- “а какой он?” (физические свойства кислорода)
- “мы сами получим кислород” (способы и методы получения) (слайд 13)
- “о кислороде одной строкой” (интересный кислород)
- “он везде и всюду” (кислород в природе)
- “он дружит со всеми” (химические свойства кислорода)
- “чего мы ещё не знаем о кислороде?” (неизвестный кислород)
- Биологическая роль
- В год одно дерево может вырабатывать до 125 кг. кислорода.
- Валентность
- Горение
- Историческая справка
- Кислород получил признание в медицине и косметологии.
- Магнетизм
- Молекулярная масса
- Официально первооткрывателем кислорода считается британский естествоиспытатель джозев пристли, который летом 1774 г. провел эксперимент, разложив оксид ртути.
- Первые упоминания об этом уникальном веществе встречаются еще в рукописях 8-го века китайского алхимика мао хоа.
- Получение
- Почти в 2/3 тела человека располагается кислород.
- Привычное для всех слово «кислород» имеет довольно любопытное происхождение.
- Применение
- Проводимость
- Распространённость в природе.
- Рыбам не требуется большого количества кислорода.
- Сведения о неизвестном кислороде (примеры)
- Свойства
- Северное сияние
- Твердая и жидкая форма
- Тело человека
- Урок 1. элемент земли – кислород
- Урок 2. создание “журнала неорганической химии”, его английской версии “russian journal of inorganic chemistry” и написание статьи “знакомый и незнакомый кислород”
- Чистый газ
“а какой он?” (физические свойства кислорода)
Исследователи этой группы рассказывают о
физических свойствах кислорода (слайд 11).
Конечно вы его не видите. Ведь кислород – это
бесцветный газ, который не имеет запаха и вкуса.
Кроме того, кислород плохо растворяется в воде:
при 0?С в 100 объёмах воды растворяется 5 объёмов
кислорода, а при 20?С в 1 литре воды растворяется 31
мл кислорода.
Он немного тяжелее воздуха. Его
плотность при нормальных условиях равна 1,43г/л. А
если условия изменить, то кислород может
превратиться в бледно-синюю жидкость и даже
стать твёрдыми синими кристаллами. Но твердый
кислород крайне неустойчив, поэтому он не нашел
никакого практического применения.
А вот жидкий кислород обладает парамагнитными
свойствами, он может втягиваться в магнитное
поле.
Корреспонденты: Не могли бы вы
рассказать о парамагнитных свойствах кислорода
подробнее?
Исследователи: Мы покажем вам видео.
Смотрим! (слайд 12).
(учащиеся в тетрадях делают краткие записи).
Корреспондент 1: Интересно получается!
Газ невидимый, без запаха и цвета, в воде плохо
растворяется. А как же его получают? Какие методы
используют?
“мы сами получим кислород” (способы и методы
получения) (слайд 13)
Исследователи: Вся масса свободного
кислорода Земли возникла и сохраняется
благодаря жизнедеятельности зеленых растений
суши и Мирового океана, выделяющих кислород в
процессе фотосинтеза. За счёт фотосинтеза
кислород появляется в атмосфере.
Если кислород
составляет 47% литосферы, то логично предположить,
что можно использовать различные вещества,
находящиеся в земной коре, чтобы его получить.
Например, различные селитры – натриевая,
калиевая. Можно использовать другие вещества,
которые легко разлагаются при нагревании,
например, перекись водорода, перманганат калия (слайд
14).
Корреспондент 2: А много ли так можно
получить кислорода?
Исследователи: Из легко разлагающихся
веществ кислорода получается немного. В
промышленности источниками кислорода являются
воздух и вода.
Корреспонденты: Да, конечно, вы же
говорили, что гидросфера содержит кислорода 85,82%
по массе и в воздухе его 23,15%.
Исследователи: Предлагаем вам
посмотреть, как мы сейчас сами получим кислород.
Первый исследователь проделывает опыт
разложения перекиси водорода при нагревании;
второй — объясняет данный опыт; третий — пишет
уравнение реакции на доске, а учащиеся в
тетрадях. Для получения кислорода в лаборатории
используют два метода: вытеснения воды и
вытеснения воздуха.
Энергетически проще всего получить кислород из
воздуха, поскольку воздух – не соединение, и
разделить воздух не так уж трудно. Температуры
кипения азота и кислорода отличаются (при
атмосферном давлении) на 12,8°C., следовательно,
жидкий воздух можно разделить на компоненты в
ректификационных колоннах так же, как делят,
например, нефть.
Но чтобы превратить воздух в жидкость, его
нужно охладить до минус 196°C. Можно сказать, что
проблема получения кислорода – это проблема
получения холода.
Чтобы получать холод с помощью обыкновенного
воздуха, последний нужно сжать, а затем дать ему
расшириться и при этом заставить его производить
механическую работу. Тогда в соответствии с
законами физики воздух обязан охлаждаться.
Машины, в которых это происходит, называют
детандерами.
Современные установки для
разделения воздуха, в которых холод получают с
помощью турбодетандеров, дают промышленности,
прежде всего металлургии и химии, сотни тысяч
кубометров газообразного кислорода. Они
работают не только у нас, но и во всем мире (слайд
16).
Корреспондент 1. О, это очень
интересно. Спасибо!
Корреспондент 2. Да, мы много
узнали о кислороде. Совершенно необычное
вещество этот кислород. Скажите, для чего здесь
лучинка, свечка, красивая серебристая лента и ещё
много всего непонятного?
“о кислороде одной строкой” (интересный
кислород)
- Вся зелень планеты за один только год образует
приблизительно 3 триллиона тонн кислорода. - В год одно дерево может вырабатывать до 125 кг.
кислорода. - Содержание кислорода в атмосфере составляет в
городах-мегаполисах 18%. - Несколько миллионов лет назад концентрация
была почти в 2 раза выше – 37 — 40%. - Количество кислорода в воздухе ниже 8% считается
угрозой для жизни. - Рыбам не требуется большого количества
кислорода. - А вот карпу нужна кислородная концентрация
минимум 4 мг/л. - Кислород поступает в органы через кровеносную
систему. - Основной переносчик кислорода в организме –
гемоглобин, который находится в эритроцитах. - А вот роговицы глаз получают кислород
непосредственно из воздуха. - Северное сияние можно наблюдать благодаря
кислороду. - В небольших количествах кислород можно
получить из оксидов золота Au2O3 и Au2O.
Корреспонденты. Да действительно,
вездесущий и всемогущий кислород везде и всюду!
Теперь мы действительно узнали о кислороде всё!
Исследователи.Нет, уважаемые
корреспонденты, вы ещё не всё узнали. Кислород
нам открывает новые неизвестные страницы о себе.
“он везде и всюду” (кислород в природе)
Исследователи данной группы рассказывают о
нахождении кислорода в природе (слайд 10).
“он дружит со всеми” (химические свойства
кислорода)
Исследователи.
Кислород активный очень, компанию любит,
с простыми и сложными веществами дружит,
своим присутствием радует всех,
хотите на это посмотреть?
Корреспонденты: Конечно хотим!
Покажите, пожалуйста, интересные опыты и
расскажите о дружбе кислорода с другими
веществами.
Исследователи данной группы рассказывают о
химических свойствах кислорода и демонстрируют
опыты. (Можно показать видео опыты слайды 17, 18, 19,
20).
- Опыт 1: Горение магния: 2Mg O2 = 2MgO (в
вытяжном шкафу) - Опыт 2: Горение угля: С О2— > СО2
- Опыт 3: Горение свечи: парафин О2
—> СО2 Н2О (парафин имеет формулу С18Н38)
(исследователь на доске, а учащиеся в тетрадях
пишут уравнения реакций).
Корреспонденты. Уважаемые
исследователи, знаете ли вы, почему горит вечный
огонь?
Исследователи.Потому что
происходит горение метана в кислороде. Метан –
это сложное вещество. При горении сложных
веществ всегда образуются оксиды тех элементов,
из которых состоит сложное вещество.
СН4 2О2 = СО2 2Н2О
Исследователи. Реакции с участием
кислорода называют реакциями горения. Они всегда
сопровождаются выделением теплоты. Однако в
природе происходит ещё один процесс, в котором
тоже участвует кислород. Его называют медленное
окисление.
Процессы медленного окисления мы
наблюдаем при дыхании аэробных существ, т. е.
дышащих кислородом организмов, при окислении
органических удобрений (торф, навоз), это
процессы гниения, а также прогоркание сливочного
масла, ржавление чугуна, стали. Они также
сопровождаются выделением теплоты.
Корреспондент 1. Однако о кислороде
можно сказать – “кислород всемогущий”.
Исследователи. Да именно так! Ведь
кислород поддерживает и горение, и дыхание!
Корреспондент 2.Я уже так много
узнал о кислороде, что у меня в голове сложилась о
нём фраза: “Кислород — это вещество, вокруг
которого вращается земная химия”, которая
станет эпиграфом к нашей статье.
Исследователи. Совершенно верно!
Кислород везде и всюду.
Он нужен всем, всем, всем.
Без него нет жизни, это знают все! (слайд 21)
“Кислород нужен всем” (применение кислорода)
Исследователи данной группы рассказывают о
применении кислорода (слайд 22).
Широкое промышленное применение кислорода
началось в середине XX века, после изобретения
турбодетандеров — устройств для сжижения и
разделения жидкого воздуха.
Кислород используют:
- в металлургии
- для производства стали конвертерным способом.
- во многих металлургических агрегатах для более
эффективного сжигания топлива вместо - воздуха в горелках используют
кислородно-воздушную смесь. Обогащение воздуха
кислородом делает эффективнее, быстрее,
экономичнее многие технологические процессы,
основа которых – процесс окисления. Эти процессы
являются основой тепловой энергетики. - превращение чугуна в сталь тоже невозможно без
кислорода. Именно кислород “изымает” - из чугуна избыток углерода. Одновременно
улучшается и качество стали. - нужен кислород и в цветной металлургии.
- кислород в баллонах широко используется для
газопламенной резки и сварки металлов
Кстати, ацетилен все в больших масштабах
получают именно с помощью кислорода, в процессах
термоокислительного крекинга:
6СН4 4O2 = С2Н2 8Н2
ЗСО СO2 ЗН2O.
- как ракетное топливо
- в качестве окислителя для ракетного топлива
применяется жидкий кислород, а также другие
богатые кислородом соединения.
Смесь жидкого кислорода и жидкого озона — один
из самых мощных окислителей ракетного топлива.
При сжигании водорода в токе кислорода
образуется весьма обыкновенное вещество – Н2O.
Конечно, ради получения этого вещества не
следовало бы заниматься сжиганием водорода
(который, кстати, часто именно из воды получают).
Почти семьдесят больших калорий на один моль
воды! Так можно получить не только, “море воды”,
но и “море энергии”. Для этого и получают воду в
реактивных двигателях, работающих на водороде и
кислороде.
- в химической промышленности
- как реактив-окислитель в многочисленных
синтезах, например, – окисления углеводородов - в кислородсодержащие соединения, окисления
аммиака в оксиды азота в производстве азотной
кислоты. Кислород нужен для производства многих
других веществ, для газификации углей, нефти,
мазута…
Любое пористое горючее вещество, например,
опилки, будучи пропитанными голубоватой
холодной жидкостью — жидким кислородом,
становится взрывчатым веществом. Такие вещества
называются оксиликвитами и в случае
необходимости могут заменить динамит при
разработке рудных месторождений.
в медицине
- кислород используется для обогащения
дыхательных газовых смесей при нарушении
дыхания. - для лечения астмы.
- декомпрессионной болезни.
- профилактики гипоксии в виде кислородных
коктейлей, кислородных подушек. - подкожное введение кислорода является
эффективным средством лечения таких тяжелых
заболеваний, как гангрена, тромбофлебит,
слоновость, трофические язвы.
в пищевой промышленности
- кислород зарегистрирован в качестве пищевой
добавки E948. - как пропеллент.
- упаковочный газ.
в сельском хозяйстве
- для прибавки в весе у животных.
- для обогащения кислородом водной среды в
рыбоводстве.
Ежегодное мировое производство (и потребление)
кислорода измеряется миллионами тонн. Не считая
кислорода, которым мы дышим.
Корреспонденты. Очень важная и нужная
информация!
Корреспонденты подходят к столу “Источник
знаний”.
Корреспонденты: О, смотрите! Какая
интересная брошюра – “О кислороде одной
строкой”! Что это? (слайд 23).
Исследователи. Это интересные факты о
кислороде. Почитайте!
“чего мы ещё не знаем о кислороде?”
(неизвестный кислород)
Исследователи.Мы исследуем
кислород с совершенно неизвестной стороны. В
старых научных журналах, а также на просторах
Интернета мы нашли интересные сведения о
кислороде и хотим, чтобы об этом узнали все (слайд
24).
Исследователи сообщают интересные
сведения о кислороде:
- Кислородные инъекции в почву.
- И всё же на Марсе есть кислород.
- Всё дело в кислороде.
- Самая богатая.
- Кислород был во Вселенной с момента её
появления. - Кислород появился 2,5 млрд лет назад.
- Кислород появился благодаря мхам.
- Кислород в атмосфере Земли появился на 800 млн
лет раньше, чем считалось ранее. - Жидкий кислород в недрах Земли.
- Добавьте чуть-чуть кислорода.
Корреспонденты. Что ж, статья
получится очень интересной. Мы идём в редакцию,
писать и публиковать эту статью.
Учитель: Наша химическая лаборатория
превращается в редакцию журнала “Журнала
неорганической химии”, его английской версии
“Russian journal of inorganic Chemistry”.
В редакции кипит работа: работают
корреспонденты, редакторы, корректоры, художники
– оформители. В работе принимает участие главный
редактор (учитель).
Подготовленный материал помещается на
страницы журнала (большая раскладка из картона).
Можно сделать электронную версию журнала,
используя программу создания документов Microsoft
Publisher, программу создания электронного журнала
FlippigBook Publisher Professional.
Главный редактор (учитель). Я выношу
всем исследователям, учёным, сотрудникам
редакции большую благодарность (все
оцениваются).
Предлагаю вам домашнее задание: найдите
интересные сведения о кислороде, чтобы пополнить
страницу “Чего мы не знаем о кислороде”.
Биологическая роль
К. как в свободном виде, так и в составе разл. веществ (напр., ферментов оксидаз и оксидоредуктаз) принимает участие во всех окислит. процессах, протекающих в живых организмах. В результате выделяется большое количество энергии, расходуемой в процессе жизнедеятельности.
В год одно дерево может вырабатывать до 125 кг. кислорода.
Этого вполне достаточно, чтобы обеспечить свежим воздухом 2-х человек.
Если наша планета лишится кислорода хотя бы на несколько секунд, то произойдет множество страшных явлений:
- дневное небо сразу потемнеет;
- земная кора начнет лопаться;
- вода превратится в пар (водород попросту станет газообразным);
- бетонные сооружения превратятся в руины.
А все потому, что кислород — важная составляющая всего перечисленного.
А вот если концентрация кислорода в воздухе увеличится в разы, то все аэробные организмы, в том числе и человек, погибнут от гипервентиляции, деревья продолжат гореть, даже если будет дождь.
По мнению ученых, повышенное содержание кислорода в атмосфере способствовало в свое время (300 миллионов лет назад) увеличению в размерах земноводных и насекомых
Валентность
В природе этот газ чаще всего встречается в двухвалентной молекуле O2 и трехвалентной молекуле O3 (озон). Синглетный кислород встречается в верхних слоях атмосферы, однако его атомы быстро формируют химические связи с другими элементами.
Горение
Процесс возгорания и горения невозможен без кислорода, однако этот газ не горит сам по себе.
Историческая справка
К. получили в 1774 независимо К. Шееле (путём прокаливания нитратов калия KNO3 и натрия NaNO3, диоксида марганца MnO2 и др. веществ) и Дж. Пристли (при нагревании тетраоксида свинца Pb3О4 и оксида ртути HgО). Позднее, когда было установлено, что К. входит в состав кислот, А. Лавуазье предложил назв. oxygène (от греч. ὀχύς – кислый и γεννάω – рождаю, отсюда и рус. назв. «К.»).
Кислород получил признание в медицине и косметологии.
С ним оказывают помощь больным сердечно-сосудистыми заболеваниями, гипоксией различного происхождения, бронхиальной астмой, при шоке и удушье. Также для укрепления иммунной системы и профилактики многих недугов могут применяться кислородные коктейли.
Косметическая направленность этого вещества заключается в омолаживающем эффекте, улучшении состояния кожи, повышении ее эластичности и тонуса. Достигается результат разными способами, к примеру, с использованием кремов, масок, обогащенных кислородом, мезотерапией на основе того же элемента.
Другие интересные факты о кислороде можно найти на просторах сети Интернет.
Магнетизм
Кислород является парамагнетиком, то есть он отвечает на воздействие магнитного поля (притягивается магнитом только при наличии сильного магнитного поля), обладает положительной магнитной восприимчивостью, однако очень слабой.
Молекулярная масса
До 1961 года масса атома кислорода являлась стандартом для атомной массы других элементов. После того как наука расширила свое понимание изотопов, в качестве стандарта атомной массы на место кислорода встал углерод.
Официально первооткрывателем кислорода считается британский естествоиспытатель джозев пристли, который летом 1774 г. провел эксперимент, разложив оксид ртути.
Но тремя годами ранее шведскому ученому К. Шееле удалось выделить кислород путем разложения оксида азота. О своей научной находке он всецело поведал свету, изложив всю информацию в книге. Однако бумажное издание было выпущено слишком поздно — лишь в 1777 г., и Шееле не был присвоен статус первенства открытия.
Также велика заслуга в исследовании кислорода и таких деятелей, как Пьера Байена, назвавшего элемент «упругим флюидом» и определившего некоторые его свойства, и А. Лавуазье, который пояснил функцию кислорода в процессе горения и дыхания.
Первые упоминания об этом уникальном веществе встречаются еще в рукописях 8-го века китайского алхимика мао хоа.
Также установлен факт, что в свое время Л. да Винчи изучал химию кислорода, не подозревая тогда, что он является элементом.
Получение
В пром. масштабах К. производят путём сжижения и фракционной перегонки воздуха (см. в ст. Воздуха разделение), а также электролизом воды. В лабораторных условиях К. получают разложением при нагревании пероксида водорода (2Н2О2= 2Н2О О2), оксидов металлов (напр., оксида ртути: 2HgO=2Hg O2), солей кислородсодержащих кислот-окислителей (напр., хлората калия: 2KClO3=2KCl 3O2, перманганата калия: 2KMnO4=K2MnO4 MnO2 O2), электролизом водного раствора NaOH. Газообразный К. хранят и транспортируют в стальных баллонах, окрашенных в голубой цвет, при давлении 15 и 42 МПа, жидкий К. – в металлич. сосудах Дьюара или в спец. цистернах-танках.
Почти в 2/3 тела человека располагается кислород.
Он «подается» в органы через кровеносную систему. Однако роговицы глаз — та единственная часть, которая получает элемент непосредственно из воздуха.
Привычное для всех слово «кислород» имеет довольно любопытное происхождение.
Дело в том, что данное слово является заимствованным из французской терминологии, а точнее берет свое начало от первичного (ошибочного) представления о том, что кислород находится во всех кислотах. В связи с этим выдающийся химик Франции А. Л. Лавуазье предложил термин «оксиген» (на франц. oxygene), который, в свою очередь, происходит от древнегреческого слова «oxygenium» и означает «рождающий кислоту» (oxys — кислый, genos -рождение). В русском языке элемент первоначально именовался «кислотвором», позднее образовалось и «прижилось» слово «кислород».
Применение
Технич. К. используют как окислитель в металлургии (см., напр., Кислородно-конвертерный процесс), при газопламенной обработке металлов (см., напр., Кислородная резка), в химич. пром-сти при получении искусств. жидкого топлива, смазочных масел, азотной и серной кислот, метанола, аммиака и аммиачных удобрений, пероксидов металлов и др. Чистый К. используют в кислородно-дыхательных аппаратах на космич. кораблях, подводных лодках, при подъёме на большие высоты, проведении подводных работ, в лечебных целях в медицине (см. в ст. Оксигенотерапия). Жидкий К. применяют как окислитель ракетных топлив, при взрывных работах. Водные эмульсии растворов газообразного К. в некоторых фторорганич. растворителях предложено использовать в качестве искусств. кровезаменителей (напр., перфторан).
