§11 Кислород как простое вещество. Кислород в природе. Воздух как смесь газов. Методы собирания газов
Воздух — смесь газов, состоящая главным образом из азота (78 %) и кислорода (21 %), а также аргона, углекислого газа, водорода, образующая земную атмосферу.
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ВОЗДУХА | |
♦ Азот (N2) – 78% | |
♦ Кислород (O2) – 21% | |
♦ Аргон (Ar) – 0,9% | |
♦ Углекислый газ (СО2) – 0,04% | |
♦ Другие газы – 0,06% |
Относительная молекулярная масса (Мr) воздуха равна 29.
Газы, у которых относительная молекулярная масса меньше 29, называются газами легче воздуха. У газов тяжелее воздуха относительная молекулярная масса больше 29.
Газы легче воздуха | |
Водород | \(\mathrm{M_{r}(H_{2})=2 \cdot A_{r}(H)=2 \cdot 1=2}\) |
Метан | \(\mathrm{M_{r}(CH_{4})=A_{r}(C)+4 \cdot A_{r}(H)=12+4 \cdot 1=16}\) |
Азот | \(\mathrm{M_{r}(N_{2})=2 \cdot A_{r}(N)=2 \cdot 14=28}\) |
Газы тяжелее воздуха | |
Кислород | \(\mathrm{M_{r}(O_{2})=2 \cdot A_{r}(O)=2 \cdot 16=32}\) |
Озон | \(\mathrm{M_{r}(O_{3})=3 \cdot A_{r}(O)=3 \cdot 16=48}\) |
Углекислый газ | \(\mathrm{M_{r}(CO_{2})=A_{r}(C)+2 \cdot A_{r}(O)=12+2 \cdot 16=44}\) |
Важно уметь правильно получать, собирать и хранить газы. Получают газы в химической лаборатории, если необходимы малые объемы газов и в промышленности, для получения больших объемов.
Методы собирания газов
Различают два основных способа собирания газа:
- Метод вытеснения воды (для собирания малорастворимых в воде газов – кислород (О2), азот (N2), водород (H2));
- Метод вытеснения воздуха (для растворимых – аммиак (NH3), углекислый газ (CO2) и для малорастворимых в воде газов).
Для собирания газов, которые легче воздуха, сосуд для газов следует закреплять дном вверх (а), а для газов, которые тяжелее воздуха, – дном вниз (б). |
Для хранения газов следует использовать герметичные сосуды, не сообщающиеся с окружающей средой.
В лаборатории к герметичным сосудам относят пробирку, плотно закрытую пробкой, а в промышленности прочные стальные баллоны. Узнать какой газ содержится в баллоне можно по окраске баллона, цвету надписи и цвету полосы. Например, кислород хранят в голубом баллоне с черной надписью.
Разнообразные баллоны для хранения газов |
Кислород
Без еды человек может прожить около месяца, без воды – около недели, а без него около 3 минут?
Исторически сложилось, что химический элемент О и одно из простых веществ О2, образовано атомами этого элемента, имеют общее название кислород.
Важно не путать кислород как химический элемент и кислород как простое вещество.
Кислород (O, лат. oxygenium) — химический элемент 16-й группы, второго периода периодической системы, с атомным номером 8. Кислород самый распространенный химический элемент в земной коре (49 % по массе), в воздухе – 21 % (объемная доля), в гидросфере – 89 % по массе, а в состав живых организмов – до 65 % от массы.
Если в атмосфере кислорода будет содержаться больше 30 %, то удар молнии сжег бы все на Земле. Если кислорода в атмосфере менее 15 %, то процессы горения не поддерживаются. При уменьшении в воздухе кислорода до 12 %, наступает замедление процессов мышления, до 9 % – человек теряет сознание, до 6 % прекращается дыхание.
Как простое вещество при нормальных условиях представляет собой газ без цвета, вкуса и запаха, молекула которого состоит из двух атомов кислорода (O2), малорастворим в воде, не токсичен. Жидкий кислород (при температуре – 183оС) имеет светло-голубой цвет, а твёрдый (при температуре – 219оС) представляет собой кристаллы синего цвета.
Кислород как химический элемент | Кислород как простое вещество |
О | О2 |
\(\mathrm{A_{r}(O)=16}\) | \(\mathrm{M_{r}(O_{2})=2 \cdot A_{r}(O)=2 \cdot 16=32}\) |
Речь о кислороде как о химическом элементе:
|
Речь о кислороде как о простом веществе:
|
Единственным источником кислорода на Земле являются зеленые растения, производящие его под действием солнечного света в процессе фотосинтеза.
\(\mathrm{6CO_{2}+6H_{2}O=C_{6}H_{12}O_{6}+6O_{2}}\)
Ученые установили, что зеленые растения в результате фотосинтеза выделяют почти 6 тонн кислорода на каждую тонну кислорода, израсходованную на дыхание. Причем 80 % кислорода передают в атмосферу водоросли морей и океанов и лишь 20 % – зеленые растения. Поэтому океан называют “легкими Земли”.
Методы собирания кислорода:
- Методом вытеснения воздуха (пробирку располагают дном вниз, потому что кислород тяжелее воздуха).
- Метод вытеснения воды (потому что кислород малорастворим в воде).
Озон
Атомы кислорода могут образовывать два простых вещества: кислород (состоит из двух атомов кислорода О2) и озон (состоит из трех атомов кислорода О3). Кислород О2 может превращаться в озон О3 (например, под действием электрического разряда):
Озон (О3) – газ с резким запахом (в переводе с греческого “пахучий”), голубого цвета, хорошо растворим в воде, токсичен.
\(\mathrm{M_{r}(O_{3})=3 \cdot A_{r}(O)=3 \cdot 16=48}\)
Некоторые из свойств озона:
- Озон химически активнее кислорода.
- Озон образуется в воздухе во время грозы в моменты электрических разрядов, в результате взаимодействия смолы хвойных деревьев с кислородом, при работе копировальных аппаратов и лазерных принтеров.
- Над поверхностью Земли находится озоновый слой, который поглощает губительное воздействие солнечного излучения.
- Озон применяют для очистки воды.
- В косметологии, в медицине озон применяют как антисептическое средство.
Явление, когда один и тот же химический элемент образует несколько простых веществ, называют аллотропией.
Простые вещества, образованные одним и тем же химическим элементом, называют аллотропными видоизменениями этого элемента. Т.е. кислород и озон – это аллотропные видоизменения одного и того же химического элемента – кислорода.
Подведем итоги
- Воздух — смесь газов, состоящая главным образом из азота (78 %) и кислорода (21 %), а также аргона, углекислого газа, водорода, образующая земную атмосферу.
- Метод вытеснения воды используют для собирания малорастворимых в воде газов – кислород (О2), азот (N2), водород (H2);
- Метод вытеснения воздуха используют для собирания растворимых – аммиак (NH3), углекислый газ (CO2) и для малорастворимых в воде газов.
- Озон (О3) – газ с резким запахом (в переводе с греческого “пахучий”), голубого цвета, хорошо растворим в воде, токсичен.
- Явление, когда один и тот же химический элемент образует несколько простых веществ, называют аллотропией.