はじめに

このページでは、酸素の単体・化合物について、その性質や製法を紹介していく。いずれも重要なものばかりなのでの機会に必ず覚えるようにしよう。


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酸素の単体

酸素・オゾン
Point!

酸素の単体には酸素O2オゾンO3の2種類が存在する。これら2つは、同じ酸素元素からできているため同素体の関係にあるが、様々な点で違いがある。

酸素 オゾン
化学式 O2 O3
構造
無色 淡青色
におい 無臭 特異臭
酸化力 あり あり
製法 酸化物の分解
液体空気の分留
無声放電
紫外線照射
その他性質 助燃性あり 紫外線を吸収する

酸素は酸素原子O2つが二重結合してできた分子であり、オゾンはその酸素分子にO原子が配位結合した構造になっている。また、色・臭いに関しては上の表の通りで、オゾンが非常に特徴的な色・臭いをもつ。(気体の色・臭いなどに関しては気体の性質(色・臭い・毒性・水溶液の液性など)を参照)

酸素は実験室内ではH2O2やKClO3などの酸化物を(触媒としてMnO2を用いて)熱分解することによって得られる。

\[
2H_{2}O_{2} → 2H_{2}O + O_{2}\\
2KClO_{3} → 2KCl + 3O_{2}
\]

また、工業的には(窒素と同じく)液体空気の分留によって生成される。

オゾンは、O2の無声放電(高電圧の放電)や紫外線照射によって得ることができる。

\[
3O_{2} → 2O_{3}
\]

無機化学で頻出の気体の製法をまとめた気体の製法(反応式・原理・注意事項など)は必ず確認しておこう。


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酸素の酸化物

酸素は様々な原子と結びついて酸化物を形成する。

酸化物には、酸性酸化物・塩基性酸化物・両性酸化物があり、それぞれの水や酸・塩基との反応はよく理解しておく必要がある。酸化物に関する詳しいことは「酸性酸化物・塩基性酸化物・両性酸化物の違いを徹底解説!〜定義からそれぞれの酸・塩基との反応まで〜」で確認しよう。

酸素の水酸化物(水/過酸化水素)

過酸化水素
化学式 H2O H2O2
構造
特徴 沸点・融点が高い 酸化還元反応において酸化剤としても還元剤としても働く

酸素の主な水素化物としては、水H2Oと過酸化水素H2O2が挙げられる。水は分子間で水素結合を形成するため(分子間の繋がりがなかなか切れないので)沸点・融点が高いのが特徴的。

過酸化水素は「半反応式一覧」にあるように、酸化還元反応において酸化剤としても還元剤としても働くことがある。

\[
酸化剤: H_{2}O_{2} + 2H^{+} + 2e^{-} → 2H_{2}O\\
還元剤: H_{2}O_{2} → O_{2} + 2H^{+} + 2e^{-}
\]

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