Воздух, Оксиген, кислород
Воздух и кислород
Вокруг нашей планеты существует газообразная оболочка, которую называют атмосферой (рис. 77). Все мы живем на «дне» этого газообразного океана. Приземный слой атмосферы мы называем воздухом. Воздух — это сложная смесь 15 различных газов. Основными компонентами являются азот Ы2 и кислород O2. Содержание азота
составляет 78 % от объема воздуха, а кислорода — 21 %. Кроме того, в воздухе содержится небольшое количество аргона (0,9 %), углекислого газа (0,03 %), озона, водяного пара и других газов (рис. 78). Объемные доли кислорода и азота в воздухе определил А. Лавуазье в 1774 году.
Состав воздуха несколько меняется в зависимости от местности, погодных условий и высоты над уровнем моря. Например, водяного пара в воздухе в теплую и влажную погоду содержится больше, а в холодную и сухую — меньше. Углекислый газ образуется в результате горения и дыхания, поэтому в воздухе больших городов его больше, чем над лесами и морями. Содержание азота и кислорода в разных местностях почти постоянно.
В закрытых и непроветриваемых помещениях может скапливаться много углекислого газа. Воздух, который содержит более 0,1 % углекислого газа, негативно влияет на человека. Поэтому нужно регулярно проветривать помещения.
Кислород и озон
Главный компонент воздуха — это кислород. Он поддерживает дыхание, благодаря чему на Земле могут жить животные, и горение, без которого уже невозможна наша жизнь. В молекуле кислорода два атома Оксигена соединены друг с другом двумя химическими связями (рис. 79а). Графическая формула кислорода имеет такой вид:
Как видно, валентность атомов Оксигена и в простом веществе равна II.
Больше всего кислорода содержится в нижних слоях атмосферы (тропосфере). При подъеме над землей содержание кислорода
понемногу уменьшается. Именно поэтому при путешествии высоко в горах становится труднее дышать. В верхних, очень разреженных слоях атмосферы кислород почти отсутствует.
Химический элемент Оксиген образует еще одно простое вещество — озон 03 (рис. 796). Озон также содержится в атмосфере, но он находится преимущественно на высоте 30-50 км, образуя так называемый озоновый слой. Озоновый слой защищает нас от вредного ультрафиолетового излучения Солнца.
Физические свойства кислорода
При обычных условиях кислород — газ без цвета, вкуса и запаха. Толстый слой кислорода имеет светло-голубую окраску.
Кислород малорастворим в воде — в 1 л воды при температуре 20 °С растворяется 31 мл кислорода (0,004 % по массе). Однако этого количества достаточно для дыхания рыб, которые живут в водоемах. Газообразный кислород немного тяжелее воздуха: 1 л воздуха при температуре 0 °С и нормальном давлении весит 1,29 г, а 1 л кислорода — 1,43 г.
Жидкий кислород — это подвижная, слегка голубоватая жидкость, которая кипит при -183 °С (рис. 80). Твердый кислород — это синие кристаллы, которые плавятся при еще более низкой температуре--218,7 °С.
Кислород — парамагнитное вещество, т. е. в жидком и твердом состояниях он притягивается магнитом (рис. 81, с. 110).
Часто можно услышать, что голубой цвет неба связан с окраской кислорода. Однако это не совсем соответствует действительности. Цвет кислорода вносит свою лепту в окраску неба, однако синий цвет небосвода связан по большей части с более сложным явлением — рассеиванием солнечного света в воздухе.
Открытие кислорода
Кислород был открыт в 1774 году Дж. Пристли. Он изучал газообразные вещества, которые образуются при прокаливании различных веществ солнечными лучами, сфокусированными с помощью линзы (рис. 82). При таком воздействии, в частности на меркурий(П) оксид, выделяется кислород.
Поскольку в чистом кислороде легче дышалось, то открытый газ Пристли назвал «улучшенным воздухом». Независимо от Пристли приблизительно в то же время кислород был открыт К. Шееле. Благодаря способности кислорода поддерживать горение Шееле назвал его «огненным воздухом». Шееле открыл кислород раньше, чем Пристли, но опубликовал свои результаты позднее. Поэтому первооткрывателем кислорода считают Дж. Пристли.
История открытия кислорода интересно переплетается с историей появления подводных лодок. Есть сведения, что кислород был открыт еще в XVII в. голландским ученым К. Дреббелем. Он использовал этот газ для дыхания в подводной лодке собственной конструкции. Но это открытие относилось к военной технике и держалось в секрете, поэтому не повлияло на дальнейшие исследования.
Рис. 82. Для получения кислорода Пристли прокаливал меркурий(И) оксид НдО в пробирке, наполненной ртутью. Образовавшийся кислород вытеснял ртуть и собирался над слоем ртути
Английский химик, философ и общественный деятель. Был священнослужителем, а в свободное время занимался наукой, владел девятью языками. Один из ведущих ученых в области пневмохимии (химии газов). В 1774 г. открыл кислород. Кроме кислорода впервые получил азот, хлороводород, фтороводород, аммиак, сернистый газ, углекислый газ. Он был первым, кто специально растворил углекислый газ в воде, после чего вода стала удивительно вкусной. Так была изобретена газированная (содовая) вода. За это изобретение ему была присуждена награда Лондонского королевского общества. Содовая вода стала первым товарным продуктом химии газов.
Оксиген в природе
Оксиген — один из важнейших элементов в природе. Кроме простых веществ, он также образует соединения почти со всеми химическими элементами. Исключение составляют только инертные элементы — Гелий, Неон, Аргон.
На поверхности нашей планеты Оксиген является самым распространенным элементом. В составе соединений с другими элементами он составляет 49 % от массы земной коры. Оксиген входит в состав самых важных минералов литосферы (красный железняк, кварц, гипс, полевой шпат и др.) и веществ, которые обеспечивают плодородие почв (гумус и соли).
Известный шведский фармацевт и химик-самоучка. В 15 лет он стал учеником в аптеке в Гетеборге, потом работал во многих аптеках Швеции, и, хотя неоднократно получал предложения занять должность профессора, предпочел остаться аптекарем. Уже в 32 года Шееле был удостоен звания члена Стокгольмской академии наук. Современники говорили о нем: «Аптекарь Шееле не мог не притронуться к чему-нибудь, чтобы не сделать открытия». Шееле открыл семь химических элементов (О, F, С1, Мп, Мо, Ва, W). Он впервые выделил множество органических кислот: щавелевую, лимонную, винную, молочную и др. Открыл множество ценных неорганических соединений.
Самое распространенное соединение Оксигена — это вода Н20. Огромные объемы воды — реки, моря и океаны — образуют гидросферу Земли. С учетом растворенных веществ гидросфера содержит 86-89 % Оксигена по массе.
Оксиген входит в состав многих сложных веществ: оксидов, кислот, щелочей, солей и др. Живые организмы также содержат большое количество Оксигена. В составе разных соединений на долю Оксигена приходится около 60 % массы тела человека.
В Периодической системе Оксиген имеет порядковый номер 8, соответственно заряд ядра атома Оксигена +8 (рис. 84). Химический символ элемента — О, относительная атомная масса 16 — это означает, что атом Оксигена в 16 раз тяжелее 1/12 массы атома Карбона (рис. 85). В химических соединениях Оксиген всегда проявляет валентность II, несмотря на то, что он расположен в VI группе Периодической системы.
Оксиген является самым активным химическим элементом в природе после Флуора. Благодаря этому он образует соединения почти со всеми элементами.
Понятие об оксидах
Соединения, в составе которых кроме Оксигена есть только один какой-либо химический элемент, называют оксидами.
Оксиды — это бинарные соединения химических элементов с Оксигеном.
Чтобы различать оксиды, им присваивают названия. Названия оксидов состоят из двух слов: названия химического элемента (в именительном падеже) и слова «оксид».
Ыа2О — натрий оксид;
Л12О3 — алюминий оксид.
Если оксид образован элементом с переменной валентностью, то также указывают его валентность:
СиО — купрум(П) оксид; Си20 — купрум(1) оксид Формулы оксидов составляют по валентности элементов, которые их образуют, как было объяснено в § 13.
Своим названием элемент Оксиген обязан А. Лавуазье. Согласно теории Лавуазье, Оксиген был основным функциональным компонентом кислот, в связи с чем и получил свое название Охудепит — «рождающий кислоты»
(от оксос — кислый и геннео — рождаю).
Выводы:
1. Оксиген — один из наиболее распространенных и самых важных элементов в природе. Он образует соединения почти со всеми известными элементами. Больше всего Оксигена содержится в гидросфере, также велико содержание Оксигена в литосфере и атмосфере.
2. Оксиген в соединениях всегда двухвалентен, его относительная атомная масса равна 16.
3. Кислород и озон — простые вещества, образованные Оксигеном. Из них наиболее распространен кислород, который содержится в атмосфере Земли. Кислород — бесцветный газ, немного тяжелее воздуха и малорастворимый в воде. Жидкий и твердый кислород имеет голубую окраску и притягивается магнитом.
Контрольные вопросы
1. Опишите физические свойства кислорода.
2. Опишите распространенность кислорода и озона на Земле.
3. Является ли химической реакцией превращение жидкого кислорода в газообразный? А в твердый? Ответ обоснуйте.
4. Какова распространенность Оксигена в разных оболочках Земли?
5. Какие соединения Оксигена входят в состав земной коры?
6. Приведите примеры наиболее распространенных и самых важных соединений Оксигена, встречающихся в природе.
7. Какие вещества называют оксидами?
Задания для усвоения материала
1. Вычислите относительные молекулярные массы кислорода и озона.
2. Вычислите, во сколько раз кислород тяжелее воздуха.
3. Зачем работники рыбных хозяйств делают зимой проруби во льду рек и озер?
4. Как вы считаете, можно ли выделить чистый кислород из воздуха действием магнита, если другие газы воздуха магнитом не притягиваются?
5. Представьте, что перед вами две одинаковые закрытые колбы, заполненные воздухом и кислородом при одинаковых условиях. Как можно определить, в какой из колб содержится кислород? Возможно ли это узнать, не открывая колбы?
6. С повышением температуры растворимость газов в воде уменьшается. Можно ли заливать в аквариум для рыб кипяченую охлажденную воду?
7. Используя приведенные в параграфе данные, вычислите: а) массу кислорода объемом 10 л; б) объем кислорода массой 10 г.
8. Вычислите, во сколько раз атом Оксигена тяжелее атома: а) Гидрогена; б) Карбона; в) Сульфура.
9. Составьте формулы оксидов: магний оксид, феррум(П) оксид, фосфор^) оксид, плюмбум(1У) оксид, купрум(1) оксид, хром(Ш) оксид.
10. Определите валентности элементов в следующих оксидах и назовите их: K2O, CaO, P2O3, NO2, I2O5, SO3, Cl2O7.
11. Оксиген содержится в минералах: гематите Fe2O3, кварце SiO2, пиролюзите MnO2. В каком из них массовая доля Оксигена наибольшая?
12*. Известно, что максимальное содержание кислорода наблюдается в нижних слоях атмосферы. По мере отдаления от поверхности Земли его содержание уменьшается, а в верхних слоях атмосферы кислород почти отсутствует. Чем это можно объяснить?
Лингвистическая задача
Оксос в переводе с греческого языка означает «кислый», гидро — «вода», а геннео — «рождаю». Что означают названия химических элементов Оксиген и Гидроген?
Это материал учебника Химия 7 класс Григорович
Автор: admin от 19-01-2017, 03:25, Переглядів: 4235