаття чи загасле вугілля, на дрова (вугілля) нагнітають повітря.
Ще однією умовою горіння є те, що речовина має бути нагріта до температури займання. Навіть якщо речовина здатна горіти, вона може не зайнятися, доки її не нагріти до певної температури. До прикладу, папір займається в повітрі за нагрівання до 230 °С, а бензин треба нагріти до 300 °С. Зазвичай для досягнення температури займання речовину нагрівають (підпалюють сірником тощо). Якщо речовина вже зайнялася, вона продовжує горіти самостійно, оскільки під час горіння виділяється велика кількість теплоти, яка нагріває наступні порції речовини.
Поміркуйте
За трикутником вогню висловіть гіпотезу: як можна загасити вогонь.
Дізнайтеся більше
• Температура займання деяких речовин наближена до кімнатної. Такі речовини займаються в повітрі самі по собі, без нагрівання. Це явище називають самозайманням. До самозаймистих речовин належить білий фосфор, тому його не можна зберігати на повітрі, а лише під шаром води.
• Часто для гасіння вогню використовують воду. Але є речовини, які не можна гасити водою, приміром, бензин, гас тощо. Вони легші за воду, тому в разі спроби загасити їх водою спливають на поверхню й продовжують горіти, поширюючи полум'я на сусідні ділянки.
Не можна також гасити водою пожежу, спричинену несправним електрообладнанням.
Реакції кисню з металами
Поміркуйте
Висловіть гіпотезу: чи можуть метали горіти так само активно, як неметали.
Залежно від активності деякі метали також можуть горіти (як у повітрі, так і в чистому кисні).
Активні метали, приміром, магній, горять навіть у повітрі. Якщо підпалити магнієву стрічку в повітрі, то відбудеться реакція з утворенням білого порошку магній оксиду з виділенням великої кількості світла:
2Mg + О2 = 2MgO
Магній горить настільки активно, що загасити його водою або піском майже неможливо.
Горіти може також алюміній, але для цього його треба дуже подрібнити:
4Аl + 3О2 = 2Аl2О3
Дізнайтеся більше
Реакцію горіння магнію раніше використовували фотографи для створення світлового спалаху під час фотографування.
У разі внесення в полум’я порошок алюмінію загоряється, розкидаючи сніп іскор. А якщо такий порошок вдмухувати у вогонь, може статися вибух.
Порошок алюмінію іноді використовують як тверде пальне для ракетоносіїв.
Залізо — не такий активний метал, як алюміній. Утім у чистому кисні можна створити умови, аби й залізо зайнялося:
4Fe + 3О2 =t 2Fe2O3
Якщо подрібнити залізо в порошок і внести в полум'я пальника, то воно займеться, розкидаючи яскраві іскри — частинки розпеченого ферум(3+) оксиду.
Малоактивні метали взаємодіють із киснем не так бурхливо й не здатні горіти. Приміром, мідь і ртуть взаємодіють із киснем лише за нагрівання:
2Cu + О2 =t 2СuО
Унаслідок нагрівання в полум'ї пальника міді — металу червоного кольору — утворюється чорний купрум(2+) оксид.
Деякі метали, як-от: золото й платина, взагалі не реагують із киснем.
Взаємодія речовин із киснем може відбуватися повільно, без помітного виділення теплоти. Приміром, більшість виробів із заліза, міді й інших металів із часом утрачають блиск (тьмяніють) — вкриваються шаром оксиду внаслідок взаємодії з киснем.
У такому разі горіння не спостерігається. Такі процеси називають повільним окисненням. Процеси повільного окиснення не такі помітні, як горіння, але трапляються не рідше, як уже згадане вкривання металів шаром оксиду. Прикладами повільного окиснення речовин у природі є також пріння та гниття.
Взаємодія кисню зі складними речовинами
Унаслідок горіння деяких бінарних сполук утворюються оксиди двох хімічних елементів, якими вони утворені. Так, продуктами горіння метану СН4 є два оксиди: карбон(IV) оксид і гідроген оксид:
СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О
Гідроген сульфід (сірководень) H2S — газ із запахом тухлих яєць — згоряє в кисні також з утворенням двох оксидів: сульфур(IV) оксиду та гідроген оксиду:
2H2S + 3О2 = 2SO2 + 2Н2О
Наведені реакції не відбивають усього різноманіття хімічних властивостей кисню, ми розглянули лише найважливіші з них. Із багатьма властивостями кисню ви ознайомитеся надалі.
Робота з інформацією
95. Порівняйте поняття «горіння», «повільне окиснення» та «вибух», склавши діаграму Венна.
96. Складіть формули сполук: барій оксиду, купрум(1+) оксиду, хром(3+) оксиду, йод(V) оксиду, плюмбум(ІV) оксиду.
97. Складіть рівняння реакцій із киснем речовин: а) літію; б) кальцію; в) силіцію, якщо продуктом реакції є силіцій(ІV) оксид.
98. Обчисліть масу (г) сірки, яка згоріла, якщо було витрачено кисень масою 11,2 г.
99. Унаслідок згоряння сірковуглецю CS2 утворюються карбон(ІV) оксид і сульфур(ІV) оксид. Обчисліть масу використаного кисню, якщо одержали сульфур(ІV) оксид масою 19,2 г.
Розуміння явищ природи (робота в групах)
100. Зважаючи на способи одержання та хімічні властивості кисню, спрогнозуйте можливості його застосування в різних галузях життя й промисловості. Перевірте свої прогнози за різними джерелами інформації.
101. Як ви вважаєте, чому в повітрі горіння відбувається повільніше, ніж у чистому кисні?
102. У довкіллі зазвичай багато горючих речовин — трава, сухе опале листя, гілки дерев тощо. І, певна річ, навколо них є кисень. Чому ж вони не самозаймаються?
103. Схарактеризуйте ознаки горіння. Що собою являє полум’я? Звідки береться дим? Звідки виникають теплота й світло?
104. Прикладами якого типу реакцій — сполучення чи розкладу — є реакції кисню з металами та неметалами? Аргументуйте свою думку.
105. Поясніть зміст поняття «температура займання». Як ви вважаєте, чи загориться сірка або деревне вугілля, якщо їх без попереднього нагрівання внести в посудину з чистим киснем?
106. Поміркуйте, чому під час горіння деяких речовин, приміром, вугілля, не утворюється полум’я.
107. За трикутником вогню поясніть, на чому ґрунтуються способи гасіння полум’я, зображені на світлинах.
108. Унаслідок горіння невідомої речовини утворилися сульфур(ІV) оксид і вода. З яких елементів могла складатися ця речовина?
109. Унаслідок згоряння певної речовини утворилися карбон(ІV) оксид, вода й азот. З яких хімічних елементів могла складатися ця речовина?
110. Чи можливе перетворення горіння на повільне окиснення та навпаки? Поясніть свою відповідь на прикладі горіння деревини. Чи може пріле листя або сіно на повітрі спалахнути? Чому.
111. Чи можна назвати іржавіння залізних виробів повільним окисненням? Поясніть свою думку.
112. Обговоріть, яка свічка з-поміж зображених на малюнку загасне першою. Яка — останньою?
113. За правилами безпеки на підприємствах через загрозу пожежі заборонено тримати купами просочене мастилом ганчір’я (після обтирання верстатів тощо). Поясніть чому.
114. Рудокопи помітили, що від удару сталевою кіркою сухий мінерал пірит FeS2 розкришується, і це супроводжується снопом яскраво-жовтих іскр. Від цього походить назва мінералу (від грец. пірітос літос — камінь, що висікає вогонь) і його застосування для добування вогню. Складіть рівняння реакції горіння піриту, якщо продуктами реакції є ферум(3+) оксид і сульфур(ІV) оксид.
115. Використовувати міхи для нагнітання повітря в багаття розпочали ще в Давньому Єгипті, що підтверджують знайдені малюнки. Як ви вважаєте, для яких процесів необхідна була висока температура полум’я?
116. Здавна на болотах і цвинтарях люди помічали «блукаючі вогні», які було видно лише в темряві. Вони лякали мандрівників, бо рухалися за повітрям: «гналися» за тими, хто від них біг, та «тікали» від тих, хто намагався до них наблизитися. Згодом було встановлено, що ці вогники з’являються внаслідок потрапляння на будь-яку поверхню пухирців фосфіну (РН3), який самозаймається на повітрі. У природі фосфін утворюється з решток відмерлих організмів.
Обговоріть питання щодо фосфіну.
• Унаслідок яких природних процесів може утворюватися фосфін: горіння чи гниття?
• Чи можна стверджувати, що температура займання фосфіну близька до кімнатної температури?
• Складіть рівняння реакції горіння фосфіну.
• Поясніть «поведінку» блукаючих вогнів на болотах, описану мандрівниками.
117. «Грецький вогонь» був винайдений ще за часів античності. Ним вистрілювали зі спеціальних сифонів, установлених на кораблях. Особливістю «грецького вогню» є те, що після влучення в ціль, його не можливо було загасити, через що ворожі кораблі згоряли вщент.
Сьогодні відомо, що в складі «грецького вогню» були нафта, сірка, селітра й олія. Обговоріть і визначте правильність тверджень:
- якщо гасити «грецький вогонь» водою, то нафта й олія в його складі спливають на поверхню води й горіння триває;
- щоб загасити вогонь, необхідно припинити доступ повітря до місця займання, але, крім води й піску, інші засоби в ті часи не були відомі;
- сучасними засобами пожежогасіння можна було б загасити «грецький вогонь», якщо використовувати пінні вогнегасники.
