Как всё начиналось (у нас).
1.СИСТЕМЫ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ В ГЕРМЕТИЧНЫХ КАБИНАХ СТРАТОСТАТОВ, РАКЕТ И ПЕРВЫХ ИСКУССТВЕННЫХ СПУТНИКОВ ЗЕМЛИ
Первому посещению человеком пространства за линией Кармана в космическом корабле предшествовали запуски стратостатов, ракет и искусственных спутников Земли, в которых имелись системы жизнеобеспечения для людей и животных (большей частью для собак).
В стратостатах «СССР-1» (1933 г.) и «Осоавиахим-1» (1934 г.) системы жизнеобеспечения включали запасы криогенного и газообразного кислорода; последний находился в баллонах под давлением 150 атм. Диоксид углерода удалялся с помощью ХПИ — химического поглотителя известкового в соответствии с реакцией: Са (ОН)2 СО2 = Са (СО3) Н2ОВ состав ХПИ входило 95 % Са (ОН)2 и 5 % асбеста.
В ракетах, с помощью которых производилось зондирование ближнего космоса, находилась герметичная кабина с животными, имеющая в своем составе три баллона для смеси воздуха и кислорода. Диоксид углерода, выделяемый животными, удалялся с помощью ХПИ.
Капсула «звездных собак» Белки и Стрелки, в которой они вернулись на Землю:
На борту первых искусственных спутников Земли в состав систем жизнеобеспечения для собак входили некоторые элементы будущих СЖО для космонавтов: устройство для приема пищи, ассенизационное устройство; очистка атмосферы и обеспечение кислородом осуществлялось с помощью надперекисных соединений, которые при поглощении диоксида углерода и паров воды выделяли кислород в соответствии с реакциями:
4КО2 2 Н2О = 3О2 4 КОН2КОН СО2 = К2 СО3 Н2ОК2 СО3 Н2О СО2 = 2 КНСО3
2. СИСТЕМЫ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ СПУТНИКОВ ЗЕМЛИ ТИПА «БИОН» И «ФОТОН»
Биологические спутники Земли-автоматические космические аппараты «БИОН» и «ФОТОН» предназначены для исследований влияния факторов космического полета (невесомость, радиация и др.) на организм животных.
Примечательно, что Россия — по сути — единственная страна в мире, имеющая автоматические космические аппараты для исследований на биологических объектах. Другие страны вынуждены посылать животных в Космос на наших аппаратах.
В разные годы научными руководителями программы «БИОН» были О.Г. Газенко и Е.А. Ильин. В настоящее время научным руководителем программы «БИОН» является О.И. Орлов, заместителями — Е.А. Ильин и Е.Н. Ярманова.
Биологический спутник «БИОН» снабжен системами водообеспечения и кормления животных, системой термовлагорегулирования, системой «день-ночь», системой обеспечения газового состава и др.
Система обеспечения газового состава автоматических космических аппаратов «БИОН» и «ФОТОН» предназначена для обеспечения животных кислородом, удаления диоксида углерода и газообразных микропримесей в спускаемом аппарате.
Состав:— патронов с кислородосодержащим веществом и поглотителем вредных микропримесей;— патрона с поглотителем диоксида углерода и вредных микропримесей;— электровентиляторов;— датчиков для индикации работоспособности вентиляторов и герметичности газовых трактов;— газоанализатора;— блока управления и контроля.
Система обеспечивает комфортные условия в газовой среде спускаемого аппарата (замкнутый герметичный объем, содержащий 4,0-4,5 м3 воздуха) и представляет собой три регенеративных патрона и поглотительный патрон с электровентилятором на каждый патрон, обеспечивающих регенерацию воздуха по СО2, О2, СО и прочим вредным примесям. Включение и выключение микрокомпрессоров позволяет обеспечить заданный состав атмосферы объекта.
Принцип работы: воздух объекта вентилятором прокачивается через регенеративный патрон, где очищается от СО2 и вредных примесей и обогащается кислородом.
Избыток диоксида углерода убирается путем периодического включения поглотительного патрона. Поглотительный патрон также обеспечивает очистку от вредных примесей. Система работает с блоком управления и контроля и газоанализатором по кислороду и диоксиду углерода. При падении парциального давления кислорода до 20,0 кПа включается первый регенеративный патрон.
Если парциальное давление кислорода больше или равно 20,8 кПа, регенеративный патрон отключается и включается вновь при парциальном давлении кислорода 20,5 кПа. Включение второго и последующих патронов происходит при парциальном давлении кислорода 20,0 кПа (при условии падения концентрации), причем ранее включенные патроны продолжают работать.
3. СИСТЕМЫ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ЗАПАСОВ ДЛЯ ЭКИПАЖЕЙ КОСМИЧЕСКИХ КОРАБЛЕЙ ТИПА «ВОСТОК», «ВОСХОД», «СОЮЗ», «МЕРКУРИЙ», «ДЖЕМИНИ», «АПОЛЛОН», «ШАТТЛ», ОРБИТАЛЬНОЙ СТАНЦИИ «СКАЙЛЭБ»
Системы жизнеобеспечения советских космических кораблей типа «Восток», «Восход», «Союз», а также американских «Меркурий», «Джемини», «Аполлон» и транспортного корабля многоразового использования «Шаттл» были основаны полностью на запасах расходуемых материалов/u]: кислорода, воды, пищи, средств удаления СО2 и вредных микропримесей.
4. РЕГЕНЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ДЛЯ ЭКИПАЖЕЙ ОРБИТАЛЬНЫХ КОСМИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ «САЛЮТ», «МИР», «МКС»
Функционирование систем жизнеобеспечения, базирующихся на основе запасов расходуемых веществ, взятых с Земли, имеют существенный недостаток: их масса и габариты возрастают прямо пропорционально длительности космической экспедиции и количеству членов экипажей.
В таблице приведены массовые характеристики СЖО, основанных на запасах расходуемых веществ применительно к экспедиции длительностью 50, 100 и 500 суток для экипажа, состоящего из 6 человек:
Основываясь на нормах потребления основных компонентов СЖО, полученных в результате многолетней практики длительных орбитальных полетов на станциях типа «САЛЮТ», «МИР» и «МКС» (кислород — 0,96 кг/чел.сут., питьевая вода — 2,5 кг/чел.сут., пища — 1,75 кг/чел.сут. и т.д.), легко подсчитать, что необходимая масса запасов для экипажа, состоящего из 6 — и человек в условиях 500-суточного полета без учета массы тары и систем хранения составило бы величину более 58 тонн (см.табл.).
В случае использования систем жизнеобеспечения, основанных на запасах расходных материалов, понадобилось бы создание систем хранения продуктов жизнедеятельности космонавтов: фекалий, мочи, конденсата атмосферной влаги, использованных санитарно-гигиенических и кухонных вод и т.д.
Что по факту трудно реализуемо или вообще неосуществимо (полёт к Марсу, например).
В 1967-1968 годах в Институте медико-биологических проблем МЗ СССР был проведен уникальный годовой медико-технический эксперимент с участием трех испытателей: Г.А. Мановцева, А.Н. Божко и Б.Н. Улыбышева. В гермокамерном эксперименте, длившемся 365 суток, проходила медико-биологическая и техническая оценка нового комплекса регенерационных систем жизнеобеспечения.
В состав СЖО наземного лабораторного комплекса входили:
*система удаления диоксида углерода, система очистки атмосферы от вредных микропримесей,*система генерирования кислорода, система регенерации воды из влагосодержащих продуктов жизнедеятельности испытателей, санитарно-гигиеническое оборудование, оранжерея, *система контрольно-измерительной аппаратуры.
Экспериментальные регенерационные системы жизнеобеспечения на основе физико-химических процессов, испытанные в годовом медико-техническом эксперименте, явились прототипом штатных СЖО для экипажей орбитальных станций «Салют», «МИР» и «МКС».
Впервые в мировой практике пилотируемых полётов на космической станции «Салют-4» функционировала регенерационная система «СРВ-К»-система получения питьевой воды из конденсата атмосферой влаги. Экипаж в составе А.А. Губарева и Г.М. Гречко использовал воду, регенерированную в системе «СРВ-К», для питья и приготовления пищи и напитков.
[u]Отступление:20 февраля 1986 года вышла на орбиту советская орбитальная станция «Мир».
23 марта 2001 года она была затоплена в Тихом океане.
Нашу станцию «Мир» затопили, когда ей исполнилось 15 лет. Сейчас двум российским модулям, которые входят в состав МКС, уже тоже по 17. Но МКС никто пока топить не собирается…
Эффективность использования регенерационных систем подтверждена опытом многолетней эксплуатации, например, орбитальной станции «МИР», на борту которого успешно функционировали такие подсистемы СЖО, как:«СРВ-К» — система регенерации воды из конденсата атмосферной влаги,«СРВ-У» — система регенерации воды из мочи (урины)
,«СПК-У» — система приема и консервации мочи (урины),«Электрон» — система генерирования кислорода на основе процесса электролиза воды,«Воздух» — система удаления диоксида углерода,«БМП» — блок удаления вредных микропримесей и др.
Аналогичные регенерационные системы (за исключением «СРВ-У») успешно функционируют в настоящее время на борту Международной космической станции (МКС).
Куда расходуется вода на МКС (лучшего качества схемы всё равно нет, мои извинения):
В состав системы обеспечения жизнедеятельности (СОЖ) МКС входит подсистема обеспечения газового состава (СОГС). Состав: средства контроля и регулирования атмосферного давления, средства выравнивания давления, аппаратуру разгерметизации и наддува ПхО, газоаналитическую аппаратуру, систему удаления вредных примесей БМП, систему удаления углекислого газа из атмосферы «Воздух», средства очистки атмосферы.
Составной частью СОГС являются средства кислородообеспечения, включающие твердотопливные источники кислорода (ТИК) и систему получения кислорода из воды «Электрон-ВМ». При стартовом запуске на борту СМ имелось всего лишь 120 кг воздуха и два твердотопливных генератора кислорода ТГК.
Кому интересно→ Прямая онлайн трансляция с веб-камеры на МКС.
Для доставки 30 000 литров воды на борт орбитальной станции «МИР» и «МКС» потребовалось бы организовать дополнительно 12 запусков транспортного корабля «Прогресс», величина полезной нагрузки которого составляет 2,5 тонны. Если принять во внимание тот факт, что «Прогрессы» оборудованы баками для питьевой воды типа «Родник» емкостью 420 л, то количество дополнительных запусков транспортного корабля «Прогресс» должно было бы увеличиться в несколько раз.
Расчёт для «Марсианина»:
На МКС цеолитовые поглотители системы «Воздух» захватывают углекислый газ (CO2) и высвобождают его в забортное пространство. Теряемый в составе CO2 кислород восполняется за счет электролиза воды (разложения ее на водород и кислород). Этим на МКС занимается система «Электрон», расходующая 1 кг воды на человека в сутки. Водород сейчас стравливают за борт, но в перспективе он поможет превращать CO2 в ценную воду и выбрасываемый метан (CH4). И конечно, на всякий случай на борту есть кислородные шашки и баллоны.
[
center]
Все тесты
- Тест на темуАнализ стихотворения «Не с теми я, кто бросил землю» А. Ахматовой5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения «Перемена» Б. Пастернака5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения «Стихи о Петербурге» А. Ахматовой5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения «Стихи к Блоку» М. Цветаевой5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения «Клеветникам России» А. Пушкина5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения «Завещание» Н. Заболоцкого5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения «Стихи о Москве» М. Цветаевой5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения «Молитва» М. Цветаевой5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения «И. И. Пущину!» А. Пушкина5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения «День и ночь» Ф. Тютчева5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения «Весна в лесу» Б. Пастернака5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения «Журавли» Р. Гамзатова5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения «Люблю» В. Маяковского5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения «Когда на меня навалилась беда» К. Кулиева5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения «Гамлет» Б. Пастернака5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения «Русь» А. Блока5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения «Ночь» В. Маяковского5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения К. Симонова «Ты помнишь, Алёша, дороги Смоленщины…»5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения Жуковского «Приход весны»5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения Анны Ахматовой «Сероглазый король»5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения «Июль – макушка лета…»5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения «Мелколесье. Степь и дали…» С. Есенина5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения «Не позволяй душе лениться» Н. Заболоцкого5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения «На дне моей жизни» А. Твардовского5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения «Нивы сжаты, рощи голы…» С. Есенина5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения «Бабушкины сказки» С. Есенина5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения «Снежок» Н. Некрасова1 вопрос
- Тест на темуАнализ стихотворения «По вечерам» Н. Рубцова5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения «Вчерашний день, часу в шестом…» Н. Некрасова5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения «Цветы последние милей…» А. Пушкина5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения «Я знаю, никакой моей вины…» А. Твардовского5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения «Я не ищу гармонии в природе»Н. Заболоцкого5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения «Разбуди меня завтра рано» С. Есенина5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения «Снега потемнеют синие» А. Твардовского5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения «Осень» Н. Карамзина5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения «Молитва» А. Ахматовой5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения «Вечер» А. Фета5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения «Не жалею, не зову, не плачу» С. Есенина5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения «Тучи» М. Лермонтова5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения «Книга» Г. Тукая5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения «Необычайное приключение, бывшее с Владимиром Маяковским летом на даче» В. Маяковского5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения «Деревня» А. Пушкина5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения «Летний вечер» А. Блока5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения «Я убит подо Ржевом» А. Твардовского5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения «Элегия» А. Пушкина5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения «Зимнее утро» А. Пушкина5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения «Троица» И. Бунина5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения «Бабушке» М. Цветаевой5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения «О весна без конца и краю» А. Блока5 вопросов
- Тест на темуАнализ стихотворения «Море» В. Жуковского5 вопросов
Особенности конструкции и оборудования
Основная концепция самолета была продумана изначально за счет маркетинговых исследований на рынке авиационной техники на территории нашей страны и за ее пределами. Кроме того, был проведен тщательный анализ парка самолетов, чтобы сделать вывод о том, какая именно машина нужна на данный момент. Вся проделанная работа должна была привести к тому, что данный самолет будет востребован как в нашей стране, так и за границей...
Особенностью самолёта является его конвертируемость, то есть возможность быстрого переоборудования из пассажирского варианта в грузовой и обратно. Наличие грузовой рампы позволяет транспортировать автомобильную технику и стандартные авиационные контейнеры. Взлетно-посадочные характеристики и шасси с пневматиками низкого давленияпозволяют эксплуатировать самолёт на небольших аэродромах, в том числе на грунтовых, ледовых и заснеженных. Крылья самолета разработаны по кессонному типу с одним лонжероном.
За счет продуманной работы конструкторов удалось достичь отличной аэродинамики даже на больших скоростях. Крылья оснащены закрылками, которые поделены на три секции. Большинство деталей крыла машины выполнено из композиционных материалов. В средине кессона крыла размещены топливные баки.
Кроме этого, в крыло вмонтированы опоры шасси, и, что самое главное, на них размещены двигатели турбовентиляторного типа. Все погрузки производятся через хвостовую рампу, даже посадка пассажиров. У самолёта герметичный салон.
Что касается силовой установки, тот тут следует отметить, что первую модель планировалось оснастить двигателем отечественного производства ТВД-1500С Рыбинского КБМ (2х1104 кВт, 2х1500 л.с.) с реверсивными малошумными винтами или двигателей ТВД-20. Диаметр шестилопастных воздушных винтов АВ-36 равен 2,65 м.
Но разработка данного двигателя затянулась на долгое время.Именно по этой причине силовая установка самолета Су-80 состоит из двух двигателей типа СТ7-9В, которые производит иностранная компания.
При взлете эти двигателя выдают мощность в 1750 лошадиных силкаждый. Выбор именно такого двигателя был правильным решением, поскольку он отличается своей надежностью и высокой экономичностью, что немаловажно в наше время. На данный момент двигатели данного типа изготовляются на территории России, на совместном предприятии в Рыбинске.
Данный вид двигателя отвечает всем стандартам качества и приспособлен к работе на отечественном топливе и масле. Силовая установка оснащена системой автоматической подачи топлива и анализа состояния всех топливных устройств.
Все двигатели самолета СУ-80 оснащены винтами, которые имеют по четыре лопасти. Они изготовлены по реверсивному типу, а также предусмотрена система, которая обеспечивает флюгирование при аварийных ситуациях. Система синхрофазирования обеспечивает снижение шумовых явлений при полете на крейсерской скорости…
Оборудование навигации самолетабыло специально разработано для модели Су-80 по специальному заказу на предприятии «Электроавтоматика». Данное оборудование имеет возможность поддерживать связь со спутником, что сильно упрощает работу пилотов.
Кроме стандартных машин типа Су-80, на сегодняшний день изготовители готовы предложить новые модификации данного самолета, которые предназначены для выполнения более конкретных задач. Новыми машинами поколения Су-80 могут быть такие специальные машины, как медицинская, десантная, патрульная (с оборудованием типа «Стриж»), учебная, а также множество других модификаций:
Вперспективе самолёт прорабатывался под различные варианты для разных заказчиков:• изделие Су-80ГП — опытный легкий грузопассажирский самолет• изделие Су-80ГР — геологоразведочный самолет• изделие Су-80М — медицинский самолет• изделие Су-80П — легкий пассажирский самолет• изделие Су-80ПТ — патрульно-транспортный самолет• изделие Су-80Р — рыбопоисковый самолет• изделие Су-80ТД — легкий транспортно-десантный самолет
Была запланирована сертификация по стандартам летной пригодности АП-25. Она не была завершена ввиду фактического завершения программы…
Применение кислорода
Многопрофильная
гимназия № 13 г. Пензы
Доклад
по химии:
«Применение
кислорода»
Выполнила
ученица 9-б класса
Пенза,
2009
Применение
кислорода очень разнообразно.
Основные количества получаемого
из воздуха кислорода используются в
металлургии. Кислородное дутье в домнах
позволяет существенно повышать скорость
доменного процесса, экономить кокс и
получать чугун лучшего качества. Кислородное
дутье применяют в кислородных конвертерах
при переделе чугуна в сталь. Чистый кислород
или воздух, обогащенный кислородом, используется
при получении и многих других металлов
(меди, никеля, свинца и др.).
Горно-добывающая промышленность. Кислород
необходим при аффинаже золота (аффинаж
золота — комплекс технологических мер,
направленных на получение золота
высочайшей чистоты). В настоящее время
основным способом извлечения золота
из руд является цианирование. Оно позволяет
извлекать из золотоносных руд до 95% золота
и поэтому применяется даже при переработке
руд с низким содержанием золота. Процесс
растворения золота, содержащегося в рудах,
очень трудоемкая операция. Оказалось,
что растворение этого металла можно значительно
ускорить, если вместо воздуха использовать
чистый кислород. Золото в цианистых растворах
образует комплексное соединение, которое
далее обрабатывают цинком, и в результате
выделяется золото.
Кислород находит широкое применение
в химической промышленности. На
нужды этой отрасли в нашей стране расходуется
около 30% производимого кислорода. Замена
воздуха на кислород в процессе производства
серной кислоты контактным способом повышает
производительность установки в пять-шесть
раз. Но не только в этом заключается выгода
от применения кислорода вместо воздуха.
Чистый кислород позволяет получить 100-процентный
оксид серы без проведения дополнительных
трудоемких операций, которые необходимы
при использовании воздуха в качестве
окислителя.
В
фармацевтической промышленности также
используется кислород (запайка ампул
с помощью газовых горелок).
Кислород применяется в медицине:
–
в оксибарокамерах;
–
для заправки оксигенераторов (кислородных
масок, подушек и т.д.);
–
для создания дыхательных смесей
и для дыхания чистым кислородом;
–
смеси для наркоза и для
выведения из наркоза;
–
в палатах со специальным микроклиматом;
–
изготовление кислородных коктейлей;
–
создание нейтральной среды при
проведении лапароскопических операций
и при лечении ожоговых больных.
Стекольная промышленность.
Кислород
помогает повысить температуру в
печах и улучшить процесс горения,
уменьшить выбросы окислов азота
и твердых частиц из стекловаренных
печей, тем самым увеличить производительность
производства. При производстве стеклоизделий
кислород подается на газовые горелки,
которые используются для отрезания некондиционной
части изделия, оплавления кромок и огневой
полировки поверхности для оплавления
микродефектов.
Кислород
необходим при производстве электрических
лампочек.
Машиностроение.
Сварка
и резка металла. Одним из самых важных
и востребованных применений кислорода
является его при проведении газопламенных
работ. Кислород позволяет повысить температуру
пламени в горелках, что обеспечивает
повышенное качество и скорость выполнения
работ. Чем выше концентрация кислорода,
тем выше температура пламени.
Кислород
служит и в космосе. Так, в двигателе
второй ступени американской космической
ракеты «Центавр» окислителем служил
жидкий кислород. Кислород широко применяется
и в ракетах для различных высотных исследований.
Жидкий
кислород входит в состав взрывчатых
веществ. Длительное время для различных
взрывных работ применяли аммониты и другие
азотсодержащие взрывчатые вещества.
Их использование представляло определенные
трудности, например сложность и опасность
транспортировки, необходимость строительства
складов. В настоящее время взрывчатые
вещества с жидким кислородом можно изготовить
на месте употребления. Любое пористое
горючее вещество (опилки, торф, сено, солома),
будучи пропитанным жидким кислородом,
становится взрывчатым. Такие вещества
называются оксиликвитами и при необходимости
могут заменить динамит при разработке
рудных месторождений. При взрыве применяют
оксиликвитный патрон — простой длинный
мешочек, наполненный горючим материалом,
в который вставляют электронный запал.
Его заряжают непосредственно перед закладкой
в шпур путем погружения в жидкий кислород.
Шпур — это круглое отверстие, которое
бурят обычно в горных породах и наполняют
взрывчатым веществом. Если взрыва оксиликвитного
патрона в шпуре почему-либо не произойдет,
патрон разряжается сам в результате испарения
из него жидкого кислорода. Действие оксиликвитов
основано на чрезвычайно быстром сгорании
органических веществ в чистом кислороде.
Кратковременный процесс сгорания сопровождается
интенсивным выделением больших количеств
тепла и газов, что обуславливает применение
оксиликвитов в качестве мощных взрывчатых
веществ, обладающих бризантным (дробящим)
действием.
Ежегодное
мировое производство (и потребление)
кислорода измеряется миллионами тонн.
Не считая кислорода, которым мы дышим.
Свойства
Строение внешней электронной оболочки атома К. 2s22p4; в соединениях проявляет степени окисления –2, –1, редко 1, 2; электроотрицательность по Полингу 3,44 (наиболее электроотрицательный элемент после фтора); атомный радиус 60 пм; радиус иона О2– 121 пм (координац. число 2). В газообразном, жидком и твёрдом состояниях К. существует в виде двухатомных молекул О2. Молекулы О2 парамагнитны. Существует также аллотропная модификация К. – озон, состоящая из трёхатомных молекул О3.
В осн. состоянии атом К. имеет чётное число валентных электронов, два из которых не спарены. Поэтому К., не имеющий низкой по энергии вакантной d-орбитали, в большинстве химич. соединений двухвалентен. В зависимости от характера химич. связи и типа кристаллич. структуры соединения координац. число К. может быть разным: 0 (атомарный К.), 1 (напр., О2, СО2), 2 (напр., Н2О, Н2О2), 3 (напр., Н3О ), 4 (напр., оксоацетаты Ве и Zn), 6 (напр., MgO, CdO), 8 (напр., Na2O, Cs2O). За счёт небольшого радиуса атома К. способен образовывать прочные π-связи с др. атомами, напр. с атомами К. (О2, О3), углерода, азота, серы, фосфора. Поэтому для К. одна двойная связь (494 кДж/моль) энергетически более выгодна, чем две простые (146 кДж/моль).
Парамагнетизм молекул О2 объясняется наличием двух неспаренных электронов с параллельными спинами на дважды вырожденных разрыхляющих π*-орбиталях. Поскольку на связывающих орбиталях молекулы находится на четыре электрона больше, чем на разрыхляющих, порядок связи в О2 равен 2, т. е. связь между атомами К. двойная. Если при фотохимич. или химич. воздействии на одной π*-орбитали оказываются два электрона с противоположными спинами, возникает первое возбуждённое состояние, по энергии расположенное на 92 кДж/моль выше основного. Если при возбуждении атома К. два электрона занимают две разные π*-орбитали и имеют противоположные спины, возникает второе возбуждённое состояние, энергия которого на 155 кДж/моль больше, чем основного. Возбуждение сопровождается увеличением межатомных расстояний О–О: от 120,74 пм в осн. состоянии до 121,55 пм для первого и до 122,77 пм для второго возбуждённого состояния, что, в свою очередь, приводит к ослаблению связи О–О и к усилению химич. активности К. Оба возбуждённых состояния молекулы О2 играют важную роль в реакциях окисления в газовой фазе.
К. – газ без цвета, запаха и вкуса; tпл –218,3 °C, tкип –182,9 °C, плотность газообразного К. 1428,97 кг/дм3 (при 0 °C и нормальном давлении). Жидкий К. – бледно-голубая жидкость, твёрдый К. – синее кристаллич. вещество. При 0 °C теплопроводность 24,65·10—3 Вт/(м·К), молярная теплоёмкость при постоянном давлении 29,27 Дж/(моль·К), диэлектрич. проницаемость газообразного К. 1,000547, жидкого 1,491. К. плохо растворим в воде (3,1% К. по объёму при 20 °C), хорошо растворим в некоторых фторорганич. растворителях, напр. перфтордекалине (4500% К. по объёму при 0 °C). Значит. количество К. растворяют благородные металлы: серебро, золото и платина. Растворимость газа в расплавленном серебре (2200% по объёму при 962 °C) резко понижается с уменьшением темп-ры, поэтому при охлаждении на воздухе расплав серебра «закипает» и разбрызгивается вследствие интенсивного выделения растворённого кислорода.
К. обладает высокой реакционной способностью, сильный окислитель: взаимодействует с большинством простых веществ при нормальных условиях, в осн. с образованием соответствующих оксидов (мн. реакции, протекающие медленно при комнатной и более низких темп-рах, при нагревании сопровождаются взрывом и выделением большого количества теплоты). К. взаимодействует при нормальных условиях с водородом (образуется вода Н2О; смеси К. с водородом взрывоопасны – см. Гремучий газ), при нагревании – с серой (серы диоксид SO2 и серы триоксид SO3), углеродом (углерода оксид СО, углерода диоксид СО2), фосфором (фосфора оксиды), мн. металлами (оксиды металлов), особенно легко со щелочными и щёлочноземельными (в осн. пероксиды и надпероксиды металлов, напр. пероксид бария BaO2, надпероксид калия KO2). С азотом К. взаимодействует при темп-ре выше 1200 °C или при воздействии электрич. разряда (образуется монооксид азота NO). Соединения К. с ксеноном, криптоном, галогенами, золотом и платиной получают косвенным путём. К. не образует химич. соединений с гелием, неоном и аргоном. Жидкий К. также является сильным окислителем: пропитанная им вата при поджигании мгновенно сгорает, некоторые летучие органич. вещества способны самовоспламеняться, когда находятся на расстоянии нескольких метров от открытого сосуда с жидким кислородом.
К. образует три ионные формы, каждая из которых определяет свойства отд. класса химич. соединений: $ce{O2^-}$– супероксидов (формальная степень окисления атома К. –0,5), $ce{O2^2^-}$ – пероксидных соединений (степень окисления атома К. –1, напр. водорода пероксид Н2О2), О2– – оксидов (степень окисления атома К. –2). Положительные степени окисления 1 и 2 К. проявляет во фторидах O2F2 и ОF2 соответственно. Фториды К. неустойчивы, являются сильными окислителями и фторирующими реагентами.
Молекулярный К. является слабым лигандом и присоединяется к некоторым комплексам Fe, Co, Mn, Cu. Среди таких комплексов наиболее важен железопорфирин, входящий в состав гемоглобина – белка, который осуществляет перенос К. в организме теплокровных.