Кислород

Что такое кислород — история открытия, значение в природе

Химический элемент кислород был открыт Джозефом Пристли в 1774 году.

Ученый с помощью линзы направил солнечные лучи на оксид ртути в герметично закрытом сосуде. В результате реакции разложения был выделен кислород:

\(2HgO\;\xrightarrow t\;2Hg\;+\;O_2\uparrow.\)

Кислород — самый распространенный на Земле элемент. Он входит в состав многих неорганических и органических веществ, содержится в большом количестве в литосфере, атмосфере и гидросфере, присутствует во все живых клетках.

Кислород входит в состав:

• силикатов;
• оксидов;
• гидроксидов;
• карбонатов;
• сульфатов;
• нитратов.

Эти вещества содержатся в почве, глинах, песке и горных породах.

В природе кислород образуется в процессе фотосинтеза, который происходит в зеленых растениях на свету. Под воздействием света растения вырабатывают из углекислого газа и воды глюкозу и кислород:

\(6CO_2\;+\;6H_2O\;=\;C_6H_{12}O_6\;+\;6O_2\uparrow.\)

Общая характеристика элемента

Кислород — это элемент главной подгруппы шестой группы второго периода периодической системы. Обозначается символом O (лат. Oxygenium). Его атомный порядковый номер — 8. Относительная атомная масса Ar(O) = 16.

В соединениях (в оксидах) кислород обычно двухвалентен. В угарном газе CO он трехвалентен. Молекула кислорода \(O_2\) состоит из двух атомов кислорода, связанных ковалентной неполярной связью.

Физические свойства

Это химически активный неметалл, самый легкий элемент из группы халькогенов. Немного тяжелее воздуха. Неэлектролит. При нормальных условиях кислород — это газ без вкуса, цвета и запаха. Его молекула состоит из двух атомов кислорода \(O_2.\)

Слабо растворяется в воде и спирте, хорошо растворяется в расплавленном серебре. Кислород в виде жидкости имеет светло-голубой цвет, а в твердом виде это кристаллы светло-синего цвета.

Химические свойства

Кислород — сильный окислитель, взаимодействующий практически со всеми элементами (кроме благородных металлов, галогенов и инертных газов). Такое взаимодействие называется окислением. Степень окисления элемента = 2. В результате образуются оксиды.

При нормальных условиях с кислородом реагируют только наиболее активные элементы: щелочные (Li, Na, K) и щелочноземельные металлы (Ca, Sr, Ba). Остальные элементы вступают в реакцию при нагревании.

Кислород окисляет большинство органических соединений.

 При сгорании щелочных металлов в кислороде образуются пероксиды. В таких реакциях степень окисления кислорода составляет –1.

Кислород входит в состав гидрокси-групп. Когда гидрокси-группа связывается с металлом, образовывается основание. 

Элемент поддерживает процессы дыхания, горения и гниения. Он способствует образованию ржавчины на поверхности металлических изделий.

Аллотропия и аллотропные модификации кислорода

В свободном виде кислород существует в двух аллотропных модификациях: двухатомная молекула \(O_2\) и трехатомная \(O_3\) (озон).

При нормальных условиях озон — газ голубого цвета со специфическим запахом. В 1899 году Пьер Кюри и Мария Склодовская-Кюри установили, что под воздействием ионизирующего излучения \(O_2\) переходит в \(O_3.\)

Такая реакция происходит при пропускании через воздух электрических разрядов. Она эндотермична и легко обратима. Например, во время грозы:

\(3O_2\;\rightleftarrows\;2O_3. \)

Использование кислорода в промышленности

Применение кислорода основано на его основных свойствах: поддержке дыхания и горения.

Горение:

• сварка металлов;
• металлургия;
• сварка и резка металлов;
• окислитель для ракетного топлива.

Дыхание:

• медицина (газовые смеси, кислородные коктейли, кислородные подушки);
• авиация;
• работа под водой.

Помимо этого, кислород применяют в пищевой промышленности. Он зарегистрирован как пищевая добавка E948, используется как пропеллент и упаковочный газ.

В химической промышленности элемент используют как реактив-окислитель при синтезе веществ.