Kyslík | ||||
---|---|---|---|---|
← Dusík | Fluor → | ||||
| ||||
Vzhled jednoduché látky | ||||
Kapalný kyslík | ||||
Vlastnosti atomu | ||||
Jméno, symbol, číslo | Kyslík / Kyslík (Oxygen)(O), 8 | |||
Skupina , období , blok |
16 (zastaralé 6), 2, p-prvek |
|||
atomová hmotnost ( molární hmotnost ) |
[15,99903; 15.99977] [comm 1] [1] a. e. m. ( g / mol ) | |||
Elektronická konfigurace |
[On] 2s 2 2p 4 1s 2 2s 2 2p 4 |
|||
Poloměr atomu | 60 (48) hodin | |||
Chemické vlastnosti | ||||
kovalentní poloměr | 73 hodin | |||
Poloměr iontů | 132 (-2e) pm | |||
Elektronegativita | 3,44 (Paulingova stupnice) | |||
Elektrodový potenciál | 0 | |||
Oxidační stavy | –2 , −1 , –½ , –⅓ , 0, +½, +1 , +2 | |||
Ionizační energie (první elektron) |
1313,1 (13,61) kJ / mol ( eV ) | |||
Termodynamické vlastnosti jednoduché látky | ||||
Termodynamická fáze | Plyn | |||
Hustota (v n.a. ) | 0,00142897 g/cm³ | |||
Teplota tání | 54,8 K (-218,35 °C) | |||
Teplota varu | 90,19 K (-182,96 °C) | |||
Oud. teplo tání | 0,444 kJ/mol | |||
Oud. výparné teplo | 3,4099 kJ/mol | |||
Molární tepelná kapacita | 29,4 [2] J/(K mol) | |||
Molární objem | 22,4⋅10 3 cm³ / mol | |||
Krystalová mřížka jednoduché látky | ||||
Příhradová konstrukce | Monoklinika | |||
Parametry mřížky | a=5,403 b=3,429 c=5,086 β=135,53 Á | |||
Debyeho teplota | 155 tisíc _ | |||
Další vlastnosti | ||||
Tepelná vodivost | (300 K) 0,027 W/(m K) | |||
Emisní spektrum | ||||
osm | Kyslík |
Ó15,999 | |
2s 2 2p 4 |
Kyslík ( chemická značka - O , z lat. O xygenium ) je chemický prvek 16. skupiny (podle zastaralé klasifikace - šestá skupina hlavní podskupiny, VIA), druhé období periodického systému D. I. Mendělejeva , s atomovým číslem 8.
Kyslík je reaktivní nekov a je nejlehčím prvkem ze skupiny chalkogenů .
Jako jednoduchá látka (za normálních podmínek ) je kyslík bezbarvý plyn bez chuti a zápachu , jehož molekula se skládá ze dvou atomů (vzorec - O 2 ). Systematický název : dioxygen [3] . Kapalný kyslík má světle modrou barvu a pevný kyslík jsou světle modré krystaly.
Existují i jiné alotropní formy kyslíku, například ozón - za normálních podmínek modrý plyn se specifickým zápachem, jehož molekula se skládá ze tří atomů kyslíku (vzorec O 3 ). Systematický název : trioxygen .
Oficiálně se má za to [4] [5] , že kyslík objevil anglický chemik Joseph Priestley 1. srpna 1774 rozkladem oxidu rtuťnatého v hermeticky uzavřené nádobě (Priestley nasměroval sluneční paprsky na tuto sloučeninu pomocí velké čočky).
.Priestley si však zpočátku neuvědomoval, že objevil novou jednoduchou látku , věřil, že izoloval jednu ze základních částí vzduchu (a nazval tento plyn „dephlogisticated air“). Priestley oznámil svůj objev vynikajícímu francouzskému chemikovi Antoine Lavoisierovi . V roce 1775 Lavoisier zjistil, že kyslík je nedílnou součástí vzduchu, kyselin a je obsažen v mnoha látkách.
