§ 22. Оксиген і кисень. Поширеність оксигену і кисню у природі. Фізичні властивості кисню

ХІМІЧНИЙ ЕЛЕМЕНТ ОКСИГЕН. За періодичною системою хімічних елементів з’ясовуємо, що Оксиген розміщений у VI групі, 2-му періоді. Його порядковий номер 8, а відносна атомна маса округлено дорівнює 16.

Звідси заряд ядра атома Оксигену дорівнює +8, а відносна атомна маса — 16. Поміркуйте, скільки протонів і нейтронів міститься в атомі Оксигену? Яка кількість електронів у ньому?

Оксиген має постійну валентність II і є винятком із правила про те, що номер групи вказує на максимальну валентність елемента. Він утворює сполуку з Гідрогеном, у молекулі якої міститься 2 атоми Гідрогену й 1 атом Оксигену, тобто воду Н₂О.

Поміркуйте, чи поширюється на цю сполуку правило визначення валентності у бінарних сполуках неметалічних елементів із Гідрогеном, за яким потрібно від 8 відняти номер групи.

КИСЕНЬ ТА ОЗОН — ПРОСТІ РЕЧОВИНИ ОКСИГЕНУ. Ви вже знаєте, що ці дві прості газоподібні речовини Оксигену мають різний кількісний склад, тому й неоднакові формули: у кисню — О₂ в озону — О₃. Але цим відмінності не вичерпуються. Розгляньте таблицю 8 і з’ясуйте, чим ще відрізняються прості речовини Оксигену.

Порівняння газів: кисень і озон

Характеристики

Прості речовини

Відносна молекулярна маса

Характеристики

Прості речовини

Найбільше у нижніх шарах атмосфери

Найбільше на висоті 15-25 км, де він утворює озоновий шар

Поглинання небезпечного для організмів випромінювання Сонця

Назва «озон» у перекладі з грецької означає «той, що пахне». У невеликій кількості озон утворюється під час грози.

ОКСИДИ ЯК ПРЕДСТАВНИКИ СКЛАДНИХ РЕЧОВИН ОКСИГЕНУ. Оксиген існує в природі не лише у вигляді простих речовин кисню та озону, а й у вигляді складних речовин, серед яких багато оксидів.

• Оксиди — бінарні сполуки елементів з Оксигеном (за невеликим винятком).

Утворювати оксиди здатні металічні і неметалічні елементи. Для неметалічних елементів номер групи у періодичній системі за невеликим винятком збігається з максимальним значенням валентності в оксидах.

Поміркуйте і складіть формули оксидів Натрію, Цинку, Алюмінію, Силіцію(ІV), Феруму(IIІ), Нітрогену(II) і Нітрогену(ІV). Відшукайте, у яких формулах валентність елемента збіглася з номером групи.

ПОШИРЕНІСТЬ ОКСИГЕНУ В ПРИРОДІ. Не існує жодного хімічного елемента, якого у природі більше, ніж Оксигену. За загальними підрахунками оболонки Землі (літосфера, гідросфера, атмосфера) в сумі майже наполовину складаються з Оксигену.

З малюнка бачимо, що вміст Оксигену становить близько 49 %. Навіть другий за поширеністю у природі елемент Силіцій поступається йому майже вдвоє. Вміст Оксигену в атмосфері за об’ємом вам відомий із попереднього параграфа. За масою Оксигену в атмосфері дещо більше — 23 % .

За малюнком 59 параграфа 14 поновіть у пам’яті вміст (за масою) різних елементів у земній корі.

Складних оксигеновмісних речовин існує величезна кількість, починаючи з води і закінчуючи органічними сполуками — білками, що мають найскладнішу будову і великі відносні молекулярні маси.

Обчисліть масову частку Оксигену у воді за її хімічною формулою.

В результаті проведених обчислень ви отримаєте відповідь — 0,89. Це означає, що 89 % складу води океанів, морів, річок та інших водойм становить Оксиген! У тілах живих істот налічується до 65 % (за масою) Оксигену, що входить до складу вуглеводів, жирів, білків, води.

У вигляді простої речовини — кисню — Оксиген наявний у повітрі. Завдяки зеленим рослинам у повітрі підтримується постійний вміст кисню, незважаючи на великі його витрати на дихання та гниття, згоряння палива у двигунах різних машин, літаків тощо.

Найпоширенішими оксидами на Землі є гідроген оксид, або вода Н₂О, силіцій(IV) оксид SiO₂— основна складова частина піску та граніту, алюміній оксид Аl₂O₃, що входить до складу глини, ферум(III) оксид Fе₂О₃ (міститься у залізних рудах) та інші.

Які оксиди із зазначених вище утворені металічними, а які — неметалічними хімічними елементами?

Мал. 78. Поширеність Оксигену в природі

Розгляньте малюнок 78, назвіть речовини, у складі яких перебуває Оксиген у зображених на ньому тілах природи.

• Оксиген — найпоширеніший елемент на Землі. У природі переважна більшість Оксигену перебуває у сполуках з іншими елементами.

ІСТОРІЯ ВІДКРИТТЯ КИСНЮ. Порівняно з багатьма іншими речовинами кисень відкрили доволі пізно. Перешкоджала цьому тотожність багатьох властивостей кисню властивостям повітря (без кольору, без запаху, погана розчинність у воді). Відкриття здійснили відразу троє вчених.

У 1771 р. кисень відкрив шведський учений Карл Вільгельм Шеєле. Він прожарював селітру із сульфатною кислотою і потім розкладав отриманий оксид Нітрогену, про що описав у книзі, виданій 1777 року. Вчений назвав цей газ «вогняним повітрям».

У 1774 р. французький хімік Антуан Лоран Лавуазьє, провівши досліди з нагрівання меркурій(ІІ) оксиду HgO, зробив висновок, що газ, який виділявся при цьому, міститься у повітрі і теж підтримує горіння. Одержаний газ він назвав «надзвичайно чистим повітрям», а пізніше — оксигеном. Та А. Лавуазьє не зробив ніяких повідомлень про своє відкриття, а обмежився лише записом у щоденнику.

У тому самому 1774 р. англійський хімік і філософ Джозеф Прістлі, нічого не знаючи про відкриття попередників, відкрив кисень із тієї ж речовини, що й А. Лавуазьє, і зробив про це повідомлення. Тому з приводу того, хто перший відкрив кисень, між ученими виникла навіть дискусія. Закінчилась вона тим, що в науці першість відкриття кисню закріпилася за К. Шеєле і Д. Прістлі, а назви — за А. Лавуазьє.

ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ КИСНЮ О₂. Фізичні та хімічні властивості кисню добре досліджені. Кисень — газ без кольору, смаку та запаху, трохи важчий за повітря. Для порівняння зазначимо, що 1 л повітря важить 1,29 г, тоді як 1 л кисню — 1,43 г. Кисень погано розчиняється у воді. Так, в 1 л води його розчиняється лише 0,04 г (або 30 мл). При охолодженні до -183 °C газоподібний кисень перетворюється на рідину світло-блакитного кольору (мал. 79, а). Саме у цей колір фарбують балони, у яких транспортують стиснений кисень (мал. 79, б). Для переведення рідкого кисню у твердий агрегатний стан потрібне охолодження до -218 °C. Твердий кисень зовні нагадує кристали льоду блакитного кольору.

Мал. 79. Рідкий кисень (а) та балони зі стисненим киснем (б)

Скарбничка ерудита

«Вогняне повітря», «дефлогістоване повітря», «очищене повітря», «життєвий газ», «райський газ» — як тільки не називали просту речовину — кисень — до того, як Антуан Лоран Лавуазьє назвав його оксигеном — тим, що породжує кислоти. Нині ця назва в українській науковій термінології збереглася за хімічним елементом із зарядом ядра атома +8, тоді як проста речовина дістала назву «кисень».

• 1. Охарактеризуйте хімічний елемент Оксиген, скориставшись відомостями про нього з періодичної системи хімічних елементів
• 2. Що вам відомо про поширеність Оксигену і кисню в природі?
• 3. Опишіть історію відкриття кисню.
• 4. Схарактеризуйте фізичні властивості кисню.
• 5. Які речовини називають оксидами? Серед наведених формул укажіть формули оксидів: NaH, KNO₃, Na₂O, CuO,CuCl₂, Mg(OH)₂, ZnO.
• 6. Порівняйте масові частки Оксигену у сульфур(ІV) оксиді та фосфор(V) оксиді.
• 7. Складіть формули оксидів за валентністю елементів:

• 8*. Підготуйте завдання з теми заняття, яке ви зможете пропонувати виконати однокласникам на наступному уроці.

На підставі набутих знань про повітря і кисень висловіть судження про значення провітрювання класної кімнати. Спершу визначте її об’єм та обчисліть масу кисню, що перебуває в ній. Зважаючи на те, що людина в середньому за добу споживає 700 г кисню, з’ясуйте приблизну масу кисню, яку учні вашого класу вдихають за 6 годин перебування в класі. На скільки діб вистачило б цього кисню вашим однокласникам у разі повної герметизації вікон і дверей класної кімнати?

2. Оксиген, кисень, озон

1. \(VIII\) ст. китайський учений Мао встановив наявність у повітрі газу, який підтримує дихання і горіння.

4. Антуан Лоран Лавуазьє у \(1775\) р. експериментально довів, що кисень є складовою частиною повітря.

Оксиген — хімічний елемент. З Періодичної системи можна отримати наступні відомості про нього:

• символ елемента — O ;
• розміщений у другому малому періоді, у головній підгрупі \(VI\) групи;
• порядковий номер елемента — \(8\);
• відносна атомна маса — \(16\) (точне значення \(15,999\) а. о. м);

Оксиген — неметалічний елемент. Він може утворювати дві прості речовини — кисень O 2 і озон O 3 . Валентність Оксигену є постійною і дорівнює \(II\).

За звичайних умов кисень — безбарвний газ без смаку і запаху, важчий за повітря. Погано розчиняється у воді (в \(1\) л можна розчинити лише \(0,04\) г кисню), але цього достатньо для існування у водоймах риб та різноманітних живих організмів, які дихають розчиненим у воді киснем. Кисень підтримує горіння. При температурі − 183 ° С кисень зріджується (утворюється блакитна рідина), а при − 219 ° С — твердне, утворюючи кристали синього кольору.

Оксиген входить до складу більшості органічних сполук. Він становить \(50\) — \(90\) % маси тканин рослин і тварин.

Озон O 3 утворюється з кисню під час грози, при окисненні смоли хвойних дерев і під дією сонячного випромінювання. У лабораторії його отримують в озонаторах . За звичайних умов озон — безбарвний (у товстих шарах — блакитний) газ із запахом, важчий за повітря. Озон є отруйним . Він згубно діє на бактерії і застосовується для знезараження повітря і питної води.

У верхніх шарах атмосфери існує озоновий шар , який захищає все живе від згубного впливу ультрафіолетового випромінювання.