висока редокси потенциал, като краен електронен акцептор във веригата ензими респираторни доведе до биохимичен механизъм на модерни видове дъх. Този механизъм осигурява енергия аеробни организми.
Кислород - основния биогенен елемент, който е част от всички основни молекулни вещества, осигуряващи структурата и функциите на клетки - протеини, нуклеинови киселини, въглехидрати, липиди, както и множество малки молекули. Всеки растителен или животински кислород много повече, отколкото всеки друг елемент (средно около 70%). Човешки мускулна тъкан съдържа 16% кислород, костна тъкан - 28,5%; само средната човешкото тяло (телесно тегло 70 кг), съдържащ 43 кг кислород. При животни и хора, кислород влиза главно чрез дихателната система (свободен кислород) и вода (свързан кислород). Нуждата на тялото на кислород се определя от степента (интензивността) на метаболизма, което зависи от маса и телесната повърхност, възрастта, пола, диетата, условията на околната среда и др. екология като важен енергия характеристика определя съотношението на общия въздух (т.е. общо окислителни процеси) Общността организми към общия си биомаса.
V. Физични и химични свойства на кислород.
Химическа кислород елемент образува два прости вещества - кислород O2 и О3 на различни физични свойства.
Кислород O2 газ, която е безцветна и без мирис. Нейната молекула O2. Това е парамагнитен (привлечени от магнит), тъй като тя съдържа две несвоен електрони. Структурата на кислородни молекули могат да бъдат представени със следната структурна формула:
Атмосферния кислород се състои от двуатомни молекули. В interatomic разстоянието в молекулата O2 0.12074 нм. Молекулен кислород (в газообразно състояние и течност) - парамагнитен вещество във всяка молекула на O2 има две несдвоен електрон. Този факт може да се обясни с факта, че молекулата на всяка от двете орбитите -razryhlyayuschih е един свободен електрон.
O2 молекула дисоциация енергия на атома доста високи и е 493.57 кДж / мол.
О2 кислород молекула е доста инертен. Стабилност на кислородни молекули и висока активиране енергия на повечето окислителни реакции причини, че при ниски температури на околната среда, както и много реакции, включващи процент кислород поток с едва забележим. Само когато се създават условия за поява на радикали - О - или R-О-О-, вълнуваща верижна реакция, окислителната настъпва бързо. В този случай се използва, например, катализатори, които могат да ускорят процеса на окисление.
При нормални условия, газ плътност кислород 1.42897 кг / MZ. Кипене течен кислород (течност има син цвят) -182,9 ° С При температури от -218,7 ° С до -229,4 ° С има твърд кислород центрирана кубична решетка (-modification), при температури от -229,4 ° С до -249,3 ° С --modification с шестоъгълна решетка и при температури под -249,3 ° С - кубичен-модификация. При повишено налягане и ниски температури и други модификации, получени твърдо вещество кислород.
При 20 ° С разтворимостта на O2 газ: 3.1 мл на 100 мл вода, 22 мл на 100 мл етанол, 23.1 мл на 100 мл ацетон. Има флуор-съдържаща органична течност (например, perftorbutiltetragidrofuran), в които разтворимостта на кислород е значително по-висока.
Високото съдържание на химични връзки между атомите в молекулата O2privodit на този при стайна температура газообразен кислород химически доста maloaktiven. В природата, тя идва бавно се разпада по време на процеса на преобразуване. В допълнение, кислород при стайна температура е способен да реагира с хемоглобина в кръвта, което осигурява преноса на кислород от белите дробове към други органи.
С много вещества, кислород взаимодейства без нагряване, например, алкални и алкалоземни метали (образувани съответстващ оксиди Li2O, CaO, и др. Пероксиди тип Na2O2, BaO2 и др. И супероксиди тип КО2, RbO2 и др.), Което води до образуването на ръжда на повърхността на стоманени продукти. Без загряване, кислород реагира с бял фосфор, с някои алдехиди и други органични вещества.
При нагряване, дори малко, химическата активност на кислород се увеличава драстично. При запалване реагира експлозивно с водород, метан и други горими газове, с голям брой прости и сложни съединения.
С помощта на тежки кислородни атоми на изотопа 18О разбрах "произход" на кислорода освободен от растенията чрез фотосинтеза. Преди това се счита, че кислородът се отделя от молекулите на въглероден оксид вместо вода. Вече е известно, че растенията се свързват кислород въглероден монооксид и кислород в атмосферата на рециклирана вода.
Кислородни форми съединения с всички елементи, с изключение на някои благородни газове (хелий, неон, аргон). Например, с повечето метали, кислород реагира дори при стайна температура, например:
2Na ° + O2 ° = + Na2 102-2
Na ° -1 (д) Na + 1 февруари редуктор
O2 ° 2 (г) 2 2О-оксидант 2
2Zn ° + O2 ° = + 2Zn 2О-2
Zn ° 2 (д) Zn + 2 редуктор
O2 ° 2 (г) 2 2О-оксидант 2
С неметали кислород реагира, обикновено с нагряване. По този начин, тъй като кислородът реагира с фосфорен при температура от 60 ° С:
4F ° + 502 ° = + 2P2 505-2
Р ° -5 (ж) P + 2 Може редуктор
O2 ° 2 (г) 2 2О-окислител може 2
със сяра - при температура от около 250 ° С:
S ° -4 (г) S + 4 редуктор
O2 ° 2 (г) 2 2 2 2О-оксидант
с въглерод (графит) - при 700-800 ° С:
С ° -4 (д) С + 4 редуктор
O2 ° 2 (г) 2 2 2 2О-оксидант
Реакцията на кислород с азот започва само при 1200 ° С или в електрически разряд:
Кислород реагира с много сложни съединения, такива като азотни окиси реагира дори при стайна температура:
2N + 2О + O2 ° = + 2N 4O2-2
N + 2 -2 (ж) N + 1 редуктор април
O2 ° 2 (г) 2 2 2 2О-оксидант
Сероводород реагира с кислород при нагряване, дава сяра:
2H2S-2 + O2 ° = 2S ° + 2H2O-2
S-2-2 (г) S ° редуктор
O2 ° 2 (г) 2 2О-оксидант 2
или серен оксид (IV)
2H2S + SO2 = 2SO2 + 2H2O
В зависимост от съотношението между кислород и сероводород.
В тези реакции, кислород е окислителя. В повечето окислителни реакции, включващи кислород генерира топлина и светлина - такива процеси се наричат изгаряне.
Алотропна модификация на кислород е озон. Нейната молекула триатомен - O3. Структурата може да бъде представено чрез следната структурна формула:
Всяка промяна в броя или местоположението на същите атоми в молекулата води до появата на качествено нов вещество с различни свойства. Озонът има свойства, различни от кислород. При нормални условия, газ е синьо, с остър, дразнещ мирис. Името му идва от гръцката дума "ozeyn", което означава миризма. Това е токсичен. За разлика от молекула кислород озон се характеризира с високо молекулно тегло, полярност и поляризуемост. Следователно, озон има по-висока температура на кипене (-111,9 ° С) от кислород (- 182,9 ° С), на интензивен цвят и по-добра разтворимост във вода.
В естествени условия, озон се образува от кислород от заустванията мълнии и на височина 10-30 км - под действието на ултравиолетова светлина. Това забавя вредни за живота на ултравиолетовото излъчване на слънцето. В допълнение, озон абсорбира инфрачервени лъчи на земята, предотвратяване на неговото охлаждане. Следователно, алотропна форма на кислорода - озон - играе важна роля в поддържането на живота на Земята.
образуване на озон се придружава от освобождаването на атомен кислород. Тя е основно верижна реакция, в която появата на активните частици (обикновено е определени със звездичка *) предизвиква голям брой (верига) на последователни преобразувания неактивни молекули като O2. А верижна реакция на озон от кислород може да се изрази със следната схема:
Озонът получава чрез техниката на електрически разряди в Озонатори.
Молекула О3 е нестабилен и при висока концентрация на озон се разлага до взрив:
Окислители активност на озона е много по-висока от тази на кислород. Например, дори в нормални условия на ниска активност като озон окислява прости вещества като сребро и живак за образуване техните оксиди и кислород:
8Ag + 2O3 = 4Ag2O + O2
Като силен окислител, озон се използва за пречистване на вода, въздух дезинфекция. Air иглолистни гори считат полезни, тъй като тя съдържа малко количество озон, който се образува по време на окисляването на смола от иглолистни дървета.
Дори по-силен окислител от кислород О2, О3 е озон (кислород модификация алотропна). Той се произвежда в атмосферата от заустванията гръмотевични, което обяснява особения мирис на свежест след буря.
В лаборатории озон се получава чрез пропускане на кислород чрез изхвърляне (ендотермична реакция):
302 203-284 кДж.
Когато озон взаимодействие с разтвор на калиев йодид, йод се освобождава, докато реакцията с кислород не е:
2KI + 03 + H20 = I2 + 02 + 2KOH.
Реакцията често се използва като качествени I- откриване йони или озон. Към този разтвор се прибавя нишесте, което дава отличителен синьо комплекс с йод утаява. качество реакция и поради озон не окисли йони СГ и Вг
Има и друго изменение на кислород - chetyrehatomnaya (О4):
При ниски температури се измества надясно, т.е.. Д. Към образуване O4 молекули. Структурните разлики молекули предизвикват промени в свойствата на веществата. По този начин, течни и твърди кислород газ за разлика от оцветен в синьо.
Кислород при нагряване реагира с водород за образуване на вода. При запалване на сместа от двата газове в обемни съотношения на 2: 1 (гърмящ газ) реакция протича експлозивно. Въпреки това, може безопасно да се процедира и при тази смес се довежда в контакт с много малко количество от фино разделени платина действа като катализатор:
2Н2 + 2 Н20 О8 = + 572,6 кДж / мол
Кислородът може директно да се окисляват всички метали. Ако металът е с висока летливост, след процеса на окисляване обикновено е под формата на горене. Изгаряне на ниско-летливи метали в кислород може да бъде предмет на висока летливост на оксид формира. Ефективността на този процес зависи от активността на редуциращ метал и се характеризира с топлината на образуване на получения продукт. Реакционните продукти от метали и кислород (оксиди) могат да бъдат основни, киселина и амфотерни.
При изгарянето на някои активни метали в кислород понякога не се образува оксиди, като супероксиди и пероксиди. По този начин, когато горивни калий и рубидий супероксиди образуваните от тези метали:
Това се дължи на факта, че молекула на кислород може да придават или губят електрони, за да се образува молекулна тип O2-2 йони, O2-и O2 +. Присъединяването един електрон на кислород предизвиква образуването на супероксид йон O2:
Наличието на несдвоени електрони в йон O2 причинява парамагнетизъм супероксиди.
Поставяне два електрона, кислород молекула предварително
върти в пероксид O2-2 йон в която свързващата атом
ни от два електрона връзка, и затова е диамагнитно:
О - О + 2 грама = [О - О] -2
Например, взаимодействие на барий и кислород е да образуват BaO2 на прекис:
VI. Получаване на кислород.
Разнообразието от химически съединения, съдържащи кислород и свободни кислород позволява да се получи по различни начини. Всички методи за получаване на кислород могат да бъдат разделени в две групи: Физични и химични. Повечето от тях принадлежат към химическата, т.е.. Е. В основата на производството на кислород са тези или други реакция. Например, когато се изисква висока чистота кислород, се получава от водата чрез разлагане. Помислете за този метод.
Корабът изпълнен с електролит (дестилирана вода се подкислява със сярна киселина), за да се намалят електродите, обикновено платина, и електрически ток се предава. Положително заредени водородни йони се движат към отрицателно зареден електрод (катод) и отрицателно заредени йони хидроксид ОН- йони и сулфат SO42- се изпращат на положително зареден електрод (анода). На електродите йоните са изпуснати. Трябва да се отбележи, че изпълнението на Н + йони и ОН- е много по-лесно от сулфатни йони SO42- Така водород се отделя на катода и анода - кислород:
4ON- - 4о - 2H2O + O2
Отделеният газове се събират в различни съдове или се използват директно.
В контекста на училище лаборатория като електролит е по-удобно да се използва алкален разтвор. След това електродите могат да бъдат изработени от желязо или лист. В алкална среда освобождаване на катода пряко изложен на водни молекули:
За експеримента се използва лабораторна клетка. Тази U-образна тръба от стъкло, които са запоени към електродите. В електролитен метод, достатъчно чист кислород (0.1% примеси).
Да разгледаме друг химичен процес за производство на кислород. Ако се загрява бариев оксид BaO към 540SS, което придава на атмосферния кислород до образуване бариев пероксид, BaO2. Последният, от загряване до 870 ° С разлагане и кислород се отделя:
2VaO + O2 = 2VaO2
2VaO2 + O2 = 2VaO
Бариев пероксид действа като носител на кислород.
През миналия век са разработени на инсталацията за производство на кислород чрез този метод. Те включват вертикално разположени контейнери, които имат система за отопление. След нагрява до 400-500 ° С бариев оксид се пропуска поток от въздух. След образуването на доставките бариев пероксид въздух се спира и съдът се загрява до 750 ° С (с разлагане температура BaO2).
С развитието на техниките за получаване на ниски температури е разработен физически метод за производство на кислород от въздуха. Тя се основава на дълбоко охлаждане на въздуха и използване на разликите в точките на кипене на газове, влизащи във въздуха.
Течен въздух, произведен в хладилни системи, е смес, състояща се от 79% азот и 21% кислород по обем. Течен азот кипи при - 195,8 ° С, и течен кислород - температура - 182,9 ° С При температура на кипене разлика от азот и кислород на базата тяхното разделяне. За пълно отделяне на течен кислород и газообразен азот се използва множествена изпаряване на течен въздух се придружава от кондензация на пара. Този процес се нарича фракционна дестилация или ректификация. В момента, този метод се превърна в основен начин за получаване на техническа кислород (евтини суровини и с високи експлоатационни качества). Течен кислород се съхраняват и транспортират в специално пригоден за тази цел контейнери, цистерни и резервоари, снабдена с добра топлоизолация.
Като физически метод за производство на кислород се използва широко в промишлеността, химични методи за получаване на практически загубили своето техническо значение и се използват за производство на кислород в лабораторията.
Благодарение на развиващите се научни и технологични хора за напредъка
Свързани статии