Кислородът (от латински Oxygenium) е химичен елемент в Периодичната система на елементите, който има маркировката O и протонното число 8. Кислородът е основният компонент на въздуха, който всички дишаме. Източникът на кислород за атмосферата са процесите на фотосинтеза. Две трети кислород се произвежда от сухоземни растения (тропическите гори са важен източник), а останалата трета се произвежда от морски растения (главно водорасли). За първи път молекулярният кислород O2 се появява на Земята в по-големи количества през палеопротерозоя (преди 2500 - 1600 милиона години) в резултат на метаболизма на анаеробните организми. Думата кислород идва от две думи от гръцки, οξυς (оксис) (киселина, остър) и γεινομαι (geinomai) (хайвер).
Характеристики:
При стандартна температура и налягане кислородът се появява като двувалентна молекула O2, в която два кислородни атома са свързани заедно. Кислородният атом има шест електрона във външния слой, така че той се намира в група VI.A и във втория период от периодичната таблица. Кислородът е безцветен газ. В течно и твърдо състояние има светлосин цвят. Той е слабо разтворим във вода. Този факт е от голямо значение за живота на водните организми, защото им позволява да дишат. Кислородът е много реактивен елемент. Реакциите на сливане на кислород най-често са екзотермични.
Основното свойство на кислорода е, че той действа като силно окислително средство. С изключение на халогени, редки газове и някои благородни метали, кислородът се комбинира директно с всички елементи. Обикновено се изисква по-висока температура за започване на споменатите реакции, но тогава топлината на вече освободената реакция е достатъчна, за да протекат спонтанно. Ако екзотермичните реакции на веществата с кислород са придружени от развитието на светлина, те се наричат горене. За да може дадено вещество да се възпламени, то трябва да се нагрее до температура на запалване, която варира в зависимост от веществото. Чрез доставената топлина изпареното вещество реагира с кислород, отделяйки толкова голяма реакционна топлина, че твърдите компоненти на горивните газове се загряват и светват. След това допълнителни количества от веществото се изпаряват чрез лъчиста топлина, изгарят се и т.н., докато веществото изгори.
Кислородът като диоксиген (двувалентна молекула О2) е най-разпространен на Земята.
- в атмосферата кислородният газ представлява 21 обемни%. Океанската вода, която покрива 2/3 от земната повърхност, се състои от 86 тегловни% кислород.
- в земната кора Кислородът е основният елемент, той присъства в почти всички скали. Съдържанието му се изчислява на 46 - 50% тегловни. В по-дълбоките слоеве на земното тяло съдържанието на кислород намалява и се приема, че той присъства в земното ядро само в следи.
-
в пространството съдържанието на кислород е значително по-ниско. На 1000 водородни атома има само един кислороден атом.
В допълнение към обичайните двуатомни молекули O2, кислородът се среща и под формата на триатомна молекула като озон O3. При нормални условия това е силно реактивен газ със син цвят и характерна миризма с изключително силни окислителни ефекти. При -112 ° C той се кондензира до течен тъмно син озон и при -193 ° C се образува червено-виолетов твърд озон. Приготвянето на озон е сравнително лесно чрез безшумен електрически разряд в атмосфера на чист кислород. Това създава смес от кислород и озон, където съдържанието на O3 обикновено достига 10%. Чист озон може да се получи чрез фракционна дестилация на тази газова смес.
В медицината се използва за стерилизация на инструменти. Ефектите от сравнително популярната днес озонотерапия, която според нейните поддръжници трябва да доведе до регенерация на клетките и тъканите, са малко спорни. Противниците на този метод посочват възможните рискове от подобни подмладяващи процедури, поради високата реактивност и токсичността на озона.
Бактерицидните ефекти на озона се използват за дезинфекция на питейна вода вместо често използвания преди това дезинфектант на вода с хлорен газ или хипохлорит.
Силните окислителни ефекти на озона много често се използват в хартиената промишленост за избелване на целулоза за производство на хартия.
- Кислородът е от съществено значение за дишането, така че е намерил приложение и в медицината за операции и травматични състояния в подкрепа на дишането на пациента. Смеси от кислород с инертни газове се използват от водолазите за облекчаване на кесоновата болест при гмуркане на големи дълбочини. Алпийските алпинисти също прибягват до дишане на чист кислород, когато е необходимо, а пилотите-изтребители са оборудвани със смес от сгъстени газове, чийто основен компонент е кислородът.
- Чрез изгаряне на смес от кислород и водород могат да се достигнат температури над 3000 ° C. Следователно кислород-водороден пламък се използва за рязане на стомана и стопяване на метали с висока точка на топене, напр. платинени метали.
- Основното изискване при производството на стомана е премахването на въглерода от желязото. Така нареченият Производственият метод на Bessemer се основава на инжектиране на чист кислород в разтопено желязо в конвертор. При високи температури на стопилката графитният въглерод се окислява до газообразни оксиди, които изтичат от стопилката.
- Въпреки риска, течният кислород все още често служи като гориво за ракетни двигатели по време на изстрелването на космически кораби.
Приготвяне на кислород (за интерес)
Инструменти:
фракционна колба, разделителна фуния, стойка, държач със скоба, стъклена тава, конични колби, метална купа с пясък, лъжица за горене, клещи, защитен щит.
Химикали:
водороден пероксид H2O2 (w = 15%), наситен разтвор на калиев перманганат KMnO4, сярна киселина (w = 10%), магнезиева лента или магнезиев прах, алуминиево фолио или алуминиев прах, червен фосфор или сяра на прах, въглен.
Приближаване:
а) От фракционната колба и разделителната фуния се сглобява апаратът за отделяне на газ (виж фигурата). Добавете около 100 cm 3 наситен разтвор на KMnO4 към колбата и добавете 5 cm 3 разтвор на сярна киселина. Водороден пероксид се добавя на капки от делителната фуния. Изтичащият газ се улавя под вода в конични колби. Затворете пълните с газ колби със запушалка и използвайте за следните експерименти.
б) За експеримента ще използваме пълни с кислород колби, които ще поставим върху пясък в метални купички от съображения за безопасност. Постепенно поставяйте клещи с запалена магнезиева лента (или горяща лъжица с горящ магнезиев прах), горящо алуминиево фолио, горяща лъжица с горящ фосфор или сяра или въглен в отделните колби.
В реакцията на метали и неметали с кислород се получават съответните оксиди. Някои реакции са придружени от развитието на топлина и светлина. Следователно работим със защитен щит. След охлаждане се добавят около 20 cm 3 вода към колбите, разклаща се и се определя киселинно-алкалната реакция на отделните разтвори.
Калиев перманганат е силно окислително средство, което се редуцира до манганови йони в киселата среда на разтвор на водороден прекис. Кислородът, свързан във водородния прекис, се окислява до елементарен кислород.
Кислородът реагира при по-високи температури с метали и неметали, образувайки оксиди.
а) Записваме продължаващата химическа реакция чрез химичното уравнение:
б) Реакциите на елементи с кислород се изразяват чрез химичните уравнения: