Как найти давление молекулярного кислорода - Сайт, где вы сможете решить свои вопросы

Задание:

Кислород находится при t = 0°С в сосуде с характерным размером L = 10 мм. Найти давление Р газа, ниже которого средняя длина свободного пробега молекул λ > L, и соответствующую этому давлению концентрацию молекул кислорода. Эффективный диаметр молекулы кислорода равен d_эф = 3,6·10^–10 м.

Решение:

Источник

Вычислите давление кислорода, если масса одной его молекулы 5×10 ^ – 26кг, число молекул в единице объема 3×10 ^ 21 1 / м3, средняя скорость движения молекулы 5×10 ^ 2 м / с.

На этой странице сайта, в категории Физика размещен ответ на вопрос
Вычислите давление кислорода, если масса одной его молекулы 5×10 ^ – 26кг, число молекул в единице объема 3×10 ^ 21 1 / м3, средняя скорость движения молекулы 5×10 ^ 2 м / с?. По уровню сложности вопрос рассчитан на учащихся
10 – 11 классов. Чтобы получить дополнительную информацию по
интересующей теме, воспользуйтесь автоматическим поиском в этой же категории,
чтобы ознакомиться с ответами на похожие вопросы. В верхней части страницы
расположена кнопка, с помощью которой можно сформулировать новый вопрос,
который наиболее полно отвечает критериям поиска. Удобный интерфейс
позволяет обсудить интересующую тему с посетителями в комментариях.

Источник

Загрузить PDF

В химии «парциальным давлением» называют давление, которое оказывает отдельно взятый компонент из газовой смеси внешней среды, например, на колбу, баллон или границу атмосферы. Вы можете подсчитать давление каждого газа, если знаете его количество, какой объем он занимает и какова его температура. Затем вы можете сложить парциальные давления и найти общее парциальное давление смеси газов, или найдите вначале общее давление, а затем — парциальное.

1
Примите каждый газ как «идеальный». В химии «идеальный газ» — тот, который взаимодействует с другими веществами, не вступая с ними в соединение. Отдельные молекулы могут сталкиваться друг с другом и отталкиваться, как шары для бильярда, не деформируясь при этом.^[1]
- Давление идеального газа возрастает, если его поместить в меньший объем, и уменьшается, если газ находится в большем объеме. Это отношение называется законом Бойля-Мариотта, по имени ученых Роберта Бойля и Эдма Мариотта. Математическая запись закона: k = P x V или, упрощенно, k = PV, где k представляет константу соотношения, P — давление, а V — объем.^[2]
- Давление может быть указано в нескольких различных единицах. Одна из них, Паскаль (Па), определяется как сила в 1 ньютон, приложенная к площади в 1 квадратный метр. Другой вариант представления давления — в атмосферах (атм). Эта единица определяется как давление земной атмосферы на уровне моря. Давление в 1 атмосферу равно 101,325 Па.^[3]
- Температура идеального газа возрастает при увеличении его объема и снижается при уменьшении объема. Это отношение называют законом Чарльза, по имени Жака Чарльза. Математическая запись закона: k = V / T, где k — константа соотношения между объемом и температурой, V вновь представляет объем газа, а T — его температуру.^[4]^[5]
- Температура газов в этих уравнениях приведена в градусах Кельвина, ее можно найти, прибавив 273 к числу градусов Цельсия в температуре газа.
- Эти два отношения можно объединить в одно уравнение: k = PV / T, которое также можно записать как PV = kT.
2
Определите количество газов. У газов есть и масса, и объем. Объем обычно измеряют в литрах (л), но есть два варианта подсчета массы.
- Обычно массу измеряют в граммах или, если она достаточно велика, в килограммах.
- Поскольку газы обычно весят очень мало, их масса также вычисляется в отдельной единице измерения, называемой молекулярной массой, или молярной массой. Молярная масса определяется как сумма атомарных весов всех атомов в газообразном веществе, каждый атом сравнивается с массой карбона (12)^[6]
- Поскольку атомы и молекулы слишком малы, чтобы работать с ними непосредственно, количество газа определяется в молях. Количество молей в данном газе можно найти, разделив массу на молярную массу, значение отмечается буквой n.
- Мы можем заменить постоянную k константу в уравнении газа числом n, количеством молей (mol), и ввести новую константу R. Тогда уравнение будет записано в виде nR = PV/T или PV = nRT.^[7]
- Значение R зависит от единиц, в которых измеряются давление газа, объемы и температура. Для объема в литрах, температуры в Кельвинах и давления в атмосферах, значение равно 0,0821 л атм/K мол. Это можно записать в виде 0,0821 л атм K^-1 мол ^-1, чтобы избежать использования разделительной черты при указании единиц измерения.^[8]
3
Понимание закона Дальтона о парциальном давлении. Закон, открытый химиком и физиком Джоном Дальтоном, который первым предположил, что химические элементы состоят из отдельных атомов,^[9] гласит: общее давление смеси газов равняется сумме давлений каждого газа в смеси.
- Закон Дальтона можно записать в таком виде: P_общее = P₁ + P₂ + P₃ … с таким количеством слагаемых после знака равенства, каково количество газов в смеси.
- Уравнение закона Дальтона можно расширить при работе с газами, чье индивидуальное давление неизвестно, но для которых известны температура и объем. Парциальное давление газа — такое же, как и для равного объема газа, полностью занимающего отведенный объем.
- Для каждого парциального давления мы можем переписать уравнение идеального газа. Вместо PV = nRT мы может оставить только P в левой части перед знаком равенства. Чтобы сделать это, обе части уравнения нужно разделить на V: PV/V = nRT/V. Две V слева сокращаются, остается P = nRT/V.
- Затем для каждого P справа мы можем выполнить замену, вписав уравнение парциального давления: P_общее =(nRT/V) ₁ + (nRT/V) ₂ + (nRT/V) ₃ …
Реклама

1
Определите уравнение парциального давления для газов, с которыми вы работаете. Для вычислительных целей возьмем пример: в колбе объемом 2 литра содержится 2 газа, нитроген (N₂), оксиген (O₂) и карбон диоксид, углекислый газ (CO₂). Каждого газа — по 10 г, температура каждого газа в колбе равна 37 градусам Цельсия. Нужно найти парциальное давление каждого газа и общее давление смеси газов на емкость.
- Наше уравнение парциального давления будет выглядеть следующим образом: P_total = P_{нитроген} + P_{оксиген} + P_{карбон диоксид}.
- Поскольку мы пытаемся найти давление, которое оказывает каждый из газов, знаем объем и температуру и можем найти количество молей каждого газа, основываясь на массе вещества, мы можем переписать уравнение в следующей форме: P_общее =(nRT/V) _{нитроген} + (nRT/V) _{оксиген} + (nRT/V) _{карбон диоксид}
2

Переведите температуру в градусы Кельвина. Температура по Цельсию равна 37 градусам, потому мы добавим 273 к 37 и получим 310 градусов K.
3
Найдите количество молей каждого газа в образце. Число молей газа равно массе газа, деленной на его молярную массу,^[10] которая, как уже говорилось, равна сумме весов всех атомов в составе.
- Для нашего первого газа, нитрогена (N₂), каждый атом обладает атомарной массой 14. Поскольку нитроген содержит два атома (состоит из двухатомных молекул), мы должны умножить 14 на 2, чтобы найти молярную массу нитрогена, она равна 28. Затем мы делим массу в граммах, 10 г, на 28, чтобы получить количество молей, которое приблизительно равно 0,4 моль.
- У второго газа, оксигена (O₂), масса каждого атома равна 16. Оксиген также двухатомный газ, потому мы умножаем 16 на 2 и получаем молярную массу, равную 32. Разделив 10 г на 32, мы получим примерно 0,3 моль оксигена в составе образца смеси газов.
- Третий газ, карбон диоксид (CO₂), состоит из 3 атомов: одного атома карбона с атомарной массой 12 и двух атомов оксигена, каждый с атомарной массой 16. Мы складываем все три веса: 12 + 16 + 16 = 44 составляет молярную массу. Разделив 10 г на 44, мы получим примерно 0,2 моля карбон диоксида.
4
Подставьте значения для молей, объема и температуры. Наше уравнение будет выглядеть так: P_общее =(0,4 * R * 310/2) _{нитроген} + (0,3 *R * 310/2) _{оксиген} + (0,2 * R *310/2) _{карбон диоксид}.
- Для простоты мы оставили текущие значения единиц измерения. Эти единицы уйдут после математических вычислений, и останутся только те, которые участвуют в определении давления.
5

Подставьте значение константы R. Мы будем указывать парциальное и общее давление в атмосферах, потому используем значение R, равное 0,0821 л атм/K моль. Подстановка этого значения в уравнение дает нам P_общее =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _{нитроген} + (0,3 *0,0821 * 310/2) _{оксиген} + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{карбон диоксид}.
6
Подсчитайте парциальное давление каждого газа. Сейчас все значения на месте, пора перейти к математическим вычислениям.
- Чтобы найти парциальное давление нитрогена, умножим 0,4 моль на нашу константу 0,0821 и температуру 310 градусов K, затем разделим на 2 литра: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5,09 атм, приблизительно.
- Для получения парциального давления оксигена умножим 0,3 моль на константу 0,0821 и температуру 310 градусов K, затем разделим на 2 литра: 0,3 *0,0821 * 310/2 = 3,82 атм, приблизительно.
- Чтобы найти парциальное давление карбон диоксида, умножаем 0,2 моль на константу 0,0821 и температуру 310 градусов K, затем делим на 2 литра: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 атм, приблизительно.
- Теперь сложим полученные значения давлений и найдем общее давление: P_общее = 5,09 + 3,82 + 2,54, или 11,45 атм, приблизительно.
Реклама

1
Определите парциальное давление, как и раньше. Вновь, возьмем в пример колбу на 2 литра с тремя газами: нитрогеном (N₂), оксигеном (O₂) и карбон диоксидом (CO₂). У нас по 10 г каждого газа, температура каждого газа в колбе равна 37 °C.
- Температура по Кельвину будет такой же, 310 градусов, как и раньше, у нас будет примерно 0,4 моль нитрогена, 0,3 моль оксигена и 0,2 моль карбон диоксида.
- Мы также будем указывать давление в атмосферах, потому будем использовать значение 0,0821 л атм/K моль для константы R.
- Таким образом, наше уравнение парциального давления на текущий момент выглядит так же, как раньше: P_общее =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _{нитроген} + (0,3 *0,0821 * 310/2) _{оксиген} + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{карбон диоксид}.
2
Сложите количество молей каждого газа в образце, чтобы найти общее количество молей в смеси газов. Поскольку объем и температура одинаковы для всех газов, не говоря о том, что каждая молярная масса умножается на одну и ту же константу, мы можем использовать распределительное свойство умножения и переписать уравнение в следующем виде: P_общее = (0,4 + 0,3 + 0,2) * 0,0821 * 310/2.
- Складываем 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 моль смеси газов. Это упростит наше выражение до P_общее = 0,9 * 0,0821 * 310/2.
3

Найдите общее давление смеси газов. Умножаем 0,9 * 0,0821 * 310/2 = 11,45 моль, приблизительно.
4
Найдите пропорцию каждого газа в смеси. Для этого разделите количество молей каждого газа на общее количество молей в смеси.
- У нас 0,4 моль нитрогена, потому 0,4/0,9 = 0,44 (44 процента) в образце, приблизительно.
- У нас 0,3 моль оксигена, потому 0,3/0,9 = 0,33 (33 процента) в образце, приблизительно.
- У нас 0,2 моль карбон диоксида, потому 0,2/0,9 = 0,22 (22 процента) в образце, приблизительно.
- Хотя в вычислениях выше сумма приблизительных значений в процентах дает всего 0,99, точные значения являются периодическими, так что сумма на самом деле будет равна повторяющимся девяткам после запятой. По определению это то же самое, что 1 или 100 процентов.
5
Умножим пропорциональное количество каждого газа на общее давление, чтобы найти парциальное давление.
- Умножаем 0,44 * 11,45 = 5,04 атм, приблизительно.
- Умножаем 0,33 * 11,45 = 3,78 атм, приблизительно.
- Умножаем 0,22 * 11,45 = 2,52 атм, приблизительно.
Реклама

Советы

Вы заметите небольшую разницу в значениях при вычислении сначала парциального давления, а затем общего, и при подсчете вначале общего, а затем парциального давления. Помните, что приведенные значения даны приблизительно, поскольку они округлены до 1 или 2 знаков после запятой для простоты подсчетов и понимания. Если вы выполняете вычисления самостоятельно без округления, вы заметите или меньшую разницу между значениями или не заметите ее вовсе.

Предупреждения

Знание парциального давления газов может стать вопросом жизни и смерти для дайверов. Слишком низкое парциальное давление кислорода может привести к бессознательному состоянию или смерти, но слишком высокое парциальное давление азота или кислорода также может привести к отравлению.^[11]^[12]

Вам потребуются

Калькулятор
Справочник атомарных весов / молярных масс

Об этой статье

Эту страницу просматривали 82 598 раз.

Была ли эта статья полезной?

Источник

Главная
Физика
Определить давл…

Предмет:

Физика
Автор:

maryciuz
Создано:

3 года назад

Ответы 1

v=300 м/с n=3*10^20 м^-3 M=32*10^-3 кг/моль p=?

p=n*k*T=(1/3)*n*mo*v² mo – масса молекулы кислорода

mo=M/Na Na – число Авогадро Na=6*10^23

p=(1/3)*n*M*v²/Na=3*10^20*32*10^-3*9*10^4/(3*6*10^23)=0.48 Па

=======================

Автор:

sadie50
Оценить ответ:

0

Знаешь ответ? Добавь его сюда!

Последние вопросы

Русский язык

4 часа назад

Составьте 2 диалога на темы: книга, учëба, добро и т. д+схемы по русскому языку
Математика

6 часов назад

150 центеров это сколько грамм
Биология

11 часов назад

ХЕЛП СРОЧНО

Установи последовательность движения нервного сигнала по рефлекторной дуге.

1. Двигательный нерв

2. Чувствительный нерв

3. Рецептор

4. ЦНС

5. Орган
Физика

13 часов назад

Нужно рассчитать энергию связи никеля 9 класс

Все полностью

Все действия!
Математика

13 часов назад

Нужно рассчитать энергию связи никеля 9 класс

Все полностью

Все действия!
Математика

14 часов назад

Найти амплитуду колебания и рисунок
Математика

15 часов назад

Поле площадью 560 га засеяно огурцами, морковью и помидорами. Огурцы занимают 35% всего поля. Сколько гектаров занимают помидоры, морковь и огурцы в отдельности, если моркови засеяно в раз больше, чем помидоров? ПОМОГИТЕ СРОЧНО!!! 15 МИНУТ ОСТАЛОСЬ!
Математика

16 часов назад

. Выполните действия: ( 3). помогите решить
Математика

18 часов назад

Дан треугольник ABC Найти 1)длины сторон 2)углы треугольника 3)периметр треугольника 4)площадь треугольника 5)длину медианы СМ 6)длину высоты АН 7) сделать чертеж

Если кординаты вершины равны

А(-3;4;2),В(3;-4;4).С(2;-2;-3)
Другие предметы

18 часов назад

Найти координаты вектора P.

Помогите пожалуйста очень срочно!!!
Химия

1 день назад

Органическое вещество А содержит по массе 56,81% углерода; 6,98% водорода и кислород. Вещество А можно получить гидратацией вещества Б.

На основании данных условия задачи:

1) проведите необходимые вычисления и установите молекулярную формулу вещества А;

2) составьте структурную формулу вещества А, которая однозначно отражает порядок атомов в его молекуле;

3) напишите уравнение реакции получения вещества А гидратацией вещества Б.
Химия

1 день назад

Через 480 г 15%-ного раствора едкого натра пропускали постоянный электрический ток до тех пор, пока на электродах не выделилось 358,4 л газов (объем приведен к нормальным условиям). Из полученного раствора отобрали пробу массой 96 г для полного осаждения ионов меди из 290 г насыщенного при 25°С раствора сульфата меди(II). Вычислите растворимость медного купороса – пентагидрата сульфата меди(II) при 25°С. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и произведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).
Литература

1 день назад

Художественные выразительные средства в произведении джека лондона любовь к жизни

можно пару штук хотя бы =_
Русский язык

1 день назад

Письмён на писька содержание своей любимой книге перед началом работы составь план в последнем абзаце своего текста напиши почему это книга

твоя любимая
Другие предметы

1 день назад

Что делать если скучно???

Источник

Запрос «Oxygen» перенаправляется сюда; о других значениях см. Oxygene.

Кислород

← Азот | Фтор →

O
↓
S

Внешний вид простого вещества

Жидкий кислород

Свойства атома

Название, символ, номер

Кислоро́д / Oxygenium (Oxygen)(O), 8

Группа, период, блок

16 (устар. 6), 2,
p-элемент

Атомная масса
(молярная масса)

[15,99903; 15,99977]^{[комм 1]}^[1] а. е. м. (г/моль)

Электронная конфигурация

[He] 2s²2p⁴
1s²2s²2p⁴

Радиус атома

60 (48) пм

Химические свойства

Ковалентный радиус

73 пм

Радиус иона

132 (-2e) пм

Электроотрицательность

3,44 (шкала Полинга)

Электродный потенциал

Степени окисления

–2, −1, –½, –⅓, 0, +½, +1, +2

Энергия ионизации
(первый электрон)

1313,1 (13,61) кДж/моль (эВ)

Термодинамические свойства простого вещества

Термодинамическая фаза

Газ

Плотность (при н. у.)

0,00142897 г/см³

Температура плавления

54,8 К (-218,35 °C)

Температура кипения

90,19 К (-182,96 °C)

Уд. теплота плавления

0,444 кДж/моль

Уд. теплота испарения

3,4099 кДж/моль

Молярная теплоёмкость

29,4^[2] Дж/(K·моль)

Молярный объём

22,4⋅10³ см³/моль

Давление насыщенного пара

P (Па)	1	10	100	1000	10 000	100 000
при T (К)				61	73	90

Кристаллическая решётка простого вещества

Структура решётки

Моноклинная

Параметры решётки

a=5,403 b=3,429 c=5,086 β=135,53 Å

Температура Дебая

155 K

Прочие характеристики

Теплопроводность

(300 K) 0,027 Вт/(м·К)

Эмиссионный спектр

Наиболее долгоживущие изотопы

Основная статья: Изотопы кислорода

Изотоп	Распростра- нённость	Период полураспада	Канал распада	Продукт распада
¹⁶O	99,76%	стабилен	–	–
¹⁷O	0,04%	стабилен	–	–
¹⁸O	0,20%	стабилен	–	–

Кислоро́д (химический символ — O, от лат. Oxygenium) — химический элемент 16-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы шестой группы, VIA), второго периода периодической системы Д. И. Менделеева, с атомным номером 8.

Кислород — химически активный неметалл, является самым лёгким элементом из группы халькогенов.

Как простое вещество (при нормальных условиях) кислород — газ без цвета, вкуса и запаха, молекула которого состоит из двух атомов (формула — O₂). Систематическое название: дикислород^[3].
Жидкий кислород (при низких температурах) имеет светло-голубой цвет, а твёрдый (при низких температурах) представляет собой кристаллы светло-синего цвета.

Существуют и другие аллотропные формы кислорода, например, озон — при нормальных условиях газ голубого цвета со специфическим запахом, молекула которого состоит из трёх атомов кислорода (формула O₃). Систематическое название: трикислород. Часто можно почувствовать запах озона после грозы. Озон образует озоновый слой в стратосфере, который образуется там за счёт ионизации кислорода ультрафиолетом.

История открытия[править | править код]

Официально считается^[4]^[5], что кислород был открыт английским химиком Джозефом Пристли 1 августа 1774 года путём разложения оксида ртути в герметично закрытом сосуде (Пристли направлял на это соединение солнечные лучи с помощью большой линзы).

${displaystyle {ce {2HgO ->[t] 2Hg + O2 ^}}}$

Однако Пристли первоначально не понял, что открыл новое простое вещество, он считал, что выделил одну из составных частей воздуха (и назвал этот газ «дефлогистированным воздухом»). О своём открытии Пристли сообщил выдающемуся французскому химику Антуану Лавуазье. В 1775 году Лавуазье установил, что кислород является составной частью воздуха, кислот и содержится во многих веществах.

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 очень большое 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 изменению веса сожжённых элементов. Вес золы превышал первоначальный вес элемента, что дало Лавуазье право утверждать, что при горении происходит химическая реакция (окисление) вещества, в связи с этим масса исходного вещества увеличивается, что опровергает теорию флогистона.

Таким образом, заслугу открытия кислорода фактически делят между собой Пристли, Шееле и Лавуазье.

Происхождение названия[править | править код]

Слово кислород (именовался в начале XIX века ещё «кислотвором») своим появлением в русском языке до какой-то степени обязано М. В. Ломоносову, который ввёл в употребление, наряду с другими неологизмами, слово «кислота»; таким образом слово «кислород», в свою очередь, явилось калькой термина «оксиген» (фр. oxygène), предложенного А. Лавуазье (от др.-греч. ὀξύς — «кислый» и γεννάω — «рождаю»), который переводится как «порождающий кислоту», что связано с первоначальным значением его — «кислота», ранее подразумевавшим вещества, именуемые по современной международной номенклатуре оксидами.

Нахождение в природе[править | править код]

Накопление O₂ в атмосфере Земли. Зелёный график — нижняя оценка уровня кислорода, красный — верхняя оценка.
1. (3,85—2,45 млрд лет назад) — O₂ не производился
2. (2,45—1,85 млрд лет назад) — O₂ производился, но поглощался океаном и породами морского дна
3. (1,85—0,85 млрд лет назад) — O₂ выходит из океана, но расходуется при окислении горных пород на суше и при образовании озонового слоя
4. (0,85—0,54 млрд лет назад) — все горные породы на суше окислены, начинается накопление O₂ в атмосфере
5. (0,54 млрд лет назад — по настоящее время) — современный период, содержание O₂ в атмосфере стабилизировалось

Кислород — самый распространённый в земной коре элемент, на его долю (в составе различных соединений, главным образом силикатов) приходится около 47 % массы твёрдой земной коры. Морские и пресные воды содержат огромное количество связанного кислорода — 85,82 % (по массе). Более 1500 соединений земной коры в своём составе содержат кислород^[6].

В атмосфере содержание свободного кислорода составляет 20,95 % по объёму и 23,10 % по массе (около 10¹⁵ тонн^[7]). Однако до появления первых фотосинтезирующих микробов в архее 3,5 млрд лет назад в атмосфере его практически не было. Свободный кислород в больших количествах начал появляться в палеопротерозое (3—2,3 млрд лет назад) в результате глобального изменения состава атмосферы (кислородной катастрофы). Первый миллиард лет практически весь кислород поглощался растворённым в океанах железом и формировал залежи джеспилита. 3—2,7 млрд лет назад кислород начал выделяться в атмосферу и 1,7 млрд лет назад достиг 10 % от нынешнего уровня^[8]^[9].

Наличие большого количества растворённого и свободного кислорода в океанах и атмосфере привело к вымиранию большинства анаэробных организмов. Тем не менее, клеточное дыхание с помощью кислорода позволило аэробным организмам производить гораздо больше АТФ, чем анаэробным, сделав их доминирующими^[10].

С начала кембрия 540 млн лет назад содержание кислорода колебалось от 15 % до 30 % по объёму^[11]. К концу каменноугольного периода (около 300 миллионов лет назад) его уровень достиг максимума в 35 % по объёму, который, возможно, способствовал большому размеру насекомых и земноводных в это время^[12].

Основная часть кислорода на Земле выделяется фитопланктоном Мирового океана. Около 60 % кислорода от используемого живыми существами расходуется на процессы гниения и разложения, 80 % кислорода, производимого лесами, уходит на гниение и разложение растительности лесов^[13].

Деятельность человека очень мало влияет на количество свободного кислорода в атмосфере^[14]^{[нет в источнике]}. При нынешних темпах фотосинтеза понадобится около 2000 лет, чтобы восстановить весь кислород в атмосфере^[15].

Кислород входит в состав многих органических веществ и присутствует во всех живых клетках. По числу атомов в живых клетках он составляет около 25 %, по массовой доле — около 65 %^[6].

В 2016 году датские учёные доказали, что свободный кислород входил в состав атмосферы уже 3,8 млрд лет назад^[16].

Физические свойства[править | править код]

В мировом океане концентрация растворённого O₂ больше в холодных водах, меньше — в тёплых

При нормальных условиях кислород — это газ без цвета, вкуса и запаха.

1 л его при нормальных условиях имеет массу 1,429 г, то есть 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). Хорошо растворяется в перфторированных углеводородах (20—40 об %).

Межатомное расстояние — 0,12074 нм. Является парамагнетиком. В жидком виде притягивается магнитом.

При нагревании газообразного кислорода происходит его обратимая диссоциация на атомы, концентрация диссоциированных атомов в смеси при +2000 °C — 0,03 %, при +2600 °C — 1 %, +4000 °C — 59 %, +6000 °C — 99,5 %.

Жидкий кислород кипит под давлением 101,325 кПа при температуре −182,98 °C и представляет собой бледно-голубую жидкость. Критическая температура кислорода 154,58 К (-118,57 °C), критическое давление 4,882 МПа^[17].

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 K; ярко-синие кристаллы относятся к моноклинной сингонии, параметры ячейки a=5,403 Å, b=3,429 Å, c=5,086 Å; β=132,53°^[18].
β-O₂ — существует в интервале температур от 23,65 до 43,65 K; бледно-синие кристаллы (при повышении давления цвет переходит в розовый) имеют ромбоэдрическую решётку, параметры ячейки a=4,21 Å, α=46,25°^[18].
γ-O₂ — существует при температурах от 43,65 до 54,21 K; бледно-синие кристаллы имеют кубическую симметрию, период решётки a=6,83 Å^[18].

Ещё три фазы существуют при высоких давлениях:

δ-O₂ — интервал температур 20—240 K и давление 6—8 ГПа, оранжевые кристаллы;
ε-фаза, содержит молекулы O₄^[19] или O₈^[20]^[21], существует при давлении от 10 и до 96 ГПа, цвет кристаллов от тёмно-красного до чёрного, моноклинная сингония;
ζ-O_n — давление более 96 ГПа, металлическое состояние с характерным металлическим блеском, при низких температурах переходит в сверхпроводящее состояние.

Химические свойства[править | править код]

Сильный окислитель, самый активный неметалл после фтора, образует бинарные соединения (оксиды) со всеми элементами, кроме гелия, неона, аргона, фтора (с фтором кислород образует фторид кислорода, так как фтор более электроотрицателен, чем кислород). Наиболее распространённая степень окисления −2. Как правило, реакция окисления протекает с выделением тепла и ускоряется при повышении температуры (см. Горение). Пример реакций, протекающих при комнатной температуре:

Окисляет соединения, которые содержат элементы с не максимальной степенью окисления:

${displaystyle {ce {2NO + O2 -> 2NO2 ^}}}$

Окисляет большинство органических соединений в реакциях горения:

{displaystyle {ce {2C6H6 + 15O2 -> 12CO2 + 6H2O}}}

{displaystyle {ce {CH3CH2OH + 3O2 -> 2CO2 + 3H2O}}}

При определённых условиях можно провести мягкое окисление органического соединения:

{displaystyle {ce {CH3CH2OH + O2 -> CH3COOH + H2O}}}

Кислород реагирует непосредственно (при нормальных условиях, при нагревании и/или в присутствии катализаторов) со всеми простыми веществами, кроме Au и инертных газов (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn); реакции с галогенами происходят под воздействием электрического разряда или ультрафиолета. Косвенным путём получены оксиды золота и тяжёлых инертных газов (Xe, Rn). Во всех двухэлементных соединениях кислорода с другими элементами кислород играет роль окислителя, кроме соединений со фтором (см. ниже #Фториды кислорода).

Кислород образует пероксиды со степенью окисления атома кислорода, формально равной −1.

Например, пероксиды получаются при сгорании щелочных металлов в кислороде:

Некоторые оксиды поглощают кислород:

{displaystyle {ce {2BaO + O2 -> 2BaO2}}}

По теории горения, разработанной А. Н. Бахом и К. О. Энглером, окисление происходит в две стадии с образованием промежуточного пероксидного соединения. Это промежуточное соединение можно выделить, например, при охлаждении пламени горящего водорода льдом, наряду с водой, образуется пероксид водорода:

В надпероксидах кислород формально имеет степень окисления −½, то есть один электрон на два атома кислорода (ион O−
2). Получают взаимодействием пероксидов с кислородом при повышенных давлении и температуре:

{displaystyle {ce {Na2O2 + O2 -> 2NaO2}}}

Калий K, рубидий Rb и цезий Cs реагируют с кислородом с образованием надпероксидов:

Неорганические озониды содержат ион O−
3 со степенью окисления кислорода, формально равной −⅓. Получают действием озона на гидроксиды щелочных металлов:

${displaystyle {ce {3KOH + 3O3 -> 2KO3 + KOH * H2O + 2O2 ^}}}$

В ионе диоксигенила O+
2 кислород имеет формально степень окисления +½. Получают по реакции:

{displaystyle {ce {PtF6 + O2 -> O2PtF6}}}

В этой реакции кислород проявляет восстановительные свойства.

Фториды кислорода[править | править код]

Дифторид кислорода, OF₂, степень окисления кислорода +2, получают пропусканием фтора через разбавленный раствор щёлочи:

${displaystyle {ce {2F2 + 2NaOH -> 2NaF + H2O + OF2 ^}}}$

Монофторид кислорода (Диоксидифторид), O₂F₂, нестабилен, степень окисления кислорода +1. Получают из смеси фтора с кислородом в тлеющем разряде при температуре −196 °C:

Пропуская тлеющий разряд через смесь фтора с кислородом при определённых давлении и температуре, получают смеси высших фторидов кислорода O₃F₂, O₄F₂, O₅F₂ и O₆F₂.

Квантовомеханические расчёты предсказывают устойчивое существование иона трифтороксония^[en]^[22] OF+
3. Если этот ион действительно существует, то степень окисления кислорода в нём будет равна +4.

Кислород поддерживает процессы дыхания, горения, гниения.

В свободном виде элемент существует в двух аллотропных модификациях: O₂ и O₃ (озон). Как установили в 1899 году Пьер Кюри и Мария Склодовская-Кюри, под воздействием ионизирующего излучения O₂ переходит в O₃^[23]^[24].

Получение[править | править код]

Перегонка жидкого воздуха[править | править код]

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, а также использующие принцип адсорбции.

В лабораториях пользуются кислородом промышленного производства, поставляемым в стальных баллонах под давлением около 15 МПа.

Разложение кислородсодержащих веществ[править | править код]

Небольшие количества кислорода можно получать нагреванием перманганата калия :

${displaystyle {ce {2 KMnO4 ->[t] K2MnO4 + MnO2 + O2 ^}}}$

Используют также реакцию каталитического разложения пероксида водорода в присутствии оксида марганца(IV):

${displaystyle {ce {2 H2O2 ->[{ce {MnO2}}] 2 H2O + O2 ^}}}$

Кислород можно получить каталитическим разложением хлората калия (бертолетовой соли) :

${displaystyle {ce {2 KClO3 -> 2 KCl + 3 O2 ^}}}$

Разложение оксида ртути(II) {{{1}}} было первым методом получения кислорода:

${displaystyle {ce {2 HgO ->[100 {ce {^{o}C}}] 2 Hg + O2 ^}}}$

Электролиз водных растворов[править | править код]

К лабораторным способам получения кислорода относится метод электролиза разбавленных водных растворов щелочей, кислот и некоторых солей (сульфатов, нитратов щелочных металлов):

${displaystyle {ce {2H2O ->[e^-] 2H2 ^ + O2 ^}}}$

Реакция перекисных соединений с углекислым газом[править | править код]

На подводных лодках и орбитальных станциях обычно получается реакцией пероксида натрия и углекислого газа, выдыхаемого человеком:

${displaystyle {ce {2Na2O2 + 2CO2 -> 2Na2CO3 + O2 ^}}}$

Для соблюдения баланса объёмов поглощённого углекислого газа и выделившегося кислорода, к нему добавляют надпероксид калия. В космических кораблях для уменьшения веса иногда используется пероксид лития.

Применение[править | править код]

Широкое промышленное применение кислорода началось в середине XX века, после изобретения турбодетандеров — устройств для сжижения и разделения жидкого воздуха.

В металлургии[править | править код]

Конвертерный способ производства стали или переработки штейнов связан с применением кислорода. Во многих металлургических агрегатах для более эффективного сжигания топлива вместо воздуха в горелках используют кислородно-воздушную смесь.

Сварка и резка металлов[править | править код]

Кислород в баллонах голубого цвета широко используется для газопламенной резки и сварки металлов.

Компонент ракетного топлива[править | править код]

В качестве окислителя для ракетного топлива применяется жидкий кислород, пероксид водорода, азотная кислота и другие богатые кислородом соединения.
Смесь жидкого кислорода и жидкого озона — один из самых мощных окислителей ракетного топлива (удельный импульс смеси водород — озон превышает удельный импульс для пары водород-фтор и водород-фторид кислорода).

В медицине[править | править код]

Медицинский кислород хранится в металлических газовых баллонах высокого давления голубого цвета различной ёмкости от 1,2 до 10,0 литров под давлением до 15 МПа (150 атм) и используется для обогащения дыхательных газовых смесей в наркозной аппаратуре, при нарушении дыхания, для купирования приступа бронхиальной астмы, устранения гипоксии любого генеза, при декомпрессионной болезни. Крупные медицинские учреждения могут использовать не сжатый кислород в баллонах, а сжиженный в сосуде Дьюара большой ёмкости. Для индивидуального применения медицинским кислородом из баллонов заполняют специальные прорезиненные ёмкости — кислородные подушки. Для подачи кислорода или кислородо-воздушной смеси одновременно одному или двум пострадавшим в полевых условиях или в условиях стационара применяются кислородные ингаляторы различных моделей и модификаций. Достоинством кислородного ингалятора является наличие конденсатора-увлажнителя газовой смеси, использующего влагу выдыхаемого воздуха. Для расчёта оставшегося в баллоне количества кислорода в литрах обычно величину давления в баллоне в атмосферах (по манометру редуктора) умножают на величину ёмкости баллона в литрах. Например, в баллоне вместимостью 2 литра манометр показывает давление кислорода 100 атм. Объём кислорода в этом случае равен 100 × 2 = 200 литров^[25].

В пищевой промышленности[править | править код]

В пищевой промышленности кислород зарегистрирован в качестве пищевой добавки E948^[26], как пропеллент и упаковочный газ.

В химической промышленности[править | править код]

В химической промышленности кислород используют как реактив-окислитель в многочисленных синтезах, например, окисления углеводородов в кислородсодержащие соединения (спирты, альдегиды, кислоты), диоксид серы в триоксид серы, аммиака в оксиды азота в производстве азотной кислоты. Вследствие высоких температур, развивающихся при окислении, последние описанные реакции часто проводят в режиме горения.

В сельском хозяйстве[править | править код]

В тепличном хозяйстве для изготовления кислородных коктейлей, для прибавки в весе у животных, для обогащения кислородом водной среды в рыбоводстве.

Биологическая роль кислорода[править | править код]

Аварийный запас кислорода в бомбоубежище

Большинство живых существ (аэробы) дышат кислородом.
Широко используется кислород в медицине. При сердечно-сосудистых заболеваниях для улучшения обменных процессов в желудок вводили кислородную пену («кислородный коктейль»). Подкожное введение кислорода используют при трофических язвах, слоновости, гангрене и других серьёзных заболеваниях. Для обеззараживания и дезодорации воздуха и очистки питьевой воды применяют искусственное обогащение озоном. Радиоактивный изотоп кислорода ¹⁵O применяется для исследований скорости кровотока, лёгочной вентиляции.

Токсические производные кислорода[править | править код]

Некоторые производные кислорода (т. н. реактивные формы кислорода), такие, как синглетный кислород, пероксид водорода, супероксид, озон и гидроксильный радикал, являются токсичными и реакционноспособными продуктами. Они образуются в процессе активирования или частичного восстановления кислорода. Супероксид (супероксидный радикал), пероксид водорода и гидроксильный радикал могут образовываться в клетках и тканях организма человека и животных и вызывают оксидативный стресс.

Токсичность кислорода[править | править код]

Длительное вдыхание чистого кислорода может иметь опасные последствия для организма. Безопасно длительно дышать при обычном давлении смесями, содержащими до 60 % кислорода, вдыхая и выдыхая через нос, поскольку зубная эмаль и верхние дыхательные пути особенно страдают от контакта с чистым кислородом^[27]. Дыхание 90 % кислородом в течение 3 суток приводит к тахикардии, рвоте, пневмонии, судорогам. При повышении давления токсическое действие кислорода ускоряется и усиливается. Молодые люди более чувствительны к токсическому действию кислорода, чем пожилые^[28].

Изотопы[править | править код]

Кислород имеет три устойчивых изотопа: ¹⁶O, ¹⁷O и ¹⁸O, среднее содержание которых составляет соответственно 99,759 %, 0,037 % и 0,204 % от общего числа атомов кислорода на Земле. Резкое преобладание в смеси изотопов наиболее лёгкого из них ¹⁶O связано с тем, что ядро атома ¹⁶O состоит из 8 протонов и 8 нейтронов (дважды магическое ядро с заполненными нейтронной и протонной оболочками). А такие ядра, как следует из теории строения атомного ядра, обладают особой устойчивостью.

Также известны радиоактивные изотопы кислорода с массовыми числами от ¹²O до ²⁸O. Все радиоактивные изотопы кислорода имеют малый период полураспада, наиболее долгоживущий из них — ¹⁵O с периодом полураспада ~120 секунд. Наиболее краткоживущий изотоп ¹²O имеет период полураспада 5,8⋅10⁻²² секунд.

См. также[править | править код]

Категория:Соединения кислорода

Примечания[править | править код]

Комментарии

↑ Указан диапазон значений атомной массы в связи с неоднородностью распространения изотопов в природе.

Источники

↑ Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2013. — Vol. 85, no. 5. — P. 1047—1078. — doi:10.1351/PAC-REP-13-03-02. Архивировано 5 февраля 2014 года.
↑ Редкол.:Кнунянц И. Л. (гл. ред.). Химическая энциклопедия: в 5 т. — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2. — С. 387. — 671 с. — 100 000 экз.
↑ Дикислород Архивная копия от 4 марта 2016 на Wayback Machine // 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.
↑ ¹ ² Кнунянц И. Л. и др. Химическая энциклопедия. — Москва: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2. — С. 387—389. — 671 с. — 100 000 экз.
↑ Я. А. Угай. Общая и неорганическая химия. — Москва: Высшая школа, 1997. — С. 432—435. — 527 с.
↑ Crowe, S. A.; Døssing, L. N.; Beukes, N. J.; Bau, M.; Kruger, S. J.; Frei, R.; Canfield, D. E. Atmospheric oxygenation three billion years ago (англ.). — Nature, 2013. — Iss. 501, no. 7468. — P. 535—538. — doi:10.1038/nature12426. — PMID 24067713.
↑ Campbell, Neil A.; Reece, Jane B. Biology, 7th Edition. — San Francisco: Pearson – Benjamin Cummings, 2005. — С. 522–23. — ISBN 0-8053-7171-0.
↑ Freeman, Scott. Biological Science, 2nd. — Upper Saddle River, NJ: Pearson – Prentice Hall, 2005. — P. 214, 586. — ISBN Biological Science, 2nd.
↑ Berner, Robert A. Atmospheric oxygen over Phanerozoic time. — Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, 1999. — doi:10.1073/pnas.96.20.10955. — PMID 10500106. Архивировано 7 октября 2019 года.
↑ Butterfield, N. J. Oxygen, animals and oceanic ventilation: An alternative view (англ.). — Geobiology, 2009. — Iss. 7, no. 1. — P. 1—7. — doi:10.1111/j.1472-4669.2009.00188.x. — PMID 19200141.
↑ «Лёгкие планеты» находятся в океане. Дата обращения: 26 июля 2015. Архивировано 8 декабря 2015 года.
↑ Образование кислорода в природе и получение его в технике. © Зооинженерный факультет МСХА. Дата обращения: 26 июля 2015. Архивировано 8 декабря 2015 года.
↑ Dole, Malcolm. The Journal of General Physiology (англ.). — 1965. — Iss. 49, no. 1. — doi:10.1085/jgp.49.1.5. — PMID 5859927. Архивировано 17 января 2014 года.
↑ ТАСС: Наука — Учёные: кислород в атмосфере Земли появился на 800 млн лет раньше, чем считалось ранее. Дата обращения: 25 марта 2016. Архивировано 23 апреля 2016 года.
↑ Рябин В. А. и др., Термодинамические свойства веществ, 1977, с. 127.
↑ ¹ ² ³ Inorganic Crystal Structure Database. Дата обращения: 3 августа 2009. Архивировано 3 марта 2012 года.
↑ Yu. A. Freiman, H. J. Jodl. Solid oxygen // Physics Reports. — 2004. — Т. 401, № 1—4. — С. 1—228. — doi:10.1016/j.physrep.2004.06.002.
↑ Hiroshi Fujihisa, Yuichi Akahama, Haruki Kawamura, Yasuo Ohishi, Osamu Shimomura, Hiroshi Yamawaki, Mami Sakashita, Yoshito Gotoh, Satoshi Takeya, and Kazumasa Honda. O₈ Cluster Structure of the Epsilon Phase of Solid Oxygen // Phys. Rev. Lett.. — 2006. — Т. 97. — С. 085503. — doi:10.1103/PhysRevLett.97.085503.
↑ Lars F. Lundegaard, Gunnar Weck, Malcolm I. McMahon, Serge Desgreniers, Paul Loubeyre. Observation of an O₈ molecular lattice in the ε phase of solid oxygen (англ.) // Nature. — 2006. — Vol. 443. — P. 201—204. — doi:10.1038/nature05174.
↑ Margaret-Jane Crawford и Thomas M. Klapötke. The trifluorooxonium cation, OF₃⁺ (англ.) // Journal of Fluorine Chemistry. — 1999. — Vol. 99, iss. 2. — P. 151—156. — doi:10.1016/S0022-1139(99)00139-6. Архивировано 24 сентября 2015 года.
↑ Curie P., Curie M. Effets chimiques produits par les rayons de Becquerel (фр.) // Comptes rendus de l’Académie des Sciences (англ.) (рус. : magazine. — 1899. — Vol. 129. — P. 823—825. Архивировано 16 февраля 2016 года.
↑ Радиационная химия // Энциклопедический словарь юного химика. 2-е изд. / Сост. В. А. Крицман, В. В. Станцо. — М.: Педагогика, 1990. — С. 200. — ISBN 5-7155-0292-6.
↑ 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.
↑ Food-Info.net: E-numbers: E948 : Oxygen Архивная копия от 4 апреля 2009 на Wayback Machine.
↑ Трагедии советского подплава – Владимир Шигин – Google Books
↑ Вредные химические вещества: Неорганические соединения элементов V—VIII групп. Справочник. — Л., 1989. — С. 150—170

Литература[править | править код]

Кислород / Зломанов В. П. // Киреев — Конго. — М. : Большая российская энциклопедия, 2009. — С. 59. — (Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов ; 2004—2017, т. 14). — ISBN 978-5-85270-345-3.
Рябин В. А., Остроумов М. А., Свит Т. Ф. Термодинамические свойства веществ. Справочник. — Л.: Химия, 1977. — 392 с.

Из БРЭ:

Saunders N. Oxygen and the elements of group 16. Oxf., 2003. (англ.)
Дроздов А. А., Зломанов В. П., Мазо Г. Н., Спиридонов Ф. М. Неорганическая химия. М., 2004. Т. 2.
Шрайвер Д., Эткинс П. Неорганическая химия. М., 2004. Т. 1-2.

Ссылки[править | править код]

Кислород на Webelements Архивная копия от 30 августа 2004 на Wayback Machine (англ.)
Кислород в Популярной библиотеке химических элементов Архивная копия от 30 сентября 2007 на Wayback Machine
Твёрдый кислород при сверхбольших давлениях: образование молекул O₄ Архивная копия от 14 января 2020 на Wayback Machine
Выяснено магнитное упорядочение оранжевого кислорода Архивная копия от 12 сентября 2011 на Wayback Machine
Магнитный коллапс в твёрдом кислороде Архивная копия от 27 марта 2008 на Wayback Machine
Растворимость кислорода в воде TWT department of MPEI: Live Calculations by MAS
Учёным удалось напрямую получить молекулы кислорода из углекислого газа Архивная копия от 3 февраля 2015 на Wayback Machine
Российским кислородом дышит весь мир: О проблемах сохранения леса

Источник

Задание:

Решение:

Советы

Предупреждения

Вам потребуются

Об этой статье

Была ли эта статья полезной?

История открытия[править | править код]

Происхождение названия[править | править код]

Нахождение в природе[править | править код]

Физические свойства[править | править код]

Химические свойства[править | править код]

Фториды кислорода[править | править код]

Получение[править | править код]

Перегонка жидкого воздуха[править | править код]

Разложение кислородсодержащих веществ[править | править код]

Электролиз водных растворов[править | править код]

Реакция перекисных соединений с углекислым газом[править | править код]

Применение[править | править код]

В металлургии[править | править код]

Сварка и резка металлов[править | править код]

Компонент ракетного топлива[править | править код]

В медицине[править | править код]

В пищевой промышленности[править | править код]

В химической промышленности[править | править код]

В сельском хозяйстве[править | править код]

Биологическая роль кислорода[править | править код]

Токсические производные кислорода[править | править код]

Токсичность кислорода[править | править код]

Изотопы[править | править код]

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

Литература[править | править код]

Ссылки[править | править код]

Вам также может понравиться

Как исправить сутулость васильева

Как найти высоту квадрата если известна площадь

Как найти площадь трапеции через четыре стороны

Добавить комментарий Отменить ответ