КИСЛОРОД (лат. Oxygenium), O(читается «о»), химический элемент с атомным номером 8, атомная масса 15,9994.В периодической системе элементов Менделеева кислород расположен во второмпериоде в группе VIA.

Природный кислород состоит из смеситрех стабильных нуклидов с массовыми числами 16 (доминирует в смеси, его в ней99,759 % по массе), 17 (0,037%) и 18 (0,204%). Радиус нейтрального атомакислорода 0,066 нм. Конфигурация внешнего электронного слоя нейтральногоневозбужденного атома кислорода 2s2р4. Энергии последовательной ионизации атомакислорода 13,61819 и 35,118 эВ, сродство к электрону 1,467 эВ. Радиус иона О2–при разных координационных числах от 0,121 нм (координационное число 2) до0,128 нм (координационное число 8). В соединениях проявляет степень окисления–2 (валентность II) и, реже, –1 (валентность I). По шкале Полингаэлектроотрицательность кислорода 3,5 (второе место среди неметаллов послефтора).

В свободном виде кислород — газ безцвета, запаха и вкуса.

Особенности строения молекулы О2:атмосферный кислород состоит из двухатомных молекул. Межатомное расстояние вмолекуле О2 0,12074 нм. Молекулярный кислород (газообразный ижидкий) — парамагнитное вещество, в каждой молекуле О2 имеется по 2неспаренных электрона. Этот факт можно объяснить тем, что в молекуле на каждойиз двух разрыхляющих орбиталей находится по одному неспаренному электрону.

Энергия диссоциации молекулы О2на атомы довольно высока и составляет 493,57 кДж/моль.

Физические и химические свойства

Физические и химические свойства: всвободном виде встречается в виде двух модификаций О2 («обычный»кислород) и О3 (озон). О2 — газ без цвета и запаха. Принормальных условиях плотность газа кислорода 1,42897 кг/м3.Температура кипения жидкого кислорода (жидкость имеет голубой цвет) равна–182,9°C. При температурах от –218,7°C до –229,4°C существует твердый кислородс кубической решеткой (-модификация), при температурах от –229,4°C до –249,3°C— -модификация с гексагональной решеткой и при температурах ниже –249,3°C —кубическая -модификация. При повышенном давлении и низких температурах полученыи другие модификации твердого кислорода.

При 20°C растворимость газа О2:3,1 мл на 100 мл воды, 22 мл на 100 мл этанола, 23,1 мл на 100 мл ацетона.Существуют органические фторсодержащие жидкости (например,перфторбутилтетрагидрофуран), в которых растворимость кислорода значительноболее высокая.

Высокая прочность химической связимежду атомами в молекуле О2 приводит к тому, что при комнатной температурегазообразный кислород химически довольно малоактивен. В природе он медленновступает в превращения при процессах гниения. Кроме того, кислород прикомнатной температуре способен реагировать с гемоглобином крови (точнее сжелезом II гема), что обеспечивает перенос кислорода от органов дыхания кдругим органам.

Со многими веществами кислородвступает во взаимодействие без нагревания, например, со щелочными ищелочноземельными металлами (образуются соответствующие оксиды типа Li2O,CaO и др., пероксиды типа Na2O2, BaO2 и др. и супероксидытипа КО2, RbO2 и др.), вызывает образование ржавчины наповерхности стальных изделий. Без нагревания кислород реагирует с белымфосфором, с некоторыми альдегидами и другими органическими веществами.

При нагревании, даже небольшом,химическая активность кислорода резко возрастает. При поджигании он реагирует свзрывом с водородом, метаном, другими горючими газами, с большим числом простыхи сложных веществ. Известно, что при нагревании в атмосфере кислорода или навоздухе многие простые и сложные вещества сгорают, причем образуются различныеоксиды, например:

S+O2 = SO2;С + O2 = СО2

4Fe + 3O2 =2Fe2O3; 2Cu + O2 = 2CuO

4Nh4 + 3O2= 2N2 + 6h3O; 2h3S + 3O2 = 2h3O+ 2SO2

Если смесь кислорода и водородахранить в стеклянном сосуде при комнатной температуре, то экзотермическая реакцияобразования воды

2Н2 + О2 = 2Н2О+ 571 кДж

протекает крайне медленно; порасчету, первые капельки воды должны появиться в сосуде примерно через миллионлет. Но при внесении в сосуд со смесью этих газов платины или палладия(играющих роль катализатора), а также при поджигании реакция протекает свзрывом.

С азотом N2 кислородреагирует или при высокой температуре (около 1500-2000°C), или при пропусканиичерез смесь азота и кислорода электрического разряда. При этих условияхобратимо образуется оксид азота (II):

N2 + O2 = 2NO

Возникший NO затем реагирует скислородом с образованием бурого газа (диоксида азота):

2NO + О2 = 2NO2

Из неметаллов кислород напрямую нипри каких условиях не взаимодействует с галогенами, из металлов — сблагородными металлами серебром, золотом, платиной и др.

Бинарные соединения кислорода, вкоторых степень окисления атомов кислорода равна –2, называют оксидами (прежнееназвание — окислы). Примеры оксидов: оксид углерода (IV) CO2, оксидсеры (VI) SO3, оксид меди (I) Cu2O, оксид алюминия Al2O3,оксид марганца (VII) Mn2O7.

Кислород образует также соединения,в которых его степень окисления равна –1. Это — пероксиды (старое название —перекиси), например, пероксид водорода Н2О2, пероксидбария ВаО2, пероксид натрия Na2O2 и другие. Вэтих соединениях содержится пероксидная группировка — О — О —. С активнымищелочными металлами, например, с калием, кислород может образовывать такжесупероксиды, например, КО2 (супероксид калия), RbO2(супероксид рубидия). В супероксидах степень окисления кислорода –1/2. Можноотметить, что часто формулы супероксидов записывают как К2О4,Rb2O4 и т.д.

С самым активным неметаллом фторомкислород образует соединения в положительных степенях окисления. Так, всоединении O2F2 степень окисления кислорода +1, а всоединении O2F — +2. Эти соединения принадлежат не к оксидам, а кфторидам. Фториды кислорода можно синтезировать только косвенным путем,например, действуя фтором F2 на разбавленные водные растворы КОН.

История открытия

История открытия кислорода, как иазота, связана с продолжавшимся несколько веков изучением атмосферного воздуха.О том, что воздух по своей природе не однороден, а включает части, одна изкоторых поддерживает горение и дыхание, а другая — нет, знали еще в 8 векекитайский алхимик Мао Хоа, а позднее в Европе — Леонардо да Винчи. В 1665английский естествоиспытатель Р. Гук писал, что воздух состоит из газа,содержащегося в селитре, а также из неактивного газа, составляющего большуючасть воздуха. О том, что воздух содержит элемент, поддерживающий жизнь, в 18веке было известно многим химикам. Шведский аптекарь и химик Карл Шееле начализучать состав воздуха в 1768. В течение трех лет он разлагал нагреваниемселитры (KNO3, NaNO3) и другие вещества и получал«огненный воздух», поддерживающий дыхание и горение. Но результаты своих опытовШееле обнародовал только в 1777 году в книге «Химический трактат о воздухе иогне». В 1774 английский священник и натуралист Дж. Пристли нагреванием «жженойртути» (оксида ртути HgO) получил газ, поддерживающий горение. Будучи в Париже,Пристли, не знавший, что полученный им газ входит в состав воздуха, сообщил освоем открытии А. Лавуазье и другим ученым. К этому времени был открыт и азот.В 1775 Лавуазье пришел к выводу, что обычный воздух состоит из двух газов —газа, необходимого для дыхания и поддерживающего горение, и газа«противоположного характера» — азота. Лавуазье назвал поддерживающий горениегаз oxygene — «образующий кислоты» (от греч. oxys — кислый и gennao — рождаю;отсюда и русское название «кислород»), так как он тогда считал, что все кислотысодержат кислород. Давно уже известно, что кислоты бывают каккислородсодержащими, так и бескислородными, но название, данное элементуЛавуазье, осталось неизменным. На протяжении почти полутора веков 1/16 частьмассы атома кислорода служила единицей сравнения масс различных атомов междусобой и использовалась при численной характеристике масс атомов различныхэлементов (так называемая кислородная шкала атомных масс).

Нахождение в природе: кислород —самый распространенный на Земле элемент, на его долю (в составе различныхсоединений, главным образом силикатов), приходится около 47,4% массы твердойземной коры. Морские и пресные воды содержат огромное количество связанногокислорода — 88,8% (по массе), в атмосфере содержание свободного кислородасоставляет 20,95 % (по объему). Элемент кислород входит в состав более 1500соединений земной коры.

Получение:

В настоящее время кислород впромышленности получают за счет разделения воздуха при низких температурах.Сначала воздух сжимают компрессором, при этом воздух разогревается. Сжатомугазу дают охладиться до комнатной температуры, а затем обеспечивают егосвободное расширение. При расширении температура газа резко понижается.Охлажденный воздух, температура которого на несколько десятков градусов нижетемпературы окружающей среды, вновь подвергают сжатию до 10-15 МПа. Затем сноваотбирают выделившуюся теплоту. Через несколько циклов «сжатие—расширение»температура падает ниже температуры кипения и кислорода, и азота. Образуетсяжидкий воздух, который затем подвергают перегонке (дистилляции). Температуракипения кислорода (–182,9°C) более чем на 10 градусов выше, чем температуракипения азота (–195,8°C). Поэтому из жидкости азот испаряется первым, а востатке накапливается кислород. За счет медленной (фракционной) дистилляцииудается получить чистый кислород, в котором содержание примеси азота составляетменее 0,1 объемного процента.

Еще более чистый кислород можнополучить при электролизе водных растворов щелочей (NaOH или KOH) или солейкислородсодержащих кислот (обычно используют раствор сульфата натрия Na2SO4). Влаборатории небольшие количества не очень чистого кислорода можно получить принагревании перманганата калия KMnO4:

2KMnO4 = K2MnO4+ MnO2 + O2.

Более чистый кислород получаютразложением пероксида водорода Н2О2 в присутствиикаталитических количеств твердого диоксида марганца MnO2:

2Н2О2 = 2Н2О + О2.

Кислород образуется при сильном(выше 600°C) прокаливании нитрата натрия NaNO3:

2NaNO3 =2NaNO2+ О2,

при нагревании некоторых высшихоксидов:

4CrO3 = 2Cr2O3+ 3О2;

2PbO2 = 2PbO + О2;

3MnO2 = Mn3O4+ О2.

Ранее кислород получали разложениембертолетовой соли KClO3 в присутствии каталитических количествдиоксида марганца MnO2:

2KClO3 = 2KCl + 3О2.

Однако бертолетова соль образуетвзрывчатые смеси, поэтому ее для получения кислорода в лабораториях теперь неиспользуют. Разумеется, сейчас никому в голову не придет использовать дляполучения кислорода прокаливание оксида ртути HgO, так как образующийся в этойреакции кислород загрязнен ядовитыми парами ртути.

Источником кислорода в космическихкораблях, подводных лодках и т. п. замкнутых помещениях служит смесь пероксиданатрия Na2O2 и супероксида калия KO2. Привзаимодействии этих соединений с углекислым газом освобождается кислород:

2Na2O2 + 2CO2= 2Na2CO3 + O2,

4КО2 + 2СО2 =2К2СО3 + 3О2.

Если использовать смесь Na2O2и КО2, взятых в молярном отношении 1:1, то на каждый мольпоглощенного из воздуха углекислого газа будет выделяться 1 моль кислорода, такчто состав воздуха не будет изменяться за счет поглощения при дыхании кислородаи выделения СО2.

Применение:

Применение кислорода оченьразнообразно. Основные количества получаемого из воздуха кислорода используютсяв металлургии. Кислородное (а не воздушное) дутье в домнах позволяетсущественно повышать скорость доменного процесса, экономить кокс и получатьчугун лучшего качества. Кислородное дутье применяют в кислородных конвертерахпри переделе чугуна в сталь. Чистый кислород или воздух, обогащенныйкислородом, используется при получении и многих других металлов (меди, никеля,свинца и др.). Кислород используют при резке и сварке металлов. При этомприменяют «баллонный» кислород. В баллоне кислород может находиться поддавлением до 15 МПа. Баллоны с кислородом окрашены в голубой цвет.

Жидкий кислород — мощный окислитель,его используют как компонент ракетного топлива. Пропитанные жидким кислородомтакие легко окисляющиеся материалы, как древесные опилки, вата, угольныйпорошок и др. (эти смеси называют оксиликвитами), используют как взрывчатыевещества, применяемые, например, при прокладке дорог в горах.

Биологическая роль:

Кислород в атмосфере Земли началнакапливаться в результате деятельности первичных фотосинтезирующих организмов,появившихся, вероятно, около 2,8 млрд. лет назад. Полагают, что 2 млрд. летназад атмосфера уже содержала около 1% кислорода; постепенно извосстановительной она превращалась в окислительную и примерно 400 млн. летназад приобрела современный состав. Наличие в атмосфере кислорода взначительной степени определило характер биологической эволюции. Аэробный (сучастием О2) обмен веществ возник позже анаэробного (без участия О2),но именно реакции биологического окисления, более эффективные, чем древниеэнергетические процессы брожения и гликолиза, снабжают живые организмы большейчастью необходимой им энергии. Исключение составляют облигатные анаэробы,например, некоторые паразиты, для которых кислород является ядом. Использованиекислорода, обладающего высоким окислительно-восстановительным потенциалом, вкачестве конечного акцептора электронов в цепи дыхательных ферментов, привело квозникновению биохимического механизма дыхания современного типа. Этот механизми обеспечивает энергией аэробные организмы.

Кислород — основной биогенныйэлемент, входящий в состав молекул всех важнейших веществ, обеспечивающихструктуру и функции клеток — белков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов, атакже множества низкомолекулярных соединений. В каждом растении или животномкислорода гораздо больше, чем любого другого элемента (в среднем около 70%).Мышечная ткань человека содержит 16% кислорода, костная ткань — 28.5%; всего ворганизме среднего человека (масса тела 70 кг) содержится 43 кг кислорода. В организмживотных и человека кислород поступает в основном через органы дыхания(свободный кислород) и с водой (связанный кислород). Потребность организма вкислороде определяется уровнем (интенсивностью) обмена веществ, который зависитот массы и поверхности тела, возраста, пола, характера питания, внешних условийи др. В экологии как важную энергетическую характеристику определяют отношениесуммарного дыхания (то есть суммарных окислительных процессов) сообществаорганизмов к его суммарной биомассе.

Небольшие количества кислородаиспользуют в медицине: кислородом (из так называемых кислородных подушек) даютнекоторое время дышать больным, у которых затруднено дыхание. Нужно, однако,иметь в виду, что длительное вдыхание воздуха, обогащенного кислородом, опаснодля здоровья человека. Высокие концентрации кислорода вызывают в тканяхобразование свободных радикалов, нарушающих структуру и функции биополимеров.Сходным действием на организм обладают и ионизирующие излучения. Поэтомупонижение содержания кислорода (гипоксия) в тканях и клетках при облученииорганизма ионизирующей радиацией обладает защитным действием — так называемыйкислородный эффект. Этот эффект используют в лучевой терапии: повышаясодержание кислорода в опухоли и понижая его содержание в окружающих тканяхусиливают лучевое поражение опухолевых клеток и уменьшают повреждение здоровых.При некоторых заболеваниях применяют насыщение организма кислородом подповышенным давлением — гипербарическую оксигенацию.

www.ronl.ru

Реферат Кислород

скачать

Реферат на тему:

План:

1 История открытия
2 Происхождение названия
3 Нахождение в природе
4 Получение
5 Физические свойства
6 Химические свойства
7 Применение
- 7.1 В металлургии
- 7.2 Сварка и резка металлов
- 7.3 Ракетное топливо
- 7.4 В медицине
- 7.5 В пищевой промышленности
8 Биологическая роль кислорода
9 Токсические производные кислорода
10 Изотопы

Введение

Кислоро́д — 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 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 O2), 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 O3).

1. История открытия

Официально считается[2][3], 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).

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 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 Петра 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 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.

2. 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 окислы, именуемые по современной международной номенклатуре оксидами.

3. 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 объёму 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 %.

4. 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.

5. Физические свойства

Холодная вода содержит больше растворенного O2

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

1 л его имеет массу 1,429 г. Немного тяжелее воздуха. Слабо растворяется в воде (4,9 мл/100г при 0 °C, 2,09 мл/100г при 50 °C) и спирте (2,78 мл/100г при 25 °C). Хорошо растворяется в расплавленном серебре (22 объёма O2 в 1 объёме Ag при 961 °C). Является парамагнетиком.

При нагревании газообразного кислорода происходит его обратимая диссоциация на атомы: при 2000 °C — 0,03 %, при 2600 °C — 1 %, 4000 °C — 59 %, 6000 °C — 99,5 %.

Жидкий кислород (темп. кипения −182,98 °C) — это бледно-голубая жидкость.

Фазовая диаграмма O2

Твёрдый кислород (темп. плавления −218,79 °C) — синие кристаллы. Известны шесть кристаллических фаз, из которых три существуют при давлении в 1 атм.:

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

Ещё три фазы образуются при высоких давлениях:

δ-О2 интервал температур 20-240 К и давление 6-8 ГПа, оранжевые кристаллы;
ε-О2 давление от 10 и до 96 ГПа, цвет кристаллов от тёмно-красного до чёрного, моноклинная сингония;
ζ-О2 давление более 96 ГПа, металлическое состояние с характерным металлическим блеском, при низких температурах переходит в сверхпроводящее состояние.

6. 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:

$~\mathrm{4Li+O_2 \ \xrightarrow \ 2Li_2O}$ $~\mathrm{2Sr+O_2 \ \xrightarrow \ 2SrO}$

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

$~\mathrm{2NO+O_2 \ \xrightarrow \ 2NO_2}$

Окисляет большинство органических соединений:

$~\mathrm{CH_3CH_2OH+3O_2 \ \xrightarrow \ 2CO_2+3H_2O}$

При определенных условиях можно провести мягкое окисление органического соединения:

$~\mathrm{CH_3CH_2OH+O_2 \ \xrightarrow \ CH_3COOH+H_2O}$

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

Кислород образует пероксиды со степенью окисления −1.

Например, пероксиды получаются при сгорании щелочных металлов в кислороде:

$~\mathrm{2Na+O_2 \ \xrightarrow \ Na_2O_2}$

Некоторые оксиды поглощают кислород:

$~\mathrm{2BaO+O_2 \ \xrightarrow \ 2BaO_2}$

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 перекись водорода:

$~\mathrm{H_2+O_2 \ \xrightarrow \ H_2O_2}$

Надпероксиды имеют степень окисления −1/2, то есть один электрон на два атома кислорода (ион O2−). Получают взаимодействием пероксидов с кислородом при повышенных давлении и температуре:

$~\mathrm{Na_2O_2+O_2 \ \xrightarrow \ 2NaO_2}$

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

$~\mathrm{K+O_2 \ \xrightarrow \ KO_2}$

Озониды содержат ион O3− со степенью окисления −1/3. Получают действием озона на гидроксиды щелочных металлов:

$~\mathrm{KOH+O_3 \ \xrightarrow \ KO_3+KOH+O_2}$

Ион диоксигенил O2+ имеет степень окисления +1/2. Получают по реакции:

$~\mathrm{PtF_6+O_2 \ \xrightarrow \ O_2PtF_6}$

Фториды кислорода

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

$~\mathrm{2F_2+2NaOH \ \xrightarrow \ OF_2+2NaF+H_2O}$

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.

Квантовомеханические расчёты предсказывают устойчивое существование иона трифторгидроксония (англ.)[5] 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).

7. Применение

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

7.1. 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.

7.2. Сварка и резка металлов

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

7.3. 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).

7.4. В медицине

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

7.5. В пищевой промышленности

В пищевой промышленности кислород зарегистрирован в качестве пищевой добавки E948[6], как пропеллент и упаковочный газ.

8. Биологическая роль кислорода

Аварийный запас кислорода в бомбоубежище

Большинство живых существ (аэробы) 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 серьёзных заболеваниях. Для обеззараживания и дезодорации воздуха и очистки питьевой воды применяют искусственное обогащение озоном. Радиоактивный изотоп кислорода 15O применяется для исследований скорости кровотока, лёгочной вентиляции.

9. 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.

10. Изотопы

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.

wreferat.baza-referat.ru

Реферат по химии на тему кислород

1 августа 1774 года я попытался извлечь воздух из ртутной окалины инашел, что воздух легко может быть изгнан из нее посредством линзы.Этот воздух не поглощался водой. Каково же было мое изумление, когда яобнаружил, что свеча горит в этом воздухе необычайно ярким пламенем.Тщетно пытался я найти объяснение этому явлению.Джозеф ПристлиТо, что кислород невидим, безвкусен, лишен запаха, газообразен приобычных условиях, надолго задержало его открытие.Многие ученые прошлого догадывались, что существует вещество сосвойствами, которые, как мы теперь знаем, присущи кислороду.Изобретатель подводной лодки К. Дреббель еще в начале XVII в. выделилкислород, выяснил роль этого газа для дыхания и использовал его всвоей подводной лодке. Но работы Дреббеля практически не повлияли наразвитие химии. Его изобретение носило военный характер, и все, чтобыло так или иначе связано с ним, постарались своевременнозасекретить.Кислород открыли почти одновременно два выдающихся химика второйполовины XVIII в. швед Карл Вильгельм Шееле и англичанин ДжозефПристли. Шееле получил кислород раньше, но его трактат «О воздухе иогне», содержавший информацию о кислороде, был опубликован позже, чемсообщение об открытии Пристли.И всетаки главная фигура в истории открытия кислорода не Шееле и неПристли. Они открыли новый газ и только. Открыли кислород и до концадней своих остались ревностными защитниками теории флогистона! Теориинекогда полезной, но к концу XVIII в. ставшей уже «кандалами на ногахнауки».Позже Фридрих Энгельс напишет об этом: «Оба они так и не узнали, чтооказалось у них в руках. Элемент, которому суждено былореволюционизировать химию, пропадал в их руках бесследно… Собственнооткрывшим кислород, поэтому остается Лавуазье, а не те двое, которыетолько описали кислород, даже не догадываясь, что они описывают».Великий французский химик Антуан Лоран Лавуазье (тогда еще оченьмолодой) узнал о кислороде от самого Пристли. Спустя два месяца послеоткрытия «дефлогистонированного воздуха» Пристли приехал в Париж иподробно рассказал о том, как было сделано это открытие и из какихвеществ (ртутная и свинцовая окалины) новый «воздух» выделяется.До встречи с Пристли Лавуазье не знал, что в горении и дыханиипринимает участие только часть воздуха. Теперь он поновому поставилначатые двумя годами раньше исследования горения. Для них характеренскрупулезный количественный подход: все, что можно, взвешивалось иликаклибо иначе измерялось.Лавуазье наблюдал образование красных чешуек «ртутной окалины» иуменьшение объема воздуха при нагревании ртути в запаянной реторте. Вдругой реторте, применив высокотемпературный нагрев, он разложилполученные в предыдущем опыте 2,7 С «ртутной окалины» и получил 2,5 Сртути и 8 кубических дюймов того самого газа, о котором рассказывалПристли. В первом опыте, в котором часть ртути была превращена вокалину, было «потеряно» как раз 8 кубических дюймов воздуха, аостаток его стал «азотом» – не жизненным, не поддерживающим нидыхания, ни горения. Газ, выделенный при разложении окалины, проявлялпротивоположные свойства, и потому Лавуазье вначале назвал его«жизненным газом». Лавуазье выяснил сущность горения. И надобность вфлогистоне – «огненной материи», якобы выделяющейся при сгораниилюбых горючих, отпала.Кислородная теория горения пришла на смену теории флогистона. За двавека, прошедших со времени открытия, теория Лавуазье не только не былаопровергнута, но еще более укрепилась.Это не значит, конечно, что об элементе №8 современной науке известноабсолютно все.

Кислород самый распространенный элемент на нашей планете. Он входит всостав воды (88,9%), а ведь она покрывает 2 /з поверхности земногошара, образуя его водную оболочку гидросферу. Кислород вторая поколичеству и первая по значению для жизни составная часть воздушнойоболочки Земли атмосферы, где на его долю приходится 21% (по объему) и23,15% (по массе). Кислород входит в состав многочисленных минераловтвердой оболочки земной коры литосферы: из каждых 100 атомов земнойкоры на долю кислорода приходится 58 атомов. Как вы уже знаете, обычный кислород существует в форме О 2 . Это газбез цвета, запаха и вкуса. В жидком состоянии имеет светлоголубуюокраску, в твердом синюю. В воде газообразный кислород растворимлучше, чем азот и водород.а) В составе простых веществ. Кислород взаимодействует почти со всеми простыми веществами, кромегалогенов, благородных газов, золота и платиновых металлов. Например,энергично реагирует с металлами: щелочными, образуя оксиды М 2 О и пероксиды М 2 О 2 ; с железом, образуя железную окалину Ге 3 О 4 ; салюминием, образуя оксид А1 2 О 3 .Реакции неметаллов с кислородом протекают очень часто с выделениембольшого количества тепла и сопровождаются воспламенением реакциигорения. Вспомните горение серы с образованием S О 2 , фосфора собразованием Р 2 О 5 или угля с образованием СО 2 .Почти все реакции с участием кислорода экзотермические. Исключениесоставляет взаимодействие азота с кислородом: это эндотермическаяреакция, которая протекает при температуре выше 1200 °С или приэлектрическом разряде: N 2 + O 2 2NO – Q в) в составе сложных веществ Кислород энергично окисляет не только простые, но и сложные вещества,при этом образуется оксиды элементов, из которых они построены.СН 4 + 2О 2 = 2Н 2 О + СО 2 Метан2Н 2 S + ЗО 2 = 2 S О2 + 2Н 2 О Высокая окислительная способность кислорода лежит в основе горениявсех видов топлива.Кислород участвует и в процессах медленного окисления различныхвеществ при обычной температуре. Эти процессы не менее важны, чемреакции горения. Так, медленное окисление пищи в нашем организмеявляется источником энергии, за счет которой живет организм. Кислороддля этой цели доставляется гемоглобином крови, который способенобразовывать с ним непрочное соединение уже при комнатной температуре.Окисленный гемоглобин оксигемоглобин доставляет во все ткани и клеткиорганизма кислород, который окисляет белки, жиры и углеводы (составныечасти пищи), образуя при этом углекислый газ и воду и освобождаяэнергию, необходимую для деятельности организма.Исключительно важна роль кислорода в процессе дыхания человека иживотных.Растения также поглощают атмосферный кислород. Но если в темноте идеттолько процесс поглощения растениями кислорода, то на свету протекаетеще один противоположный ему процесс — фотосинтез, в результатекоторого растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Таккак процесс фотосинтеза идет более интенсивно, то в итоге на светурастения выделяют гораздо больше кислорода, чем поглощают его придыхании. Таким образом, содержание свободного кислорода Землисохраняется благодаря жизнедеятельности зеленых растений.

Высокая окислительная способность кислорода лежит в основе горениявсех видов топлива.Кислород участвует и в процессах медленного окисления различныхвеществ при обычной температуре. Эти процессы не менее важны, чемреакции горения. Так, медленное окисление пищи в нашем организмеявляется источником энергии, за счет которой живет организм. Кислороддля этой цели доставляется гемоглобином крови, который способенобразовывать с нимнепрочное соединение уже при комнатной температуре. Окисленныйгемоглобин оксигемоглобин доставляет во все ткани и клетки организмакислород, который окисляет белки, жиры и углеводы (составные частипищи), образуя при этом углекислый газ и воду и освобождая энергию,необходимую для деятельности организма.Исключительно важна роль кислорода в процессе дыхания человека иживотных. Растения также поглощают атмосферный кислород. Но если втемноте идет только процесс поглощения растениями кислорода, то насвету протекает еще один противоположный ему процесс —фотосинтез, в результате которого растения поглощают углекислый газ ивыделяют кислород. Так как процесс фотосинтеза идет более интенсивно,то в итоге на свету растения выделяют гораздо больше кислорода, чемпоглощают его при дыхании. Таким образом, содержание свободногокислорода Земли сохраняется благодаря жизнедеятельности зеленыхрастений.

refworm.ru

Доклад - Кислород - Химия

Министерство образования и науки РФ

РЕФЕРАТ

ПО ТЕМЕ

«КИСЛОРОД»

Выполнил:

Проверил:

-2007-

Общая характеристика кислорода.

КИСЛОРОД (лат. Oxygenium), O (читается «о»), химический элемент с атомным номером 8, атомная масса 15,9994. В периодической системе элементов Менделеева кислород расположен во втором периоде в группе VIA.

Природный кислород состоит из смеси трех стабильных нуклидов с массовыми числами 16 (доминирует в смеси, его в ней 99,759 % по массе), 17 (0,037%) и 18 (0,204%). Радиус нейтрального атома кислорода 0,066 нм. Конфигурация внешнего электронного слоя нейтрального невозбужденного атома кислорода 2s2р4. Энергии последовательной ионизации атома кислорода 13,61819 и 35,118 эВ, сродство к электрону 1,467 эВ. Радиус иона О2 – при разных координационных числах от 0,121 нм (координационное число 2) до 0,128 нм (координационное число 8). В соединениях проявляет степень окисления –2 (валентность II) и, реже, –1 (валентность I). По шкале Полинга электроотрицательность кислорода 3,5 (второе место среди неметаллов после фтора).

В свободном виде кислород — газ без цвета, запаха и вкуса.

Особенности строения молекулы О2: атмосферный кислород состоит из двухатомных молекул. Межатомное расстояние в молекуле О2 0,12074 нм. Молекулярный кислород (газообразный и жидкий) — парамагнитное вещество, в каждой молекуле О2 имеется по 2 неспаренных электрона. Этот факт можно объяснить тем, что в молекуле на каждой из двух разрыхляющих орбиталей находится по одному неспаренному электрону.

Энергия диссоциации молекулы О2 на атомы довольно высока и составляет 493,57 кДж/моль.

Физические и химические свойства

Физические и химические свойства: в свободном виде встречается в виде двух модификаций О2 («обычный» кислород) и О3 (озон). О2 — газ без цвета и запаха. При нормальных условиях плотность газа кислорода 1,42897 кг/м3. Температура кипения жидкого кислорода (жидкость имеет голубой цвет) равна –182,9°C. При температурах от –218,7°C до –229,4°C существует твердый кислород с кубической решеткой (-модификация), при температурах от –229,4°C до –249,3°C — -модификация с гексагональной решеткой и при температурах ниже –249,3°C — кубическая -модификация. При повышенном давлении и низких температурах получены и другие модификации твердого кислорода.

При 20°C растворимость газа О2: 3,1 мл на 100 мл воды, 22 мл на 100 мл этанола, 23,1 мл на 100 мл ацетона. Существуют органические фторсодержащие жидкости (например, перфторбутилтетрагидрофуран), в которых растворимость кислорода значительно более высокая.

Высокая прочность химической связи между атомами в молекуле О2 приводит к тому, что при комнатной температуре газообразный кислород химически довольно малоактивен. В природе он медленно вступает в превращения при процессах гниения. Кроме того, кислород при комнатной температуре способен реагировать с гемоглобином крови (точнее с железом II гема), что обеспечивает перенос кислорода от органов дыхания к другим органам.

Со многими веществами кислород вступает во взаимодействие без нагревания, например, со щелочными и щелочноземельными металлами (образуются соответствующие оксиды типа Li2 O, CaO и др., пероксиды типа Na2 O2, BaO2 и др. и супероксиды типа КО2, RbO2 и др.), вызывает образование ржавчины на поверхности стальных изделий. Без нагревания кислород реагирует с белым фосфором, с некоторыми альдегидами и другими органическими веществами.

При нагревании, даже небольшом, химическая активность кислорода резко возрастает. При поджигании он реагирует с взрывом с водородом, метаном, другими горючими газами, с большим числом простых и сложных веществ. Известно, что при нагревании в атмосфере кислорода или на воздухе многие простые и сложные вещества сгорают, причем образуются различные оксиды, например:

S+O2 = SO2; С + O2 = СО2

4Fe + 3O2 = 2Fe2 O3; 2Cu + O2 = 2CuO

4Nh4 + 3O2 = 2N2 + 6h3 O; 2h3 S + 3O2 = 2h3 O + 2SO2

Если смесь кислорода и водорода хранить в стеклянном сосуде при комнатной температуре, то экзотермическая реакция образования воды

2Н2 + О2 = 2Н2 О + 571 кДж

протекает крайне медленно; по расчету, первые капельки воды должны появиться в сосуде примерно через миллион лет. Но при внесении в сосуд со смесью этих газов платины или палладия (играющих роль катализатора), а также при поджигании реакция протекает с взрывом.

С азотом N2 кислород реагирует или при высокой температуре (около 1500-2000°C), или при пропускании через смесь азота и кислорода электрического разряда. При этих условиях обратимо образуется оксид азота (II):

N2 + O2 = 2NO

Возникший NO затем реагирует с кислородом с образованием бурого газа (диоксида азота):

2NO + О2 = 2NO2

Из неметаллов кислород напрямую ни при каких условиях не взаимодействует с галогенами, из металлов — с благородными металлами серебром, золотом, платиной и др.

Бинарные соединения кислорода, в которых степень окисления атомов кислорода равна –2, называют оксидами (прежнее название — окислы). Примеры оксидов: оксид углерода (IV) CO2, оксид серы (VI) SO3, оксид меди (I) Cu2 O, оксид алюминия Al2 O3, оксид марганца (VII) Mn2 O7.

Кислород образует также соединения, в которых его степень окисления равна –1. Это — пероксиды (старое название — перекиси), например, пероксид водорода Н2 О2, пероксид бария ВаО2, пероксид натрия Na2 O2 и другие. В этих соединениях содержится пероксидная группировка — О — О —. С активными щелочными металлами, например, с калием, кислород может образовывать также супероксиды, например, КО2 (супероксид калия), RbO2 (супероксид рубидия). В супероксидах степень окисления кислорода –1/2. Можно отметить, что часто формулы супероксидов записывают как К2 О4, Rb2 O4 и т.д.

С самым активным неметаллом фтором кислород образует соединения в положительных степенях окисления. Так, в соединении O2 F2 степень окисления кислорода +1, а в соединении O2 F — +2. Эти соединения принадлежат не к оксидам, а к фторидам. Фториды кислорода можно синтезировать только косвенным путем, например, действуя фтором F2 на разбавленные водные растворы КОН.

История открытия

История открытия кислорода, как и азота, связана с продолжавшимся несколько веков изучением атмосферного воздуха. О том, что воздух по своей природе не однороден, а включает части, одна из которых поддерживает горение и дыхание, а другая — нет, знали еще в 8 веке китайский алхимик Мао Хоа, а позднее в Европе — Леонардо да Винчи. В 1665 английский естествоиспытатель Р. Гук писал, что воздух состоит из газа, содержащегося в селитре, а также из неактивного газа, составляющего большую часть воздуха. О том, что воздух содержит элемент, поддерживающий жизнь, в 18 веке было известно многим химикам. Шведский аптекарь и химик Карл Шееле начал изучать состав воздуха в 1768. В течение трех лет он разлагал нагреванием селитры (KNO3, NaNO3 ) и другие вещества и получал «огненный воздух», поддерживающий дыхание и горение. Но результаты своих опытов Шееле обнародовал только в 1777 году в книге «Химический трактат о воздухе и огне». В 1774 английский священник и натуралист Дж. Пристли нагреванием «жженой ртути» (оксида ртути HgO) получил газ, поддерживающий горение. Будучи в Париже, Пристли, не знавший, что полученный им газ входит в состав воздуха, сообщил о своем открытии А. Лавуазье и другим ученым. К этому времени был открыт и азот. В 1775 Лавуазье пришел к выводу, что обычный воздух состоит из двух газов — газа, необходимого для дыхания и поддерживающего горение, и газа «противоположного характера» — азота. Лавуазье назвал поддерживающий горение газ oxygene — «образующий кислоты» (от греч. oxys — кислый и gennao — рождаю; отсюда и русское название «кислород»), так как он тогда считал, что все кислоты содержат кислород. Давно уже известно, что кислоты бывают как кислородсодержащими, так и бескислородными, но название, данное элементу Лавуазье, осталось неизменным. На протяжении почти полутора веков 1/16 часть массы атома кислорода служила единицей сравнения масс различных атомов между собой и использовалась при численной характеристике масс атомов различных элементов (так называемая кислородная шкала атомных масс).

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). Элемент кислород входит в состав более 1500 соединений земной коры.

Получение:

В настоящее время кислород в промышленности получают за счет разделения воздуха при низких температурах. Сначала воздух сжимают компрессором, при этом воздух разогревается. Сжатому газу дают охладиться до комнатной температуры, а затем обеспечивают его свободное расширение. При расширении температура газа резко понижается. Охлажденный воздух, температура которого на несколько десятков градусов ниже температуры окружающей среды, вновь подвергают сжатию до 10-15 МПа. Затем снова отбирают выделившуюся теплоту. Через несколько циклов «сжатие—расширение» температура падает ниже температуры кипения и кислорода, и азота. Образуется жидкий воздух, который затем подвергают перегонке (дистилляции). Температура кипения кислорода (–182,9°C) более чем на 10 градусов выше, чем температура кипения азота (–195,8°C). Поэтому из жидкости азот испаряется первым, а в остатке накапливается кислород. За счет медленной (фракционной) дистилляции удается получить чистый кислород, в котором содержание примеси азота составляет менее 0,1 объемного процента.

Еще более чистый кислород можно получить при электролизе водных растворов щелочей (NaOH или KOH) или солей кислородсодержащих кислот (обычно используют раствор сульфата натрия Na2SO4). В лаборатории небольшие количества не очень чистого кислорода можно получить при нагревании перманганата калия KMnO4:

2KMnO4 = K2 MnO4 + MnO2 + O2.

Более чистый кислород получают разложением пероксида водорода Н2 О2 в присутствии каталитических количеств твердого диоксида марганца MnO2:

2Н2О2 = 2Н2О + О2.

Кислород образуется при сильном (выше 600°C) прокаливании нитрата натрия NaNO3:

2NaNO3 =2NaNO2 + О2,

при нагревании некоторых высших оксидов:

4CrO3 = 2Cr2 O3 + 3О2;

2PbO2 = 2PbO + О2;

3MnO2 = Mn3 O4 + О2.

Ранее кислород получали разложением бертолетовой соли KClO3 в присутствии каталитических количеств диоксида марганца MnO2:

2KClO3 = 2KCl + 3О2.

Однако бертолетова соль образует взрывчатые смеси, поэтому ее для получения кислорода в лабораториях теперь не используют. Разумеется, сейчас никому в голову не придет использовать для получения кислорода прокаливание оксида ртути HgO, так как образующийся в этой реакции кислород загрязнен ядовитыми парами ртути.

Источником кислорода в космических кораблях, подводных лодках и т. п. замкнутых помещениях служит смесь пероксида натрия Na2 O2 и супероксида калия KO2. При взаимодействии этих соединений с углекислым газом освобождается кислород:

2Na2 O2 + 2CO2 = 2Na2 CO3 + O2,

4КО2 + 2СО2 = 2К2 СО3 + 3О2.

Если использовать смесь Na2 O2 и КО2, взятых в молярном отношении 1:1, то на каждый моль поглощенного из воздуха углекислого газа будет выделяться 1 моль кислорода, так что состав воздуха не будет изменяться за счет поглощения при дыхании кислорода и выделения СО2.

Применение:

Применение кислорода очень разнообразно. Основные количества получаемого из воздуха кислорода используются в металлургии. Кислородное (а не воздушное) дутье в домнах позволяет существенно повышать скорость доменного процесса, экономить кокс и получать чугун лучшего качества. Кислородное дутье применяют в кислородных конвертерах при переделе чугуна в сталь. Чистый кислород или воздух, обогащенный кислородом, используется при получении и многих других металлов (меди, никеля, свинца и др.). Кислород используют при резке и сварке металлов. При этом применяют «баллонный» кислород. В баллоне кислород может находиться под давлением до 15 МПа. Баллоны с кислородом окрашены в голубой цвет.

