Таблица Менделеева. Кислород.

Кислород

Кислоро́д — элемент главной подгруппы шестой группы, второго периода периодической системы химических элементов, 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).

История открытия

Официально считается, что кислород был открыт английским химиком Джозефом Пристли 1 августа 1774 года путём разложения оксида ртути в герметично закрытом сосуде (Пристли направлял на это соединение солнечные лучи с помощью мощной линзы).
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 провёл опыт по сжиганию различных веществ и опроверг теорию флогистона, опубликовав результаты по весу сожженных элементов. Вес золы превышал первоначальный вес элемента, что дало Лавуазье право утверждать, что при горении происходит химическая реакция (окисление) вещества, в связи с этим масса исходного вещества увеличивается, что опровергает теорию флогистона.
 Таким образом, заслугу открытия кислорода фактически делят между собой Пристли, Шееле и Лавуазье.

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.

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.

Физические свойства

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.
 Твёрдый кислород (темп. плавления −218,79 °C) — синие кристаллы.

ЖИЗНЬ / ПРИРОДАИнтересные факты о кислороде

Кислород является не только необходимым для жизни человека и других организмов, но также играет важную роль во многих процессах на Земле. Он используется в процессе сжигания топлива для выработки энергии, в производстве стали и других металлов, а также в химической промышленности для создания множества продуктов. Кислород также играет важную роль в экосистеме Земли, воздействуя на метаболизм растений и животных и способствуя разложению органических веществ. Без кислорода наша планета была бы совершенно иной и не могла бы поддерживать жизнь, какую мы знаем. Узнайте все интересные факты о кислороде на портале ФактыПро.

Содержание  скрыть 1 Содержание в воздухе2 Горение кислорода3 Вакуум и кислород4 89% массы всей воды на Земле составляет кислород5 Пассажирский самолёт во время 9-часового перелета тратит 50-75 тонн кислорода6 Производство кислорода водорослями7 Наличие кислорода на планете ‒ признак жизнедеятельности растений8 Жидкий кислород9 Интенсивное горение негорючих веществ10 Кислород и эволюция11 Заключение

Содержание в воздухе

Именно кислород, содержащийся в воздухе, помогает нам дышать — это знают все. Но азота в воздухе содержится в несколько раз больше, чем кислорода! При этом дыхание было бы возможным, если бы вместо азота в атмосфере присутствовал бы какой-нибудь другой газ, нейтральный и безопасный. А чистый кислород и вовсе является ядом, которым можно отравиться. Слишком большое количество кислорода может привести к отравлению и даже смерти.

В воздухе содержится примерно 78% азота и 21% кислорода, а также другие газы, такие как аргон, углекислый газ и некоторые другие. Дыхание возможно благодаря кислороду, который мы вдыхаем и который поступает в кровь, где связывается с гемоглобином и транспортируется по организму. Азот необходим для поддержания атмосферного давления и не дает о себ знать организму при правильном дыхании.

Чистый кислород, конечно же, может быть опасен для дыхательной и других систем организма, но его использование в медицине и промышленности контролируется и должно происходить под наблюдением специалистов. Вот такие факты про кислород.

Дыхание чистым кислородом смертельно опасно

Горение кислорода

Процесс горения поддерживается именно благодаря кислороду, хотя сам кислород при этом не горит. Кислород не сжигается, а служит окислителем, который поддерживает горение. Он реагирует с горючим веществом, выделяя тепло и свет. Процесс горения может происходить не только в чистом кислороде, но и в различных газовых смесях, включая воздух, который состоит преимущественно из кислорода и азота.

Сам же кислород, горит, но только в состоящей из фтора атмосфере, потому что фтор является ещё более мощным окислителем, чем кислород. Хоть фтор является мощным окислителем, но его использование в атмосфере для поддержания горения очень затруднительно, так как он является ядовитым газом и не является частью обычной атмосферы Земли. Про кислород интересные факты химия способна открыть.

Кислород не горит, говорили они

Вакуум и кислород

В определенных условиях в вакууме металлы, соприкасаясь, прилипают и фактически «привариваются» друг к другу, потому что из-за отсутствия кислорода они не окисляются и не покрываются плёнкой окислов. Эти факты о кислороде химия раскрывает полностью.