O několik let dříve (v roce 1771 ) švédský chemik Carl Scheele získal kyslík . Kalcinoval ledek kyselinou sírovou a následně rozložil výsledný oxid dusný . Scheele tento plyn nazval „ohnivý vzduch“ a svůj objev popsal v knize vydané v roce 1777 (právě proto, že kniha vyšla později, než Priestley svůj objev oznámil, druhý jmenovaný je považován za objevitele kyslíku). Scheele také oznámil své zkušenosti Lavoisierovi.
Důležitou etapou, která přispěla k objevu kyslíku, byla práce francouzského chemika Pierra Bayena , který publikoval práci o oxidaci rtuti a následném rozkladu jejího oxidu.
Nakonec A. Lavoisier konečně přišel na povahu výsledného plynu s využitím informací od Priestleyho a Scheeleho. Jeho dílo mělo velký význam, protože díky němu byla svržena flogistonová teorie , která v té době dominovala a bránila rozvoji chemie . Lavoisier provedl pokus o spalování různých látek a vyvrátil teorii flogistonu zveřejněním výsledků o změně hmotnosti spálených prvků. Hmotnost popela přesáhla počáteční hmotnost prvku, což dalo Lavoisierovi právo tvrdit, že při spalování dochází k chemické reakci (oxidaci) látky, v souvislosti s tím se zvyšuje hmotnost původní látky, což vyvrací teorie flogistonu.
Zásluhu na objevu kyslíku tedy ve skutečnosti sdílejí Priestley, Scheele a Lavoisier.
Slovo kyslík (ještě se na počátku 19. století nazývalo „kyselina“) vděčí za svůj výskyt v ruském jazyce do jisté míry M. V. Lomonosovovi , který zavedl spolu s dalšími neologismy slovo „kyselina“; tak slovo "kyslík" bylo zase pauzovacím papírem termínu " kyslík " ( fr. oxygène ), který navrhl A. Lavoisier (z jiné řečtiny. ὀξύς - "kyselý" a γεννάω - "rodím" ), což se překládá jako „ generující kyselina “, což je spojeno s jeho původním významem – „ kyselina “, což dříve znamenalo látky zvané oxidy podle moderní mezinárodní nomenklatury .
Kyslík je nejrozšířenějším prvkem v zemské kůře, jeho podíl (ve složení různých sloučenin, zejména silikátů ) tvoří asi 47 % hmotnosti pevné zemské kůry . Mořské a sladké vody obsahují obrovské množství vázaného kyslíku – 85,82 % (hmotn.). Více než 1500 sloučenin zemské kůry obsahuje ve svém složení kyslík [6] .
V atmosféře je obsah volného kyslíku 20,95 % objemových a 23,10 % hmot. (asi 10 15 tun [7] ). Před objevením prvních fotosyntetických mikrobů v Archaeanu před 3,5 miliardami let však v atmosféře prakticky chyběl. Volný kyslík se začal ve velkém množství objevovat v paleoproterozoiku (před 3-2,3 miliardami let) v důsledku globální změny složení atmosféry ( kyslíková katastrofa ). První miliardu let byl téměř všechen kyslík absorbován železem rozpuštěným v oceánech a vytvořil ložiska jaspilitu . Kyslík se začal do atmosféry uvolňovat před 3–2,7 miliardami let a dosáhl 10 % současné úrovně před 1,7 miliardami let [8] [9] .
Přítomnost velkého množství rozpuštěného a volného kyslíku v oceánech a atmosféře vedla k vyhynutí většiny anaerobních organismů. Nicméně buněčné dýchání s kyslíkem umožnilo aerobním organismům produkovat mnohem více ATP než anaerobním organismům, což je činí dominantními [10] .
Od počátku kambria před 540 miliony let obsah kyslíku kolísá od 15 % do 30 % objemu [11] . Na konci období karbonu (asi před 300 miliony let) jeho hladina dosáhla vrcholu 35 % objemu, což mohlo přispět k velké velikosti hmyzu a obojživelníků v této době [12] .
Většina kyslíku na Zemi je uvolňována fytoplanktonem oceánů. Asi 60 % kyslíku spotřebovaného živými bytostmi se spotřebuje na procesy rozkladu a rozkladu, 80 % kyslíku produkovaného lesy se spotřebuje na rozklad a rozklad lesní vegetace [13] .
Lidská činnost má velmi malý vliv na množství volného kyslíku v atmosféře [14] . Při současné rychlosti fotosyntézy bude obnovení veškerého kyslíku v atmosféře trvat asi 2000 let [15] .
Kyslík je složkou mnoha organických látek a je přítomen ve všech živých buňkách. Z hlediska počtu atomů v živých buňkách je to asi 25 %, z hlediska hmotnostního zlomku - asi 65 % [6] .
V roce 2016 dánští vědci dokázali, že volný kyslík byl součástí atmosféry již před 3,8 miliardami let [16] .
Za normálních podmínek je kyslík bezbarvý plyn bez chuti a zápachu .
Jeho 1 litr má za normálních podmínek hmotnost 1,429 g , tedy o něco málo těžší než vzduch . Mírně rozpustný ve vodě ( 4,9 ml/100 g při 0 °C, 2,09 ml/100 g při +50 °C) a alkoholu (2,78 ml/100 g při +25 °C). Dobře se rozpouští v roztaveném stříbře (22 objemů O 2 v 1 objemu Ag při +961 °C). Dobře se rozpouští v perfluorovaných uhlovodících (20-40 obj. %) .
Meziatomová vzdálenost - 0,12074 nm. Je to paramagnet . V kapalné formě je přitahován magnetem.
Při zahřívání plynného kyslíku dochází k jeho __ _;atomy nadisociacireverzibilní
Kapalný kyslík vře při tlaku 101,325 kPa při −182,98 °C a je světle modrou kapalinou . Kritická teplota kyslíku je 154,58 K (-118,57 °C), kritický tlak je 4,882 MPa [17] .
Pevný kyslík (bod tání -218,35 °C) - modré krystaly .
Je známo 6 krystalických fází , z nichž tři existují při tlaku 1 atm :
Při vysokých tlacích existují další tři fáze:
Silné oxidační činidlo, po fluoru nejaktivnější nekov, tvoří binární sloučeniny ( oxidy ) se všemi prvky kromě helia , neonu , argonu , fluoru (kyslík tvoří s fluorem fluorid kyslíku , protože fluor je elektronegativnější než kyslík). Nejběžnější oxidační stav je -2. Oxidační reakce zpravidla probíhá za uvolňování tepla a zrychluje se s rostoucí teplotou (viz Spalování ). Příklad reakcí probíhajících při pokojové teplotě:
Oxiduje sloučeniny, které obsahují prvky s nemaximálním oxidačním stavem:
Oxiduje většinu organických sloučenin ve spalovacích reakcích :
Za určitých podmínek je možné provést mírnou oxidaci organické sloučeniny:
Kyslík reaguje přímo (za normálních podmínek , při zahřátí a/nebo v přítomnosti katalyzátorů ) se všemi jednoduchými látkami kromě Au a inertních plynů ( He , Ne , Ar , Kr , Xe , Rn ); reakce s halogeny probíhají pod vlivem elektrického výboje nebo ultrafialového světla . Oxidy zlata a těžké inertní plyny (Xe, Rn) byly získány nepřímo . Ve všech dvouprvkových sloučeninách kyslíku s jinými prvky hraje kyslík roli oxidačního činidla, kromě sloučenin s fluorem (viz níže # Fluoridy kyslíku ).
Kyslík tvoří peroxidy s oxidačním stavem atomu kyslíku formálně rovným -1.
