Fyzikálne a chemické vlastnosti kyslíka. Kyslík, jeho všeobecná charakteristika. Byť v prírode. Produkcia kyslíka a jeho fyzikálne vlastnosti
Od nástupu chémie je ľudstvu jasné, že všetko okolo nás pozostáva z látky, ktorá obsahuje chemické prvky. Rôznorodosť látok zabezpečujú rôzne zlúčeniny jednoduchých prvkov. Dnes bolo objavených 118 chemických prvkov, ktoré sú zahrnuté v periodickej tabuľke D. Mendelejeva. Spomedzi nich stojí za to vyzdvihnúť niekoľko popredných, ktorých prítomnosť predurčila vznik organického života na Zemi. Tento zoznam obsahuje: dusík, uhlík, kyslík, vodík, síru a fosfor.
Kyslík: príbeh objavu
Všetky tieto prvky, ako aj množstvo ďalších prispeli k rozvoju evolúcie života na našej planéte v podobe, v akej ho teraz pozorujeme. Spomedzi všetkých zložiek je to kyslík, ktorý sa v prírode nachádza viac ako iné prvky.
Kyslík ako samostatný prvok bol objavený 1. augusta 1774. Počas experimentu získavania vzduchu z ortuťového kameňa zahrievaním pomocou obyčajnej šošovky zistil, že sviečka horí nezvyčajne jasným plameňom.
Priestley sa na to dlho snažil nájsť rozumné vysvetlenie. V tom čase dostal tento jav názov „druhý vzduch“. O niečo skôr vynálezca ponorky K. Drebbel začiatkom 17. storočia vo svojom vynáleze izoloval kyslík a používal ho na dýchanie. Jeho experimenty však nemali vplyv na pochopenie úlohy kyslíka v povahe výmeny energie v živých organizmoch. Vedcom, ktorý kyslík oficiálne objavil, je však francúzsky chemik Antoine Laurent Lavoisier. Zopakoval Priestleyho experiment a uvedomil si, že výsledný plyn je samostatný prvok.
Kyslík interaguje s takmer všetkými jednoduchými a okrem inertných plynov a ušľachtilých kovov.
Hľadanie kyslíka v prírode
Spomedzi všetkých prvkov na našej planéte zaberá najväčší podiel kyslík. Distribúcia kyslíka v prírode je veľmi rôznorodá. Je prítomný vo viazanej aj voľnej forme. Keďže ide o silné oxidačné činidlo, zostáva spravidla vo viazanom stave. Prítomnosť kyslíka v prírode ako samostatného neviazaného prvku je zaznamenaná iba v atmosfére planéty.
Obsiahnutý vo forme plynu a je kombináciou dvoch atómov kyslíka. Tvorí asi 21 % celkového objemu atmosféry.
Kyslík vo vzduchu má okrem svojej obvyklej formy aj izotropnú formu vo forme ozónu. pozostáva z troch atómov kyslíka. Modrá farba oblohy priamo súvisí s prítomnosťou tejto zlúčeniny vo vyšších vrstvách atmosféry. Vďaka ozónu sa tvrdé krátkovlnné žiarenie z nášho Slnka pohltí a nedostane sa na povrch.
Bez ozónovej vrstvy by sa organický život zničil, ako vyprážané jedlo v mikrovlnnej rúre.
V hydrosfére našej planéty sa tento prvok spája s dvoma a tvorí vodu. Podiel kyslíka v oceánoch, moriach, riekach a podzemných vodách sa odhaduje asi na 86 – 89 %, berúc do úvahy rozpustené soli.
V zemskej kôre sa kyslík nachádza vo viazanej forme a je najbežnejším prvkom. Jeho podiel je približne 47 %. Prítomnosť kyslíka v prírode nie je obmedzená na škrupiny planéty, tento prvok je súčasťou všetkých organických bytostí. Jeho podiel v priemere dosahuje 67% z celkovej hmotnosti všetkých prvkov.
Kyslík je základom života
Vďaka svojej vysokej oxidačnej aktivite sa kyslík pomerne ľahko spája s väčšinou prvkov a látok a vytvára oxidy. Vysoká oxidačná schopnosť prvku zabezpečuje známy proces spaľovania. Kyslík sa tiež podieľa na pomalých oxidačných procesoch.
Úloha kyslíka v prírode ako silného oxidačného činidla je v životných procesoch živých organizmov nenahraditeľná. Vďaka tomuto chemickému procesu dochádza k oxidácii látok a uvoľneniu energie. Živé organizmy ho využívajú na svoje živobytie.
Rastliny sú zdrojom kyslíka v atmosfére
V počiatočnom štádiu tvorby atmosféry na našej planéte bol existujúci kyslík vo viazanom stave vo forme oxidu uhličitého (oxid uhličitý). Postupom času sa objavili rastliny, ktoré dokázali absorbovať oxid uhličitý.
Tento proces sa stal možným vďaka vzniku fotosyntézy. V priebehu času, počas života rastlín, počas miliónov rokov, sa v zemskej atmosfére nahromadilo veľké množstvo voľného kyslíka.
Podľa vedcov dosahoval v minulosti jeho hmotnostný podiel asi 30 %, čo je jeden a pol krát viac ako teraz. Rastliny v minulosti aj teraz výrazne ovplyvňovali kolobeh kyslíka v prírode, čím poskytovali rozmanitú flóru a faunu našej planéty.
Význam kyslíka v prírode nie je len obrovský, ale prvoradý. Metabolický systém živočíšneho sveta sa jednoznačne spolieha na prítomnosť kyslíka v atmosfére. V jeho neprítomnosti sa život stáva nemožným, ako ho poznáme. Medzi obyvateľmi planéty zostanú len anaeróbne (schopné života bez kyslíka) organizmy.
Intenzívny charakter je zabezpečený tým, že je v troch stavoch agregácie v kombinácii s ďalšími prvkami. Ako silné oxidačné činidlo veľmi ľahko prechádza z voľnej do viazanej formy. A len vďaka rastlinám, ktoré oxid uhličitý rozkladajú fotosyntézou, je dostupný vo voľnej forme.
Proces dýchania zvierat a hmyzu je založený na produkcii neviazaného kyslíka pre redoxné reakcie, po ktorej nasleduje produkcia energie na zabezpečenie životných funkcií organizmu. Prítomnosť kyslíka v prírode, viazaného a voľného, zabezpečuje plnohodnotné fungovanie všetkého života na planéte.
Evolúcia a „chémia“ planéty
Evolúcia života na planéte bola založená na zložení zemskej atmosféry, zložení minerálov a prítomnosti tekutej vody.
Chemické zloženie kôry, atmosféry a prítomnosť vody sa stali základom pre vznik života na planéte a určili smer evolúcie živých organizmov.
Na základe existujúcej „chémie“ planéty evolúcia dospela k organickému životu založenému na uhlíku založenom na vode ako rozpúšťadle pre chemikálie, ako aj na použití kyslíka ako oxidačného činidla na výrobu energie.
Iná evolúcia
V tejto fáze moderná veda nevyvracia možnosť života v iných ako pozemských podmienkach, kde sa kremík alebo arzén môžu brať ako základ pre konštrukciu organickej molekuly. A kvapalné médium, podobne ako rozpúšťadlo, môže byť zmesou kvapalného amoniaku a hélia. Pokiaľ ide o atmosféru, môže byť prezentovaná vo forme plynného vodíka zmiešaného s héliom a inými plynmi.
Moderná veda zatiaľ nie je schopná simulovať, aké metabolické procesy môžu za takýchto podmienok nastať. Tento smer vývoja života je však celkom prijateľný. Ako čas dokazuje, ľudstvo neustále čelí rozširovaniu hraníc nášho chápania sveta okolo nás a života v ňom.
DEFINÍCIA
Kyslík- ôsmy prvok periodickej tabuľky. Vzťahuje sa na nekovy. Nachádza sa v druhom období VI skupiny A podskupiny.
Sériové číslo je 8. Jadrová nálož je +8. Atómová hmotnosť - 15 999 amu. V prírode sa nachádzajú tri izotopy kyslíka: 16 O, 17 O a 18 O, z ktorých najbežnejší je 16 O (99,762 %).
Elektrónová štruktúra atómu kyslíka
Atóm kyslíka má dva obaly, ako všetky prvky nachádzajúce sa v druhej perióde. Číslo skupiny -VI (chalkogény) - označuje, že vonkajšia elektrónová hladina atómu dusíka obsahuje 6 valenčných elektrónov. Má vysokú oxidačnú schopnosť (vyššia len u fluóru).
Ryža. 1. Schematické znázornenie štruktúry atómu kyslíka.
Elektronická konfigurácia základného stavu je napísaná takto:
1s 2 2s 2 2p 4 .
Kyslík je prvkom p-rodiny. Energetický diagram pre valenčné elektróny v neexcitovanom stave je nasledujúci:
Kyslík má 2 páry párových elektrónov a dva nepárové elektróny. Vo všetkých svojich zlúčeninách kyslík vykazuje valenciu II.
Ryža. 2. Priestorové znázornenie štruktúry atómu kyslíka.
Príklady riešenia problémov
PRÍKLAD 1
Plán:
História objavovania
Pôvod mena
Byť v prírode
Potvrdenie
Fyzikálne vlastnosti
Chemické vlastnosti
Aplikácia
10. Izotopy
Kyslík
Kyslík- prvok 16. skupiny (podľa zastaranej klasifikácie - hlavná podskupina VI. skupiny), druhá perióda periodickej sústavy chemických prvkov D.I.Mendelejeva, s atómovým číslom 8. Označuje sa symbolom O (lat. Oxygenium) . Kyslík je chemicky aktívny nekov a je najľahším prvkom zo skupiny chalkogénov. Jednoduchá látka kyslík(CAS číslo: 7782-44-7) je za normálnych podmienok bezfarebný plyn bez chuti a zápachu, ktorého molekula pozostáva z dvoch atómov kyslíka (vzorec O 2), a preto sa nazýva aj dikyslík.Kvapalný kyslík má svetlo modrá farba a pevné kryštály sú svetlomodrej farby.
Existujú aj iné alotropné formy kyslíka, napríklad ozón (číslo CAS: 10028-15-6) - za normálnych podmienok modrý plyn so špecifickým zápachom, ktorého molekula pozostáva z troch atómov kyslíka (vzorec O 3).
História objavovania
Oficiálne sa verí, že kyslík objavil anglický chemik Joseph Priestley 1. augusta 1774 rozkladom oxidu ortutnatého v hermeticky uzavretej nádobe (Priestley nasmeroval slnečné svetlo na túto zlúčeninu pomocou výkonnej šošovky).
Priestley si však spočiatku neuvedomil, že objavil novú jednoduchú látku; veril, že izoloval jednu zo základných častí vzduchu (a nazval tento plyn „deflogistický vzduch“). Priestley oznámil svoj objav vynikajúcemu francúzskemu chemikovi Antoine Lavoisierovi. V roku 1775 A. Lavoisier zistil, že kyslík je súčasťou vzduchu, kyselín a nachádza sa v mnohých látkach.
O niekoľko rokov skôr (v roku 1771) získal kyslík švédsky chemik Karl Scheele. Kalcinoval ľadok kyselinou sírovou a potom rozložil výsledný oxid dusnatý. Scheele nazval tento plyn „ohnivý vzduch“ a svoj objav opísal v knihe vydanej v roku 1777 (práve preto, že kniha vyšla neskôr, ako Priestley oznámil svoj objav, ten je považovaný za objaviteľa kyslíka). Scheele tiež oznámil svoje skúsenosti Lavoisierovi.
Dôležitým krokom, ktorý prispel k objavu kyslíka, bola práca francúzskeho chemika Pierra Bayena, ktorý publikoval práce o oxidácii ortuti a následnom rozklade jej oxidu.
Nakoniec A. Lavoisier s využitím informácií od Priestleyho a Scheeleho konečne zistil povahu výsledného plynu. Jeho dielo malo obrovský význam, pretože vďaka nemu bola zvrhnutá teória flogistónu, ktorá bola v tom čase dominantná a brzdila rozvoj chémie. Lavoisier uskutočnil experimenty so spaľovaním rôznych látok a vyvrátil teóriu flogistónu a zverejnil výsledky o hmotnosti spálených prvkov. Hmotnosť popola presahovala pôvodnú hmotnosť prvku, čo dalo Lavoisierovi právo tvrdiť, že pri horení dochádza k chemickej reakcii (oxidácii) látky, a preto sa hmotnosť pôvodnej látky zvyšuje, čo vyvracia teóriu o flogistóne. .
O zásluhy za objav kyslíka sa teda v skutočnosti delia Priestley, Scheele a Lavoisier.
