- Активный кислород: друг или враг, или о пользе и вреде антиоксидантов
- Все тесты
- Гост 5583-78 (исо 2046-73) кислород газообразный технический и медицинский. технические условия (с изменениями n 1, 2, 3, 4) от 26 мая 1978 —
- История открытия
- Онлайн урок: кислород по предмету химия 8 класс |
- Получение
- Примечания
- Ракетное топливо
- Свойства и молекулярная структура
- Свойства и применение кислорода
- Физические свойства
Активный кислород: друг или враг, или о пользе и вреде антиоксидантов
Статья на конкурс «био/мол/текст»: Долгое время активные формы кислорода считались вредными побочными продуктами обмена веществ. За последнее десятилетие, однако, учёные показали, что живые организмы не только могут использовать активный кислород в своих целях, но и целенаправленно его вырабатывают. Возникает вопрос: нужно ли бороться с активными формами кислорода с помощью антиоксидантов?
Вот уже много лет производители продуктов питания и косметики твердят о пользе для нашего здоровья антиоксидантов. В связи с этим в головах людей прочно укрепляется точка зрения, что эти чудодейственные вещества являются своего рода панацеей от многих болезней и даже предотвращают процесс старения. Однако недавние исследования показывают, что всё не так однозначно, как считалось ранее.
Со времён изобретения сине-зелёными бактериями кислородного фотосинтеза [1] мы живём в чрезвычайно агрессивной окислительной среде. Правда, сам по себе кислород не очень страшен для нас, живых организмов, поскольку, чтобы пошла реакция окисления, необходимо преодолеть высокий энергетический барьер (или, говоря другими словами, нас нужно было бы поджечь). Однако иногда в процессах неполного окисления кислород превращается в так называемые активные формы (АФК), и тогда эти молекулы становится поистине страшным окислителем, взаимодействуя с любой органикой, встретившейся на пути: белками, жирами, углеводами, нуклеиновыми кислотами… И в наших клетках ежесекундно вырабатываются тысячи таких молекул — как побочные продукты дыхания, реакций синтеза и распада биомолекул.
К счастью, в нашем организме предусмотрены системы защиты от нежелательного окисления. Существуют специальные ферменты, занимающиеся нейтрализацией активных форм кислорода и их восстановлением до воды. Окислительные повреждения белков и ДНК, которые ещё можно обратить, восстанавливаются специальными ферментами репарации, а молекулы, подвергнувшиеся необратимым изменениям, уничтожаются. Таким образом, наш организм наделён природными антиоксидантами и способен сам постоять за себя.
Но иногда антиоксидантные системы организма дают сбой, и тогда активные формы кислорода могут причинить ощутимый урон. Опасность заключается ещё и в том, что процесс накопления окислительных повреждений обладает положительной обратной связью: повреждения молекул, отвечающих за регуляцию выработки и деградации АФК, порождают ещё большее увеличение содержания АФК в клетке. Так, известно, что при старении, травмах и некоторых заболеваниях (например, болезнях Альцгеймера и Паркинсона) повышается уровень окислительных повреждений в мозге [2], [3].
В свете сказанного понятно, почему врачи и фармацевты возлагают большие надежды на использование природных и синтетических антиоксидантов для лечения (или хотя бы облегчения протекания) болезней, сопровождающихся окислительными повреждениями тканей. И действительно, исследования на модельных животных показали, что использование антиоксидантов способствует смягчению симптомов некоторых заболеваний и даже может увеличивать среднюю продолжительность жизни. Так, в лаборатории академика В.П. Скулачёва были получены искусственные антиоксиданты, широко известные под названием «ионы Скулачёва» и способные встраиваться в мембраны митохондрий — одного из основных источников активных форм кислорода в клетке. С помощью этих антиоксидантов удалось обратить вспять некоторые вызванные старением нарушения у лабораторных животных [4].
И всё же, за последний десяток лет отношение учёных к активным формам кислорода кардинально изменилось. Всё началось с открытия в клетках иммунной системы фермента NADPH-оксидазы, единственная функция которого — осуществлять продукцию активных форм кислорода для борьбы с патогенными организмами. С его помощью макрофаги «поливают» нежелательных гостей токсичными молекулами супероксида, пероксида водорода, гипохлорита и др. в ходе так называемого «окислительного взрыва». Каково же было удивление учёных, когда этот фермент и ещё целых шесть его «родственников» (изоформ) были обнаружены практически во всех тканях организма!
Сейчас известно, что активные формы кислорода участвуют в регуляции многих процессов в клетке, влияя на скорость деления клеток и дифференцировку, а также на другие клеточные функции. Некоторая ирония заключается в том, что развитию «полезных» функций АФК способствовали свойства, следующие из его токсичности — высокая способность взаимодействовать с биомолекулами и наличие систем для его быстрого разрушения в клетке. Иными словами, активный кислород можно использовать как сигнальный маяк, быстро включая или выключая по необходимости. Таким образом, наш организм научился извлекать выгоду даже из такого, казалось бы, «вредного» побочного продукта, как активные формы кислорода.
Как же осуществляется такая регуляция? Для слаженной работы нашего организма клеткам необходимо обмениваться между собой информацией посредством гормонов, факторов роста и других специальных молекул. Эти вещества узнаются и связываются белками-рецепторами, о чём последние извещают клетку с помощью целого каскада ферментативных реакций. Особую роль в этих процессах играет осуществляемая специальными ферментами — киназами [5], [6] — реакция фосфорилирования белков. Она заключается в том, что к некоторым аминокислотным остаткам белка — тирозину и серину — присоединяется фосфатная группа, что приводит к его активации или, наоборот, подавлению активности. Этому процессу противостоит реакция дефосфорилирования, осуществляемая ферментами-фосфатазами и вызывающая в точности обратное действие. Баланс этих двух реакций и определяет уровень активности регулируемого белка в клетке. Например, инсулин — гормон, отвечающий за регуляцию потребления глюкозы клетками, — связывается с инсулиновыми рецепторами, находящимися на поверхности практически всех клеток организма, что приводит к появлению тирозинкиназной активности рецептора. Это запускает цепочку ферментативных процессов, в результате которых на мембране клеток увеличивается число белков-переносчиков глюкозы, и потребление клеткой глюкозы увеличивается [7].
Оказалось, что активные формы кислорода способны обратимо окислять остатки цистеина в каталитических участках некоторых фосфатаз и подавлять их активность. Это приводит к смещению уровня фосфорилированности регулируемых ими белков, что, конечно, влияет на передаваемый клетке сигнал. Так, выделение активных форм кислорода было зафиксировано при связывании клеточными рецепторами инсулина, и было показано, что подавление их продукции добавлением антиоксидантов ослабляет действие гормона на клетку [7].
В многочисленных исследованиях было показано, что активные формы кислорода участвуют в синтезе некоторых соединений (например, тиреоидных гормонов), регуляции подвижности клеток соединительных тканей, роста сосудов и нервных окончаний и т.д.
Ещё один совсем недавно открытый эффект — участие АФК в регуляции процессов в мозге, лежащих в основе обучения и памяти. Как известно, основная функция нервных клеток — получать и передавать электрические сигналы посредством межклеточных контактов — синапсов. Именно здесь определяется, будет ли входящий с другого нейрона электрический сигнал передан дальше следующим нейронам, или же он пропадёт бесследно. При этом мозг — динамичная структура, причём в нём не только постоянно образуются новые и рассасываются ненужные клеточные контакты, но и проводимость самих синапсов может меняться [8]. Без этих процессов мы не смогли бы обучиться никаким навыкам или, например, запомнить сведения, приведённые в данной статье.
Так вот, на клеточных культурах, а потом и в исследованиях на модельных животных было показано, что активные формы кислорода не только влияют, но и необходимы для регулирования проводимости синапсов. Так, чрезмерная продукция антиоксидантных белков в мыши приводила к развитию когнитивных нарушений у этих животных [9].
* * *
Таким образом, за последние десятилетия активный кислород превратился в глазах учёных из опасного побочного продукта в важный компонент сигнальных путей клетки. В связи с этим и нам нужно пересмотреть свое отношение к антиоксидантам как к безусловно полезным веществам, которых чем больше — тем лучше. Антиоксидантов, получаемых с потреблением свежих фруктов и овощей, вполне достаточно для ежедневных нужд организма. А к активному использованию антиоксидантов в медицине надо относиться внимательно, имея в виду возможные побочные эффекты при чрезмерном подавлении продукции активных форм кислорода.
- Волонтер фотосинтеза;
- Marina S. Hernandes, Luiz R.G. Britto. (2022). NADPH Oxidase and Neurodegeneration. Current Neuropharmacology. 10, 321-327;
- Cynthia A. Massaad, Eric Klann. (2022). Reactive Oxygen Species in the Regulation of Synaptic Plasticity and Memory. Antioxidants & Redox Signaling. 14, 2022-2054;
- V. P. Skulachev. (2007). A biochemical approach to the problem of aging: “Megaproject” on membrane-penetrating ions. The first results and prospects. Biochemistry Moscow. 72, 1385-1396;
- Рецептор «нетрадиционной ориентации»;
- Mark A. Lemmon, Joseph Schlessinger. (2022). Cell Signaling by Receptor Tyrosine Kinases. Cell. 141, 1117-1134;
- Barry J. Goldstein, Kalyankar Mahadev, Xiangdong Wu, Li Zhu, Hiroyuki Motoshima. (2005). Role of Insulin-Induced Reactive Oxygen Species in the Insulin Signaling Pathway. Antioxidants & Redox Signaling. 7, 1021-1031;
- Элементы: «Какой же вклад протеинкиназа M-дзета вносит в формирование памяти?»;
- Dick Jaarsma, Elize D. Haasdijk, J.A.C. Grashorn, Richard Hawkins, Wim van Duijn, et. al.. (2000). Human Cu/Zn Superoxide Dismutase (SOD1) Overexpression in Mice Causes Mitochondrial Vacuolization, Axonal Degeneration, and Premature Motoneuron Death and Accelerates Motoneuron Disease in Mice Expressing a Familial Amyotrophic Lateral Sclerosis Mutant SOD1. Neurobiology of Disease. 7, 623-643;
- S. G. Rhee. (2006). CELL SIGNALING: H2O2, a Necessary Evil for Cell Signaling. Science. 312, 1882-1883.
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
Гост 5583-78 (исо 2046-73) кислород газообразный технический и медицинский. технические условия (с изменениями n 1, 2, 3, 4) от 26 мая 1978 —
ГОСТ 5583-78
(ИСО 2046-73)
Группа Л11
МКС 71.060.10
ОКП 21 1411
Дата введения 1980-01-01
1. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 26.05.78 N 1419
Изменение N 4 принято Межгосударственным Советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол N 8 от 12.10.95)
За принятие изменения проголосовали:
2. ВЗАМЕН ГОСТ 5583-68
3. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ
4. Ограничение срока действия снято по протоколу N 4-93 Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС 4-94)
5. ПЕРЕИЗДАНИЕ (август 2005 г.) с Изменениями N 1, 2, 3, 4, утвержденными в мае 1984 г., марте 1985 г., марте 1989 г., апреле 1996 г. (ИУС 8-84, 6-85, 6-89, 7-96)
Настоящий стандарт распространяется на технический и медицинский газообразный кислород, получаемый из атмосферного воздуха способом низкотемпературной ректификации, а также на технический газообразный кислород, получаемый электролизом воды.
Технический газообразный кислород применяют для газопламенной обработки металлов и других технических целей. Медицинский газообразный кислород применяют для дыхания и лечебных целей.
Формула .
Молекулярная масса (по международным атомным массам 1985 г.) — 31,9988.
Массовая концентрация механических примесей в медицинском кислороде, предназначенном для авиации, — не более 0,001 г/мс размером частиц не более 0,1 мм при 15°С и 101,3 кПа (760 мм рт.ст.).
Обязательные требования к медицинскому газообразному кислороду, направленные на обеспечение его безопасности для жизни и здоровья населения, изложены в табл.1, пп.1, 2, 4-7, 9 для медицинского кислорода и в примечании 2.
(Измененная редакция, Изм. N 3, 4).
1.1. Газообразный технический и медицинский кислород должен быть изготовлен в соответствии с требованиями настоящего стандарта по технологическим регламентам, утвержденным в установленном порядке.
1.2. Запрещается применять для дыхания и лечебных целей кислород, получаемый электролизом воды, а также кислород, получаемый способом низкотемпературной ректификации с последующим сжатием в компрессорах с поршневым уплотнением, изготовленным из фторопласта или других материалов, не проверенных медицинским надзором.
1.3. По физико-химическим показателям газообразный технический и медицинский кислород должен соответствовать нормам, указанным в табл.1.
Таблица 1
Наименование показателя | Норма для марок | ||
Технический кислород | Медицинский кислород | ||
Первый сорт | Второй сорт | ||
1. Объемная доля кислорода, %, не менее | 99,7 | 99,5 | 99,5 |
2. Объемная доля водяных паров, %, не более | 0,007 | 0,009 | 0,009 |
3. Объемная доля водорода, %, не более | 0,3 | 0,5 | — |
4. Объемная доля двуокиси углерода, %, не более | Не нормируется | 0,01 | |
5. Содержание окиси углерода | То же | Должен выдерживать испытание по п.3.6 | |
6. Содержание газообразных кислот и оснований | « | Должен выдерживать испытание по п.3.7 | |
7. Содержание озона и других газов-окислителей | « | Должен выдерживать испытание по п.3.8 | |
8. Содержание щелочи | Должен выдерживать испытание по п.3.9 | — | |
9. Запах | Не нормируется | Отсутствие | |
Примечания:
1. По согласованию с потребителем допускается в медицинском кислороде объемная доля кислорода не менее 99,2%.
2. Медицинский кислород, предназначенный для авиации, должен выпускаться с объемной долей водяных паров не более 0,0007%.
3. Показатели, указанные в подпунктах 3 и 8, нормируются только для кислорода, получаемого электролизом воды.
4. В техническом кислороде 2-го сорта, вырабатываемом на установках высокого, среднего и двух давлений, оснащенных щелочными декарбонизаторами для очистки воздуха от двуокиси углерода, а также на установках типа СКДС-70М допускается объемная доля кислорода не менее 99,2%.
(Измененная редакция, Изм. N 1, 3, 4).
1.4. Коды ОКП газообразного технического и медицинского кислорода приведены в табл.1а.
Таблица 1а*
__________________
* Табл.2, 3 (Исключены, Изм. N 4).
История открытия
Официально считается[2][3], что кислород был открыт английским химиком Джозефом Пристли1 августа1774 года путём разложения оксида ртути в герметично закрытом сосуде (Пристли направлял на это соединение солнечные лучи с помощью мощной линзы).
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 сожженных 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.
Онлайн урок: кислород по предмету химия 8 класс |
Кислород – самый распространенный на Земле химический элемент:
земная кора содержит 47% кислорода
мировой океан состоит из кислорода на 85%
Кроме этого, кислород – основной участник обмена веществ в живых организмах – дыхания и фотосинтеза.
В таблице приведены основные сведения о кислороде.
Химический элемент | Простое вещество |
Название «Oxygenium» произошло от двух слов, в переводе «рождающий кислоты» Химический знак – О Атомный номер – 8 Расположение в периодической системе – 2 период, VI группа Типичный неметалл (сильный окислитель) Атомная масса – 16 а. е. м. Валентность – 2 Степени окисления – –2; 0; 1; 2 | Химическая формула – O2 Молекулярная масса – 32 а. е. м. Бесцветный газ без запаха; светло-голубая жидкость; синие кристаллы Температура кипения – –183 °С Температура плавления – –218 °С |
В жидком состоянии кислород имеет голубой цвет, поэтому на всех формулах мы его будем обозначать голубым!
Изучением кислорода занимались несколько учёных примерно в одно и то же время.
Официально первооткрывателем кислорода считается англичанин Джозеф Пристли (1774 год).
Однако установлен факт, что в свое время Леонардо да Винчи изучал химию кислорода, не подозревая тогда, что он является элементом.
Название «кислород» в русский язык ввёл Михаил Ломоносов, который также ввёл в употребление термин «кислота», который в те времена обозначал оксид – соединение элемента с кислородом.
Поэтому истинное значение названия «кислород» переводится как «рождающий оксиды». Некоторое время в России кислород называли «кислотвор».
Химический элемент кислород образует два простых вещества: кислород (O2) и озон (O3).
Кислород активно участвует в обмене веществ, именно ему обязана наша планета возникновением на ней жизни.
Атмосфера содержит 21 % кислорода.
Считается, что несколько сотен миллионов лет назад концентрация кислорода в атмосфере была почти в 2 раза выше – около 40%.
Количество кислорода в воздухе ниже 8% является угрозой для жизни человека.
В отличие от кислорода, озон даже в газообразном состоянии имеет голубой цвет, в жидком – насыщенный фиолетовый, в твёрдом – почти чёрный.
Озон (O3) образуется из кислорода при воздействии ионизирующих излучений: радиации или жестких ультрафиолетовых лучей (это свойство кислорода было открыто в 1899 году учеными Пьером и Марией Кюри).
Он образуется в атмосфере под воздействием разрядов молнии, а также при работе бытовой техники, например, лазерных принтеров.
При этом вы можете чувствовать характерный запах – это и есть запах озона.
Слово «озон» с греческого языка так и переводится: «пахну».
Озон также способен в некоторой степени задерживать ультрафиолетовые лучи. Это его свойство является одним из факторов существования жизни на Земле.
Кислород и озон являются парамагнетиками – это значит, что они притягиваются к магниту.
Это заметно при проведении опытов с жидкими кислородом и озоном.
Получение
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.
Небольшие количества кислорода можно получать нагреванием перманганата калия KMnO4:
Используют также реакцию каталитического разложения пероксида водорода Н2О2 в присутствии оксида марганца(IV):
Кислород можно получить каталитическим разложением хлората калия (бертолетовой соли) KClO3:
К лабораторным способам получения кислорода относится метод электролиза водных растворов щелочей, а также разложение оксида ртути(II) (при t = 100 °C):
На подводных лодках обычно получается реакцией пероксида натрия и углекислого газа, выдыхаемого человеком:
Примечания
- ↑Дикислород // Большая Энциклопедия Нефти Газа
- ↑J. Priestley, Experiments and Observations on Different Kinds of Air, 1776.
- ↑W. Ramsay, The Gases of the Atmosphere (the History of Their Discovery), Macmillan and Co, London, 1896.
- ↑ 4,04,14,2Inorganic Crystal Structure Database
- ↑Margaret-Jane Crawford и Thomas M. Klapötke The trifluorooxonium cation, OF3 // Journal of Fluorine Chemistry. — 1999. — Т. 99. — С. 151-156.
- ↑Curie P., Curie M. (1899). «Effets chimiques produits par les rayons de Becquerel«. Comptes rendus de l’Académie des Sciences129: 823-825.
- ↑Радиационная химия // Энциклопедический словарь юного химика. 2-е изд.. — М.: 1990. — С. 200.
- ↑Руководство для врачей скорой помощи / Михайлович В. А. — 2-е изд., перераб. и доп. — Л.: Медицина, 1990. — С. 28-33. — 544 с. — 120 000 экз. — ISBN 5-225-01503-4. (см. ISBN )
- ↑Food-Info.net : E-numbers : E948 : Oxygen.
Ракетное топливо
В качестве окислителя для ракетноготоплива 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).
Медицинский кислород хранится в металлических газовых баллонах высокого давления (для сжатых или сжиженных газов) 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.
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 манометруредуктора) умножают на величину ёмкости баллона в литрах.
В пищевой промышленности кислород зарегистрирован в качестве пищевой добавкиE948[9], как пропеллент и упаковочный газ.
Свойства и молекулярная структура
При стандартной температуре и давлении, кислород представляет собой бесцветный, безвкусный газ, не имеющий запаха, с молекулярной формулой O2, называемый диоксидом. 9) Являясь диоксидом, кислород имеет два атома, химически связанных друг с другом.
Эта связь может быть описана по-разному, на основе уровня теории, но разумно и просто описывается как ковалентная двойная связь, которая возникает в результате заполнения молекулярных орбиталей, образованных из атомных орбиталей отдельных атомов кислорода, заполнение которых приводит к связи порядка двух.
Более конкретно, двойная связь является результатом последовательной, низкой и высокой энергии или Aufbau, заполняя орбитали и, как следствие, отменяя вклады двух электронов после последовательного заполнения низких σ и σ*-орбиталей; σ перекрытие двух атомных 2p-орбиталей, лежащих вдоль молекулярной оси OO и формируя π-перекрытие двух пар атомных 2p-орбиталей, перпендикулярных оси OO-молекул, а затем отменяя вклады от оставшихся двух из шести 2p-электронов после их частичного заполнения наименьших π- и π*-орбиталей [24].
Эта комбинация аннулирования σ и π перекрытий приводит к характеру и реакционной способности двойного связывания диоксида и триплетному электронному основному состоянию. Конфигурация электронов с двумя неспаренными электронами, найденная в двуосных орбиталях с равной энергией, представляют собой конфигурацию, называемую триплетным состоянием спина.
Следовательно, основное состояние молекулы O2 называется триплетным кислородом.
При наивысшей энергии, частично заполненные орбитали являются антисвязывающими, и поэтому их заполнение ослабляет порядок связей с трех до двух. Из-за его неспаренных электронов, триплетный кислород медленно реагирует с большинством органических молекул, которые имеют парные спины электронов; это предотвращает самовозгорание.
В триплетной форме, молекулы O2 парамагнитны. То есть, они придают магнитный характер кислороду, когда он находится в присутствии магнитного поля, из-за спиновых магнитных моментов неспаренных электронов в молекуле и отрицательной энергии обмена между соседними молекулами O2.
Жидкий кислород настолько магнитен, что в лабораторных демонстрациях мостик жидкого кислорода может поддерживаться против собственного веса между полюсами мощного магнита. 10) Синглетный кислород – это название, присвоенное нескольким более высокоэнергетическим видам молекулярного O2, в котором все спины электронов спарены.
Он намного более реактивен с общими органическими молекулами, чем молекулярный кислород как таковой. В природе, синглетный кислород обычно образуется из воды при фотосинтезе, используя энергию солнечного света. Он также образуется в тропосфере путем фотолиза озона светом короткой длины волны и иммунной системой в качестве источника активного кислорода.
Каротиноиды в фотосинтезирующих организмах (и, возможно, животных) играют важную роль в поглощении энергии из синглетного кислорода и превращении его в невозбужденное основное состояние до того, как оно может нанести вред тканям. 11)
Свойства и применение кислорода
Цель урока: изучить физические и химические
свойства кислорода, дать общее понятие об
оксидах, реакциях горения; рассмотреть
практическую значимость и применение; доказать,
что кислород — один из важнейших элементов на
Земле.
Задачи урока:
Образовательные
:
- Расширить представления обучающихся о
кислороде. - Познакомить со свойствами и применением
кислорода. - Совершенствовать умения составлять уравнения
химических реакций.
Воспитательные
:
- Формировать умения работать в парах у каждого
обучающегося, считаться с мнением соседа и
отстаивать свою точку зрения корректно, выполняя
упражнения. - Воспитывать бережное отношение к своему
здоровью, окружающей природе, учить понимать
прекрасное, ценить произведения искусства.
Развивающие
:
- Способствовать продолжению развития
устойчивого интереса к химической науке и
практике. - Совершенствовать навыки самостоятельной
работы, развивать умения наблюдать,
формулировать высказывания. - Способствовать развитию исследовательских
навыков, соблюдая правила техники безопасности. - Совершенствовать умения обобщать и делать
выводы.
Планируемые результаты:
личностные: готовность и способность
учащихся к саморазвитию, самоопределению;
ответственное отношение к учению; способность
ставить цели и строить жизненные планы;
формирование коммуникативной культуры, ценности
здорового и безопасного образа жизни;
планировать пути её достижения, выбирая более
рациональные способы решения данной проблемы;
учиться корректировать свои действия в связи с
изменением создавшейся ситуации; уметь
создавать, применять и преобразовывать знаки и
символы, модели и схемы для решения учебных и
познавательных задач; уметь осознанно
использовать речевые средства в соответствии с
задачей коммуникации для выражения своих мыслей
и потребностей; уметь организовывать совместную
работу со сверстниками в парах; уметь находить
информацию в различных источниках; владеть
навыками самоконтроля, самооценки;
- знать: основные химические понятия
“катализаторы”, “оксиды”, “реакции горения”,
“реакции окисления”; физические и химические
свойства кислорода; области применения
кислорода. - уметь: отличить кислород от других газов;
составлять уравнения реакций горения веществ в
кислороде; записывать химические формулы
оксидов и давать им названия; объяснять, как
происходит круговорот кислорода в природе.
Тип урока: урок формирования умений и навыков.
Форма работы: фронтальная,
групповая,
работа в парах, игровая.
Методы обучения: словесный,
частично-поисковый,
наглядный, демонстрационный, интерактивный.
Приемы обучения
: постановка проблемных
вопросов.
Оборудование:
компьютер, проектор,
презентация “Свойства и применение кислорода.
Круговорот кислорода в природе”, колбы, пинцет,
ложки для сжигания веществ, спиртовка.
Реактивы:
уголь, сера, красный фосфор,
железная пластина, вода, известковая вода.
ХОД УРОКА
І. Организационный момент. (1 мин.)
(Слайд № 1)
Учитель:
Добрый день! Прошу
всех садиться. Тема сегодняшнего урока
“Свойства и применение кислорода”.
(Слайд № 2)
Мы с вами рассмотрим физические и
химические свойства кислорода, сформулируем
общие понятия об оксидах, реакциях горения,
окисления; ознакомимся с практической
значимостью и применением кислорода; а также
докажем, что кислород — один из важнейших
элементов на Земле.
ІІ. Актуализация знаний. (7 мин.).
Работа с карточками.
От 2 до 4 обучающихся
получают задание на карточках и выполняют его у
доски.
(Слайд № 3) Фронтальный опрос “А ну-ка,
химики”.
Учитель:
Но перед тем как приступить к
изучению новой темы, вам следует ответить на
следующие вопросы:
Химический знак кислорода?
Ответ: О
Относительная атомная масса кислорода?
Ответ:
16.
Химическая формула кислорода?
Ответ: О2.
Относительная молекулярная масса кислорода?
Ответ:
32.
В соединениях кислород обычно какой
валентности?
Ответ: II.
Расскажите о нахождении кислорода в природе.
Ответ:
Кислород — самый распространенный химический
элемент в земной коре. Кислород — самый
распространенный на Земле элемент, на его долю
приходится около 49% массы твердой земной коры.
Морские и пресные воды содержат огромное
количествосвязанного кислорода — 85,5% (по
массе), в атмосфере содержание свободного
кислорода составляет 21% по объёму и 23% по массе.
Более 1500 соединений земной коры в своем составе
содержат кислород. Кислород входит в состав
многих органических веществ и присутствует во
всех живых клетках. По числу атомов в живых
клетках он составляет 20,9%, по массовой доле —
около 65 %.
Перечислите способы получения кислорода в
лаборатории?
Ответ:В лаборатории
кислород получают следующими способами:
1) Разложение перманганата калия. 2KMnO
4 =
K2MnO4 MnO2 O2
2) Разложение перекиси водорода. 2H
2O2
= 2H2O O2
3) Разложение бертолетовой соли. 2KClO
3 =
2KCl 3O2
8. Перечислите способы получения кислорода в
промышленности.
Ответ: В промышленности
кислород получают:
1) Электролиз воды. 2H
2O = 2H2 O2
2) Из воздуха. ВОЗДУХ давление, -183
oC=O2
(голубая жидкость).
В настоящее время в промышленности кислород
получают из воздуха. В лабораториях небольшие
количества кислорода можно получать нагреванием
перманганата калия (марганцовка) KMnO
4.
Кислород мало растворим в воде и тяжелее воздуха,
поэтому его можно получать двумя способами:
(Слайд № 4).9. Установите соответствие
между способом получения кислорода и уравнением
химической реакцией. Работа в парах.
Ответ: А-4; Б-2; В-1; Г-5; Д-3.
10. Что называют катализаторами? Где эти
вещества применяются?
Ответ: Вещества,
которые ускоряют химические реакции, но сами при
этом не расходуются, называют катализаторами.
Катализаторы широко применяют в химической
промышленности. С их помощью удается повысить
производительность химических процессов,
снизить себестоимость выпускаемой продукции и
более полно использовать сырье.
(Слайд № 5). На какой диаграмме распределение
массовых долей элементов отвечает
количественному составу (NH4)3PO4?
Ответ:
4.
ІІІ. Изучение нового материала. (12 мин.)
(Слайд № 6) Учитель:
Физические свойства.
Кислород
— бесцветный газ, без вкуса и запаха, относительно
малорастворим в воде (в 100 объемах воды при
температуре 20?С растворяется 3,1 объема
кислорода). Кислород немного тяжелее воздуха: 1л
кислорода при нормальных условиях весит 1,43 г, а 1л
воздуха — 1,29г. (Нормальные условия — сокращенно:
н.у. — температура 0
o
С и давление 760 мм.рт.ст.,
или 1 атм.
0,1 МПа). При
давлении 760 мм.рт.ст. и температуре -183
o
С
кислород сжижается, а при снижении температуры
до -218,8
o
С затвердевает.
(Слайд № 7)
Химические свойства.Техника
безопасности (провести инструктаж!)
Кислород при нагревании энергично реагирует
со многими веществами, при этом выделяются
теплота и свет. Такие реакции называют реакциями
горения. Если опустить в сосуд с кислородом O
2
тлеющий уголек, то он раскаляется добела и
сгорает, образуя оксид углерода (IV) СO
2
.
Чтобы определить, какое образовалось вещество, в
сосуд наливают известковую воду — раствор
гидроксида кальция Са(ОН)
2
. Она мутнеет, так
как при этом образуется нерастворимый карбонат
кальция СаСO
3
:
CO2 Ca(OH)2 = CaCO3
H2O
Видеодемонстрация №1 “Горение угля в
кислороде”
http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/695aa82a-e84a-fa4d-7b04-16d28ded2fbb/index.htm
(Слайд № 8) Сера горит в O2 ярким синим
пламенем с образованием газа с резким запахом —
оксида серы (IV)
S O2 = SO2
Видеодемонтсрация №2 “Горение серы в
кислороде”
http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/600cd365-f9f2-ae10-56e4-98ee0af7e4c6/index.htm
(Слайд № 9) Горение фосфора в кислороде
Видеодемонстрация №3 “Горение фосфора в
кислороде”
http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/f83beda5-449d-d3dc-442c-a474a89eeca6/index.htm
Опыт следует проводить под тягой. Следует
соблюдать правила обращения с нагревательными
приборами. Не допускать попадания горящего
фосфора на рабочую поверхность стола. Не вдыхать
выделяющийся дым фосфорного ангидрида.
Фосфор Р сгорает в O2 ярким пламенем с
образованием белого дыма, состоящего из твердых
частиц оксида фосфора (V).
4P 5O2 = 2P2O5
(Слайд № 10) Горение железа в кислороде
Видеодемонстрация №4 “Горение железа в
кислороде”
http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/deb6e939-f8c8-fea7-fe24-7b2c80013fd7/index.htm
В кислороде горят и такие вещества, которые
обычно считают негорючими, например железо. Если
к тонкой стальной проволоке прикрепить спичку,
зажечь ее и опустить в сосуд с кислородом, то от
спички загорится и железо. Горение железа
происходит с треском и разбрасыванием ярких
раскаленных искр — расплавленных капель
железной окалины Fe3O4. В этом соединении два атома
железа трехвалентны и один двухвалентен. Поэтому
реакцию горения железа в кислороде можно
выразить следующим уравнением:
3Fe 2O2 = FeO * Fe2O3 или Fe3O4
(Слайд № 11) Взаимодействие вещества с
кислородом относится к реакциям окисления.
(Слайд № 12)
Горение — это химическая реакция,
при которой происходит окисление веществ с
выделением теплоты и света.
(Слайд № 13)
В большинстве случаев при
взаимодействии веществ с кислородом образуются
оксиды.
Оксиды — это сложные вещества,
которые состоят из двух элементов, одним из
которых является кислород.
(Слайд № 14)
Известны химические элементы,
которые непосредственно с кислородом не
соединяются. К ним относятся золото Au и некоторые
другие. Оксиды этих элементов получают косвенным
путем.
(Слайд № 15)
Применение кислорода.
Основано
на его химических свойствах. В больших
количествах кислород используют для ускорения
химических реакций в разных отраслях химической
промышленности и в металлургии. Например, при
выплавке чугуна для повышения
производительности доменных печей в них подают
воздух, обогащенный кислородом.
(Слайд № 16)
При сжигании смеси ацетилена или
водорода с кислородом в специальных горелках
температура пламени достигает 3000
o
С. Такое
пламя используется для сварки металлов. Если
берут кислород в избытке, то пламенем можно
резать металл.
(Слайд № 17)
Жидкий кислород применяют в
ракетных двигателях.
(Слайд № 18)
В медицине кислород служит для
облегчения затрудненного дыхания. В этом случае
кислородом заполняют специальные подушки.
Кислородные маски необходимы в высотных полетах,
в космосе и при работе под водой.
Кислород расходуется в громадных количествах
на многие химические реакции, например на
сжигание топлива.
(Слайд № 19)
Из сказанного видно, что очень
много кислорода расходуется на разнообразную
деятельность человека, тратится на процессы
дыхания человека, животных, растений, а также на
процессы гниения. Человек при дыхании в течение 1
мин в среднем употребляет 0,5 дм
3
кислорода,
в течении суток — 720 дм
3
, а в год — 262,8 м
3
кислорода, что все жители земного шара (5
миллиардов) в течение года для дыхания
используют 1578 миллиардов кубических метров
кислорода. Если такой объем кислорода при
нормальном давлении поместить в железнодорожные
цистерны, то поезд был бы протяженностью более 300
млн км, что равняется расстоянию до Солнца и
обратно.
(Слайд № 20)
Но все же общая масса кислорода в
воздухе заметно не изменяется. Это объясняется
процессом фотосинтеза, происходящим в зеленых
растениях на свету. В результате этого процесса
выделяется кислород. С фотосинтезом вы уже
знакомились в курсе ботаники. Упрощенно процесс
фотосинтеза изображают так:
6CO2 6H2O = C6H12O6
6O2.
Так в природе происходит непрерывный
круговорот кислорода.
В целях сохранения кислорода в воздухе вокруг
городов и крупных промышленных центров
создаются зоны зеленых насаждений. Специальная
служба систематически контролирует содержание
кислорода в воздухе. При необходимости применяют
меры по устранению загрязнения воздуха.
Физкультминутка. (1 мин.)
IV. Закрепление знаний. (6 мин.)
(Слайд № 21) Задание №1. “Правда или ложь? Если
знаешь — разберешь”
Для кислорода верны следующие утверждения:
а) Кислород – бесцветный газ, без вкуса и
запаха.
б) Кислород немного легче воздуха.
в) В кислороде горят и такие вещества, которые
обычно считают негорючими, например железо.
г) Известны химические элементы, которые
непосредственно с кислородом соединяются. К ним
относятся золото Au и некоторые другие.
д) Применение кислорода основано на его
физических свойствах.
е) Непрерывный круговорот кислорода
непосредственно связан с таким процессом, как
фотосинтез.
Ответ:
а; в; е.
(Слайд № 22) Задание №2. “Скорая помощь”
Вставьте пропущенные вещества в уравнениях
реакций:
а) …….. Ca(OH)2 = CaCO3 H2O
б) S ……. = SO2
в) ….. 2O2 = FeO * Fe2O3 или Fe3O4
Ответ: а)CO2 б)O2 в) 3Fe
(Слайд № 23) Задание №3. “Мозговой штурм”
Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций.
а) CO2 H2O = C6H12O6 O2
б) P O2 = P2O5
(Слайды № 24-25) Задание №4. “Ассоциации”
С каким применением кислорода ассоциируется
данное изображение?
1) в металлургии;
2) для резки металлов;
3) в авиации для дыхания;
4) в авиации для двигателей;
5) для сварки металлов;
6) на взрывных работах;
7) в медицине.
(Слайд № 26) V. Домашнее задание. (1 мин.)
Параграф 20, 21; №6-9 (с.60). Решите задачи 1-2 (с.60).
Творческое задание:
подготовить сообщение
№10 с. 60 “Что делается в вашей местности для
поддержания определенного содержания кислорода
в воздухе? В чем может заключаться ваше участие в
этой деятельности?”
(Слайд № 27) VI. Рефлексия. (1 мин.)
Учитель:
- Сегодня я узнал…
- было трудно…
- я понял, что…
- я научился…
- я смог…
- было интересно узнать, что…
- меня удивило…
- мне захотелось…
VII. Подведение итогов урока. (1 мин.)
(Слайд № 28)
В чём горят дрова и газ,
Фосфор, водород, алмаз?
Дышит чем любой из нас
Каждый миг и каждый час?
Без чего мертва природа?
Правильно, без….
Обучающиеся: кислорода
(Слайд № 29) Учитель: Правильно. Спасибо за
урок! До свидания!
Литература
[1] Горковенко М. Ю. Поурочные разработки по
химии 8 класс к учебникам О. С. Габриеляна, Л. С.
Гузея, Г. Е. Рудзитиса. — М: “ВАКО”, 2004;
[2] Радецкий А. М., Горшкова В. П. Дидактический
материал: химия 8-9 классы — М: Просвещение, 1997.
[3] Химия: неорганическая химия: учебник для 8
класса общеобразовательных учреждений/ Г. Е.
Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. — М: “Просвещение”, 2022 г.
Интернет-ресурсы
- http://files.school-collection.edu.ru/
- http://www.e-osnova.ru/
Физические свойства
В мировом океане содержание растворённого O2 больше в холодной воде, а меньше — в тёплой.
При нормальных условиях кислород — это газ без цвета, вкуса и запаха.
1 л его имеет массу 1,429 г. Немного тяжелее воздуха. Слабо растворяется в воде (4,9 мл/100 г при 0 °C, 2,09 мл/100 г при 50 °C) и спирте (2,78 мл/100 г при 25 °C).
Хорошо растворяется в расплавленном серебре (22 объёма O2 в 1 объёме Ag при 961 °C).
Межатомное расстояние — 0,12074 нм. Является парамагнетиком.
При нагревании газообразного кислорода происходит его обратимая диссоциация на атомы: при 2000 °C — 0,03 %, при 2600 °C — 1 %, 4000 °C — 59 %, 6000 °C — 99,5 %.
Жидкий кислород (температура кипения −182,98 °C) — это бледно-голубая жидкость.
Твёрдый кислород (температура плавления −218,35°C) — синие кристаллы.
Известны 6 кристаллических фаз, из которых три существуют при давлении в 1 атм.:
- α-О2 — существует при температуре ниже 23,65 К; ярко-синие кристаллы относятся к моноклинной сингонии, параметры ячейкиa=5,403 Å, b=3,429 Å, c=5,086 Å; β=132,53°[4].
- β-О2 — существует в интервале температур от 23,65 до 43,65 К; бледно-синие кристаллы (при повышении давления цвет переходит в розовый) имеют ромбоэдрическую решётку, параметры ячейки a=4,21 Å, α=46,25°[4].
- γ-О2 — существует при температурах от 43,65 до 54,21 К; бледно-синие кристаллы имеют кубическую симметрию, период решётки a=6,83 Å[4].
Ещё три фазы образуются при высоких давлениях: