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 элементов 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 1771 году (в части источников указан 1770 год) 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. Опыт Лавуазье

За два века, которые прошли со времени открытия, теория Лавуазье не только не была опровергнута, но ещё более укрепилась. Именно 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 объемах воды растворяется 5 объемов кислорода. А при 20 °C в 100 V воды растворяется 3 V кислорода. При этом 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. Именно озон придает воздуху приятный свежий запах. 

Рис. 5. Образование озона

Также озон образуется при распаде смол хвойных деревьев. Небольшое содержание озона в воздухе полезно, благотворно действует на организм (особенно при болезнях дыхательных путей). Однако в более высоких концентрациях озон, напротив, опасен, так как 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.