Кислород (химический элемент)¶

Кислород — химический элемент VIII группы периодической таблицы Менделеева, атомный номер 8, обозначается символом O (от лат. oxygenium — «кислородородящий»). В свободном виде существует в виде простых веществ O₂ (двуатомная молекула, газ без цвета и запаха) и O₃ (озон). Кислород — самый распространённый элемент в земной коре (около 47 % массы) и второй по распространённости во Вселенной после водорода.

¶Этимология и история открытия

Название «кислород» предложил в 1777 году Антуан Лоран Лавуазье, от греческих слов oxys (кислый) и genes (рождающий) — он ошибочно полагал, что все кислоты обязательно содержат этот элемент. Термин оспаривался Йенсом Якобом Берцелиусом, предложившим название «оксигениум».

Кислород был открыт дважды почти одновременно: в 1771 году шведский химик Карл Вильгельм Шееле получил его, нагревая оксиды ртути, марганца и других веществ, но опубликовал результаты с задержкой; в 1774 году Джозеф Пристли, не зная о работе Шееле, получил газ, поддерживающий горение, пропуская солнечный свет через оксид ртути. Лавуазье установил природу газа как химического элемента и ввёл его в современную номенклатуру.

¶Свойства

Кислород входит в состав воздуха (около 21 % объёма), воды (88,8 % массы) и большинства горных пород. Молекула O₂ состоит из двух атомов, связанных двойной кратной связью (длина связи 121 пм). При нормальных условиях кислород — газ бледно-голубого цвета, в жидком состоянии — голубая подвижная жидкость, в твёрдом — бледно-голубые кристаллы.

Кислород — сильный окислитель: поддерживает горение большинства элементов, образуя оксиды. С азотом при высоких температурах и электрическом разряде образует оксид азота (NO), с водородом — воду. С фтором кислород образует соединения, в которых выступает в положительной степени окисления (например, OF₂).

¶Основные формы существования

¶O₂ — кислород

Двуатомная молекула O₂ — основная форма свободного кислорода. Обладает парамагнитностью (два неспаренных электрона в возбуждённом состоянии молекулы). Применяется в медицине, металлургии, химической промышленности, при сварке и резке металлов, в ракетной технике (жидкий кислород — компонент ракетного топлива).

¶O₃ — озон

Трёхатомная аллотропная форма кислорода, обладающая резким запахом и сильными окислительными свойствами. Содержится в стратосфере (озоновый слой), защищающем биосферу от ультрафиолетового излучения. Используется для обеззараживания воды.

¶Получение

Промышленный кислород получают преимущественно криогенной перегонкой воздуха: воздух сжижают, а затем фракционно разделяют — кислород кипит при −183 °C, азот при −196 °C. Лабораторные методы включают разложение пероксида водорода (2H₂O₂ → 2H₂O + O₂) и электролиз воды. В природе кислород образуется в процессе фотосинтеза: зелёные растения и цианобактерии разлагают воду с выделением O₂.

¶Роль в природе и биологии

Кислород необходим для аэробного дыхания — процесса, в котором глюкоза окисляется с освобождением энергии (C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O). Гемоглобин крови переносит кислород от лёгких к тканям. Избыток кислорода (гипероксия) токсичен для ряда организмов и вызывает окислительный стресс у человека.

Кислород — ключевой элемент геохимических циклов: входит в состав силикатов, оксидов металлов, карбонатов, органических молекул (белки, углеводы, нуклеиновые кислоты).

¶Изотопы

Известны три стабильных изотопа: ¹⁶O (99,76 %), ¹⁷O (0,04 %) и ¹⁸O (0,20 %). Радиоактивные изотопы, например ¹⁵O (период полураспада 2 минуты), применяются в медицинской диагностике (позитронно-эмиссионная томография).

¶Интересные факты

• Жидкий кислород магнитится: его можно удержать между полюсами мощного магнита.
• В 1913 году в лаборатории Нильса Бора впервые получили жидкий кислород в России этот опыт повторили в 1845 году Карл Сосюр и в 1860-х — Дмитрий Менделеев.
• Наибольшее содержание кислорода среди химических элементов в земной коре — 47,0 % по массе.

¶Источники

• Д. И. Менделеев, «Основы химии»
• Н. Н. Воронцов, «Кислород: от алхимии до современности»
• «Большая советская энциклопедия», статья «Кислород»
• Л. Н. Филатов, «Химия: справочное пособие»