в каком виде кислород встречается в природе

Кислород: химия кислорода

Кислород

Положение в периодической системе химических элементов

Кислород расположен в главной подгруппе VI группы (или в 16 группе в современной форме ПСХЭ) и во втором периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.

Электронное строение кислорода

Электронная конфигурация кислорода в основном состоянии :

+8O 1s 2 2s 2 2p 4 1s 2s 2p

Атом кислорода содержит на внешнем энергетическом уровне 2 неспаренных электрона и 2 неподеленные электронные пары в основном энергетическом состоянии.

Физические свойства и нахождение в природе

Озон О₃ — при нормальных условиях газ голубого цвета со специфическим запахом, молекула которого состоит из трёх атомов кислорода.

Кислород — это самый распространённый в земной коре элемент. Кислород входит в состав многих минералов — силикатов, карбонатов и др. Массовая доля элемента кислорода в земной коре — около 47 %. Массовая доля элемента кислорода в морской и пресной воде составляет 85,82 %.

В атмосфере содержание свободного кислорода составляет 20,95 % по объёму и 23,10 % по массе.

Способы получения кислорода

В промышленности кислород получают перегонкой жидкого воздуха.

Лабораторные способы получения кислорода:

Разложение перманганата калия:

Разложение бертолетовой соли в присутствии катализатора MnO₂ :

2KClO₃ → 2KCl + 3O₂

Разложение пероксида водорода:

2HgO → 2Hg + O₂

Соединения кислорода

Химические свойства

При нормальных условиях чистый кислород — очень активное вещество, сильный окислитель. В составе воздуха окислительные свойства кислорода не столь явно выражены.

1.1. Кислород реагирует с фтором с образованием фторидов кислорода:

С хлором и бромом кислород практически не реагирует, взаимодействует только в специфических очень жестких условиях.

1.2. Кислород реагирует с серой и кремнием с образованием оксидов:

1.3. Фосфор горит в кислороде с образованием оксидов:

При недостатке кислорода возможно образование оксида фосфора (III):

Но чаще фосфор сгорает до оксида фосфора (V):

1.4. С азотом кислород реагирует при действии электрического разряда, либо при очень высокой температуре (2000 о С), образуя оксид азота (II):

N₂ + O₂→ 2NO

1.5. В реакциях с щелочноземельными металлами, литием и алюминием кислород также проявляет свойства окислителя. При этом образуются оксиды:

2Ca + O₂ → 2CaO

Однако при горении натрия в кислороде преимущественно образуется пероксид натрия:

2Na + O₂→ Na₂O₂

А вот калий, рубидий и цезий при сгорании образуют смесь продуктов, преимущественно надпероксид:

K + O₂→ KO₂

Переходные металлы окисляются кислород обычно до устойчивых степеней окисления.

Цинк окисляется до оксида цинка (II):

2Zn + O₂→ 2ZnO

2Fe + O₂→ 2FeO

4Fe + 3O₂→ 2Fe₂O₃

3Fe + 2O₂→ Fe₃O₄

при недостатке кислорода образуется угарный газ СО:

2C + O₂ → 2CO

Алмаз горит при высоких температурах:

Горение алмаза в жидком кислороде:

Графит также горит:

Графит также горит, например, в жидком кислороде:

Графитовые стержни под напряжением:

2. Кислород взаимодействует со сложными веществами:

4FeS + 7O₂→ 2Fe₂O₃ + 4SO₂

Ca₃P₂ + 4O₂→ 3CaO + P₂O₅

2.2. Кислород окисляет бинарные соединения неметаллов:

2H₂S + 3O₂→ 2H₂O + 2SO₂

Аммиак горит с образованием простого вещества, азота:

4NH₃ + 3O₂→ 2N₂ + 6H₂O

Аммиак окисляется на катализаторе (например, губчатое железо) до оксида азота (II):

4NH₃ + 5O₂→ 4NO + 6H₂O

CS₂ + 3O₂→ CO₂ + 2SO₂

2CO + O₂→ 2CO₂

2.3. Кислород окисляет гидроксиды и соли металлов в промежуточных степенях окисления в водных растворах.

Кислород окисляет азотистую кислоту :

2.4. Кислород окисляет большинство органических веществ. При этом возможно жесткое окисление (горение) до углекислого газа, угарного газа или углерода:

CH₄ + 2O₂→ CO₂ + 2H₂O

2CH₄ + 3O₂→ 2CO + 4H₂O

CH₄ + O₂→ C + 2H₂O

Также возможно каталитическое окисление многих органических веществ (алкенов, спиртов, альдегидов и др.)

