Кислород

Общие сведения и методы получения

Кислород (О) —бесцветный газ, не имеющий запаха. Открыт в 1772— 1774 гг. Шееле при сильном прокаливании селитры, а затем при воз­действии серной кислоты на пиролюзит (диоксид марганца). Независи­мо от Шееле в 1774 г. кислород получил Пристли, нагревая оксид рту­ти и сурик. Современное название элементу дал создатель теории горе­ния Лавуазье, который считал, что кислород является составной частью кислот, и потому назвал этот газ «Oxygene» (кислый).

Содержание кислорода в сухом воздухе 20,9 % (по объему), или 23 % (по массе). В земной коре в форме различных соединений содер­жится 47,3 % кислорода Общее содержание кислорода в литосфере, гидросфере и атмосфере составляет ~50 % по отношению к содержанию всех остальных элементов.

В промышленности кислород получают путем фракционной перегон­ки жидкого воздуха или фракционным сжижением воздуха. Значитель­ные количества кислорода получают электролизом воды. Кислород, полученный при сжижении воздуха, содержит до 3 % Аг, температура кит нпя которого близка к температуре кипения кислорода. В лабора­торных условиях кислород можно получить при термическом разложе­нии богатых этим элементом веществ. Кислород поставляют потребите­лям в случае его ограниченного расхода в стальных баллонах, давле­ние газа в которых достигает 15 МПа. Технический кислород первого

сорта содержит не менее 99,7% 0₂, второго — не менее 99,5% 0₂,

третьего — не менее 99,2 % 0₂.

Физические свойства

Атомные характеристики. Атомный номер 8, атомная масса 15,9994 а е м, атомный объем 10,89-10^—3 м³/моль. Атомный радиус кислорода (ковалептный) 0,066 нм. Конфигурация внешних электронных оболочек атома кислорода 2s²2p⁴. Кислород состоит из трех стабильных изото­пов ¹⁶0, ¹⁷0 и ¹⁸0, процентное содержание которых соответственно равно 99,759; 0,037 и 0,204 %• Известны три искусственных радиоак­тивных изотопа >Ю, ¹⁵0, ¹⁹0 с периодами полураспада 72,1; 126 и 29,4 с соответственно. Ниже 23,85 К при атмосферном давлении ста­бильна ромбическая а-фаза с периодами о=0,5403 нм, 6 = 0,3429 нм, с=0,5086 нм, 6 = 132,53°. В интервале (—249,15)•+(—229,23) °С ста­бильна fl -фаза, имеющая ромбоэдрическую структуру с периодами о= =0,3307 нм, с= 1,1256 нм. Выше —229,23 °С существует кубическая мо­дификация y с периодом а— 0,683 нм. Потенциалы ионизации атома кислорода J (эВ): 18,614; 35,15; 54,93. Электроотрицательность 3,5.

Химические свойства

Во всех соединениях, за исключением соединения со фтором, степень окисления кислорода равна —2. В соединении со фтором (OF₂) степень окисления кислорода положительна и равна +2.

Кислород — элемент очень активный в химическом отношении. Ои вступает во взаимодействие практически со всеми элементами Периоди­ческой системы, за исключением инертных газов. При таком взаимодей­ствии образуются химические соединения, которые принято называть оксидами. Оксиды получают двумя методами, непосредственным соеди­нением элементов с кислородом или нагреванием гидроксидов или дру­гих кислородных соединений.

Непосредственное соединение элемента с кислородом гораздо более интенсивно происходит при нагреве, в процессе реакции выделяется большое количество тепла, которое может привести к самовозгоранию вещества,

Образующиеся оксиды, как правило, термически устойчивы, за ис­ключением оксидов благородных металлов. Соединения большинства переходных металлов с кислородом устойчивы до 1250—1750 °С. Боль­шой термической стабильностью и стойкостью к действию различных агрессивных сред отличаются оксид алюминия AI2O3, оксид кремния Si0₂, оксид циркония Zr0₂ и др.

Многие оксиды при нагреве с водородом или углем восстанавлива­ются, при этом получаются чистые металлы.

Технологические свойства и области применения

Кислород играет определяющую роль в существовании жизни на Зем­ле. С ним связано возникновение природы и последующее ее эволюци­онное развитие.

В технике и промышленности кислород применяется для интенсифи­кации различных технологических процессов (доменное и сталепла­вильное производство, получение серной и азотной кислот). Кислород обеспечивает получение высоких температур сгорания различных газов, что находит широкое применение в высокотемпературной технологии (газовая сварка, резка).