Pôvod mena
Slovo kyslík (na začiatku 19. storočia nazývané aj „kyselý roztok“) vďačí za svoj výskyt v ruskom jazyku do určitej miery M. V. Lomonosovovi, ktorý zaviedol slovo „kyselina“ spolu s ďalšími neologizmami; Slovo „kyslík“ teda bolo nasledovaním výrazu „kyslík“ (francúzsky oxygène), ktorý navrhol A. Lavoisier (zo starogréčtiny ὀξύς – „kyslý“ a γεννάω – „rodenie“), čo je v preklade „vytvárajúca kyselina“, čo sa spája s jeho pôvodným významom – „kyselina“, čo predtým znamenalo látky nazývané oxidy podľa modernej medzinárodnej nomenklatúry.
Byť v prírode
Kyslík je najbežnejším prvkom na Zemi, jeho podiel (v rôznych zlúčeninách, najmä kremičitanoch) predstavuje asi 47,4 % hmotnosti pevnej zemskej kôry. Morské a sladké vody obsahujú obrovské množstvo viazaného kyslíka – 88,8 % (hmotn.), v atmosfére je obsah voľného kyslíka 20,95 % objemu a 23,12 % hmotnosti. Viac ako 1500 zlúčenín v zemskej kôre obsahuje kyslík.
Kyslík je súčasťou mnohých organických látok a je prítomný vo všetkých živých bunkách. Z hľadiska počtu atómov v živých bunkách je to asi 25% a z hľadiska hmotnostného zlomku - asi 65%.
Potvrdenie
V súčasnosti sa v priemysle získava kyslík zo vzduchu. Hlavnou priemyselnou metódou výroby kyslíka je kryogénna rektifikácia. V priemysle sú dobre známe a úspešne používané aj kyslíkové elektrárne fungujúce na báze membránovej technológie.
Laboratóriá používajú priemyselne vyrábaný kyslík, dodávaný v oceľových fľašiach pod tlakom cca 15 MPa.
Malé množstvá kyslíka možno získať zahrievaním manganistanu draselného KMnO 4:
Používa sa aj reakcia katalytického rozkladu peroxidu vodíka H2O2 v prítomnosti oxidu mangánu:
Kyslík možno získať katalytickým rozkladom chlorečnanu draselného (Bertholletova soľ) KClO 3:
Laboratórne metódy výroby kyslíka zahŕňajú metódu elektrolýzy vodných roztokov alkálií, ako aj rozklad oxidu ortutnatého (pri t = 100 °C):
V ponorkách sa zvyčajne získava reakciou peroxidu sodného a oxidu uhličitého vydychovaného ľuďmi:
Fyzikálne vlastnosti
Vo svetových oceánoch je obsah rozpusteného O2 väčší v studenej vode a menší v teplej vode.
Za normálnych podmienok je kyslík plyn bez farby, chuti a zápachu.
Z toho 1 liter má hmotnosť 1,429 g. O niečo ťažší ako vzduch. Mierne rozpustný vo vode (4,9 ml/100 g pri 0 °C, 2,09 ml/100 g pri 50 °C) a alkohole (2,78 ml/100 g pri 25 °C). Dobre sa rozpúšťa v roztavenom striebre (22 objemov O 2 v 1 objeme Ag pri 961 ° C). Medziatómová vzdialenosť - 0,12074 nm. Je paramagnetický.
Pri zahrievaní plynného kyslíka dochádza k jeho reverzibilnej disociácii na atómy: pri 2000 °C - 0,03 %, pri 2600 °C - 1 %, 4000 °C - 59 %, 6000 °C - 99,5 %.
Kvapalný kyslík (bod varu -182,98 °C) je svetlomodrá kvapalina.
O2 fázový diagram
Pevný kyslík (teplota topenia −218,35°C) - modré kryštály. Existuje 6 známych kryštalických fáz, z ktorých tri existujú pri tlaku 1 atm:
α-O 2 - existuje pri teplotách pod 23,65 K; svetlomodré kryštály patria do monoklinického systému, parametre buniek a=5,403 Á, b=3,429 Á, c=5,086 Á; p = 132,53°.
β-02 - existuje v teplotnom rozsahu od 23,65 do 43,65 K; bledomodré kryštály (so stúpajúcim tlakom sa farba zmení na ružovú) majú romboedrickú mriežku, parametre bunky a=4,21 Å, α=46,25°.
γ-O 2 - existuje pri teplotách od 43,65 do 54,21 K; svetlomodré kryštály majú kubickú symetriu, mriežkový parameter a=6,83 Á.
Pri vysokom tlaku vznikajú ďalšie tri fázy:
δ-02 teplotný rozsah 20-240 K a tlak 6-8 GPa, oranžové kryštály;
ε-O 4 tlak od 10 do 96 GPa, farba kryštálov od tmavo červenej po čiernu, monoklinický systém;
ζ-O n tlak viac ako 96 GPa, kovový stav s charakteristickým kovovým leskom, pri nízkych teplotách prechádza do supravodivého stavu.
Chemické vlastnosti
Silné oxidačné činidlo, interaguje s takmer všetkými prvkami a vytvára oxidy. Oxidačný stav −2. Oxidačná reakcia spravidla prebieha s uvoľňovaním tepla a zrýchľuje sa so zvyšujúcou sa teplotou (pozri Spaľovanie). Príklad reakcií prebiehajúcich pri izbovej teplote:
Oxiduje zlúčeniny, ktoré obsahujú prvky s nižším ako maximálnym oxidačným stavom:
Oxiduje väčšinu organických zlúčenín:
Za určitých podmienok je možné uskutočniť miernu oxidáciu organickej zlúčeniny:
Kyslík reaguje priamo (za normálnych podmienok, pri zahrievaní a/alebo v prítomnosti katalyzátorov) so všetkými jednoduchými látkami okrem Au a inertných plynov (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn); reakcie s halogénmi sa vyskytujú pod vplyvom elektrického výboja alebo ultrafialového žiarenia. Nepriamo boli získané oxidy zlata a ťažké inertné plyny (Xe, Rn). Vo všetkých dvojprvkových zlúčeninách kyslíka s inými prvkami hrá kyslík úlohu oxidačného činidla, s výnimkou zlúčenín s fluórom
Kyslík tvorí peroxidy s oxidačným stavom atómu kyslíka formálne rovným -1.
Napríklad peroxidy sa vyrábajú spaľovaním alkalických kovov v kyslíku:
Niektoré oxidy absorbujú kyslík:
Podľa teórie spaľovania vyvinutej A. N. Bachom a K. O. Englerom prebieha oxidácia v dvoch stupňoch za vzniku medziproduktu peroxidovej zlúčeniny. Túto medziproduktovú zlúčeninu je možné izolovať napríklad vtedy, keď sa plameň horiaceho vodíka ochladí ľadom, spolu s vodou sa vytvorí peroxid vodíka:
V superoxidoch má kyslík formálne oxidačný stav -½, to znamená jeden elektrón na dva atómy kyslíka (0-2 ión). Získava sa reakciou peroxidov s kyslíkom pri zvýšenom tlaku a teplote:
Draslík K, rubídium Rb a cézium Cs reagujú s kyslíkom za vzniku superoxidov:
V dioxygenylovom ióne O2+ má kyslík formálne oxidačný stav +½. Získané reakciou:
Fluoridy kyslíka
Fluorid kyslíku, OF 2 oxidačný stav kyslíka +2, sa pripravuje prechodom fluóru cez alkalický roztok:
Monofluorid kyslíku (dioxydifluorid), O 2 F 2, je nestabilný, oxidačný stav kyslíka je +1. Získané zo zmesi fluóru a kyslíka v žeravom výboji pri teplote -196 °C:
Prechodom žeravého výboja cez zmes fluóru a kyslíka pri určitom tlaku a teplote sa získajú zmesi vyšších fluoridov kyslíka O 3 F 2, O 4 F 2, O 5 F 2 a O 6 F 2.
Kvantovo-mechanické výpočty predpovedajú stabilnú existenciu trifluórhydroxóniového iónu OF 3 +. Ak tento ión skutočne existuje, oxidačný stav kyslíka v ňom bude rovný +4.
Kyslík podporuje procesy dýchania, horenia a rozkladu.
Vo svojej voľnej forme prvok existuje v dvoch alotropných modifikáciách: O 2 a O 3 (ozón). Ako zistili Pierre Curie a Marie Skłodowska-Curie v roku 1899, vplyvom ionizujúceho žiarenia sa O 2 mení na O 3 .
Aplikácia
Široké priemyselné využitie kyslíka sa začalo v polovici 20. storočia, po vynáleze turboexpandérov – zariadení na skvapalňovanie a oddeľovanie kvapalného vzduchu.
INhutníctvo
Konvertorový spôsob výroby ocele alebo matného spracovania zahŕňa použitie kyslíka. V mnohých hutníckych jednotkách sa na efektívnejšie spaľovanie paliva používa v horákoch namiesto vzduchu zmes kyslíka a vzduchu.
Zváranie a rezanie kovov
Kyslík v modrých valcoch sa široko používa na rezanie plameňom a zváranie kovov.
Raketové palivo
Kvapalný kyslík, peroxid vodíka, kyselina dusičná a ďalšie zlúčeniny bohaté na kyslík sa používajú ako oxidačné činidlá pre raketové palivo. Zmes tekutého kyslíka a tekutého ozónu je jedným z najsilnejších oxidačných činidiel raketového paliva (špecifický impulz zmesi vodík-ozón prevyšuje špecifický impulz pre páry vodík-fluór a fluorovodík-kyslík).
INliek
Medicinálny kyslík sa skladuje vo vysokotlakových kovových plynových fľašiach (na stlačené alebo skvapalnené plyny) modrej farby rôznych objemov od 1,2 do 10,0 litrov pod tlakom do 15 MPa (150 atm) a používa sa na obohatenie zmesí dýchacích plynov v anestéziologických zariadeniach. pri poruchách dýchania, na zmiernenie záchvatu bronchiálnej astmy, na odstránenie hypoxie akéhokoľvek pôvodu, na dekompresnú chorobu, na liečbu patológií gastrointestinálneho traktu vo forme kyslíkových koktailov. Pre individuálne použitie sú špeciálne pogumované nádoby - kyslíkové vankúše - plnené z tlakových fliaš medicinálnym kyslíkom. Kyslíkové inhalátory rôznych modelov a modifikácií slúžia na súčasné dodávanie kyslíka alebo zmesi kyslík-vzduch jednej alebo dvom obetiam v teréne alebo v nemocničnom prostredí. Výhodou kyslíkového inhalátora je prítomnosť kondenzátora-zvlhčovača zmesi plynov, ktorý využíva vlhkosť vydychovaného vzduchu. Na výpočet množstva zostávajúceho kyslíka vo fľaši v litroch sa tlak vo fľaši v atmosfére (podľa manometra reduktora) zvyčajne vynásobí objemom fľaše v litroch. Napríklad vo valci s objemom 2 litre ukazuje tlakomer tlak kyslíka 100 atm. Objem kyslíka je v tomto prípade 100 × 2 = 200 litrov.
INPotravinársky priemysel
V potravinárskom priemysle je kyslík registrovaný ako potravinárska prídavná látka E948, ako hnací plyn a baliaci plyn.
INchemický priemysel
V chemickom priemysle sa kyslík používa ako oxidačné činidlo v mnohých syntézach, napríklad oxidácia uhľovodíkov na zlúčeniny obsahujúce kyslík (alkoholy, aldehydy, kyseliny), amoniak na oxidy dusíka pri výrobe kyseliny dusičnej. Kvôli vysokým teplotám vznikajúcim počas oxidácie sa oxidácia často vykonáva v režime spaľovania.
INpoľnohospodárstvo
V skleníkovom chove na výrobu kyslíkových kokteilov, na priberanie u zvierat, na obohacovanie vodného prostredia kyslíkom pri chove rýb.
Biologická úloha kyslíka
Núdzový prísun kyslíka v bombovom kryte
Väčšina živých bytostí (aeróbov) dýcha kyslík zo vzduchu. Kyslík je široko používaný v medicíne. Pri kardiovaskulárnych ochoreniach sa na zlepšenie metabolických procesov vstrekuje do žalúdka kyslíková pena („kyslíkový kokteil“). Podkožné podávanie kyslíka sa využíva pri trofických vredoch, elefantiáze, gangréne a iných závažných ochoreniach. Umelé obohatenie ozónom sa používa na dezinfekciu a dezodoráciu vzduchu a čistenie pitnej vody. Rádioaktívny izotop kyslíka 150 sa používa na štúdium rýchlosti prietoku krvi a pľúcnej ventilácie.
Toxické kyslíkové deriváty
Niektoré deriváty kyslíka (tzv. reaktívne formy kyslíka), ako je singletový kyslík, peroxid vodíka, superoxid, ozón a hydroxylový radikál, sú vysoko toxické. Vznikajú pri procese aktivácie alebo čiastočnej redukcie kyslíka. Superoxid (superoxidový radikál), peroxid vodíka a hydroxylový radikál sa môžu tvoriť v bunkách a tkanivách ľudí a zvierat a spôsobiť oxidačný stres.
Izotopy
Kyslík má tri stabilné izotopy: 16 O, 17 O a 18 O, ktorých priemerný obsah je 99,759 %, 0,037 % a 0,204 % z celkového počtu atómov kyslíka na Zemi. Prudká prevaha najľahšieho z nich, 16 O, v zmesi izotopov je spôsobená tým, že jadro atómu 16 O pozostáva z 8 protónov a 8 neutrónov (dvojité magické jadro s naplnenými neutrónovými a protónovými obalmi). A také jadrá, ako vyplýva z teórie štruktúry atómového jadra, sú obzvlášť stabilné.
Známe sú aj rádioaktívne izotopy kyslíka s hmotnostnými číslami od 12 O do 24 O. Všetky rádioaktívne izotopy kyslíka majú krátky polčas rozpadu, najdlhší z nich je 15 O s polčasom ~120 s. Najkratší izotop 12O má polčas rozpadu 5,8·10−22 s.
Kyslík– chemický prvok, ktorého vlastnosti budú diskutované v niekoľkých nasledujúcich odsekoch. Vráťme sa k Periodickej tabuľke chemických prvkov od D.I. Mendelejev. Prvok kyslík sa nachádza v perióde 2, skupine VI, hlavnej podskupine.
Tiež uvádza, že relatívna atómová hmotnosť kyslíka je 16.
Podľa poradového čísla kyslíka v periodickej tabuľke môžete ľahko určiť počet elektrónov obsiahnutých v jeho atóme, náboj jadra atómu kyslíka a počet protónov.
Valencia kyslíka vo väčšine zlúčenín je II. Atóm kyslíka môže získať dva elektróny a stať sa iónom: O0 + 2ē = O−2.
Stojí za zmienku, že kyslík je najbežnejším prvkom na našej planéte. Kyslík je súčasťou vody. Morské a sladké vody pozostávajú z 89 % hmotnosti kyslíka. Kyslík sa nachádza v mnohých mineráloch a horninách. Hmotnostný podiel kyslíka v zemskej kôre je asi 47%. Vzduch obsahuje asi 23 % hmotnosti kyslíka.
Fyzikálne vlastnosti kyslíka
Pri interakcii dvoch atómov kyslíka vzniká stabilná molekula jednoduchej látky kyslík O2. Táto jednoduchá látka, podobne ako prvok, sa nazýva kyslík. Nezamieňajte si kyslík ako prvok a kyslík ako jednoduchú látku!
Podľa fyzikálnych vlastností kyslíka– bezfarebný plyn bez zápachu a chuti. Prakticky nerozpustný vo vode (pri izbovej teplote a normálnom atmosférickom tlaku je rozpustnosť kyslíka asi 8 mg na liter vody).
Kyslík je rozpustný vo vode – v 1 litri vody pri teplote 20°C sa rozpustí 31 ml kyslíka (0,004 % hm.). Toto množstvo je však dostatočné na dýchanie rýb žijúcich v nádržiach. Plynný kyslík je o niečo ťažší ako vzduch: 1 liter vzduchu o teplote 0°C a normálnom tlaku váži 1,29 g a 1 liter kyslíka váži 1,43 g.
Kyslík pri silnom ochladení vykazuje zaujímavé vlastnosti. Takže pri teplote –183°С kyslík kondenzuje do priehľadnej, pohyblivej, svetlomodrej kvapaliny.
Ak sa kvapalný kyslík ochladí ešte viac, potom pri teplote –218°С kyslík „zamrzne“ na modré kryštály. Ak sa teplota postupne zvyšuje, potom –218°С, tuhý kyslík sa začne topiť a kedy –183°С- bude vrieť. V dôsledku toho sú body varu a kondenzácie, ako aj teploty tuhnutia a topenia látok rovnaké.
Na skladovanie a prepravu kvapalného kyslíka sa používajú takzvané Dewarove banky.. Dewarove banky sa používajú na skladovanie a prepravu kvapalín, ktorých teplota musí zostať dlhodobo konštantná. Dewarova banka je pomenovaná po svojom vynálezcovi, škótskom fyzikovi a chemikovi Jamesovi Dewarovi.
Najjednoduchšia Dewarova nádoba je termoska pre domácnosť.Štruktúra nádoby je pomerne jednoduchá: je to banka umiestnená vo veľkej banke. Vzduch sa odčerpáva z utesneného priestoru medzi bankami. V dôsledku neprítomnosti vzduchu medzi stenami baniek sa kvapalina naliata do vnútornej banky dlho neochladzuje ani nezohrieva.
Kyslík je paramagnetická látka, to znamená, že v kvapalnom a pevnom stave je priťahovaný magnetom
V prírode existuje ďalšia jednoduchá látka pozostávajúca z atómov kyslíka. Toto je ozón. Chemický vzorec ozónu je O3. Ozón, podobne ako kyslík, je za normálnych podmienok plyn. Ozón vzniká v atmosfére pri úderoch blesku. Charakteristickým zápachom sviežosti po búrke je vôňa ozónu.
Ak sa ozón získa v laboratóriu a zachytí sa jeho značné množstvo, potom vo vysokých koncentráciách bude mať ozón ostrý, nepríjemný zápach. Ozón sa získava v laboratóriu pomocou špeciálnych zariadení - ozonizátory. Ozonátor- sklenená trubica, do ktorej sa privádza prúd kyslíka a vzniká elektrický výboj. Elektrický výboj premieňa kyslík na ozón:
Na rozdiel od bezfarebného kyslíka je ozón modrý plyn. Rozpustnosť ozónu vo vode je asi 0,5 litra plynu na 1 liter vody, čo je podstatne viac ako má kyslík. S prihliadnutím na túto vlastnosť sa ozón používa na dezinfekciu pitnej vody, pretože má škodlivý účinok na patogénne mikroorganizmy.
Pri nízkych teplotách sa ozón správa podobne ako kyslík. Pri teplote –112°C kondenzuje na fialovú kvapalinu a pri teplote –197°C kryštalizuje vo forme tmavofialových, takmer čiernych kryštálov.
Môžeme teda dospieť k záveru, že atómy toho istého chemického prvku môžu tvoriť rôzne jednoduché látky.
Fenomén existencie chemického prvku vo forme niekoľkých jednoduchých látok je tzv alotropia.
Jednoduché látky tvorené tým istým prvkom sa nazývajú alotropné modifikácie
znamená, kyslík a ozón sú alotropné modifikácie chemického prvku kyslík. Existujú dôkazy, že pri ultranízkych teplotách, v kvapalnom alebo pevnom stave, môže kyslík existovať vo forme molekúl O4 a O8.
Cyklus kyslíka v prírode
Množstvo kyslíka v atmosfére je konštantné. V dôsledku toho sa spotrebovaný kyslík neustále dopĺňa novým kyslíkom.
Najdôležitejšími zdrojmi kyslíka v prírode sú oxid uhličitý a voda. Kyslík vstupuje do atmosféry hlavne v dôsledku procesu fotosyntézy v rastlinách podľa reakčnej schémy:
CO2 + H2O → C6H1206 + O2.
Kyslík sa môže vytvárať aj v horných vrstvách zemskej atmosféry: vplyvom slnečného žiarenia sa vodná para čiastočne rozkladá za vzniku kyslíka.
Kyslík sa spotrebúva pri dýchaní, spaľovaní paliva, oxidácii rôznych látok v živých organizmoch, oxidácii anorganických látok nachádzajúcich sa v prírode. Pri technologických procesoch, ako je tavenie ocele, sa spotrebuje veľké množstvo kyslíka.
Cyklus kyslíka v prírode možno znázorniť ako diagram:
- Kyslík– prvok skupiny VI, hlavná podskupina, 2. obdobie periodickej sústavy D.I. Mendelejev
- Prvok kyslík tvorí v prírode dve alotropické modifikácie: kyslík O2 a ozón O3
- Fenomén existencie chemického prvku vo forme niekoľkých jednoduchých látok sa nazýva alotropia
- Jednoduché látky sa nazývajú alotropné modifikácie
- Kyslík a ozón majú rôzne fyzikálne vlastnosti
- Kyslík– bezfarebný plyn, bez zápachu, chuti, prakticky nerozpustný vo vode, pri teplote –183°C kondenzuje na bledomodrú kvapalinu. Pri teplote –218°C kryštalizuje vo forme modrých kryštálov
- Ozón– modrý plyn so štipľavým nepríjemným zápachom. Necháme dobre rozpustiť vo vode. Pri teplote –112°С kondenzuje na fialovú kvapalinu, kryštalizuje vo forme tmavofialových, takmer čiernych kryštálov, pri teplote –197°С
- Kvapalný kyslík, ozón a iné plyny sa skladujú v Dewarových bankách