Конспект урока: Кислород

Кислород как химический элемент

«Кислород — словообразовательная калька французского «oxygene», неологизм Лавуазье, это сложение греческих слов «oxis» — кислый и «gennao» — рождаю. Окончательно закрепилось в первой половине XIX в. До этого кислород назывался также «кислородным газом, оксигеном, кислотвором».

Кислород — химический элемент: Символ — О. Положение в ПСХЭ — VI группа (А), II период. Порядковый номер — 8. Химическая природа — неметалл. Относительная атомная масса — Ar(O) = 16. Валентность — II.

Латинское название кислорода — оксигениум — рождающий кислоты. Этот элемент решили назвать так, потому что кислород встречался во многих кислотах, которые были известны к моменту открытия элемента.

Кислород — один из самых распространённых элементов на Земле.

Рис. 1. Содержание кислорода в земной коре

В атмосфере — 21 %.

 

В гидросфере — 86 %.

 

В земной коре (литосфере) — 

49 %.

 

В организме человека — 60 %.

 

Кислорода в природе ровно столько, сколько всех остальных элементов вместе взятых.

История открытия кислорода и изучения кислорода

Простое вещество кислород входит в состав воздуха. Английский врач Дж. Пристли ещё в 1771 году показал, что воздух может изменять свой состав и становиться непригодным для дыхания и горения. А в 1774 году Пристли получил газообразный кислород путём разложения оксида ртути:

$2\mathrm{HgO} \to 2\mathrm{Hg} + {\mathrm{O}}_2\uparrow$.

Рис. 2. Опыты Дж. Пристли

Вот как об этом писал сам Джозеф Пристли: «1 августа 1774 г. я попытался извлечь воздух из ртутной окалины (оксида ртути) и нашёл, что воздух легко может быть изгнан из неё посредством линзы. Этот воздух не поглощался водой. Каково же было мое изумление, когда я обнаружил, что свеча горит в этом воздухе необычайно ярким пламенем. Тщетно пытался я найти объяснение этому явлению».

К. В. Шееле (1742–1786)

Впервые кислород получил в 1770 году знаменитый шведский химик Карл-Вильгельм Шееле при нагревании селитры — нитрата калия KNO₃.

 

$2{\mathrm{KNO}}_3 \to 2{\mathrm{KNO}}_2 + {\mathrm{O}}_2\uparrow$

 

Но сообщение об этом было опубликовано позже, чем открытие Пристли. 

 

И всё-таки главной фигурой в истории открытия кислорода считается не Шееле и не Пристли. Они открыли новый газ — и только.

Собственно, открывшим кислород остаётся французский химик Антуан Лавуазье. В 1775 году он исследовал кислород и создал кислородную теорию горения, которая пришла на смену теории флогистона (теория огненной материи).

Рис. 3. Рисунок опытов и портрет Лавуазье

За два века, которые прошли со времени открытия, теория Лавуазье не только не была опровергнута, но ещё более укрепилась. Лавуазье дал название кислороду oxygenium — рождающий кислоту.

Кислород — простое вещество. Физические свойства кислорода

• Кислород — это газ без цвета, без вкуса, без запаха.
   
• Кислород малорастворим в воде, с повышением температуры растворимость газа в воде уменьшается. При 0 °C в 100 V воды растворяется 5 V кислорода. При 20 °C в 100 V воды растворяется 3 V кислорода. Кислородом, растворённым в воде, дышат все организмы, живущие в ней.
   
• ρ = 1, 429 г/л (при 0 °C и 1 атм)
   
• t кип. = –183 °C    t пл. = –219 °C
   
• При t = –183 °C и атмосферном давлении 101,3 кПа кислород переходит в жидкое состояние.
   
• Жидкий кислород — это голубая подвижная жидкость, притягиваемая магнитом.
   
• При t = –219 °C кислород затвердевает, образуя синие кристаллы.
   
• Кислород немного тяжелее воздуха: 1 л кислорода имеет массу 1,43 г, а 1 л воздуха — 1,29 г.
  Мr(кислорода) = 32, Мr(воздуха) = 29.

Способы получения кислорода

 

 

К. А. Тимирязев (1843–1920) — крупный ботаник-физиолог, замечательный исследователь жизни растений. Является основоположником научного направления по изучению фотосинтеза. Один из главнейших трудов — «Солнце, жизнь и хлорофилл».

Рис. 4. Фотосинтез

«Дайте самому лучшему повару сколько угодно солнечного света, чистого воздуха, целую речку чистой воды и попросите, чтобы из всего этого он приготовил вам сахар, крахмал, жиры и зерно, — он решит, что вы над ним смеетесь. Но то, что кажется совершенно фантастическим человеку, беспрепятственно совершается в зелёных листьях растений».

А знаете ли вы, что после дождей с грозой в воздухе часть кислорода превращается в озон? Формула озона О₃.

Рис. 5. Образование озона

Именно озон придает воздуху приятный свежий запах. Также озон образуется при распаде смол хвойных деревьев. Небольшое содержание озона в воздухе полезно, благотворно действует на организм (особенно при болезнях дыхательных путей).

Напротив, в более высоких концентрациях озон сильно ядовит.

Кислород на Земле — самый распространённый элемент. Воздух, которым мы дышим, на 21 % состоит из кислорода. В морях и океанах, в земных минералах и в живых организмах есть кислород. Почти половина массы земной коры приходится на кислород, связанный в виде различных соединений. В первую очередь это вода Н₂О.

Кислород — самый жизненно важный элемент: он обеспечивает обмен веществ в живой природе. К человеку и животным в организм кислород попадает в процессе дыхания. В лёгких, пронизанных кровеносными сосудами, кислород связывается с кровью, а кровь затем переносит его по всему телу к клеткам мышц, внутренних органов и мозга. Но в природе кислород не только расходуется, но и образуется, его запасы в атмосфере постоянно пополняются.