Při této reakci kyslík vykazuje redukční vlastnosti.
Kyslík podporuje procesy dýchání , spalování , rozkladu .
Ve volné formě prvek existuje ve dvou alotropních modifikacích: O 2 a O 3 ( ozon ). Jak stanovili v roce 1899 Pierre Curie a Maria Skłodowska-Curie , pod vlivem ionizujícího záření se O 2 přeměňuje na O 3 [23] [24] .
V současnosti se v průmyslu získává kyslík ze vzduchu. Hlavní průmyslovou metodou získávání kyslíku je kryogenní destilace . Známé a v průmyslu s úspěchem využívané jsou také kyslíkové elektrárny , které fungují na bázi membránové technologie i na principu adsorpce.
Laboratoře používají průmyslový kyslík dodávaný v ocelových lahvích pod tlakem asi 15 MPa .
Malé množství kyslíku lze získat zahřátím manganistanu draselného KMnO 4 :
Využívá se také reakce katalytického rozkladu peroxidu vodíku H 2 O 2 v přítomnosti oxidu manganatého :
Kyslík lze získat katalytickým rozkladem chlorečnanu draselného ( bertoletová sůl ) KClO 3 :
Rozklad oxidu rtuťnatého ( při t = 100 °C) byl první metodou syntézy kyslíku:
Mezi laboratorní metody výroby kyslíku patří metoda elektrolýzy zředěných vodných roztoků zásad, kyselin a některých solí (sírany, dusičnany alkalických kovů):
V ponorkách a orbitálních stanicích se obvykle získává reakcí peroxidu sodíku a oxidu uhličitého vydechovaného osobou:
Pro vyrovnání objemů absorbovaného oxidu uhličitého a uvolněného kyslíku se k němu přidává superoxid draselný . Kosmické lodě někdy používají peroxid lithia ke snížení hmotnosti .
Rozšířené průmyslové využití kyslíku začalo v polovině 20. století , po vynálezu turboexpandérů - zařízení pro zkapalňování a oddělování kapalného vzduchu.
Konvertorový způsob výroby oceli nebo zpracování matu je spojen s použitím kyslíku. V mnoha metalurgických jednotkách se pro efektivnější spalování paliva používá v hořácích místo vzduchu směs kyslíku a vzduchu.
Kyslík v modrých lahvích je široce používán pro řezání plamenem a svařování kovů.
Kapalný kyslík , peroxid vodíku , kyselina dusičná a další sloučeniny bohaté na kyslík se používají jako oxidační činidlo pro raketové palivo . Směs kapalného kyslíku a kapalného ozonu je jedním z nejúčinnějších oxidačních činidel raketových paliv (měrný impuls směsi vodík-ozon převyšuje specifický impuls pro pár vodík - fluor a vodík - kyslík fluorid ).
Medicinální kyslík je skladován v modrých vysokotlakých kovových plynových lahvích o různých objemech od 1,2 do 10,0 litrů pod tlakem do 15 MPa (150 atm ) a používá se k obohacení směsí dýchacích plynů v anesteziologickém zařízení, v případě selhání dýchání , k zastavení bronchiální záchvat , odstranění hypoxie jakéhokoli původu, s dekompresní nemocí , pro léčbu patologie gastrointestinálního traktu ve formě kyslíkových koktejlů . Velké lékařské instituce mohou používat nikoli stlačený kyslík v lahvích, ale zkapalněný kyslík ve velké Dewarově nádobě. Pro individuální použití je medicinální kyslík z lahví plněn speciálními pogumovanými nádobami - kyslíkovými polštáři . K současnému dodávání kyslíku nebo směsi kyslíku a vzduchu jedné nebo dvěma obětem v terénu nebo v nemocnici se používají kyslíkové inhalátory různých modelů a modifikací. Výhodou kyslíkového inhalátoru je přítomnost kondenzátoru-zvlhčovače plynné směsi, který využívá vlhkost vydechovaného vzduchu. Pro výpočet množství kyslíku zbývajícího v láhvi v litrech se tlak v láhvi v atmosférách (podle manometru reduktoru ) obvykle násobí objemem láhve v litrech. Například v láhvi o objemu 2 litry ukazuje manometr tlak kyslíku 100 atm. Objem kyslíku je v tomto případě 100 × 2 = 200 litrů [25] .
V potravinářském průmyslu je kyslík registrován jako potravinářská přísada E948 [26] , jako hnací plyn a obalový plyn.
V chemickém průmyslu se kyslík používá jako oxidační činidlo při četných syntézách , například oxidace uhlovodíků na sloučeniny obsahující kyslík ( alkoholy , aldehydy , kyseliny ), oxid siřičitý na oxid sírový , amoniak na oxidy dusíku při výrobě kyselina dusičná . Vzhledem k vysokým teplotám vznikajícím při oxidaci se poslední popsané reakce často provádějí ve spalovacím režimu .
Ve skleníku pro výrobu kyslíkových koktejlů , pro zvýšení hmotnosti u zvířat, pro obohacení vodního prostředí kyslíkem při chovu ryb .
Většina živých věcí ( aerobů ) dýchá kyslík. Kyslík je široce používán v medicíně. Při kardiovaskulárních onemocněních se ke zlepšení metabolických procesů zavádí do žaludku kyslíková pěna („kyslíkový koktejl“). Podkožní podávání kyslíku se používá u trofických vředů, elefantiázy , gangrény a dalších závažných onemocnění. Umělé obohacování ozónem se používá k dezinfekci a deodorizaci vzduchu a čištění pitné vody . Radioaktivní izotop kyslíku 15 O se používá ke studiu rychlosti průtoku krve, plicní ventilace .
Některé deriváty kyslíku (tzv. reaktivní formy kyslíku ), jako je singletový kyslík , peroxid vodíku , superoxid , ozón a hydroxylový radikál , jsou vysoce toxické produkty. Vznikají v procesu aktivace nebo částečné redukce kyslíku. Superoxid (superoxidový radikál), peroxid vodíku a hydroxylový radikál se mohou tvořit v buňkách a tkáních lidského a zvířecího těla a způsobovat oxidační stres .
Dlouhodobé vdechování čistého kyslíku může mít pro tělo nebezpečné následky. Bezpečné je dlouhodobé dýchání za normálního tlaku se směsmi obsahujícími až 60 % kyslíku. Dýchání 90% kyslíku po dobu 3 dnů vede k tachykardii, zvracení, zápalu plic, křečím. S rostoucím tlakem se toxický účinek kyslíku zrychluje a zesiluje. Mladí lidé jsou citlivější na toxické účinky kyslíku než starší lidé [27] .
Kyslík má tři stabilní izotopy: 16 O, 17 O a 18 O, jejichž průměrný obsah je 99,759 %, 0,037 % a 0,204 % z celkového počtu atomů kyslíku na Zemi. Ostrá převaha nejlehčího z nich, 16 O, ve směsi izotopů je způsobena tím, že jádro atomu 16 O se skládá z 8 protonů a 8 neutronů (dvojité magické jádro s naplněnými neutronovými a protonovými obaly). A taková jádra, jak vyplývá z teorie struktury atomového jádra, mají zvláštní stabilitu.
Známé jsou také izotopy radioaktivního kyslíku s hmotnostními čísly od 12 O do 28 O. Všechny izotopy radioaktivního kyslíku mají krátký poločas rozpadu , nejdelší z nich je 15 O s poločasem rozpadu ~120 sekund. Nejkratší izotop 12O má poločas rozpadu 5,8⋅10 −22 sekund.
Z BDT:
![]() |
| |||
---|---|---|---|---|
|
Periodický systém chemických prvků D. I. Mendělejeva | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|