Кислород

Кислород — химический элемент с атомным номером 8, обозначающийся символом О, а также вещество (газ при нормальных условиях), молекула которого состоит из двух атомов кислорода (O2). Кислород является самым лёгким элементом из группы халькогенидов (6 группа периодической системы).

История открытия

Официально считается, что кислород был открыт английским химиком Джозефом Пристли 1 августа 1774 путём разложения оксида ртути в герметично закрытом сосуде (Пристли направлял на это соединение солнечные лучи с помощью мощной линзы).

2HgO (t) → 2Hg + O₂↑.

Однако Пристли первоначально не понял, что открыл новое простое вещество, он считал, что выделил одну из составных частей воздуха (и назвал этот газ «дефлогистированным воздухом»). О своём открытии Пристли сообщил выдающемуся французскому химику Антуану Лавуазье.

Несколькими годами ранее (возможно, в 1770-м) кислород получил шведский химик Карл Шееле. Он прокаливал селитру с серной кислотой и затем разлагал получившийся оксид азота. Шееле назвал этот газ «огненным воздухом» и описал своё открытие в изданной в 1777 году книге (именно потому, что книга опубликована позже, чем сообщил о своём открытии Пристли, последний и считается первооткрывателем кислорода). Шееле также сообщил о своём опыте Лавуазье.

Важным этапом, который способствовал открытию кислорода, были работы французского химика Петра Байена, который опубликовал работы по окислению ртути и последующему разложению её оксида.

Наконец, окончательно разобрался в природе полученного газа А. Лавуазье, воспользовавшийся информацией от Пристли и Шееле. Его работа имела громадное значение, потому что благодаря ей была ниспровергнута господствовавшая в то время и тормозившая развитие химии флогистонная теория. [Лавуазье провел опыт по сжиганию различных веществ и опроверг теорию флогистона, опубликовав результаты по весу сожженных элементов. Вес золы превышал первоначальный вес элемента, что дало Лавуазье право утверждать, что при горении происходит химическая реакция (окисление) вещества, в связи с этим масса исходного вещества увеличивается, что опровергает теории флогистона.]

Таким образом, заслугу открытия кислорода фактически делят между собой Пристли, Шееле и Лавуазье.

Происхождение названия

Название oxygenium («кислород») происходит от греческих слов, обозначающих «рождающий кислоту»; это связано с первоначальным значением термина «кислота». Ранее этим термином называли оксиды.

Нахождение в природе

Кислород — самый распространенный на Земле элемент, на его долю (в составе различных соединений, главным образом силикатов), приходится около 47,4 % массы твердой земной коры. Морские и пресные воды содержат огромное количество связанного кислорода — 88,8 % (по массе), в атмосфере содержание свободного кислорода составляет 20,95 % (по объёму) в воздухе массовая доля кислорода состовляет 23,12 % . Элемент кислород входит в состав более 1500 соединений земной коры.

Получение

В настоящее время в промышленности кислород получают из воздуха. В лабораториях пользуются кислородом промышленного производства, поставляемым в стальных баллонах под давлением около 15 МПа. Важнейшим лабораторным способом его получения служит электролиз водных растворов щелочей. Небольшие количества кислорода можно также получать взаимодействием раствора перманганата калия с подкисленным раствором пероксида водорода.

Физические свойства

Газ без цвета, вкуса и запаха. Растворим в воде, причем растворяется тем лучше, чем ниже ее температура. Поэтому плотность живых организмов в холодных приполярных водах может быть значительно выше, чем в теплых экваториальных.

Химические свойства

Сильный окислитель, но не окисляет Au и Pt
Взаимодействует со всеми HeMe, кроме галогенов, за исключением F
Поддерживает процессы дыхания, горения, гниения

Применение

Газовая сварка, резка и пайка металлов Проведение газопламенных работ, таких как сварка, резка и пайка металлов — одно из самых важных и востребованных применений кислорода.

Металлургическая промышленность

Увеличение температуры горения при производстве черных и цветных металлов, что позволяет существенно повысить эффективность производства. Связывание углерода с кислородом с образованием углекислого газа.

Химическая и нефтехимическая промышленность

Окисление исходных реагентов с целью получения азотной кислоты, этиленоксида, пропиленоксида, винилхлорида и других химических соединений.

Нефтегазовая промышленность

Увеличение вязкости и улучшение нефтегазового потока из колодцев. Увеличение производительности заводов по крекингу нефти, более эффективная переработка высокооктановых компонент, уменьшение серных отложений на НПЗ.

Выращивание рыбы, креветок, крабов, мидий

Обогащение воды растворенным кислородом способствует увеличению выживаемости и выхода молодых особей, а также существенно сокращает сроки инкубации.

Стекольная промышленность

Повышение температуры в печах и улучшение процессов горения, повышающие производительность производства.

Утилизация отходов

Увеличение температуры пламени в мусоросжигательных печах, что в итоге обеспечивает большую экономичность и производительность печей

Биологическая роль кислорода

Кислород участвует в окислительно-восстановительных реакциях. Живые существа дышат кислородом воздуха. Широко используется кислород в медицине. При сердечнососудистых заболеваниях, для улучшения обменных процессов, в желудок вводят кислородную пену («кислородный коктейль»). Подкожное введение кислорода используют при трофических язвах, слоновости, гангрене. Для обеззараживания и дезодорации воздуха и очистки питьевой воды применяют искусственное обогащение озоном. Радиоактивный изотоп кислорода 15O применяется для исследований скорости кровотока, лёгочной вентиляции.

Токсические производные кислорода

Некоторые производные кислорода (т. н. реактивные формы кислорода), такие как синглетный кислород, перекись водорода, супероксид, озон и гидроксильный радикал, являются высокотоксичными продуктами. Они образуются в процессе активирования или частичного восстановления кислорода. Супероксид (супероксидный радикал), перекись водорода и гидроксильный радикал могут образовываться в клетках и тканях организма человека и животных и вызывают оксидативный стресс.