Источник

В каком виде кислород встречается в природе

Наш урок посвящен химическому элементу, который занимает особое место в жизни человека и всего живого. Речь пойдет о кислороде. Вы познакомитесь с общей характеристикой химического элемента – кислорода по его положению в ПСХЭ, рассмотрим нахождение кислорода в природе, изучим способы получения кислорода и его физические свойства.

Также данный урок посвящен изучению истории открытия одного из самых известных неорганических веществ – кислорода. Из материалов урока вы узнаете, кому принадлежит приоритет открытия кислорода и кто дал название этом веществу.

“Кислород — это вещество, вокруг которого вращается земная химия”.

I. Познавательный фильм: “Кислород”

II. Общая характеристика кислорода как химического элемента по положению его в ПСХЭ

Кислород — элемент главной подгруппы шестой группы, второго периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным порядковым номером 8.

Обозначается символом O (лат. Oxygenium).

Относительная атомная масса химического элемента кислорода равна 16, т.е. Ar(O)=16.

Относительная молекулярная масса равна 32, т.е. Мr(O2)=32.

III. Валентность кислорода, физические свойства

В соединениях кислород обычно двухвалентен (в оксидах), валентность VI не существует. В свободном виде встречается в виде двух простых веществ: О₂ («обычный» кислород) и О₃ (озон). О₂ — газ без цвета и запаха, с относительной молекулярной массой =32. О₃ – газ без цвета с резким запахом, с относительной молекулярной массой =48.

Кис­ло­род под­дер­жи­ва­ет ды­ха­ние и го­ре­ние. При­чем, если вне­сти в сосуд с кис­ло­ро­дом тле­ю­щую лу­чин­ку, то она вспых­нет ярким пла­ме­нем.

Это интересно: “Какого цвета твердый кислород”

При температуре 90 K газ кислород превращается в бледно-голубую жидкость, а при температуре 54 K становится твёрдым. Но твёрдый кислород твёрдому кислороду рознь: в интервале давлений от 0 до приблизительно 130 гигапаскалей (1,3 млн атмосфер) кислород может существовать по крайней мере в шести модификациях (их обозначают греческими буквами γ, β, α, δ, ε и ζ). Эти модификации отличаются друг от друга кристаллической решёткой, магнитными и электрическими свойствами, а также цветом. Например, при давлении 5,4 гПа (это примерно в 52 тысячи раз выше атмосферного) твёрдый кислород имеет бледно-голубой цвет. При дальнейшем повышении давления (до 10 гПа) твёрдый кислород становится красным. Некоторые модификации твёрдого кислорода даже называют по их характерному цвету. Например, δ-O₂ называют оранжевым кислородом, а ε-O₂ — красным кислородом.

IV. Кислород в природе

Кислород — самый распространенный на Земле элемент, на его долю (в составе различных соединений, главным образом силикатов), приходится около 49% массы твердой земной коры. Морские и пресные воды содержат огромное количество связанного кислорода — 85,5% (по массе), в атмосфере содержание свободного кислорода составляет 21% по объёму и 23% по массе. Более 1500 соединений земной коры в своем составе содержат кислород.

Кислород входит в состав многих органических веществ и присутствует во всех живых клетках. По числу атомов в живых клетках он составляет около 20 %, по массовой доле — около 65 %.

V. Открытие и получение кислорода

При­о­ри­тет от­кры­тия кис­ло­ро­да при­над­ле­жит ан­гли­ча­ни­ну Джо­зе­фу Прист­ли.В 1774 г. он об­на­ру­жил, что при раз­ло­же­нии ок­си­да ртути об­ра­зу­ет­ся га­зо­об­раз­ное ве­ще­ство, в ат­мо­сфе­ре ко­то­ро­го тле­ю­щая лу­чи­на вспы­хи­ва­ет ярким пла­ме­нем, а ды­шать этим газом осо­бен­но легко. Это был кис­ло­род. Урав­не­ние ре­ак­ции раз­ло­же­ния ок­си­да ртути:

Прист­ли по­де­лил­ся своим от­кры­ти­ем с А.Ла­ву­а­зье, и тот дал газу на­зва­ние «кис­ло­род».

