The Comprehensive Guide to Oxygen: Its Properties, Uses, and Importance

Explore the fascinating world of oxygen—element number 8 crucial for life, industry, and science. Розкривають свої властивості, використовують, надійності guidelines, і більше. Learn why oxygen is essential in medical treatments, water purification, і even rocket science. Це досконале керування керуваннями, що ви потребуєте знання.

Introduction

- Елемент Oxygen є позначений символом "O" і має атомну кількість з 8. Це діатомічна молекула, механізм її типово exists як два атоми зроблені разом (O2).

- Oxygen є критичною для життя як ми знаємо, особливо для аероbic respiration, де його служить як електронний електроенергетика в cellular respiration. Це також використовувалося основним чином в медичних ситуаціях, індустрії, і об'єднанні.

- Oxygen є неметаловим, і в його найбільш стабільній формі, він є барвистим, омолоджуваним gas at room temperature.

Historical Background

- Oxygen був усвідомлений незалежно від Карла Wilhelm Scheele в 1772 і Joseph Priestley в 1774, алепри Priestley є зазвичай credited with the discovery because he published his findings first.

- It був initially isolated by heating mercuric oxide and collecting the gas emitted.

- Назви "оксигену" походять від російських слів "оксису," мішок sharp or acid, і "genes," meaning born of or produced by. Це означає, що він бувкоректно прийнятий до essential component for formation of all acids.

Physical Properties

- Melting point: 54.36 K (-218.79°C)

- Boiling point: 90.20 K (-182.95°C)

- Density: 1.429 g/L (at STP)

- State at room temperature: Gas

- Electrical conductivity: Poor conductor of electricity

- Magnetic properties: Paramagnetic

- Isotopes: Major isotopes є 16O, 17O, and 18O

- Інші невизначені фізичні особливості: Це використовується в воді, що формує pale blue solution.

Chemical Properties

Electron Configuration

Oxidation States

Оксиген в першу чергу показує oxidation state of -2, особливо в складах як вода (H₂O), карбон dioxide (CO₂), і різні металеві oxides (e.g., Fe₂O₃, Al₂O₃). , as seen in compounds як hydrogen peroxide (H₂O₂).

Common Compounds

Notable Chemical Reactions

У цій реакції, methane combines with oxygen to produce carbon dioxide and water, releasing energy in the process.

Ця реакція також реалізується як значний обсяг енергії, що аналогічно використовувалася в різних застосуваннях, від функціонування вантажів до технічних витрат в laboratories.

Формування ірон(ІІІ) hydroxide, як відомо, як кінець, може бути спрямований на відхилення ірон і стельових структур.

Ця реакція реалізує велику величину енергії і є високої exothermic.

Це являє собою radical і is often produced в cellular respiration.

Ця реакція є надзвичайно сприятливою для виробництва ATP, енергетичної currency of cell.

Це спрямоване на зменшення зозоніди, використовуваних шляхом зменшення agent як zinc and water.

Special Forms

Oxygen може також існувати в реактивних формах названих реактивних oxygen видів (ROS), які включають free radicals як superoxide ion (O₂⁻).

Chemical Bonds

Oxygen застосовується до форм полярних covalent bonds in compounds. У воді, за умовами, пов'язана між оксигеном і хлоридом є полярний, спрямований на молекули's well-known solvent properties. Це також може формувати двосторонні барви, як карбовану в карбон dioxide.

Abundance and Sources

- Oxygen є третім most abundant element in the universe by mass and the most abundant element in the Earth's crust.

- It makes up про 21% Earth's atmosphere.

- Common or or other sources: It can be obtained from the air by fractional distillation of liquid air.

- Методи isolation or production: Electrolysis of water, fractional distillation of air.

