Кислород
Кислород — самый распространённый на Земле элемент, на его долю (в составе различных соединений, главным образом силикатов) приходится около 47,4 % массы твёрдой 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 своём 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 %.
История открытия кислорода.
Впервые кислород был получен 1 августа 1774 года при химических опытах английского химика Джозефа Пристли, который проводил лабораторные работы над оксидом ртути, направляя солнечные лучи с помощью линзы на это соединение. При разложении оксида ртути, Джозефу Пристли удалось выделить простое вещество, которому он дал название «дифлогистированный воздух». В 1775 году Антуан Лавуазье исследовал открытие Джозефа Пристли и установил, что полученный при химической реакции газ, является составным элементом атмосферного воздуха, кислот и многих других веществ. Полученный Джозефом Пристли газ был назван Кислородом. Название «Кислород» произошло от латинского «Oxygenium». Ещё до Пристли, в 1771 году, исследования кислорода проводил шведский химик Карл Шееле. Своему открытию Карл Шееле дал название «огненный воздух», описание которого он изложил в книге. Поскольку публикация книги Шееле произошла позже открытия Пристли, открытие кислорода присвоено именно Джозефу Пристли. В истории открытия кислорода важную роль сыграли опубликованные ранее работы по окислению и разложению ртути, которые проводил французский химик Пьер Байен. Окончательную точку в истории открытия кислорода и итог определения названия открытия поставил французский химик Антуан Лавуазье, оперируя ранее полученными результатами Пристли и Шееле.
Антуан Лавуазье назвал полученный газ «Oxygene». После введения Ломоносовым М. В. слова «кислота» появилось название на русском языке «кислород» (от греч. зн. «рождающий кислоту»).
Получение кислорода.
Получение кислорода происходит двумя способами: промышленным и лабораторным.
Промышленный способ получения кислорода заключается в криогенной ректификации и в применении специальных мембранных кислородных установок.
В лабораториях используют технический кислород (произведённый промышленным путём), который доставляют в металлических кислородных баллонах под давлением 14,7 МПа (150 кгс/см²). В лабораториях получение кислорода ведётся путём нагревания перманганата калия KMnO4, но количество получаемого кислорода не велико. Ещё одним из лабораторных способов получения кислорода является реакция каталитического разложения пероксида водорода, при которой катализатором будет диоксид марганца. При каталитическом разложении хлората калия, также выделяется кислород. Лабораторными способами получения кислорода также являются реакция разложения оксида ртути и электролиз водного щелочного раствора.
Физические свойства кислорода.
Кислород может иметь газообразный, жидкий или твёрдый вид. При нормальных условиях окружающей среды, кислород будет бесцветным газом «парамагнетиком», не имеющим запаха и вкуса. Молекулярная масса кислорода равна 15,9994 г/моль, а масса 1 литра газообразного кислорода равна 1,429 грамма. Следует обратить внимание на то, что кислород слабо растворим в воде или спирте, но обладает высокой растворимостью в расплавленном серебре.
При повышении температуры газообразного кислорода, происходит его обратимый распад на атомы: +2000 C° — 0,03%; +4000 C° — 59%, а при температуре +6000 C° — уже 99,5%.
Жидкий кислород представляет собой жидкость бледно-голубого цвета с температурой кипения -182,98 C° и температурой заморозки -222,65 C°.
Твёрдый кислород представляет собой кристаллы синего цвета с температурой плавления -218,79 C°. Твёрдый, замороженный кислород может находиться в шести разных кристаллических фазах, три из которых могут существовать при давлении 1 атмосферы. Оставшиеся три кристаллические фазы твёрдого кислорода образуются при высоких давлениях.
Оранжевые кристаллы образуются при давлении в интервале 6-8 ГПа. При давлении 10-96 ГПа, цвет кристаллов будет в диапазоне от тёмно-красного оттенка до чёрного цвета. При давлении, превышающем 96 ГПа – кристаллы твёрдого кислорода приобретают металлический блеск и при низких температурах обретают свойство сверхпроводимости.
Химические свойства кислорода.
Кислород является очень сильным окислителем (степень -2) и может взаимодействовать с большинством элементов, образуя при этом оксиды. Процесс окисления происходит с выделением тепловой энергии и ускоряется при увеличении температуры. При нормальных условиях кислород вступает в реакцию со всеми химическими элементами кроме: золота, инертных газов (Гелий, Криптон и Ксенон, Неон и Радон); при воздействии электрических разрядов и ультрафиолета, происходит взаимодействие с галогенами. Кислород способствует процессам дыхания живых организмов, горения и гниения. В свободном виде, кислород существует двух модификаций – O2 и O3.
Применение кислорода.
Кислород применяется в разных областях человеческой деятельности:
Металлургия. Кислород применяется, при производстве стали и при выработке некоторых цветных металлов.
Сварка и резка металлов. При газосварочных работах и резке металлов может использоваться кислород в баллонах.
Ракетное топливо. В ракетном топливе жидкий кислород применяется в качестве мощного окислителя.
Медицина. В медицине кислород используется в металлических кислородных баллонах. Кислород используется в медицинской аппаратуре искусственного дыхания.
Пищевая промышленность. Кислород является зарегистрированной пищевой добавкой E948 и применяется в качестве упаковочного газа.
Химическая промышленность. Кислород – это мощный реактив-окислитель!
Токсические производные кислорода.
Реактивные формы кислорода (в том числе озон) являются очень токсичными для живых организмов продуктами, которые получаются при активировании или частичном восстановлении кислорода.