Химический Элемент Кислород

Кислород является одним из наиболее распространенных элементов на Земле и во Вселенной. Он обладает широким спектром свойств, включая парамагнетизм и горючесть. Кислород - бесцветный газ без запаха и является третьим по распространенности элементом как на Земле, так и во Вселенной в целом. Он имеет множество применений, таких как медицина и сжигание топлива. Благодаря своей высокореактивной природе кислород, что неудивительно, играет жизненно важную роль как в природе, так и в промышленности. Самое главное, что кислород отвечает за множество жизненно важных биологических процессов, без его изобилия жизнь на земле не существовала бы.

Десять интересных и забавных фактов о кислороде
Все аэробные живые организмы нуждаются в кислороде, чтобы выжить и процветать. Сюда входят растения, животные и грибы. Только анаэробные организмы могут выжить без кислорода.
Раньше стандартом атомного веса был кислород, пока в 1961 году его не заменили углеродом-12.
В каменноугольный период 350 миллионов лет назад уровень кислорода в атмосфере составлял 35%. Это позволило насекомым вырасти почти в 10 раз по сравнению с их современными размерами!
Природный кислород состоит из трех изотопов, но кислород-16 наиболее распространен, на его долю приходится примерно 99,7% элемента в том виде, в каком он встречается в природе.
Когда внешние электроны кислорода переходят в возбужденное состояние, они выделяют яркие цвета, такие как фиолетовый и зеленый. Вот как кислород создает северное сияние!
Твердый кислород очень трудно производить, потому что он имеет такую низкую температуру плавления.
Единичные атомы кислорода очень редки в природе – на самом деле они двухатомные! Атомы кислорода почти всегда связаны с другим атомом кислорода или с каким-либо другим элементом.
Кислород может образовываться в ядре звезд
В пресной воде содержится больше кислорода на литр, чем в морской воде. Морская вода содержит только около 82% кислорода, как пресная вода.
Кислород - самый распространенный элемент в организме человека по массе. Почти ? веса нашего тела составляет кислород!

Кислород в периодической таблице
Кислород является 8-м элементом в периодической таблице и имеет символ O. Он имеет атомный номер 8, потому что в нем 8 протонов. Это халькоген, что означает, что он относится к группе 16 периодической таблицы. Один атом кислорода имеет 6 валентных электронов и имеет заряд -2. Кислород является одним из самых электроотрицательных элементов, с показателем 3,44 по шкале Полинга, и поэтому расположен в верхней правой части периодической таблицы. Он расположен в p-блоке и газообразной конфигурации [He] 2s22p?

Кислород в окружающей среде
Кислород чаще всего встречается в виде аллотропа, в частности O2 и O3 (озон). Озон гораздо более реакционноспособен, чем O2, и играет важную роль в химии атмосферы, поглощая ультрафиолетовое излучение от солнечного света. Без озонового слоя атмосферы Земли УФ-индекс на поверхности был бы слишком высоким для процветания живых организмов. Поскольку парниковые газы со временем разрушают озон, в атмосферу Земли попадает больше ультрафиолетового излучения, что приводит к нагреванию планеты.

Важность кислорода для жизни:
Кислород, как известно, необходим для клеточного дыхания. Он высвобождает энергию в митохондриях для производства аденозинтрифосфата во время окислительного фосфорилирования, часто представленного химическим уравнением:

Двухатомный кислород диффундирует через мембраны в легких в эритроциты и связывается с гемоглобином, придавая крови характерный красный цвет. Средний человек вдыхает примерно 2 грамма кислорода в минуту в состоянии покоя.

Свободный газообразный кислород был чрезвычайно редок на Земле до существования первых одноклеточных организмов. Фотосинтезирующие бактерии и археи эволюционировали 3,5 миллиарда лет назад и начали увеличивать концентрацию кислорода в атмосфере. Однако аэробным организмам потребовалось более миллиарда лет, чтобы стать доминирующей формой жизни на Земле и начать резко увеличивать объем кислорода в атмосфере. За последние 500 миллионов лет уровень кислорода в атмосфере колебался в пределах 15-30% и сегодня составляет около 21%.

Применение кислорода в современном мире

Ракетное топливо
Кислород является основным реагентом в реакциях экзотермического горения, используемых в промышленности по всему миру. В частности, одним из наиболее известных применений жидкого кислорода, получившего название “LOX”, является его роль окислителя в производстве ракетного топлива, впервые использованного ученым НАСА Робертом Годдардом в 1962 году. Сегодня он по-прежнему является основной камерой сгорания ракетного топлива.

Медицина
Газообразный кислород часто используется в медицине, особенно для пациентов, пытающихся дышать самостоятельно. Кислородные баллоны с трубками, подсоединяемыми к носу, вводятся пациентам больниц, чтобы облегчить дыхание и поддерживать стабильный уровень кислорода в крови. Обычно люди дышат воздухом, который состоит из 79% азота и 21% кислорода. Азот вдыхается, а затем снова выдыхается без изменений. В медицине кислород настолько чистый, чтобы избежать загрязнения, что пациенты вдыхают только тот газ, который им нужен.

Промышленность
Двухатомный кислород легко соединяется с металлами с образованием оксидов, а также вызывает коррозию. Коррозия создает защитное покрытие вокруг металла, которое дает кислород для многочисленных промышленных применений. Известно, что он вступает в реакцию с железом с образованием оксида железа (III), что приводит к образованию ржавчины в результате окисления. Кислород окисляет топливо, когда что-то горит. Разжечь огонь было бы очень сложно, если бы в атмосфере было меньше кислорода.

Лаборатория
Чистый кислород обычно получают путем электролиза, процесса, при котором через воду пропускают электрический ток. Это дает молекулам воды достаточно энергии, чтобы разорвать связи между водородом и кислородом, выделяя чистый газ из кислорода и водорода. В лабораторных условиях материалы могут сжигаться более эффективно, если концентрация кислорода в атмосфере увеличивается. Кислород окисляет топливо, когда что-то горит. Разжечь огонь было бы очень сложно, если бы в атмосфере было меньше кислорода!

Кислород также является одним из элементов, которые могут участвовать в образовании водородных связей, наряду с азотом и фтором. Эта способность связывания позволяет ему образовывать прочные соединения с более высокими температурами кипения, такие как вода.

Когда и как был открыт кислород

История кислорода
Воздух был впервые определен как “элемент” древними греками более 2500 лет назад. Они разделили воздух на огонь, ветер и воду.

Однако правильное открытие кислорода в основном приписывают английскому ученому Джозефу Пристли. Пристли проводил различные эксперименты с образцами воздуха и смог доказать, что это не однородное соединение, а смесь множества различных элементов, каждый из которых реагировал по-разному.

Некоторые приписывают немецкому химику Карлу Вильгельму Стилу открытие кислорода в 1773 году, хотя это иногда оспаривается. Стил не публиковал результаты своих экспериментов до 1774 года, сразу после того, как Пристли опубликовал свои. Возможно, что оба ученых открыли этот элемент в одно и то же время независимо, подобно тому, как Исаак Ньютон и Готфрид Вильгельм Лейбниц открыли основы исчисления.

Где во Вселенной находится кислород?
В своей элементарной форме кислород является 3-м наиболее распространенным элементом в земной коре и 2-м наиболее распространенным элементом в атмосфере земли. Двухатомный кислород и озон редко встречаются вне этих двух обстоятельств. Однако соединения кислорода очень распространены в природе и в промышленности.

Выделение кислорода
Кислород выделяют с помощью метода, известного как метод фракционной дистилляции. Это достигается путем удержания атмосферного воздуха, охлаждения его до -181 по Цельсию, после чего кислород разжижается. Затем этот жидкий кислород собирают. Его можно либо поддерживать в жидком виде при низких температурах, либо легко преобразовать в газ.

Химия кислорода – соединения, реакции, степени окисления

Химические свойства кислорода
Кислород обладает высокой реакционной способностью и чаще всего образует оксиды с другими элементами, но он способен образовывать самые разнообразные соединения. Кислород служит мощным окислителем и является вторым по электроотрицательности элементом после фтора.При стандартной температуре и давлении (STP) кислород образует двухатомные молекулы в бесцветном газе без запаха. Кислород также растворим в воде, но это свойство зависит от температуры.

Жидкий кислород
Жидкий кислород имеет гораздо более заметный синий цвет, чем газообразный кислород, и является сравнительно более сильным окислителем, а также более реакционноспособным. Кислород в его жидкой форме имеет тенденцию вызывать высокоэнергетические реакции в присутствии органических молекул, часто в форме реакций горения или детонации. Он сильно парамагнитен в результате параллельного вращения неспаренных электронов. Его парамагнетизм настолько силен, что два полюса магнита. может фактически приостанавливать жидкий кислород Неспаренные электроны на молекулярных орбиталях отвечают за слегка голубоватый цвет, который легче заметить, когда кислород находится в жидкой форме.

Степени окисления кислорода
Кислород может проявлять несколько степеней окисления, но чаще всего проявляет -2. Степень окисления -1 присутствует в пероксидах и персульфатах. Степени окисления +1, + 2 очень редки для кислорода и возникают в сочетании с фтором.

Соединения кислорода
Кислород - высокореактивный элемент. Благородные газы гелий и неон - единственные элементы, с которыми кислород не образует соединений, и это потому, что они невероятно стабильны сами по себе.

H2O – вода
??Fe2O3 – оксид железа (III) (ржавчина)
CO2 – диоксид углерода (продукт дыхания)
SiO2 – диоксид кремния (содержится в граните и песке)
Al2O – оксид алюминия (в боксите и корунде)
CO3 Ca. – карбонат кальция (в известняке и силикатах)
C2H4O – окись этилена (используется для изготовления антифриза)

Кислород также присутствует во многих органических функциональных группах, включая спирты, сложные эфиры и кетоны. Это один из двух первичных атомов в карбониле, фундаментальном строительном блоке для органических молекул.

Физические свойства кислорода:
В своей газообразной форме кислород не имеет цвета, запаха и вкуса.

Символ кислорода: O
Температура плавления: 54 К
Температура кипения: 90 К
Степени окисления: -2 (наиболее распространенные), -1, +1, +2 ( менее распространенный)
Плотность: 1,43 г / л
Атомный вес: 15,99 ед
Атомный номер: 8
Электроотрицательность: 3,44
Классификация: неметалл, халькоген
Естественное содержание: 46,6% земной коры
Конфигурация электронной оболочки: [He] 2s22p?
Энергия ионизации: 13,61 эВ

Где я могу купить кислород?
Кислородные баллончики можно приобрести без рецепта в большинстве аптек. Его можно использовать для медицинских целей, а также для спортивных результатов. Альпинисту может потребоваться использовать кислородные баллончики для поддержания здоровья сердечно-сосудистой системы при приближении к определенной высоте. Жидкий кислород, однако, должен быть приобретен непосредственно в лаборатории или химической компании, потому что он должен храниться при невероятно низких температурах, чтобы поддерживать это более низкое энергетическое состояние.