Кислород как химический элемент таблицы Менделеева

К Кислород является химическим элементом таблицы Менделеева с атомным номером 8 и обозначением O. Кислород представляет собой газ без цвета, вкуса и запаха.

Как был открыт кислород

Истоиия открытия такого химического элемента как кислород довольно запутанная. Первые эксперименты о взаимосвязи горения и кислорода были описаны еще во II веке до нашей эры. Греческий писатель, называемый Филоном из Византии, в своей работе заметил, что переворачивание сосуда над горящей свечой и окружение шеи сосуда водой приводит к тому, что в шею поднимается немного воды. Спустя много веков Леонардо Да Винчи повторяя опыты Филона заметил, что при горении и дыхании расходуется значительная часть воздуха и пламя через какое-то время гаснет.

В конце XVII века Роберт Бойл доказал, что воздух необходим для горения. В период с 1641 по 1679 год английский химик Джон Мейоу усовершенствовал работу Бойла. Он доказал, что для горения нужна только часть воздуха, которую он назвал spiritus nitroaereus. В одном эксперименте он обнаружил, что размещение мыши или зажженной свечи в закрытом контейнере над водой вызывает подъем воды и заменяет одну четырнадцатую объема воздуха перед тем, как погасить огонь. Исходя из этого он предположил, что nitroaereus необходимо как для горения, так и для дыхания.

Официальное открытие

Такие великие ученые как Михаил Ломоносов, Роберт Гук, Пьер Байен в своих экспериментах в XVII – XVIII веках получали кислород во время опытов, но никто из них не обозначил его как отдельный элемент.

Михаил Сендивогиус

Возможным первооткрывателем кислорода можно считать польского алхимика, философа и врача Михаила Сендивогиуса. В своей работе 1604 года под названием «De Lapide Philosophorum Tractatus duodecim e naturae fonte et manuali experiencetia depromti» он описал вещество содержащееся в воздухе. Сендивогиус открыл его в ходе опытов окисления нитрата калия, как газообразный продукт разложения. Новое вещество он назвал «cibus vitae», что в переводе означает пища жизни. Признания это эткрытие так и не получило.

Карл Вильгельм Шееле

На сегодняшний день, открытие кислорода присуждено шведскому фармацевту Карлу Вильгельму Шееле. В период с 1771 по 1772 год Карл получал кислород путем нагревания оксида ртути и оксидов нитратов. Шееле называл полученный в ходе опытов газ «Огненным воздухом». Такое название кислород получил потому, что на тот момент он был единственным известным реагентом поддерживающим горение. В 1777 году было опубликовано издание с опытами Шееле с названием «Трактат о воздухе и огне».

Джозеф Пристли

Еще одним возможным первооткрывателем можно считать Джозефа Пристли. 1 августа 1774 года британский священнослужитель сфокусировал солнечный свет на все том же оксиде ртути в стекляной трубке. При достаточном нагревании высвобождался газ, который Пристли назвал «дефлогистизированный воздух». Он отметил, что в этом газе свечи горели ярче и пламя было более активно. Британский священнослужитель даже вдохнул этот газ и отметил что он почти ничем не отличается от воздуха. Единственным отличием он установил, что дышалось ему гораздо легче чем обычным воздухом. Свои наработки он опубликовал в 1775 году под названием «Отчет о дальнейших открытиях в воздухе». Некоторая часть ученого мира утверждает именно Пристли первооткрывателем кислорода.

Антуан Лавуазье

Еще одним представителем первооткрывателей кислорода является французский химик Антуан Лавуазье. Он утверждал, что он так же, независимо от других ученых открыл новый элемент. Интересным является тот момент, что Шееле отправил письмо Лавуазье в котором описал свой опыт. Последний получение письма так и не подтвердил. В тоже время, только в октябре, Джозеф Пристли встречался с Лавуазье лично. При встрече Пристли поведал Лавуазье о своих опытах и новом газе который выделился при опыте. На самом деле, вклад Лавуазье в открытие достаточно велик. Он лично провел качественные опыты и подтвердил наличие отдельного химического элемента. Именно он дал название этому элементу Oxygen, который используется и по сей день. В переводе с греческого означает «жизненный воздух». Кто из этих ученых является первооткрывателем кислорода непонятно, но подытожил работу именно Антуан Лавуазье.

Где и как добывают кислород

Ежегодная масса потребления промышленного кислорода составляет около ста миллионов тонн. Способов получения кислорода очень много. В промышленных масштабах кислород O₂ получают из воздуха двумя основными способами.

Первый способ заключается во фракционной перегонке сжиженного воздуха вместе с азотом N₂ в виде пара, в то время как кислород остается в виде жидкости.

Вторым способом является прогонка чистого сухого воздуха через пару цеолитовых молекулярных сит. Это сито очищает воздух от примесей азота и оставляет газ в котором от 90 до 93% составляет O₂. Одновременно с этим газообразный азот высвобождается из другого насыщенного азотом слоя цеолита путем снижения рабочего давления в камере и отвода через него части кислородного газа из слоя продувочного материала в обратном направлении потока. Такая процедура называется адсорбция при перепаде давления.

Кроме этих методов кислород может быть получен путем электролиза воды. Через воду пропускают электрический ток небольшого напряжения. Результатом операции получается чистый водород и кислород. Нюансом является то, что через воду нужно проводить постоянный электрический ток. Если проводить переменный ток — велика вероятность образования взрывоопасной смеси. Еще одним способом добычи кислорода является прогонка воздуха через керамические мембраны в основе которых лежит диоксид циркония под высоким давлением и электрическим током.

Распространенность кислорода

Говорить о распространенности кислорода можно очень много. Для начала этот химический элемент является третьим по распространенности во Вселенной. Его опережает только водород и гелий. Так же процент содержания кислорода в атмосфере Зеили составляет около 21%. Что же касается земной коры, то можно смело утверждать что половина от всех элементов земной коры является кислород. Только в земной коре он содержится в виде оксидов тех или инных элементов. Следует заметить, что кислород является неотъемлемой частью жизни на нашей планете. Почти каждому живому организму на планете нужен кислород для дыхания. Свободный кислород в природе вырабатывают зеленые растения. Причем это не только трава, деревья и кустарники, а так же зеленые водоросли мирового океана. Некоторые источники утверждают, что зеленые водные водоросли вырабатывают до 75% свободного кислорода на нашей планете. Подведя итог, можно утверждать, что кислород «приложил руку» ко всему на нашей планете, что мы можем наблюдать.

Применение кислорода

Кислород применяется в разных областях деятельности. Самыми популярными областями применения кислорода являются медицина, военное дело и промышленность.  Большая часть всего произведенного промышленного кислорода расходуется на изготовление стали из железной руды. В этом направлении расходуется около 55% всего кислорода. Вторым по применению кислорода идет медицина. Тут стоит отметить многочисленные лекарственные препараты и процедуры в составе которых необходим кислород. Если взять лекарственные препараты — то это почти все жидкие лекарства. В пример можно самую известную жидкость — перекись водорода. Что же касается процедур, то тут также можно привести в пример элементарное — кислородная терапия. Эта процедура используется при лечении эмфиземы, пневмонии и некоторых сердечных заболеваний.

Следующей значимой областью применения является военное дело. Тут можно отметить, что чистый кислород используется в качестве окислителя в ракетном топливе. Так же значительную часть промышленного кислорода используется для поддержания жизнеобеспечения в тяжелых условиях. В пример можно поставить дайверов, космонавтов и покорителей горных вершин. Еще кислород находит применение в сварке, очистке воды и химической промышленности. Доля которого составляет около 25% от общего объема.

Интересные факты

Интересных фактов связанных с кислородом очегь много. Стоит начать с незапамятных времен. Около 2.5 миллиардов лет назад случилась так называемая кислородная катастрофа.  Изначально на нашей планете обитали лишь анаэробные организмы, в то время как аэробы проживали лишь в кислородных карманах. Чтобы было понятнее, изначально на Земле жили организмы которые могли обходится без кислорода, а организмы которым необходим кислород обитали исключительго в кислородных карманах. Само понятие «кислородная катастрофа» подразумевает собой резкое изменение содержания атмосферы Земли. Т.е. значительное увеличение процента кислорода на Земле и резкое изменение климата. Результатом этого стало массовое вымирание анаэробных организмов и значительное увеличение аэробных. Т.е это событие вызвало расширение атмосферы Земли и ,грубо говоря, дало нам жизнь.

Еще одним интересным фактом является то, что человек в среднем вдыхает более 6 миллиардов тонн кислорода в год. Промышленный кислород транспортируют обычно в жидком состоянии из экономических соображений. Потому что 1 литр жидкого кислорода равен 840 литрам газообразного кислорода в эквиваленте. Кислород в жидком виде при температуре -183°C имеет голубой цвет. Аллотроп кислорода O₃ (озон) в верхних слоях атмосферы образует так называемый озоновый слой который защищает людей и животных от ультрафиолетового излучения.