Ин­те­рес­но, что еще до работ Дж. Прист­ли в 1771 г. опыты по раз­ло­же­нию ок­си­да ртути про­де­лал швед­ский химик Карл Шееле. Но ре­зуль­та­ты его ис­сле­до­ва­ний были опуб­ли­ко­ва­ны толь­ко в 1775 г., по­это­му Прист­ли о них ни­че­го не знал.

Есть еще один ин­те­рес­ный ис­то­ри­че­ский факт. Ока­зы­ва­ет­ся гол­ланд­ский химик Кор­не­ли­ус Дреб­бел при­мер­но за 150 лет до Прист­ли и Шееле по­лу­чил кис­ло­род при на­гре­ва­нии нит­ра­та калия:

Он опи­сал свой­ства по­лу­чен­но­го га­зо­об­раз­но­го ве­ще­ства: тле­ю­щий уго­лек в нем вспы­хи­вал, в ат­мо­сфе­ре этого газа легко ды­ша­лось. Свое от­кры­тие уче­ный даже ис­поль­зо­вал на изоб­ре­тен­ном им под­вод­ном судне. Од­на­ко в то время уче­ные не ин­те­ре­со­ва­лись га­за­ми, и от­кры­тие Дреб­бе­ла даже не за­ме­ти­ли.

VI. Получение кислорода

Промышленный способ получения кислорода

Лабораторные способы получения кислорода

В ла­бо­ра­то­рии кис­ло­род тре­бу­ет­ся не в таких боль­ших ко­ли­че­ствах, как в про­мыш­лен­но­сти. Обыч­но его при­во­зят в го­лу­бых сталь­ных бал­ло­нах, в ко­то­рых он на­хо­дит­ся под дав­ле­ни­ем. В неко­то­рых слу­ча­ях всё же тре­бу­ет­ся по­лу­чить кис­ло­род хи­ми­че­ским путём. Для этого ис­поль­зу­ют ре­ак­ции раз­ло­же­ния.

1. Разложение пероксида водорода

При ком­нат­ной тем­пе­ра­ту­ре пе­рок­сид во­до­ро­да раз­ла­га­ет­ся мед­лен­но (при­зна­ков про­те­ка­ния ре­ак­ции мы не видим), но этот про­цесс можно уско­рить, если до­ба­вить в рас­твор несколь­ко кру­пи­нок ок­си­да мар­ган­ца(IV). Во­круг кру­пи­нок чер­но­го ок­си­да сразу на­чи­на­ют вы­де­лять­ся пу­зырь­ки газа. Это кис­ло­род. Как бы долго ни про­те­ка­ла ре­ак­ция, кру­пин­ки ок­си­да мар­ган­ца(IV) в рас­тво­ре не рас­тво­ря­ют­ся. То есть, оксид мар­ган­ца(IV) участ­ву­ет в ре­ак­ции, ее уско­ря­ет, но сам в ней не рас­хо­ду­ет­ся.

Ве­ще­ства, ко­то­рые уско­ря­ют ре­ак­цию, но не рас­хо­ду­ют­ся в ре­ак­ции, на­зы­ва­ют ка­та­ли­за­то­ра­ми.

Ре­ак­ции, уско­ря­е­мые ка­та­ли­за­то­ра­ми, на­зы­ва­ют ка­та­ли­ти­че­ски­ми.

Уско­ре­ние ре­ак­ции ка­та­ли­за­то­ром на­зы­ва­ют ка­та­ли­зом.

Таким об­ра­зом, оксид мар­ган­ца (IV) в ре­ак­ции раз­ло­же­ния пе­рок­си­да во­до­ро­да слу­жит ка­та­ли­за­то­ром. В урав­не­нии ре­ак­ции фор­му­ла ка­та­ли­за­то­ра за­пи­сы­ва­ет­ся свер­ху над зна­ком ра­вен­ства. За­пи­шем урав­не­ние про­ве­ден­ной ре­ак­ции. При раз­ло­же­нии пе­рок­си­да во­до­ро­да вы­де­ля­ет­ся кис­ло­род и об­ра­зу­ет­ся вода. Вы­де­ле­ние кис­ло­ро­да из рас­тво­ра по­ка­зы­ва­ют стрел­кой, на­прав­лен­ной вверх:

2. Разложение перманганата калия

При на­гре­ва­нии пер­ман­га­нат калия раз­ла­га­ет­ся с об­ра­зо­ва­ни­ем кис­ло­ро­да.

В про­бир­ку на­сы­па­ют кри­стал­ли­че­ский пер­ман­га­нат калия. При на­гре­ва­нии пер­ман­га­нат калия раз­ла­га­ет­ся, вы­де­ля­ю­щий­ся кис­ло­род по­сту­па­ет по га­зо­от­вод­ной труб­ке в кол­бу-при­ем­ник. Кис­ло­род тя­же­лее воз­ду­ха, по­это­му не по­ки­да­ет колбу и по­сте­пен­но за­пол­ня­ет ее. Если опу­стить тле­ю­щую лу­чи­ну в колбу с со­бран­ным кис­ло­ро­дом, то она ярко вспых­нет.

Урав­не­ние про­ве­ден­ной ре­ак­ции:

2 KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2 ↑

3. Разложение бертолетовой соли

Это интересно

Кислород мало растворим в воде и тяжелее воздуха, поэтому его можно получать двумя способами:

Познавательный фильм: “Кислород”

Источник

Кислород (O, Oxygenium)

История кислорода

Открытие кислорода произошло дважды, во второй половине XVIII столетия с разницей в несколько лет. В 1771 году кислород получил швед Карл Шееле, нагревая селитру и серную кислоту. Полученный газ был назван «огненным воздухом». В 1774 английский химик Джозеф Пристли проводил процесс разложения оксида ртути в полностью закрытом сосуде и открыл кислород, но принял его за ингредиент воздуха. Только после того, как Пристли поделился своей находкой с французом Антуаном Лавуазье, стало понятно, что открыт новый элемент (calorizator). Пальма первенства данного открытия принадлежит Пристли потому, что Шееле опубликовал свой научный труд с описанием открытия лишь в 1777 году.

Общая характеристика кислорода

Кислород является элементом XVI группы II периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, имеет атомный номер 8 и атомную массу 15,9994. Принято обозначать кислород символом О (от латинского Oxygenium – порождающий кислоту). В русском языке название кислород стало производным от кислоты, термина, который был введён М.В. Ломоносовым.

Нахождение в природе

Кислород является самым распространённым элементом по нахождению в земной коре и Мировом океане. Соединения кислорода (в основном – силикаты) составляют не менее 47% массы земной коры, кислород вырабатывается в процессе фотосинтеза лесами и всеми зелёными растениями, большая часть приходится на фитопланктон морских и пресных вод. Кислород – обязательная составная часть любых живых клеток, также находится в большинстве веществ органического происхождения.

Физические и химические свойства

Кислород – лёгкий неметалл, состоит в группе халькогенов, имеет высокую химическую активность. Кислород, как простое вещество, представляет собой газ без цвета, запаха и вкуса, имеет жидкое состояние – светло-голубая прозрачная жидкость и твёрдое – светло-синие кристаллы. Состоит из двух атомов кислорода (обозначается формулой О₂).

Полезные свойства кислорода и его влияние на организм

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.

Биологическая роль кислорода

Кислород – основа основ жизнедеятельности всех живых организмов на Земле, является основным биогенным элементом. Находится в составе молекул всех важнейших веществ, которые отвечают за структуру и функции клеток (липиды, белки, углеводы, нуклеиновые кислоты). Каждый живой организм содержит гораздо больше кислорода, чем какого-либо элемента (до 70%). Для примера, организм взрослого среднестатического человека массой 70 кг содержит 43 кг кислорода.

Кислород поступает в живые организмы (растения, животные и человек) благодаря органам дыхания и поступлению воды. Помня о том, что в организме человека самый главный орган дыхания – это кожа, становится понятно, сколько кислорода может получать человек, особенно летом на берегу водоёма. Определить потребность человека в кислороде достаточно сложно, ведь она зависит от многих факторов – возраст, пол, масса и поверхность тела, система питания, внешняя среда и т.д.

Применение кислорода в жизни

Кислород применяется практически повсеместно – от металлургии до производства ракетного топлива и взрывчатых веществ, применяемых для дорожных работах в горах; от медицины до пищевой промышленности.

В пищевой промышленности кислород зарегистрирован в качестве пищевой добавки E941, как пропеллент и упаковочный газ.

Источник

В каком виде кислород встречается в природе

§6.1 Кислород, его распространенность в природе. Атмосфера.

Мы не случайно начинаем изучение химии важнейших элементов с кислорода. Кислород – действительно важнейший элемент. Его химия тесно связана практически со всеми элементами Периодической системы, поскольку с каждым из них кислород образует те или иные соединения. Исключение составляют только легкие инертные газы – гелий, неон, аргон.

Есть и еще одна важная причина. Кислород играет исключительную роль в существовании на Земле жизни и всей человеческой цивилизации. На поверхности планеты – в земной коре – связанный кислород является самым распространенным элементом. В составе минералов, в виде соединений с другими элементами он составляет 47 % от массы земной коры!

В атмосфере Земли кислород находится в свободном (не связанном) состоянии: здесь его 21 % по объему или 23 % по массе.

Основная масса кислорода в атмосфере планеты возникла только после появления на Земле первых фотосинтезирующих одноклеточных организмов – прокариот, известных под названием сине-зеленые водоросли. Процесс этот начался около 2 млрд. лет тому назад (см. рис. 6-1). Под действием солнечного света (отсюда название – фотосинтез) прокариоты усваивали из углекислого газа углерод и кислород. Из воды они усваивали только водород, одновременно выделяя в атмосферу свободный кислород в качестве побочного продукта жизнедеятельности.

Рис. 6-1. Одна из гипотез возникновения современной атмосферы Земли. Обратите внимание на связь между изменением состава атмосферы и сменой биологических эпох. (По книге П. Эткинса «Молекулы»).

Интересно, что только теперь, спустя 2 миллиарда лет, совершенно точно выяснился «геологический смысл жизни» каждой отдельно взятой сине-зеленой водоросли, жившей в то время. Это живое существо должно было родиться здоровым, прожить как можно более долгую жизнь (чтобы выделить в атмосферу как можно больше кислорода), оставить после себя здоровое, полноценное потомство. Оно не должно было «обижать» других прокариот, чтобы и те могли выполнить такую же миссию, отведенную им природой. Иными словами, смысл жизни заключается в том, чтобы жить.

Вероятно, это правило действует и поныне для всех живых существ. Не пройдет и одного-двух миллиардов лет, как выяснится «геологический смысл жизни» человечества. В чем он, этот смысл? Попробуйте подумать на эту тему (см. задачу 6.22 в конце этой главы).

Но вернемся к атмосфере Земли. Каким же образом в нашу эпоху восполняются потери кислорода в природе? Это происходит благодаря растениям, которые сохранили способность под действием солнечных лучей (фотосинтетически) превращать углекислый газ и воду в кислород и углеводы (строительный материал клеток растений). Процесс образования в растениях углеводов (целлюлозы, крахмала и других) можно записать таким общим уравнением (здесь n – некое целое число, достаточно большое):

Вспомните предыдущую главу, где мы рассчитали потери кислорода при работе сравнительно маломощного автомобильного двигателя, и вы поймете, почему лесные массивы зачастую называют легкими планеты. Очень важную роль играют и водоросли океана. Все растения Земли в течение года создают около 300 млрд. т кислорода. Таким образом, все блага и само существование человеческой цивилизации целиком зависят от зеленых растений.

Кислород – газ без цвета, вкуса и запаха, немного тяжелее воздуха. Если на весах уравновесить пустой стакан, а затем через трубку наполнить его кислородом, то равновесие нарушится.

Кислород слабо растворим в воде – в 1 л воды при 20 ° С растворяется 31 мл кислорода (0,004% по массе). Тем не менее, этого количества хватает для дыхания рыб, живущих в водоемах.

Природный кислород содержит три изотопа: 16 ₈O (99,76%), 17 ₈O (0,04%), 18 ₈O (0,20%).

Структуру молекулы кислорода в первом приближении можно представить следующим образом:

Вместе с неподеленными парами электронов каждое ядро молекулы O 2 «обслуживается» восемью электронами, что и требуется для достижения минимума энергии всей системы.

Трудно сказать, как при этом правильно изображать структурную формулу молекулы кислорода. Можно рассмотреть два варианта:

Судя по длине связи в молекуле О₂ (1,207 ангстрема), вариант с кратными связями ближе к истине. Например, известно, что длина простой связи О–О в молекуле перекиси водорода Н₂О₂ намного больше: 1,48 ангстрема.

Однако валентность (II) для кислорода в подавляющем большинстве его соединений не вызывает никаких сомнений.

Источник