Властивості кисню

КИСЕНЬ (Oxygenium), О – хімічний елемент. Елемент VI групи періодичної системи елементів; ат. н. 8 ат м 15, 9 994 В норм, умовах – газ без кольору, запаху і смаку. При утворенні більшості з’єднанні набуває електронів, В окислах (напр., Н20, Li20, СаО, Аl203, Si02, Р206, S03, С1207), кисневих к-тах і їх солях К. проявляє формально ступінь окислення – 2, в пероксосоедіненіях (Н202 , Na2O2, Ва202) є кисневий перекисний місток – О⁻ – О⁻ – з меж’ядерном відстанню 1,48 А, в надперекісях (К02, Rb02 Gs02) міститься група 0-2 з меж’ядерном відстанню 1,26 А, в озоніду (К03, Rb03, Cs03) – парамагнітний аніон 0- 3.
Тільки в з’єднаннях з фтором (F20, F202) і в солях діоксігеніл-катіона. напр. гексафтороплатінате (+ 5) діоксігеніла 02 [PtF6], К. виявляє ступінь окислення + 1. Природний К. складається з стабільних ізотопів 16О (99,759%), 17О (0,037%) і 18О (0,204%); отримані радіоактивні ізотопи 14о, 15О і 19О з періодами напіврозпаду відповідно 72,1 сек, 2,1 хв і 29,4 сек. Відкрили К. швед, хімік К. В. Шеєле – в 1771 (роботи його опубліковані в 1777) і незалежно від нього англ. вчений Дж. Прістлі – в 1774. Франц. хімік А. Л. Лавуазьє повторив досліди Дж. Прістлі (термічне розкладання окису ртуті), дав елементу назву і до одна тисяча сімсот сімдесят сім створив кисневу теорію горіння, дихання і окислення, п.- найпоширеніший у земній корі елемент: зміст його становить 47,0% за масою, або 55 ат.%.
У формі газу 02 в повітрі знаходиться 1,2 «104 т К., що становить 20,95 об.%, Або 23% за масою. У нижніх шарах стратосфери міститься дуже невелика кількість озону 03, що утворюється під дією ультрафіолетового випромінювання Сонця, а вище 80 км – атоми К., що утворюються внаслідок розпаду молекул 02, 03 і водяної пари під дією короткохвильового випромінювання. К. у воді – 88,8%, у водах світового океану – 85,7%; в природних водах розчинено близько 1,5 • 13 жовтня m К. З мінералів, що містять К. (їх близько 1400), найбільш поширені кварц і його модифікації (53% К.), польові шпати, слюди і вапняки (45-48% ), оксиди заліза (28-43%), гіпс і глини (близько 55%).
Кисень утворює два простих речовини: К.-газ і озон 03. При високих тисках можливе утворення молекул 04. К.- важко Зріджують газ. Осн. термодинамічні параметри – критична точка: т-ра 154,8 К (-118,4 ° С); тиск 50,14 ат; щільність 0,406 г / см3; потрійна точка: температура 54,36 К (-218,8 ° С); тиск 1,54 • 10-3 am. Т-ра кипіння 90,18 К (-182,97 ° С) при тиску 760 мм рт. ст., теплота випаровування 51,0 ккал / кг; щільність рідкого К. (т-ра 90,18 К) 1,142 г / см3. Т-ра плавлення 54,36 К (-218,8 ° С); теплота плавлення 3,3 ккал / кг. Кристаллич. модифікації: кубічна, стійка вище т-ри 43,77 К (-229,4 ° С), з щільністю 1,27 г / см3 при т-рі -219 ° С; гексагональна, стійка від 23,85 К (-249,3 ° С) до 43,77 К, і ромбічна, стійка при т-рі нижче 23,85 К, з щільністю 1,426 г / см3.
Рідкий кисень – світло-блакитного кольору, притягається магнітів; твердий К.- сині кристали. У всіх агрегатних станах парамагнитен. Діелектрична постійна газу – 1,000507, рідкого К.- 1,491. Маса 1 а газу при т-рі 0 ° С і тиску 1 ат дорівнює 1,42897 г / л, коеф. теплопровідності 58,3 • 10-6 кал / сек • см • град; теплоємність Ср = 6,99 і cv = 4,98 кал / моль • град; cp / cν = 1,403. Розчинність К. у воді (в 100 см3) при т-рі 0 ° С становить 4,9 см3, при т-рі 20 ° С дорівнює 3,1 см3. К. добре розчиняється в органічних розчинниках і затвердінні розплаву, розбризкуючи метал; добре поглинається також тонкими порошками металів і вугілля. Молекула 02 дуже міцна (меж’ядерном відстань 1,207 А), розпад її на атоми починається вище т-ри 1500 ° С і стає повним при т-рі 5000 ° С. Енергія атомізації D298 = 119,12 ккал / мол’. Під дією ультрафіолетового випромінювання (А, – 190 нм) легко здійснюється фотоліз кисню. Перем. ступінь окислення К., здатність до прийняття електронів від атомів ін. елементів (спорідненість до електрона 1,47 ев / атом) і можливість віддачі свого електрона (1-й потенціал іонізації-13,6 в, електронегативність за шкалою Полінга 3,5) обумовлюють можливість утворення твердих розчинів у металах і різного роду стехіометричних і нестехиометрических з’єднань. К. утворює сполуки з усіма елементами, крім гелію, неону і аргону.
На основі типів і св-в кисневих сполук будується класифікація неорганічних сполук. Збільшення вмісту К. в молекулі оксиду підсилює кислотний характер цього оксиду, напр. МnО проявляє Основні св-ва, а Мn207 є ангідридом марганцевої (перманганатной) кислоти НМn04. При звичайних умовах взаємодія з К. речовин, здатних його приєднувати, протікає в більшості випадків повільно; при нагріванні, під дією тихого або іскрового електр. розряду, під тиском і при наявності каталізатора швидкість реакції значно зростає. Каталізатором для дуже багатьох реакцій з К. є вода; абсолютно сухої К. при кімнатній т-рі не взаємодіє з металевим калієм, з білим фосфором.Большінство реакцій К. з різними речовинами екзотермічни; деякі з них використовуються для отримання енергії у формі тепла і світла (горіння): у процесі спалювання вугілля, різних вуглеводнів, деревини, торфу та ін. У суміші з горючими газами і парами, з тонкими порошками мн. металів і органічних речовин К.-газ утворює вибухові суміші. К. безпосередньо реагує майже з усіма простими речовинами за винятком галогенів, інертних газів, платини і золота, з’єднання з к-римі виходять непрямим шляхом.
У лабораторних умовах К. отримують термічним розкладанням окислів (напр., Сr03), перекисів (напр., Ва02), солей кисневих кислот (напр., КМn04), каталітичним розкладанням Н202, електролізом 30% -ного розчину калію гідроокису з нікелевими електродами. У пром-сті К. отримують фракционированной перегонкою рідкого повітря, а також як побічний продукт при отриманні водню електролізом води. К. можна отримувати також з повітря виборчої дифузією при підвищеному тиску через пластмасові мембрани (молекулярні сита).
Випускають К. як газ технічний, технологічний, медичний і рідкий технічний. Газоподібний технічний К. першого сорту містить 02 не менше 99,7%, другого сорту – не менше 99,5%, третього сорту – не менше 99,2%, технологічний – не менше 95-98,5%, медичний – не менше 99,5%. Медичний К. не повинен містити води, масла, окису вуглецю, ацетилену, газоподібних підстав і к-т, озону та ін. Газів-окислювачів. Допускається наявність двоокису вуглецю (суміш К. з 5-7% С02 наз. «Карбоген»). З 1 кг рідкого К. утворюється 0,75 м3 газу, з 1 л – 0,86 м3. К. застосовується в чорної і кольорової металургії, хім. проммсти, машинобудуванні, енергетиці та ін. областях для отримання високих т-р (порядку 2500-3000е С) і для інтенсифікації технологічних процесів.
Заміна повітря киснем знижує витрату палива і збільшує продуктивність доменних мартенівських печей, вагранок, конверторів, електр. печей на 25 -30% і більше, підвищує якість виплавленого металу. На виплавку 1 т чавуну витрачається К. близько 1000 М33, на 1 т конверторної сталі – близько 80, на 1 т мартенівської сталі – 15-25 м3. У кольоровій металургії на 1 т металу витрачається 10 000-30 000 м3 К. Велика кількість К. використовують для автогенного зварювання та різання, для газифікації твердого палива в киплячому шарі, для вогневого буріння твердих гірських порід та ін. Рідкий К.- основа потужних вибухових речовин – оксілі-квитів (просочених рідким К. пористих горючих матеріалів, напр. деревної тирси); застосовується в ракетних двигунах.
Кисень -Газо без кольору, запаху і смаку. Мало розчинний у воді: в 100 об’ємах води при 20 ° C. Розчиняється близько 3 об’ємів кисню. При нормальному тиску він зріджується при – 183 ° C. І твердне при – 219 ° C. У рідкому і твердому стані має блідо – синє забарвлення. Молекула кисню – двухатомная, неполярні.
У промисловості кисень отримують в основному фракционированной разгонкой рідкого повітря. Його зберігають і перевозять в сталевих балонах. У лабораторії його отримують розкладанням сполук, багатих киснем. Найчастіше для цього використовують хлорат або перманганат калію (KMnO4). Розкладання KMnO4 відбувається за реакцією:
2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2
Найбільш важливим хімічною властивістю кисню є його спроможність з’єднаються з більшістю простих речовин з виділенням теплоти і світла. Щоб викликати горіння речовин в кисні, часто доводиться нагрівати їх до оределённой температури – температури займання, так як при звичайній температурі кисень є досить інертною речовиною.
Поряд з горінням відомі численні процеси повільного окислення за участі кисню: дихання живих організмів, ржавение металів, гниття, тління і т.д. Виділяє при цьому теплота розсіюється в навколишній простір, але в певних умовах вона може скупчуватися і тоді відбувається займання, так самозаймаються масляні ганчірки, вологе сіно і т.д.
Всі окислювальні процеси протікають набагато швидше в чистому кисні, ніж на повітрі. Наприклад, скіпка тліюча на повітрі, при внесенні в судину з киснем спалахує і яскраво горить.
Кисень – найпоширеніший елемент на нашій планеті: він становить 49% від маси земної кори, гідросфери та атмосфери разом узятих. У повітрі знаходиться близько 21% (об.) Або 23 (мас.) Кисню.
Кисень повітря безперервно витрачається при диханні, в процесі горіння, гниття і т.д.
Його кількість в повітрі весь час поповнюється на сонячному світлі. Загальна кількість кисню, що виділяються рослинами в атмосферу в процесі харчування, приблизно в 6 разів більше ніж споживаного ними для дихання.
Кисень вельми поширений в природі у вигляді сполук. Він входить до складу всіх найважливіших гірських порід: гранітів, гнейсів, піску, сланців і багатьох інших.
У воді міститься 88,89% (мас.) Кисню. Доступна нам частину твердої земної кори містить 47,3% (мас.) Кисню (у вигляді оксидів і кисневих солей). Кисень як елемент входить до складу тіла людини, тварин і рослин. Вміст кисню в живих організмах складає близько 65% (мас.)
великим значення кисню в техніці та промисловості. При спалюванні горючих газів в спеціально сконструйованих пальниках в струмі чистого кисню, температура полум’я різко підвищується по порівнянням з полум’ям на повітрі. Полум’я водню, що спалюється в струмі кисню, досягає 2 000 градусів, а ацетилену – 3000 град …. Полум’ям таких горючих газів користуються для зварювання та різання металів, для плавлення платини, кварцу та інших дуже тугоплавких матеріалів. Рідкий кисень або рідке повітря, сильно збагачений киснем, застосовують для виготовлення вибухових речовин (оксиліквіти). Останнє представляє суміш пористого вугілля або інших горючих складових (нафта, парафін, нафталін) з рідким повітрям.
Рідке повітря застосовують, зокрема, як одна зі складових при заправки ракет. Кисень широко використовують для інтенсифікації ряду процесів металургійної та хімічної промисловості. Велике значення в застосуванні кисню в спеціальних апаратах, використовуваних екіпажами літаків, підводних човнів, гірничо – рудному справі, в медицині і т.д.

Посилання на основну публікацію