Проводимость
Кислород — неметаллический элемент. У него низкая термальная и электрическая проводимость, однако высокая ионизация. Этот газ в чистом виде плохо проводит электричество, однако очень быстро формирует химические связи с другими элементами.
Распространённость в природе.
К. – самый распространённый химич. элемент на Земле: содержание химически связанного К. в гидросфере составляет 85,82% (гл. обр. в виде воды), в земной коре – 49% по массе. Известно более 1400 минералов, в состав которых входит К. Среди них преобладают минералы, образованные солями кислородсодержащих кислот (важнейшие классы – карбонаты природные, силикаты природные, сульфаты природные, фосфаты природные), и горные породы на их основе (напр., известняк, мрамор), а также разл. оксиды природные, гидроксиды природные и горные породы (напр., базальт). Молекулярный К. составляет 20,95% по объёму (23,10% по массе) земной атмосферы. К. атмосферы имеет биологич. происхождение и образуется в зелёных растениях, содержащих хлорофилл, из воды и диоксида углерода при фотосинтезе. Количество К., выделяемое растениями, компенсирует количество К., расходуемое в процессах гниения, горения, дыхания. К. – биогенный элемент – входит в состав важнейших классов природных органич. соединений (белков, жиров, нуклеиновых кислот, углеводов и др.) и в состав неорганич. соединений скелета.
Рыбам не требуется большого количества кислорода.
Но мало кто знает, что и среди них есть привереды, например, карп. Ему нужна кислородная концентрация минимум 4 мг/л. Карась же, наоборот, считается наименее придирчивым, поэтому он хорошо приживается даже в заросших и заиленных водоемах.
Сведения о неизвестном кислороде (примеры)
“Кислородные инъекции в почву”
Из подземных газопроводов постоянно
просачивается газ. И хотя утечка невелика, газ
может постепенно накапливаться в почве, вызывая
медленную гибель деревьев и кустарников,
высаженных на улицах.
В Роттердаме, как сообщает журнал “Science Journal”
(1970 № 12), с гибелью зелени борются так. Обычным
компрессором нагнетают сжатый воздух в почву
вокруг дерева. Воздух оттесняет газ, который там
накопился, от корней, а также препятствует
накоплению новых порций его. Чтобы гибнущие
деревья ожили, достаточно несколько таких
порций.
“Химия и жизнь” 1971 № 8, стр. 52.
“И всё же на Марсе есть кислород”
Хотя, конечно, его там очень мало. Речь идёт не о
связанном кислороде, а о молекулярном, том самом,
формула которого О2.
Его обнаружил на Марсе Э. Барнер из Техасского
университета по характерной спектральной линии.
Учёный предположил, что источниками
молекулярного кислорода могут быть угарный газ и
пары воды.
“Химия и жизнь” 1973 № 7 стр. 75.
“Всё дело в кислороде”
В подводных зарослях обычно проживает
множество мелких морских рачков и моллюсков.
Объясняли это по – разному: по мнению одних
биологов, животные в “водорослевых джунглях”
ищут спасения от хищников, по мнению других,
причина такого “симбиоза” скрыта в листьях
растений, которые днем выделяют кислород.
Недавно это решили проверить экспериментально
в подводной лаборатории у Виргинских островов.
Там, сменяя друг друга через несколько недель,
работали акванавты – биологи. На дне моря они
соорудили собственные “джунгли” — площадку,
покрытую искусственной травой и другой
имитацией обычной в этих местах подводной
растительности.
В искусственных “джунглях”
ракообразные и моллюски не появлялись…. Правда,
рыбья молодь поспешно заселила район
“новостройки”, по – видимому, не отличая её от
морской травы. Но моллюски и ракообразные
оказались разборчивее: им, кроме укрытия, нужен
кислород.
“Химия и жизнь” 1971 № 5 стр. 69.
“Самая богатая”
Из всех известных науке соединений, перекись
водорода — самое богатое кислородом. На долю
кислорода приходится почти 95 % её веса. Для науки
и практики очень важно, что при разложении Н2О2
первоначально выделяется атомарный кислород,
который обладает значительно большей химической
активностью, чем окружающий нас кислород
воздуха. Подсчитано, что 2 кг перекиси водорода
достаточно, чтобы обеспечить суточную норму воды
и кислорода одному космонавту.
“Химия и жизнь” 1972 № 1 стр. 48.
“Кислород был во Вселенной с момента ее
появления”
Ученые-физики из Японии сообщили, что им
удалось выяснить, что кислород был во Вселенной
почти с момента ее появления: к такому выводу они
пришли, наблюдая за одной из древнейших галактик.
“Эта галактика содержит в себе примерно
десятую долю кислорода, который содержится в
нашем Солнце” — заявил один из ученых Наоки
Йосида.
Он вместе с коллегами наблюдал за галактиками,
которые существовали в один из первых периодов
жизни Вселенной.
Отметим, что это весьма далекие галактики, а
наблюдать за ними можно только с помощью
мощнейших телескопов.
Так и была найдена галактика SXDF-NB1006-2, в которой
относительно немного кислорода, но его
присутствие говорит о том, что достаточное
количество атомов этого элемента успело
сформироваться в результате взрывов первых
сверхновых и в ходе термоядерных реакций в
недрах звезд.
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.
Северное сияние
Молекулы кислорода, находящиеся в движении, в ответе за яркие красные, желтые и зеленые цвета полярного сияния.
Твердая и жидкая форма
В твердой и жидкой форме кислород отличается голубоватым цветом. Под влиянием пониженных температур и повышенного давления голубые кристаллы кислорода меняют цвет на оранжевый, красный, черный и серый.
Тело человека
Практически две трети массы человека составляет кислород. Это делает его самым изобильным элементом в организме. Большая часть кислорода в нашем организме является частью молекулы воды. Несмотря на то что молекул водорода в нашем теле почти в два раза больше, они значительно легче. Однако по массе во Вселенной водород значительно превышает кислород.
Урок 1. элемент земли – кислород
Презентация 1
На земле и под землею
нужен кислород.
Фазиль Искандер (слайд 3)
Цель урока: Сформировать целостное
представление учащихся о кислороде.
Задачи урока:
- “Необходимо вспомнить всё кислороде:
- какие свойства присущи ему,
- кто и когда его получил, а также
- как можно его получить сейчас,
- почему он нужен всем,
- и какова его роль для нас”.
- Научить школьников устанавливать соответствие
между свойствами кислорода и областями его
применения и выявлять различие между кислородом
– элементом и кислородом – простым веществом. - Формировать и развивать и экологическое
мышление, умение применять его в жизни.
(слайд 4).
Тип урока. Обобщение и систематизация
знаний.
Вид урока.Урок-конференция.
Средства обучения:
Урок 2. создание “журнала неорганической
химии”, его английской версии “russian journal of inorganic
chemistry” и написание статьи “знакомый и
незнакомый кислород”
См. Презентацию 2 на английском
языке
См. перевод урока 2 на английский
язык
Известный и неизвестный кислород (на английском
языке)
Если вода – это жизнь,
то кислород – дыхание жизни!
Денисова О. И. (слайд 2)
Цель урока: Сформировать целостное
представление учащихся о кислороде.
Задачи урока:
- Углубить знания учащихся о свойствах кислорода,
областях его применения, способах получения.
Закрепить умения учащихся устанавливать
соответствие между свойствами и применением
кислорода. - Развивать познавательный интерес к предмету, а
также развивать логическое мышление,
монологическую и диалогическую речь. Развивать
умения выражать свои мысли, а также поддерживать
и вести беседу на английском языке. Развивать
умение обобщать и систематизировать материал. - Воспитывать творческие способности, а также
эстетический взгляд на окружающий мир.
Продолжать формирование экологического
мышления и применения его в жизни (слайд 3).
Тип урока. Обобщение и
систематизация знаний.
Вид урока. Урок творчества на
английском языке (45′).
Подготовка к уроку: К данному уроку
учащиеся начинают готовиться примерно за месяц
до его проведения: читают дополнительную
литературу, делают домашние заготовки; сами
распределяют роли, а именно: выбирают учёных,
исследователей, художников – оформителей,
корректоров, распределяются в группы.
Средства обучения:
Чистый газ
Чистый кислород без примесей не имеет ни цвета, ни вкуса, ни запаха. Однако чистый кислород редко существует в природе без примесей.