Кислород - открытие, возникновение, подготовка, свойства

Кислород является членом группы халькогенов периодической таблицы, высокореактивным неметаллом и окислителем, который быстро образует оксиды с большинством элементов и других соединений. Кислород — самый распространенный элемент на Земле и третий по распространенности элемент во Вселенной после водорода и гелия. Два атома элемента связываются, образуя дикислород, бесцветный и не имеющий запаха двухатомный газ с формулой O ₂ при обычной температуре и давлении. Двухатомный газообразный кислород в настоящее время составляет до 20,95% атмосферы Земли, хотя со временем это количество значительно изменилось. Кислород в виде оксидов составляет более половины земной коры.

The chemical element with the symbol O and atomic number 8 is oxygen.

Молекулярный кислород отвечает за энергию, выделяемую при сгорании и аэробном клеточном дыхании, а атомы кислорода присутствуют во многих основных классах органических молекул в живых организмах, включая белки, нуклеиновые кислоты, углеводы и жиры, а также в основных составных неорганических соединениях. панцири животных, зубы и кости. Большую часть массы живых существ составляет кислород, который является компонентом воды, которая является основным ингредиентом форм жизни.

Фотосинтез, который использует энергию солнечного света для производства кислорода из воды и углекислого газа, постоянно пополняет кислород в атмосфере Земли. Кислород слишком химически реактивен, чтобы существовать в воздухе в качестве свободного элемента, если он постоянно не пополняется за счет фотосинтетической деятельности живых организмов. Озон (O ₃ ), аллотроп кислорода, сильно поглощает УФ-излучение, а высотный озоновый слой помогает защитить биосферу от УФ-излучения. С другой стороны, озон, существующий на поверхности, является следствием смога и, следовательно, загрязняющим веществом.

Открытие кислорода

Лавуазье провел первые адекватные эксперименты по количественному окислению и дал первое правильное объяснение того, как работает горение. В одном эксперименте Лавуазье обнаружил, что при нагревании олова и воздуха в закрытом контейнере общий вес не увеличивался. Когда он открыл контейнер, он заметил, что воздух хлынул внутрь, что указывает на то, что часть запасенного воздуха была израсходована. Он также увидел, что вес олова увеличился и что это увеличение было равно весу ворвавшегося обратно воздуха. Он показал, что воздух представляет собой смесь двух газов: жизненного воздуха (необходимого для горения и дыхания) и азота. . Он переименовал эфирный кислород в кислород, потому что ошибочно принял кислород за составную часть всех кислот. В конце концов химики пришли к выводу, что Лавуазье был неверен в этом смысле, но к тому моменту имя слишком прочно закрепилось.

Наличие кислорода

Кислород, составляющий 46 % от общей массы, является самым распространенным элементом в земной коре. Доля кислорода по объему в атмосфере составляет 21%, а доля по массе в морской воде – 89%. В горных породах он соединяется с металлами и неметаллами с образованием кислых (сера, углерод, алюминий и фосфор) или основных (кальций, магний и железо) оксидов, а также солеподобных соединений, образованных из кислых и основных оксидов, таких как в виде сульфатов, карбонатов, силикатов, алюминатов и фосфатов. Несмотря на их обилие, эти твердые комплексы не являются жизнеспособными в качестве источников кислорода, потому что отделение элемента от его тесных пар с атомами металла слишком дорого.

Животные и некоторые микробы извлекают кислород из атмосферы и возвращают его в виде углекислого газа, а зеленые растения ассимилируют углекислый газ в присутствии солнечного света и выделяют свободный кислород. Фотосинтез составляет почти весь свободный кислород в атмосфере. При 20°C примерно 3 части кислорода по объему растворяются в 100 частях пресной воды, несколько меньше в морской воде. Растворенный кислород необходим для дыхания рыб и других морских существ.

Аллотропия кислорода

Кислород имеет две аллотропные формы: двухатомную (О2) и трехатомную (О3). Свойства двухатомной формы предполагают, что шесть электронов связывают атомы, а два электрона остаются неспаренными, что объясняет парамагнетизм кислорода. Три атома молекулы озона не образуют прямую линию.

Озон является сильным окислителем, который может превращать диоксид серы в триоксид серы, сульфиды в сульфаты, йодиды в йод (предлагая аналитический метод для его количественного определения) и различные органические соединения в кислородсодержащие производные, такие как альдегиды и кислоты. Преобразование углеводородов из выхлопных газов автомобилей в эти кислоты и альдегиды озоном способствует неприятному характеру смога. Озон используется в коммерческих целях в качестве химического реагента, дезинфицирующего средства, средства для очистки сточных вод, очистки воды и отбеливания тканей.

Свойства кислорода

1. В естественном состоянии газ бесцветный, без запаха и безвкусный.
2. Жидкий кислород обладает небольшим парамагнитным свойством.
3. За исключением гелия, неона, криптона и аргона, он очень реактивен и образует оксиды со всеми другими элементами. я
4. t растворяется в воде в умеренном количестве.
5. Дикислород является распространенным аллотропом кислорода.
6. Триоксиген является наиболее реактивным аллотропом кислорода, который может повредить легочную ткань. Озон — это название, данное этому аллотропу.

Подготовка кислорода

• Некоторые соли, такие как хлорат калия или нитрат калия, разлагаются термически. Оксиды переходных металлов катализируют расщепление хлората калия; обычно используется двуокись марганца. Катализатор снижает температуру, необходимую для выделения кислорода, с 400 °C до 250 °C.

2KClO ₃ ⇢ 2KCl + 3O ₂

• Термическое разложение оксидов тяжелых металлов

2HgO ⇢ 2Hg + О ₂

Использование кислорода

1. Он используется в производстве изделий из стекла и камня, а также в горнодобывающей промышленности.
2. В случаях высокого давления используются специальные кислородные камеры для повышения парциального давления кислорода, окружающего пациента.
3. Основными видами использования кислорода являются плавка, рафинирование и производство стали и других металлов.
4. При выдувании высокоуглеродистой стали сталелитейная промышленность потребляет чистейший кислород, улетучивая углекислый газ и другие неметаллические примеси в более быстром и легко контролируемом процессе, чем если бы использовался воздух.
5. Очистка сточных вод с использованием кислорода потенциально может быть более эффективной, чем другие химические процедуры при очистке жидких стоков.
6. Сжигание отходов в закрытых системах с использованием чистого кислорода становится все более популярным.
7. Подводным лодкам и водолазным колоколам нужен чистый кислород.
8. В ряде предприятий, использующих печи, кислород имеет решающее значение.
9. Коммерческий кислород или воздух, обогащенный кислородом, заменил обычный воздух в химической промышленности для синтеза химических веществ с контролируемым окислением, включая ацетилен, этиленоксид и метанол.
10. В химической промышленности коммерческий кислород или воздух, обогащенный кислородом, заменили обычный воздух при производстве соединений с контролируемым окислением, таких как ацетилен, этиленоксид и метанол.
11. Кислород используется в медицинских целях, таких как кислородные палатки, ингаляторы и педиатрические инкубаторы.
12. Во время общей анестезии газообразные анестетики, обогащенные кислородом, поддерживают жизнь пациента.
13. Кислород важен для различных предприятий, использующих печи.

Примеры вопросов

Вопрос 1: Какой элемент самый распространенный на Земле?

Отвечать:

Oxygen is the most prevalent element on Earth, and it is the third most plentiful element in the universe after hydrogen and helium.

Вопрос 2: Как кислород встречается в горных породах?

Отвечать:

It is mixed with metals and nonmetals in rocks as acidic (sulphur, carbon, aluminium, and phosphorus) or basic (calcium, magnesium, and iron) oxides, as well as salt-like compounds such as sulphates, carbonates, silicates, aluminates, and phosphates.

Вопрос 3: Каковы свойства кислорода?

Отвечать:

In its natural condition, the gas is colourless, odourless, and tasteless. Liquid oxygen has a small paramagnetic property. With the exception of helium, neon, krypton, and argon, it is reactive and produces oxides with all other elements. In water, it is somewhat soluble.

Вопрос 4: Что такое озон?

Отвечать:

Trioxygen is the most reactive allotrope of oxygen, causing lung tissue damage. Ozone is the name for this allotrope.

Вопрос 5: Что такое кислородный цикл?

Отвечать:

The transport of oxygen through the atmosphere (air), Biosphere (plants and animals), and Lithosphere (the earth’s crust) is referred to as the oxygen cycle. The oxygen cycle shows how free oxygen is produced accessible in each of these areas and how it is utilised.