- Биологическая роль кислорода
- В медицине
- В металлургии
- В пищевой промышленности
- В сельском хозяйстве
- В химической промышленности
- Вредность и опасность кислорода
- Изотопы
- Имеет ли кислород запах и цвет
- История открытия
- Кислород в баллоне
- Кислород-к 8л-м баллон для дых синий маска купить по цене 675,0 руб в москве, заказать лекарство в интернет-аптеке: инструкция по применению, доставка на дом
- Компонент ракетного топлива
- Коэффициент перевода объема и массы o2 при т=15°с и р=0,1 мпа
- Коэффициенты перевода объема и массы o2 при т=0°с и р=0,1 мпа
- Нахождение в природе
- Перегонка жидкого воздуха
- Применение кислорода
- Применение кислорода в сварке
- Применение]
- Происхождение названия
- Разложение кислородсодержащих веществ
- Реакция перекисных соединений с углекислым газом
- Сварка и резка металлов
- Способы получения кислорода
- Токсические производные кислорода
- Токсичность кислорода
- Фториды кислорода
- Характеристики кислорода
- Химические свойства
- Хранение и транспортировка кислорода
- Электролиз водных растворов
Биологическая роль кислорода
Большинство живых существ (аэробы) дышат кислородом. Широко используется кислород в медицине. При сердечно-сосудистых заболеваниях, для улучшения обменных процессов, в желудок вводят кислородную пену («кислородный коктейль»). Подкожное введение кислорода используют при трофических язвах, слоновости, гангрене и других серьёзных заболеваниях.
В медицине
Основная статья: Кислородная терапия
Медицинский кислород хранится в металлических газовых баллонах высокого давления голубого цвета различной ёмкости от 1,2 до 10,0 литров под давлением до 15 МПа (150 атм) и используется для обогащения дыхательных газовых смесей в наркозной аппаратуре, при нарушении дыхания, для купирования приступа бронхиальной астмы, устранения гипоксии любого генеза, при декомпрессионной болезни, для лечения патологии желудочно-кишечного тракта в виде кислородных коктейлей.
Крупные медицинские учреждения могут использовать не сжатый кислород в баллонах, а сжиженный в сосуде Дьюара большой ёмкости. Для индивидуального применения медицинским кислородом из баллонов заполняют специальные прорезиненные ёмкости — кислородные подушки.
Для подачи кислорода или кислородо-воздушной смеси одновременно одному или двум пострадавшим в полевых условиях или в условиях стационара применяются кислородные ингаляторы различных моделей и модификаций. Достоинством кислородного ингалятора является наличие конденсатора-увлажнителя газовой смеси, использующего влагу выдыхаемого воздуха.
Для расчёта оставшегося в баллоне количества кислорода в литрах обычно величину давления в баллоне в атмосферах (по манометру редуктора) умножают на величину ёмкости баллона в литрах. Например, в баллоне вместимостью 2 литра манометр показывает давление кислорода 100 атм. Объём кислорода в этом случае равен 100 × 2 = 200 литров.
В металлургии
Конвертерный способ производства стали или переработки штейнов связан с применением кислорода. Во многих металлургических агрегатах для более эффективного сжигания топлива вместо воздуха в горелках используют кислородно-воздушную смесь.
В пищевой промышленности
В пищевой промышленности кислород зарегистрирован в качестве пищевой добавки E948, как пропеллент и упаковочный газ.
В сельском хозяйстве
В тепличном хозяйстве, для изготовления кислородных коктейлей, для прибавки в весе у животных, для обогащения кислородом водной среды в рыбоводстве.
В химической промышленности
В химической промышленности кислород используют как реактив-окислитель в многочисленных синтезах, например, — окисления углеводородов в кислородсодержащие соединения (спирты, альдегиды, кислоты), диоксид серы в триоксид серы, аммиака в оксиды азота в производстве азотной кислоты. Вследствие высоких температур, развивающихся при окислении, последние часто проводят в режиме горения.
Вредность и опасность кислорода
За внешней безобидностью скрывается очень опасный газ, но об этом на нашем сайте опубликована статья про маслоопасность и взрывоопасность кислорода и мы не будем здесь дублировать информацию.
Изотопы
Основная статья: Изотопы кислорода
Кислород имеет три устойчивых изотопа: 16O, 17O и 18O, среднее содержание которых составляет соответственно 99,759 %, 0,037 % и 0,204 % от общего числа атомов кислорода на Земле. Резкое преобладание в смеси изотопов наиболее лёгкого из них 16O связано с тем, что ядро атома 16O состоит из 8 протонов и 8 нейтронов (дважды магическое ядро с заполненными нейтронной и протонной оболочками). А такие ядра, как следует из теории строения атомного ядра, обладают особой устойчивостью.
Также известны радиоактивные изотопы кислорода с массовыми числами от 12O до 28O. Все радиоактивные изотопы кислорода имеют малый период полураспада, наиболее долгоживущий из них 15O с периодом полураспада ~120 секунд. Наиболее краткоживущий изотоп 12O имеет период полураспада 5,8⋅10−22 секунд.
Имеет ли кислород запах и цвет
Кислород был впервые открыт ученым Д. Пристли в 1774 г. при разложении оксида ртути. Первоначально английский химик не понял, что именно ему удалось выделить, и он назвал полученный газ дефлогистированным воздухом. Позднее ученый А. Лавуазье установил, что О2 входит в состав атмосферы и содержится во многих веществах.
В промышленных условиях кислород сегодня получают в основном методом криогенной ратификации или же в особых мембранных установках. Поставляется этот газ в лаборатории, медицинские учреждения и на производства обычно в емкостях из стали при давлении в 15 МПа.
При обычном атмосферном давлении кислород представляет собой газ без вкуса, цвета и запаха. В воде и спирте он растворяется достаточно слабо, а в расплавленном жидком серебре очень хорошо.
Одной из особенностей О2 является то, что он является очень сильным окислителем. Оксиды кислород образует практически со всеми известными элементами. При этом реакции такого типа способны ускоряться при нагревании и всегда протекают с выделением тепла.
При сжатии до 50 атм и охлаждении в -119 °С кислород переходит в жидкое состояние. При обычном атмосферном давлении для такого перехода О2 нужно охладить до -183 °С. При температуре в — 220 °С кислород затвердевает в снегообразную массу.
Жидкий и твердый кислород, как и газообразный, не имеет никакого запаха. Цвет же О2 может значительно меняться в зависимости от его температуры. В жидком состоянии кислород отличается слегка голубоватым оттенком.
При дальнейшем охлаждении цвет О2 становится все более насыщенным. Кристаллы твердого кислорода уже имеют интенсивный синий цвет. При повышении давления они сначала становятся розовыми, а затем оранжевыми и темно-красными.
При давлении в 96 ГПа кристаллы кислорода приобретают металлический оттенок. Сильное охлаждение в этом случае вызывает также эффект сверхпроводимости.
Цвет кислород, таким образом, имеет только в жидком и твердом состоянии. Запаха же у него нет вовсе никакого. Немного по-другому дело обстоит с его ближайшим родственником — озоном, состоящим из трех молекул молекулярного кислорода.
В отличие от кислорода, озон в газообразном состоянии имеет голубоватый цвет. При этом О3 и достаточно резко пахнет. Запах у озона довольно-таки приятный. Именно его мы чувствуем, к примеру, после дождя.
В непогоду в воздухе содержится обычно 10% или чуть больше озона. Чистый же О3 человеку вдыхать нельзя. Это приведет к разделению клеток и утечке из них ферментов.
История открытия
Официально считается, что кислород был открыт английским химиком Джозефом Пристли 1 августа 1774 года путём разложения оксида ртути в герметично закрытом сосуде (Пристли направлял на это соединение солнечные лучи с помощью мощной линзы).
- 2HgO →ot 2Hg O2↑
Однако Пристли первоначально не понял, что открыл новое простое вещество, он считал, что выделил одну из составных частей воздуха (и назвал этот газ «дефлогистированным воздухом»). О своём открытии Пристли сообщил выдающемуся французскому химику Антуану Лавуазье.
Несколькими годами ранее (в 1771 году) кислород получил шведский химик Карл Шееле. Он прокаливал селитру с серной кислотой и затем разлагал получившийся оксид азота. Шееле назвал этот газ «огненным воздухом» и описал своё открытие в изданной в 1777 году книге (именно потому, что книга опубликована позже, чем сообщил о своём открытии Пристли, последний и считается первооткрывателем кислорода). Шееле также сообщил о своём опыте Лавуазье.
Важным этапом, который способствовал открытию кислорода, были работы французского химика Пьера Байена, который опубликовал работы по окислению ртути и последующему разложению её оксида.
Наконец, окончательно разобрался в природе полученного газа А. Лавуазье, воспользовавшийся информацией от Пристли и Шееле. Его работа имела громадное значение, потому что благодаря ей была ниспровергнута господствовавшая в то время и тормозившая развитие химии флогистонная теория.
Лавуазье провёл опыт по сжиганию различных веществ и опроверг теорию флогистона, опубликовав результаты по весу сожжённых элементов. Вес золы превышал первоначальный вес элемента, что дало Лавуазье право утверждать, что при горении происходит химическая реакция (окисление) вещества, в связи с этим масса исходного вещества увеличивается, что опровергает теорию флогистона.
Таким образом, заслугу открытия кислорода фактически делят между собой Пристли, Шееле и Лавуазье.
Кислород в баллоне
Благодаря этой таблице теперь можно легко дать ответы на вопросы, которые очень часто задают сварщики:
Для того, чтобы приблизительно узнать сколько кислорода в баллоне, нужно вместимость баллона (м3) умножить на давление (МПа). Например, если вместимость баллона 40 литров (0,04 м3), а давление газа 15 МПа, то объем кислорода в баллоне равен 0,04×15=6 м3.
Кислород-к 8л-м баллон для дых синий маска купить по цене 675,0 руб в москве, заказать лекарство в интернет-аптеке: инструкция по применению, доставка на дом
Кислородный баллончик — это ваш личный источник кислорода, а значит, силы и энергии, которых каждому из нас зачастую очень не хватает. Мы живем в больших загазованных городах, где содержание кислорода в воздухе уже упало до критических 21%, поэтому подышать чистым кислородом дополнительно – это уже не прихоть, как казалось несколько лет назад, когда кислородотерапия только пришла в мегаполисы, а жизненная необходимость.
Кислородный баллончик – это в среднем 100-140 глубоких вдохов 80%-ным кислородом, благодаря которым вы почувствуете, как каждая клеточка организма наполняется энергией и очищается от шлаков и токсинов. Вы сможете нормализовать сон, унять мигрень, повысить тонус организма и его сопротивляемость болезням, увеличить запас жизненных сил и, наконец, «проснуться», оглянуться вокруг и понять, что даже в бешеном ритме жизнь может быть прекрасной, если вы не задыхаетесь на бегу.
Масса баллона — 0,12 кг
Для того чтобы дышать кислородом, необходимо снять защитный колпачок, поднести кислородный баллончик близко ко рту и носу, нажать на кнопку и сделать глубокий вдох. Все, этого достаточно, чтобы считать процедуру кислородной терапии состоявшейся. Никаких назальных канюль и кислородных масок не нужно, хотя если они у вас есть, можете ими пользоваться.
Компонент ракетного топлива
В качестве окислителя для ракетного топлива применяется жидкий кислород, пероксид водорода, азотная кислота и другие богатые кислородом соединения. Смесь жидкого кислорода и жидкого озона — один из самых мощных окислителей ракетного топлива (удельный импульс смеси водород — озон превышает удельный импульс для пары водород-фтор и водород-фторид кислорода).
Коэффициент перевода объема и массы o2 при т=15°с и р=0,1 мпа
| Масса, кг | Объем | |
|---|---|---|
| Газ, м3 | Жидкость, л | |
| 1,337 | 1 | 1,172 |
| 1,141 | 0,853 | 1 |
| 1 | 0,748 | 0,876 |
Коэффициенты перевода объема и массы o2 при т=0°с и р=0,1 мпа
| Масса, кг | Объем | |
|---|---|---|
| Газ, м3 | Жидкость, л | |
| 1,429 | 1 | 1,252 |
| 1,141 | 0,799 | 1 |
| 1 | 0,700 | 0,876 |
Нахождение в природе
Накопление O
2
в атмосфере Земли. Зелёный график — нижняя оценка уровня кислорода, красный — верхняя оценка.
1
. (3,85—2,45 млрд лет назад) — O
2
не производился
2
. (2,45—1,85 млрд лет назад) O
2
производился, но поглощался океаном и породами морского дна
3
. (1,85—0,85 млрд лет назад) O
2
выходит из океана, но расходуется при окислении горных пород на суше и при образовании озонового слоя
4
. (0,85—0,54 млрд лет назад) все горные породы на суше окислены, начинается накопление O
2
в атмосфере
5
. (0,54 млрд лет назад — по настоящее время) современный период, содержание O
2
в атмосфере стабилизировалось
Кислород — самый распространённый в земной коре элемент, на его долю (в составе различных соединений, главным образом силикатов) приходится около 47 % массы твёрдой земной коры. Морские и пресные воды содержат огромное количество связанного кислорода — 85,82 % (по массе). Более 1500 соединений земной коры в своём составе содержат кислород.
В атмосфере содержание свободного кислорода составляет 20,95 % по объёму и 23,10 % по массе (около 1015 тонн). Однако до появления первых фотосинтезирующих микробов в архее 3,5 млрд лет назад, в атмосфере его практически не было. Свободный кислород в больших количествах начал появляться в палеопротерозое (3—2,3 млрд лет назад) в результате глобального изменения состава атмосферы (кислородной катастрофы).
Наличие большого количества растворённого и свободного кислорода в океанах и атмосфере привело к вымиранию большинства анаэробных организмов. Тем не менее, клеточное дыхание с помощью кислорода позволило аэробным организмам производить гораздо больше АТФ, чем анаэробным, сделав их доминирующими.
С начала кембрия 540 млн лет назад содержание кислорода колебалось от 15 % до 30 % по объёму. К концу каменноугольного периода (около 300 миллионов лет назад) его уровень достиг максимума в 35 % по объёму, который, возможно, способствовал большому размеру насекомых и земноводных в это время.
Основная часть кислорода на Земле выделяется фитопланктоном Мирового океана. Около 60 % кислорода от используемого живыми существами расходуется на процессы гниения и разложения, 80 % кислорода, производимого лесами, уходит на гниение и разложение растительности лесов.
Деятельность человека очень мало влияет на количество свободного кислорода в атмосфере. При нынешних темпах фотосинтеза понадобится около 2000 лет, чтобы восстановить весь кислород в атмосфере.
Кислород входит в состав многих органических веществ и присутствует во всех живых клетках. По числу атомов в живых клетках он составляет около 25 %, по массовой доле — около 65 %.
В 2022 году датские учёные доказали, что свободный кислород входил в состав атмосферы уже 3,8 млрд лет назад.
Перегонка жидкого воздуха
В настоящее время в промышленности кислород получают из воздуха. Основным промышленным способом получения кислорода является криогенная ректификация. Также хорошо известны и успешно применяются в промышленности кислородные установки, работающие на основе мембранной технологии.
В лабораториях пользуются кислородом промышленного производства, поставляемым в стальных баллонах под давлением около 15 МПа.
Применение кислорода
Помимо того, что все живые существам в природе, за исключением немногих микроорганизмов, при дыхании потребляют кислород, он широко применяется во многих отраслях промышленности: металлургической, химической, машиностроении, авиации, ракетостроении и даже в медицине.
В химической промышленности его применяет:
В металлургии его используют:
В медицинских целях больным, у которых нарушена нормальная деятельность органов дыхания или кровообращения, искусственно увеличивают содержание O2 в воздухе или дают дышать непродолжительное время чистым O2. Медицинский кислород, выпускаемый ГОСТ 5583, особенно тщательно очищают от всех примесей.
Применение кислорода в сварке
Сам по себе O2 является негорючим газом, но из-за свойства активно поддерживать горение и увеличения интенсивности (интенсификации) горения газов и жидкого топлива его используют в ракетных энергетических установках и во всех процессах газопламенной обработки.
В таких процессах газопламенной обработки, как газовая сварка, поверхностная закалка высокая температура пламени достигается путем сжигания горючих газов в O2, а при газовой резке благодаря ему происходит окисление и сгорание разрезаемого металла.
При полуавтоматической сварке (MIG/MAG) кислород O2 используют как компонент защитных газовых смесей с аргоном (Ar) или углекислым газом (CO2).
Кислород добавляют в аргон при полуавтоматической сварке легированных сталей для обеспечения устойчивости горения дуги и струйного переноса расплавленного металла в сварочную ванну. Дело в том, что как поверхностно активный элемент он уменьшает поверхностное натяжение жидкого металла, способствуя образованию на конце электрода более мелких капель.
При сварке низколегированных и низкоуглеродистых сталей полуавтоматом O2 добавляют в углекислый газ для обеспечения глубокого проплавления и хорошего формирования сварного шва, а также для уменьшения разбрызгивания.
Чаще всего кислород используют в газообразном виде, а в виде жидкости используют только при его хранении и транспортировке от завода-изготовителя до потребителей.
Применение]
Широкое промышленное применение кислорода началось в середине XX века, после изобретения турбодетандеров — устройств для сжижения и разделения жидкого воздуха.
Происхождение названия
Слово кислород (именовался в начале XIX века ещё «кислотвором») своим появлением в русском языке до какой-то степени обязано М. В. Ломоносову, который ввёл в употребление, наряду с другими неологизмами, слово «кислота»; таким образом слово «кислород», в свою очередь, явилось калькой термина «оксиген» (фр. oxygene), предложенного А.
Лавуазье (от др.-греч. ὀξύς — «кислый» и γεννάω — «рождаю»), который переводится как «порождающий кислоту», что связано с первоначальным значением его — «кислота», ранее подразумевавшим вещества, именуемые по современной международной номенклатуре оксидами.
Разложение кислородсодержащих веществ
Небольшие количества кислорода можно получать нагреванием перманганата калия KMnO4:
- 2KMnO4 → K2MnO4 MnO2 O2↑
Используют также реакцию каталитического разложения пероксида водорода H2O2 в присутствии оксида марганца (IV):
- 2H2O2 →MnO2 2H2O O2↑
Кислород можно получить каталитическим разложением хлората калия (бертолетовой соли) KClO3:
- 2KClO3 → 2KCl 3O2↑
Разложение оксида ртути (II) (при t = 100 °C) было первым методом синтеза кислорода:
- 2HgO →100oC 2Hg O2↑
Реакция перекисных соединений с углекислым газом
На подводных лодках и орбитальных станциях обычно получается реакцией пероксида натрия и углекислого газа, выдыхаемого человеком:
- 2Na2O2 2CO2 → 2Na2CO3 O2↑
Для соблюдения баланса объёмов поглощённого углекислого газа и выделившегося кислорода, к нему добавляют надпероксид калия. В космических кораблях для уменьшения веса иногда используется пероксид лития.
Сварка и резка металлов
Кислород в баллонах голубого цвета широко используется для газопламенной резки и сварки металлов.
Способы получения кислорода
В основном кислород получают тремя способами:
Из атмосферного воздуха его получают методом глубокого охлаждения, как побочный продукт при получении азота.
Также O2 добывают путем пропускания электрического тока через воду (электролиз воды) с попутным получением водорода.
Химические способ получения малопроизводителен, а, следовательно, и неэкономичен, он не нашел широкого применения и используются в лабораторной практике.
Наверно многие помнят химический опыт, когда в колбе нагревают марганцовку (перманганат калия KMnO4), а потом выделяющийся в процессе нагрева газ собирают в другую колбу?
2KMnO4 = K2MnO4 MnO2 O2 ↑
Токсические производные кислорода
Некоторые производные кислорода (т. н. реактивные формы кислорода), такие, как синглетный кислород, пероксид водорода, супероксид, озон и гидроксильный радикал, являются высокотоксичными продуктами. Они образуются в процессе активирования или частичного восстановления кислорода.
Токсичность кислорода
Длительное вдыхание чистого кислорода может иметь опасные последствия для организма. Безопасно длительно дышать при обычном давлении смесями, содержащими до 60 % кислорода. Дыхание 90 % кислородом в течение 3 суток приводит к тахикардии, рвоте, пневмонии, судорогам.
Фториды кислорода
- 2F2 2NaOH → 2NaF H2O OF2↑
- F2 O2 → O2F2
Кислород поддерживает процессы дыхания, горения, гниения.
В свободном виде элемент существует в двух аллотропных модификациях: O2 и O3 (озон). Как установили в 1899 году Пьер Кюри и Мария Склодовская-Кюри, под воздействием ионизирующего излучения O2 переходит в O3.
Характеристики кислорода
Характеристики O2 представлены в таблицах ниже:
Химические свойства
Сильный окислитель, самый активный неметалл после фтора, образует бинарные соединения (оксиды) со всеми элементами, кроме гелия, неона, аргона. Наиболее распространённая степень окисления −2. Как правило, реакция окисления протекает с выделением тепла и ускоряется при повышении температуры (см. Горение). Пример реакций, протекающих при комнатной температуре:
- 4Li O2 → 2Li2O
- 2Sr O2 → 2SrO
Окисляет соединения, которые содержат элементы с не максимальной степенью окисления:
- 2NO O2 → 2NO2↑
Окисляет большинство органических соединений в реакциях горения:
- 2C6H6 15O2 → 12CO2 6H2O
- CH3CH2OH 3O2 → 2CO2 3H2O
При определённых условиях можно провести мягкое окисление органического соединения:
- CH3CH2OH O2 → CH3COOH H2O
Кислород реагирует непосредственно (при нормальных условиях, при нагревании и/или в присутствии катализаторов) со всеми простыми веществами, кроме Au и инертных газов (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn); реакции с галогенами происходят под воздействием электрического разряда или ультрафиолета.
Кислород образует пероксиды со степенью окисления атома кислорода, формально равной −1.
- 2Na O2 → Na2O2
- 2BaO O2 → 2BaO2
- H2 O2 → H2O2
- Na2O2 O2 → 2NaO2
- K O2 → KO2
- 3KOH 3O3 → 2KO3 KOH ∗ H2O 2O2↑
- PtF6 O2 → O2PtF6
В этой реакции, кислород проявляет восстановительные свойства.
Хранение и транспортировка кислорода
Кислород газообразный технический и медицинский выпускают по ГОСТ 5583.
Хранят и транспортируют его в стальных баллонах ГОСТ 949 под давлением 15 МПа. Кислородные баллоны окрашены в синий цвет с надписью черными буквами «КИСЛОРОД».
Жидкий кислород выпускается по ГОСТ 6331. O2 находится в жидком состоянии только при получении, хранении и транспортировке. Для газовой сварки или газовой резки его необходимо снова превратить в газообразное состояние.
Электролиз водных растворов
К лабораторным способам получения кислорода относится метод электролиза разбавленных водных растворов щелочей, кислот и некоторых солей (сульфатов, нитратов щелочных металлов):
- 2H2O →e− 2H2 O2↑