кислород

1. история
2. Возникновение и свойства
3. аллотропия
4. Препаративные методы
5. Коммерческое производство и использование
6. Химические свойства и реакции

Кислород (O) , неметаллический химический элемент группы 16 (VIa или кислородная группа ) из периодическая таблица , Кислород бесцветный, без запаха, без вкуса газ необходим для живых организмов, которые поглощаются животными, которые превращают его в углерод диоксид; растения, в свою очередь, утилизируют углекислый газ в качестве источника углерода и возврата кислорода в атмосферу. Кислородные формы соединений реакцией практически с любым другим элементом, а также реакциями, которые вытесняют элементы из их комбинаций друг с другом; во многих случаях эти процессы сопровождаются выделением тепла и света и в таких случаях называются ожогами. Его самое главное соединение является воды ,

Читать дальше на эту тему

сталь: удаление кислорода

Когда уровень углерода в жидкой стали снижается, уровень растворенного кислорода теоретически увеличивается в соответствии с соотношением% C ×…

Свойства элемента атомный номер 8, атомный вес 15.9994, точка плавления -218,4 ° C (-361,1 ° F), точка кипения -183,0 ° C (-297,4 ° F), плотность (1 атм, 0 ° C), 1,429 г / л, степень окисления -1, -2, +2 (в соединениях с фтором) электронный конфиг. 1 с 22 с 22 р 4

история

Кислород был открыт около 1772 года шведским химиком, Карл Вильгельм Шееле кто получил это нагреванием калий нитрат ртутный оксид и многие другие вещества. Английский химик, Джозеф Пристли независимо обнаружил кислород в 1774 году путем термического разложения оксида ртути и опубликовал свои выводы в том же году, за три года до публикации Шееле. В 1775–80, французский химик Антуан-Лоран Лавуазье т, с замечательной проницательностью, интерпретировал роль кислорода в дыхании, а также сгорание , отбрасывая флогистон теория, которая была принята до того времени; он отметил его склонность к образованию кислот путем сочетания со многими различными веществами и, соответственно, назвал кислородный элемент ( оксиген ) от греческого слова «кислотный формирователь».

Возникновение и свойства

На 46 процентов массы кислород является наиболее обильным элементом в Земли корка. Доля кислорода по объему в атмосфере составляет 21 процент, а по весу морская вода составляет 89 процентов. В породах он сочетается с металлами и неметаллами в виде оксидов, которые являются кислыми (такими как сера , углерод, алюминий и фосфор) или основной (такой как кальций , магний и железа) и в виде солеподобных соединений, которые можно рассматривать как образованные из кислых и основных оксидов, таких как сульфаты, карбонаты, силикаты, алюминаты и фосфаты. Эти твердые соединения в изобилии не пригодны в качестве источников кислорода, потому что отделение элемента от его плотных сочетаний с металл атомы слишком дороги.

Ниже −183 ° С (-297 ° F), кислород представляет собой бледно-голубую жидкость; оно становится твердым примерно при -218 ° C (-361 ° F). Чистый кислород в 1,1 раза тяжелее воздух ,

Получите неограниченный доступ без рекламы ко всему доверенному контенту Britannica. Начните бесплатную пробную версию сегодня

Во время дыхания животных и некоторых бактерии взять кислород из атмосферы и вернуть ему углекислый газ, тогда как фотосинтез , зеленые растения усваивать углекислого газа в присутствии солнечного света и выделяют свободный кислород. Почти весь свободный кислород в атмосфере происходит из-за фотосинтеза. Приблизительно 3 части кислорода по объему растворяются в 100 частях пресной воды при 20 ° C (68 ° F), чуть меньше в морской воде. Растворенный кислород необходим для дыхания рыб и других морских обитателей.

Природный кислород представляет собой смесь трех стабильных изотопов: кислорода-16 (99,759 процента), кислорода-17 (0,037 процента) и кислорода-18 (0,204 процента). Известно несколько искусственно приготовленных радиоактивных изотопов. Кислород-15 с наибольшим сроком годности (период полураспада 124 секунды) был использован для изучения дыхания у млекопитающих.

аллотропия

Кислород имеет две аллотропные формы, двухатомную (O2) и трехатомную (O3, озон). Свойства двухатомной формы предполагают, что шесть электронов связывают атомы, а два электрона остаются непарными, что объясняет парамагнетизм кислорода. Три атома в озон молекула не лежите по прямой линии.

Озон может быть получен из кислорода в соответствии с уравнением:

Процесс, как написано, является эндотермическим (энергия должна быть обеспечена, чтобы он продолжался); преобразованию озона обратно в двухатомный кислород способствует присутствие переходных металлов или их оксидов. Чистый кислород частично превращается в озон бесшумным электрическим разрядом; реакция также вызвана поглощением ультрафиолетовый свет с длиной волны около 250 нанометров (нм, нанометр, равный 10–9 метрам); Возникновение этого процесса в верхних слоях атмосферы удаляет радиацию, которая была бы вредна для жизни на поверхности Земли. Острый запах озона заметен в замкнутых пространствах, в которых возникает искрение электрооборудования, например в генераторных помещениях. Озон светло-голубой; его плотность в 1,665 раза больше, чем у воздуха, и имеет точка кипения -112 ° C (-170 ° F) при атмосферное давление ,

Озон является мощным окислителем, способным превращать диоксид серы до триоксида серы, сульфидов до сульфатов, йодидов до йод (предоставляя аналитический метод для его оценки), а также многие органические соединения с кислородсодержащими производными, такими как альдегиды и кислоты. Превращение озоном углеводородов из автомобильных выхлопных газов в эти кислоты и альдегиды способствует раздражающей природе смог , В промышленных масштабах озон используется в качестве химического реагента, в качестве дезинфицирующего средства в очистка сточных вод , очистка воды и отбеливание текстиля.

Препаративные методы

Методы производства, выбранные для кислорода, зависят от количества желаемого элемента. Лабораторные процедуры включают в себя следующее:

1. Термическое разложение некоторых солей, таких как хлорат калия или нитрат калия:

Разложение хлората калия катализируется оксидами переходных металлов; марганец часто используется диоксид (пиролузит, MnO2). Температура, необходимая для выделения кислорода, снижается с 400 до 250 ° С катализатор ,

2. Термическое разложение оксидов тяжелых металлов:

Шееле и Пристли использовали оксид ртути (II) в своих препаратах кислорода.

3. Термическое разложение пероксидов металлов или водород перекись:

Ранняя коммерческая процедура для выделения кислорода из атмосферы или для производства пероксид водорода зависело от формирования барий перекись из оксида, как показано в уравнениях.

4. Электролиз воды, содержащей небольшие доли солей или кислот, для обеспечения возможности проведения электрического тока:

Коммерческое производство и использование

Когда требуется в тоннажных количествах, кислород готовится фракционным дистилляция жидкого воздуха. Из основных компонентов воздуха кислород имеет самую высокую температуру кипения и поэтому является менее летучим, чем азот а также аргон , Процесс использует преимущество того факта, что, когда сжатому газу позволяют расширяться, он охлаждается. Основные этапы операции включают в себя следующее: (1) воздух фильтруется для удаления твердых частиц; (2) влага и диоксид углерода удаляются путем абсорбции щелочью; (3) воздух сжимается и тепло сжатия отводится обычными процедурами охлаждения; (4) сжатый и охлажденный воздух передается в змеевики, содержащиеся в камере; (5) часть сжатый воздух (при давлении около 200 атмосфер) расширяется в камере, охлаждая катушки; (6) расширенный газ возвращается в компрессор с несколькими последующими этапами расширения и сжатия, что в конечном итоге приводит к сжижению сжатого воздуха при температуре -196 ° C; (7) жидкому воздуху дают нагреться, чтобы отогнать сначала легкие редкие газы, затем азот, оставляя жидкий кислород. Многократное фракционирование даст достаточно чистый продукт (99,5%) для большинства промышленных целей.

сталь Промышленность является крупнейшим потребителем чистого кислорода для «выдувания» высокоуглеродистой стали, то есть улетучивания углекислого газа и других неметалл примеси в более быстром и более легко контролируемом процессе, чем при использовании воздуха. Очистка сточных вод кислородом обещает более эффективную очистку жидких стоков, чем другие химические процессы. Сжигание отходов в закрытых системах с использованием чистого кислорода стало важным. Так называемый LOX ракета окислитель топлива - жидкий кислород; потребление LOX зависит от активности космических программ. Чистый кислород используется в подводных лодках и водолазных колоколах.

Коммерческий кислород или обогащенный кислородом воздух заменил обычный воздух в химическая индустрия для изготовления таких химических веществ, контролируемых окислением, как ацетилен , этилен оксид и метанол , Медицинское применение кислорода включает использование в кислородных палатках, ингаляторах и детских инкубаторах. Обогащенные кислородом газообразные анестетики обеспечивают поддержку жизни во время общей анестезии. Кислород имеет большое значение в ряде отраслей, которые используют печи.

Химические свойства и реакции

Большие значения электроотрицательность и сродство к электрону кислорода характерны для элементов, которые показывают только неметаллическое поведение. Во всех своих соединениях кислород предполагает отрицательный степень окисления как ожидается от двух наполовину заполненных внешних орбиталей. Когда эти орбитали заполнены переносом электрона, образуется ион оксида O2−. В пероксидах (разновидностях, содержащих ион O22-) предполагается, что каждый кислород имеет заряд -1. Это свойство принимать электроны путем полного или частичного переноса определяет окислитель. Когда такой агент реагирует с электронодонорным веществом, его собственная степень окисления понижается. Изменение (понижение) от нуля до состояния -2 в случае кислорода называется редукцией. Кислород можно рассматривать как «оригинальный» окислитель, номенклатура используется для описания окисления и восстановления на основе этого поведения, характерного для кислорода.

Как описано в разделе аллотропия кислород образует двухатомные частицы O2 в нормальных условиях, а также трехатомный вид озона O3. Есть некоторые свидетельства очень нестабильного четырехатомного вида, О4. В молекулярной двухатомной форме есть два неспаренных электрона, которые находятся на антисвязывающих орбиталях. Парамагнитное поведение кислорода подтверждает наличие таких электронов.

Интенсивная реакционная способность озона иногда объясняется предположением, что один из трех атомов кислорода находится в «атомном» состоянии; при реакции этот атом диссоциирует от молекулы О3, оставляя молекулярный кислород.

Молекулярные частицы, O2, не особенно реактивны при нормальных (окружающих) температурах и давлениях. Атомный вид О, гораздо более реактивный. Энергия диссоциации (O2 → 2O) велика и составляет 117,2 ккал на моль.

Кислород имеет степень окисления -2 в большинстве его соединений. Он образует большой спектр ковалентно связанных соединений, среди которых есть оксиды неметаллов, такие как вода (H2O), диоксид серы (SO2) и диоксид углерода (CO2); органические соединения, такие как спирты, альдегиды и карбоновые кислоты; обычные кислоты, такие как серная (H2SO4), угольная (H2CO3) и азотная (HNO3); и соответствующие соли, такие как натрий сульфат (Na2SO4), карбонат натрия (Na2CO3) и нитрат натрия (NaNO3). Кислород присутствует в виде оксидного иона O2- в кристаллической структуре твердых оксидов металлов, таких как оксид кальция, CaO. Металлические супероксиды, такие как супероксид калия, KO2, содержат ион O2, в то время как пероксиды металлов, такие как пероксид бария, BaO2, содержат ион O22.

Похожие

Комментарии