Неорганическая
Органическая
Коллоидная
Биологическая
Биохимия
Токсикологическая
Экологическая
Химическая энциклопедия
Советская энциклопедия
Справочник по веществам
Гетероциклы
Теплотехника
Углеводы
Квантовая химия
Моделирование ХТС
Номенклатура
Таблица Менделеева
Неорганические реакции
Органические реакции
Молярные массы
Форматирование формул
Редактор формул
Уравнивание реакций
Электронное строение атомов
Игра «Таблица Менделеева»
Термодинамические свойства
Конвертер величин
Гальванопара
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий


КИСЛОРОД

КИСЛОРОД (лат Oxygenium, от греч. oxys кислый и gennao - рождаю) О, хим. элемент VI гр. периодич. системы, ат. н. 8, ат. м. 15,9994. Прир. кислород состоит из трех стабильных изотопов: 16О (99,759%), 17О (0,037%) и 18О (0,204%]. Конфигурация внеш. электронной оболочки атома 2s22p4; энергии ионизации О°:О+:О2+ равны соотв. 13,61819, 35,118 эВ; электроотрицательность по Полингу 3,5 (наиб. электроотрицат. элемент после F); сродство к электрону 1,467 эВ; ковалентный радиус 0,066 нм. Молекула кислорода двухатомна. Существует также аллотропная модификация кислорода озон О3. Межатомное расстояние в молекуле О2 0,12074 нм; энергия ионизации О2 12,075 эВ; сродство к электрону 0,44 эВ; энергия диссоциации 493,57 кДж/моль, константа диссоциации Кр=pO2/pO2 составляет 1,662.10-1 при 1500 К, 1,264.10-2 при 3000 К, 48,37 при 5000 К; ионный радиус О2 (в скобках указаны координац. числа) 0,121 нм (2), 0,124 нм (4), 0,126 нм (6) и 0,128 нм (8). В основном состоянии (триплетное 381_400-20.jpg) два валентных электрона молекулы О2, находящиеся на разрыхляющих орбиталях pх и pу, не спарены, благодаря чему кислород парамагнитен (единств, парамагнитный газ, состоящий из гомоядерных двухатомных молекул); молярная магн. восприимчивость для газа 3,4400.10 (293 К), изменяется обратно пропорционально абс. т-ре (закон Кюри). Существуют два долгоживущих возбужденных состояния О2 - синглетное 1Dg (энергия возбуждения 94,1 кДж/моль, время жизни 45 мин) и синглетное 381_400-21.jpg (энергия возбуждения 156,8 кДж/моль). Кислород-наиб. распространенный элемент на Земле. В атмосфере содержится 23,10% по массе (20,95% по объему) своб. кислорода, в гидросфере и литосфере - соотв. 85,82 и 47% по массе связанного кислорода. Известно более 1400 минералов, в состав к-рых входит кислород. Убыль кислорода в атмосфере в результате окисления, в т. ч. горения, гниения и дыхания, возмещается выделением кислорода растениями при фотосинтезе. Кислород входит в состав всех в-в, из к-рых построены живые организмы; в организме человека его содержится ок. 65%. Свойства. Кислород-бесцв. газ без запаха и вкуса. Т. кип. 90,188 К, т-ра тройной точки 54,361 К; плотн. при 273 К и нормальном давлении 1,42897 г/л, плотн. (в кг/м3) при 300 К: 6,43 (0,5 МПа), 12,91 (1 МПа), 52,51 (4 МПа); tкрит 154,581 К, ркрит 5.043 МПа, dкрит 436,2 кг/м3; С0p 29,4 Дж/(моль.К); DH0исп 6,8 кДж/моль (90,1 К); SO299 205,0 ДжДмоль.К); ур-ние температурной зависимости давления пара: в интервале 54-150 К lgp(гПа)=7,1648-377,153/T; теплопроводность 0,02465 Вт/(м.К) при 273 К; h 205,23 10-7 Па.с (298 К). Жидкий кислород окрашен в голубой цвет; плотн. 1,14 г/см3 (90,188 К); COp 54,40 Дж/(моль.К); теплопроводность 0,147 ВтДм.К) (90 К, 0,1 МПа); h 1,890.10-2 Па.с; g 13,2.10-5 Н/м (90 К), ур-ние температурной зависимости g=-38,46.10-3(1 - T/154,576)11/9 Н/м; nD 1,2149 (l=546,1 нм; 100 К); неэлектропроводен; молярная магн. восприимчивость 7,699.10-3 (90,1 К). Твердый кислород существует в неск. кристаллич. модификациях. Ниже 23,89 К устойчива а-форма с объемноцентрир. ром-бич, решеткой (при 21 К и 0,1 МПа а = 0,55 нм, b= 0,382 нм, с=0,344 нм, плотн. 1,46 г/см3), при 23,89-43,8 К-b-форма с гексаген, кристаллич. решеткой (при 28 К и 0,1 МПа а = 0,3307 нм, с = 1,1254 нм), выше 43,8 К существует g-форма с кубич. решеткой (а = 0,683 нм); DH° полиморфных переходов g:b 744 Дж/моль (43,818 К), b:a 93,8 Дж/моль (23,878 К); тройная точка b-g-газообразный кислород: т-ра 283 К, давление 5,0 ГПа; DHOпл 443 Дж/молъ; ур-ние температурной зависимости плотности d=1,5154-0,004220T г/см3 (44 54 К), a-, b- и g- О2 кристаллы светло-синего цвета. Модификация р антиферромагнитна, a и g парамагнитны, их магн. восприимчивость соотв. 1,760.10-3 (23,7 К) и 1,0200.10-5 (54,3 К). При 298 К и повышении давления до 5,9 ГПа кислород кристаллизуется, образуя окрашенную в розовый цвет гексаген. b-форму (а = 0,2849 нм, с = 1,0232 нм), а при повышении давления до 9 ГПа оранжевую ромбич. e-форму (при 9,6 ГПа а=0,42151 нм, b=0,29567 нм, с=0,66897 нм, плотн. 2,548 г/см3). Р-римость кислорода при атм. давлении и 293 К (в см3/см3): в воде 0,031, этаноле 0,2201, метаноле 0,2557, ацетоне 0,2313; р-римость в воде при 373 К 0,017 см3/см3; р-римость при 274 К (в % по объему): в перфторбутилтетрагидрофуране 48,5, перфтордекалине 45,0, перфтор-l-метилдекалине 42,3. Хорошие твердые поглотители кислорода платиновая чернь и активный древесный уголь. Благородные металлы в расплавл. состоянии поглощают значит. кол-ва кислорода, напр. при 960 °С один объем серебра поглощает ~22 объема кислорода, к-рый при охлаждении почти полностью выделяется. Способностью поглощать кислород обладают мн. твердые металлы и оксиды, при этом образуются нестехиометрич. соединения. Кислород отличается высокой хим. активностью, образуя соед. со всеми элементами, кроме Не, Ne и Аr. Атом кислорода в хим. соед. обычно приобретает электроны и имеет отрицат. эффективный заряд. Соед., в к-рых электроны оттягиваются от атома кислорода, крайне редки (напр., OF2). С простыми в-вами, кроме Au, Pt, Xe и Кr, кислород реагирует непосредственно при обычных условиях или при нагр., а также в присут. катализаторов. Р-ции с галогенами проходят под действием электрич. разряда или УФ излучения. В р-циях со всеми простыми в-вами, кроме F2, кислород является окислителем. Мол. кислород образует три разл. ионные формы, каждая из к-рых дает начало классу соед.: О-2 - супероксидам, О22- - пeроксидам (см. Пероксидные соединения неорганические, Пе-роксидные соединения органические), О+2 - диоксигенильным соeдинениям. Озон образует озониды, в к-рых ионная форма кислорода-О-3. Молекула О2 присоединяется как слабый лиганд к нек-рым комплексам Fe, Co, Мn, Сu. Среди таких соед. важное значение имеет гемоглобин, к-рый осуществляет перенос кислорода в организме теплокровных. Р-ции с кислородом, сопровождающиеся интенсивным выделением энeргии, наз. горением. Большую роль играют взаимод. кислорода с металлами в присут. влаги-атм. коррозия металлов, а также дыхание живых организмов и гниение. В результате гниения сложные орг. в-ва погибших животных и растений превращаются в более простые и в конечном счете в СО2 и волу. С водородом кислород реагирует с образованием воды и выделением большого кол-ва тепла (286 кДж на моль Н2). При комнатной т-ре р-ция идет крайне медленно, в присут. катализаторов - сравнительно быстро уже при 80-100 °С (эту р-цию используют для очистки Н2 и инертных газов от примеси О2). Выше 550 °С р-ция Н2 с О2 сопровождается взрывом. Из элементов I гр. наиб. легко реагируют с кислородом Rb и Cs, к-рые самовоспламеняются на воздухе, К, Na и Li реагируют с кислородом медленнее, р-ция ускоряется в присут. паров воды. При сжигании щелочных металлов (кроме Li) в атмосфере кислорода образуются пероксиды М2О2 и супероксиды МО2. С элементами подгруппы IIа кислород реагирует сравнительно легко, напр., Ва способен воспламеняться на воздухе при 20-25°С, Mg и Be воспламеняются выше 500 °С; продукты р-ции в этих случаях - оксиды и пероксиды. С элементами подгруппы IIб кислород взаимод. с большим трудом, р-ция кислорода с Zn, Cd и Hg происходит только при более высоких т-рах (известны породы, в к-рых Hg содержится в элементарной форме). На пов-стях Zn и Cd образуются прочные пленки их оксидов, предохраняющие металлы от дальнейшего окисления. Элементы III гр. реагируют с кислородом только при нагр., образуя оксиды. Компактные металлы Ti, Zr, Hf устойчивы к действию кислорода. С углеродом кислород реагирует с образованием СО2 и выделением тепла (394 кДж/моль); с аморфным углеродом р-ция протекает при небольшом нагревании, с алмазом и графитом - выше 700 °С. С азотом кислород реагирует лишь выше 1200°С с образованием NO, к-рый далее легко окисляется кислородом до NO2 уже при комнатной т-ре. Белый фосфор склонен к самовозгоранию на воздухе при комнатной т-ре. Элементы VI гр. S, Se и Те реагируют с кислородом с заметной скоростью при умеренном нагревании. Заметное окисление W и Мо наблюдается выше 400 °С, Cr - при значительно более высокой т-ре. Кислород энергично окисляет орг. соединения. Горение жидких топлив и горючего газа происходит в результате р-ции кислорода с углеводородами.
Получение. В пром-сти кислород получают воздуха разделением, гл. обр. методом низкотемпературной ректификации. Его производят также наряду с Н2 при пром. электролизе воды. Выпускают газообразный технол. кислород (92-98% О2), техн. (1-й сорт 99,7% О2, 2-й сорт 99,5% и 3-й сорт 99,2%) и жидкий (не менее 99,7% О2). Производится также кислород для лечебных целей ("медицинский кислород", содержащий 99,5% O2). Для дыхания в замкнутых помещениях (подводные лодки, космич. аппараты и др.) используют твердые источники кислорода, действие к-рых основано на самораспространяющейся экзо-термич. р-ции между носителем кислорода (хлоратом или перхлоратом) и горючим. Напр., смесь NaClO3 (80%), порошка Fe (10%), ВаО2 (4%) и стекловолокна (6%) прессуют в виде цилиндров; после поджигания такая кислородная свеча горит со скоростью 0,15-0,2 мм/с, выделяя чистый, пригодный для дыхания кислород в кол-ве 240 л/кг (см. Пиротехнические источники газов). В лаборатории кислород получают разложением при нагр. оксидов (напр., HgO) или кислородсодержащих солей (напр., КСlO3, КМnО4), а также электролизом водного р-ра NaOH. Однако чаще всего используют пром. кислород, поставляемый в баллонах под давлением.
Определение. Концентрацию кислорода в газах определяют с помощью ручных газоанализаторов, напр. волюмометрич. методом по изменению известного объема анализируемой пробы после поглощения из нее О2 р-рами - медноаммиачным, пирогаллола, NaHSO3 и др. Для непрерывного определения кислорода в газах применяются автоматич. термомагн. газоанализаторы, основанные на высокой магн. восприимчивости кислорода. Для определения малых концентраций кислорода в инертных газах или водороде (менее 1%) используют автоматич. термохим., электрохим., гальванич. и др. газоанализаторы. С этой же целью применяют колориметрич. метод (с использованием прибора Мугдана), основанный на окислении бесцв. аммиачного комплекса Cu(I) в яркоокрашенное соед. Cu(II). Кислород, растворенный в воде, определяют также колориметрически, напр. по образованию красного окрашивания при окислении восстановленного индигокар-мина. В орг. соед. кислород определяют в виде СО или СО2 после высокотемпературного пиролиза анализируемого в-ва в потоке инертного газа. Для определения концентрации кислорода в стали и сплавах используют электрохим. датчики с твердым электролитом (стабилизированный ZrO2). См. также Газовый анализ, Газоанализаторы.
Применение. Кислород используют как окислитель: в металлургии - при выплавке чугуна и стали (в доменном, кислородно-конвертерном и мартеновском произ-вах), в процессах шахтной, взвешенной и конвертерной плавки цветных металлов; в прокатном произ-ве; при огневой зачистке металлов; в литейном произ-ве; при термитной сварке и резке металлов; в хим. и нефтехим. пром-сти-при произ-ве HNO3, H2SO4, метанола, ацетилена; формальдегида, оксидов, пероксидов и др. в-в. Кислород используют в лечебных целях в медицине, а также в кислородно-дыхат. аппаратах (в космич. кораблях, на подводных судах, при высотных полетах, подводных и спасательных работах). Жидкий кислород-окислитель для ракетных топлив; его используют также при взрывных работах, как хладагент в лаб. практике. Произ-во кислорода в США 10,75 млрд. м3 (1985); в металлургии потребляется 55% производимого кислорода, в хим. промсти - 20%. Кислород нетоксичен и негорюч, но поддерживает горение. В смеси с жидким кислородом взрывоопасны все углеводороды, в т.ч. масла, CS2. наиб. опасны малорастворимые горючие примеси, переходящие в жидком кислороде в твердое состояние (напр., ацетилен, пропилен, CS2). Предельно допустимое содержание в жидком кислороде: ацетилена 0,04 см3/л, CS2 0,04 см3/л, масла 0,4 мг/л. Газообразный кислород хранят и транспортируют в стальных баллонах малой (0,4-12 л) и средней (20-50 л) емкости при давлении 15 и 20 МПа, а также в баллонах большой емкости (80-1000 л при 32 и 40 МПа), жидкий кислород в сосудах Дьюара или в спец. цистернах. Для транспортировки жидкого и газообразного кислорода используют также спец. трубопроводы. Кислородные баллоны окрашены в голубой цвет и имеют надпись черными буквами "кислород". Впервые кислород в чистом виде получил кислород Шееле в 1771. Независимо от него кислород был получен Дж. Пристли в 1774. В 1775 А. Лавуазье установил, что кислород-составная часть воздуха, к-т и содержится во мн. в-вах. Лит.. Глизмаяенко Д.Л., Получение кислорода, 5 изд., М., 1972; Разумовский С. Д., Кислород-элементарные формы и свойства, М., 1979; Термодинамические свойства кислорода, М., 1981. Я. Д. Зельвенский.


===
Исп. литература для статьи «КИСЛОРОД»: нет данных

Страница «КИСЛОРОД» подготовлена по материалам химической энциклопедии.

Еще по теме:

     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн