Кислород: история открытия и основные свойства


Кислород - элемент главной подгруппы шестой 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 легким 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 O2), в связи с чем его также называют дикислород. Жидкий кислород имеет светло-голубой цвет, а твердый 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 трех атомов кислорода (формула O3).

Основная статья: Открытие кислорода.

Официально считается [2] [3], что кислород был открыт английским химиком Джозефом Пристли 1 августа 1774 года путем разложения оксида ртути в герметично закрытом сосуде (Пристли направлял на это соединение солнечные лучи с помощью мощной линзы).

2HgO (t) > 2Hg + O2

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 своем 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 свое открытие в изданной в 1777 году книге (именно потому, что книга опубликована позже, чем сообщил о своем открытии Пристли, последний и считается первооткрывателем кислорода). Шееле также сообщил о своем опыте Лавуазье.

Важным этапом, который способствовал открытию кислорода, были работы французского химика Петра Байена, который опубликовал работы по окислению ртути и последующему разложению ее 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 провел 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. Происхождение названия

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

Кислород неметалл химический элемент

Нахождение в природе

Кислород - самый распространенный на Земле элемент, на его долю (в составе различных соединений, главным образом силикатов), приходится около 47,4 % массы твердой земной коры. Морские и пресные воды содержат огромное количество связанного кислорода - 88,8 % (по массе), в атмосфере содержание свободного кислорода составляет 20,95 % по объему и 23,12 % по массе. Более 1500 соединений земной коры в своем составе содержат кислород.

Кислород входит в состав многих органических веществ и присутствует во всех живых клетках. По числу атомов в живых клетках он составляет около 25 %, по массовой доле - около 65 %.

Получение

В настоящее время в промышленности кислород получают из воздуха. Основным промышленным способом получения кислорода, является криогенная ректификация. Также хорошо известны и успешно применяются в промышленности кислородные установки, работающие на основе мембранной технологии.

В лабораториях пользуются кислородом промышленного производства, поставляемым в стальных баллонах под давлением около 15 МПа.

Небольшие количества кислорода можно получать нагреванием перманганата калия KMnO4:

2KMnO4 > K2MnO4 + MnO2 + O2

Также используют реакцию каталитического разложения пероксида водорода Н2О2:

2Н2О2 > 2Н2О + О2

Катализатором является диоксид марганца (MnO2) или кусочек сырых овощей (в них содержатся ферменты, ускоряющие разложение пероксида водорода).

Кислород можно получить каталитическим разложением хлората калия (бертолетовой соли) KClO3:

2KClO3 > 2KCl + 3O2

К лабораторным способам получения кислорода относится метод электролиза водных растворов щелочей. 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).

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

Кислород не окисляет Au и Pt, галогены и инертные газы.

Кислород образует пероксиды со степенью окисления? 1.

По теории горения, разработанной А. Н. Бахом и К. О. Энглером, окисление происходит в две стадии с образованием промежуточного пероксидного соединения.

Надпероксиды имеют степень окисления? 1/2, то есть один электрон на два атома кислорода (ион O2?).

Озониды содержат ион O3? со степенью окисления? 1/3.

Ион диоксигенил O2+ имеет степень окисления +1/2.

Фториды кислорода

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

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

Кислород поддерживает процессы дыхания, горения, гниения.

В свободном виде элемент существует в двух аллотропных модификациях: O2 и O3 (озон).

Применение

Широкое промышленное применение кислорода началось в середине XX века, после изобретения турбодетандеров - устройств для сжижения и разделения жидкого воздуха.

В металлургии

Конвертерный способ производства стали или переработки штейнов связан с применением кислорода. Во многих металлургических агрегатах для более эффективного сжигания топлива вместо воздуха в горелках используют кислородно-воздушную смесь.

Сварка и резка металлов

Кислород в баллонах широко используется для газопламенной резки и сварки металлов.

Ракетное топливо

В качестве окислителя для ракетного топлива применяется жидкий кислород, пероксид водорода, азотная кислота и другие богатые кислородом соединения. Смесь жидкого кислорода и жидкого озона - один из самых мощных окислителей ракетного топлива (удельный импульс смеси водород - озон превышает удельный импульс для пары водород-фтор и водород-фторид кислорода).

В медицине:

Кислород используется для обогащения дыхательных газовых смесей при нарушении дыхания, для лечения астмы, профилактики гипоксии в виде кислородных коктейлей, кислородных подушек. В пищевой промышленности

В пищевой промышленности кислород зарегистрирован в качестве пищевой добавки E948 [5], как пропеллент и упаковочный газ. Биологическая роль кислорода

Аварийный запас кислорода в бомбоубежище:

Живые существа дышат кислородом воздуха. Широко используется кислород в медицине. При сердечно-сосудистых заболеваниях, для улучшения обменных процессов, в желудок вводят кислородную пену ("кислородный коктейль"). Подкожное введение кислорода используют при трофических язвах, слоновости, гангрене и других серьезных заболеваниях. Для обеззараживания и дезодорации воздуха и очистки питьевой воды применяют искусственное обогащение озоном. Радиоактивный изотоп кислорода 15O применяется для исследований скорости кровотока, легочной вентиляции.

Токсические производные кислорода:

Некоторые производные кислорода (т. н. реактивные формы кислорода), такие как синглетный кислород, перекись водорода, супероксид, озон и гидроксильный радикал, являются высокотоксичными продуктами. Они образуются в процессе активирования или частичного восстановления кислорода. Супероксид (супероксидный радикал), перекись водорода и гидроксильный радикал могут образовываться в клетках и тканях организма человека и животных и вызывают оксидативный стресс. 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 легкого из них 16О связано с тем, что ядро атома 16О состоит из 8 протонов и 8 нейтронов. А такие ядра, как следует из теории строения атомного ядра, обладают особой устойчивостью.

Также известны радиоактивные изотопы кислорода: от 12О до 24О. Все радиоактивные изотопы кислорода имеют малый период полураспада, а 12O распадается за 5,8 * 10-22 секунды.

См. также

Commons-logo. svg

Кислород на Викискладе?

Категория: Соединения кислорода

Жидкий кислород

Озон

Ссылки

Кислород на Webelements

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

Примечания

    1. Редкол.: Кнунянц И. Л. (гл. ред. ) Химическая энциклопедия: в 5 т. - Москва: 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. 1 2 3 Inorganic Crystal Structure Database 5. http://www. food-info. net/uk/e/e948. htm Food-Info. net: E-numbers: E948: Oxyge

Похожие статьи




Кислород: история открытия и основные свойства

Предыдущая | Следующая