Кисень - формула, властивості та характеристика хімічного елемента

Кисень є важливою частиною атмосфери і необхідний підтримки життя землі. Всі основні класи структурних молекул у живих організмах, такі як білки, вуглеводи та жири, містять його, як і основні неорганічні сполуки, які включають раковини тварин, зуби та кістки. Елементарний кисень (O2) виробляється ціанобактеріями, водоростями та рослинами в процесі фотосинтезу та використовується у клітинному диханні більшістю живих організмів на землі.

Загальні відомості

Кисень – це газоподібний хімічний елемент. Він позначається символом O, має атомний номер 8 і атомну вагу 15,9994, яке молярна маса 32 г/моль. Формула кисню О2. Схема електронної конфігурації атома кисню — 1s22s22p4. Будова атома кисню має дві оболонки, як і всі елементи, розташовані в другому періоді.

Він має великий інтерес, оскільки є найважливішим елементом дихальних процесів більшості живих клітин та процесів згоряння.Це найпоширеніший елемент у земній корі. Майже одна п'ята (за обсягом) повітря – це О2. Ступінь окиснення -2.

У нормальних умовах О2 - безбарвний газ без запаху та смаку. Він конденсується у світло-блакитній рідині. Це реакційний елемент, який утворює оксиди з усіма іншими елементами, крім гелію, неону, аргону і криптону. Він помірно розчинний у воді (30 см3 на 1 л води, що розчиняється) при температурі 20 градусів Цельсія.

Історія відкриття

Що таке повітря? Стародавні народи глибоко замислювалися над цим питанням. І це не дивно, коли розумієш, наскільки важливим є повітря для багатьох процесів. Об'єкти не можуть горіти без повітря. Людина не може вижити без повітря. Насправді, давні народи думали, що повітря має бути «елементом». Але вони використовували слово «елемент» у дещо іншому значенні, ніж сучасні вчені. Для давніх людей елемент був чимось дуже важливим та основним. Повітря відповідає цьому опису, поряд з вогнем, водою та землею. Згодом багато вчених вплинули на відкриття такого елемента, як кисень:

• Першою людиною в Західній Європі, яка описала «частини» повітря, був італійський художник і вчений Леонардо да Вінчі (1452-1519). Леонардо зазначив, що повітря не повністю витрачається, коли у ньому щось спалюється. Тому він сказав, що повітря має складатися з двох частин: однієї частини, яка витрачається на горіння, та однієї частини, яка не бере участі у процесі. Протягом багатьох років ідеї Леонардо були дуже популярні серед учених. Проблема полягала в тому, що перші хіміки не мали хорошого обладнання, як у сучасних лабораторіях. Їм було складно зібрати зразки повітря, а згодом вивчити його.
• На початку 1700-х хіміки почали дізнаватися більше про повітря, але дещо манівцем. Наприклад, у 1771 та 1772 роках Карл Вільєльм Шееле вивчав вплив тепла на ряд з'єднань. В одному експерименті він використовував карбонат срібла (Ag 2 CO 3), карбонат ртуті (HgCO 3) та нітрат магнію (Mg (NO 3) 2). Коли він нагрівав ці сполуки, він виявив, що газ виділявся. Потім він вивчив властивості цього газу та виявив, що полум'я яскраво горіло в ньому. Він також зауважив, що тварини у ньому можуть безболісно перебувати. Не знаючи цього, Шеєле відкрив кисень.
• Приблизно через два роки Джозеф Прістлі провів аналогічні експерименти, нагріваючи оксид ртуті (HgO) у полум'ї. З'єднання розпалося, внаслідок чого утворилися рідка металева ртуть та газ. Коли Прістлі перевірив новий газ, він виявив ті ж властивості та характеристики, що й Шееле. Прістлі навіть намагався вдихнути той газ, здобуття якого йому вдалося здійснити.
• Антуана-Лорана Лавуазьє (1743-94) часто називають батьком сучасної хімії. Він отримав це звання з низки причин. Найважливішою є пояснення, яке він відкрив для процесу згоряння (горіння). До дослідження Лавуазьє хіміки вважали, що об'єкт, що горить, виділяє речовину в повітря. Вони назвали цю речовину флогістоном. Наприклад, коли горіло дерево, хіміки казали, що флогістон перейшов із дерева у повітря. Лавуазьє показав, що ця ідея неправильна. Коли щось горить, це насправді відбувається реакція із киснем у повітрі. Горіння, сказав Лавуазьє, це просто окислення (процес, при якому будь-яка речовина з'єднується з О2). Це відкриття дало хімікам новий погляд на хімічні зміни. Теорія флогістону поступово почала вимирати.Розпочали розвиток багато ідей, які сьогодні використовуються в сучасній хімії.

Деякі люди гадають, що Шееле слід віддати належне за відкриття кисню. Він завершив свої експерименти раніше, ніж Прістлі. Але його видавець дуже повільно друкував звіти вченого. Вони справді вийшли після звітів Прістлі. Таким чином, більшість істориків сходяться на думці, що Шееле та Прістлі повинні розділити між собою право на відкриття кисню.

Ні Шееле, ні Прістлі до кінця не розуміли важливість їхнього відкриття. Цей крок було зроблено французьким хіміком Антуаном-Лораном Лавуазьє (1743-94). Лавуазьє був першою людиною, яка оголосила, що новий газ є елементом. Він був також першою людиною, яка пояснила, як кисень бере участь у горінні. Крім того, він запропонував назву для газу.

Слово oxygenium («кисень») походить від грецьких слів, що позначають «що породжує кислоту». Лавуазьє вибрав таку назву, тому що думав, що всі кислоти містять О2. Тому новий елемент відповідав за утворення кислот. Однак у цьому плані Лавуазьє помилився. Не всі кислоти містять кисень.

Елемент у навколишньому середовищі

Земна кора складається в основному з кремнієво-кисневих мінералів і багато інших елементів присутні у вигляді їх оксидів. Газоподібний кисень становить п'яту частину атмосфери. О2 у атмосфері Землі утворюється внаслідок фотосинтезу рослин, він накопичувався протягом тривалого часу, оскільки вони використовували рясні запаси вуглекислого газу в ранній атмосфері та виділяли кисень.

Елемент добре розчиняється у воді, що уможливлює життя в річках, озерах і океанах.Вода в цих водоймах повинна регулярно забезпечуватися киснем, оскільки коли запаси О2 в ній виснажуються, вона більше не може підтримувати рибу та інші водні організми.

Майже всі хімічні речовини, крім інертних газів, зв'язуються з киснем із утворенням сполук. Вода, H2O і кремнезем, SiO2, основний компонент піску, є одними з найпоширеніших подвійних кисневих сполук. Серед сполук, що містять більше двох елементів, найбільш поширеними є силікати, які утворюють більшість порід та ґрунтів. Іншими сполуками, які удосталь зустрічаються в природі, є карбонат кальцію (вапняк і мармур), сульфат кальцію (гіпс), оксид алюмінію (боксит) та різні оксиди заліза, які використовуються як джерело металу.

Елемент зустрічається у всіх видах мінералів. Деякі загальні приклади включають оксиди, карбонати, нітрати, сульфати та фосфати. Оксиди – це хімічні сполуки, які містять кисень та ще один елемент. Карбонати – це сполуки, які містять кисень, вуглець та ще один елемент. Як приклад можна навести карбонат натрію або соду, кальциновану соду або сольову соду (Na2CO3), яка часто зустрічається в миючих та чистячих засобах.

Нітрати, сульфати та фосфати також містять кисень. Іншими елементами в цих сполуках є азот, сірка чи фосфор плюс ще один елемент. Прикладами цих сполук є нітрат калію або селітра (KNO3), сульфат магнію або солі Епсома (MgSO4) та фосфат кальцію (Ca3 (PO 4)2).

Ізотопи кисню

Є три природні ізотопи О2: кисень-16, кисень-17 та кисень-18. Ізотопи – це дві або більше форми елемента.Вони відрізняються один від одного за їх масовим числом. Число, написане праворуч від назви елемента є масовим числом. Воно є кількістю протонів плюс нейтронів в ядрі атома елемента. Кількість протонів визначає елемент, але кількість нейтронів в атомі будь-якого одного елемента може змінюватись. Кожна варіація є ізотопом.

Відомо також п'ять радіоактивних ізотопів елемента. Радіоактивний ізотоп - це той, що розпадається на частини та випромінює деяку форму радіації. Радіоактивні ізотопи утворюються, коли дуже малі частинки обпалюють атоми. Ці частинки прилипають до атомів та роблять їх радіоактивними.

Вплив на здоров'я

Кисень необхідний всім форм життя, оскільки він є складовою ДНК і багатьох інших біологічно важливих сполук. У легені цей елемент поглинається атомом заліза в центрі гемоглобіну в крові і таким чином транспортується туди, де він необхідний.

Кожна людина потребує цього елемента, щоб дихати, але, як і в багатьох випадках, занадто велика його кількість шкідлива. Якщо людина зазнає впливу великої кількості О2 протягом тривалого часу, може статися пошкодження легень. Вдихання 50-100% кисню при нормальному тиску протягом тривалого періоду призводить до пошкодження легень. Люди, які працюють із частим або потенційно високим впливом чистого елемента, повинні пройти тести на функціонування легень до початку роботи та після завершення.

Хімічні властивості

При стандартній температурі та тиску два атоми елемента зв'язуються, утворюючи діоксид кисню, двоатомний газ без кольору, запаху та смаку, з формулою O2.Цей елемент є членом групи халькогенів у періодичній таблиці Менделєєва та є високореактивним неметалевим елементом. Він легко утворює сполуки (зокрема оксиди) майже з усіма іншими елементами.

Кисень є сильним окислювачем і має другий за величиною електронегативність серед усіх реактивних елементів, поступаючись тільки фтору. За масою кисень є третім за поширеністю елементом у всесвіті після водню та гелію і найпоширенішим за масою елементом у земній корі, становлячи майже половину маси земної кори. Вільний кисень хімічно реактивний, щоб з'являтися на Землі без фотосинтетичної дії живих організмів, які використовують сонячну енергію для виробництва елементарного кисню з води.

Елементарний O2 почав накопичуватися в атмосфері лише після еволюційної появи фотосинтезуючих організмів приблизно 2,5 мільярда років тому. Двохатомний газоподібний кисень нині становить 20,8% обсягу повітря.

Найбільш важливими хімічними властивостями кисню є:

• Підтримка горіння. Він допомагає іншим об'єктам горіти. Спалювання деревного вугілля є прикладом. Деревне вугілля - практично чистий вуглець.
• Поєднується з елементами при кімнатній температурі. Іржа є прикладом. Іржа - це процес, при якому метал з'єднується з О2.
• Реагує з багатьма сполуками. Розпад — це процес, завдяки якому жива речовина колись з'єднується з киснем. Продуктами розпаду є в основному діоксид вуглецю (CO2) та вода (H2O):

Сам О2 не горить. Запалений сірник у балоні з чистим елементом горить набагато яскравіше, але кисень не спалахує.

Фізичні властивості

Кисень більш розчинний у воді, ніж азот. Вода містить приблизно одну молекулу O2 на дві молекули N2 проти атмосферним ставленням приблизно від однієї до чотирьох. Щільність кисню у газоподібному стані 1,42897 кг/м3. Іншими фізичними властивостями елемента є:

• Газ у нормальному стані безбарвний, без запаху та смаку. Рідкий кисень трохи парамагнітний. Він реактивний та утворює оксиди з усіма елементами, крім гелію, неону, криптону та аргону. Помірно розчинний у воді.
• Елемент конденсується за температури -182,95С, а замерзає при -218,79С. І в рідкому, і в твердому стані є прозорою речовиною світло-блакитного кольору.
• Існування елемента у двох алотропних формах. Алотропи - це модифікації елемента з різними фізичними та хімічними властивостями. Алотропи О2 – це двоатомний кисень та озон, або трихатомний. Озон зустрічається у досить великих кількостях у особливих умовах. Наприклад, надзвичайно велика кількість озону знаходиться у верхніх шарах атмосфери Землі. Цей озоновий шар є важливим для життя на планеті. Він захищає від шкідливого випромінювання, яке походить від Сонця. Озон на рівні землі марний для життя і може викликати проблеми зі здоров'ям у рослин, людей та тварин.
• Атомарний кисень дуже високо активний. Він здатний окислювати атоми елементів, які невластиві цьому організму, і є одним із найсильніших антиоксидантів, який усуває кисневе голодування тканин та знищує практично будь-яку патогенну мікрофлору (гриби, віруси, бактерії та інші) та зайві вільні радикали.

Застосування кисню

Молекулярний діоксид O2 необхідний клітинного дихання в усіх аеробних організмів.Його реакційні види, такі як супероксид-іон (O2-) і пероксид водню (H2O2), є небезпечними побічними продуктами використання кисню в організмах. Однак частини імунної системи вищих організмів використовують реактивний пероксид, супероксид і синглетний кисень для знищення мікробів, що вторгаються. Реактивні види також відіграють важливу роль гіперчутливої ​​реакції рослин на вплив патогенних мікроорганізмів.

У стані спокою доросла людина вдихає від 1,8 до 2,4 г кисню на хвилину. Це становить понад 6 мільярдів тонн елемента, що вдихається людством на рік. Сфери використання включають такі:

• Люди, які мають проблеми з диханням, використовують кисневі маски та резервуари, щоб отримати необхідний їм кисень.
• Він використовується у ракетному паливі, поєднується з воднем у двигуні. Коли водень і кисень поєднуються, вони виділяють дуже багато енергії. Енергія використовується для запуску ракети у космос.
• На виробництво металу припадає найбільший відсоток використання О2. Наприклад, елемент використовується для спалювання вуглецю та інших домішок, які містяться у залізі для виробництва сталі. Невелика кількість цих домішок може бути корисною для сталі, але дуже велика робить його ламким і непридатним для використання. Вуглець та інші домішки спалюються під час виробництва сталі шляхом продування О2 через розплавлене залізо.
• Використовується для виробництва таких металів, як мідь, свинець і цинк. Ці метали зустрічаються у землі у формі сульфідів, таких як сульфід міді (CuS), сульфід свинцю (PbS) та сульфід цинку (ZnS). Першим кроком у вилучення цих металів є перетворення їх на оксиди.Потім оксиди нагрівають із вуглецем, щоб отримати чисті метали.
• Застосовується в хімічній промисловості як вихідний матеріал для виробництва деяких дуже важливих сполук. Іноді етапи переходу від кисню до кінцевого з'єднання є тривалими. Наприклад, газоподібний етилен (C2H4) може бути оброблений киснем з утворенням етиленоксиду (CH2CH2O). Близько 60% отриманого етиленоксиду перетворюється на етиленгліколь (CH2CH2(OH)2). Етиленгліколь використовується як антифриз і служить відправною точкою при виробництві поліефірних волокон, плівки, пластикових контейнерів, пакетів та пакувальних матеріалів.
• Використовується в оксиацетиленовому зварюванні, як окислювач для ракетного палива, а також у виробництві метанолу та етиленоксиду.
• Рослини та тварини використовують його для дихання.
• Чистий кисень часто використовується для полегшення дихання у пацієнтів із респіраторними захворюваннями.

Кисень та його сполуки відіграють ключову роль у багатьох важливих процесах життя та промисловості

Схожі записи: