Глава II.13 Кислород

Кислород – самый распространённый элемент на нашей планете (рис. 42). На его долю приходится почти половина массы литосферы – твёрдой оболочки Земли. В составе воды кислород и водород образуют водную оболочку Земли – гидросферу. В воздушной оболочке Земли – атмосфере на долю кислорода приходится 21$$% её объёма.

Простые вещества. Вы уже знаете, что для кислорода характерна аллотропия, т. е. образование двух простых веществ, различающихся числом атомов в молекуле: кислорода О₂ и озона О₃.

С биологической ролью озона вы также уже познакомились. Поэтому лишь отметим, что озон – эффективное средство для обеззараживания питьевой воды.

Кислород – газ без цвета, запаха и вкуса, немного растворимый в воде, несколько тяжелее воздуха.

Получение кислорода. В промышленности кислород получают фракционной перегонкой (или ректификацией) жидкого воздуха в специальных аппаратах, называемых ректификационными колоннами. Более подробно с промышленным методом получения кислорода вы познакомитесь в 9 классе.

Наиболее удобным способом получения кислорода в лабораторных условиях является разложение перманганата калия при нагревании:

2KMnO₄ $\stackrel{t}{=}$ K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂

Кислород можно собирать методом вытеснения воздуха (рис. 43) или методом вытеснения воды. (Почему?)

Распознают кислород с помощью тлеющей лучинки, которая в нём ярко загорается.

Другим лабораторным способом получения кислорода служит разложение пероксида водорода Н₂О₂ с помощью катализатора — оксида марганца(IV) MnO₂ (рис. 44):

2Н₂О₂ $\stackrel{{\mathrm{MnO}}_2}{=}$ 2H₂О + O₂↑

Химические свойства кислорода. 1. Кислород взаимодействует со всеми металлами, кроме золота и платины.

Например, магниевая лента горит на воздухе ослепительно ярким пламенем (рис. 45). При этом образуется оксид магния:

2Mg + O₂ = 2MgO

Раскалённый порошок железа сгорает в кислороде, разбрасывая искры (рис. 46). Продукт реакции – железная окалина Fe₃O₄:

3Fe + 2O₂ = Fe₃O₄

2. Кислород взаимодействует почти со всеми неметаллами, например, сера, фосфор и уголь (углерод) сгорают на воздухе или в кислороде с образованием соответствующих оксидов:

4Р + 5O₂ = 2Р₂O₅
S + O₂ = SO₂↑
С + O₂ = СO₂↑

3. Кислород способен взаимодействовать со сложными веществами. Так, природный газ, состоящий главным образом из метана, является эффективным топливом:

СН₄ + 2O₂ = СО₂↑ + 2Н₂O

Применение кислорода. Отвечая на сформулированный в начале параграфа вопрос, назовём два важнейших процесса с участием кислорода – горение и дыхание.

Способность кислорода поддерживать горение лежит в основе применения всех видов топлива. Не менее важны процессы медленного (беспламенного) окисления различных веществ. Так, при окислении пищи в нашем организме выделяется энергия, за счёт которой организм живёт и поддерживает нужную температуру. При дыхании кислород поступает в лёгкие человека, соединяется с гемоглобином и переносится потоком крови в каждую клетку. Здесь происходит обмен молекулы кислорода в гемоглобине на молекулу углекислого газа, который, будучи токсичным продуктом жизнедеятельности, удаляется из клетки.

Растениям тоже необходим кислород. В течение суток идёт процесс поглощения кислорода растениями – дыхание, а на свету протекает противоположный ему процесс – фотосинтез. Из курса биологии вы знаете, что химическую суть фотосинтеза можно выразить схемой

6СО₂ + 6Н₂О $\stackrel{\mathrm{свет}}{=}$ С₆Н₁₂О₆ + 6О₂↑

Именно за счёт фотосинтеза в атмосфере нашей планеты появился и поддерживается на постоянном уровне живительный кислород. Причём 80$$$$% кислорода поставляют в атмосферу обитатели водоёмов – цианобактерии. Кислород совершает бесконечный круговорот на нашей планете (рис. 47).

Кислород используют в металлургии, химической промышленности, для газовой сварки и резки металлов, в качестве окислителя топлива космических кораблей. Он необходим для жизнеобеспечения на подводных лодках и орбитальных станциях.

В медицине кислород применяют в основном для обеспечения дыхания больного. Некоторые области применения кислорода представлены на рисунке 48.

Для хранения и перевозки кислород закачивают в стальные баллоны голубого цвета под давлением 150 атм. Жидкий кислород хранят в термосах особой конструкции – сосудах Дьюара (рис. 49).

На следующем уроке вы самостоятельно проделаете химический эксперимент по получению, собиранию и распознаванию кислорода.