Zisk a výskyt kyslíku

je to nejrozšířenější prvek na Zemi
je nedílnou součástí vzduchu
- tvoří 21% atmosféry
- vázaný se vyskytuje v litosféře i hydrosféře
je součástí všech živých organismů
vyskytuje se ve třech izotopech
- $^{16}O$ - 99.76%
- $^{17}O$ - 0.04%
- $^{18}O$ - 0.2%

Alotropické modifikace kyslíku

Ozon $O_3$

je tvořen třemi atomy kyslíku
- strukturou se podobá vodě
- elektronový vzorec - $|\underline{\overline{O}}^–\overline{O}^+=\underline{\overline{O}}$
je to jedovatý, bezbarvý plyn
- v silnějších koncentracích je namodralý
- kapalný je tmavě modrý až fialový
má velmi charakteristický zápach
vyskytuje se ve vyšších vrstvách atmosféry
- vzniká zde působením UV záření na molekuly dikyslíku
- nachází se ve výšce 25 až 30 km
- ozonová vrstva působí jako filtr chránící živé organismy před UV zářením
vyrábí se v ozonizátoru
- výroba spočívá v působení elektrického výboje na molekulu dikyslíku
- molekula dikyslíku se homolyticky rozštěpí a reaguje s dalšími molekulami dikyslíku za vzniku dvou molekul ozonu
využívá se na sterilizaci vody a bělení olejů a škrobu
je velmi reaktivní
- snadno se rozpadá na dikyslík a atmární kyslík
  - proto má velmi silné oxidační účinky
směs se vzduchem o minimální koncentraci ozonu 70% je výbušná
reaguje se všemi kovy krom zlata, platiny a iridia
s alkalickými hydroxidy poskytuje ozonidy $MO_3$

Dikyslík $O_2$

je tvořen dvěma atomy kyslíku
- elektronový vzorec - $\underline{\overline{O}}=\underline{\overline{O}}$
je to bezbarvý plyn s bodem varu -183°C a bodem tání -218.8°C
Příprava dikyslíku
- Laboratorní příprava dikyslíku
  - některé kyslíkaté soli se účinkem tepla rozkládají za uvolnění kyslíku
    - pro tuto přípravu se nejčastěji používají chlorečnan nebo dusičnan sodný nebo draselný a manganistan draselný
      - nejvýhodnější je chlorečnan, ovšem jeho termický rozklad probíhá pouze v přítomnosti katalyzátoru
    - některé oxidy lze termicky rozkládat také
      - používají se obzvlášť oxidy rtuťnatý a stříbrný
  - další možností je katalytický rozklad vodného roztoku peroxidu vodíku
    - obvykle se ke katalýze používá oxid manganičitý
  - poslední možností je elektrolýza zředěného roztoku kyseliny sírové
- Průmyslová příprava kyslíku
  - zakládá se na frakční destilaci vzduchu
  - užívá se v celé řadě oxidačních reakcí a při spalování nejrůznějších materiálů
  - používá se také v lékařství a při sváření a řezání kovů

Vlastnosti kyslíku

je po fluoru druhým nejelektronegativnějším prvkem
je velmi reaktivní
molekulární kyslík se přímo slučuje s většinou prvkůza vzniku oxidů
- s některými kovy se neslučuje přímo a jejich oxidy je třeba připravit jinými způsoby
- doposud nebyli připraveny oxidy některých vzácných plynů
atomární kyslík je mnohem reaktivnější než molekulární kyslík
- jeho reakce mají explozivní charakter
- nevyskytuje se volně a okamžitě se váže do dvou atomových molekul

Sloučeniny kyslíku

Oxidy

Dělení oxidů podle chemického chování

Kyselé oxidy
- jsou to oxidy odvozené od nekovových prvků a kovových prvků s oxidačním číslem vyšším nebo rovným $V$
- některé z nich reagují s vodou za vzniku kyslíkatých kyselin
- některé z nich jsou ve vodě nerozpustné a rozpouštějí se v zásadách za vzniku příslušných solí
Bazické oxidy
- jsou to oxidy odvozené od silně elektropozitivních prvků
- reagují s vodou za vzniku hydroxidů
Amfoterní oxidy
- jsou to oxidy kovů s nižšími oxidačními čísly
- reagují s kyselinami i zásadami za vzniku příslušných solí
  - v případě reakce se zásadou je kov vázaný v aniontu
    - $ZnO+2\ NaOH+H_2O\longrightarrow{Na_2[Zn(OH)_4]}$
Neutrální oxidy
- jsou to oxidy, které nereagují ani se zásadami ani s kyselinami

Dělení oxidů podle struktury

Iontové oxidy
- jsou to oxidy tvořené anionty $O^{2-}$, které se vážou vazbami iontového charakteru na elektropozitivní prvky
- jsou známé především oxidy alkalických kovů, kovů alkalických zemin, lanthanoidů, aktinoidů a některých přechodných kovů v nízkých oxidačních stavech
- anion $O^{2-}$ je silná zásada
  - vodě odnímá proton
    - $O^{2-}+H_2O\longrightarrow{2\ OH^-}$
- označují se jako zásadotvorné
- s kyselinami tvoří soli
Polymerní oxidy
- jejich strukturu tvoří lineární nebo trojrozměrné řetězce
- kyslíkové atomy jsou vázány převážně kovalentní vazbou ke kovu
- jsou známé primárně u kovů se střední a vyšší hodnotou elektronegativty a některých polokovů a nekovů
- většina nereaguje s vodou
- některé jsou kyselinotvorné
  - v reakcích tvoří odpovídající kyseliny
- některé jsou amfoterní
  - reagují s kyselinami i zásadami za vzniku odpovídajících solí
  - v krystalickém pevném stavu jsou často vůči působení kyselin a zásad velmi odolné
- mohou být i zásadotvorné
Molekulové oxidy
- tvoří přesně definované molekuly s kyslíky vázanými ke kovům kovalentní vazbou
- většinou je tvoří nekovy, arsen, antimon a některé kovy ve vysokých oxidačních stupních (mangan, osmium)
- většina je kyselinotvorná
- malá skupina nereaguje s kyselinami, zásadami ani vodou a označují se jako neutrální
Podvojné oxidy
- obsahují atomy dvou kovů, které jsou s kyslíkem vázány do trojrozměrných struktur

Voda $H_2O$

je to nejrozšířenější látka obsahující kyslík na zemi
běžně se vyskytuje ve všech skupenstvích
za běžných podmínek je to bezbarvá kapalina bez zápachu
- v silných vrstvách je blankytně modrá
její hustota je při 4°C 1 g $\cdot$ cm$^{-3}$
v přírodě se nikdy nevyskytuje čistá
- podle původu obsahuje různé koncentrace rozpuštěných nebo rozptýlených látek
- v závislosti na použití se proto vždy sterilizuje nebo zbavuje tvrdosti
- v laboratořích se používá voda destilovaná
atomy molekuly vody svírají úhel přibližně 105°
má velmi polární charakter
- proto je skvělým rozpouštědlem iontových látek
- při rozpouštění jsou ionty obklopeny molekulamy vody
  - dochází k jejich hydrataci
tvoří vodíkové můstky
- významně ovlivňují její vlastnosti
účasní se obrovské řady reakcí

Led

je to voda v pevném stavu
také obsahuje vodíkové můstky
tvoří řadu polymorfních struktur
- ochlazrním na 0°C při atmosférickém tlaku vzniká obyčejný led
  - voda krystalizuje v hexagonální soustavě
  - obsahuje velké dutiny
  - má nižší hustotu než voda díky své struktuře
- při nízkých tlacích při teplotách -80°C až -140°C krystalizuje voda v kubické soustavě
  - jeho hustota ke přibližně stejná jako u obyčejného ledu
- při kondenzaci vodní páry při teplotě -110°C vzniká amorfní led
- při vysokých tlacích může vznikat dalších šest modifikací, které mají větší hustotu než voda

Hydráty

jsou to látky, ve kterých voda vystupuje jako součást struktury
v některých sloučeninách chemická individualita molekul vody zcela zaniká a těmto sloučeninám se hydráty neříká
- jedná se o některé kyseliny a hydroxidy, které lze formálně považovat za hydráty příslušných oxidů
Krystalohydráty
- v krystalech některých solí jsou součástí struktury molekuly rozpouštědla, vody
- taková voda se označuje jako krystalová
  - ve vzorcích se zapisuje za tečkou po vzorci soli ($CuSO_4\cdot{5\ H_2O}$)
- krystalová voda značně ovlivňuje fyzikální i chemické látky
- zahříváním se voda z krystalické struktury odpařuje
  - něktré krystali jsou labilní a vodu odevzdávají snadno a přechází tak na nižší krystalohydráty a bezvodé látky
  - některé krystali vodu neodevzdají ani při vysokých teplotách a nelze tak připravit bezvodé látky
    - teplota nutná k odstranění vody by rozložila původní látku
Aquakomplexy
- voda je vázána donor-akceptorní vazba
  - podílejí se na ní volné elektrony kyslíku vody
- aqua ligand má nulový náboj

Peroxid vodíku $H_2O_2$

je to bezbarvá, sirupovitá kapalina, ve které se vodíkové můstky uplatňují ještě víc než ve vodě
je výborným polárním rozpouštědlem
jeho struktura není planární
- úhel mezi rovinou vazby jednoho z vodíku na první z kyslíků a rovinou vazby druhého z vodíků ke druhému z kyslíků je 93.6°C
vyrábí se reakcí peroxidu barnatého se zředěnou kyselinou sírovou
- $BaO_2+H_2SO_4\longrightarrow{BaSO_4+H_2O_2}$
- síran barnatý je nerozpusntý a odstraňuje se filtrací
je termicky málo stabilní
- před dosažením bodu varu (152.1°C) se explozivně rozkládá
  - bod varu byl určen výpočtem
- za laboratorní teploty je ale realtivně stálý a rozkládá se velmi pomalu
má velmi silné oxidační účinky
- ve styku s velmi silnými oxidačními činidly může působyt i jako redukční činidlo
  - příkladem je reakce manganistanu draselného s peroxidem vodíku v kyselém prostředí
    - $5\ H_2O+2\ MnO_4^-+6\ H_3O^+\longrightarrow{5\ O_2+2\ Mn^{2+}+14\ H_2O}$
    - často se používá k připravě kyslíku v laboratoři
má charakter slabé kyseliny
- se silnými zásadami vytváří dvě řady solí
  - hydrogenperoxidy $M^IHO_2$
  - peroxidy $M^{II}_2O_2$
- peroxidy jsou známe hlavně u alkalických kovů a kovů alkalických zemin
  - připravují se hlavně hořením v kyslíku
- peroxidový anion $O_2^{2-}$ je extrémně silnou bází
  - odejímá proton molekule vody
    - $O_2^{2-}+2\ H_2O\longrightarrow{H_2O_2+2\ OH^-}$

Hyperoxidy

s alkalickými kovy (krom lithia) tvoří kyslík také hyperoxidy $M^IO_2$
obsahují hyperoxidový anion $O_2^-$
- je to extrémně silná báze
- velmi ochotně reaguje s vodu
  - vzniká odpovídající hydroxid, peroxid vodíku a kyslík
  - $2\ O_2^-+2\ H_2O\longrightarrow{2\ OH^-+H_2O_2+O_2}$