Жидкий кислород — мощный окислитель, его используют как компонент ракетного топлива. Пропитанные жидким кислородом такие легко окисляющиеся материалы, как древесные опилки, вата, угольный порошок и др. (эти смеси называют оксиликвитами), используют как взрывчатые вещества, применяемые, например, при прокладке дорог в горах.

Биологическая роль:

Кислород в атмосфере Земли начал накапливаться в результате деятельности первичных фотосинтезирующих организмов, появившихся, вероятно, около 2,8 млрд. лет назад. Полагают, что 2 млрд. лет назад атмосфера уже содержала около 1% кислорода; постепенно из восстановительной она превращалась в окислительную и примерно 400 млн. лет назад приобрела современный состав. Наличие в атмосфере кислорода в значительной степени определило характер биологической эволюции. Аэробный (с участием О2 ) обмен веществ возник позже анаэробного (без участия О2 ), но именно реакции биологического окисления, более эффективные, чем древние энергетические процессы брожения и гликолиза, снабжают живые организмы большей частью необходимой им энергии. Исключение составляют облигатные анаэробы, например, некоторые паразиты, для которых кислород является ядом. Использование кислорода, обладающего высоким окислительно-восстановительным потенциалом, в качестве конечного акцептора электронов в цепи дыхательных ферментов, привело к возникновению биохимического механизма дыхания современного типа. Этот механизм и обеспечивает энергией аэробные организмы.

Кислород — основной биогенный элемент, входящий в состав молекул всех важнейших веществ, обеспечивающих структуру и функции клеток — белков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов, а также множества низкомолекулярных соединений. В каждом растении или животном кислорода гораздо больше, чем любого другого элемента (в среднем около 70%). Мышечная ткань человека содержит 16% кислорода, костная ткань — 28.5%; всего в организме среднего человека (масса тела 70 кг) содержится 43 кг кислорода. В организм животных и человека кислород поступает в основном через органы дыхания (свободный кислород) и с водой (связанный кислород). Потребность организма в кислороде определяется уровнем (интенсивностью) обмена веществ, который зависит от массы и поверхности тела, возраста, пола, характера питания, внешних условий и др. В экологии как важную энергетическую характеристику определяют отношение суммарного дыхания (то есть суммарных окислительных процессов) сообщества организмов к его суммарной биомассе.

Небольшие количества кислорода используют в медицине: кислородом (из так называемых кислородных подушек) дают некоторое время дышать больным, у которых затруднено дыхание. Нужно, однако, иметь в виду, что длительное вдыхание воздуха, обогащенного кислородом, опасно для здоровья человека. Высокие концентрации кислорода вызывают в тканях образование свободных радикалов, нарушающих структуру и функции биополимеров. Сходным действием на организм обладают и ионизирующие излучения. Поэтому понижение содержания кислорода (гипоксия) в тканях и клетках при облучении организма ионизирующей радиацией обладает защитным действием — так называемый кислородный эффект. Этот эффект используют в лучевой терапии: повышая содержание кислорода в опухоли и понижая его содержание в окружающих тканях усиливают лучевое поражение опухолевых клеток и уменьшают повреждение здоровых. При некоторых заболеваниях применяют насыщение организма кислородом под повышенным давлением — гипербарическую оксигенацию.

www.ronl.ru

Реферат - Кислород - Элементы периодической системы менделеева

Содержание 1. Открытие элемента кислород 2. Нахождение кислорода в природе а) в составе простых веществ в) в составе сложных веществ 3. Положение в таблице Д.И. Менделеева, строение 4. Сравнение окисление, восстановление и размер атома кислорода с элементами стоящими с ним в этойже группе и подгруппе, в томже периоде 5.Физические свойства алотропных видоизменений в кислороде 6. Получение кислорода а) в лаборатории в) в промышленности 7. Химические свойства кислорода с позиции О.В. реакции, особенности реакции горения простых и сложных 8. Биологическое значение кислорода 9. Применение кислорода 10. Творческое задание 11. Список использованной литературы

Открытие элемента кислорода

То, что кислород невидим, безвкусен, лишен запаха, газообразен при обычных условиях, надолго задержало его открытие. Многие ученые прошлого догадывались, что существует вещество со свойствами, которые, как мы теперь знаем, присущи кислороду. Изобретатель подводной лодки К. Дреббель еще в начале XVII в. выделил кислород, выяснил роль этого газа для дыхания и использовал его в своей подводной лодке. Но работы Дреббеля практически не повлияли на развитие химии. Его изобретение носило военный характер, и все, что было так или иначе связано с ним, постарались своевременно засекретить. Кислород открыли почти одновременно два выдающихся химика второй половины XVIII в. швед Карл Вильгельм Шееле и англичанин Джозеф Пристли. Шееле получил кислород раньше, но его трактат «О воздухе и огне», содержавший информацию о кислороде, был опубликован позже, чем сообщение об открытии Пристли. И все-таки главная фигура в истории открытия кислорода не Шееле и не Пристли. Они открыли новый газ и только. Открыли кислород и до конца дней своих остались ревностными защитниками теории флогистона! Теории некогда полезной, но к концу XVIII в. ставшей уже «кандалами на ногах науки». Позже Фридрих Энгельс напишет об этом: «Оба они так и не узнали, что оказалось у них в руках. Элемент, которому суждено было революционизировать химию, пропадал в их руках бесследно... Собственно открывшим кислород, поэтому остается Лавуазье, а не те двое, которые только описали кислород, даже не догадываясь, что они описывают». Великий французский химик Антуан Лоран Лавуазье (тогда еще очень молодой) узнал о кислороде от самого Пристли. Спустя два месяца после открытия «дефлогистонированного воздуха» Пристли приехал в Париж и подробно рассказал о том, как было сделано это открытие и из каких веществ (ртутная и свинцовая окалины) новый «воздух» выделяется. До встречи с Пристли Лавуазье не знал, что в горении и дыхании принимает участие только часть воздуха. Теперь он по-новому поставил начатые двумя годами раньше исследования горения. Для них характерен скрупулезный количественный подход: все, что можно, взвешивалось или как-либо иначе измерялось. Лавуазье наблюдал образование красных чешуек «ртутной окалины» и уменьшение объема воздуха при нагревании ртути в запаянной реторте. В другой реторте, применив высокотемпературный нагрев, он разложил полученные в предыдущем опыте 2,7 С «ртутной окалины» и получил 2,5 С ртути и 8 кубических дюймов того самого газа, о котором рассказывал Пристли. В первом опыте, в котором часть ртути была превращена в окалину, было «потеряно» как раз 8 кубических дюймов воздуха, а остаток его стал «азотом» – не жизненным, не поддерживающим ни дыхания, ни горения. Газ, выделенный при разложении окалины, проявлял противоположные свойства, и потому Лавуазье вначале назвал его «жизненным газом». Лавуазье выяснил сущность горения. И надобность в флогистоне – «огненной материи», якобы выделяющейся при сгорании любых горючих, отпала. Кислородная теория горения пришла на смену теории флогистона. За два века, прошедших со времени открытия, теория Лавуазье не только не была опровергнута, но еще более укрепилась. Это не значит, конечно, что об элементе №8 современной науке известно абсолютно все.

Нахождение кислорода в природе . Кислород самый распространенный элемент на нашей планете. Он входит в состав воды (88,9%), а ведь она покрывает 2/з поверхности земного шара, образуя его водную оболочку гидросферу. Кислород вторая по количеству и первая по значению для жизни составная часть воздушной оболочки Земли атмосферы, где на его долю приходится 21% (по объему) и 23,15% (по массе). Кислород входит в состав многочисленных минералов твердой оболочки земной коры литосферы: из каждых 100 атомов земной коры на долю кислорода приходится 58 атомов. Как вы уже знаете, обычный кислород существует в форме О2. Это газ без цвета, запаха и вкуса. В жидком состоянии имеет светло-голубую окраску, в твердом синюю. В воде газообразный кислород растворим лучше, чем азот и водород.

а) В составе простых веществ. Кислород взаимодействует почти со всеми простыми веществами, кроме галогенов, благородных газов, золота и платиновых металлов. Например, энергично реагирует с металлами: щелочными, образуя оксиды М2О и пер оксиды М2О2; с железом, образуя железную окалину Ге3О4; с алюминием, образуя оксид А12О3. Реакции неметаллов с кислородом протекают очень часто с выделением большого количества тепла и сопровождаются воспламенением реакции горения. Вспомните горение серы с образованием SО2, фосфора с образованием Р2О5 или угля с образованием СО2. Почти все реакции с участием кислорода экзотермические. Исключение составляет взаимодействие азота с кислородом: это эндотермическая реакция, которая протекает при температуре выше 1200 °С или при электрическом разряде: N2 + O2 2NO –Q в) в составе сложных веществ Кислород энергично окисляет не только простые, но и сложные вещества, при этом образуется оксиды элементов, из которых они построены. СН4 + 2О2 = 2Н2О + СО2 Метан 2Н2S + ЗО2 = 2SО2 + 2Н2О Высокая окислительная способность кислорода лежит в основе горения всех видов топлива. Кислород участвует и в процессах медленного окисления различных веществ при обычной температуре. Эти процессы не менее важны, чем реакции горения. Так, медленное окисление пищи в нашем организме является источником энергии, за счет которой живет организм. Кислород для этой цели доставляется гемоглобином крови, который способен образовывать с ним непрочное соединение уже при комнатной температуре. Окисленный гемоглобин оксигемоглобин доставляет во все ткани и клетки организма кислород, который окисляет белки, жиры и углеводы (составные части пищи), образуя при этом углекислый газ и воду и освобождая энергию, необходимую для деятельности организма. Исключительно важна роль кислорода в процессе дыхания человека и животных. Растения также поглощают атмосферный кислород. Но если в темноте идет только процесс поглощения растениями кислорода, то на свету протекает еще один противоположный ему процесс — фотосинтез, в результате которого растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Так как процесс фотосинтеза идет более интенсивно, то в итоге на свету растения выделяют гораздо больше кислорода, чем поглощают его при дыхании. Таким образом, содержание свободного кислорода Земли сохраняется благодаря жизнедеятельности зеленых растений.

Положение в таблице Д.И. Менделеева, строение. В центре атома кислорода находится ядро с зарядом +8, ядро состоит из 8 протонов и (16-8)= 8 нейтронов вокруг ядра вращается 12 электронов. О-О; О О 1) 1 S2 2) 2 S2 P4

Для завершения внешнего энергетического уровня кислороду не хватает двух электронов. Энергично принимая их кислород проявляет степень окисления, равную –2. Однако в соединениях кислорода со фтором, общая электронная пара смещена по фтору как к более электроотрицательному элементу, В этом случае степень окисления кислорода равна + 2, а фтора + 2. в пер оксиде водорода h3O2 и его производных степеней окисления равна – 1. В соединениях со всеми другими электронами окислительность кислорода отрицательна и равна – 2.

Сравнение окислительно-восстановительных свойств и размера ядра кислорода с элементами стоящими с ним в той же подгруппе, группе и периоде.

В своей группе у кислорода самая маленькая орбита. Принять электроны ему легче всех, отдать труднее. Самая маленькая орбита у него потому, что он стоит во 2 периоде и следовательно у него меньше всех электронных слоев. Принять недостающих электрон легче потому что, у него лучше связь атома с электроном, чем у остальных элементов этой группы. И отдать труднее потому что, тоже связь с электрона с ядром на последнем слое сильней, чем у остальных элементов этой группы. У кислорода ядро меньше чем у Li, Be, B, C, N, но больше чем у F, потому что число элекроных слоев у них одинаковы, а количество электронов на последнем слое разное. У кислорода электроны больше чем у Li, Be, B, C, N значит связь электронов с ядром больше и радиус меньше. У кислорода восстановительные свойства больше, чем у Li, Be, B, C, N и принять недостающий электрон ему легче, по меньше чем у фтора, которому принять недостающий электрон еще легче, чем кислороду.

Физические свойства аллотропных видоизменений кислорода.

Аллотпропным видоизменениям кислорода является озон. В отличии от бесцветного кислорода, не имеющего запаха, озон – это светло синий газ с сильным запахом. Озон в полтора тяжелее кислорода, лучше его растворяется в воде. Как окислитель озона само воспламеняющее горящие жидкости, например этан. При обычной температуре озон окисляет даже серебро. Поэтому дышать воздухом со значительным содержанием озона нельзя, т.к. он разрушает ткани дыхательных путей. Большая окислительная активность озона объясняется его термической неустойчивостью. Он при комнатной температуре медленно, но при 100-1500. С быстро разлагается на кислород и атомарный О0, которой является чрезвычайно сильным окислителем по с сравнению с кислородом, он мгновенно вступает в химическую реакцию. В воздушной атмосфере над Землей на высоте около 25 километров находится озоновый слой, который защищает все живое от ультрофиалетовых лучей.

Получение кислорода a) в лаборатории

Кислород в лаборатории получают путем разложения пероксида водорода (h3O2) в присутствии катализатора- диоксида марганца (Mn O2), а также разложением перманганата калия (KMn O4) при нагревание. b) в промышленности

Так как горением в таком газе можно получить очень высокие температуры, полезные во многих... применениях, то быть может, что придет время, когда указанным путем станут на заводах и вообще для промышленности обогащать воздух кислородом. Д.И. Менделеев

Попытки создать более или менее мощную кислородную промышленность предпринимались еще в прошлом веке в. многих странах. Но от идеи до технического воплощения часто лежит «дистанция; огромного размера»... В Советском Союзе особенно быстрое развитие кислородной промышленности началось в годы Великой Отечественной войны, после изобретения академиком Л.П.Капицей турбодетандера и создания мощных воздухоразделительных установок. Еще Карл Шееле получал кислород, по меньшей мере, пятью способами: из окиси ртути, сурика, селитры, азотной кислоты и пиролюзита. На подводных лодках и сейчас получают кислород, разлагая богатые этим элементом хлораты и перхлораты. В любой школьной лаборатории демонстрируют опыт – разложение воды на кислород и водород электролизом. Но ни один из этих способов не может удовлетворить потребности промышленности в кислороде. Энергетически проще всего получить элемент №8 из воздуха, поскольку воздух – не соединение, и разделить воздух не так уж трудно. Температуры кипения азота и кислорода отличаются (при атмосферном давлении) на 12,8°C. Следовательно, жидкий воздух можно разделить на компоненты в ректификационных колоннах так же, как делят, например, нефть. Но чтобы превратить воздух в жидкость, его нужно охладить до минус 196°C. Можно сказать, что проблема получения кислорода – это проблема получения холода. Чтобы получать холод с помощью обыкновенного воздуха, последний нужно сжать, а затем дать ему расшириться и при этом заставить его производить механическую работу. Тогда в соответствии с законами физики воздух обязан охлаждаться. Машины, в которых это происходит, называют детандерами. До 1938г. для получения жидкого воздуха пользовались только поршневыми детандерами. По существу, такой детандер – это аналог паровой машины, только работает в нем не пар, а сжатый воздух. Чтобы получить жидкий воздух с помощью таких детандеров, нужны были давления порядка 200 атм., причем по неизбежным техническим причинам на разных стадиях процесса давление было не одинаковым: от 45 до 200 атм. КПД установки был немногим выше, чем у паровой машины. Установка получилась сложной, громоздкой, дорогой. В конце 30-х годов советский физик академик П.Л. Капица предложил использовать в качестве детандера турбину. Идея – не новая, ее еще в конце прошлого века высказывал Дж. Рэлей, но к.п.д. «докапицынских» турбин для сжижения воздуха был невысок. Поэтому небольшие турбодетандеры лишь выполняли кое-какую подсобную работу при поршневых детандерах. Капица создал новую конструкцию, которая, по словам изобретателя, была «как бы компромиссом между водяной и паровой турбиной». Главная особенность турбодетандера Капицы в том, что воздух в ней расширяется не только в сопловом аппарате, но и на лопатках рабочего колеса. При этом газ движется от периферии колеса к центру, работая против центробежных сил. Такая конструкция турбины позволила поднять к.п.д. установки с 0,5 до 0,8. И, кроме того, турбодетандер «делает» холод с помощью воздуха, сжатого всего лишь до нескольких атмосфер. Очевидно, что 6 атм. получить намного проще и дешевле, чем 200. Немаловажно для экономики и то, что энергия, которую отдает расширяющийся воздух, не пропадает напрасно, она используется для вращения ротора генератора электрического тока. Современные установки для разделения воздуха, в которых холод получают с помощью турбодетандеров, дают промышленности, прежде всего металлургии и химии, сотни тысяч кубометров газообразного кислорода. Они работают не только у нас, но и во всем мире. Первый опытный образец турбодетандера был невелик. Его ротор восьми сантиметров в диаметре весил всего 250г. Но, как писал П.Л. Капица в 1939г., «экспериментальная эксплуатация этого турбодетандера показала, что он является надежным и очень простым механизмом. Технический к.п.д. получается 0,79...0,83». И этот турбодетандер стал «сердцем» первой установки для получения кислорода новым методом. В 1942г. построили подобную, но уже намного более мощную установку, которая производила до 200кг жидкого кислорода в час. В конце 1944г. вводится в строй самая мощная в мире турбо кислородная установка, производящая в 6...7 раз больше жидкого кислорода, чем установка старого типа, и при этом занимающая в 3...4 раза меньшую площадь. Современный блок разделения воздуха БР-2, в конструкции которого также использован турбодетандер, мог бы за сутки работы снабдить тремя литрами газообразного кислорода каждого жителя СССР. 30 апреля 1945 г. Михаил Иванович Калинин подписал Указ о присвоении академику П. Л. Капице звания Героя Социалистического Труда «за успешную разработку нового турбинного метода получения кислорода и за создание мощной турбо кислородной установки». Химические свойства кислорода с позиции О/В реакции, особенности горения органических и не органических веществ, простых и сложных.

Реакции окисления, сопровождающиеся выделениям теплоты и света, называются горением. Расплавленная сера горит в кислороде ярким синим пламенем, при этом образуется газ с резким запахом – диоксид серы, или оксид серы 4 (SO2). Запах, его мы ощущаем, когда зажигаем спички. Внесенный в сосуд, с кислородом горящий красный фосфор горит ослепительным пламенем с образованием твердого белого вещества – оксида фосфора 5 (P2O5) При внесении в сосуд с кислородом раскаленной стальной проволоки вы можете наблюдать горение железа, сопровождаемое треском и разбрызгиванием ярких искр–расплавленных капель железной окалины ( Fe5O4) Это явление можно увидеть при разливе жидкого чугуна и стали на металлургических заводах. Большое практическое значение имеют процессы горения сложных веществ, как, например: метан, ацетилена. В результате таких реакций получается оксиды элементов, входящих в состав сложного вещества. Например, схему реакции горения ацетилена можно записать так. 2 C2h3 + 5 O2 4 CO2 2h3O Если экзотермическая реакция окисления происходит медленно, то ее горение не называют. Так, медленно окисляются на воздухе многие металлы, покрываясь пленкой оксидов. Сравнительно медленно происходит в живом организме реакция окисления глюкозы – одного из основных источников энергии в организме. Само горение представляет собой экзотермическую реакцию окисления, происходящею с достаточно небольшой скоростью.

Биологическое значение кислорода. Высокая окислительная способность кислорода лежит в основе горения всех видов топлива. Кислород участвует и в процессах медленного окисления различных веществ при обычной температуре. Эти процессы не менее важны, чем реакции горения. Так, медленное окисление пищи в нашем организме является источником энергии, за счет которой живет организм. Кислород для этой цели доставляется гемоглобином крови, который способен образовывать с ним непрочное соединение уже при комнатной температуре. Окисленный гемоглобин оксигемоглобин доставляет во все ткани и клетки организма кислород, который окисляет белки, жиры и углеводы (составные части пищи), образуя при этом углекислый газ и воду и освобождая энергию, необходимую для деятельности организма. Исключительно важна роль кислорода в процессе дыхания человека и животных. Растения также поглощают атмосферный кислород. Но если в темноте идет только процесс поглощения растениями кислорода, то на свету протекает еще один противоположный ему процесс — фотосинтез, в результате которого растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Так как процесс фотосинтеза идет более интенсивно, то в итоге на свету растения выделяют гораздо больше кислорода, чем поглощают его при дыхании. Таким образом, содержание свободного кислорода Земли сохраняется благодаря жизнедеятельности зеленых растений. Применение кислорода. Кислород применяют в металлургической и химической промышленности для ускорения производственных процессов. Так, замена воздушного дутья кислородным в доменном и сталеплавном производстве на много ускоряет выплавку металла. Чистый кислород применяют также для получения высоких температур, на пример, при газовой сварке и резке металлов. Его используют для жизнеобеспечения на подводных и космических кораблях, при работах водолазов, пожарных. В медицине кислород применяют в случаях временного затруднения дыхания, связанного с некоторыми заболеваниями.

Творческое задание.

Список используемой литературы.

1. Учебник за 9 класс по химии О.С. Габриелян. 2. Энциклопедия по химии. 3. Интернет .

www.ronl.ru

доклад про кислород - Школьные Знания.com

Название: Кислород 2Раздел: Рефераты по химииТип: реферат

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 лёгким элементом из группы халькогенов.

Кислород – важнейший элемент. Его химия тесно связана практически со всеми элементами Периодической системы, поскольку с каждым из них кислород образует те или иные соединения. Исключение составляют только легкие инертные газы – гелий, неон, аргон.

Есть и еще одна важная причина. Кислород играет исключительную роль в существовании на Земле жизни и всей человеческой цивилизации. На поверхности планеты – в земной коре – связанный кислород является самым распространенным элементом. В составе минералов, в виде соединений с другими элементами он составляет 47 % от массы земной коры!

В атмосфере Земли кислород находится в свободном (не связанном) состоянии: здесь его 21 % по объему или 23 % по массе. Количество свободного кислорода в атмосфере земного шара оценивается в 1 000 000 000 000 000 с лишним тонн.

Толщина земной атмосферы составляет несколько сотен километров. Разумеется, уже в 100 км от поверхности Земли атмосфера очень разрежена, тем не менее, ее состав определяется с помощью спутников. Если взять глобус диаметром 35 см и представить вокруг него двухсантиметровый слой, то мы получим некоторое понятие о масштабах земной атмосферы. Ее объем составляет более чем 4·1018 м3. Огромное количество кислорода (86 - 89 % по массе с учетом растворенных в воде солей) содержит гидросфера Земли – моря и океаны.

Кислород обязателен для существования жизни. Если на какой-либо планете будет обнаружен кислород, вода и благоприятный интервал температур, можно утверждать, что там есть условия для жизни.

Кислород – основной биогенный элемент, входящий в состав молекул всех важнейших веществ, обеспечивающих структуру и функции клеток. В каждом растении или животном кислорода гораздо больше, чем любого другого элемента (в среднем около 70 %). Мышечная ткань человека содержит 16 % кислорода, костная ткань – 28,5 %; всего в организме среднего человека (масса тела 70 кг) содержится 43 кг кислорода.

Проблема с кислородообеспечением становится всё более актуальной практически для всех жителей нашей планеты. Особенно остро эта проблема ощущается людьми, живущими в мегаполисе и работающими в офисах, где нехватка кислорода наиболее ощутима и сказывается на общем состоянии организма и эффективности работы. Ведь, постоянное и бесперебойное снабжение организма кислородом – залог здоровья. Кислород необходим, прежде всего, для выработки энергии в клетках, без которой невозможно нормальное функционирование всех без исключения систем организма. Без энергии не работает ни одна клетка, без кислорода невозможна сама жизнь.

температура плавления — −251,4 °C;

растворимость в воде в 10 раз выше по сравнению с кислородом;

в газообразном состоянии озон диамагнитен, в жидком — слабопарамагнитен;

специфический «металлический» запах.

Химические свойства

Кислород

сильный окислитель, взаимодействует практически со всеми элементами, образуя оксиды;

реакция окисления протекает с выделением тепла и ускоряется при повышении температуры;

окисляет большинство органических соединений;

окисляет соединения, которые содержат элементы с не максимальной степенью окисления;

кислород поддерживает процессы дыхания, горения, гниения

Озон

образование озона проходит по обратимой реакции:

3O2 + 68 ккал (285 кДж) ←→ 2O3 ;

молекула О3 неустойчива;

при достаточных концентрациях в воздухе при нормальных условиях самопроизвольно за несколько десятков минут превращается в O2 с выделением тепла;

мощный окислитель;

окисляет почти все металлы до их высших степени окисления;

окисляет многие неметаллы, продуктом реакции в основном является кислород.

znanija.com

Реферат: Реферат: Кислород

Министерство образования и науки РФ

РЕФЕРАТ

ПО ТЕМЕ

«КИСЛОРОД»

Выполнил:

Проверил:

-2007-

Общая характеристика кислорода.

КИСЛОРОД (лат. Oxygenium), O (читается «о»), химический элемент с атомным номером 8, атомная масса 15,9994. В периодической системе элементов Менделеева кислород расположен во втором периоде в группе VIA.

Природный кислород состоит из смеси трех стабильных нуклидов с массовыми числами 16 (доминирует в смеси, его в ней 99,759 % по массе), 17 (0,037%) и 18 (0,204%). Радиус нейтрального атома кислорода 0,066 нм. Конфигурация внешнего электронного слоя нейтрального невозбужденного атома кислорода 2s2р4. Энергии последовательной ионизации атома кислорода 13,61819 и 35,118 эВ, сродство к электрону 1,467 эВ. Радиус иона О2– при разных координационных числах от 0,121 нм (координационное число 2) до 0,128 нм (координационное число 8). В соединениях проявляет степень окисления –2 (валентность II) и, реже, –1 (валентность I). По шкале Полинга электроотрицательность кислорода 3,5 (второе место среди неметаллов после фтора).

В свободном виде кислород — газ без цвета, запаха и вкуса.

Особенности строения молекулы О2: атмосферный кислород состоит из двухатомных молекул. Межатомное расстояние в молекуле О2 0,12074 нм. Молекулярный кислород (газообразный и жидкий) — парамагнитное вещество, в каждой молекуле О2 имеется по 2 неспаренных электрона. Этот факт можно объяснить тем, что в молекуле на каждой из двух разрыхляющих орбиталей находится по одному неспаренному электрону.

Энергия диссоциации молекулы О2 на атомы довольно высока и составляет 493,57 кДж/моль.

Физические и химические свойства

Физические и химические свойства: в свободном виде встречается в виде двух модификаций О2 («обычный» кислород) и О3 (озон). О2 — газ без цвета и запаха. При нормальных условиях плотность газа кислорода 1,42897 кг/м3. Температура кипения жидкого кислорода (жидкость имеет голубой цвет) равна –182,9°C. При температурах от –218,7°C до –229,4°C существует твердый кислород с кубической решеткой (-модификация), при температурах от –229,4°C до –249,3°C — -модификация с гексагональной решеткой и при температурах ниже –249,3°C — кубическая -модификация. При повышенном давлении и низких температурах получены и другие модификации твердого кислорода.

При 20°C растворимость газа О2: 3,1 мл на 100 мл воды, 22 мл на 100 мл этанола, 23,1 мл на 100 мл ацетона. Существуют органические фторсодержащие жидкости (например, перфторбутилтетрагидрофуран), в которых растворимость кислорода значительно более высокая.

Высокая прочность химической связи между атомами в молекуле О2 приводит к тому, что при комнатной температуре газообразный кислород химически довольно малоактивен. В природе он медленно вступает в превращения при процессах гниения. Кроме того, кислород при комнатной температуре способен реагировать с гемоглобином крови (точнее с железом II гема), что обеспечивает перенос кислорода от органов дыхания к другим органам.

Со многими веществами кислород вступает во взаимодействие без нагревания, например, со щелочными и щелочноземельными металлами (образуются соответствующие оксиды типа Li2O, CaO и др., пероксиды типа Na2O2, BaO2 и др. и супероксиды типа КО2, RbO2 и др.), вызывает образование ржавчины на поверхности стальных изделий. Без нагревания кислород реагирует с белым фосфором, с некоторыми альдегидами и другими органическими веществами.

При нагревании, даже небольшом, химическая активность кислорода резко возрастает. При поджигании он реагирует с взрывом с водородом, метаном, другими горючими газами, с большим числом простых и сложных веществ. Известно, что при нагревании в атмосфере кислорода или на воздухе многие простые и сложные вещества сгорают, причем образуются различные оксиды, например:

S+O2 = SO2; С + O2 = СО2

4Fe + 3O2 = 2Fe2O3; 2Cu + O2 = 2CuO

4Nh4 + 3O2 = 2N2 + 6h3O; 2h3S + 3O2 = 2h3O + 2SO2

Если смесь кислорода и водорода хранить в стеклянном сосуде при комнатной температуре, то экзотермическая реакция образования воды

2Н2 + О2 = 2Н2О + 571 кДж

протекает крайне медленно; по расчету, первые капельки воды должны появиться в сосуде примерно через миллион лет. Но при внесении в сосуд со смесью этих газов платины или палладия (играющих роль катализатора), а также при поджигании реакция протекает с взрывом.

С азотом N2 кислород реагирует или при высокой температуре (около 1500-2000°C), или при пропускании через смесь азота и кислорода электрического разряда. При этих условиях обратимо образуется оксид азота (II):

N2 + O2 = 2NO

Возникший NO затем реагирует с кислородом с образованием бурого газа (диоксида азота):

2NO + О2 = 2NO2

Из неметаллов кислород напрямую ни при каких условиях не взаимодействует с галогенами, из металлов — с благородными металлами серебром, золотом, платиной и др.

Бинарные соединения кислорода, в которых степень окисления атомов кислорода равна –2, называют оксидами (прежнее название — окислы). Примеры оксидов: оксид углерода (IV) CO2,оксид серы (VI) SO3, оксид меди (I) Cu2O, оксид алюминия Al2O3, оксид марганца (VII) Mn2O7.

Кислород образует также соединения, в которых его степень окисления равна –1. Это — пероксиды (старое название — перекиси), например, пероксид водорода Н2О2, пероксид бария ВаО2, пероксид натрия Na2O2 и другие. В этих соединениях содержится пероксидная группировка — О — О —. С активными щелочными металлами, например, с калием, кислород может образовывать также супероксиды, например, КО2 (супероксид калия), RbO2 (супероксид рубидия). В супероксидах степень окисления кислорода –1/2. Можно отметить, что часто формулы супероксидов записывают как К2О4, Rb2O4 и т.д.

С самым активным неметаллом фтором кислород образует соединения в положительных степенях окисления. Так, в соединении O2F2 степень окисления кислорода +1, а в соединении O2F — +2. Эти соединения принадлежат не к оксидам, а к фторидам. Фториды кислорода можно синтезировать только косвенным путем, например, действуя фтором F2 на разбавленные водные растворы КОН.

История открытия

История открытия кислорода, как и азота, связана с продолжавшимся несколько веков изучением атмосферного воздуха. О том, что воздух по своей природе не однороден, а включает части, одна из которых поддерживает горение и дыхание, а другая — нет, знали еще в 8 веке китайский алхимик Мао Хоа, а позднее в Европе — Леонардо да Винчи. В 1665 английский естествоиспытатель Р. Гук писал, что воздух состоит из газа, содержащегося в селитре, а также из неактивного газа, составляющего большую часть воздуха. О том, что воздух содержит элемент, поддерживающий жизнь, в 18 веке было известно многим химикам. Шведский аптекарь и химик Карл Шееле начал изучать состав воздуха в 1768. В течение трех лет он разлагал нагреванием селитры (KNO3, NaNO3) и другие вещества и получал «огненный воздух», поддерживающий дыхание и горение. Но результаты своих опытов Шееле обнародовал только в 1777 году в книге «Химический трактат о воздухе и огне». В 1774 английский священник и натуралист Дж. Пристли нагреванием «жженой ртути» (оксида ртути HgO) получил газ, поддерживающий горение. Будучи в Париже, Пристли, не знавший, что полученный им газ входит в состав воздуха, сообщил о своем открытии А. Лавуазье и другим ученым. К этому времени был открыт и азот. В 1775 Лавуазье пришел к выводу, что обычный воздух состоит из двух газов — газа, необходимого для дыхания и поддерживающего горение, и газа «противоположного характера» — азота. Лавуазье назвал поддерживающий горение газ oxygene — «образующий кислоты» (от греч. oxys — кислый и gennao — рождаю; отсюда и русское название «кислород»), так как он тогда считал, что все кислоты содержат кислород. Давно уже известно, что кислоты бывают как кислородсодержащими, так и бескислородными, но название, данное элементу Лавуазье, осталось неизменным. На протяжении почти полутора веков 1/16 часть массы атома кислорода служила единицей сравнения масс различных атомов между собой и использовалась при численной характеристике масс атомов различных элементов (так называемая кислородная шкала атомных масс).

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). Элемент кислород входит в состав более 1500 соединений земной коры.

Получение:

В настоящее время кислород в промышленности получают за счет разделения воздуха при низких температурах. Сначала воздух сжимают компрессором, при этом воздух разогревается. Сжатому газу дают охладиться до комнатной температуры, а затем обеспечивают его свободное расширение. При расширении температура газа резко понижается. Охлажденный воздух, температура которого на несколько десятков градусов ниже температуры окружающей среды, вновь подвергают сжатию до 10-15 МПа. Затем снова отбирают выделившуюся теплоту. Через несколько циклов «сжатие—расширение» температура падает ниже температуры кипения и кислорода, и азота. Образуется жидкий воздух, который затем подвергают перегонке (дистилляции). Температура кипения кислорода (–182,9°C) более чем на 10 градусов выше, чем температура кипения азота (–195,8°C). Поэтому из жидкости азот испаряется первым, а в остатке накапливается кислород. За счет медленной (фракционной) дистилляции удается получить чистый кислород, в котором содержание примеси азота составляет менее 0,1 объемного процента.

Еще более чистый кислород можно получить при электролизе водных растворов щелочей (NaOH или KOH) или солей кислородсодержащих кислот (обычно используют раствор сульфата натрия Na2SO4). В лаборатории небольшие количества не очень чистого кислорода можно получить при нагревании перманганата калия KMnO4:

2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2.

Более чистый кислород получают разложением пероксида водорода Н2О2 в присутствии каталитических количеств твердого диоксида марганца MnO2:

2Н2О2 = 2Н2О + О2.

Кислород образуется при сильном (выше 600°C) прокаливании нитрата натрия NaNO3:

2NaNO3 =2NaNO2 + О2,

при нагревании некоторых высших оксидов:

4CrO3 = 2Cr2O3 + 3О2;

2PbO2 = 2PbO + О2;

3MnO2 = Mn3O4 + О2.

Ранее кислород получали разложением бертолетовой соли KClO3 в присутствии каталитических количеств диоксида марганца MnO2:

2KClO3 = 2KCl + 3О2.

Однако бертолетова соль образует взрывчатые смеси, поэтому ее для получения кислорода в лабораториях теперь не используют. Разумеется, сейчас никому в голову не придет использовать для получения кислорода прокаливание оксида ртути HgO, так как образующийся в этой реакции кислород загрязнен ядовитыми парами ртути.

Источником кислорода в космических кораблях, подводных лодках и т. п. замкнутых помещениях служит смесь пероксида натрия Na2O2 и супероксида калия KO2. При взаимодействии этих соединений с углекислым газом освобождается кислород:

2Na2O2 + 2CO2 = 2Na2CO3 + O2,

4КО2 + 2СО2 = 2К2СО3 + 3О2.

Если использовать смесь Na2O2 и КО2, взятых в молярном отношении 1:1, то на каждый моль поглощенного из воздуха углекислого газа будет выделяться 1 моль кислорода, так что состав воздуха не будет изменяться за счет поглощения при дыхании кислорода и выделения СО2.

Применение:

Применение кислорода очень разнообразно. Основные количества получаемого из воздуха кислорода используются в металлургии. Кислородное (а не воздушное) дутье в домнах позволяет существенно повышать скорость доменного процесса, экономить кокс и получать чугун лучшего качества. Кислородное дутье применяют в кислородных конвертерах при переделе чугуна в сталь. Чистый кислород или воздух, обогащенный кислородом, используется при получении и многих других металлов (меди, никеля, свинца и др.). Кислород используют при резке и сварке металлов. При этом применяют «баллонный» кислород. В баллоне кислород может находиться под давлением до 15 МПа. Баллоны с кислородом окрашены в голубой цвет.

Жидкий кислород — мощный окислитель, его используют как компонент ракетного топлива. Пропитанные жидким кислородом такие легко окисляющиеся материалы, как древесные опилки, вата, угольный порошок и др. (эти смеси называют оксиликвитами), используют как взрывчатые вещества, применяемые, например, при прокладке дорог в горах.

Биологическая роль:

Кислород в атмосфере Земли начал накапливаться в результате деятельности первичных фотосинтезирующих организмов, появившихся, вероятно, около 2,8 млрд. лет назад. Полагают, что 2 млрд. лет назад атмосфера уже содержала около 1% кислорода; постепенно из восстановительной она превращалась в окислительную и примерно 400 млн. лет назад приобрела современный состав. Наличие в атмосфере кислорода в значительной степени определило характер биологической эволюции. Аэробный (с участием О2) обмен веществ возник позже анаэробного (без участия О2), но именно реакции биологического окисления, более эффективные, чем древние энергетические процессы брожения и гликолиза, снабжают живые организмы большей частью необходимой им энергии. Исключение составляют облигатные анаэробы, например, некоторые паразиты, для которых кислород является ядом. Использование кислорода, обладающего высоким окислительно-восстановительным потенциалом, в качестве конечного акцептора электронов в цепи дыхательных ферментов, привело к возникновению биохимического механизма дыхания современного типа. Этот механизм и обеспечивает энергией аэробные организмы.

Кислород — основной биогенный элемент, входящий в состав молекул всех важнейших веществ, обеспечивающих структуру и функции клеток — белков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов, а также множества низкомолекулярных соединений. В каждом растении или животном кислорода гораздо больше, чем любого другого элемента (в среднем около 70%). Мышечная ткань человека содержит 16% кислорода, костная ткань — 28.5%; всего в организме среднего человека (масса тела 70 кг) содержится 43 кг кислорода. В организм животных и человека кислород поступает в основном через органы дыхания (свободный кислород) и с водой (связанный кислород). Потребность организма в кислороде определяется уровнем (интенсивностью) обмена веществ, который зависит от массы и поверхности тела, возраста, пола, характера питания, внешних условий и др. В экологии как важную энергетическую характеристику определяют отношение суммарного дыхания (то есть суммарных окислительных процессов) сообщества организмов к его суммарной биомассе.

Небольшие количества кислорода используют в медицине: кислородом (из так называемых кислородных подушек) дают некоторое время дышать больным, у которых затруднено дыхание. Нужно, однако, иметь в виду, что длительное вдыхание воздуха, обогащенного кислородом, опасно для здоровья человека. Высокие концентрации кислорода вызывают в тканях образование свободных радикалов, нарушающих структуру и функции биополимеров. Сходным действием на организм обладают и ионизирующие излучения. Поэтому понижение содержания кислорода (гипоксия) в тканях и клетках при облучении организма ионизирующей радиацией обладает защитным действием — так называемый кислородный эффект. Этот эффект используют в лучевой терапии: повышая содержание кислорода в опухоли и понижая его содержание в окружающих тканях усиливают лучевое поражение опухолевых клеток и уменьшают повреждение здоровых. При некоторых заболеваниях применяют насыщение организма кислородом под повышенным давлением — гипербарическую оксигенацию.

www.neuch.ru

Смотрите также

..:::Новинки:::..

Windows Commander 5.11 Свежая версия.

Новая версия
IrfanView 3.75 (рус)

Обновление текстового редактора TextEd, уже 1.75a

System mechanic 3.7f
Новая версия

Обновление плагинов для WC, смотрим :-)

Весь Winamp
Посетите новый сайт.

WinRaR 3.00
Релиз уже здесь

PowerDesk 4.0 free
Просто - напросто сильный upgrade проводника.

..:::Счетчики:::..