Химическая формула кислорода и озона: Озон и кислород, аллотропия, сходства и различия, окислительные свойства озона

Озон и кислород, аллотропия, сходства и различия, окислительные свойства озона

Озон – аллотропная форма кислорода. Аллотропия – существование одного и того же химического элемента в виде двух и более простых веществ. В данном случае и озон (O3) и кислород (O₂) образованы химическим элементом О.

Получение озона из кислорода

Как правило, исходным веществом для получения озона выступает молекулярный кислород (O₂), а сам процесс описывается уравнением 3O₂ → 2O₃. Эта реакция эндотермична и легко обратима. Для смещения равновесия в сторону целевого продукта (озона) применяются определенные меры.

Один из способов получения озона – использование дугового разряда. Термическая диссоциация молекул резко возрастает с ростом температуры. Так, при Т=3000К — содержание атомарного кислорода составляет ~10 %. Температуру в несколько тысяч градусов можно получить при помощи дугового разряда. Однако при высокой температуре озон разлагается быстрее молекулярного кислорода. Чтобы предотвратить это, можно сместить равновесие, сначала нагрев газ, а затем резко его охладив. Озон в данном случае—промежуточный продукт при переходе смеси O

2+O к молекулярному кислороду.

Максимальная концентрация O₃, которую можно получить при таком способе производства, достигает 1 %. Этого достаточно для большинства промышленных целей.

Окислительные свойства озона

Озон — мощный окислитель, намного более реакционноспособный по сравнению с двухатомным кислородом. Окисляет почти все металлы и многие неметаллы с образованием кислорода:

2 Cu²⁺_(aq) + 2 H₃ O ⁺ _(aq) + O_3(g) → 2 Cu³⁺_(aq)+ 3 H₂ O₍₁₎ + O_2(g)

Озон может участвовать в реакциях горения, температура горения при этом выше, чем при горении в атмосфере двухатомного кислорода:

3 C ₄ N ₂ + 4 O ₃ → 12 CO + 3 N

2

Урок 16. Кислород и озон – HIMI4KA

У нас вышел новый курс, где всё объясняется ещё проще. Подробннее по ссылке

В уроке 16 «Кислород и озон» из курса «Химия для чайников» мы рассмотрим кислород как химический элемент и как простое вещество; узнаем об истории его открытия; выясним, что такое озон и какими свойствами он обладает.

Исторически так сложилось, что химический элемент и одно из простых веществ, образованных атомами этого элемента, имеют общее название — кислород. Поскольку между этими понятиями существует принципиальная разница, следует четко различать, о чем идет речь — о кислороде как о химическом элементе или о простом веществе.

Кислород как химический элемент

Самым первым химическим элементом, к изучению которого мы приступаем, является кислород. Как вы уже знаете, химический знак кислорода — О. Относительная атомная масса кислорода равна 16:

Позднее вы узнаете, какое строение имеет атом кислорода и чем он отличается от атомов других химических элементов.

Когда говорят о кислороде как о химическом элементе, то подразумевают атомы кислорода. Например: «В состав многих сложных веществ входит кислород», «Массовая доля кислорода в глюкозе равна 53,3 %». В этих примерах речь идет об атомах кислорода (О), которые наряду с атомами других химических элементов входят в состав сложных веществ, следовательно, в данном случае речь идет о кислороде как о химическом элементе.

Кислород как простое вещество

Простое вещество кислород существует в виде молекул. Молекула кислорода состоит из двух атомов химического элемента кислорода (рис. 73), поэтому химическая формула кислорода как простого вещества — O₂.

Поскольку относительная атомная масса кислорода равна 16, то относительная молекулярная масса простого вещества кислорода равна:

Следовательно, молярная масса кислорода равна:

Как у всех газов, молярный объем кислорода при нормальных условиях равен:

Когда говорят о кислороде как о простом веществе, то подразумевают вещество, имеющее формулу О₂. Например: «Железные изделия быстро ржавеют в атмосфере влажного кислорода», «Для горения древесины необходим кислород». В этих примерах речь идет о веществе, имеющем формулу О₂.

История открытия кислорода

История открытия самого важного для человека газа была долгой и запутанной. Впервые об открытии кислорода было сообщено в 1774 г. английским химиком Дж. Пристли. Он получил его при нагревании вещества HgO. Однако Дж. Пристли в то время не понял, что он получил новое газообразное вещество, и считал его разновидностью воздуха. Еще раньше в 1772 г. кислород был получен К. Шееле, но сообщение об этом он опубликовал только в 1777 г.

В 1774 г. Дж. Пристли сообщил о своих результатах великому французскому химику А. Лавуазье. Он тут же начал свои опыты и уже в 1775 г. сделал в Академии наук доклад «Мемуар о природе вещества, соединяющегося с металлами при прокаливании и увеличивающего их вес».

Происхождение названия «кислород» связано с образованием кислот в результате растворения в воде некоторых сложных веществ, содержащих атомы этого элемента. А. Лавуазье считал, что кислород — это обязательная составная часть всех кислот, что он «рождает» кислоты. Чтобы подчеркнуть это, А. Лавуазье в 1779 г. назвал этот газ «рождающим кислоты», или сокращенно — кислородом.

Озон

Кроме кислорода, существует еще одно простое вещество, молекулы которого состоят только из атомов кислорода. Это озон, молекула которого содержит три атома кислорода (рис. 74), его формула — О₃.

При нормальных условиях озон представляет собой газ с резким раздражающим запахом. Он очень токсичен для всех живых организмов и поэтому используется вместо хлора для обеззараживания воды.

Небольшие количества озона образуются в воздухе во время грозы, а также в результате взаимодействия смолы хвойных деревьев с кислородом. Озон оказывает губительное действие на бактерии, поэтому лесной воздух (особенно в хвойных лесах) обладает целебным действием.

В небольших количествах озон образуется также при работе копировальных аппаратов и лазерных принтеров. Использовать такие приборы следует только в хорошо проветриваемых помещениях.

В верхних слоях атмосферы Земли (на высоте примерно 30—40 км) существует озоновый слой. Содержащийся в нем озон образуется из кислорода под воздействием солнечного излучения. Некоторые компоненты этого излучения губительны для живых организмов и растений на нашей планете, а озоновый слой поглощает их. Если бы не было озонового слоя, то жизнь на Земле постепенно бы прекратилась.

Многие ученые считают, что вещества, образующиеся в процессе производственной деятельности человека, разрушают озоновый слой. Это прежде всего фреоны — соединения, использующиеся в холодильных установках и дезодорантах, выбросы реактивных самолетов и ракет. Попадая в озоновый слой, эти вещества приводят к уменьшению его толщины или даже разрыву этого слоя — образованию так называемых озоновых дыр. В результате образования и увеличения размеров озоновых дыр могут наступить серьезные экологические катастрофы.

Применение кислорода

Кислород очень широко применяется в народном хозяйстве. На рисунке 75 приведены основные области применения кислорода. Главными потребителями кислорода являются металлургическая промышленность (выплавка стали), космическая техника (окислитель ракетного топлива), процессы обработки металлов (сварка и резка металлов).

Краткие выводы урока:

1. Химический элемент кислород образует два простых вещества — кислород О₂ и озон О₃.
2. Когда говорят о кислороде как о химическом элементе, подразумевают атомы кислорода О.
3. Когда говорят о кислороде как о простом веществе, подразумевают вещество, состоящее из молекул и имеющее формулу О₂.

Надеюсь урок 16 «Кислород и озон» был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.

Хотите ещё проще? Мы создали новый курс, где максимум за 7 дней вы овладете химией с нуля. Подробннее по ссылке

Урок 16. Кислород и озон – HIMI4KA

У нас вышел новый курс, где всё объясняется ещё проще. Подробннее по ссылке

В уроке 16 «Кислород и озон» из курса «Химия для чайников» мы рассмотрим кислород как химический элемент и как простое вещество; узнаем об истории его открытия; выясним, что такое озон и какими свойствами он обладает.

Исторически так сложилось, что химический элемент и одно из простых веществ, образованных атомами этого элемента, имеют общее название — кислород. Поскольку между этими понятиями существует принципиальная разница, следует четко различать, о чем идет речь — о кислороде как о химическом элементе или о простом веществе.

Кислород как химический элемент

Самым первым химическим элементом, к изучению которого мы приступаем, является кислород. Как вы уже знаете, химический знак кислорода — О. Относительная атомная масса кислорода равна 16:

Позднее вы узнаете, какое строение имеет атом кислорода и чем он отличается от атомов других химических элементов.

Когда говорят о кислороде как о химическом элементе, то подразумевают атомы кислорода. Например: «В состав многих сложных веществ входит кислород», «Массовая доля кислорода в глюкозе равна 53,3 %». В этих примерах речь идет об атомах кислорода (О), которые наряду с атомами других химических элементов входят в состав сложных веществ, следовательно, в данном случае речь идет о кислороде как о химическом элементе.

Кислород как простое вещество

Простое вещество кислород существует в виде молекул. Молекула кислорода состоит из двух атомов химического элемента кислорода (рис. 73), поэтому химическая формула кислорода как простого вещества — O₂.

Поскольку относительная атомная масса кислорода равна 16, то относительная молекулярная масса простого вещества кислорода равна:

Следовательно, молярная масса кислорода равна:

Как у всех газов, молярный объем кислорода при нормальных условиях равен:

Когда говорят о кислороде как о простом веществе, то подразумевают вещество, имеющее формулу О₂. Например: «Железные изделия быстро ржавеют в атмосфере влажного кислорода», «Для горения древесины необходим кислород». В этих примерах речь идет о веществе, имеющем формулу О₂.

История открытия кислорода

История открытия самого важного для человека газа была долгой и запутанной. Впервые об открытии кислорода было сообщено в 1774 г. английским химиком Дж. Пристли. Он получил его при нагревании вещества HgO. Однако Дж. Пристли в то время не понял, что он получил новое газообразное вещество, и считал его разновидностью воздуха. Еще раньше в 1772 г. кислород был получен К. Шееле, но сообщение об этом он опубликовал только в 1777 г.

В 1774 г. Дж. Пристли сообщил о своих результатах великому французскому химику А. Лавуазье. Он тут же начал свои опыты и уже в 1775 г. сделал в Академии наук доклад «Мемуар о природе вещества, соединяющегося с металлами при прокаливании и увеличивающего их вес».

Происхождение названия «кислород» связано с образованием кислот в результате растворения в воде некоторых сложных веществ, содержащих атомы этого элемента. А. Лавуазье считал, что кислород — это обязательная составная часть всех кислот, что он «рождает» кислоты. Чтобы подчеркнуть это, А. Лавуазье в 1779 г. назвал этот газ «рождающим кислоты», или сокращенно — кислородом.

Озон

Кроме кислорода, существует еще одно простое вещество, молекулы которого состоят только из атомов кислорода. Это озон, молекула которого содержит три атома кислорода (рис. 74), его формула — О₃.

При нормальных условиях озон представляет собой газ с резким раздражающим запахом. Он очень токсичен для всех живых организмов и поэтому используется вместо хлора для обеззараживания воды.

Небольшие количества озона образуются в воздухе во время грозы, а также в результате взаимодействия смолы хвойных деревьев с кислородом. Озон оказывает губительное действие на бактерии, поэтому лесной воздух (особенно в хвойных лесах) обладает целебным действием.

В небольших количествах озон образуется также при работе копировальных аппаратов и лазерных принтеров. Использовать такие приборы следует только в хорошо проветриваемых помещениях.

В верхних слоях атмосферы Земли (на высоте примерно 30—40 км) существует озоновый слой. Содержащийся в нем озон образуется из кислорода под воздействием солнечного излучения. Некоторые компоненты этого излучения губительны для живых организмов и растений на нашей планете, а озоновый слой поглощает их. Если бы не было озонового слоя, то жизнь на Земле постепенно бы прекратилась.

Многие ученые считают, что вещества, образующиеся в процессе производственной деятельности человека, разрушают озоновый слой. Это прежде всего фреоны — соединения, использующиеся в холодильных установках и дезодорантах, выбросы реактивных самолетов и ракет. Попадая в озоновый слой, эти вещества приводят к уменьшению его толщины или даже разрыву этого слоя — образованию так называемых озоновых дыр. В результате образования и увеличения размеров озоновых дыр могут наступить серьезные экологические катастрофы.

Применение кислорода

Кислород очень широко применяется в народном хозяйстве. На рисунке 75 приведены основные области применения кислорода. Главными потребителями кислорода являются металлургическая промышленность (выплавка стали), космическая техника (окислитель ракетного топлива), процессы обработки металлов (сварка и резка металлов).

Краткие выводы урока:

1. Химический элемент кислород образует два простых вещества — кислород О₂ и озон О₃.
2. Когда говорят о кислороде как о химическом элементе, подразумевают атомы кислорода О.
3. Когда говорят о кислороде как о простом веществе, подразумевают вещество, состоящее из молекул и имеющее формулу О₂.

Надеюсь урок 16 «Кислород и озон» был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.

Хотите ещё проще? Мы создали новый курс, где максимум за 7 дней вы овладете химией с нуля. Подробннее по ссылке

Урок 16. Кислород и озон – HIMI4KA

У нас вышел новый курс, где всё объясняется ещё проще. Подробннее по ссылке

В уроке 16 «Кислород и озон» из курса «Химия для чайников» мы рассмотрим кислород как химический элемент и как простое вещество; узнаем об истории его открытия; выясним, что такое озон и какими свойствами он обладает.

Исторически так сложилось, что химический элемент и одно из простых веществ, образованных атомами этого элемента, имеют общее название — кислород. Поскольку между этими понятиями существует принципиальная разница, следует четко различать, о чем идет речь — о кислороде как о химическом элементе или о простом веществе.

Кислород как химический элемент

Самым первым химическим элементом, к изучению которого мы приступаем, является кислород. Как вы уже знаете, химический знак кислорода — О. Относительная атомная масса кислорода равна 16:

Позднее вы узнаете, какое строение имеет атом кислорода и чем он отличается от атомов других химических элементов.

Когда говорят о кислороде как о химическом элементе, то подразумевают атомы кислорода. Например: «В состав многих сложных веществ входит кислород», «Массовая доля кислорода в глюкозе равна 53,3 %». В этих примерах речь идет об атомах кислорода (О), которые наряду с атомами других химических элементов входят в состав сложных веществ, следовательно, в данном случае речь идет о кислороде как о химическом элементе.

Кислород как простое вещество

Простое вещество кислород существует в виде молекул. Молекула кислорода состоит из двух атомов химического элемента кислорода (рис. 73), поэтому химическая формула кислорода как простого вещества — O₂.

Поскольку относительная атомная масса кислорода равна 16, то относительная молекулярная масса простого вещества кислорода равна:

Следовательно, молярная масса кислорода равна:

Как у всех газов, молярный объем кислорода при нормальных условиях равен:

Когда говорят о кислороде как о простом веществе, то подразумевают вещество, имеющее формулу О₂. Например: «Железные изделия быстро ржавеют в атмосфере влажного кислорода», «Для горения древесины необходим кислород». В этих примерах речь идет о веществе, имеющем формулу О₂.

История открытия кислорода

История открытия самого важного для человека газа была долгой и запутанной. Впервые об открытии кислорода было сообщено в 1774 г. английским химиком Дж. Пристли. Он получил его при нагревании вещества HgO. Однако Дж. Пристли в то время не понял, что он получил новое газообразное вещество, и считал его разновидностью воздуха. Еще раньше в 1772 г. кислород был получен К. Шееле, но сообщение об этом он опубликовал только в 1777 г.

В 1774 г. Дж. Пристли сообщил о своих результатах великому французскому химику А. Лавуазье. Он тут же начал свои опыты и уже в 1775 г. сделал в Академии наук доклад «Мемуар о природе вещества, соединяющегося с металлами при прокаливании и увеличивающего их вес».

Происхождение названия «кислород» связано с образованием кислот в результате растворения в воде некоторых сложных веществ, содержащих атомы этого элемента. А. Лавуазье считал, что кислород — это обязательная составная часть всех кислот, что он «рождает» кислоты. Чтобы подчеркнуть это, А. Лавуазье в 1779 г. назвал этот газ «рождающим кислоты», или сокращенно — кислородом.

Озон

Кроме кислорода, существует еще одно простое вещество, молекулы которого состоят только из атомов кислорода. Это озон, молекула которого содержит три атома кислорода (рис. 74), его формула — О₃.

При нормальных условиях озон представляет собой газ с резким раздражающим запахом. Он очень токсичен для всех живых организмов и поэтому используется вместо хлора для обеззараживания воды.

Небольшие количества озона образуются в воздухе во время грозы, а также в результате взаимодействия смолы хвойных деревьев с кислородом. Озон оказывает губительное действие на бактерии, поэтому лесной воздух (особенно в хвойных лесах) обладает целебным действием.

В небольших количествах озон образуется также при работе копировальных аппаратов и лазерных принтеров. Использовать такие приборы следует только в хорошо проветриваемых помещениях.

В верхних слоях атмосферы Земли (на высоте примерно 30—40 км) существует озоновый слой. Содержащийся в нем озон образуется из кислорода под воздействием солнечного излучения. Некоторые компоненты этого излучения губительны для живых организмов и растений на нашей планете, а озоновый слой поглощает их. Если бы не было озонового слоя, то жизнь на Земле постепенно бы прекратилась.

Многие ученые считают, что вещества, образующиеся в процессе производственной деятельности человека, разрушают озоновый слой. Это прежде всего фреоны — соединения, использующиеся в холодильных установках и дезодорантах, выбросы реактивных самолетов и ракет. Попадая в озоновый слой, эти вещества приводят к уменьшению его толщины или даже разрыву этого слоя — образованию так называемых озоновых дыр. В результате образования и увеличения размеров озоновых дыр могут наступить серьезные экологические катастрофы.

Применение кислорода

Кислород очень широко применяется в народном хозяйстве. На рисунке 75 приведены основные области применения кислорода. Главными потребителями кислорода являются металлургическая промышленность (выплавка стали), космическая техника (окислитель ракетного топлива), процессы обработки металлов (сварка и резка металлов).

Краткие выводы урока:

1. Химический элемент кислород образует два простых вещества — кислород О₂ и озон О₃.
2. Когда говорят о кислороде как о химическом элементе, подразумевают атомы кислорода О.
3. Когда говорят о кислороде как о простом веществе, подразумевают вещество, состоящее из молекул и имеющее формулу О₂.

Надеюсь урок 16 «Кислород и озон» был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.

Хотите ещё проще? Мы создали новый курс, где максимум за 7 дней вы овладете химией с нуля. Подробннее по ссылке

Кислород и озон

Игра

«Вопрос — ответ»

«УЗНАЙ МЕНЯ»

Fe, H 2 O , CO 2 , H 2 , Al, CaC 2 , NaCl, N 2 ,

MgO, Zn, SO 2 , H 2 SO 4 , O 2 , PH 3 .

«УЗНАЙ МЕНЯ»

Fe , H 2 O , CO 2 , H 2 , Al , CaC 2 , NaCl, N 2 ,

MgO, Zn , SO 2 , H 2 SO 4 , O 2 , PH 3 .

Цели урока

• Понятие металл и неметалл
• Аллотропия, аллотропные модификации
• Озон (состав, получение, свойства, применение)
• Сравнение кислорода и озона .

Особенность

Агрегатное состояние

Металлы

Отношение к воде

Неметаллы

Тепло и электро-

проводность

Ковкость и пластичность

Кислород

Химический символ

Озон

Относительная атомная масса

Химическая формула

Относительная молекулярная масса

Кислород

Химический символ

Озон

О

Относительная атомная масса

О

16

Химическая формула

16

О 2

Относительная молекулярная масса

О 3

32

48

O 2

кислород

O 3

озон

Аллотропия — это способность атомов одного химического элемента образовывать несколько простых веществ.

Разные простые вещества, образованные одним и тем же химическим элементом, называются аллотропными модификациями (видоизменениями)

O 3

озон

O 2

кислород

O 2 — газ без цвета и запаха.

O 3 — голубоватый газ с запахом свежести, обладает бактерицидными свойствами.

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КИСЛОРОДА И ОЗОНА

• Химическая формула

• Простое вещество

• Простое вещество

• Классификация

• Атомы кислорода

• Атомы кислорода

• Качественный состав молекулы

• Количественный состав молекулы

• Два атома кислорода

• Три атома кислорода

• Относительная молекулярная масса

• Нахождение в природе

• В атмосфере, в гидросфере

• Озоновый слой стратосферы

• Физические свойства

• Газ, б/цвета, б/вкуса, б/запаха, тяжелее воздуха

• Газ, голубого цвета, запах свежести, тяжелее воздуха

• Реакции окисления (более сильный окислитель )

• Химические свойства

• Реакции окисления

ПОЛУЧЕНИЕ ОЗОНА:

• 1) Озон образуется под воздействием солнечного излучения. В ходе этой реакции поглощается та часть солнечного излучения, которая является губительной для всего живого на Земле.
• Ультрафиолетовые лучи (составляющее солнечного излучения), вторгаясь в стратосферу, разбивают молекулы кислорода (О 2 ) на два атома (О), которые вступают в реакцию с молекулами кислорода (О 2 ), образуя озон (О 3 ).
• 2) Озон образуется также вследствие электрических разрядов (во время грозы).
• 3) Озон образуется также при окислении смолы хвойных деревьев или морских водорослей.

  О 2  + О, 2О— О 2 , 2О 3 —   3О 2 2) Образующийся атомарный кислород более энергично реагирует с веществами, чем молекулярный, поэтому озон химически активнее кислорода. Действительно, он быстро разрушает резину, очень медленно изменяющуюся в среде воздуха; взаимодействует при комнатной температуре с серебром, образуя оксид серебра Ag + O 3 —AgO + O 2  (а с кислородом серебро не реагирует). «

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОЗОНА

• 1) Молекула озона очень непрочная О 3 —   О 2  + О, 2О— О 2 , 2О 3 —   3О 2
• 2) Образующийся атомарный кислород более энергично реагирует с веществами, чем молекулярный, поэтому озон химически активнее кислорода.
• Действительно,
• он быстро разрушает резину, очень медленно изменяющуюся в среде воздуха;
• взаимодействует при комнатной температуре с серебром, образуя оксид серебра Ag + O 3 —AgO + O 2  (а с кислородом серебро не реагирует).

Озоновый слой защищает Землю от проникновения ультрафиолета.

Озоновая дыра — область пониженного содержания озона в атмосфере.

Закрепление:

Дайте названия оксидам:

N 2 O 5 , CaO, SO 2 , Al 2 O 3 , BaO,

Cl 2 O 7 , ZnO, V 2 O 5 , Cr 2 O 3 ,

CuO, SO 3 , MoO 3

ПРИКРЕПИТЕ СТИКЕР К СООТВЕТСТВУЮЩЕЙ КАРТИНКЕ

• ничего полезного…

• знания, приобретенные на сегодняшнем уроке пригодятся мне в будущем, буду использовать

• услышанное частично пригодится мне

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

§ 26

упр 1-3 стр 87

Кислород

 

Кислород
Атомный номер	8
Внешний вид простого вещества	газ без цвета, вкуса и запаха голубоватая жидкость (при низких температурах)
Свойства атома
Атомная масса (молярная масса)	15,9994 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома	60 (48) пм
Энергия ионизации (первый электрон)	1313,1 (13,61) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация	[He] 2s2 2p4
Химические свойства
Ковалентный радиус	73 пм
Радиус иона	132 (-2e) пм
Электроотрицательность (по Полингу)	3,44
Электродный потенциал	0
Степени окисления	-2, −1, 0 ,+1, +2, -½
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность	0,00142897 г/см³
Молярная теплоёмкость	29,4 Дж/(K·моль)
Теплопроводность	0,027 Вт/(м·K)
Температура плавления	54,8 K
Теплота плавления	0,444 кДж/моль
Температура кипения	90,19 K
Теплота испарения	3,4099 кДж/моль кДж/моль
Молярный объём	14,0 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	моноклинная
Параметры решётки	a=5,403 b=3,429 c=5,086 β=135,53 Å
Отношение c/a	—
Температура Дебая	155 K

O	8
15,9994
[He]2s22p4
Кислород

Кислород — элемент главной подгруппы шестой группы, второго периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 8. Обозначается символом O (Oxygenium). Кислород — химически активный неметалл, является самым лёгким элементом из группы халькогенов. Простое вещество

кислород (CAS-номер: 7782-44-7) при нормальных условиях — газ без цвета, вкуса и запаха, молекула которого состоит из двух атомов кислорода (формула O₂), в связи с чем его также называют дикислород. Жидкий кислород имеет светло-голубой цвет.

Существуют и другие аллотропные формы кислорода, например, озон (CAS-номер: 10028-15-6) — при нормальных условиях газ голубого цвета со специфическим запахом, молекула которого состоит из трёх атомов кислорода (формула O₃).

История открытия

Схема атома кислорода

Официально считается, что кислород был открыт английским химиком Джозефом Пристли первого августа 1774 года путём разложения оксида ртути в герметично закрытом сосуде (Пристли направлял на это соединение солнечные лучи с помощью мощной линзы).

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 А. 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 Петра 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 громадное значение, потому что благодаря ей была ниспровергнута господствовавшая в то время и тормозившая развитие химии флогистонная теория. Лавуазье провел опыт по сжиганию различных веществ и опроверг теорию флогистона, опубликовав результаты по весу сожженных 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

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» (l’oxygène), предложенного А. Лавуазье (греческое όξύγενναω от ὀξύς — «кислый» и γενναω — «рождаю»), который переводится как «порождающий кислоту», что связано с первоначальным значением его — «кислота», ранее подразумевавшим окислы, именуемые по современной международной номенклатуре оксидами.

Нахождение в природе

Кислород — самый распространенный на Земле элемент, на его долю (в составе различных соединений, главным образом силикатов), приходится около 47,4 % массы твердой земной коры. Морские и пресные воды содержат огромное количество связанного кислорода — 88,8 %(по массе), в атмосфере содержание свободного кислорода составляет 20,95 % по объёму и 23,12 % по массе. Более 1500 соединений земной коры в своем составе содержат кислород.

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 %.

Получение

В настоящее время в промышленности кислород получают из воздуха. В лабораториях пользуются кислородом промышленного производства, поставляемым в стальных баллонах под давлением около 15 МПа. Важнейшим лабораторным способом его получения служит электролиз водных растворов щелочей. Небольшие количества кислорода можно также получать взаимодействием раствора перманганата калия с подкисленным раствором пероксида водорода. Также хорошо известны и успешно применяются в промышленности кислородные установки, работающие на основе мембранной и азотной технологий. При нагревании перманганат калия KMnO₄ разлагается до манганата калия K₂MnO₄ и диоксида марганца MnO₂ с одновременным выделением газообразного кислорода O₂:

2KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂↑

В лабораторных условиях получают также каталитическим разложением пероксида водорода Н₂О₂:

2Н₂О₂ → 2Н₂О + О₂↑

Катализатором является диоксид марганца (MnO₂) или кусочек сырых овощей (в них содержатся ферменты, ускоряющие разложение пероксида водорода).

Кислород можно также получить каталитическим разложением хлората калия (бертолетовой соли) KClO₃:

2KClO₃ → 2KCl + 3O₂↑

Катализатором также выступает MnO₂.

Физические свойства

Холодная вода содержит больше растворенного O₂

При нормальных условиях кислород это газ без цвета, вкуса и запаха. 1л его весит 1,429 г. Немного тяжелее воздуха. Слабо растворяется в воде (4,9 мл/100г при 0 °C, 2,09 мл/100г при 50 °C) и спирте (2,78 мл/100г при 25 °C). Хорошо растворяется в расплавленном серебре (22 объёма O2 в 1 объёме Ag при 961 °C). Является парамагнетиком.

При нагревании газообразного кислорода происходит его обратимая диссоциация на атомы: при 2000 °C — 0,03 %, при 2600 °C — 1 %, 4000 °C — 59 %, 6000 °C — 99,5 %.

Жидкий кислород (темп. кипения −182,98 °C) это бледно-голубая жидкость.

Фазовая диаграмма O₂

Твердый кислород (темп. плавления −218,79 °C) — синие кристаллы. Известны шесть кристаллических фаз, из которых три существуют при давлении в 1 атм.:

α-О₂ — существует при температуре ниже 23,65 К; ярко-синие кристаллы относятся к моноклинной сингонии, параметры ячейки a=5,403 Å, b=3,429 Å, c=5,086 Å; β=132,53° .
β-О₂ — существует в интервале температур от 23,65 до 43,65 К; бледно-синие кристаллы (при повышении давления цвет переходит в розовый) имеют ромбоэдрическую решётку, параметры ячейки a=4,21 Å, α=46,25°.
γ-О₂ — существует при температурах от 43,65 до 54,21 К; бледно-синие кристаллы имеют кубическую симметрию, период решётки a=6,83 Å .

Ещё три фазы образуются при высоких давлениях:
δ-О₂ интервал температур до 300 К и давление 6-10 ГПа, оранжевые кристаллы;
ε-О₂ давление от 10 и до 96 ГПа, цвет кристаллов от темно красного до чёрного, моноклинная сингония;
ζ-О₂ давление более 96 ГПа, металлическое состояние с характерным металлическим блеском, при низких температурах переходит в сверхпроводящее состояние.

Химические свойства

Сильный окислитель, взаимодействует, практически, со всеми элементами, образуя оксиды. Степень окисления −2. Как правило, реакция окисления протекает с выделением тепла и ускоряется при повышении температуры. Пример реакций, протекающих при комнатной температуре:
4K + O₂ → 2K₂O
2Sr + O₂ → 2SrO

Окисляет соединения, которые содержат элементы с не максимальной степенью окисления:
2NO + O₂ → 2NO₂

Окисляет большинство органических соединений:
CH₃CH₂OH + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O

При определенных условиях можно провести мягкое окисление органического соединения:
CH₃CH₂OH + O₂ → CH₃COOH + H₂O

Кислород не окисляет Au и Pt, галогены и инертные газы.

Кислород образует пероксиды со степенью окисления −1.
— Например, пероксиды получаются при сгорании щелочных металлов в кислороде:
2Na + O₂ → Na₂O₂

— Некоторые окислы поглощают кислород:
2BaO + O₂ → 2BaO₂

— По принципам горения, разработанным 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 перекись водорода:
H₂ + O₂ → H₂O₂

Надпероксиды имеют степень окисления −1/2, то есть один электрон на два атома кислорода (ион O₂^—). Получают взаимодействием пероксидов с кислородом при повышенных давлениям и температуре:
Na₂O₂ + O₂ → 2NaO₂

Озониды содержат ион O₃^— со степенью окисления −1/3. Получают действием озона на гидроксиды щелочных металлов:
КОН(тв.) + О₃ → КО₃ + КОН + O₂

Ион диоксигенил O₂⁺ имеет степень окисления +1/2. Получают по реакции:
PtF₆ + O₂ → O₂PtF₆

Фториды кислорода
Дифторид кислорода, OF₂ степень окисления +2, получают пропусканием фтора через раствор щелочи:
2F₂ + 2NaOH → OF₂ + 2NaF + H₂O

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

Пропуская тлеющий разряд через смесь фтора с кислородом при определенных давлении и температуре получаются смеси высших фторидов кислорода O₃F₂, О₄F₂, О₅F₂ и О₆F₂.
Кислород поддерживает процессы дыхания, горения, гниения. В свободном виде элемент существует в двух аллотропных модификациях:O₂ и O₃ (озон).

Применение кислорода

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

В металлургии

Конвертерный способ производства стали связан с применением кислорода.

Сварка и резка металлов

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

Ракетное топливо

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

Кислород используется для обогащения дыхательных газовых смесей при нарушении дыхания, для лечения астмы, в виде кислородных коктейлей, кислородных подушек и т. д.

В пищевой промышленности

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

Биологическая роль кислорода

Живые существа дышат кислородом воздуха. Широко используется кислород в медицине. При сердечно-сосудистых заболеваниях, для улучшения обменных процессов, в желудок вводят 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

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

Изотопы кислорода

Кислород имеет три устойчивых изотопа: ¹⁶О, ¹⁷О и ¹⁸О, 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 легкого из них ¹⁶О связано с тем, что ядро атома ¹⁶О состоит из 8 протонов и 8 нейтронов. А такие ядра, как следует из теории строения атомного ядра, обладают особой устойчивостью.

Имеются радиоактивные изотопы ¹¹О, ¹³О, ¹⁴О (период полураспада 74 сек), ¹⁵О (Т_1/2=2,1 мин), ¹⁹О (Т_1/2=29,4 сек), ²⁰О (противоречивые данные по периоду полураспада от 10 мин до 150 лет).

Дополнительная информация

Кислород, Oxygenium, O (8)
Открытие кислорода (Oxygen, франц. Oxygene, нем. Sauerstoff) ознаменовало начало современного периода развития химии. С глубокой древности было известно, что для горения необходим воздух, однако многие века процесс горения оставался непонятным. Лишь в XVII в. Майов и Бойль независимо друг от друга высказали мысль, что в воздухе содержится некоторая субстанция, которая поддерживает горение, но эта вполне рациональная гипотеза не получила тогда развития, так как представление о горении, как о процессе соединения горящего тела с некой составной частью воздуха, казалось в то время противоречащим столь очевидному акту, как то, что при горении имеет место разложение горящего тела на элементарные составные части. Именно на этой основе на рубеже XVII в. возникла теория флогистона, созданная Бехером и Шталем. С наступлением химико-аналитического периода развития химии (вторая половина XVIII в.) и возникновением «пневматической химии» — одной из главных ветвей химико-аналитического направления — горение, а также дыхание вновь привлекли к себе внимание исследователей. Открытие различных газов и установление их важной роли в химических процессах явилось одним из главных стимулов для систематических исследований процессов горения веществ, предпринятых Лавуазье. Кислород был открыт в начале 70-х годов XVIII в.

Первое сообщение об этом открытии было сделано Пристлеем на заседании Английского королевского общества в 1775 г. Пристлей, нагревая красную окись ртути большим зажигательным стеклом, получил газ, в котором свеча горела более ярко, чем в обычном воздухе, а тлеющая лучина вспыхивала. Пристлей определил некоторые свойства нового газа и назвал его дефлогистированным воздухом (daphlogisticated air). Однако двумя годами ранее Пристлея (1772) Шееле тоже получал кислород разложением окиси ртути и другими способами. Шееле назвал этот газ огненным воздухом (Feuerluft). Сообщение же о своем открытии Шееле смог сделать лишь в 1777 г.

В 1775 г. Лавуазье выступил перед Парижской академией наук с сообщением, что ему удалось получить «наиболее чистую часть воздуха, который нас окружает», и описал свойства этой части воздуха. Вначале Лавуазье называл этот «воздух» эмпирейным, жизненным (Air empireal, Air vital) основанием жизненного воздуха (Base де l’air vital). Почти одновременное открытие кислорода несколькими учеными в разных странах вызвало споры о приоритете. Особенно настойчиво признания себя первооткрывателем добивался Пристлей. По существу споры эти не окончились до сих пор. Подробное изучение свойств кислорода и его роли в процессах горения и образования окислов привело Лавуазье к неправильному выводу о том, что этот газ представляет собой кислотообразующее начало. В 1779 г. Лавуазье в соответствии с этим выводом ввел для кислорода новое название — кислото образующий принцип (principe acidifiant ou principe oxygine). Фигурирующее в этом сложном названии слово oxygine Лавуазье произвел от греч.- кислота и «я произвожу».

Формула кислорода в химии

Определение и формула кислорода

Атомная масса: 15,9994 а.е.м.

Электронная формула: 1s² 2s² 2p⁴

Кислород – самый распространённый элемент в земной коре (47 % массы). Морские и пресные воды содержат 85,82 %(по массе) связанного кислорода. Содержание свободного кислорода в атмосфере составляет 20,95% по объёму и 23,10 % по массе. Кислород входит в состав молекул многих органических веществ. Число атомов кислорода в живых клетках составляет около 25 %, массовая доля кислорода в живых организмах – около 65 %.

Кислород существует в виде двухаллотропных модификаций – кислорода и озона.

Кислород (дикислород) – простое вещество, состоящее из двух атомов кислорода.

Формула: O₂.

Структурная формула кислорода

Молярная масса: 31,998 г/моль.

Кислород при нормальных условиях – газ без цвета, вкуса и запаха. В жидком состоянии кислород светло-голубого цвета, а в твердом – светло-синие кристаллы.

Озон – простое вещество, состоящее из трех атомов кислорода.

Формула: O₃.

Структурная формула:

Молярная масса: 47,998 г/моль

При нормальных условиях озон – сине-голубой газ с характерным резким запахом. В жидком состоянии – темно-фиолетового цвета (цвета индиго). В твердом виде – черные кристаллы с фиолетовым отблеском.

Озон присутствует в атмосфере, в так называемом озоновом слое, где он образуется из кислорода под действием ультрафиолетового излучения или грозовых разрядов:

Примеры решения задач

Понравился сайт? Расскажи друзьям!

Озон: формула, структура и свойства — видео и стенограмма урока

Свойства озона

Почему при производстве озона в лаборатории было бы выгоднее использовать электричество вместо тепла? Одним из свойств озона является то, что он очень реактивный. Он особенно реактивен в присутствии тепла. Фактически, озон получает награду за разложение до кислорода в присутствии тепла. Этот процесс называется термическим разложением .

Реакция использования молекул кислорода для образования озона следует принципу Ле Шателье.То есть количество используемых реагентов и количество образующихся продуктов находятся в равновесии. При повышении температуры происходит экзотермическая реакция. Это приводит к разложению озона на молекулу кислорода и атом кислорода. Разложение может происходить мгновенно при температуре около 300 градусов Цельсия.

Реакционная способность и резонанс озона

Говоря о разложении, озон также является отличным окислителем . Окислитель — это вещество, вступающее в реакцию окисления, которое восстанавливается за счет получения электронов.Когда озон разлагается на молекулу кислорода и атом кислорода, этот атом кислорода можно использовать для запуска нескольких различных реакций окисления с другими веществами.

Например, озон может окислять сульфид свинца до сульфата свинца. Вам нужен йод? Что ж, озон может помочь вам удовлетворить эту просьбу. Когда атом кислорода озона реагирует с йодидом калия, в присутствии воды можно выделить йод. Еще одна уникальная реакция, которая происходит с озоном (из-за его окислительной природы), — это хвостов ртути. Если вы поместите ртуть в стеклянную трубку и пропустите ее через озон, ртуть изменит свое движение, или хвост, по сторонам стекла. Озон окисляет ртуть до оксида ртути, заставляя вас видеть этот эффект хвоста в действии.

Последнее свойство озона связано с его структурой. Озон имеет две разные резонансные структуры. Думайте о резонансе как о способности притягивать молекулу озона двумя разными способами в зависимости от движения электронов. Хотя вы можете видеть двойное, в природе вы увидите только одну структуру.Истинное состояние озона (в природе) представляет собой гибрид обеих резонансных форм. Ученые любят рисовать эти разные состояния озона при оценке его стабильности при различных механизмах реакции.

Где используется озон

Помимо использования в системах очистки воздуха и воды, озон обычно используется в лаборатории для создания органических функциональных групп. Это отличный инструмент, так как эти функциональные группы можно использовать в качестве исходных материалов для создания широкого спектра полезных соединений и продуктов.В частности, озон используется в механизме Криджи, который также известен как озонолиз . Во время озонолиза двойная связь алкена расщепляется с образованием различных продуктов.

Когда вы разрываете двойную связь в молекуле алкена, эти углерод-углеродные связи разрываются. Эти атомы углерода можно использовать для образования двух карбонильных соединений (т.е. соединений с двойной связью углерод-кислород). Образование продукта зависит от типа используемых вами реагентов. Например, озонолиз может привести к образованию карбоновых кислот и кетонов, если вы проведете реакцию окисления после озонолиза.

Резюме урока

Давайте уделим несколько минут тому, чтобы повторить то, что мы узнали об озоне, его формуле, структуре и свойствах. Озон — это газ, состоящий из молекул, состоящих из трех атомов кислорода. Помимо естественного образования в стратосфере Земли, озон подготавливается и производится с помощью озонатора . Это устройство использует электричество для преобразования молекул кислорода в озон. Озон имеет много разных свойств. При высоких температурах он может подвергаться термическому разложению , поэтому озон получает награду за разложение до кислорода в присутствии тепла.

Озон также является отличным окислителем , который является веществом в реакции окисления, которое восстанавливается за счет получения электронов. В одной реакции окисления озон создает эффект ртути , при котором, если ртуть находится в стеклянной трубке и пропускается через озон, ртуть изменяет свое движение или хвост по сторонам стекла. Он также участвует в реакции окисления сульфида свинца до сульфата свинца и йодида калия до йода.

Озон можно описать как имеющий две разные резонансные структуры.В сочетании эти резонансные структуры образуют гибридную структуру. Этот гибрид является характерным для озона в природе.

Наконец, мы узнали, что озон можно использовать в реакции озонолиза для расщепления алкеновых связей с различными функциональными группами.

Какова химическая формула озона и как озон образуется в атмосфере?

Озон — это простое химическое соединение, которое содержит только атомы кислорода, и его действие зависит от того, где он находится в атмосфере.В верхних слоях стратосферы он образует защитный экран от солнечного ультрафиолетового излучения, но вблизи земли он может вызывать респираторные заболевания у людей и животных. Создание и разрушение стратосферного озона зависит в первую очередь от естественных процессов, но около земли промышленные процессы в основном ответственны за его создание.

TL; DR (слишком долго; не читал)

Озон с химической формулой O3 образуется из обычного кислорода в верхних слоях стратосферы с энергией ультрафиолетовых лучей солнца.Озон также образуется в нижних слоях атмосферы в результате естественных и промышленных процессов.

Химический состав

Молекула озона состоит из трех атомов кислорода (O3), тогда как стабильная форма кислорода, которая обычно существует в атмосфере, состоит только из двух. Когда определенные химические процессы делают доступным дополнительный атом кислорода, высокореактивный атом легко связывается с молекулой кислорода. Озон также обладает высокой реакционной способностью, и его окислительная способность уступает только фтору. Он полезен как дезодорирующее и отбеливающее средство, а также для уничтожения микробов и очистки воды.Это бледно-голубой газ при комнатной температуре, и его сильный запах напоминает грозу, потому что удары молнии производят озон.

Производство стратосферного озона

Ультрафиолетовый свет солнца вступает в реакцию с молекулами кислорода в верхних слоях атмосферы с образованием стратосферного озонового слоя. Когда энергетический свет падает на молекулы кислорода, он разбивает их на два отдельных атома кислорода, и каждый из высокореактивных атомов связывается с другой молекулой кислорода, в результате чего образуются две молекулы озона.Эти реакции чаще всего происходят в тропиках, где солнечный свет наиболее интенсивен. Они важны, потому что поглощаемое ими ультрафиолетовое излучение в противном случае достигло бы поверхности планеты, где это затруднило бы существование жизни.

Производство тропосферного озона

Озон в нижних слоях атмосферы является агрессивным газом, поэтому он известен как плохой озон, и его образуются в результате ряда химических реакций. Один из них происходит в автомобильных двигателях, где кислород и азот соединяются с образованием оксида азота.Этот газ реагирует с кислородом с образованием диоксида азота. В солнечные жаркие дни диоксид азота снова распадается, высвобождая атом кислорода, который, в свою очередь, связывается с атомом кислорода с образованием озона. Выбросы заводов и электростанций, сжигающих ископаемое топливо, также производят озон посредством аналогичного процесса. Озон также образуется вокруг высоковольтного электрического оборудования.

Загрязнение озоном

Озон естественным образом встречается в тропосфере, в основном из-за выделения из растений и почвы углеводородов, которые под действием солнечного света распадаются на азотную кислоту и кислородные радикалы.Естественные уровни редко бывают достаточно высокими, чтобы вызвать проблемы для людей, но дополнительный озон от промышленных процессов и автомобилей может вызвать ряд из них. Этот высокореактивный газ повреждает леса и посевы, повреждает живые ткани и вызывает респираторные заболевания у чувствительных людей. Уровни озона в тропосфере непостоянны — они повышаются в жаркие солнечные дни в мегаполисах и других районах с высокой производственной деятельностью. Озон является одним из основных компонентов смога.

Кислород и озон — разница и сравнение

Озон (O ₃ ) — трехатомная молекула, состоящая из трех атомов кислорода.Это аллотроп кислорода , который намного менее стабилен, чем двухатомный O ₂ (газообразный кислород).

Чтобы понять разницу между кислородом и озоном, важно понять, что такое аллотроп. Аллотропия (греч. Ἄλλος (аллос), «другой» и τρόπος (тропос), «манера») — это поведение, проявляемое определенными химическими элементами, которые могут существовать в двух или более различных формах, известных как аллотропы этого элемента. В каждом аллотропе атомы элемента связаны друг с другом по-разному.Таким образом, аллотропы — это разные структурные модификации элемента.

Таблица сравнения

Сравнительная таблица кислорода и озона

	Кислород	Озон
Введение (из Википедии)	Кислород (произносится / ˈɒksɨdʒɨn /, OK-si-jin, от греческих корней ὀξύς (оксис) (кислота, буквально «острый») , от вкуса кислот) и -γενής (-genēs) (производитель, буквально порождающий) — это элемент с атомным номером 8.	Озон (O3) — трехатомная молекула, состоящая из трех атомов кислорода. Это аллотроп кислорода, который намного менее стабилен, чем двухатомный O2. Приземный озон — это загрязнитель воздуха, оказывающий вредное воздействие на дыхательную систему животных.
Молекулярная формула	O2	O3
Внешний вид	прозрачный	газ голубоватого цвета
Запах	Без запаха	Острый.Человеческий нос может определять газообразный озон с концентрацией 10 частей на миллион.
Точка плавления	54,36 K, -218,79 ° C, -361,82 ° F	80,7 К, −192,5 ° С
Точка кипения	90,20 K, -182,95 ° C, -297,31 ° F	161,3 К, −111,9 ° С
Плотность	(0 ° C, 101.325 кПа) 1,429 г / л	2,144 г / л (0 ° C), газ

Различия в свойствах

Двухатомный озон (O ₂ ) и трехатомный озон (O ₃ ) состоят из атомов кислорода, но имеют разные химические и физические свойства.

• Кислород не имеет запаха, а озон имеет сильный резкий запах.
• Озон сжижается при -112 градусах Цельсия, тогда как кислород сжижается при гораздо более низкой температуре — -183 ° C.
• Озон химически менее стабилен по сравнению с кислородом. Таким образом, озон легче и при более низких температурах вступает в реакцию с другими молекулами. Например, озон может реагировать с соединениями углерода при комнатной температуре, но кислород требует больше тепла, прежде чем он вступит в реакцию.

Полезность кислорода по сравнению с озоном

В то время как животным необходим кислород для дыхания, приземный озон является загрязнителем воздуха, оказывающим вредное воздействие на дыхательную систему животных. Озоновый слой в верхних слоях атмосферы фильтрует потенциально опасный ультрафиолетовый свет, достигающий поверхности Земли.

Наличие озона и кислорода на Земле

Озон присутствует в низких концентрациях в атмосфере Земли. В верхних слоях атмосферы есть слой озона. Кислород, с другой стороны, в основном находится в нижних слоях атмосферы. Около 20% атмосферы составляет кислород.

Поделитесь этим сравнением:

Если вы дочитали до этого места, подписывайтесь на нас:

«Кислород против озона.» Diffen.com. Diffen LLC, nd Web. 24 августа 2021 года. <>

Что такое озон (O3)?

Озон — это молекула, которая содержит три атома кислорода (его химическая формула — O3). Это происходит высоко в верхних слоях стратосферы Земли, а также на уровне земли. В зависимости от того, где он находится в атмосфере, озон влияет на Землю как положительно, так и отрицательно.

Озон Определение: Озон — это форма кислорода с химической формулой O3. Озон, естественным образом находящийся в стратосфере Земли, помогает поглощать ультрафиолетовое излучение Солнца.

Что такое «хороший» озон?

Естественный озон в стратосфере иногда называют «хорошим» озоном. Озоновый слой стратосферы поглощает ультрафиолетовое излучение солнца. Это предотвращает попадание большей части излучения на поверхность земли. Это происходит за счет взаимодействия солнечного ультрафиолетового излучения (УФ) с молекулярным кислородом (O2). Этот верхний слой озона живет на высоте примерно от 6 до 30 миль над землей.

Это «хороший» озон, потому что он защищает планету от вредных ультрафиолетовых лучей солнца.Без этого озона в стратосфере ультрафиолетовый свет увеличил бы наши шансы получить солнечный ожог и заболеть раком кожи.

Что такое «плохой» озон?

Приземный озон, или «плохой» озон, является вредным загрязнителем. Он создается в результате химической реакции между оксидами азота (NOx) и летучими органическими соединениями (ЛОС) в присутствии солнечного света. Он производит фотохимический смог, который является основным источником глобального загрязнения воздуха.

«Плохой» озон обычно находится в городских районах, но сильный ветер может переносить выбросы на сотни миль от их первоначальных источников.Основными источниками «плохих» ингредиентов озона, NOx и VOC, являются:

• Выбросы промышленных предприятий
• Выхлоп автомобиля
• Пары бензина
• Растворители химические

В жаркие летние месяцы повышается риск образования озона, поскольку для него требуется солнечный свет.

Озон и качество воздуха

Озон отрицательно влияет на качество воздуха, и его вдыхание может создать множество проблем. Вдыхание «плохого» озона у земли может повредить наши легкие, и известно, что он вызывает множество проблем со здоровьем у широких слоев населения.Некоторые из этих эффектов включают:

• Снижение функции легких
• Воспаление дыхательных путей
• Герметичность в груди
• Боль или дискомфорт при глубоком вдохе

Кроме того, многие исследования показывают, что высокие концентрации озона связаны с учащением приступов астмы.

Как защитить себя от воздействия озона

Лучший способ защитить свое здоровье — это выяснить, когда в вашем районе прогнозируется высокий уровень озона, и принять простые меры предосторожности.Вот несколько шагов, которые вы можете предпринять, чтобы защитить себя от озона:

• Обращение внимания на прогноз качества воздуха, особенно в жаркую погоду
• Ограничение активного отдыха до улучшения качества воздуха
• Сокращение использования бензинового оборудования, когда это возможно

Статьи по теме

Руководство для студентов — Озон

Что такое озон?

Озон — это молекула, состоящая из трех атомов кислорода.Химический символ озон — O ₃ , а символ атомов кислорода — O.

Большинство озон, содержащийся в нашей атмосфере, образуется в результате взаимодействия между молекулами кислорода. и ультрафиолетовое излучение, излучаемое солнцем. (Молекулы кислорода составляют около 21% всех газов в атмосфере Земли; они состоят из двух атомов кислорода и являются поэтому обозначен как O ₂ ).

В ультрафиолете (УФ) радиация попадает в молекулу кислорода, это может вызвать молекулу распадаться на отдельные атомы кислорода (O ₂ + UV -> O + O).Эти атомы очень реактивны, и отдельный атом кислорода может объединяться с молекулой. кислорода с образованием озона (O ₂ + O -> O ₃ ).

Отдельные молекулы озона составляют то, что мы называем «озоновым слоем». Нет, однако особенно толстый слой — обычно меньше трех молекул озона на каждые десять миллионов молекул воздуха. Вот почему озон известен как следовой газ, это означает, что присутствуют только следовые (очень маленькие) количества.Нам повезло, что эти небольшие суммы имеют большое значение.

Где это найти?

Озоновый слой — это концентрация озона в стратосфера, область около От 10 до 50 километров над поверхностью земли. В этом слое около 90% озон планеты. Стратосферный озон — это природный газ, который останавливается большая часть ультрафиолетового излучения солнца достигает поверхности Земля.Уменьшение озонового слоя позволяет большему количеству радиации достигать земных поверхность, где она оказывает множество вредных воздействий.

Слой атмосферы ниже стратосфера называется тропосфера. Это регион, где погода имеет место. На этом уровне находится около 10% всего существующего озона. Его наличие имеет два причины. Во-первых, озон из стратосферы иногда «сбивается» из стратосферы в тропосферу. Однако многие источник тропосферного озона находится прямо здесь, на Земле.Это продукт сложные химические реакции, в которых частично участвуют компоненты выхлопных газов автомобилей и энергетические отходы растения (например, оксид углерода и оксиды азота). Таким образом, озон часто является ключевым компонентом промышленный смог, распространенная проблема во многих городах.

Что он делает?

Озон является ключевым элементом защита жизни на Земле от солнечного ультрафиолета радиация. Способен впитывать большую часть вредное ультрафиолетовое излучение солнца, тем самым предотвращая его проникновение в поверхность Земли.В некотором смысле озоновый слой можно рассматривать как УФ-излучение. фильтр для земли. Без озонового слоя на Земле было бы мало защита от этих вредных лучей. Детали того, как это работает, довольно просто: когда ультрафиолетовые лучи, испускаемые солнцем, проходят через озон слой, они могут столкнуться с молекулами озона. Лучи с самой сильной энергией разрывают связи, удерживающие атомы кислорода вместе, таким образом поглощая энергию и расщепляя молекулу.

Озон содержится в низших уровни атмосферы могут иметь вредное воздействие на человека.Люди с астма или другие проблемы с дыханием особенно подвержены его последствиям.

Как это измеряется?

Есть специальные инструменты для измерения толщины озонового слоя, см. раздел о КИП.

Ученые используют устройство, называемое Добсона (сокращенно DU) для описания суммы озона в атмосфере. Они рассчитывают, какой толщины будет озоновый слой, если весь озон в атмосфере был сжат в один слой при нулевых градусах Атмосферное давление по Цельсию и на уровне моря (то есть 1013 мбар).Чтобы поправиться Понимая, представьте себе столб, проходящий через озоновый слой. Эта колонка захватит определенное количество молекул озона. Однако эти молекулы озона будет широко рассредоточено по всей колонке. Теперь предположим, что вы должны были взять все молекулы озона, попавшие в колонку, сжимают их до уровня моря давление, а затем измерьте толщину в миллиметрах. Умножьте число на 100, и у вас есть толщина озонового слоя, выраженная в Единицы Добсона! Средняя толщина составляет около 300 DU, что равняется трем миллиметрам (или 0.12 «) толстый слой сжатого озона. Да, озоновый слой действительно очень тонкий!

Как он распределяется по земному шару?

Так же, как уровни УФ-излучения зависят от разных факторов, уровни озона следуют аналогичным курсом. Отчетливая картина озона существует над весь земной шар. Там над экватором меньше озона, чем над другими частями мира, за исключением сезонный озоновая дыра в Антарктиде.Удивительно, хотя озон уровни постоянно низкие в тропиках, именно здесь большая часть озона происходит производство. Это потому, что количество производимого озона напрямую связано с уровнем ультрафиолетового излучения, который является самым высоким в тропики. С другой стороны, процессы, разрушающие озон, также более эффективны. выше экватора, что приводит к наблюдаемым относительно небольшим количествам озона там. Озон в средних широтах (то есть США и Европа находится) частично производится в тропиках, а затем транспортируется в эти широты.Из-за этих транспортных процессов есть некоторые сезонные колебания. в толщине озонового слоя весной с более высокими значениями, чем осенью.

Вернуться к указателю путеводителя

Кислород | Безграничная химия

Свойства кислорода

Кислород — неметаллический элемент с высокой реакционной способностью; это сильный окислитель с высокой электроотрицательностью и образует O ₂ при стандартной температуре и давлении (STP).

Цели обучения

Проверьте свойства кислорода.

Основные выводы

Ключевые моменты

• При стандартной температуре и давлении (STP) два атома элемента связываются с образованием дикислорода, бесцветного, без запаха и вкуса двухатомного газа с формулой O ₂ .
• Кислород входит в группу халькогенов периодической таблицы Менделеева и является высокореактивным неметаллическим элементом. Таким образом, он легко образует соединения (особенно оксиды) почти со всеми другими элементами.
• Кислород является сильным окислителем и имеет второе место по электроотрицательности среди всех реакционноспособных элементов, уступая только фтору.
• Растворимость кислорода в воде зависит от температуры; конденсируется при 90,20 К и замерзает при 54,36 К.

Ключевые термины

• кислород : химический элемент (символ O) с атомным номером 8 и атомной массой 15,9994 а.е.м.
• озон : аллотроп кислорода (обозначение O3), имеющий в молекуле три атома вместо обычных двух; это голубой газ, образующийся из кислорода электрическим разрядом; он ядовит и обладает высокой реакционной способностью, но он защищает жизнь на Земле, поглощая солнечное ультрафиолетовое излучение в верхних слоях атмосферы.
• парамагнитный : демонстрирует парамагнетизм (склонность магнитных диполей выравниваться с внешним магнитным полем).

Кислород является важной частью атмосферы и необходим для поддержания жизни на Земле. Поскольку он составляет большую часть массы воды, он также составляет большую часть массы живых организмов. Все основные классы структурных молекул в живых организмах, такие как белки, углеводы и жиры, содержат кислород, как и основные неорганические соединения, из которых состоят панцири, зубы и кости животных.Элементарный кислород (O ₂ ) производится цианобактериями, водорослями и растениями в процессе фотосинтеза и используется в клеточном дыхании большинства живых организмов на Земле. Кислород токсичен для облигатных анаэробных организмов (организмов, которым для выживания нужно , не хватает кислорода), которые были доминирующей формой ранней жизни на Земле, пока O ₂ не начали накапливаться в атмосфере.

Химические свойства кислорода

При стандартной температуре и давлении (STP) два атома элемента связываются с образованием дикислорода, бесцветного, без запаха и вкуса двухатомного газа с формулой O ₂ .Кислород входит в группу халькогенов периодической таблицы Менделеева и является высокореактивным неметаллическим элементом. Таким образом, он легко образует соединения (особенно оксиды) почти со всеми другими элементами. Кислород является сильным окислителем и имеет второе место по электроотрицательности среди всех реакционноспособных элементов, уступая только фтору. По массе кислород является третьим по распространенности элементом во Вселенной после водорода и гелия и самым распространенным элементом по массе в земной коре, составляя почти половину массы коры.Свободный кислород слишком химически реактивен, чтобы появиться на Земле без фотосинтетического действия живых организмов, которые используют энергию солнечного света для производства элементарного кислорода из воды. Элементный O ₂ начал накапливаться в атмосфере только после эволюционного появления фотосинтезирующих организмов, примерно 2,5 миллиарда лет назад. Двухатомный кислород в настоящее время составляет 20,8% от объема воздуха.

Двухатомный кислород

Два атома кислорода в двухатомном кислороде химически связаны друг с другом со спиновой триплетной электронной конфигурацией.Эта связь имеет порядок связи два и часто упрощается в описаниях как двойная связь или как комбинация одной двухэлектронной связи и двух трехэлектронных связей. Триплетный кислород (не путать с озоном, O ₃ ) является основным состоянием молекулы O ₂ . Электронная конфигурация молекулы имеет два неспаренных электрона, занимающих две вырожденные молекулярные орбитали. Эти орбитали классифицируются как разрыхляющие (ослабление порядка связи с трех до двух), поэтому связь двухатомного кислорода слабее, чем тройная связь двухатомного азота, в которой все связывающие молекулярные орбитали заполнены, а некоторые антисвязывающие орбитали — нет.

В нормальной триплетной форме молекулы O ₂ парамагнитны. Это означает, что они ведут себя как магниты в присутствии внешнего магнитного поля из-за спиновых магнитных моментов неспаренных электронов в молекуле. Жидкий кислород притягивается к магниту в достаточной степени, чтобы в лабораторных экспериментах мостик жидкого кислорода мог поддерживаться против собственного веса между полюсами мощного магнита. Синглетный кислород — это название, данное нескольким более высокоэнергетическим разновидностям молекулярного O ₂ , в которых все спины электронов спарены.Он гораздо более реактивен по отношению к обычным органическим молекулам, чем триплетная форма молекулярного кислорода.

Физические свойства кислорода

Жидкий кислород : Пузырьки кислорода поднимаются сквозь бледно-голубой жидкий кислород.

Кислород более растворим в воде, чем азот; вода содержит приблизительно одну молекулу O ₂ на каждые две молекулы N ₂ , по сравнению с атмосферным отношением приблизительно один к четырем. Растворимость кислорода в воде зависит от температуры и примерно вдвое больше (14.6 мг / л) растворяется при 0 ° C, чем при 20 ° C (7,6 мг / л). При 25 ° C и 1 стандартной атмосфере (101,3 кПа) воздуха пресная вода содержит около 6,04 миллилитра (мл) кислорода на литр, тогда как морская вода содержит около 4,95 мл на литр. При 5 ° C растворимость увеличивается до 9,0 мл (на 50 процентов больше, чем при 25 ° C) на литр для воды и 7,2 мл (на 45 процентов больше) на литр для морской воды.

Кислород конденсируется при 90,20 К (-182,95 ° C, -297,31 ° F) и замерзает при 54,36 К (-218,79 ° C, -361,82 ° F). И жидкое, и твердое вещество O ₂ — прозрачные вещества светло-голубого цвета, вызванные поглощением в красном (в отличие от голубого цвета неба, который возникает из-за рэлеевского рассеяния синего света).

Жидкость высокой чистоты O ₂ обычно получают фракционной перегонкой сжиженного воздуха. Жидкий кислород также может быть получен путем конденсации из воздуха с использованием жидкого азота в качестве хладагента. Это высокореактивное вещество, которое необходимо отделить от горючих материалов.

Оксиды

Оксид — это химическое соединение, которое содержит по крайней мере один атом кислорода и еще один элемент в своей химической формуле.

Цели обучения

Обсудите химические свойства оксидов.

Основные выводы

Ключевые моменты

• Оксиды металлов обычно содержат анион кислорода в степени окисления -2.
• Благородные металлы (такие как золото или платина) ценятся, потому что они сопротивляются прямому химическому соединению с кислородом, а такие вещества, как оксид золота (III), должны образовываться косвенным путем.
• Поверхность большинства металлов состоит из оксидов и гидроксидов в присутствии воздуха.
• Металлы имеют тенденцию образовывать основные оксиды, неметаллы — кислые оксиды, а амфотерные оксиды образуются элементами, расположенными на границе между металлами и неметаллами (металлоидами).

Ключевые термины

• пассивация : Самопроизвольное образование твердой нереактивной поверхностной пленки (обычно оксида или нитрида), которая препятствует дальнейшей коррозии.
• оксид : бинарное химическое соединение кислорода с другим химическим элементом.
• кокс : твердый остаток от обжига угля в коксовой печи; используется в основном в качестве топлива и при производстве стали, а ранее в качестве бытового топлива.

Химические свойства оксидов

Оксид — это химическое соединение, которое содержит по крайней мере один атом кислорода и еще один элемент в своей химической формуле.Оксиды металлов обычно содержат анион кислорода в степени окисления -2. Большая часть земной коры состоит из твердых оксидов в результате окисления элементов кислородом воздуха или воды. При сжигании углеводородов образуются два основных оксида углерода: монооксид углерода (CO) и диоксид углерода (CO ₂ ). Даже материалы, которые считаются чистыми элементами, часто имеют оксидное покрытие. Например, алюминиевая фольга образует тонкую пленку из Al ₂ O ₃ (называемую пассивирующим слоем), которая защищает фольгу от дальнейшей коррозии.

Кислород демонстрирует высокую реакционную способность

Из-за своей электроотрицательности кислород образует прочные химические связи почти со всеми элементами с образованием соответствующих оксидов. Благородные металлы (такие как золото или платина) ценятся, потому что они сопротивляются прямому химическому соединению с кислородом, а такие вещества, как оксид золота (III), должны образовываться косвенными путями. Двумя независимыми путями коррозии элементов являются гидролиз и окисление кислородом. Комбинация воды и кислорода еще более агрессивна.Практически все элементы горят в атмосфере кислорода или богатой кислородом среде. В присутствии воды и кислорода (или просто воздуха) некоторые элементы, например натрий, быстро и даже опасно реагируют с образованием гидроксидных продуктов. Отчасти по этой причине щелочные и щелочноземельные металлы не встречаются в природе в их металлической форме. Цезий настолько реактивен с кислородом, что используется в качестве геттера в электронных лампах. Растворы калия и натрия используются для дезоксигенации и обезвоживания некоторых органических растворителей.

Пассивация

Поверхность большинства металлов состоит из оксидов и гидроксидов в присутствии воздуха. Как упоминалось выше, хорошо известным примером является алюминиевая фольга, покрытая тонкой пленкой оксида алюминия, которая пассивирует металл, замедляя дальнейшую коррозию. Слой оксида алюминия может быть увеличен с помощью процесса электролитического анодирования. Хотя твердые магний и алюминий медленно реагируют с кислородом в STP, они, как и большинство металлов, горят на воздухе, создавая очень высокие температуры.

Полимерные и мономерные молекулярные структуры

Оксиды большинства металлов имеют полимерную структуру с поперечными связями M-O-M. Поскольку эти поперечные связи являются прочными, твердые вещества, как правило, нерастворимы в растворителях, хотя они подвержены воздействию кислот и оснований. Формулы часто обманчиво просты. Многие из них являются нестехиометрическими соединениями. В этих оксидах координационное число оксидного лиганда составляет 2 для большинства электроотрицательных элементов и 3–6 для большинства металлов.

Диоксид кремния : Диоксид кремния (SiO2) является одним из наиболее распространенных оксидов на поверхности земли.Как и большинство оксидов, он имеет полимерную структуру.

Хотя большинство оксидов металлов являются полимерными, некоторые оксиды представляют собой мономерные молекулы. Самые известные молекулярные оксиды — это углекислый газ и окись углерода. Пятиокись фосфора — более сложный молекулярный оксид с обманчивым названием, формула которого P ₄ O ₁₀ . Некоторые полимерные оксиды (диоксид селена и триоксид серы) деполимеризуются с образованием молекул при нагревании. Тетроксиды редки, и известно только пять примеров: четырехокись рутения, четырехокись осмия, четырехокись гассия, четырехокись иридия и четырехокись ксенона.Известно много оксианионов, таких как полифосфаты и полиоксометаллаты. Оксикатионы встречаются реже, например, нитрозоний (NO ⁺ ). Конечно, известно много соединений как с оксидами, так и с другими группами. Для переходных металлов известно много оксокомплексов, а также оксигалогенидов.

Кислотно-основные реакции

Оксиды подвержены действию кислот и оснований. Те, на кого воздействуют только кислоты, являются основными оксидами; те, на которые воздействуют только основания, являются кислыми оксидами. Оксиды, которые реагируют как с кислотами, так и с основаниями, амфотерные.Металлы имеют тенденцию образовывать основные оксиды, неметаллы — кислые оксиды, а амфотерные оксиды образуются элементами, расположенными на границе между металлами и неметаллами (металлоидами).

Другие окислительно-восстановительные реакции

Металлы «извлекаются» из оксидов путем химического восстановления. Распространенным и дешевым восстановителем является углерод в виде кокса. Наиболее ярким примером является выплавка железной руды.

Оксиды, такие как оксид железа (III) (или ржавчина, состоящая из гидратированных оксидов железа (III) Fe ₂ O ₃ · nH ₂ O и оксид-гидроксид железа (III) FeO (OH), Fe (OH) ₃ ), образуются при соединении кислорода с железом.

Оксиды металлов можно восстанавливать органическими соединениями. Этот окислительно-восстановительный процесс является основой многих важных преобразований в химии, таких как детоксикация лекарств ферментами P450 и производство этиленоксида, который превращается в антифриз. В таких системах металлический центр передает оксидный лиганд органическому соединению с последующей регенерацией оксида металла, часто кислородом воздуха.

Использование кислорода

Кислород необходим всем аэробным организмам; обычное медицинское использование включает кислородную терапию, гипербарическую медицину и космические костюмы.

Цели обучения

Приведите примеры некоторых распространенных видов использования кислорода в медицинских целях.

Основные выводы

Ключевые моменты

• Кислород используется в митохондриях для выработки аденозинтрифосфата (АТФ) во время окислительного фосфорилирования.
• Активные формы кислорода, такие как супероксид-ион (O ₂ ^— ) и пероксид водорода (H ₂ O ₂ ), являются опасными побочными продуктами использования кислорода в организмах.
• Кислородная терапия не только увеличивает уровень кислорода в крови пациента, но также снижает сопротивление кровотоку во многих типах больных легких, облегчая рабочую нагрузку на сердце. Он используется для лечения эмфиземы, пневмонии и некоторых сердечных заболеваний (застойной сердечной недостаточности).
• Гипербарическая медицина (высокое давление) использует специальные кислородные камеры для повышения парциального давления O ₂ вокруг пациента.

Ключевые термины

• Гипербарический : относящийся к давлению или использующий давление выше нормального (относительно кислорода).
• аэробные : организмы, живущие в присутствии кислорода (например, аэробные бактерии).

Молекулярный кислород, O ₂ , необходим для клеточного дыхания всех аэробных организмов. Кислород используется в митохондриях для выработки аденозинтрифосфата (АТФ) во время окислительного фосфорилирования. Активные формы кислорода, такие как супероксид-ион (O ₂ ^— ) и пероксид водорода (H ₂ O ₂ ), являются опасными побочными продуктами использования кислорода в организмах.Однако части иммунной системы высших организмов используют реактивный перекись, супероксид и синглетный кислород для уничтожения вторгшихся микробов. Активные формы кислорода также играют важную роль в гиперчувствительной реакции растений на атаку патогенов. Взрослый человек в состоянии покоя вдыхает от 1,8 до 2,4 граммов кислорода в минуту. Это составляет более 6 миллиардов тонн кислорода, вдыхаемого человечеством в год.

Кислородная терапия

Одно из медицинских применений кислорода — кислородная терапия.Поглощение O ₂ из воздуха является основной целью дыхания, поэтому в медицине используется добавка кислорода. Лечение не только увеличивает уровень кислорода в крови пациента, но и имеет вторичный эффект снижения сопротивления кровотоку во многих типах больных легких, облегчая рабочую нагрузку на сердце. Кислородная терапия используется для лечения эмфиземы, пневмонии, некоторых сердечных заболеваний (застойная сердечная недостаточность), некоторых заболеваний, вызывающих повышение давления в легочной артерии, а также любых заболеваний, которые ухудшают способность организма поглощать и использовать газообразный кислород.Лечение достаточно гибкое, чтобы его можно было использовать в больницах, дома у пациента или все чаще с помощью портативных устройств. Когда-то кислородные палатки обычно использовались для добавления кислорода, но с тех пор их заменили в основном кислородные маски или носовые канюли.

Концентратор кислорода : Концентратор кислорода для пациента с эмфиземой.

Гипербарическая медицина

Гипербарическая медицина (высокого давления) использует специальные кислородные камеры для повышения парциального давления O ₂ вокруг пациента и, при необходимости, медицинского персонала.С помощью этих устройств иногда лечат отравление угарным газом, газовую гангрену и декомпрессионную болезнь («изгибы»). Повышенная концентрация O ₂ в легких помогает вытеснить окись углерода из гемовой группы гемоглобина. Газообразный кислород ядовит для анаэробных бактерий, вызывающих газовую гангрену, поэтому повышение его парциального давления помогает их убить. Декомпрессионная болезнь возникает у дайверов, которые слишком быстро декомпрессируются после погружения, в результате чего в их крови образуются пузырьки инертного газа, в основном азота и гелия.Повышение давления O ₂ как можно скорее является частью лечения. Кислород также используется в медицине для пациентов, которым требуется искусственная вентиляция легких, часто в концентрациях выше 21% в окружающем воздухе.

Использование в космических костюмах и костюмах для подводного плавания

Заметное применение O ₂ в качестве дыхательного газа низкого давления — это современные космические скафандры, которые окружают тело человека, находящегося в нем, сжатым воздухом. Эти устройства используют почти чистый кислород при давлении около одной трети нормального, в результате чего нормальное парциальное давление крови составляет 0 ₂ .Этот компромисс между более высокой концентрацией кислорода и более низким давлением необходим для сохранения гибкости скафандров.

Аквалангисты и подводники также полагаются на искусственно доставленный O ₂ , но чаще всего используют нормальное давление и / или смеси кислорода и воздуха. O ₂ Использование в дайвинге при давлении выше уровня моря обычно ограничивается использованием ребризера, декомпрессии или экстренной помощи на относительно небольших глубинах (глубина ~ 6 метров или меньше). Для более глубокого погружения требуется значительное разбавление O ₂ другими газами, такими как азот или гелий, для предотвращения кислородного отравления.Люди, которые поднимаются в горы или летают на самолетах без давления, иногда имеют дополнительные запасы O ₂ .

Герметичные коммерческие самолеты

Пассажиры, путешествующие на коммерческих самолетах под давлением, имеют аварийный запас O ₂ , который автоматически подается им в случае разгерметизации салона. Внезапная потеря давления в салоне активирует химические генераторы кислорода над каждым сиденьем, в результате чего кислородные маски падают. Если надеть маски, чтобы «запустить поток кислорода», как того требуют инструкции по безопасности в кабине, железные опилки попадут в образец хлората натрия внутри канистры, где происходит реакция.В результате экзотермической реакции образуется устойчивый поток газообразного кислорода.

Озон

Озон (O ₃ ) диамагнитен (все его электроны спарены) и является мощным окислителем.

Цели обучения

Обсудите свойства озона.

Основные выводы

Ключевые моменты

• Озон образуется из O ₂ под действием ультрафиолетового света, а также атмосферных электрических разрядов. Он присутствует в низких концентрациях в атмосфере Земли.
• Озон слабо растворим в воде и гораздо лучше растворим в инертных неполярных растворителях, таких как четыреххлористый углерод (CCl ₄ ) или фторуглероды, где он образует голубой раствор.
• Озон окисляет большинство металлов (кроме золота, платины и иридия) до оксидов металлов в их наивысшей степени окисления.
• Алкены могут быть окислительно расщеплены озоном в процессе, называемом озонолизом. При восстановительной обработке (например, цинк в уксусной кислоте или диметилсульфиде) будут образовываться кетоны и альдегиды.При окислительной обработке (например, водной или спиртовой перекисью водорода) образуются карбоновые кислоты.
• Озон, наряду с реактивными формами кислорода, такими как супероксид, синглетный кислород, перекись водорода и ионы гипохлорита, естественным образом вырабатывается лейкоцитами и другими биологическими системами как средство уничтожения инородных тел.

Ключевые термины

• озон : трехатомная молекула, также называемая трехкислородом, состоящая из трех атомов кислорода (O3).
• Алкены : В органической химии алкен, олефин, представляет собой ненасыщенное химическое соединение, содержащее по крайней мере одну двойную связь углерод-углерод.
• диамагнетик : проявляющий диамагнетизм; отталкивается магнитом.

Свойства озона

Озон (O ₃ ), или триоксислород, представляет собой трехатомную молекулу, состоящую из трех атомов кислорода. Это аллотроп кислорода, который намного менее стабилен, чем двухатомный аллотроп (O ₂ ), распадаясь с периодом полураспада около получаса в нижних слоях атмосферы до O ₂ .Озон диамагнитен, что означает, что все его электроны спарены. Напротив, O ₂ является парамагнитным, содержащим два неспаренных электрона.

Резонансные структуры озона : Показаны две резонансные структуры O ₃ .

Озон в атмосфере

Озон образуется из двуокиси кислорода под действием ультрафиолетового света, а также атмосферных электрических разрядов. Он присутствует в низких концентрациях в атмосфере Земли.Всего озон составляет всего 0,6 частей на миллион атмосферы. Озон имеет резкий запах, напоминающий запах хлора, и многие люди могут уловить его при концентрации всего 10 частей на миллиард в воздухе. В стандартных условиях озон представляет собой бледно-голубой газ, который конденсируется при постепенно снижающихся температурах до темно-синей жидкости и, наконец, до фиолетово-черного твердого вещества. Озон является мощным окислителем (в гораздо большей степени, чем дикислород) и имеет множество промышленных и бытовых применений, связанных с окислением. Однако этот же высокий окислительный потенциал заставляет озон повреждать слизь и респираторные ткани животных, а также ткани растений, когда он существует в концентрациях выше 100 частей на миллиард.Это делает озон потенциально опасным для дыхательных путей и загрязняющим веществом вблизи земли. Однако так называемый озоновый слой (часть стратосферы с более высокой концентрацией озона, от двух до восьми частей на миллион) полезен. Он предотвращает попадание вредного ультрафиолетового света на поверхность Земли, что приносит пользу всем живым организмам.

Структура озона : Озон представляет собой трехатомную молекулу без неспаренных электронов и изогнутой молекулярной формы. Показаны длины связи и угол, образованный тремя атомами O.

Физические свойства озона

Озон слабо растворим в воде и гораздо лучше растворим в инертных неполярных растворителях, таких как четыреххлористый углерод или фторуглероды, где он образует голубой раствор. При 161 К (-112 ° C) он конденсируется с образованием темно-синей жидкости. Давать этой жидкости нагреваться до точки кипения опасно, поскольку как концентрированный газообразный озон, так и жидкий озон могут взорваться. При температуре ниже 80 К (-193 ° C) он образует фиолетово-черное твердое вещество. Он также нестабилен при высоких концентрациях, распадаясь на обычный двухатомный кислород (с периодом полураспада около получаса в атмосферных условиях):

[латекс] 2 \ text {O} _3 \ rightarrow 3 \ text {O} _2 [/ latex]

Эта реакция протекает быстрее при повышении температуры и давления.{2+} +3 {\ text {H}} _ {2} \ text {O} + {\ text {O}} _ {2} [/ latex]

Алкены могут быть окислительно расщеплены озоном в процессе, называемом озонолизом, с образованием спиртов, альдегидов, кетонов и карбоновых кислот, в зависимости от второго этапа обработки.

Озонолиз : На этом рисунке показан разрыв двойных связей углерод-углерод посредством O ₃ .

Обычно озонолиз проводят в растворе дихлорметана при температуре -78 ^o C.После последовательности расщепления и перегруппировки образуется органический озонид. При восстановительной обработке (например, цинк в уксусной кислоте или диметилсульфиде) будут образовываться кетоны и альдегиды. При окислительной обработке (например, водной или спиртовой перекисью водорода) будут образовываться карбоновые кислоты.

Роль озона в биологических процессах

Озон, наряду с реактивными формами кислорода, такими как супероксид, синглетный кислород, перекись водорода и ионы гипохлорита, естественным образом вырабатывается лейкоцитами и другими биологическими системами (такими как корни бархатцев) как средство уничтожения инородных тел.Озон напрямую реагирует с органическими двойными связями.

Когда озон распадается на дикислород, он производит свободные радикалы кислорода, которые обладают высокой реакционной способностью и способны повредить многие органические молекулы. Более того, считается, что мощные окислительные свойства озона могут быть фактором воспаления. Причинно-следственная связь того, как озон создается в организме и что он делает, все еще рассматривается и по-прежнему подлежит различным интерпретациям, поскольку другие химические процессы в организме могут запускать некоторые из тех же реакций.

Озон | Encyclopedia.com

Озон — это аллотроп (физически или химически разная форма одного и того же вещества) кислорода с химической формулой O ₃ . Эта формула показывает, что каждая молекула озона состоит из трех атомов. Для сравнения, нормальный атмосферный кислород, также известный как дикислород, состоит из двух атомов на молекулу и имеет химическую формулу O ₂ .

Озон — это голубоватый газ с резким запахом, который легко разлагается с образованием дикислорода.Его нормальная температура кипения составляет -112 ° C (-170 ° F), а температура замерзания -192 ° C (-314 ° F). Он более растворим в воде, чем дикислород, а также гораздо более активен. Озон присутствует в нижних слоях атмосферы в очень низких концентрациях, но он присутствует в значительно более высоких концентрациях в верхних слоях атмосферы. Причина этого различия в том, что энергия Солнца вызывает разложение молекул кислорода в верхних слоях атмосферы:

O ₂ → (солнечная энергия) → 2O

Образующийся (одноатомный) кислород очень реактивен.Он может объединяться с другими молекулами кислорода с образованием озона:

O + O ₂ → O ₃

Слова, которые нужно знать

Аллотропы: Формы химического элемента с различными физическими и химическими свойствами.

Хлорфторуглероды (CFCs): Семейство химических соединений, состоящих из углерода, фтора и хлора.

Диоксид кислорода: Иногда используется название обычного атмосферного кислорода с химической формулой O ₂ .

Электромагнитное излучение: Форма энергии, переносимой волнами.

Образующийся кислород: Кислород, состоящий из молекул, состоящих из одного атома кислорода, О.

Озоновая дыра: Термин, изобретенный для описания области очень низкой концентрации озона над Антарктикой, которая появляется и исчезает с каждым южным полушарием. (Южное полушарие) лето.

Озоновый слой: Область стратосферы, в которой концентрация озона относительно высока.

Излучение: Энергия, передаваемая в форме электромагнитных волн или субатомных частиц.

Стандарт (загрязнение): Самый высокий уровень вредного вещества, который может присутствовать без серьезной возможности нанести вред растениям или животным.

Стратосфера: Область атмосферы Земли, расположенная на высоте от 15 до 50 километров (от 9 до 30 миль) над поверхностью Земли.

Тропосфера: Самый нижний слой атмосферы Земли, расположенный на высоте около 15 километров (9 миль) над поверхностью Земли.

Ультрафиолетовое излучение: Форма электромагнитного излучения с длинами волн чуть меньше, чем у видимого света (от 4 до 400 нанометров, или миллиардных долей метра).

Разрушение озонового слоя

Большая часть озона в нашей атмосфере сконцентрирована в области стратосферы на высоте от 15 до 30 километров (от 9 до 18 миль) над поверхностью Земли. Общее количество озона в этой полосе на самом деле относительно невелико. Если бы все это было перенесено на поверхность Земли, оно бы образовало слой не более 3 миллиметров (около 0.1 дюйм) толщиной. Тем не менее стратосферный озон выполняет неоценимую функцию для жизни на Земле.

Солнечное излучение, достигающее внешней атмосферы Земли, состоит из целого ряда электромагнитных излучений: космических лучей, гамма-лучей, ультрафиолетового излучения, инфракрасного излучения и видимого света. Различные формы излучения могут иметь как положительные, так и вредные эффекты. Например, известно, что ультрафиолетовое излучение влияет на рост некоторых видов растений, вызывает повреждение глаз у животных, нарушает функцию ДНК (генетического материала в организме) и вызывает рак кожи у людей.

К счастью для живых существ на Земле, молекулы озона поглощают излучение в ультрафиолетовой области. Таким образом, озоновый слой в стратосфере защищает растения и животных на поверхности Земли от большинства этих опасных воздействий.

Влияние человека на озоновый слой. В 1984 году ученые сообщили, что озоновый слой над Антарктикой, похоже, истончается. Фактически, количество озона упало до такого низкого уровня, что термин «дыра» был использован для описания состояния.Дыра представляла собой круглую область над Антарктикой, в которой озон практически исчез. В последующие годы эта дыра появлялась снова с началом каждого летнего сезона в Антарктике (с сентября по декабрь).

Потенциальная угроза для человека (и других организмов) была очевидна. Повышенное воздействие ультрафиолетового излучения из-за более тонкого озонового слоя почти наверняка будет означать более высокие показатели рака кожи. Возможны и другие проблемы со здоровьем.

Сначала ученые расходились во мнениях относительно причины истончения озонового слоя.В конце концов, однако, доказательства, казалось, предполагали, что химические вещества, производимые и производимые людьми, могут вызывать разрушение озона. В частности, подозревалась группа соединений, известных как хлорфторуглероды (ХФУ). Эти соединения стали широко популярными в 1970-х и 1980-х годах для ряда применений, в том числе в качестве химикатов, используемых в холодильной технике, в качестве пропеллентов в аэрозольных распылителях, в качестве вспенивающих агентов при производстве пенопласта и изоляции, в качестве жидкостей для химической чистки и в качестве чистящих средств. для электронных компонентов.

Одной из причин популярности CFC была их стабильность. Обычно они не ломаются при использовании на поверхности Земли. Однако в верхних слоях атмосферы ситуация меняется. Данные свидетельствуют о том, что CFC распадаются с высвобождением атомов хлора, которые, в свою очередь, атакуют и разрушают молекулы озона:

CFC → солнечная энергия → атомы Cl

Cl + O ₃ → ClO + O ₂

Этот процесс является особенно неприятно, потому что один из продуктов реакции, монооксид хлора (ClO), реагирует с другими молекулами того же типа с образованием большего количества атомов хлора:

ClO + ClO → Cl + Cl + O ₂

Как только ХФУ попадают в стратосфера и разрушаются, поэтому обеспечивается непрерывная подача атомов хлора.А атомы хлора разрушают молекулы озона.

Вскоре как ученых, так и неспециалистов заинтересовала роль ХФУ в истощении стратосферного озона. Затем возникло движение за сокращение и / или запрет использования этих химикатов. В 1987 году конференция, спонсируемая Программой Организации Объединенных Наций по окружающей среде, привела к так называемому Монреальскому протоколу. Протокол устанавливает конкретные временные рамки для прекращения как производства, так и использования ХФУ. Только три года спустя беспокойство стало настолько сильным, что сроки Протокола фактически были сдвинуты.Это соглашение подписали сто шестьдесят пять стран. Благодаря Протоколу США, Австралия и другие развитые страны полностью прекратили производство ХФУ. Согласно Протоколу, развивающиеся страны должны завершить поэтапный отказ до 2010 года.

Озон в тропосфере

Озон — классический пример химического вещества, которое одновременно полезно и вредно. В стратосфере, конечно, это важно для защиты растений и животных на поверхности Земли от повреждений ультрафиолетовым излучением.Но в нижних слоях атмосферы, у поверхности Земли, дело обстоит совсем иначе.

Основным источником озона на Земле является двигатель внутреннего сгорания. Газы, выходящие из выхлопной трубы легкового или грузового автомобиля, могут окисляться в присутствии солнечного света с образованием озона. Сам по себе озон оказывает вредное воздействие как на растения, так и на животных. У людей и других животных газ раздражает и повреждает оболочки дыхательной системы и глаз. Он также может вызвать астму. Чувствительные люди страдают в концентрациях, которые обычно возникают на средней городской улице в час пик.

Воздействие озона также наносит значительный ущерб как сельскохозяйственным, так и дикорастущим растениям. Его основной эффект состоит в том, чтобы вызвать заметное повреждение, которое уменьшает площадь листвы, на которой может происходить фотосинтез. (Фотосинтез — это сложный процесс, в котором растения используют световую энергию для образования углеводов и выделения кислорода в качестве побочного продукта.) Большинство растений серьезно повреждаются в результате двух-четырехчасового воздействия высоких уровней озона. Но длительное воздействие даже небольшого количества газа может вызвать замедление роста.Между растениями существуют большие различия, особенно чувствительны табак, шпинат и хвойные деревья.

Многие страны, штаты и города установили стандарты максимально допустимых концентраций озона в воздухе. В настоящее время в США стандарт составляет 120 частей на миллиард (частей на миллиард). Это число было увеличено с 80 частей на миллиард в 1979 году, поскольку многие городские районы не могли соответствовать более низкому стандарту. Районы с наиболее серьезным загрязнением озоном, такие как Лос-Анджелес, Калифорния, не могут соответствовать даже более высоким стандартам.Измерения 500 частей на миллиард в течение одного часа в Лос-Анджелесе не редкость.

Долгосрочная проблема

Несмотря на относительно быстрый и эффективный международный ответ на выбросы ХФУ, восстановление озонового слоя может занять до 50 лет и более. Это связано с тем, что эти химические вещества очень стойкие в окружающей среде: уже присутствующие ХФУ также будут присутствовать в течение многих десятилетий. Более того, значительные выбросы ХФУ будут продолжаться в течение многих лет после их производства, а использование запрещено, поскольку старое оборудование и продукты, содержащие ХФУ, которые уже используются, продолжают выделять эти химические вещества.

В исследованиях, опубликованных в конце 2000 года, ученые заявили, что были ошеломлены выводами о том, что до 70 процентов озонового слоя над Северным полюсом было потеряно и что озоновая дыра над Южным полюсом выросла до размеров, превышающих площадь Северной Америки. По данным Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA), дыра в озоновом слое над Южным полюсом расширилась до рекордных 17,1 миллиона квадратных миль (44,3 миллиона квадратных километров).

Ученые объяснили рекордные озоновые дыры двумя основными причинами: сильным холодом и продолжающимся использованием брома.