Кислород

Древние философы относили воздух к числу важнейших стихий, из которых построен мир. Леонардо да Винчи, изучая процессы горения, отмечал, что воздух состоит из различных «частей» (веществ), но только одна из них расходуется при горении. Подобную мысль высказывали и другие ученые XVI – XVIII вв. Однако кислород открыли лишь в 70-х гг. XVIII столетия независимо друг от друга английский химик Джозеф Пристли и его шведский коллега Карл Шееле.

Шееле в 1771 – 1773 гг. получал «огненный воздух», как он назвал кислород, при прокаливании различных солей, например калийной селитры, при 400 – 500 оС: 2KNO3 = 2KNO2 + O2↑. Ученый впервые описал свойство данного газа. Однако его «Химический трактат о воздухе и огне» увидел свет лишь в 1777 г., а Пристли опубликовал результаты своих опытов раньше – в 1774 г.

Пристли выделял кислород, нагревая оксид ртути: 2HgO = 2Hg + O2↑. Для этого в кристаллизатор, наполненный ртутью, он помещал перевернутый вверх дном стеклянный цилиндр с оксидом ртути. Фокусируя с помощью большой линзы солнечные лучи на верхнюю часть цилиндра, учёный наблюдал, как образующаяся ртуть стекала в кристаллизатор, а цилиндр наполнялся бесцветным газом. Позднее Пристли обнаружил, что вместо оксида ртути можно использовать и сурик:

2Pb3O4 = 6PbO + O2

В атмосфере газа, полученного Пристли и Шееле, свеча горела интенсивнее, чем на воздухе, а тлеющая лучинка вспыхивала ярким пламенем. Лавуазье включил новый элемент в список простых веществ и дал название Oxygenium (от греч. «оксис» -«кислый» и «геннао» — «рождаю») – «рождающий кислоты», поскольку считал, что свойства кислот обусловлены присутствием в них атомов кислорода. Открытие кислорода позволило правильно описать процессы горения различных веществ.

Кислород широко распространен в природе. В свободном виде он содержится в воздухе (21% по объему), в составе различных соединений (оксидов, солей) – в земной коре (47%). Пожалуй, самым известным его соединением является вода. Многие органические вещества также содержат кислород. Подсчитано, что в организме человека массой 70 кг 43 кг приходится на атомы кислорода. Взрослый человек за сутки потребляет в среднем 100 л кислорода.

Кислород играет исключительно важную роль в природе. При участии кислорода совершается один из важнейших процессов – дыхание. Окисление кислородом углеводов, жиров и белков служит источником энергии живых организмов. Важное значение имеет и другой процесс, в котором участвует кислород, — тление и гниение погибших животных и растений; при этом сложные органические вещества превращаются в более простые (в конечном итоге в СO2, H2O и N2), а последние вновь вступают в общий круговорот.

Единственным источником, пополняющим атмосферу кислородом, является жизнедеятельность зеленых растений (процесс фотосинтеза). Поэтому серьезной экологической проблемой является сохранение растительного мира нашей планеты.

Получение и применение кислорода

В промышленности кислород получают перегонкой сжиженного воздуха, который охлаждают примерно до – 200 оС, а затем постепенно повышают температуру. При – 196 оС начинает испаряться азот, а жидкий воздух обогащается кислородом. Раньше кислород выделяли из воздуха при помощи оксида бария – вещества, способного обратимо присоединять кислород. В лабораториях небольшие количества кислорода получают из бертолетовой соли KClO3:

2KClO3 = 2KCl + 3O2

пероксида водорода:

2H2O2 = 2H2O + O2

или перманганата калия, который разлагается по реакции:

2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2

а также, термическим разложением нитратов щелочных металлов:

2NaNO3 = 2NaNO2 + O2

Воздух и чистый кислород широко применяются в промышленности: для получения искусственного жидкого топлива, смазочных масел, азотной и серной кислот, в металлургии – для обжига руд и для окисления примесей в расплавленном металле. В процессах сварки и резки металлов, плавления тугоплавких веществ используют высокую температуру горения ацетилена в кислороде. Жидкий кислород служит окислителем ракетного топлива. При некоторых заболеваниях врачи рекомендуют больным дышать воздухом, обогащенным кислородом.

Химические свойства кислорода

Кислород – бесцветный (в толстом слое голубой) газ без вкуса и запаха, он немного тяжелее воздуха, малорастворим в воде: при 0 оС в 100 мл воды растворяется всего 4,9 мл кислорода, при 20 оС – 3,1 мл. При охлаждении до – 183 оС кислород превращается в подвижную жидкость голубого цвета, а при – 219 оС замерзает.

Кислород образует соединения со всеми химическими элементами, кроме лёгких инертных газов (He, Ne, Ar), причем со всеми простыми веществами, кроме фтора, хлора, золота и платиновых металлов, он взаимодействует непосредственно.

Во всех реакциях кислород играет роль окислителя.

Горение лучинки в жидком кислороде
Горение лучинки в жидком кислороде

При взаимодействии О2 с простыми веществами – металлами и неметаллами – обычно образуются оксиды; например:

4Li + O2 = 2Li2O

2Ca + O2 = 2CaO

4P + 5O2 = 2P2O5

S + O2 = SO2

Однако имеются и исключения. Например, при окислении таких щелочных металлов, как натрий и калий, образуются главным образом пероксиды:

2Na + O2 = Na2O2

Характерной особенностью многих реакций соединения с кислородом является выделение теплоты и света. Такие реакции называются горением.

В кислороде могут окисляться многие сложные неорганические и органические вещества. Например:

4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O

2H2S + 3O2 = 2SO2 + 2H2O

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O

C2H5OH + 3O2 = 2CO2 + 3H2O

При сгорании азотсодержащих органических веществ кроме СО2 и Н2О образуется свободный азот; например:

4CH3NH2 + 9O2 = 4CO2 + 2N2 + 10H2O

Скачать:

Скачать бесплатно реферат на тему: «Кислород»  КИСЛОРОД.docx (10 Загрузок)

Скачать рефераты по другим темам можно здесь

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *