Кислород: история открытия, физические и химические свойства, применение

Химические свойства

Сильный окислитель, самый активный неметалл после фтора, образует бинарные соединения (оксиды) со всеми элементами, кроме гелия, неона, аргона, фтора (с фтором кислород образует фторид кислорода, так как фтор более электроотрицателен, чем кислород). Наиболее распространённая степень окисления −2. Как правило, реакция окисления протекает с выделением тепла и ускоряется при повышении температуры (см. Горение). Пример реакций, протекающих при комнатной температуре:

\ce{ 4Li + O2 -> 2Li2O }

\ce{ 2Sr + O2 -> 2SrO }

Окисляет соединения, которые содержат элементы с не максимальной степенью окисления:

\ce{ 2NO + O2 -> 2NO2 ^ }

Окисляет большинство органических соединений в реакциях горения:

\ce{ 2C6H6 + 15O2 -> 12CO2 + 6H2O }

\ce{ CH3CH2OH + 3O2 -> 2CO2 + 3H2O }

При определённых условиях можно провести мягкое окисление органического соединения:

\ce{ CH3CH2OH + O2 -> CH3COOH + H2O }

Кислород реагирует непосредственно (при нормальных условиях, при нагревании и/или в присутствии катализаторов) со всеми простыми веществами, кроме Au и инертных газов (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn); реакции с галогенами происходят под воздействием электрического разряда или ультрафиолета. Косвенным путём получены оксиды золота и тяжёлых инертных газов (Xe, Rn). Во всех двухэлементных соединениях кислорода с другими элементами кислород играет роль окислителя, кроме соединений со фтором (см. ниже ).

Кислород образует пероксиды со степенью окисления атома кислорода, формально равной −1.

Например, пероксиды получаются при сгорании щелочных металлов в кислороде:

\ce{ 2Na + O2 -> Na2O2 }

Некоторые оксиды поглощают кислород:

\ce{ 2BaO + O2 -> 2BaO2 }

По теории горения, разработанной А. Н. Бахом и К. О. Энглером, окисление происходит в две стадии с образованием промежуточного пероксидного соединения. Это промежуточное соединение можно выделить, например, при охлаждении пламени горящего водорода льдом, наряду с водой, образуется пероксид водорода:

\ce{ H2 + O2 -> H2O2 }

В надпероксидах кислород формально имеет степень окисления −½, то есть один электрон на два атома кислорода (ион O−2). Получают взаимодействием пероксидов с кислородом при повышенных давлении и температуре:

\ce{ Na2O2 + O2 -> 2NaO2 }

Калий K, рубидий Rb и цезий Cs реагируют с кислородом с образованием надпероксидов:

\ce{ K + O2 -> KO2 }

Неорганические озониды содержат ион O−3 со степенью окисления кислорода, формально равной −⅓. Получают действием озона на гидроксиды щелочных металлов:

\ce{ 3KOH + 3O3 -> 2KO3 + KOH * H2O + 2O2 ^ }

В ионе диоксигенила O+2 кислород имеет формально степень окисления +½. Получают по реакции:

\ce{ PtF6 + O2 -> O2PtF6 }

В этой реакции кислород проявляет восстановительные свойства.

Фториды кислорода

Дифторид кислорода, OF2, степень окисления кислорода +2, получают пропусканием фтора через разбавленный раствор щёлочи:

\ce{ 2F2 + 2NaOH -> 2NaF + H2O + OF2 ^ }

Монофторид кислорода (Диоксидифторид), O2F2, нестабилен, степень окисления кислорода +1. Получают из смеси фтора с кислородом в тлеющем разряде при температуре −196 °C:

\ce{ F2 + O2 -> O2F2 }

Пропуская тлеющий разряд через смесь фтора с кислородом при определённых давлении и температуре, получают смеси высших фторидов кислорода O3F2, O4F2, O5F2 и O6F2.

Квантовомеханические расчёты предсказывают устойчивое существование иона трифтороксония OF+3. Если этот ион действительно существует, то степень окисления кислорода в нём будет равна +4.

Кислород поддерживает процессы дыхания, горения, гниения.

В свободном виде элемент существует в двух аллотропных модификациях: O₂ и O₃ (озон). Как установили в 1899 году Пьер Кюри и Мария Склодовская-Кюри, под воздействием ионизирующего излучения O₂ переходит в O₃.

Физические свойства

В мировом океане концентрация растворённого O₂ больше в холодных водах, меньше — в тёплых

Жидкий кислород

При нормальных условиях кислород — это газ без цвета, вкуса и запаха.

1 л его при нормальных условиях имеет массу 1,429 г, то есть немного тяжелее воздуха. Слабо растворяется в воде (4,9 мл/100 г при 0 °C, 2,09 мл/100 г при +50 °C) и спирте (2,78 мл/100 г при +25 °C). Хорошо растворяется в расплавленном серебре (22 объёма O₂ в 1 объёме Ag при +961 °C). Хорошо растворяется в перфторированных углеводородах (20—40 об %).

Межатомное расстояние — 0,12074 нм. Является парамагнетиком. В жидком виде притягивается магнитом.

При нагревании газообразного кислорода происходит его обратимая диссоциация на атомы, концентрация диссоциированных атомов в смеси при +2000 °C — 0,03 %, при +2600 °C — 1 %, +4000 °C — 59 %, +6000 °C — 99,5 %.

Жидкий кислород кипит под давлением 101,325 кПа при температуре −182,98 °C и представляет собой бледно-голубую жидкость. Критическая температура кислорода 154,58 К (-118,57 °C), критическое давление 4,882 МПа.

Фазовая диаграмма O₂

Твёрдый кислород (температура плавления −218,35 °C) — синие кристаллы.

Известны 6 кристаллических фаз, из которых три существуют при давлении в 1 атм.:

• α-О₂ — существует при температуре ниже 23,65 K; ярко-синие кристаллы относятся к моноклинной сингонии, параметры ячейки a=5,403 Å, b=3,429 Å, c=5,086 Å; β=132,53°.
• β-O₂ — существует в интервале температур от 23,65 до 43,65 K; бледно-синие кристаллы (при повышении давления цвет переходит в розовый) имеют ромбоэдрическую решётку, параметры ячейки a=4,21 Å, α=46,25°.
• γ-O₂ — существует при температурах от 43,65 до 54,21 K; бледно-синие кристаллы имеют кубическую симметрию, период решётки a=6,83 Å.

Ещё три фазы существуют при высоких давлениях:

• δ-O₂ — интервал температур 20—240 K и давление 6—8 ГПа, оранжевые кристаллы;
• ε-фаза, содержит молекулы O₄ или O₈, существует при давлении от 10 и до 96 ГПа, цвет кристаллов от тёмно-красного до чёрного, моноклинная сингония;
• ζ-O_n — давление более 96 ГПа, металлическое состояние с характерным металлическим блеском, при низких температурах переходит в сверхпроводящее состояние.

Химические свойства кислорода

Главным химическим свойством кислорода является, конечно же, его поддержка горения. То есть в вакууме, где нет кислорода, огонь не возможен. Если же в чистый кислород опустить тлеющую лучину, то она загорится с новой силой. Горение разных веществ это окислительно-восстановительный химический процесс, в котором роль окислителя принадлежит кислороду. Окислители же это вещества, «отбирающие» электроны у веществ восстановителей. Отличные окислительные свойства кислорода обусловлены его внешней электронной оболочкой.

Валентная оболочка у кислорода расположена близко к ядру и как следствие ядро притягивает к себе электроны. Также кислород занимает второе место после фтора по шкале электроотрицательности Полинга, по этой причине вступая в химические реакции со всеми другими элементами (за исключением фтора) кислорода выступает отрицательным окислителем. И лишь вступая в реакции со фтором кислород имеет положительное окислительное воздействие.

А так как кислород второй окислитель по силе среди всех химических элементов таблицы Менделеева, то это определяет и его химические свойства.

Ссылки[]

• Кислород на Webelements (англ.)
• Кислород в Популярной библиотеке химических элементов
• Твердый кислород при сверхбольших давлениях: образование молекул О₄
• Выяснено магнитное упорядочение оранжевого кислорода
• Магнитный коллапс в твердом кислороде
• Растворимость кислорода в воде TWT department of MPEI: Live Calculations by MAS

Периодическая система элементов

H

He

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Ar

K

Ca

Sc

Ti

V

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

Zn

Ga

Ge

As

Se

Br

Kr

Rb

Sr

Y

Zr

Nb

Mo

Tc

Ru

Rh

Pd

Ag

Cd

In

Sn

Sb

Te

I

Xe

Cs

Ba

*

Hf

Ta

W

Re

Os

Ir

Pt

Au

Hg

Tl

Pb

Bi

Po

At

Rn

Fr

Ra

**

Rf

Db

Sg

Bh

Hs

Mt

Ds

Rg

Uub

Uut

Uuq

Uup

Uuh

Uus

Uuo

*

La

Ce

Pr

Nd

Pm

Sm

Eu

Gd

Tb

Dy

Ho

Er

Tm

Yb

Lu

**

Ac

Th

Pa

U

Np

Pu

Am

Cm

Bk

Cf

Es

Fm

Md

No

Lr

Википедия Кислород адрес Викисловарь — адрес Викицитатник — адрес Викиучебник — адрес Викитека — адрес Викиновости — адрес Викиверситет — адрес Викигид — адрес

Выделить Кислород и найти в: Вокруг света адрес Академик адрес Астронет адрес Элементы адрес Научная Россия адрес Кругосвет адрес Научная Сеть Традиция — адрес Циклопедия — адрес Викизнание — адрес

Bing Yahoo Яндекс Mail.ru Рамблер Нигма.РФ Спутник Google Scholar Апорт Архив Интернета Научно-популярные фильмы на Яндексе Документальные фильмы

Список ru-вики Вики-сайты на русском языке Список крупных русскоязычных википроектов Каталог wiki-сайтов Русскоязычные wiki-проекты Викизнание:Каталог wiki-сайтов Научно-популярные сайты в Интернете Лучшие научные сайты на нашем портале Лучшие научно-популярные сайты Каталог научно-познавательных сайтов НАУКА В РУНЕТЕ: каталог научных и научно-популярных сайтов

• Страница — краткая статья
• Страница 1 — энциклопедическая статья
• Разное — на страницах: 2 , 3 , 4 , 5
• Прошу вносить вашу информацию в «Кислород 1», чтобы сохранить ее

Растения — источник кислорода в атмосфере

На начальном этапе образования атмосферы на нашей планете существующий кислород находился в связанном состоянии, в виде двуокиси углерода (углекислый газ). Со временем появились растения, способные поглощать углекислый газ.

Данный процесс стал возможен благодаря возникновению фотосинтеза. Со временем, в ходе жизнедеятельности растений, за миллионы лет в атмосфере Земли накопилось большое количество свободного кислорода.

По мнению учёных, в прошлом его массовая доля достигала порядка 30 %, в полтора раза больше, чем сейчас. Растения, как в прошлом, так и сейчас, существенно повлияли на круговорот кислорода в природе, обеспечив тем самым разнообразную флору и фауну нашей планеты.

Значение кислорода в природе не просто огромно, а первостепенно. Система метаболизма животного мира чётко опирается на наличие кислорода в атмосфере. При его отсутствии жизнь становится невозможной в том виде, в котором мы знаем. Среди обитателей планеты останутся только анаэробные (способные жить без наличия кислорода) организмы.

Интенсивный в природе обеспечен тем, что он находится в трёх агрегатных состояниях в объединении с другими элементами. Будучи сильным окислителем, он очень легко переходит из свободной формы в связанную. И только благодаря растениям, которые путём фотосинтеза расщепляют углекислый газ, он имеется в свободной форме.

Процесс дыхания животных и насекомых основан на получении несвязанного кислорода для окислительно-восстановительных реакций с последующим получением энергии для обеспечения жизнедеятельности организма. Нахождение кислорода в природе, связанного и свободного, обеспечивает полноценную жизнедеятельность всего живого на планете.

Использование кислорода и озона в промышленности

Основные области использования аллотропных модификаций кислорода в промышленности следующие.

1. Металлургия (для сварки и вырезки металлов).
2. Медицина.
3. Сельское хозяйство.
4. В качестве ракетного топлива.
5. Синтез многих химических соединений, в том числе взрывчатых веществ.
6. Очищение и обеззараживание воды.

Сложно назвать хотя бы один процесс, в котором не принимает участие этот великий газ, уникальное вещество — кислород.

План:

История открытия

Происхождение
названия

Нахождение в
природе

Получение

Физические
свойства

Химические
свойства

Применение

Биологическая
роль кислорода

Токсические
производные кислорода

10. Изотопы

Кислород

Кислоро́д
— элемент 16-й
группы (по устаревшей классификации —
главной подгруппы VI группы), второго
периода периодической
системы химических элементов Д. И. Менделеева,
с атомным
номером 8.
Обозначается символом O(лат. Oxygenium).
Кислород — химически активный неметалл,
является самым лёгким элементом из
группы халькогенов. Простое
вещество кислород
(CAS-номер: 7782-44-7)
при нормальных
условиях — газ без
цвета, вкуса и запаха, молекула которого
состоит из двух атомов кислорода
(формула O 2),
в связи с чем его также называют дикислород.Жидкий
кислород имеет
светло-голубой цвет, а твёрдый представляет
собой кристаллы светло-синего цвета.

Существуют и другие аллотропные
формы кислорода,
например, озон (CAS-номер: 10028-15-6) —
при нормальных условиях газ голубого
цвета со специфическим запахом, молекула
которого состоит из трёх атомов кислорода
(формула O 3).

Официально считается, что
кислород был открыт английским
химиком Джозефом
Пристли 1
августа 1774
года путём
разложения оксида
ртути в
герметично закрытом сосуде (Пристли
направлял на это соединение солнечные
лучи с помощью мощной линзы).

Однако Пристли первоначально
не понял, что открыл новое простое
вещество, он считал, что выделил одну
из составных частей воздуха (и назвал
этот газ «дефлогистированным воздухом»).
О своём открытии Пристли сообщил
выдающемуся французскому химику Антуану
Лавуазье. В 1775 году А.
Лавуазье установил, что кислород является
составной частью воздуха, кислот и
содержится во многих веществах.

Несколькими годами ранее
(в 1771
году) кислород получил шведский химик Карл
Шееле. Он прокаливал селитру с серной
кислотой и затем разлагал получившийся
оксид азота. Шееле назвал этот газ
«огненным воздухом» и описал своё
открытие в изданной в 1777
году книге
(именно потому, что книга опубликована
позже, чем сообщил о своём открытии
Пристли, последний и считается
первооткрывателем кислорода). Шееле
также сообщил о своём опыте Лавуазье.

Важным этапом, который
способствовал открытию кислорода, были
работы французского химика Пьера Байена,
который опубликовал работы по окислению
ртути и последующему разложению её
оксида.

Наконец, окончательно
разобрался в природе полученного газа
А. Лавуазье, воспользовавшийся информацией
от Пристли и Шееле. Его работа имела
громадное значение, потому что благодаря
ей была ниспровергнута господствовавшая
в то время и тормозившая развитие химии
флогистонная теория. Лавуазье провёл
опыт по сжиганию различных веществ и
опроверг теорию флогистона, опубликовав
результаты по весу сожженных элементов.
Вес золы превышал первоначальный вес
элемента, что дало Лавуазье право
утверждать, что при горении происходит
химическая реакция (окисление) вещества,
в связи с этим масса исходного вещества
увеличивается, что опровергает теорию
флогистона.

Таким образом, заслугу
открытия кислорода фактически делят
между собой Пристли, Шееле и Лавуазье.

Химические свойства[]

Сильный окислитель, взаимодействует практически со всеми элементами, образуя оксиды. Степень окисления −2. Как правило, реакция окисления протекает с выделением тепла и ускоряется при повышении температуры (см. Горение). Пример реакций, протекающих при комнатной температуре:

 4Li+O2→2Li2O{\displaystyle ~{\mathsf {4Li+O_{2}\rightarrow 2Li_{2}O}}}

 2Sr+O2→2SrO{\displaystyle ~{\mathsf {2Sr+O_{2}\rightarrow 2SrO}}}

Окисляет соединения, которые содержат элементы с не максимальной степенью окисления:

 2NO+O2→2NO2↑{\displaystyle ~{\mathsf {2NO+O_{2}\rightarrow 2NO_{2}\uparrow }}}

Окисляет большинство органических соединений:

 CH3CH2OH+3O2→2CO2+3H2O{\displaystyle ~{\mathsf {CH_{3}CH_{2}OH+3O_{2}\rightarrow 2CO_{2}+3H_{2}O}}}

При определённых условиях можно провести мягкое окисление органического соединения:

 CH3CH2OH+O2→CH3COOH+H2O{\displaystyle ~{\mathsf {CH_{3}CH_{2}OH+O_{2}\rightarrow CH_{3}COOH+H_{2}O}}}

Кислород реагирует непосредственно (при нормальных условиях, при нагревании и/или в присутствии катализаторов) со всеми простыми веществами, кроме Au и инертных газов (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn); реакции с галогенами происходят под воздействием электрического разряда или ультрафиолета. Косвенным путём получены оксиды золота и тяжёлых инертных газов (Xe, Rn). Во всех двухэлементных соединениях кислорода с другими элементами кислород играет роль окислителя, кроме соединений со фтором (см. ниже ).

Кислород образует пероксиды со степенью окисления атома кислорода, формально равной −1.

Например, пероксиды получаются при сгорании щелочных металлов в кислороде:

 2Na+O2→Na2O2{\displaystyle ~{\mathsf {2Na+O_{2}\rightarrow Na_{2}O_{2}}}}

Некоторые оксиды поглощают кислород:

 2BaO+O2→2BaO2{\displaystyle ~{\mathsf {2BaO+O_{2}\rightarrow 2BaO_{2}}}}

По теории горения, разработанной А. Н. Бахом и К. О. Энглером, окисление происходит в две стадии с образованием промежуточного пероксидного соединения. Это промежуточное соединение можно выделить, например, при охлаждении пламени горящего водорода льдом, наряду с водой, образуется пероксид водорода:

 H2+O2→H2O2{\displaystyle ~{\mathsf {H_{2}+O_{2}\rightarrow H_{2}O_{2}}}}

В надпероксидах кислород формально имеет степень окисления −½, то есть один электрон на два атома кислорода (ион O−2). Получают взаимодействием пероксидов с кислородом при повышенных давлении и температуре:

 Na2O2+O2→2NaO2{\displaystyle ~{\mathsf {Na_{2}O_{2}+O_{2}\rightarrow 2NaO_{2}}}}

Калий K, рубидий Rb и цезий Cs реагируют с кислородом с образованием надпероксидов:

 K+O2→KO2{\displaystyle ~{\mathsf {K+O_{2}\rightarrow KO_{2}}}}

Озониды содержат ион O−3 со степенью окисления кислорода, формально равной −1/3. Получают действием озона на гидроксиды щелочных металлов:

 KOH+O3→KO3+H2O+O2↑{\displaystyle ~{\mathsf {KOH+O_{3}\rightarrow KO_{3}+H_{2}O+O_{2}\uparrow }}}

В ионе диоксигенила O2+ кислород имеет формально степень окисления +½. Получают по реакции:

 PtF6+O2→O2PtF6{\displaystyle ~{\mathsf {PtF_{6}+O_{2}\rightarrow O_{2}PtF_{6}}}}

Фториды кислорода

Дифторид кислорода, OF2 степень окисления кислорода +2, получают пропусканием фтора через раствор щелочи:

 2F2+2NaOH→2NaF+H2O+OF2↑{\displaystyle ~{\mathsf {2F_{2}+2NaOH\rightarrow 2NaF+H_{2}O+OF_{2}\uparrow }}}

Монофторид кислорода (Диоксидифторид), O2F2, нестабилен, степень окисления кислорода +1. Получают из смеси фтора с кислородом в тлеющем разряде при температуре −196 °C:

 F2+O2→O2F2{\displaystyle ~{\mathsf {F_{2}+O_{2}\rightarrow O_{2}F_{2}}}}

Пропуская тлеющий разряд через смесь фтора с кислородом при определённых давлении и температуре, получают смеси высших фторидов кислорода O3F2, О4F2, О5F2 и О6F2.

Квантовомеханические расчёты предсказывают устойчивое существование иона трифторгидроксония (англ.) OF3+. Если этот ион действительно существует, то степень окисления кислорода в нём будет равна +4.

Кислород поддерживает процессы дыхания, горения, гниения.

В свободном виде элемент существует в двух аллотропных модификациях: O₂ и O₃ (озон). Как установили в 1899 году Пьер Кюри и Мария Склодовская-Кюри, под воздействием ионизирующего излучения O₂ переходит в O₃.

Применение кислорода

Помимо того, что все живые существам в природе, за исключением немногих микроорганизмов, при дыхании потребляют кислород, он широко применяется во многих отраслях промышленности: металлургической, химической, машиностроении, авиации, ракетостроении и даже в медицине.

В химической промышленности его применяет:

• при получении ацетилена из природного газа (метана);
• при производстве кислот (азотной, серной);
• для газификации твердого топлива;
• для производства аммиака, формальдегида и метанола.

В металлургии его используют:

• при получении цветных металлов из руд;
• при выплавке чугуна в доменных печах;
• при выплавке стали в мартеновских и электрических печах;
• кислородно-конверторной выплавке стали.

В медицинских целях больным, у которых нарушена нормальная деятельность органов дыхания или кровообращения, искусственно увеличивают содержание O₂ в воздухе или дают дышать непродолжительное время чистым O₂. Медицинский кислород, выпускаемый ГОСТ 5583, особенно тщательно очищают от всех примесей.

Применение кислорода в сварке

Сам по себе O₂ является негорючим газом, но из-за свойства активно поддерживать горение и увеличения интенсивности (интенсификации) горения газов и жидкого топлива его используют в ракетных энергетических установках и во всех процессах газопламенной обработки. В таких процессах газопламенной обработки, как газовая сварка, поверхностная закалка высокая температура пламени достигается путем сжигания горючих газов в O₂, а при газовой резке благодаря ему происходит окисление и сгорание разрезаемого металла.

При полуавтоматической сварке (MIG/MAG) кислород O₂ используют как компонент защитных газовых смесей с аргоном (Ar) или углекислым газом (CO₂).

Кислород добавляют в аргон при полуавтоматической сварке легированных сталей для обеспечения устойчивости горения дуги и струйного переноса расплавленного металла в сварочную ванну. Дело в том, что как поверхностно активный элемент он уменьшает поверхностное натяжение жидкого металла, способствуя образованию на конце электрода более мелких капель.

При сварке низколегированных и низкоуглеродистых сталей полуавтоматом O₂ добавляют в углекислый газ для обеспечения глубокого проплавления и хорошего формирования сварного шва, а также для уменьшения разбрызгивания.

Чаще всего кислород используют в газообразном виде, а в виде жидкости используют только при его хранении и транспортировке от завода-изготовителя до потребителей.

История открытия кислорода

Открытие кислорода ознаменовало новый период в развитии химии. С глубокой древности было известно, что для горения необходим воздух. Процесс горения веществ долгое время оставался непонятным. В эпоху алхимии широкое распространение получила теория флогистона, согласно которой вещества горят благодаря их взаимодействию с огненной материей, то есть с флогистоном, который содержится в пламени. Кислород был получен английским химиком Джозефом Пристли в 70-х годах XVIII века. Химик нагревал красный порошок оксида ртути (II), в итоге вещество разлагалось, с образованием металлической ртути и бесцветного газа:

Оксиды – бинарные соединения, в состав которых входит кислород При внесении тлеющей лучины в сосуд с газом она ярко вспыхивала. Ученый считал, что тлеющая лучина вносит в газ флогистон, и он загорается. Д. Пристли пробовал дышать полученным газом, и был восхищен тем, как легко и свободно им дышится. Тогда ученый и не предполагал, что удовольствие дышать этим газом предоставлено каждому. Результатами своих опытов Д. Пристли поделился с французским химиком Антуаном Лораном Лавуазье.

Имея хорошо оснащенную на то время лабораторию, А. Лавуазье повторил и усовершенствовал опыты Д. Пристли. А. Лавуазье измерил количество газа, выделяющееся при разложении определенной массы оксида ртути. Затем химик нагрел в герметичном сосуде металлическую ртуть до тех пор, пока она не превратилась в оксид ртути (II). Он обнаружил, что количество выделившегося газа в первом опыте равно газу, поглотившемуся во втором опыте. Следовательно, ртуть реагирует с каким-то веществом, содержащимся в воздухе. И это же вещество выделяется при разложении оксида. Лавуазье первым сделал вывод, что флогистон здесь совершенно ни при чем, и горение тлеющей лучины вызывает именно неизвестный газ, который в последствии был назван кислородом. Открытие кислорода ознаменовало крах теории флогистона!

Примечания

Комментарии

1. Указан диапазон значений атомной массы в связи с неоднородностью распространения изотопов в природе.

Источники

1. Редкол.:Кнунянц И. Л. (гл. ред.). Химическая энциклопедия: в 5 т. — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2. — С. 387. — 671 с. — 100 000 экз.
2. J. Priestley, Experiments and Observations on Different Kinds of Air, 1776.
3. W. Ramsay, The Gases of the Atmosphere (the History of Their Discovery), Macmillan and Co, London, 1896.
4. ↑ Кнунянц И. Л. и др. Химическая энциклопедия. — Москва: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2. — С. 387—389. — 671 с. — 100 000 экз.
5. Я. А. Угай. Общая и неорганическая химия. — Москва: Высшая школа, 1997. — С. 432—435. — 527 с.
6. Campbell, Neil A.; Reece, Jane B. Biology, 7th Edition. — San Francisco: Pearson – Benjamin Cummings, 2005. — С. 522–23. — ISBN 0-8053-7171-0.
7. Freeman, Scott. Biological Science, 2nd. — Upper Saddle River, NJ: Pearson – Prentice Hall, 2005. — P. 214, 586. — ISBN Biological Science, 2nd.
8. . Дата обращения: 26 июля 2015.
9. . Дата обращения: 26 июля 2015.
10. . Дата обращения: 25 марта 2016.
11. , с. 127.
12. ↑ . Дата обращения: 3 августа 2009.
13. Радиационная химия // Энциклопедический словарь юного химика. 2-е изд. / Сост. В. А. Крицман, В. В. Станцо. — М.: Педагогика, 1990. — С. 200. — ISBN 5-7155-0292-6.
14. Руководство для врачей скорой помощи / Михайлович В. А. — 2-е изд., перераб. и доп. — Л.: Медицина, 1990. — С. 28—33. — 544 с. — 120 000 экз. — ISBN 5-225-01503-4.
15. Вредные химические вещества: Неорганические соединения элементов V—VIII групп. Справочник. — Л., 1989. — С. 150—170

Кислород в природе

Огромное количество газообразного кислорода содержится в атмосфере, растворено в водах морей и океанов. Кислород необходим всем живым организмам для дыхания. Без кислорода невозможно было бы получать энергию за счет сжигания различных видов топлива. На эти нужды ежегодно расходуется примерно 2% атмосферного кислорода.

Откуда берется кислород на Земле и почему его количество остается примерно постоянным, несмотря на такой расход? Единственным источником кислорода на нашей планете являются зеленые растения, производящие его под действием солнечного света в процессе фотосинтеза. Это очень сложный процесс, включающий много стадий. В результате фотосинтеза в зеленых частях растений углекислый газ и вода превращаются в глюкозу C₆H₁₂O₆ и кислород. Суммарное уравнение реакций, протекающих в процессе фотосинтеза, можно представить следующим образом:

Установлено, что примерно одну десятую часть (11%) производимого зелеными растениями кислорода дают наземные растения, а остальные девять десятых (89%) — водные растения.

Характеристики кислорода

Характеристики O₂ представлены в таблицах ниже:

Кислород в баллоне

Наименование	Объем баллона, л	Масса газа в баллоне, кг	Объем газа (м3) при Т=15°С, Р=0,1 МПа
O2	40	8,42	6,3

Благодаря этой таблице теперь можно легко дать ответы на вопросы, которые очень часто задают сварщики:

• Сколько кислорода в баллоне в м3?Ответ: в 40 литровом баллоне 6,3 м3
• Сколько в баллоне кислорода?Ответ: в 40 литровом баллоне 6,3 м3 или 8,42 кг
• Сколько весит баллон кислорода?Ответ:
  58,5 кг — масса пустого баллона из углеродистой стали согласно ГОСТ 949;
  8,42 — кг масса кислорода в баллоне;Итого: 58,5 + 8,42 = 69,92 кг вес баллона с кислородом.

Для того, чтобы приблизительно узнать сколько кислорода в баллоне, нужно вместимость баллона (м3) умножить на давление (МПа). Например, если вместимость баллона 40 литров (0,04 м3), а давление газа 15 МПа, то объем кислорода в баллоне равен 0,04×15=6 м3.

Происхождение названия

Слово кислород (именовался в начале XIX века ещё «кислотвором») своим появлением в русском языке до какой-то степени обязано М. В. Ломоносову, который ввёл в употребление, наряду с другими неологизмами, слово «кислота»; таким образом слово «кислород», в свою очередь, явилось калькой термина «оксиген» (фр. oxygène), предложенного А. Лавуазье (от др.-греч. ὀξύς — «кислый» и γεννάω — «рождаю»), который переводится как «порождающий кислоту», что связано с первоначальным значением его — «кислота», ранее подразумевавшим вещества, именуемые по современной международной номенклатуре оксидами.

Способы получения и собирания кислорода в лаборатории

Лабораторные способы получения кислорода весьма разнообразны. Существует много веществ, из которых можно получить кислород. Рассмотрим наиболее распространенные способы.

1) Разложение оксида ртути (II)

Одним из способов получения кислорода в лаборатории, является его получение по описанной выше реакции разложения оксида ртути (II). Ввиду высокой токсичности соединений ртути и паров самой ртути, данный способ используется крайне редко.

2) Разложение перманганата калия

Перманганат калия (в быту мы называем его марганцовкой) – кристаллическое вещество темно-фиолетового цвета. При нагревании перманганата калия выделяется кислород. В пробирку насыплем немного порошка перманганата калия и закрепим ее горизонтально в лапке штатива. Недалеко от отверстия пробирки поместим кусочек ваты. Закроем пробирку пробкой, в которую вставлена газоотводная трубка, конец которой опустим в сосуд- приемник. Газоотводная трубка должна доходить до дна сосуда-приемника. Ватка, находящаяся около отверстия пробирки нужна, чтобы предотвратить попадание частиц перманганата калия в сосуд-приемник (при разложении выделяющийся кислород увлекает за собой частички перманганата). Когда прибор собран, начинаем нагревание пробирки. Начинается выделение кислорода.

Уравнение реакции разложения перманганата калия:

Как обнаружить присутствие кислорода? Воспользуемся способом Пристли. Подожжем деревянную лучину, дадим ей немного погореть, затем погасим, так, чтобы она едва тлела. Опустим тлеющую лучину в сосуд с кислородом. Лучина ярко вспыхивает! Газоотводная трубка была не случайно опущена до дна сосуда-приемника. Кислород тяжелее воздуха, следовательно, он будет собираться в нижней части приемника, вытесняя из него воздух. Кислород можно собрать и методом вытеснения воды. Для этого газоотводную трубку необходимо опустить в пробирку, заполненную водой, и опущенную в кристаллизатор с водой вниз отверстием. При поступлении кислорода газ вытесняет воду из пробирки.

Разложение пероксида водорода

Пероксид водорода – вещество всем известное. В аптеке оно продается под названием «перекись водорода». Данное название является устаревшим, более правильно использовать термин «пероксид». Химическая формула пероксида водорода Н2О2 Пероксид водорода при хранении медленно разлагается на воду и кислород. Чтобы ускорить процесс разложения можно произвести нагрев или применить катализатор.

Катализатор – вещество, ускоряющее скорость протекания химической реакции

Нальем в колбу пероксид водорода, внесем в жидкость катализатор. Катализатором может служить порошок черного цвета – оксид марганца MnO2. Тотчас смесь начнет вспениваться вследствие выделения большого количества кислорода. Внесем в колбу тлеющую лучину – она ярко вспыхивает. Уравнение реакции разложения пероксида водорода:

Обратите внимание: катализатор, ускоряющий протекание реакции, записывается над стрелкой, или знаком «=», потому что он не расходуется в ходе реакции, а только ускоряет ее

Разложение хлората калия

Хлорат калия – кристаллическое вещество белого цвета. Используется в производстве фейерверков и других различных пиротехнических изделий. Встречается тривиальное название этого вещества – «бертолетова соль». Такое название вещество получило в честь французского химика, впервые синтезировавшего его, – Клода Луи Бертолле. Химическая формула хлората калия KСlO3. При нагревании хлората калия в присутствии катализатора – оксида марганца MnO2, бертолетова соль разлагается по следующей схеме:

Разложение нитратов

Нитраты – вещества, содержащие в своем составе ионы NO3⎺. Соединения данного класса используются в качестве минеральных удобрений, входят в состав пиротехнических изделий.

Нитраты – соединения термически нестойкие, и при нагревании разлагаются с выделением кислорода:

Обратите внимание, что все рассмотренные способы получения кислорода схожи. Во всех случаях кислород выделяется при разложении более сложных веществ

Реакция разложения – реакция, в результате которой сложные вещества разлагаются на более простые В общем виде реакцию разложения можно описать буквенной схемой:

Реакции разложения могут протекать при действии различных факторов. Это может быть нагревание, действие электрического тока, применение катализатора. Существуют реакции, в которых вещества разлагаются самопроизвольно.

Изотопы[]

Основная статья: Изотопы кислорода

Кислород имеет три устойчивых изотопа: 16О, 17О и 18О, среднее содержание которых составляет соответственно 99,759 %, 0,037 % и 0,204 % от общего числа атомов кислорода на Земле. Резкое преобладание в смеси изотопов наиболее лёгкого из них 16О связано с тем, что ядро атома 16О состоит из 8 протонов и 8 нейтронов (дважды магическое ядро с заполненными нейтронной и протонной оболочками). А такие ядра, как следует из теории строения атомного ядра, обладают особой устойчивостью.

Также известны радиоактивные изотопы кислорода с массовыми числами от 12О до 24О. Все радиоактивные изотопы кислорода имеют малый период полураспада, наиболее долгоживущий из них 15O с периодом полураспада ~120 с. Наиболее краткоживущий изотоп 12O имеет период полураспада 5,8×10−22 с.

Свойства кислорода

Кислород — сильный окислитель. Из простых веществ он не окисляет только инертные газы, благородные металлы (Ag, Au, Pt) и галогены.

+ металлы

2Cu + O₂ → 2CuO (t°C)

4Li + O₂ → 2Li₂O (оксид лития)

2Na + O₂ → Na₂O₂ (пероксид натрия)

Ba + O₂ → BaO₂ (t°C) (пероксид бария)

K + O₂ → KO₂ (надпероксид калия

+ неметаллы

O₂ + 2F₂ → 2OF₂ (электрический разряд)

S + O₂ → SO₂ (t°C)

N₂ + O₂ ⇄ 2NO — Q (t°C)

4P + 3O₂ → 2P₂O₃ (t°C)

C + O₂ → CO₂ (t°C)

Si + O₂ → SiO₂ (t°C)

O₂ + 2H₂ → 2H₂O (t°C)

Кислород не реагирует с хлором, бромом и иодом

+ оксиды

Оксиды, в которых элемент находится не в высшей степени окисления, могут окисляться кислородом. Стоит запомнить оксиды, которые встретятся на экзамене:

SO₂ (в присутствии V₂O₅), P₂O₃, CO, NO, SiO, FeO, Fe₃O₄, Cu₂O, MnO, CrO.

+ некоторые бинарные вещества

2CuS + 3O₂ → 2CuO + 2SO₂ (t°C)

4NH₃ + 3O₂ → 2N₂ + 6H₂O (t°C) — горение аммиака

4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O (кат, t°C) — каталитическое окисление аммиака

+ органические вещества

СH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O (t°C)

2CH₃Cl + 3O₂ → 2CO₂ + 2H₂O + 2HCl (t°C)