химический каталог




КИСЛОРОД

Автор Химическая энциклопедия г.р. И.Л.Кнунянц

КИСЛОРОД (лат Oxygenium, от греческого oxys кислый и gennao - рождаю) О, химический элемент VI гр. периодической системы, атомный номер 8, атомная масса 15,9994. Прир. КИСЛОРОД состоит из трех стабильных изотопов: 16О (99,759%), 17О (0,037%) и 18О (0,204%]. Конфигурация внешний электронной оболочки атома 2s22p; энергии ионизации О°: О+ : О2+ равны соответственно 13,61819, 35,118 эВ; электроотрицательность по Полингу 3,5 (наиболее электроотрицат. элемент после F); сродство к электрону 1,467 эВ; ковалентный радиус 0,066 нм. Молекула КИСЛОРОД двухатомна. Существует также аллотропная модификация КИСЛОРОД озон О3. Межатомное расстояние в молекуле О2 0,12074 нм; энергия ионизации О2 12,075 эВ; сродство к электрону 0,44 эВ; энергия диссоциации 493,57 кДж/моль, константа диссоциации Кр=pO2/pO2 составляет 1,662 * 10-1 при 1500 К, 1,264 * 10-2 при 3000 К, 48,37 при 5000 К; ионный радиус О2 (в скобках указаны координац. числа) 0,121 нм (2), 0,124 нм (4), 0,126 нм (6) и 0,128 нм (8). В основном состоянии (триплетное ) два валентных электрона молекулы О2, находящиеся на разрыхляющих орбиталях p х и p у, не спарены, благодаря чему КИСЛОРОД парамагнитен (единств, парамагнитный газ, состоящий из гомоядерных двухатомных молекул); молярная магн. восприимчивость для газа 3,4400 * 10 (293 К), изменяется обратно пропорционально абс. температуре (закон Кюри). Существуют два долгоживущих возбужденных состояния О2 - синглетное 1 D g (энергия возбуждения 94,1 кДж/моль, время жизни 45 мин) и синглетное (энергия возбуждения 156,8 кДж/моль). КИСЛОРОД-наиболее распространенный элемент на Земле. В атмосфере содержится 23,10% по массе (20,95% по объему) свободный КИСЛОРОД, в гидросфере и литосфере - соответственно 85,82 и 47% по массе связанного КИСЛОРОД Известно более 1400 минералов, в состав которых входит КИСЛОРОД Убыль КИСЛОРОД в атмосфере в результате окисления, в том числе горения, гниения и дыхания, возмещается выделением КИСЛОРОД растениями при фотосинтезе. КИСЛОРОД входит в состав всех веществ, из которых построены живые организмы; в организме человека его содержится около 65%. Свойства. КИСЛОРОД-бесцв. газ без запаха и вкуса. Температура кипения 90,188 К, температура тройной точки 54,361 К; плотность при 273 К и нормальном давлении 1,42897 г/л, плотность (в кг/м3) при 300 К: 6,43 (0,5 МПа), 12,91 (1 МПа), 52,51 (4 МПа); tкрит 154,581 К, ркрит 5.043 МПа, dкрит 436,2 кг/м3; С0p 29,4 Дж/(моль * К); D H0исп 6,8 кДж/моль (90,1 К); SO299 205,0 ДжДмоль * К); уравение температурной зависимости давления пара: в интервале 54-150 К lgp(гПа)=7,1648-377,153/T; теплопроводность 0,02465 Вт/(м * К) при 273 К; h 205,2 3 10-7 Па * с (298 К). Жидкий КИСЛОРОД окрашен в голубой цвет; плотность 1,14 г/см3 (90,188 К); COp 54,40 Дж/(моль * К); теплопроводность 0,147 ВтДм * К) (90 К, 0,1 МПа); h 1,890 * 10-2 Па * с; g 13,2 * 10-5 Н/м (90 К), уравение температурной зависимости g =-38,46 * 10-3(1 - T/154,576)11/9 Н/м; nD 1,2149 ( l =546,1 нм; 100 К); неэлектропроводен; молярная магн. восприимчивость 7,699 * 10-3 (90,1 К). Твердый КИСЛОРОД существует в несколько кристаллич. модификациях. Ниже 23,89 К устойчива а-форма с объемноцентрир. ром-бич, решеткой (при 21 К и 0,1 МПа а = 0,55 нм, b= 0,382 нм, с=0,344 нм, плотность 1,46 г/см3), при 23,89-43,8 К- b -форма с гексаген, кристаллич. решеткой (при 28 К и 0,1 МПа а = 0,3307 нм, с = 1,1254 нм), выше 43,8 К существует g -форма с кубич. решеткой (а = 0,683 нм); D H° полиморфных переходов g:b 744 Дж/моль (43,818 К), b:a 93,8 Дж/моль (23,878 К); тройная точка b-g- газообразный КИСЛОРОД: температура 283 К, давление 5,0 ГПа; D HOпл 443 Дж/молъ; уравение температурной зависимости плотности d=1,5154-0,004220T г/см3 (44 54 К), a-, b- и g- О2 кристаллы светло-синего цвета. Модификация р антиферромагнитна, a и g парамагнитны, их магн. восприимчивость соответственно 1,760.10-3 (23,7 К) и 1,0200.10-5 (54,3 К). При 298 К и повышении давления до 5,9 ГПа КИСЛОРОД кристаллизуется, образуя окрашенную в розовый цвет гексаген. b -форму (а = 0,2849 нм, с = 1,0232 нм), а при повышении давления до 9 ГПа оранжевую ромбич. e -форму (при 9,6 ГПа а=0,42151 нм, b=0,29567 нм, с=0,66897 нм, плотность 2,548 г/см3). Растворимость КИСЛОРОД при атм. давлении и 293 К (в см3/см3): в воде 0,031, этаноле 0,2201, метаноле 0,2557, ацетоне 0,2313; растворимость в воде при 373 К 0,017 см3/см3; растворимость при 274 К (в % по объему): в перфторбутилтетрагидрофуране 48,5, перфтордекалине 45,0, перфтор-l-метилдекалине 42,3. Хорошие твердые поглотители КИСЛОРОД платиновая чернь и активный древесный уголь. Благородные металлы в расплавл. состоянии поглощают значительной кол-ва КИСЛОРОД, например при 960 °С один объем серебра поглощает ~22 объема КИСЛОРОД, который при охлаждении почти полностью выделяется. Способностью поглощать КИСЛОРОД обладают многие твердые металлы и оксиды, при этом образуются нестехиометрич. соединения. КИСЛОРОД отличается высокой химический активностью, образуя соединение со всеми элементами, кроме Не, Ne и Аr. Атом КИСЛОРОД в химический соединение обычно приобретает электроны и имеет отрицат. эффективный заряд. Соед., в которых электроны оттягиваются от атома КИСЛОРОД, крайне редки (например, OF2). С простыми веществами, кроме Au, Pt, Xe и Кr, КИСЛОРОД реагирует непосредственно при обычных условиях или при нагревании, а также в присутствии катализаторов. Реакции с галогенами проходят под действием электрич. разряда или УФ излучения. В реакциях со всеми простыми веществами, кроме F2, КИСЛОРОД является окислителем. Мол. КИСЛОРОД образует три различные ионные формы, каждая из которых дает начало классу соединение: О-2 - супероксидам, О22- - пeроксидам (см. Пероксидные соединения неорганические, Пе-роксидные соединения органические), О+2 - диоксигенильным соeдинениям. Озон образует озониды, в которых ионная форма КИСЛОРОД-О-3. Молекула О2 присоединяется как слабый лиганд к нек-рым комплексам Fe, Co, Мn, Сu. Среди таких соединение важное значение имеет гемоглобин, который осуществляет перенос КИСЛОРОД в организме теплокровных. Реакции с КИСЛОРОД, сопровождающиеся интенсивным выделением энeргии, называют горением. Большую роль играют взаимодействие КИСЛОРОД с металлами в присутствии влаги-атм. коррозия металлов, а также дыхание живых организмов и гниение. В результате гниения сложные органическое вещества погибших животных и растений превращаются в более простые и в конечном счете в СО2 и волу. С водородом КИСЛОРОД реагирует с образованием воды и выделением большого кол-ва тепла (286 кДж на моль Н2). При комнатной температуре реакция идет крайне медленно, в присутствии катализаторов - сравнительно быстро уже при 80-100 °С (эту реакцию используют для очистки Н2 и инертных газов от примеси О2). Выше 550 °С реакция Н2 с О2 сопровождается взрывом. Из элементов I гр. наиболее легко реагируют с КИСЛОРОД Rb и Cs, которые самовоспламеняются на воздухе, К, Na и Li реагируют с КИСЛОРОД медленнее, реакция ускоряется в присутствии паров воды. При сжигании щелочных металлов (кроме Li) в атмосфере КИСЛОРОД образуются пероксиды М2О2 и супероксиды МО2. С элементами подгруппы IIа КИСЛОРОД реагирует сравнительно легко, например, Ва способен воспламеняться на воздухе при 20-25°С, Mg и Be воспламеняются выше 500 °С; продукты реакции в этих случаях - оксиды и пероксиды. С элементами подгруппы IIб КИСЛОРОД взаимодействие с большим трудом, реакция КИСЛОРОД с Zn, Cd и Hg происходит только при более высоких температурах (известны породы, в которых Hg содержится в элементарной форме). На поверхностях Zn и Cd образуются прочные пленки их оксидов, предохраняющие металлы от дальнейшего окисления. Элементы III гр. реагируют с КИСЛОРОД только при нагревании, образуя оксиды. Компактные металлы Ti, Zr, Hf устойчивы к действию КИСЛОРОД С углеродом КИСЛОРОД реагирует с образованием СО2 и выделением тепла (394 кДж/моль); с аморфным углеродом реакция протекает при небольшом нагревании, с алмазом и графитом - выше 700 °С. С азотом КИСЛОРОД реагирует лишь выше 1200°С с образованием NO, который далее легко окисляется КИСЛОРОД до NO2 уже при комнатной температуре. Белый фосфор склонен к самовозгоранию на воздухе при комнатной температуре. Элементы VI гр. S, Se и Те реагируют с КИСЛОРОД с заметной скоростью при умеренном нагревании. Заметное окисление W и Мо наблюдается выше 400 °С, Cr - при значительно более высокой температуре. КИСЛОРОД энергично окисляет органическое соединения. Горение жидких топлив и горючего газа происходит в результате реакции КИСЛОРОД с углеводородами.
Получение. В промышлености КИСЛОРОД получают воздуха разделением, главным образом методом низкотемпературной ректификации. Его производят также наряду с Н2 при пром. электролизе воды. Выпускают газообразный технол. КИСЛОРОД (92-98% О2), техн. (1-й сорт 99,7% О2, 2-й сорт 99,5% и 3-й сорт 99,2%) и жидкий (не менее 99,7% О2). Производится также КИСЛОРОД для лечебных целей ("медицинский кислород", содержащий 99,5% O2). Для дыхания в замкнутых помещениях (подводные лодки, космич. аппараты и др.) используют твердые источники КИСЛОРОД, действие которых основано на самораспространяющейся экзо-термодинамически реакции между носителем КИСЛОРОД (хлоратом или перхлоратом) и горючим. Например, смесь NaClO3 (80%), порошка Fe (10%), ВаО2 (4%) и стекловолокна (6%) прессуют в виде цилиндров; после поджигания такая кислородная свеча горит со скоростью 0,15-0,2 мм/с, выделяя чистый, пригодный для дыхания КИСЛОРОД в кол-ве 240 л/кг (см. Пиротехнические источники газов). В лаборатории КИСЛОРОД получают разложением при нагревании оксидов (например, HgO) или кислородсодержащих солей (например, КСlO3, КМnО4), а также электролизом водного раствора NaOH. Однако чаще всего используют пром. КИСЛОРОД, поставляемый в баллонах под давлением.
Определение. Концентрацию КИСЛОРОД в газах определяют с помощью ручных газоанализаторов, например волюмометрич. методом по изменению известного объема анализируемой пробы после поглощения из нее О2 растворами - медноаммиачным, пирогаллола, NaHSO3 и др. Для непрерывного определения КИСЛОРОД в газах применяются автоматич. термомагн. газоанализаторы, основанные на высокой магн. восприимчивости КИСЛОРОД Для определения малых концентраций КИСЛОРОД в инертных газах или водороде (менее 1%) используют автоматич. термохимический, электрохимический, гальванич. и др. газоанализаторы. С этой же целью применяют колориметрич. метод (с использованием прибора Мугдана), основанный на окислении бесцв. аммиачного комплекса Cu(I) в яркоокра-шенное соединение Cu(II). КИСЛОРОД, растворенный в воде, определяют также колориметрически, например по образованию красного окрашивания при окислении восстановленного индигокар-мина. В органическое соединение КИСЛОРОД определяют в виде СО или СО2 после высокотемпературного пиролиза анализируемого вещества в потоке инертного газа. Для определения концентрации КИСЛОРОД в стали и сплавах используют электрохимический датчики с твердым электролитом (стабилизированный ZrO2). См. также Газовый анализ, Газоанализаторы.
Применение. КИСЛОРОД используют как окислитель: в металлургии - при выплавке чугуна и стали (в доменном, кислородно-конвертерном и мартеновском производствах), в процессах шахтной, взвешенной и конвертерной плавки цветных металлов; в прокатном производстве; при огневой зачистке металлов; в литейном производстве; при термитной сварке и резке металлов; в химический и нефтехимический промышлености-при производстве HNO3, H2SO4, метанола, ацетилена; формальдегида, оксидов, пероксидов и др. веществ. КИСЛОРОД используют в лечебных целях в медицине, а также в кислородно-дыхат. аппаратах (в космич. кораблях, на подводных судах, при высотных полетах, подводных и спасательных работах). Жидкий КИСЛОРОД-окислитель для ракетных топлив; его используют также при взрывных работах, как хладагент в лабораторная практике. Произ-во КИСЛОРОД в США 10,75 млрд. м3 (1985); в металлургии потребляется 55% производимого КИСЛОРОД, в химический промсти - 20%. КИСЛОРОД нетоксичен и негорюч, но поддерживает горение. В смеси с жидким КИСЛОРОД взрывоопасны все углеводороды, в т.ч. масла, CS2. наиболее опасны малорастворимые горючие примеси, переходящие в жидком КИСЛОРОД в твердое состояние (например, ацетилен, пропилен, CS2). Предельно допустимое содержание в жидком КИСЛОРОД: ацетилена 0,04 см3/л, CS2 0,04 см3/л, масла 0,4 мг/л. Газообразный КИСЛОРОД хранят и транспортируют в стальных баллонах малой (0,4-12 л) и средней (20-50 л) емкости при давлении 15 и 20 МПа, а также в баллонах большой емкости (80-1000 л при 32 и 40 МПа), жидкий КИСЛОРОД в сосудах Дьюара или в спец. цистернах. Для транспортировки жидкого и газообразного КИСЛОРОД используют также спец. трубопроводы. Кислородные баллоны окрашены в голубой цвет и имеют надпись черными буквами "кислород" . Впервые КИСЛОРОД в чистом виде получил КИСЛОРОД Шееле в 1771. Независимо от него КИСЛОРОД был получен Дж. Пристли в 1774. В 1775 А. Лавуазье установил, что КИСЛОРОД-составная часть воздуха, кислот и содержится во многие веществах. Лит.. Глизмаяенко Д.Л., Получение кислорода, 5 изд., М., 1972; Разумовский С. Д., Кислород-элементарные формы и свойства, М., 1979; Термодинамические свойства кислорода, М., 1981. Я. Д. Зельвенский.

Химическая энциклопедия. Том 2 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
как делается узи печени и поджелудочной цена
держатель для гироскутера на ярославской улице, москва
marella ручки
качели для дачи москва

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(23.10.2017)