kyslík (O) stojí v období 1, skupina VI, v hlavnej podskupine. p-prvok. Elektronická konfigurácia 1s22s22p4 . Počet elektrónov na vonkajšej úrovni je 6. Kyslík môže prijať 2 elektróny a v ojedinelých prípadoch ich aj vydať. Valencia kyslíka 2, oxidačný stav -2.

Fyzikálne vlastnosti: kyslík ( O2 ) – bezfarebný plyn, bez zápachu a chuti; mierne rozpustný vo vode, o niečo ťažší ako vzduch. Pri teplote -183 °C a 101,325 Pa sa kyslík skvapalňuje a nadobúda modrastú farbu. Štruktúra molekuly: Molekula kyslíka je dvojatómová, za normálnych podmienok silná a má magnetické vlastnosti. Väzba v molekule je kovalentná nepolárna. Kyslík má alotropickú modifikáciu - ozón(O3 ) – silnejšie oxidačné činidlo ako kyslík.

Chemické vlastnosti: pred dokončením energetickej hladiny potrebuje kyslík 2 elektróny, ktoré akceptuje s oxidačným stavom -2, ale v kombinácii s fluórom, kyslíkom OF2 -2 a O2F2 -1. Vďaka svojej chemickej aktivite kyslík interaguje s takmer všetkými jednoduchými látkami. Vytvára oxidy a peroxidy s kovmi:

Kyslík nereaguje len s platinou. Pri zvýšených a vysokých teplotách reaguje s mnohými nekovmi:

Kyslík neinteraguje priamo s halogénmi. Kyslík reaguje s mnohými komplexnými látkami:

Kyslík sa vyznačuje spaľovacími reakciami:

Mnoho organických látok horí v kyslíku:

Keď sa acetaldehyd oxiduje kyslíkom, získa sa kyselina octová:

Potvrdenie: v laboratóriu: 1) elektrolýzou vodného roztoku zásady: v tomto prípade sa vodík uvoľňuje na katóde a kyslík na anóde; 2) rozklad bertholletovej soli pri zahrievaní: 2KSlO3? 2KSl + 3O2?; 3) Získa sa veľmi čistý kyslík: 2KMnO4? K2MnO4 + MnO2 + O2?.

Nález v prírode: kyslík tvorí 47,2 % hmotnosti zemskej kôry. Vo voľnom stave je obsiahnutý v atmosférickom vzduchu - 21%. Je súčasťou mnohých prírodných minerálov, obrovské množstvo sa ho nachádza v organizmoch rastlín a živočíchov. Prírodný kyslík pozostáva z 3 izotopov: O(16), O(17), O(18).

Aplikácia: používa sa v chemickom, hutníckom priemysle, v medicíne.

24. Ozón a jeho vlastnosti

V pevnom stave má kyslík tri modifikácie: a-, y- a y- modifikácie. ozón ( O3 ) – jedna z alotropných modifikácií kyslíka . Štruktúra molekuly: ozón má nelineárnu molekulárnu štruktúru s uhlom medzi atómami 117°. Molekula ozónu má určitú polaritu (napriek atómom rovnakého druhu, ktoré tvoria molekulu ozónu), je diamagnetická, pretože nemá nepárové elektróny.

Fyzikálne vlastnosti: ozón je modrý plyn s charakteristickým zápachom; molekulová hmotnosť = 48, teplota topenia (tuhá látka) = 192,7 °C, teplota varu = 111,9 °C. Kvapalný a pevný ozón sú výbušné, toxické a vysoko rozpustné vo vode: pri 0 °C sa až 49 objemových dielov ozónu rozpustí v 100 objemových dieloch vody.

Chemické vlastnosti: Ozón je silné oxidačné činidlo, oxiduje všetky kovy vrátane zlata - Au a platiny - Pt (a kovov skupiny platiny). Ozón pôsobí na lesklú striebornú platňu, ktorá je v okamihu pokrytá čiernym peroxidom striebra - Ag2O2; papier navlhčený terpentínom sa zapáli, zlúčeniny síry kovov sa oxidujú na soli kyseliny sírovej; mnohé farbivá sú odfarbené; ničí organickú hmotu - zatiaľ čo molekula ozónu odštiepi jeden atóm kyslíka a ozón sa zmení na obyčajný kyslík. Rovnako ako väčšina nekovov premieňa nižšie oxidy na vyššie a sulfidy ich kovov na ich sírany:

Ozón oxiduje jodid draselný na molekulárny jód:

Ale s peroxidom vodíka H2O2 pôsobí ozón ako redukčné činidlo:

Chemicky sú molekuly ozónu nestabilné - ozón je schopný spontánne sa rozložiť na molekulárny kyslík:

Potvrdenie: Ozón sa vyrába v ozonizátoroch prechodom elektrických iskier cez kyslík alebo vzduch. Tvorba ozónu z kyslíka:

Ozón môže vznikať pri oxidácii vlhkého fosforu, živicových látok. Detektor ozónu: na zistenie prítomnosti ozónu vo vzduchu je potrebné ponoriť do vzduchu kus papiera namočený v roztoku jodidu draselného a škrobovej pasty - ak papierik zmodral, znamená to, že ozón je prítomný vo vzduchu. vzduchu. Nález v prírode: V atmosfére vzniká ozón pri elektrických výbojoch. Aplikácia: ako silné oxidačné činidlo, ozón ničí rôzne druhy baktérií, preto sa široko používa na čistenie vody a dezinfekciu vzduchu a používa sa ako bieliace činidlo.

Všadeprítomný, všemohúci a neviditeľný – to všetko je o ňom. Tiež nemá chuť ani vôňu. Zdá sa, že rozhovor je o niečom, čo vôbec neexistuje. Táto látka však existuje, navyše: bez nej by sa ľudstvo jednoducho zadusilo. Preto pravdepodobne Lavoisier okamžite nazval tento plyn „životne dôležitým plynom“.

Všemocný kyslík

Podľa nábožných ľudí iba Boh môže byť všadeprítomný, všemohúci a zároveň neviditeľný. V skutočnosti všetky tieto tri epitetá možno pripísať chemickému prvku s atómovým číslom 8 - kyslíku. Ak by rastliny počas fotosyntézy nepremieňali vodu a oxid uhličitý na organické zlúčeniny a tento proces nebol sprevádzaný uvoľňovaním viazaného kyslíka, potom by sa po pomerne rýchlom vyčerpaní atmosférického kyslíka celý živočíšny svet vrátane ľudstva čoskoro udusil.

Kyslík je všadeprítomný: z veľkej časti sa z neho skladá nielen vzduch, voda a zem, ale aj vy a ja, naše jedlo, pitie, oblečenie; Väčšina látok okolo nás obsahuje kyslík. Sila kyslíka sa prejavuje už v tom, že ho dýchame a dýchanie je synonymom života. A kyslík možno tiež považovať za všemocný, pretože silný prvok ohňa je spravidla veľmi závislý od nášho kandidáta na všadeprítomného a všemocného.

Čo sa týka tretieho epiteta – „neviditeľný“, tak dokazovanie asi netreba. Za normálnych podmienok je elementárny kyslík nielen bezfarebný, a teda neviditeľný, ale ani nepostrehnuteľný, nevnímateľný žiadnymi zmyslovými orgánmi. Je pravda, že nedostatok a ešte viac nedostatok kyslíka by sme pocítili okamžite ...

Objav: 18. storočie

Fakt, že kyslík je za bežných podmienok neviditeľný, bez chuti, zápachu, plynný, jeho objav dlho oddialil. Mnohí vedci z minulosti uhádli, že existuje látka s vlastnosťami, ktoré, ako dnes vieme, sú vlastné kyslíku.

Otvorenie kyslík (Angličtina kyslík, francúzsky kyslík, nemecký Sauerstoff) znamenal začiatok moderného obdobia vo vývoji chémie. Od staroveku bolo známe, že na spaľovanie je potrebný vzduch, ale po mnoho storočí zostal proces spaľovania nepochopiteľný. Až v XVII storočí. Mayow a Boyle nezávisle od seba navrhli, že vo vzduchu je nejaká látka, ktorá podporuje spaľovanie.

Takmer súčasne a nezávisle od seba objavili kyslík dvaja vynikajúci chemici druhej polovice 18. storočia, Švéd Carl Wilhelm Scheele a Angličan Joseph Priestley. Scheele dostal kyslík skôr, ale jeho pojednanie On Air and Fire, ktoré obsahovalo informácie o kyslíku, bolo publikované neskôr ako Priestleyho objav.

Jozefa
Priestley

„1. augusta 1774 som sa pokúsil extrahovať vzduch z ortuťového kameňa a zistil som, že vzduch sa z neho dá ľahko vytlačiť pomocou šošovky. Tento vzduch voda neabsorbovala. Predstavte si môj údiv, keď som zistil, že sviečka v tomto vzduchu horí nezvyčajne jasným plameňom. Márne som sa snažil nájsť vysvetlenie tohto javu.

A predsa hlavnou postavou v histórii objavu kyslíka nie je Scheele ani Priestley. Objavili nový plyn – a nič viac. Friedrich Engels o tom neskôr napísal: „Obaja nikdy nezistili, čo mali v rukách. Prvok, ktorý bol určený na to, aby spôsobil revolúciu v chémii, zmizol bez stopy v ich rukách... Preto zostáva Lavoisier, ktorý skutočne objavil kyslík, a nie tí dvaja, ktorí kyslík len opisovali, dokonca ani nehádali, čo opisujú.

Detailné štúdium vlastností kyslíka a jeho úlohy v procesoch spaľovania a vzniku oxidov viedlo Lavoisiera k nesprávnemu záveru, že tento plyn je kyselinotvorným princípom. V roku 1779 zaviedol Lavoisier názov pre kyslík Oxygenium(od grécky„oxid“ – „kyslý“ a „gennao“ – rodím) – „rodím kyseliny“.

"Oxidačný" prvok

Kyslík je bezfarebný (v hrubej vrstve - modrý) plyn bez chuti a zápachu. Je o niečo ťažší ako vzduch a mierne rozpustný vo vode. Po ochladení na -183 °C sa kyslík zmení na pohyblivú modrú kvapalinu a pri -219 °C zamrzne.

Ako by to malo byť pre prvok, ktorý zaberá miesto v pravom hornom rohu periodickej tabuľky, kyslík je jedným z najaktívnejších nekovových prvkov a má výrazné oxidačné vlastnosti. Ak to tak môžem povedať, len jeden prvok, fluór, je viac oxidačný ako kyslík. Preto sú nádrže na kvapalný kyslík nevyhnutným doplnkom väčšiny kvapalných raketových motorov. Zlúčenina kyslíka bola získaná aj s takým chemicky pasívnym plynom, akým je xenón.

Pre rozvoj aktívnej reakcie kyslíka s väčšinou jednoduchých a zložitých látok je potrebné zahrievanie - aby sa prekonala potenciálna bariéra, ktorá bráni chemickému procesu. Pomocou katalyzátorov, ktoré znižujú aktivačnú energiu, môžu procesy prebiehať bez zahrievania, najmä kombinácia kyslíka s vodíkom.

Vysoká oxidačná sila kyslíka je základom spaľovania všetkých druhov palív vrátane strelného prachu, ktoré na spaľovanie nepotrebujú atmosférický kyslík: v procese spaľovania takýchto látok sa zo seba uvoľňuje kyslík.

Procesy pomalej oxidácie rôznych látok pri bežných teplotách sú pre život nemenej dôležité ako spaľovanie pre energiu.

Pomalá oxidácia potravinových látok v našom tele je „energetickou základňou“ života. Poznamenávame, že naše telo nevyužíva vdychovaný kyslík veľmi hospodárne: vo vydychovanom vzduchu je kyslík približne 16%. Teplo hnijúceho sena je výsledkom pomalej oxidácie organickej hmoty rastlinného pôvodu. Pomalá oxidácia hnoja a humusu zohrieva skleníky.

Aplikácia: "more energie"

Kyslík sa používa v lekárska prax a to nielen pri pľúcnych a srdcových ochoreniach, kedy je dýchanie ťažké. Subkutánne podávanie kyslíka sa ukázalo ako účinná liečba takých závažných ochorení, akými sú gangréna, tromboflebitída, elefantiáza a trofické vredy.

Nie je menej dôležité pre priemyslu. Obohacovanie vzduchu kyslíkom robí mnohé technologické procesy založené na oxidácii efektívnejšie, rýchlejšie, hospodárnejšie. A doteraz je takmer všetka tepelná energia založená na takýchto procesoch. Premena železa na oceľ tiež nemožné bez kyslíka. Je to kyslík, ktorý „odstráni“ prebytočný uhlík z liatiny. Zároveň sa zlepšuje aj kvalita ocele. Potrebujete kyslík a metalurgia neželezných kovov. Kvapalný kyslík slúži okysličovadlo hnacieho plynu.

Pri spaľovaní vodíka v prúde kyslíka vzniká celkom obyčajná látka - H 2 O. Samozrejme, aby sme túto látku získali, netreba sa zaoberať spaľovaním vodíka (ktoré je mimochodom často získané z vody). Účel tohto procesu je iný, bude jasné, ak sa rovnaká reakcia zapíše úplne, berúc do úvahy nielen chemické produkty, ale aj energiu uvoľnenú počas reakcie: H 2 + 0,5 O 2 \u003d H 2 O + 68317 kalórií.

Takmer sedemdesiat veľkých kalórií na gram-molekulu! Môžete tak získať nielen „more vody“, ale aj „more energie“. Na tento účel sa voda získava v prúdových motoroch na vodík a kyslík.

Používa sa rovnaká reakcia na zváranie a rezanie kovov. Je pravda, že v tejto oblasti môže byť vodík nahradený acetylénom. Mimochodom, acetylén sa čoraz viac vo veľkom vyrába práve pomocou kyslíka, v procesoch tepelno-oxidačného krakovania: 6CH 4 + 4O 2 = C 2 H 2 + 8H 2 + ZCO + CO 2 + ZH 2 O .

Toto je len jeden príklad použitie kyslíka v chemickom priemysle. Kyslík je potrebný na výrobu mnohých látok (len si spomeňte na kyselinu dusičnú), na splyňovanie uhlia, ropy, vykurovacieho oleja ...

Akákoľvek porézna horľavá látka, napríklad piliny, impregnovaná modrastou studenou kvapalinou - kvapalným kyslíkom, sa stáva výbušninou. Takéto látky sú tzv oxyliquity a v prípade potreby môže nahradiť dynamit pri rozvoji rudných ložísk.

Ročná svetová produkcia (a spotreba) kyslíka sa meria v miliónoch ton. Okrem kyslíka, ktorý dýchame.

Produkcia kyslíka

Pokusy o vytvorenie viac či menej výkonného kyslíkového priemyslu sa uskutočnili v minulom storočí v mnohých krajinách. Ale od nápadu k technickej realizácii je často „kolosálny odstup“...

Obzvlášť rýchly rozvoj kyslíkového priemyslu sa začal po vynáleze turboexpandéra akademika P. L. Kapitsu a vytvorení výkonných zariadení na separáciu vzduchu.

Najjednoduchší spôsob, ako získať kyslík, je zo vzduchu, pretože vzduch nie je zlúčenina a nie je také ťažké vzduch oddeliť. Teploty varu dusíka a kyslíka sa líšia (pri atmosférickom tlaku) o 12,8 °C. Preto sa kvapalný vzduch môže v destilačných kolónach rozdeľovať na zložky rovnakým spôsobom, ako sa delí napríklad ropa. Aby sa však vzduch zmenil na kvapalinu, musí sa ochladiť na mínus 196 °C. Môžeme povedať, že problém získavania kyslíka je problémom prechladnutia.

Aby sa získal chlad pomocou obyčajného vzduchu, musí sa tento stlačiť a potom nechať expandovať a súčasne ho prinútiť vykonávať mechanickú prácu. Potom sa v súlade s fyzikálnymi zákonmi musí vzduch ochladiť. Stroje, ktoré to robia, sú tzv expandéry.

Na získanie kvapalného vzduchu pomocou piestových expandérov boli potrebné tlaky rádovo 200 atmosfér. Účinnosť zariadenia bola o niečo vyššia ako účinnosť parného stroja. Inštalácia sa ukázala byť komplikovaná, ťažkopádna, drahá. Koncom tridsiatych rokov sovietsky fyzik akademik P. L. Kapitsa navrhol použiť ako expandér turbínu. Hlavnou črtou turboexpandéra Kapitza je, že vzduch v ňom expanduje nielen v tryskovom zariadení, ale aj na lopatkách obežného kolesa. V tomto prípade sa plyn pohybuje z obvodu kolesa do stredu, pričom pôsobí proti odstredivým silám.

Turboexpandér „robí“ chlad vzduchom stlačeným len na niekoľko atmosfér. Energia vydávaná expandujúcim vzduchom sa neplytvá, využíva sa na otáčanie rotora generátora elektrického prúdu.

Moderné závody na separáciu vzduchu, v ktorých sa chlad získava pomocou turboexpandérov, dodávajú priemyslu, predovšetkým metalurgii a chémii, státisíce metrov kubických plynného kyslíka.

Pri rezaní kovu sa vykonáva vysokoteplotným plynovým plameňom získaným spaľovaním horľavého plynu alebo kvapalnej pary zmiešanej s komerčne čistým kyslíkom.

Kyslík je najrozšírenejším prvkom na Zemi nachádza sa vo forme chemických zlúčenín s rôznymi látkami: v zemi - až 50% hmotnosti, v kombinácii s vodíkom vo vode - asi 86% hmotnosti a vo vzduchu - až 21% objemu a 23% hmotnosti.

Kyslík za normálnych podmienok (teplota 20°C, tlak 0,1 MPa) je bezfarebný, nehorľavý plyn, o niečo ťažší ako vzduch, bez zápachu, ale aktívne podporujúci horenie. Pri normálnom atmosférickom tlaku a teplote 0 ° C je hmotnosť 1 m 3 kyslíka 1,43 kg a pri teplote 20 ° C a normálnom atmosférickom tlaku - 1,33 kg.

Kyslík má vysokú reaktivitu, tvoriace zlúčeniny so všetkými chemickými prvkami okrem (argónu, hélia, xenónu, kryptónu a neónu). Reakcie zlúčeniny s kyslíkom prebiehajú s uvoľňovaním veľkého množstva tepla, to znamená, že majú exotermickú povahu.

Pri kontakte stlačeného plynného kyslíka s organickými látkami, olejmi, tukmi, uhoľným prachom, horľavými plastmi sa tieto môžu samovoľne vznietiť v dôsledku uvoľnenia tepla pri rýchlom stláčaní kyslíka, trením a nárazom pevných častíc na kov, ako aj elektrostatickým iskrom. vypúšťanie. Preto pri používaní kyslíka treba dbať na to, aby neprišiel do kontaktu s horľavými a horľavými látkami.

Všetky kyslíkové zariadenia, kyslíkové vedenia a tlakové fľaše musia byť dôkladne odmastené. je schopný vytvárať výbušné zmesi s horľavými plynmi alebo kvapalnými horľavými parami v širokom rozsahu, čo môže viesť aj k výbuchom v prítomnosti otvoreného plameňa alebo dokonca iskry.

Pri použití kyslíka v procesoch spracovania plameňom je potrebné mať vždy na pamäti uvedené vlastnosti kyslíka.

Atmosférický vzduch je prevažne mechanická zmes troch plynov s nasledujúcim objemovým obsahom: dusík - 78,08%, kyslík - 20,95%, argón - 0,94%, zvyšok je oxid uhličitý, oxid dusný atď. Kyslík sa získava separáciou vzduchu na kyslíku a metódou hĺbkového ochladzovania (skvapalňovania), spolu so separáciou argónu, ktorého využitie neustále narastá pri. Pri zváraní medi sa ako ochranný plyn používa dusík.

Kyslík možno získať chemicky alebo elektrolýzou vody. Chemické metódy neproduktívne a nehospodárne. o elektrolýza vody jednosmerný kyslík sa získava ako vedľajší produkt pri výrobe čistého vodíka.

Kyslík sa vyrába v priemysle z atmosférického vzduchu hlbokým chladením a usmernením. V zariadeniach na výrobu kyslíka a dusíka zo vzduchu sa tento čistí od škodlivých nečistôt, stláča sa v kompresore na príslušný tlak chladiaceho cyklu 0,6-20 MPa a ochladzuje sa vo výmenníkoch tepla na teplotu skvapalňovania, rozdiel v teplota skvapalňovania kyslíka a dusíka je 13 °C, čo stačí na ich úplné oddelenie v kvapalnej fáze.

Kvapalný čistý kyslík sa hromadí v aparatúre na oddeľovanie vzduchu, odparuje sa a zhromažďuje v plynojeme, odkiaľ je kompresorom prečerpávaný do tlakových fliaš pod tlakom až 20 MPa.

Cez potrubie sa prepravuje aj technický kyslík. Tlak kyslíka prepravovaného potrubím musí byť dohodnutý medzi výrobcom a spotrebiteľom. Kyslík sa dodáva na miesto v kyslíkových fľašiach av kvapalnej forme - v špeciálnych nádobách s dobrou tepelnou izoláciou.

Na premenu kvapalného kyslíka na plyn sa používajú splyňovače alebo čerpadlá s odparovačmi kvapalného kyslíka. Pri normálnom atmosférickom tlaku a teplote 20 °C dáva 1 dm 3 kvapalného kyslíka pri vyparovaní 860 dm 3 plynného kyslíka. Preto sa odporúča dodávať kyslík na miesto zvárania v kvapalnom stave, pretože to znižuje hmotnosť obalu o faktor 10, čo šetrí kovy na výrobu fliaš a znižuje náklady na prepravu a skladovanie fliaš.

Na zváranie a rezanie podľa -78 sa technický kyslík vyrába v troch stupňoch:

• 1. - čistota najmenej 99,7%
• 2. – nie menej ako 99,5 %
• 3. - nie menej ako 99,2 % objemu

Čistota kyslíka má veľký význam pre rezanie kyslíkom. Čím menej plynových nečistôt obsahuje, tým vyššia je rýchlosť rezania, čistejšia a menšia spotreba kyslíka.

Obsah článku

KYSLÍK, O (oxygénium), chemický prvok podskupiny VIA periodickej sústavy prvkov: O, S, Se, Te, Po, patrí do rodiny chalkogénov. Ide o najbežnejší prvok v prírode, jeho obsah v zemskej atmosfére je 21 % (obj.), v zemskej kôre vo forme zlúčenín cca. 50 % (hmotn.) a v hydrosfére 88,8 % (hmotn.).

Kyslík je nevyhnutný pre život na Zemi: zvieratá a rastliny spotrebúvajú kyslík dýchaním a rastliny uvoľňujú kyslík prostredníctvom fotosyntézy. Živá hmota obsahuje viazaný kyslík nielen v telesných tekutinách (krvinky a pod.), ale aj v sacharidoch (cukor, celulóza, škrob, glykogén), tukoch a bielkovinách. Íly, horniny sú zložené z kremičitanov a iných anorganických zlúčenín obsahujúcich kyslík, ako sú oxidy, hydroxidy, uhličitany, sírany a dusičnany.

Odkaz na históriu.

Prvé informácie o kyslíku sa v Európe stali známymi z čínskych rukopisov z 8. storočia. Začiatkom 16. stor Leonardo da Vinci zverejnil údaje týkajúce sa chémie kyslíka, pričom ešte nevedel, že kyslík je prvok. Reakcie pridávania kyslíka sú opísané vo vedeckých prácach S. Galesa (1731) a P. Bayena (1774). Osobitnú pozornosť si zaslúžia štúdie K. Scheeleho v rokoch 1771–1773 o interakcii kovov a fosforu s kyslíkom. J. Priestley ohlásil objav kyslíka ako prvku v roku 1774, niekoľko mesiacov po tom, čo Bayen informoval o reakciách so vzduchom. Názov oxygenium ("kyslík") dostal tento prvok krátko po objave Priestleyho a je odvodený z gréckych slov pre "produkujúci kyselinu"; je to spôsobené mylnou predstavou, že kyslík je prítomný vo všetkých kyselinách. Vysvetlenie úlohy kyslíka v procesoch dýchania a spaľovania však patrí A. Lavoisierovi (1777).

Štruktúra atómu.

Každý prirodzený atóm kyslíka obsahuje v jadre 8 protónov, ale počet neutrónov môže byť 8, 9 alebo 10. Najbežnejší z troch izotopov kyslíka (99,76 %) je 16 8 O (8 protónov a 8 neutrónov). Obsah ďalšieho izotopu 18 8 O (8 protónov a 10 neutrónov) je len 0,2 %. Tento izotop sa používa ako značka alebo na identifikáciu určitých molekúl, ako aj na biochemické a medicínsko-chemické štúdie (metóda na štúdium nerádioaktívnych stôp). Tretí nerádioaktívny izotop kyslíka 17 8 O (0,04 %) obsahuje 9 neutrónov a má hmotnostné číslo 17. Po prijatí hmotnosti izotopu uhlíka 12 6 C medzinárodnou komisiou ako štandardnej atómovej hmotnosti v roku 1961 vážená priemerná atómová hmotnosť kyslíka bola 15,9994. Do roku 1961 chemici považovali za štandardnú jednotku atómovej hmotnosti atómovú hmotnosť kyslíka, o ktorej sa predpokladalo, že je 16 000 pre zmes troch prírodných izotopov kyslíka. Fyzici považovali hmotnostné číslo izotopu kyslíka 16 8 O za štandardnú jednotku atómovej hmotnosti, preto podľa fyzikálneho meradla bola priemerná atómová hmotnosť kyslíka 16,0044.

V atóme kyslíka je 8 elektrónov, pričom 2 elektróny sú na vnútornej úrovni a 6 elektrónov na vonkajšej. Preto pri chemických reakciách môže kyslík prijať od darcov až dva elektróny, pričom doplní svoj vonkajší obal až 8 elektrónov a vytvorí prebytočný záporný náboj.

Molekulárny kyslík.

Rovnako ako väčšina ostatných prvkov, ktorých atómy nemajú 1–2 elektróny na dokončenie vonkajšieho obalu 8 elektrónov, kyslík tvorí dvojatómovú molekulu. Pri tomto procese sa uvoľňuje veľa energie (~490 kJ/mol), a preto sa rovnaké množstvo energie musí vynaložiť na opačný proces disociácie molekúl na atómy. Sila väzby O–O je taká vysoká, že pri 2300 °C sa iba 1 % molekúl kyslíka disociuje na atómy. (Je pozoruhodné, že pri tvorbe molekuly dusíka N2 je sila väzby N–N ešte vyššia, ~710 kJ/mol.)

Elektronická štruktúra.

V elektrónovej štruktúre molekuly kyslíka, ako by sa dalo očakávať, nie je realizovaná distribúcia elektrónov oktetom okolo každého atómu, ale sú tam nepárové elektróny a kyslík má vlastnosti typické pre takúto štruktúru (napríklad interaguje s magnetické pole, ktoré je paramagnetom).

Reakcie.

Za vhodných podmienok reaguje molekulárny kyslík takmer s akýmkoľvek prvkom okrem vzácnych plynov. V izbových podmienkach však iba najaktívnejšie prvky reagujú s kyslíkom pomerne rýchlo. Je pravdepodobné, že väčšina reakcií prebieha až po disociácii kyslíka na atómy a k disociácii dochádza až pri veľmi vysokých teplotách. Avšak katalyzátory alebo iné látky v reakčnom systéme môžu podporovať disociáciu O2. Je známe, že alkalické (Li, Na, K) a kovy alkalických zemín (Ca, Sr, Ba) reagujú s molekulárnym kyslíkom za vzniku peroxidov:

Príjem a prihláška.

Vzhľadom na prítomnosť voľného kyslíka v atmosfére je najefektívnejším spôsobom jeho extrakcie skvapalňovanie vzduchu, z ktorého sa odstraňujú nečistoty, CO 2, prach a pod. chemické a fyzikálne metódy. Cyklický proces zahŕňa kompresiu, chladenie a expanziu, čo vedie k skvapalňovaniu vzduchu. Pri pomalom zvyšovaní teploty (frakčná destilácia) sa z kvapalného vzduchu odparujú najskôr vzácne plyny (najťažšie skvapalniteľné), potom dusík a zostáva tekutý kyslík. Výsledkom je, že kvapalný kyslík obsahuje stopy vzácnych plynov a relatívne vysoké percento dusíka. Pri mnohých aplikáciách tieto nečistoty neprekážajú. Aby sa však získal kyslík vysokej čistoty, musí sa destilačný proces opakovať. Kyslík sa skladuje v nádržiach a fľašiach. Vo veľkých množstvách sa používa ako okysličovadlo petroleja a iných palív v raketách a kozmických lodiach. Oceliarsky priemysel používa plynný kyslík na fúkanie železa cez Bessemerov proces, aby sa rýchlo a efektívne odstránili nečistoty C, S a P. Kyslíkové fúkanie produkuje oceľ rýchlejšie a lepšie ako fúkanie vzduchom. Kyslík sa používa aj na zváranie a rezanie kovov (kyslíko-acetylénový plameň). Kyslík sa používa napríklad aj v medicíne na obohatenie dýchacieho prostredia pacientov s ťažkosťami s dýchaním. Kyslík je možné získavať rôznymi chemickými metódami a niektoré z nich sa využívajú na získavanie malého množstva čistého kyslíka v laboratórnej praxi.

Elektrolýza.

Jednou z metód získavania kyslíka je elektrolýza vody obsahujúcej malé prídavky NaOH alebo H2SO4 ako katalyzátora: 2H20®2H2 + O2. V tomto prípade sa tvoria malé nečistoty vodíka. Pomocou výbojového zariadenia sa stopy vodíka v plynnej zmesi opäť premenia na vodu, ktorej pary sa odstránia zmrazením alebo adsorpciou.

Tepelná disociácia.

Dôležitou laboratórnou metódou získavania kyslíka, ktorú navrhol J. Priestley, je tepelný rozklad oxidov ťažkých kovov: 2HgO ® 2Hg + O 2 . Za týmto účelom Priestley zameral slnečné lúče na prášok oxidu ortuti. Známou laboratórnou metódou je aj tepelná disociácia oxosolí, napríklad chlorečnanu draselného v prítomnosti katalyzátora - oxidu manganičitého:

Oxid manganičitý, pridávaný v malých množstvách pred kalcináciou, umožňuje udržiavať požadovanú teplotu a rýchlosť disociácie a samotný MnO 2 sa počas procesu nemení.

Používajú sa aj metódy tepelného rozkladu dusičnanov:

ako aj peroxidy niektorých aktívnych kovov, napr.

2BaO2® 2BaO + O2

Posledná uvedená metóda bola svojho času široko používaná na extrakciu kyslíka z atmosféry a spočívala v zahrievaní BaO na vzduchu, kým sa nevytvoril Ba02, po čom nasledoval tepelný rozklad peroxidu. Metóda tepelného rozkladu si zachováva svoj význam pre výrobu peroxidu vodíka.

NIEKTORÉ FYZIKÁLNE VLASTNOSTI KYSLÍKA
atómové číslo	8
Atómová hmotnosť	15,9994
Teplota topenia, °С	–218,4
Teplota varu, °C	–183,0
Hustota
tuhá látka, g/cm3 (at t pl)	1,27
kvapalina g/cm3 (at t kip)	1,14
plynný, g / dm 3 (pri 0 ° C)	1,429
vzhľadom na vzduch	1,105
kritické a,g/cm3	0,430
Kritická teplota a, °C	–118,8
Kritický tlak a, atm	49,7
Rozpustnosť, cm3/100 ml rozpúšťadla
vo vode (0°C)	4,89
vo vode (100°C)	1,7
v alkohole (25°C)	2,78
Polomer, Å	0,74
kovalentný	0,66
iónové (O2-)	1,40
Ionizačný potenciál, V
najprv	13,614
druhý	35,146
Elektronegativita (F=4)	3,5
a Teplota a tlak, pri ktorých je hustota plynu a kvapaliny rovnaká.

fyzikálne vlastnosti.

Kyslík je za normálnych podmienok bezfarebný plyn bez zápachu a chuti. Kvapalný kyslík má svetlomodrú farbu. Pevný kyslík existuje aspoň v troch kryštalických modifikáciách. Plynný kyslík je rozpustný vo vode a pravdepodobne tvorí nestabilné zlúčeniny, ako je O2HH20 a možno aj O2H2H20.

Chemické vlastnosti.

Ako už bolo spomenuté, chemická aktivita kyslíka je určená jeho schopnosťou disociovať sa na atómy O, ktoré sú vysoko reaktívne. Len najaktívnejšie kovy a minerály reagujú s O 2 vysokou rýchlosťou pri nízkych teplotách. Najaktívnejšie alkalické (podskupiny IA) a niektoré kovy alkalických zemín (podskupiny IIA) tvoria peroxidy, ako je Na02 a Ba02 s O2. Ostatné prvky a zlúčeniny reagujú len s produktom disociácie O 2 . Za vhodných podmienok všetky prvky okrem vzácnych plynov a kovov Pt, Ag, Au reagujú s kyslíkom. Tieto kovy tiež tvoria oxidy, ale za špeciálnych podmienok.

Elektrónová štruktúra kyslíka (1s 2 2s 2 2p 4) je taká, že atóm O prijíma dva elektróny na vonkajšiu úroveň, aby vytvoril stabilný vonkajší elektrónový obal a vytvoril ión O 2–. V oxidoch alkalických kovov sa tvoria prevažne iónové väzby. Dá sa predpokladať, že elektróny týchto kovov sú takmer úplne priťahované kyslíkom. V oxidoch menej aktívnych kovov a nekovov je prechod elektrónov neúplný a hustota záporného náboja na kyslíku je menej výrazná, takže väzba je menej iónová alebo viac kovalentná.

Pri oxidácii kovov kyslíkom sa uvoľňuje teplo, ktorého veľkosť koreluje so silou väzby M–O. Pri oxidácii niektorých nekovov dochádza k pohlcovaniu tepla, čo poukazuje na ich slabšie väzby s kyslíkom. Takéto oxidy sú tepelne nestabilné (alebo menej stabilné ako iónovo viazané oxidy) a sú často vysoko reaktívne. V tabuľke sú pre porovnanie uvedené hodnoty entalpií tvorby oxidov najtypickejších kovov, prechodných kovov a nekovov, prvkov podskupiny A a B (znamienko mínus znamená uvoľňovanie tepla).

O vlastnostiach oxidov možno vyvodiť niekoľko všeobecných záverov:

1. Teploty topenia oxidov alkalických kovov klesajú so zväčšovaním atómového polomeru kovu; takze t pl (Cs20) tpl (Na20). Oxidy, v ktorých dominuje iónová väzba, majú vyššie teploty topenia ako body topenia kovalentných oxidov: t pl (Na20) > t pl (S02).

2. Oxidy reaktívnych kovov (podskupiny IA–IIIA) sú tepelne stabilnejšie ako oxidy prechodných kovov a nekovov. Oxidy ťažkých kovov v najvyššom oxidačnom stupni pri tepelnej disociácii tvoria oxidy s nižšími oxidačnými stavmi (napríklad 2Hg 2+ O ® (Hg +) 2 O + 0,5O 2 ® 2Hg 0 + O 2). Takéto oxidy vo vysokom oxidačnom stave môžu byť dobrými oxidačnými činidlami.

3. Najaktívnejšie kovy interagujú s molekulárnym kyslíkom pri zvýšených teplotách za vzniku peroxidov:

Sr + O2® Sr02.

4. Oxidy aktívnych kovov tvoria bezfarebné roztoky, kým oxidy väčšiny prechodných kovov sú farebné a prakticky nerozpustné. Vodné roztoky oxidov kovov majú zásadité vlastnosti a sú to hydroxidy obsahujúce OH skupiny, zatiaľ čo oxidy nekovov vo vodných roztokoch tvoria kyseliny obsahujúce H + ión.

5. Kovy a nekovy podskupín A tvoria oxidy s oxidačným stavom zodpovedajúcim číslu skupiny, napr. Na, Be a B tvoria Na 1 2 O, Be II O a B 2 III O 3 a ne- kovy IVA-VIIA podskupín C, N, S, Cl forma C IV O 2, N V 2 O 5, S VI O 3, Cl VII 2 O 7. Skupinové číslo prvku koreluje iba s maximálnym oxidačným stavom, pretože sú možné aj oxidy s nižším oxidačným stavom prvkov. V procesoch spaľovania zlúčenín sú oxidy typickými produktmi, napríklad:

2H2S + 302®2S02 + 2H20

Látky obsahujúce uhlík a uhľovodíky sa pri miernom zahriatí oxidujú (spaľujú) na CO 2 a H 2 O. Príkladmi takýchto látok sú palivá - drevo, ropa, alkoholy (ako aj uhlík - uhlie, koks a drevené uhlie). Teplo zo spaľovacieho procesu sa využíva na výrobu pary (a následne elektriny alebo ide do elektrární), ako aj na vykurovanie domov. Typické rovnice pre procesy spaľovania sú:

a) drevo (celulóza):

(C6H10O5) n + 6n O2®6 n CO2+5 n H 2 O + tepelná energia

b) ropa alebo plyn (benzín C 8 H 18 alebo zemný plyn CH 4):

2C 8 H 18 + 25O 2 ® 16CO 2 + 18H 2 O + tepelná energia

CH 4 + 2O 2 ® CO 2 + 2H 2 O + tepelná energia

C 2 H 5 OH + 3O 2 ® 2CO 2 + 3H 2 O + tepelná energia

d) uhlík (kameň alebo drevené uhlie, koks):

2C + O 2 ® 2CO + tepelná energia

2CO + O 2 ® 2CO 2 + tepelná energia

Množstvo zlúčenín obsahujúcich C-, H-, N-, O s vysokou energetickou rezervou tiež podlieha spaľovaniu. Kyslík na oxidáciu možno použiť nielen z atmosféry (ako pri predchádzajúcich reakciách), ale aj zo samotnej látky. Na spustenie reakcie stačí mierna aktivácia reakcie, ako je úder alebo zatrasenie. Pri týchto reakciách sú oxidy tiež produktmi horenia, ale všetky sú plynné a rýchlo expandujú pri vysokej konečnej teplote procesu. Preto sú takéto látky výbušné. Príkladmi výbušnín sú trinitroglycerín (alebo nitroglycerín) C 3 H 5 (NO 3) 3 a trinitrotoluén (alebo TNT) C 7 H 5 (NO 2) 3 .

Oxidy kovov alebo nekovov s nižším oxidačným stavom prvku reagujú s kyslíkom za vzniku oxidov s vysokým oxidačným stavom tohto prvku:

Prírodné oxidy, získané z rúd alebo syntetizované, slúžia ako suroviny na výrobu mnohých dôležitých kovov, napríklad železa z Fe 2 O 3 (hematit) a Fe 3 O 4 (magnetit), hliníka z Al 2 O 3 (oxid hlinitý). ), horčík z MgO (magnézia). Oxidy ľahkých kovov sa používajú v chemickom priemysle na výrobu zásad alebo zásad. Peroxid draselný KO 2 nachádza nezvyčajné využitie, pretože v prítomnosti vlhkosti a v dôsledku reakcie s ňou uvoľňuje kyslík. Preto sa KO 2 používa v respirátoroch na výrobu kyslíka. Vlhkosť z vydychovaného vzduchu uvoľňuje kyslík v respirátore a KOH absorbuje CO 2 . Výroba oxidu CaO a hydroxidu vápenatého Ca(OH) 2 je veľkovýroba v technológii keramiky a cementu.

Voda (oxid vodíka).

Význam vody H 2 O tak v laboratórnej praxi pre chemické reakcie, ako aj v životných procesoch si vyžaduje osobitné zohľadnenie tejto látky VODA, ĽAD A PARA) . Ako už bolo uvedené, pri priamej interakcii kyslíka a vodíka za podmienok napríklad iskrového výboja dochádza k výbuchu a tvorbe vody, pričom sa uvoľní 143 kJ/(mol H 2 O).

Molekula vody má takmer štvorstennú štruktúru, uhol H–O–H je 104° 30°. Väzby v molekule sú čiastočne iónové (30%) a čiastočne kovalentné s vysokou hustotou záporného náboja pre kyslík, a teda kladného náboja pre vodík:

Kvôli vysokej sile H–O väzieb sa vodík len ťažko oddeľuje od kyslíka a voda má veľmi slabé kyslé vlastnosti. Mnohé vlastnosti vody sú určené rozložením nábojov. Napríklad molekula vody tvorí hydrát s kovovým iónom:

Voda dáva jeden elektrónový pár akceptoru, ktorým môže byť H +:

Oxoanióny a oxokatióny

- častice obsahujúce kyslík so zvyškovým negatívnym (oxoanióny) alebo zvyškovým pozitívnym (oxokácie) nábojom. O 2– ión má vysokú afinitu (vysokú reaktivitu) ku kladne nabitým časticiam typu H +. Najjednoduchším predstaviteľom stabilných oxoaniónov je hydroxidový ión OH -. To vysvetľuje nestabilitu atómov s vysokou hustotou náboja a ich čiastočnú stabilizáciu v dôsledku pridania častice s kladným nábojom. Preto, keď aktívny kov (alebo jeho oxid) pôsobí na vodu, vzniká OH a nie O 2–:

2Na + 2H20® 2Na + + 2OH - + H2

Na20 + H20 ® 2Na + + 2OH -

Zložitejšie oxoanióny sa tvoria z kyslíka s kovovým iónom alebo nekovovou časticou, ktorá má veľký kladný náboj, čo vedie k častici s nízkym nábojom, ktorá je stabilnejšia, napríklad:

°C vznikne tmavofialová tuhá látka. Kvapalný ozón je mierne rozpustný v kvapalnom kyslíku a 49 cm 3 O 3 sa rozpustí v 100 g vody pri 0 ° C. Z hľadiska chemických vlastností je ozón oveľa aktívnejší ako kyslík a z hľadiska oxidačných vlastností je na druhom mieste po O, F 2 a OF 2 (difluorid kyslíku). Pri normálnej oxidácii vzniká oxid a molekulárny kyslík O 2 . Pôsobením ozónu na aktívne kovy za špeciálnych podmienok vznikajú ozonidy zloženia K + O 3 -. Ozón sa získava v priemysle na špeciálne účely, je dobrým dezinfekčným prostriedkom a používa sa na čistenie vody a ako bielidlo, zlepšuje stav atmosféry v uzavretých systémoch, dezinfikuje predmety a potraviny, urýchľuje dozrievanie obilia a ovocia. V chemickom laboratóriu sa na výrobu ozónu často používa ozonátor, ktorý je potrebný pre niektoré metódy chemickej analýzy a syntézy. Guma sa ľahko ničí aj pod vplyvom nízkych koncentrácií ozónu. V niektorých priemyselných mestách vedie značná koncentrácia ozónu vo vzduchu k rýchlemu znehodnoteniu gumených výrobkov, ak nie sú chránené antioxidantmi. Ozón je vysoko toxický. Neustále vdychovanie vzduchu aj pri veľmi nízkych koncentráciách ozónu spôsobuje bolesti hlavy, nevoľnosť a iné nepríjemné stavy.

KYSLÍK O (a. kyslík; a. Sauerstoff; f. kyslík; a. kyslíko) je chemický prvok skupiny VI Mendelejevovej periodickej sústavy, atómové číslo 8, atómová hmotnosť 15,9994. V prírode sa skladá z troch stabilných izotopov: 16 O (99,754 %), 17 O (0,0374 %), 18 O (0,2039 %). Objavili ho nezávisle švédsky chemik K. V. Scheele (1770) a anglický bádateľ J. Priestley (1774). V roku 1775 francúzsky chemik A. Lavoisier zistil, že vzduch sa skladá z dvoch plynov, kyslíka a dusíka, a prvému dal meno.

Viac ako 99,9 % zemského kyslíka je vo viazanom stave. Kyslík je hlavným faktorom, ktorý reguluje rozloženie prvkov v planetárnom meradle. Jeho obsah s hĺbkou prirodzene klesá. Množstvo kyslíka vo vyvrelých horninách kolíše od 49 % v kyslých vulkanických horninách do 38 – 42 % v dunitoch a kimberlitoch. Obsah kyslíka v metamorfovaných horninách zodpovedá hĺbke ich vzniku: od 44 % v eklogitoch po 48 % v kryštalických bridliciach. Maximálny obsah kyslíka v sedimentárnych horninách je 49-51%. Pri klesaní sedimentov dochádza k ich dehydratácii a čiastočnej redukcii oxidu železa, sprevádzaná poklesom množstva kyslíka v hornine. Keď sa horniny dvíhajú z hĺbky do blízkopovrchových podmienok, procesy ich zmeny sa začínajú zavedením vody a oxidu uhličitého a stúpa obsah kyslíka. Výnimočnú úlohu v geochemických procesoch zohráva voľný kyslík, ktorého hodnotu určuje jeho vysoká chemická aktivita, vysoká migračná schopnosť a stály, relatívne vysoký obsah v biosfére, kde sa nielen spotrebúva, ale aj reprodukuje.

voľný kyslík

Predpokladá sa, že voľný kyslík sa objavil v proterozoiku v dôsledku fotosyntézy. Pri hypergénnych procesoch je kyslík jedným z hlavných činiteľov, oxiduje sírovodík a nižšie oxidy. Kyslík určuje správanie mnohých prvkov: zvyšuje migračnú schopnosť chalkofilov, oxiduje sulfidy na mobilné sírany, znižuje pohyblivosť železa a tým ich zráža vo forme hydroxidov a tým spôsobuje ich separáciu atď. V oceánskych vodách sa kyslík obsah sa mení: v lete oceán dodáva atmosfére kyslík, v zime ho absorbuje. Polárne oblasti sú obohatené kyslíkom. Veľký geochemický význam majú zlúčeniny kyslíka a oxidu uhličitého.

Primárne izotopové zloženie zemského kyslíka zodpovedalo izotopovému zloženiu meteoritov a ultrabázických hornín (18O = 5,9-6,4 %). Procesy sedimentácie viedli k frakcionácii izotopov medzi sedimentmi a vodou a k vyčerpaniu ťažkého kyslíka vo vodách oceánov. Atmosférický kyslík je ochudobnený o 18 O v porovnaní s oceánskym kyslíkom, ktorý sa berie ako štandard. Alkalické horniny, žuly, metamorfované a sedimentárne horniny sú obohatené ťažkým kyslíkom. Zmeny v izotopovom zložení v pozemských objektoch sú určené najmä teplotou procesu. Toto je základ pre izotopovú termometriu tvorby uhličitanov a iných geochemických procesov.

Získavanie kyslíka

Hlavnou priemyselnou metódou získavania kyslíka je separácia vzduchu hlbokým chladením. Ako vedľajší produkt sa pri elektrolýze vody získava kyslík. Bol vyvinutý spôsob výroby kyslíka metódou selektívnej difúzie plynov cez molekulové sitá.

plynný kyslík

Plynný kyslík sa používa v metalurgii na intenzifikáciu vysokopecných a taviacich procesov ocele, na tavenie neželezných kovov v peciach, na odstraňovanie kamienkov a pod. (nad 60 % spotrebovaného kyslíka); ako oxidačné činidlo v mnohých chemických odvetviach; v technológii - pri zváraní a rezaní kovov; pri podzemnom splyňovaní uhlia a pod.; ozón - pri sterilizácii potravinárskej vody a dezinfekcii priestorov. Kvapalný kyslík sa používa ako oxidačné činidlo pre raketové palivá.