Кислород – рождающий кислоты

Версия для печатиВерсия для печати
Кислород
химический элемент, атомный номер 8, атомная масса 15,9994. Обычно концентрация кислорода (в виде молекул O2) в атмосфере на уровне моря составляет по объему 21%. Кислород немного тяжелее воздуха, вес 1 м3 кислорода при 0° и 760 мм рт. ст. равен 1,43 кг. Плотность по отношению к воздуху 1,1. При температуре -182,97°C и давлении 760 мм рт. ст. кислород превращается в голубоватую легко подвижную жидкость, энергично испаряющуюся при нормальной температуре. При этом занимаемый газом объем уменьшается примерно в 850 раз. При нагревании жидкий кислород снова превращается в газ. Вес 1 л жидкого кислорода при температуре -183°C равен 1,14 кг. Жидкий кислород при атмосферном давлении затвердевает при температуре -218,4°C и образует кристаллы голубоватого цвета. Химическая формула – O. В обычных условиях молекула кислорода двухатомная - O2.

Кислород при нормальных условиях (температуре и давлении) представляет собой прозрачный газ без запаха, вкуса и цвета. Не относится к горючим газам, но способен активно поддерживать горение.

По химической активности среди неметаллов кислород занимает второе место после фтора.

Все элементы, кроме благородных металлов (платина, золото, серебро, родий, палладий и др.) и инертных газов (гелий, аргон, ксенон, криптон и неон), вступают в реакцию с кислородом (окисление) и образовывают оксиды. Процесс окисления элементов, как правило, носит экзотермический (с выделением теплоты) характер. Также необходимо учитывать тот факт, что при повышении температуры, давления или использовании катализаторов – скорость реакции окисления резко возрастает.

История открытия кислорода

Открытие кислорода приписывают Джозефу Пристли (Joseph Priestley). У него была лаборатория, оборудованная приборами для собирания газов. Пристли испытывал физиологическое действие кислорода на себе и на мышах. Он устанавливал, что после вдыхания кислорода некоторое время ощущается приятная легкость. Мыши в герметически закрытой банке с воздухом задыхаются быстрей, чем в банке с кислородом. Поскольку Пристли был приверженцем флогистонной теории он так и не узнал, что оказалось у него в руках. Он только описал кислород, даже не догадываясь, что он описал. Открыл кислород и дал ему имя Антуан Лоран Лавуазье (Antoine Laurent de Lavoisier).

Лавуазье, поставил свой знаменитый опыт, продолжавшийся 12 дней.

Он нагревал ртуть в реторте. При кипении образовывалась ее красная окись. Когда реторту охладили, оказалось, что воздуха в ней убыло почти на 1/6 его объема, а остаток ртути весил меньше, чем перед нагревом. Но когда разложили окись ртути сильным прокаливанием, все вернулось: и недостача ртути, и «исчезнувший» кислород.

Впоследствии Лавуазье установил, что этот газ входит в состав азотной, серной, фосфорной кислот. Он ошибочно полагал, что кислород обязательно входит в состав кислот, и поэтому назвал его «оксигениум», что значит «рождающий кислоты». Теперь хорошо известны кислоты, лишенные кислорода (например: соляная, сероводородная, синильная и др.).

Получение кислорода

Кислород получают тремя способами:

  • разделение воздуха путем низкотемпературной ректификации (глубокого охлаждения);
  • разложение воды путем электролиза (пропускание электрического тока);
  • химический способ.

Из атмосферного воздуха кислород получают методом глубокого охлаждения, как побочный продукт при получении азота. Данный способ мы рассмотрели в статье «Способ получения азота»

Производство кислорода путем пропускания электрического тока через воду (электролиз воды) с попутным получением водорода мы рассматривали в статье «Способы получения водорода»

Химические способ получения малопроизводителен, а, следовательно, и неэкономичен, он не нашел широкого применения и используются в лабораторной практике.

Кислород газообразный технический и медицинский выпускают по ГОСТ 5583. Хранят и транспортируют его в стальных баллонах ГОСТ 949 под давлением 15 МПа. Кислородные баллоны окрашены в синий цвет с надписью черными буквами «КИСЛОРОД».

Баллон с кислородом

Жидкий кислород выпускается по ГОСТ 6331. Кислород находится в жидком состоянии только при получении, хранении и транспортировке. Для газовой сварки или газовой резки его необходимо снова превратить в газообразное состояние.

Коэффициент перевода объема и массы кислорода при Т=15°С и Р=0,1 МПа

Масса, кг

Объем

Газ, м3

Жидкость, л

1,337

1

1,172

1,141

0,853

1

1

0,748

0,876

Коэффициенты перевода объема и массы кислорода при Т=0°С и Р=0,1 МПа

Масса, кг

Объем

Газ, м3

Жидкость, л

1,429

1

1,252

1,141

0,799

1

1

0,700

0,876

Кислород в баллоне

Объем баллона, л

Масса газа в баллоне, кг

Объем газа при Т=15°С, Р=0,1 МПа

40

8,42

6,3

Давление кислорода в баллоне при различной температуре окружающей среды

Температура окружающей среды

Давление в баллоне, МПа

-40

10,4

-30

11,3

-20

12,1

-10

12,9

0

13,7

+10

14,5

+20

15,3