Кислород

Кислород: физические и химические свойства

• История открытия кислорода
• Значение кислорода в природе
• Строение молекулы кислорода
• Физические свойства кислорода
• Химические свойства кислорода
• Получение кислорода
• Использование кислорода в промышленности

Пожалуй, среди всех известных химических элементов, именно кислород занимает ведущее значение, ведь без него попросту было бы невозможным возникновение жизни на нашей планете. Кислород – самый распространенный химический элемент на Земле, на его долю приходится 49% от общей массы земной коры.

Также он входит в состав земной атмосферы, состав воды и состав более 1400 различных минералов, таких как базальт, мрамор, силикат, кремнезем и т. д. Примерно 50-80% общей массы тканей, как животных, так и растений состоит из кислорода. И, разумеется, общеизвестна его роль для дыхания всего живого.

История открытия кислорода

Люди далеко не сразу постигли природу кислорода, хотя первые догадки о том, что в основе воздуха лежит некий химический элемент, появились еще в VIII веке. Однако в то далекое время не было ни подходящих технических инструментов для его изучения, ни возможности доказать существования кислорода, как газа, отвечающего в том числе за процессы горения.

Открытие кислорода состоялось лишь спустя тысячелетие, в ХVIII веке, благодаря совместной работе нескольких ученых.

• В 1771 шведский химик Карл Шееле опытным путем исследовал состав воздуха, и определил, что воздух состоит из двух основных газов: одним из этих газов был азот, а вторым, собственно кислород, правда на то время само название «кислород» еще не появилось в науке.
• В 1775 году французский ученый А. Лувазье дал название открытому Шееле газу – кислород, он же оксиген в латыни, само слово «оксиген» означает «рождающий кислоты».
• За год до официальных «именин кислорода», в 1774 году английский химик Пристли путем разложение ртутного оксида впервые получает чистый кислород. Его опыты подкрепляют открытие Шееле. К слову сам Шееле также пытался получить кислород в чистом виде путем нагревания селитры, но у него не получилось.
• Более чем через столетия в 1898 году английский физик Джозеф Томпсон впервые заставил общественность задуматься, о том, что запасы кислорода могут закончиться вследствие интенсивных выбросов углекислого газа в атмосферу.
• В этом же году русский биолог Климент Тимирязев, исследователь фотосинтеза, открывает свойство растений выделять кислород.

Хотя растения и выделяют кислород в атмосферу, но проблема поставленная Томпсоном о возможной нехватки кислорода в будущем, остается актуальной и в наше время, особенно в связи с интенсивной вырубкой лесов (поставщиков кислорода), загрязнением окружающей среды, сжиганием отходов и прочая. Больше об этом мы писали в прошлой статье об экологических проблемах современности.

Значение кислорода в природе

Именно наличие кислорода, в сочетании с водой привело к тому, что на нашей планете стало возможным возникновение жизни.

Как мы заметили выше, основными поставщиками этого уникального газа являются различные растения, в том числе наибольшее количество выделяемого кислорода приходится на подводные водоросли. Выделяют кислород и некоторые виды бактерий.

Кислород в верхних слоях атмосферы образует озоновый шар, который защищает всех жителей Земли от вредного ультрафиолетового солнечного излучения.

Строение молекулы кислорода

Молекула кислорода состоит из двух атомов, химическая формула имеет вид О2.

Как образуется молекула кислорода? Механизм ее образования ковалентный неполярный, другими словами за счет обобществления электроном каждого атома.

Связь между молекулами кислорода также ковалентная и неполярная, при этом она двойная, ведь у каждого из атомов кислорода есть по два неспаренных электрона на внешнем уровне.

Так выглядит молекула кислорода, благодаря своим характеристикам она весьма устойчива. Для многих химических реакций с ее участием нужны специальные условия: нагревание, повышенное давление, применение катализаторов.

Физические свойства кислорода

• Прежде всего, кислород является газом, из которого состоит 21% воздуха.
• Кислород не имеет ни цвета, ни вкуса, ни запаха.
• Может растворяться в органических веществах, поглощаться углем и порошками металлов.
• — Температура кипения кислорода составляет -183 С.
• Плотность кислорода равна 0,0014 г/см3

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.

Получение кислорода

Для получения кислорода в лабораторных условиях применяют метод термической обработки либо пероксидов либо солей кислосодержащих кислот. Под действием высокой температуры они разлагаются с выделением чистого кислорода. Также кислород можно получить с помощью перекиси водорода, даже 3% раствор перекиси под действие катализатор мгновенно разлагается, выделяя кислород.

2KClO3 = 2KCl + 3O2↑ — вот так выглядит химическая реакция получения кислорода.

Также в промышленности в качестве еще одного способа получения кислорода применяют электролиз воды, во время которого молекулы воды раскладываются, и опять таки выделяется чистый кислород.

Использование кислорода в промышленности

В промышленности кислород активно применяется в таких сферах как:

• Металлургия (при сварке и вырезке металлов).
• Медицина.
• Сельское хозяйство.
• Как ракетное топливо.
• Для очищения и обеззараживания воды.
• Синтеза некоторых химических соединений, включая взрывчатые вещества.

Кислород

Кислород — важнейший биогенный химический элемент, обеспечивающий дыхание большинства живых организмов на Земле.

Физиологическое действие кислорода крайне многообразно, но решающее значение в его лечебном эффекте имеет способность возмещать дефицит кислорда в тканях организма при гипоксии (недостаточном снабжении ткани кислородом или нарушения его усвоения).

У больных с дыхательной недостаточностью под влиянием кислорода повышается его напряжение в альвеолярном (находящемся в легких) воздухе и в крови, возрастает концентрация оксигемоглобина в артериальной крови, снижается метаболический ацидоз (закисление крови вследствие нарушения обмена веществ).

Лечение кислородом дает наилучший эффект при гипоксемической гипоксии, когда основной причиной уменьшения снабжения кислородом организма является недостаточное насыщение крови кислородом в легких (например, при застое крови в малом — легочном — круге кровообращения).

Меньший эффект дают ингаляции кислорода при циркулярной гипоксии (гипоксии, возникающей при нарушении кровоснабжения органов в тканей). В этом случае концентрация кислорода во вдыхаемом воздухе должна быть не менее 80%. Местное введение кислорода (подкожное, внутрисуставное, внутриплевральное — в полость, образуемую оболочками легких, внутрибрющинное, кислородные ванны и т. д.) улучшают репаративные (восстановительные) процессы, способствует нормализации трофики (процессов питания) тканей.

Показания к применению

Ингаляциями (вдыханием) кислорода широко пользуются при различных заболеваниях, сопровождающихся гипоксией (нехваткой кислорода): при заболеваниях органов дыхания (пневмония, отек легких и др.

), сердечно-сосудистой системы (сердечная недостаточность, коронарная недостаточность /несоответствие кровотока по сердечным артериям потребности сердца в кислороде/, коллапс /резкое падение артериального давления/ и др.

), отравлениях окисью углерода, синильной кислотой, удушающими веществами (хлор, фосген и др.), а также при других заболеваниях с нарушением функции дыхания и окислительных процессов.

Способ применения

Назначают кислород для ингаляции в концентрации 40-60% в смеси с воздухом в количестве 4-5 л в минуту. Часто применяют смесь 95% кислорода и 5% углекислого газа (см. Карбоген).

В анестезиологической практике кислород широко применяется в смеси с ингаляционными наркотическими анальгетиками. Чистым кислородом и смесью его с углекислотой пользуются при ослаблении дыхания в послеоперационном периоде, при интоксикациях (отравлениях) и т. п.

Ингаляцию производят через маски или трубки, присоединенные при помощи специальных устройств к баллону с кислородом. Пользуются также резиновыми подушками, наполняемыми кислородом из баллонов.

Для лечебных целей можно также вводить кислород под кожу до 0,5-2,0 л (небольшими порциями, медленно).

Широко пользуются кислородом для так называемой гипербарической оксигенации — применение кислорода под повышенным давлением. Установлена высокая эффективность этого метода в хирургии, интенсивной терапии тяжелых заболеваний, особенно в кардиологии, реаниматологии, неврологии и других областях медицины.

Под повышенным давлением кислорода удается успешно выполнять операции на сердце и легких, реконструктивные (восстановительные) операции на желудочно-кишечном тракте и др.

, в том числе у больных с острой и хронической гипоксемией (пониженым содержанием кислорода в крови), интоксикациями, значительной анемией (снижением содержания гемоглобина в крови) и. расстройствами общего кровообращения и др.

Установлено, что гипербарическая оксигенация значительно улучшает кислородное насыщение тканей, улучшает гемодинамику (совокупность процессов движения крови по сердечно-сосудистой системе), защищает головной мозг от гипоксии.

Гипербарическая оксигенация нашла применение в разных областях медицины: при отравлениях (окисью углерода и др.

), хронических неспецифических заболеваниях легких, в том числе при бронхиальной астме, сердечных аритмиях (нарушениях ритма сердца), сосудистых и других заболеваниях головного мозга; ишемии нижних конечностей (нарушении кровоснабжения нижних конечностей) и тяжелых травмах конечностей, осложненных инфекцией и т. д.

Операции под гипербарической оксигенацией проводят в специальных барокамерах, а для терапевтических целей используют аппараты (одноместные камеры), создающие давление кислорода 1,2-2 атм. Обычно проводят 1 сеанс в день (40-60 мин), всего 8-10 сеансов.

Предложен метод энтеральной оксигенотерапии (введение кислорода в кишечник или желудок) путем введения в желудок кислородной пены, применяемой в виде так называемого кислородного коктейля.

Используется для общего улучшения обменных процессов в комплексной терапии сердечно-сосудистых заболеваний, нарушений обмена и других патологических состояний, связанных с кислородной недостаточностью организма.

Коктейль обычно готовят путем пропускания кислорода под небольшим давлением в виде мелких пузырьков через белок куриного яйца, к которому часто добавляют настой шиповника, глюкозу, витамины группы В и С, настои лекарственных растений (желчегонных, слабительных и др.).

В качестве пенообразователя могут быть использованы фруктовые соки, концентрат хлебного кваса, настой лакричного корня и др.

Образующийся пенистый коктейль медленно (в течение 5-10 мин и более) всасывают через стеклянную трубочку или принимают чайными ложками по 150-200 мл 2 раза в день за 1’/2 ч до или через 2 ч после еды.

Имеются и специальные аппараты для получения и применения кислородной пены.

Высокий лечебный эффект при заболеваниях органов пищеварения дает введение кислорода под давлением внутрь (по методу гипербарической оксигенации).

Введение кислорода под давлением 0,7-1 избыточной атмосферы (сеансами по 45 мин, в среднем 15 сеансов) приводит к увеличению парциального давления кислорода в крови на 1,5-2 об.

% и служит эффективным средством при язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, заболеваниях печени (хронический гепатит — воспаление печени и др.).

Наряду с тем, что кислород нашел широкое применение для повышения насыщения им тканей организма и борьбы с гипоксией, в последнее время стали пользоваться в медицинских целях газовыми смесями с пониженным содержанием кислорода для создания искусственной гипоксии (при нормальном атмосферном давлении).

Установлено, что путем специальных тренировок к кислородной недостаточности (нормобарической гипоксии /недостаточному снабжению организма кислородом на фоне нормального атмосферного давления/) может быть создана повышенная устойчивость организма к различным патологическим факторам внешней и внутренней среды. В связи с этим разработан метод гипокситерапии (лечения посредством понижения содержания кислорода во вдыхаемом воздухе), рекомендованный для применения при ряде заболеваний сердечно-сосудистой системы (ишемическая болезнь сердца, гипертоническая болезнь и др.), при заболеваниях желудочно-кишечного тракта, астении (слабости) и депрессивных состояниях (состояниях подавленности), для повышения физической работоспособности, зашиты организма при лучевой терапии злокачественных новообразований и др. Разработаны специальные схемы гипокситерапии и соответствующая аппаратура.

Кислород также применяют для лечения гельминтозов (болезней, вызываемых паразитарными червями): аскаридоза (заболевания, вызываемого кишечными паразитарными червями — аскаридами) и трихоцефалеза (заболевания кишечника, вызываемого кишечным паразитом — власоглавом).

Для лечения аскаридоза вводят кислород в желудок при помощи тонкого желудочного зонда (тонкой полой трубки). Зонд предпочтительно ввести через нос. Кислород поступает из резиновой подушки, соединенной с двойным баллоном Ричардсона. Второй конец баллона соединен с зондом. Средняя емкость баллона 250 мл. Кислород вводят 2 дня подряд утром натощак или через 4 ч после еды.

Каждый день вводят следующую дозу: детям в возрасте до 10 лет по 100 мл на 1 год жизни, 10-12 лет — 1000-1100 мл на больного, 13-14 лет — 1250 мл, 15 лет и старше — 1250-1500 мл. Вводят медленно порциями по 100-200-250 мл с интервалами 1-2 мин. Все количество вводят не менее чем за 15 мин.

Во время введения необходимо тщательно следить за состоянием больного; при появлении неприятных ощущений введение кислорода временно прекращают.

После введения всего количества кислорода больной остается в положении лежа в течение 2 ч.

Соблюдения особой диеты до введения кислорода не требуется. Слабительное назначают после 2-го дня лечения только при задержке стула.

Для лечения трихоцефалеза больному делают сначала очистительную клизму и спустя 1 ч при положении больного на боку вводят в прямую кишку катетер (или резиновый наконечник от клизмы) на глубину 25-30 см (за внутренний сфинктер). Через катетер медленно нагнетают кислород небольшими порциями (по 200-250 мл) с интервалами 2-3 мин.

Дозы такие же, как при лечении аскаридоза. После окончания процедуры больной лежит на спине 2 ч. Если во время введения кислорода появляются боли в животе, подачу газа прекращают и делают легкий массаж по направлению от левой подвздошной области к правой.

Лечение кислородом проводят 5-7 дней подряд, на 6-7-й день дают солевое слабильное.

Противопоказания

Противопоказаниями к дегельминтизации (удалению из организма паразитарных червей) кислородом служат язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки, опухоли желудочно-кишечного тракта, острые воспалительные заболевания органов брюшной полости, беременность более 5 мес., менструальный период.

Противопоказаниями к ингаляции кислорода под давлением являются наличие полостей в легких, бронхоплевральных свищей (образующихся в результате заболевания каналов, соединяющих просвет бронхов и полость, образуемую оболочками легких); нарушения проходимости слуховых труб и каналов, соединяющих придаточные пазухи носа с внешней средой; острые простудные заболевания; эпилептиформные приступы в анамнезе (наблюдавшиеся в прошлом судорожные припадки); новообразования; тяжелая гипертоническая болезнь (стойкий подъем артериального давления); индивидуальная повышенная чувствительность к кислороду.

Форма выпуска

В стальных цельнотянутых баллонах, окрашенных в синий цвет. Из аптек отпускается в специальных кислородных подушках.

Условия хранения

В прохладном месте. Навинчивающиеся на баллон приборы нельзя смазывать маслами во избежание взрыва.

Внимание

Перед применением препарата Кислород вы должны проконсультироваться с врачом. Данная инструкция приведена в свободном переводе и предназначена исключительно для ознакомления. Для получения более полной информации просим обращаться к аннотации производителя.

Физические свойства O2

Молекулярный кислород O2 при обычных условиях находится в газообразном состоянии, не имеет цвета, запаха и вкуса, малорастворим в воде. При глубоком охлаждении под давлением конденсируется в бледно — голубую жидкость (Тkип — 183°С), которая при -219°С превращается в кристаллы сине — голубого цвета.

Способы получения

1. Кислород образуется в природе в поцессе фотосинтеза mCО2 + nH2O → mO2 + Сm(H2O)n

2. Промышленное получение

а) ректификация жидкого воздуха (отделение от N2);

б) электролиз воды: 2H2O → 2Н2↑ + О2↑

3. В лаборатории получают термическим окислительно-восстановительным разложением солей:

а) 2КСlO3 = 3О2↑ + 2KCI

б) 2КМпO4 = О2↑ + МпО2 + К2МпО4↑

в) 2KNO3 = О2↑ + 2KNО2

г) 2Cu(NO3)O2 = О2↑ + 4NО2↑ + 2CuO

д) 2AgNO3 = О2↑ + 2NО2↑ +2Ag

4. В герметически замкнутых помещениях и в аппаратах для автономного дыхания кислород получают реакцией:

2Na2O2 + 2СO2 = О2↑ + 2Na2CO3

Окисление щелочных металлов

4Li + О2 = 2Li2O оксид лития

2Na + О2 = Na2О2 пероксид натрия

К + О2 = КО2 супероксид калия

Окисление неметаллов, кроме галогенов и благородных газов

N2 +О2 = 2NO — Q

S + О2 = SО2;

C + О2 = CО2;

4Р + 5О2 = 2Р2О5

Si + О2 = SiО2

Окисление водородных соединений неметаллов и металлов

4HI + О2 = 2I2 + 2Н2O

2H2S + 3О2 =2SО2 + 2Н2O

4NH3 + 3О2 =2N2 + 6Н2O

4NH3 + 5О2 = 4NO + 6Н2O

2PH3 + 4О2 = P2О5 + 3Н2O

SiH4 + 2О2 = SiО2 + 2Н2O

CxHy + О2 = CО2 + Н2O

MeHx + 3О2 = MexOy + Н2O

Окисление низших оксидов и гидроксидов поливалентных металлов и неметаллов

4FeO + О2 = 2Fe2О3

4Fe(OH)2 +О2 + 2H2O = 4Fe(OH)3

2SО2 + О2 = 2SО3

4NО2 + О2 + 2H2O = 4HNО3

Окисление органических веществ

Все органические соединения горят, окисляясь кислородом воздуха.

Продуктами окисления различных элементов, входящих в их молекулы, являются:

С → CO2

Н → Н2O

Hal → Hal2

N → N2

P → P2O5

S → SO2

Кроме реакций полного окисления (горения) возможны также реакции неполного окисления.

Примеры реакций неполного окисления органических веществ:

1) каталитическое окисление алканов

2) каталитическое окисление алкенов

3) окисление спиртов

2R-CH2OH + O2 → 2RCOH + 2Н2O

4) окисление альдегидов

Озон О3 — более сильный окислитель, чем O2, так как в процессе реакции его молекулы распадаются с образованием атомарного кислорода.

Чистый О3 — газ синего цвета, очень ядовит.

К + О3 = КО3 озонид калия, красного цвета.

PbS + 2О3 = PbSО4 + О2↑

2KI + О3 + Н2O = I2 + 2КОН + О2↑

Последняя реакция используется для качественного и количественного определения озона.

Кислород — это… Формула кислорода. Молекула кислорода

Среди всех веществ на Земле особое место занимает то, что обеспечивает жизнь, — газ кислород. Именно его наличие делает нашу планету уникальной среди всех других, особенной.

Благодаря этому веществу в мире живет столько прекрасных созданий: растения, животные, люди. Кислород — это совершенно незаменимое, уникальное и чрезвычайно важное соединение.

Поэтому постараемся узнать, что он собой представляет, какими характеристиками обладает.

Химический элемент кислород: характеристика

Для начала охарактеризуем местоположение данного элемента в периодической системе. Это можно сделать несколькими пунктами.

1. Порядковый номер — 8.
2. Атомная масса — 15,99903.
3. Располагается в шестой группе главной подгруппе второго периода системы.
4. Заряд ядра — +8, количество протонов — 8, электронов — 8, нейтронов — 8. Таким образом, получается дважды магическое число, благодаря чему наблюдается устойчивость основной изотопной формы 16О.
5. Латинское название элемента — oxygen. Русское — кислород, это название образовано от словосочетания «рождающий кислоты». Существует и синоним, иногда его называют оксигеном.

Отдельного внимания заслуживает разбор электронного строения атома, так как именно им объясняется устойчивость молекулы и проявляемые физические и химические свойства.

Электронная конфигурация атома представлена формулой 1s22s22p4. Из этой записи очевидно, что до завершения энергетического уровня и создания заветного октета кислороду не хватает двух электронов. Этим объясняются следующие его характеристики:

• молекула кислорода двухатомная;
• степень окисления элемента всегда -2 (кроме пероксидов и оксида фтора, в которых она меняется на -1 и +2 соответственно);
• является сильнейшим окислителем;
• легко вступает в реакции даже при обычных условиях;
• способен образовывать взрывчатые соединения.

Теперь рассмотрим вопрос о строении. Как образуется молекула кислорода? Во-первых, механизм образования ковалентный неполярный, то есть за счет обобществления электронов каждого атома.

Таким образом, связь также ковалентная неполярная. При этом она двойная, так как у каждого из атомов есть по два неспаренных электрона на внешнем уровне. Можно очень просто изобразить, как выглядит кислород.

Формула следующая: О2 или О=О.

Благодаря наличию такой связи молекула очень устойчива. Для многих реакций с ее участием требуются специальные условия: повышенное давление, нагревание, использование катализаторов.

Как химический элемент кислород — это атом, имеющий три стабильно существующих в природе изотопа. Их массовые числа соответственно равны 16, 17, 18. Однако процентное соотношение очень разнится, так как 16О 99,759%, а остальных меньше 0,5%. Поэтому самый распространенный и устойчивый изотоп — именно с массовым числом 16.

Простое вещество кислород

Если говорить о данном элементе как о простом соединении, то сразу следует обозначить агрегатное состояние при обычных условиях. Кислород — газ, который не имеет ни вкуса, ни цвета, ни запаха. Двухатомная молекула, которая является самым распространенным на планете веществом, после водорода и благородного газа гелия.

Существуют и другие агрегатные состояния этого вещества. Так, при отрицательной температуре -1830С кислород конденсируется в красивую голубую жидкость. Если же превысить порог в -2000С, то жидкость перерастет в ярко-синие кристаллы моноклинной игольчатой формы.

Всего выделяют три основных типа существования кислорода в твердом состоянии.

1. Альфа-форма (α-О2). Существует при температуре ниже 200 0С.
2. Бета-форма (β-О2). Температурный интервал -200-4000С.
3. Гамма-форма (γ-О2). Интервал от -400 до -5000С.

Кислород — это один из самых важных и значимых газов. Не только для жизни живых существ на планете, но и для природы в целом. Сложно назвать природный минерал или соединение, в состав которого бы он не входил как элемент.

История открытия

Первые упоминания о том, что в составе воздуха есть какой-то газ, поддерживающий процессы горения, появилось еще в VIII веке. Однако тогда изучить его, доказать существование и открыть не было технической возможности. Лишь спустя почти тысячелетие, в XVIII веке это было сделано, благодаря работе нескольких ученых.

1. 1771 год Карл Шееле опытным путем установил состав воздуха и выяснил, что основные два газа — это кислород и азот.
2. Пьер Байен проводит опыты по разложению ртути и ее оксида и официально фиксирует результаты.
3. 1773 год Шееле официально открывает элемент кислород, но не получает его в чистом виде.
4. 1774 год Пристли независимо от Шееле делает такое же, как и он, открытие, и получает чистый кислород разложением ртутного оксида.
5. 1775 год Антуан Лавуазье дает название этому элементу и создает теорию горения, просуществовавшую не одну сотню лет.
6. 1898 год Томпсон заставляет общество задуматься о том, что кислород воздуха может закончиться из-за больших выбросов углекислого газа в атмосферу.
7. В этом же году Тимирязев доказывает обратное, так как объясняет, что поставщиком кислорода являются зеленые растения планеты.

Таким образом, стало известно, что собой представляет кислород, какой важный и значимый для жизни это газ. После были изучены все физические и химические свойства вещества, рассмотрены способы его получения, просчитано примерное содержание в воде, земной коре, атмосфере и прочих местах планеты.

Физические свойства

Приведем основные физические параметры, которыми можно охарактеризовать рассматриваемое соединение.

1. Кислород — газ при обычных условиях, являющийся составной частью воздуха (21%). Не имеет цвета, вкуса и запаха. Легче воздуха, плохо растворим в воде.
2. Активно поглощается углем и порошками металлов, растворяется в органических веществах.
3. Температура кипения составляет -1830С.
4. Плавления -218,350С.
5. Плотность составляет 0,0014 г/см3.
6. Кристаллическая решетка молекулярная.

Кислород обладает парамагнитными свойствами в жидком состоянии.

Химические свойства

О том, насколько активен рассматриваемый газ, как он ведет себя в реакциях с другими веществами, подробно рассказывает химия. Кислород способен проявлять несколько степеней окисления, хотя наиболее частой является -2, которая считается постоянной. Помимо нее встречаются соединения, в которых значения следующие:

Химическая активность объясняется высоким сродством к электрону, так как значение электроотрицательности по Поллингу у него 3,44. Выше лишь у фтора (4). Поэтому кислород является очень сильным окислителем. В тоже время в реакциях с еще более сильными окислителями ведет себя как восстановитель, проявляя положительную степень окисления. Например, в оксиде фтора O+2 F2- .

Существует огромное количество соединений, в состав которых входит кислород. Это такие классы веществ, как:

• оксиды;
• пероксиды;
• озониды;
• надпероксиды;
• кислоты;
• основания;
• соли;
• органические молекулы.

Со всеми элементами кислород способен вступать в реакцию при обычных условиях, кроме благородных металлов, гелия, неона и аргона и галогенов. С инертными газами он не взаимодействует ни при каких условиях.

Получение в промышленности

кислорода в воздухе и воде настолько велико (21 и 88% соответственно), что основным промышленным способом его синтеза является фракционная перегонка жидкого воздуха и электролиз воды.

Особенно часто применяется первый метод. Ведь из воздуха можно выделить очень много этого газа. Однако он будет не совсем чистым.

Если же необходим продукт более высокого качества, тогда в ход пускают электролизные процессы. Сырьем для этого является либо вода, либо щелочь.

Гидроксид натрия или калия используют для того, чтобы увеличить силу электропроводности раствора. В целом же суть процесса сводится к разложению воды.

Получение в лаборатории

Среди лабораторных методов широкое распространение получил метод термической обработки:

• пероксидов;
• солей кислородсодержащих кислот.

При высоких температурах они разлагаются с выделением газообразного кислорода. Катализируют процесс чаще всего оксидом марганца (IV). Собирают кислород вытеснением воды, а обнаруживают — тлеющей лучинкой. Как известно, в атмосфере кислорода пламя разгорается очень ярко.

Еще одно вещество, используемое для получения кислорода на школьных уроках химии, — перекись водорода. Даже 3 % раствор под действием катализатора мгновенно разлагается с высвобождением чистого газа. Его нужно лишь успеть собрать. Катализатор тот же — оксид марганца MnO2.

Среди солей чаще всего используются:

• бертолетова соль, или хлорат калия;
• перманганат калия, или марганцовка.

Чтобы описать процесс, можно привести уравнение. Кислорода выделяется достаточно для лабораторных и исследовательских нужд:

2KClO3 = 2KCl + 3O2↑.

Аллотропные модификации кислорода

Существует одна аллотропная модификация, которую имеет кислород. Формула этого соединения О3, называется оно озоном. Это газ, который образуется в природных условиях при воздействии ультрафиолета и грозовых разрядов на кислород воздуха. В отличие от самого О2, озон имеет приятный запах свежести, который ощущается в воздухе после дождя с молнией и громом.

Отличие кислорода и озона заключается не только в количестве атомов в молекуле, но и в строении кристаллической решетки. В химическом отношении озон — еще более сильный окислитель.

Кислород — это компонент воздуха

Распространение оксигена в природе очень широко. Кислород встречается в:

• горных породах и минералах;
• воде соленой и пресной;
• почве;
• растительных и животных организмах;
• воздухе, включая верхние слои атмосферы.

Очевидно, что им заняты все оболочки Земли — литосфера, гидросфера, атмосфера и биосфера. Особенно важным является содержание его в составе воздуха. Ведь именно этот фактор позволяет существовать на нашей планете жизненным формам, в том числе и человеку.

Состав воздуха, которым мы дышим, чрезвычайно неоднороден. Он включает в себя как постоянные компоненты, так и переменные. К неизменным и всегда присутствующим относятся:

• углекислый газ;
• кислород;
• азот;
• благородные газы.

К переменным можно отнести пары воды, частицы пыли, посторонние газы (выхлопные, продукты горения, гниения и прочие), растительная пыльца, бактерии, грибки и прочие.

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.

Свойства кислорода

Кислород — бесцветный газ без запаха и вкуса; плотность при 273,15 К и нормальном давлении 1,428 кг/м3. При 90,18 К конденсируется в бледно-голубую жидкость, при 54,36 К отвердевает.

Плотность жидкого кислорода 1142 кг/м3, t плавления — 218,7°С, t кипения — 192,98°С. Теплопроводность (при 273,15 К) 23,86•10-3 Вт/м•К. Теплоёмкость (273,15 К) Cp =28,9 Дж/моль•К; Cv=20,5 Дж/моль • К; Cp/Cv = 1,403.

Критическая температура 154,31 К, давление 4,91705 МПа.

Соединение элементов с кислородом

Простые соединения кислорода: О2 и озон О3. Степень окисления -2, -1, а также +2 (OF2). Образует соединения со всеми элементами. С некоторыми металлами образует пероксиды Me2О2, надпероксиды MeO2, озониды MeO3; с горючими газами — взрывчатые смеси. В 1 м3 воды при температуре 273,15 К растворяется 0,049 м3 О2.

Кислород занимает 3-е место после водорода и гелия по распространённости во Вселенной.

Самый распространённый химический элемент на Земле — 47% массы земной коры, 85,7% массы гидросферы, 23,15% массы атмосферы, 79% и 65% массы растений и животных соответственно.

По объёму кислород занимает 92% объёма земной коры. Известно около 1400 минералов, содержащих кислород, главные из них кварц, полевые шпаты, слюды, глинистые минералы, карбонаты.

кислорода

Более 99,9% кислорода Земли находится в связанном состоянии. Кислород — главный фактор, регулирующий распределение элементов в планетарном масштабе. его с глубиной закономерно уменьшается. Количество кислорода в магматических породах меняется от 49% в кислых эффузивах и гранитах до 38-42% в дунитах и кимберлитах.

кислорода в метаморфических породах соответствует глубинности их формирования: от 44% в эклогитах до 48% в кристаллических сланцах. Максимум кислорода в осадочных породах 49-51%. При погружении осадков происходит их дегидратация и частичное восстановление оксидного железа, сопровождающиеся уменьшением количества кислорода в породе.

При подъёме горных пород из глубин в приповерхностные условия начинаются процессы их изменения с привносом воды и углекислоты и содержание кислорода повышается.

Исключительную роль в геохимических процессах играет свободный кислород, значение которого определяется его высокой химической активностью, большой миграционной способностью и постоянным, относительно высоким содержанием в биосфере, где он не только расходуется, но и воспроизводится.

Свободный кислород

Полагают, что свободный кислород появился в протерозое в результате фотосинтеза. В гипергенных процессах кислород — один из основных агентов, он окисляет сероводород и низшие оксиды.

Кислород определяет поведение многих элементов: повышает миграционную способность халькофилов, окисляя сульфиды до подвижных сульфатов, снижает подвижность железа и марганца, осаждая их в виде гидроксидов и обусловливая этим их разделение, и т. д.

В водах океана содержание кислорода меняется: летом океан отдаёт кислород в атмосферу, зимой поглощает его. Полярные регионы обогащены кислородом. Важное геохимическое значение имеют соединения кислорода — вода и углекислота.

Первичный изотопный состав кислорода Земли отвечал изотопному составу метеоритов и ультраосновных пород (18О = 5,9-6,4%). Процессы осадконакопления привели к фракционированию изотопов между осадками и водой и обеднению тяжёлым кислородом вод океана.

Кислород атмосферы обеднён 18О по сравнению с кислородом океана, принятым за стандарт. Щелочные породы, граниты, метаморфические и осадочные породы обогащаются тяжёлым кислородом. Вариации изотопного состава в земных объектах определяются в основном температурой протекания процесса.

На этом основана изотопная термометрия карбонатообразования и других геохимических процессов.

Газообразный кислород

Газообразный кислород применяется в металлургии для интенсификации доменных и сталеплавильных процессов, при выплавке цветных металлов в шахтных печах, бессемеровании штейнов и др.

(свыше 60% потребляемого кислорода); как окислитель во многих химических производствах; в технике — при сварке и резке металлов; при подземной газификации угля и др.; озон — при стерилизации пищевой воды и дезинфекции помещений.

Жидкий кислород используют как окислитель для ракетных топлив.

Кислород – характеристика элемента, распространённость в природе, физические и химические свойства, получение »

Кислород О имеет атомный номер 8, расположен в главной подгруппе (подгруппе а) VI группе, во втором периоде. В атомах кислорода валентные электроны размещаются на 2-м энергетическом уровне, имеющем только s— и p-орбитали.

Это исключает возможность перехода атомов О в возбуждённое состояние, поэтому кислород во всех соединениях проявляет постоянную валентность, равную II. Имея высокую электроотрицательность, атомы кислорода всегда в соединениях заряжены отрицательно (с.о. = -2 или -1).

Исключение – фториды OF2 и O2F2.

Для кислорода известны степени окисления -2, -1, +1, +2

Общая характеристика элемента

Кислород – самый распространенный элемент на Земле, на его долю приходится чуть меньше половины, 49 % от общей массы земной коры. Природный кислород состоит из 3 стабильных изотопов 16О, 17О и 18О (преобладает 16О).

Кислород входит в состав атмосферы (20,9 % по объему, 23,2 по массе), в состав воды и более 1400 минералов: кремнезема, силикатов и алюмосиликатов, мраморов, базальтов, гематита и других минералов и горных пород. Кислород составляет 50-85% массы тканей растений и животных, т.

к содержится в белках, жирах и углеводах, из которых состоят живые организмы. Общеизвестна роль кислорода для дыхания, для процессов окисления.

Кислород сравнительно мало растворим в воде – 5 объемов в 100 объемах воды. Однако, если бы весь растворенный в воде кислород перешел в атмосферу, то он занял бы огромный объем – 10 млн км3 ( н.у). Это равно примерно 1% всего кислорода в атмосфере. Образование на земле кислородной атмосферы обусловлено процессами фотосинтеза.

Открыт шведом К. Шееле ( 1771 – 1772 г.г) и англичанином Дж. Пристли ( 1774г.). Первый использовал нагревание селитры, второй – оксида ртути (+2). Название дал А.Лавуазье («оксигениум» — «рождающий кислоты»).

В свободном виде существует в двух аллотропных модификациях – «обыкновенного» кислорода О2 и озона О3.

Строение молекулы озона

3О2 = 2О3 – 285 кДжОзон в стратосфере образует тонкий слой, который поглощает большую часть биологически вредного ультрафиолетового излучения.

При хранении озон самопроизвольно превращается в кислород. Химически кислород О2 менее активен, чем озон. Электроотрицательность кислорода 3,5.