В целом в вакууме металлы не прилипают друг к другу без объяснимой причины. Физические свойства металлов не изменяются в вакууме, за исключением того, что окисление металлов не происходит из-за отсутствия кислорода. Однако, существуют факторы, которые могут привести к прилипанию металлов в вакууме, такие как наличие остаточных газов, находящихся в вакуумной камере, или микрочастиц, которые могут находиться на поверхности металла. Поэтому, детали космических аппаратов обрабатываются на Земле не для избегания прилипания в вакууме, а для обеспечения их надежности и долговечности в условиях космической среды.

Существуют факторы, которые могут привести к прилипанию металлов при отсутствии кислорода

89% массы всей воды на Земле составляет кислород

Вода состоит из водорода и кислорода.

Почти 89% массы всей воды на Земле составляет кислород, ведь вода состоит именно из него, в сочетании с водородом. А это означает, что на других небесных телах, где есть вода, можно получить воздух для дыхания, выделив кислород из воды. На Европе, спутнике Юпитера, воды, например, намного больше, чем на Земле. Да и на Марсе водные залежи уже обнаружены, и даже на карликовой планете Церера. Интересные факты про кислород есть и на других небесных телах.

Для получения кислорода из воды требуется провести электролиз, что является сложным и энергоемким процессом. Наличие воды на других небесных телах не гарантирует наличие кислорода в их атмосфере или возможность его получения из воды. Например, на спутнике Европе вода находится подо льдом, а атмосфера спутника не содержит кислорода. На Марсе обнаружены следы воды, но пока неизвестно, есть ли на планете достаточно воды для добычи кислорода или других способов получения кислорода.

89% массы всей воды на Земле составляет кислород

Пассажирский самолёт во время 9-часового перелета тратит 50-75 тонн кислорода

Автомобили уничтожают огромное количество кислорода своими двигателями сгорания, как и самолёты. Средний пассажирский авиалайнер за 10 часов полёта тратит до 80 его тонн! Факты о кислороде и его рациональном использовании регулярно обсуждаются на межгосударственном уровне.

Чтобы произвести такое же количество кислорода за те же 10 часов, требуется около 500 квадратных километров леса. Приблизительно столько же кислорода получается в процессе фотосинтеза на 25000-50000 гектарах леса. Эти цифры условны, так как количество кислорода, выделяемого растениями, зависит от многих факторов, включая тип растительности, климатические условия и прочее.

Двигатели автомобилей и самолетов используют кислород из атмосферы для сгорания топлива. При этом количество кислорода, используемого двигателями, не слишком значительно по сравнению с общим объемом кислорода в атмосфере Земли. Кроме того, при сгорании топлива в двигателях выделяется углекислый газ, который является главным компонентом выбросов автомобилей и самолетов. Углекислый газ не уничтожает кислород, но влияет на глобальное потепление и изменение климата.

Берегите кислород и природу

Производство кислорода водорослями

Водоросли производят больше кислорода, чем все леса на суше, вместе взятые. Всего же за год вся растительность Земли производит около 3 триллионов тонн кислорода. Одно взрослое дерево средних размеров за год производит 100-120 кг кислорода, поглощая углекислый газ. Этого вполне достаточно, чтобы обеспечить свежим воздухом пару человек.

Одно взрослое дерево производит 100-120 кг кислорода в год

Фотосинтез ‒ процесс, в результате которого растения и водоросли производят кислород. Водоросли, которые находятся в морях и океанах, производят большее количество кислорода, чем все леса на суше, потому что водоросли подвержены высокой степени освещенности и наличию большого количества углекислого газа в воде. Однако, все растения, включая деревья, являются важными источниками кислорода на Земле. Такие интересные факты про кислород по химии и биологии известны со школьной скамьи.

Водоросли производят больше кислорода чем леса

Наличие кислорода на планете ‒ признак жизнедеятельности растений

Астрофизики отмечают, что в значительных количествах кислород может присутствовать на планете только в том случае, если его запасы постоянно пополняются благодаря жизнедеятельности растений. Так что если мы найдём планету с атмосферой, богатой кислородом, вполне вероятно, там будет существовать своя биосфера.

Кислород является одним из основных элементов для поддержания жизни на Земле. Он не только необходим для дыхания, но и является важным компонентом для многих биологических процессов. Поэтому, наличие кислорода в атмосфере планеты может свидетельствовать о том, что на ней существует жизнь.

Однако, кислород также может образовываться в результате химических реакций, происходящих в атмосфере планеты, например, при взаимодействии ультрафиолетового излучения со смесью газов. Поэтому, наличие кислорода в атмосфере не всегда является безусловным доказательством наличия жизни на планете.

Поиск кислорода на других планетах равносилен поиску внеземной жизни

Жидкий кислород

Жидкий кислород обладает рядом интересных свойств. Кипеть он начинает уже при температуре -182,96 °C, и его легко намагнитить, причём он в таком случае будет притягиваться другими магнитами. А один литр жидкого кислорода превращается в целых 860 литров газообразного при температуре в +20 °C. Это также факты про кислород по химии.

Жидкий кислород обладает необычными свойствами из-за своей низкой температуры кипения и способности к намагничиванию. При температуре -182,96 °C он начинает кипеть, что делает его очень опасным в обращении. Однако, благодаря этому свойству жидкий кислород часто используется в медицине и промышленности для замораживания тканей и материалов.

Кроме того, жидкий кислород является диамагнитным материалом, то есть он отталкивается от магнитных полей. Но при охлаждении до сверхнизких температур он становится парамагнитным и может быть намагнитен.

Также стоит отметить, что объем жидкого кислорода может увеличиваться более чем в 800 раз при переходе в газообразное состояние, что делает его очень эффективным для хранения и транспортировки.

Когда вдохнул жидкий кислород

Интенсивное горение негорючих веществ

В чистом кислороде горят вещества, которые, казалось бы, гореть не должны вовсе. В чистой кислородной атмосфере отлично горят даже металлы, в частности, железо.

Кислород не является горючим веществом, а лишь окисляет другие вещества, поддерживая процесс горения. Поэтому, если кислород поступает в контакт с горючими веществами, то происходит более интенсивное горение, но сам по себе кислород не горит и не может вызвать горение без наличия горючих веществ.

Что касается металлов, то они реагируют с кислородом при высокой температуре, образуя оксиды металлов. При этом выделяется большое количество тепла, которое может привести к горению дополнительных горючих веществ. Но сам кислород не горит и не вызывает горения металлов без дополнительных условий.

В чистом кислороде горят многие материалы

Кислород и эволюция

Большое количество кислорода в атмосфере напрямую влияет на эволюционные процессы живых организмов. Когда-то в давно минувшие эпохи, за миллионы лет до того, как на Земле появились первые динозавры, кислорода в земной атмосфере было больше, чем сейчас. И насекомые, которые тогда уже существовали, вырастали до поистине огромных размеров. Потом содержание кислорода в воздухе уменьшилось, и насекомые, соответственно, измельчали.

Насекомые измельчали с додинозавровских времен

Научные исследования показывают, что уровень кислорода в атмосфере имеет прямое влияние на размеры живых организмов. В периоды, когда кислорода было больше, насекомые и другие организмы могли вырастать до очень больших размеров. Например, на Земле существовали огромные насекомые размером как современные птицы. Однако, когда уровень кислорода начал падать, живые организмы стали уменьшаться, так как им стало труднее получать достаточное количество кислорода для поддержания жизнедеятельности и роста.

Если б насекомые остались в прежних размерах, травить их было бы сложней

Заключение

Кислород (O2) ‒ это химический элемент, который является одним из наиболее распространенных элементов на Земле. Он составляет около 21% объема земной атмосферы и является необходимым для жизни практически всех организмов на Земле. Кислород является безцветным, безвкусным и беззапаховым газом при стандартных условиях температуры и давления. Он имеет высокую реакционную способность и используется во многих процессах, включая сжигание топлива, окисление металлов и продукции энергии в клетках живых организмов. Кислород также используется в медицине для поддержания дыхания и в лечении различных заболеваний.