Персональный сайт - Каталог статей

Вещества, образованные химическим элементом кислородом

Некоторые химические элементы могут образовывать несколько простых веществ. Такое свойство элементов называется аллотропией, а простые вещества – аллотропическими (аллотропными) модификациями. Кислород имеет две аллотропические модификации кислород и озон (Рис. 1). Рассмотрим состав молекул этих веществ, а также особенности их физических свойств.

Аллотропические модификации кислорода

Рис. 1. Аллотропические модификации кислорода

12.01.2014

Вода

Вода, у тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тебя невозможно описать, тобой наслаждаются, не ведая, что ты такое!
Нельзя сказать, что ты необходима для жизни: ты – сама жизнь. Ты наполняешь нас радостью, которую не объяснить нашими чувствами...
Ты самое большое богатство на свете...

Антуан де Сент-Экзюпери

Почему же одно из бесчисленных химических соединений с простой и ничем не примечательной формулой, состоящее из двух обычных химических элементов, молекула которого трехатомна, – простая окись водорода, самая обычная вода, занимает столь особое место в жизни природы? И чем же объясняется такая исключительная роль воды? Почему вода не подчиняется законам химии? Самое изученное вещество еще до конца так и не разгадано. Я попробую с точки зрения химии прикоснуться к разгадкам лишь нескольких тайн. Итак, начнем со строения молекулы.

12.01.2014

Водород

H
водород

ВОДОРОД (лат. Hydrogenium), H, химический элемент с атомным номером 1, атомная масса 1,00794. Химический символ водорода Н читается в нашей стране «аш», как произносится эта буква по-французски.

Природный водород состоит из смеси двух стабильных нуклидов с массовыми числами 1,007825 (99,985 % в смеси) и 2,0140 (0,015 %). Кроме того, в природном водороде всегда присутствуют ничтожные количества радиоактивного нуклида — трития ³Н (период полураспада Т1/2=12,43 года). Так как в ядре атома водорода содержится только 1 протон (меньше в ядре атома элемента протонов быть не может), то иногда говорят, что водород образует естественную нижнюю границу периодической системы элементов Д. И. Менделеева (хотя сам элемент водород расположен в самой верхней части таблицы). Элемент водород расположен в первом периоде таблицы Менделеева. Его относят и к 1-й группе (группе IА щелочных металлов), и к 7-й группе (группе VIIA галогенов).

12.01.2014

История открытия кислорода

У кислорода интересная история открытия. Он,можно сказать был открыт трижды. Задержке его открытия способствовали свойства кислорода, такие как газообразность, бесцветность, отсутствие вкуса и запаха.

Ученые предполагали о существовании данного вещества.

Интересным фактом является то, что впервые кислород выделили не химики. Это сделал изобретатель подводной лодки К. Дреббель в начале XVII в. Этот газ он использовал для дыхания в лодке, при погружении в воду. Но работы изобретателя были засекречены. Поэтому работы К. Дреббеля не сыграли большой работы для развития химии.

Открыт же был кислород практически одновременно, независимо друг от друга, великими химиками XVIII века шведом Карлом Вильгельмом Шееле и англичанином Джозефом Пристли. Шееле выделил кислород немного ранее, однако его трактат «О воздухе и огне», где имелись данные о кислороде, был опубликован позже, чем сообщение об открытии Пристли. Они открыли новый газ. Только и всего. И до конца жизни остались преданными теории флогистона, которая в конце XVIII века стала тормозом для развития науки.

12.01.2014

Металлы в природе. Получение металлов

Только мало активные в химическом отношении металлы встречаются в природе в свободном состоянии, поэтому их называют «самородными металлами». Это золото, платина («благородные металлы»), реже Ag, Cu, Hg. Большинство металлов образуют минералы, основой которых являются различные соединения: оксиды, чаще гидратированные (Fe₂O₃, Fe₃O₄, Al₂O₃, SnO₂, MnO₂); сульфиды и дисульфиды (ZnS, PbS, Ag₂S, FeS, FeS₂), карбонаты (CaCO₃, MgCO₃, FeCO₃) и другие.

Природные минералы и горные породы, содержащие металлы в таких соединениях и в таких концентрациях, при которых их переработка с целью получения металла экономически целесообразна, называют рудами.

Отрасль промышленности, производящая металлы и их сплавы из природных руд и другого сырья, например, металлического лома, называют металлургией. Различают пирометаллургические (то есть процессы при высоких температурах) игидрометаллургические (процессы в водных растворах) способы получения металлов.

12.01.2014

Оксид и гидроксид кальция

Оксид кальция (СаO) – негашеная или жженая известь – белое огнестойкое вещество, образованное кристаллами. Кристаллизуется в кубической гранецентрированной кристаллической решетке. Температура плавления – 2627 °C, температура кипения – 2850 °C.

Называется жженой известью из-за способа его получения – обжигание карбоната кальция. Обжиг производят в высоких шахтных печах. В печь закладывают слоями известняк и топливо, а затем разжигают снизу. При накаливании происходит разложение карбоната кальция с образованием оксида кальция:

Так как концентрации веществ в твердых фазах неизменны, то константу равновесия этого уравнения можно выразить так: K = [CO2].

При этом концентрация газа может быть выражена с помощью его парциального давления, то есть равновесие в системе устанавливается при определенном давлении диоксида углерода.

12.01.2014

Получение кислорода

Большое количество кислорода используется в промышленности, в медицине, в других областях человеческой деятельности. Промышленные количества кислорода получают из жидкого воздуха. Сначала воздух сжимают мощными компрессорами – при этом он, как любой сжимаемый газ, сильно нагревается. Если вам приходилось энергично накачивать велосипедную камеру, то вы должны помнить, что корпус насоса и шланг нагреваются довольно заметно.

Сжатый воздух в больших баллонах-емкостях охлаждается. Затем его подвергают быстрому расширению через узкие каналы, снабженные турбинками для дополнительного отбора энергии у молекул газа. Эти устройства называются турбодетандерами. При расширении любого газа всегда происходит его охлаждение. Если газ был сжат очень сильно, то его расширение может привести к такому сильному охлаждению, что часть воздуха сжижается. Жидкий воздух собирают в специальные сосуды, называемые сосудами Дьюара (рис. 6-2).

Рис. 6-2. Сосуд Дьюара для хранения и транспортировки сжиженных газов и его устройство. Из пространства между внутренней и внешней стенками сосуда откачан воздух. Вакуум практически не проводит тепло, поэтому жидкий газ, даже имея очень низкую температуру, может сохраняться в таком сосуде длительное время.

Как вы уже знаете, жидкий кислород кипит при более "высокой" температуре (-183 ^оС), чем жидкий азот (-196 ^оС). Поэтому при "нагревании" жидкого воздуха, когда температура этой очень холодной жидкости медленно повышается от -200 ^оС до -180 ^оС, прежде всего при -196 ^оС перегоняется азот (который опять сжижают) и только следом перегоняется кислород. Если такую перегонку жидких азота и кислорода произвести неоднократно, то можно получить весьма чистый кислород. Обычно его хранят в сжатом виде в стальных баллонах, окрашенных в голубой цвет. Характерная голубая окраска баллонов нужна для того, чтобы нельзя было спутать кислород с каким-нибудь другим сжатым газом.

Аппаратура для промышленного получения кислорода, как мы видим, очень сложна и энергоемка. В лаборатории кислород удобнее получать из его соединений с другими элементами.

12.01.2014

Применение кислорода

Кислород необходим практически всем живым существам. Дыхание – это окислительно-восстановительный процесс, где кислород является окислителем. С помощью дыхания живые существа вырабатывают энергию, необходимую для поддержания жизни. К счастью, атмосфера Земли пока не испытывает заметного недостатка кислорода, но такая опасность может возникнуть в будущем.

Вне земной атмосферы человек вынужден брать с собой запас кислорода. Мы уже говорили о его применении на подводных лодках. Точно так же полученный искусственно кислород используют для дыхания в любой чуждой среде, где приходится работать людям: в авиации при полетах на больших высотах, в пилотируемых космических аппаратах, при восхождении на высокие горные вершины, в экипировке пожарных, которым часто приходится действовать в задымленной и ядовитой атмосфере и т.д.

Во всех этих устройствах есть источники кислорода для автономного дыхания.

12.01.2014

Применение металлов и сплавов

Металл является одним из самых необходимых материалов в промышленности, строительстве, сельском хозяйстве и иных видах жизнедеятельности человека. Несмотря на то, что сегодня все более популярным материалом становится пластик, трубы из него могут использоваться только в помещениях, а конструкции, проходящие под землей, можно изготавливать только из металла.

Чаще всего в промышленности и строительстве используются не чистые металлы, а их сплавы, в основе которых лежит какой-либо элемент и разнообразные добавки, улучшающие его качества – надежность, прочность и т.д. Самыми распространенными сплавами являются сталь, чугун, а также материалы, в основе которых лежит медь и алюминий.

Сталь является самым востребованным металлом. Подобный вывод можно сделать, проанализировав ежегодные объемы производства того или иного металла. В большинстве случаев, сталь представляет собой сплав железа с углеродом, количество которого достигает двух процентов. Сплавы стали подразделяются на несколько видов: малоуглеродистые, уровень углерода в которых не превышает 0,25%, высокоуглеродистые с содержанием углерода свыше 0,55% и легированные, дополненные никелем, хромом, ванадием. Для того чтобы значение стали в жизни человека стало для вас более явным, попробуйте вспомнить все металлические предметы, которые вы использовали за день, - ножи, бритву и т.д. все они изготовлены из стали.

12.01.2014

Простые вещества — металлы и неметаллы

Среди простых веществ различают металлы и неметаллы. Вам известны многие металлы: железо, медь, алюминий, свинец, золото, серебро и другие. Знаете вы и некоторые неметаллы: серу, уголь, азот, кислород, водород, фосфор, кремний и другие.

Вы всегда сумеете отличить металл от неметалла по общим свойствам. Так, металлы при обычных условиях находятся в твердом состоянии, кроме металла ртути. Она жидкая. Металлы хорошо проводят тепло и электрический ток, поэтому из них делают провода. Они пластичны. Стержень из чистого металла можно согнуть, расплющить в пластинку, свернуть трубочкой. Металлы в чистом виде блестят.

Среди неметаллов есть вещества твердые (сера, уголь, фосфор, кремний), жидкие (бром) и газообразные (кислород, водород, азот). Твердые неметаллы хрупкие, не пластичные. Вы знаете, что кусок чистого угля, например, не согнешь, он раскрошится. Неметаллы плохо нагреваются, не проводят электрический ток. Только уголь обладает электрической проводимостью. Некоторые металлы добывают как простые вещества – золото, платину, реже ртуть, олово. Из неметаллов как полезное ископаемое находят самородную серу, уголь. Газы – кислород, азот – есть в составе атмосферного воздуха. Водород как простое вещество встречается в небольших количествах в верхних слоях атмосферы и как примесь в природных горючих газах.

Металлы образованы атомами химических элементов металлов. Тела, состоящие из металлов, обладают многими сходными свойствами. Медь, цинк, железо, алюминий и другие металлы имеют блеск, пластичность, быстро нагреваются, проводят электрический ток.

Неметаллы образованы атомами неметаллов. Кислород, сера, уголь, фосфор и другие неметаллы отличаются от металлов по всем свойствам.

12.01.2014