-->
|
|
|
Õèìèÿ 9 êëàññ ñ ÃÄÇ. Ãàáðèåëÿí § 25. Êèñëîðîä
Êèñëîðîä ÿâëÿåòñÿ ðîäîíà÷àëüíèêîì ãëàâíîé ïîäãðóïïû VI ãðóïïû (VIA ãðóïïû) Ïåðèîäè÷åñêîé ñèñòåìû Ä. È. Ìåíäåëååâà. Ýëåìåíòû ýòîé ïîäãðóïïû — êèñëîðîä Î, ñåðà S, ñåëåí Se, òåëëóð Òå, ïîëîíèé Ðî — èìåþò îáùåå íàçâàíèå «õàëüêîãåíû», ÷òî îçíà÷àåò «ðîæäàþùèå ðóäû». (Âñïîìíèòå, ñ êàêèìè ðóäàìè, ñîäåðæàùèìè êèñëîðîä è ñåðó, âû óæå ïîçíàêîìèëèñü.) Ñ íåêîòîðûìè àñïåêòàìè õèìèè êèñëîðîäà âû óæå ÷àñòè÷íî çíàêîìû. Ïîëó÷åíèå êèñëîðîäà èç ïåðîêñèäà âîäîðîäà (ðèñ. 108) è ïåðìàíãàíàòà êàëèÿ (ðèñ. 109) âû ðàçáèðàëè â ïðîøëîì ãîäó (âñïîìíèòå ýòè ðåàêöèè). Âû òåïåðü õîðîøî çíàêîìû è ñ àëëîòðîïèåé êèñëîðîäà, âàì èçâåñòíî òàêîå âàæíîå ïðîñòîå âåùåñòâî, êàê îçîí. (Ñðàâíèòå åù¸ ðàç ñâîéñòâà êèñëîðîäà O2 è îçîíà O3, âñïîìíèòå áèîëîãè÷åñêîå çíà÷åíèå îçîíà.) Êèñëîðîä — ñàìûé ðàñïðîñòðàí¸ííûé ýëåìåíò íà íàøåé ïëàíåòå. Îí âõîäèò â ñîñòàâ âîäû (88,9%), êîòîðàÿ ïîêðûâàåò 2/3 ïîâåðõíîñòè çåìíîãî øàðà, îáðàçóÿ åãî âîäíóþ îáîëî÷êó — ãèäðîñôåðó. Êèñëîðîä — âòîðàÿ ïî êîëè÷åñòâó è ïåðâàÿ ïî çíà÷åíèþ äëÿ æèçíè ñîñòàâíàÿ ÷àñòü âîçäóøíîé îáîëî÷êè Çåìëè — àòìîñôåðû, ãäå íà åãî äîëþ ïðèõîäèòñÿ 20,95% ïî îáú¸ìó è 23,15% ïî ìàññå. Êèñëîðîä âõîäèò â ñîñòàâ ìíîãî÷èñëåííûõ ìèíåðàëîâ òâ¸ðäîé îáîëî÷êè çåìíîé êîðû — ëèòîñôåðû: èç êàæäûõ 100 àòîìîâ çåìíîé êîðû íà äîëþ êèñëîðîäà ïðèõîäèòñÿ 58 àòîìîâ. Êàê âû óæå çíàåòå, êèñëîðîä ñóùåñòâóåò â ôîðìå O2. Ýòî ãàç áåç öâåòà, çàïàõà.  æèäêîì ñîñòîÿíèè èìååò ñâåòëî-ãîëóáóþ îêðàñêó, â òâ¸ðäîì — ñèíþþ.  âîäå ãàçîîáðàçíûé êèñëîðîä ðàñòâîðèì ëó÷øå, ÷åì àçîò è âîäîðîä. Êèñëîðîä âçàèìîäåéñòâóåò ïî÷òè ñî âñåìè ïðîñòûìè âåùåñòâàìè, êðîìå ãàëîãåíîâ, áëàãîðîäíûõ ãàçîâ, çîëîòà è ïëàòèíîâûõ ìåòàëëîâ. Íàïðèìåð, ýíåðãè÷íî ðåàãèðóåò ñ ìåòàëëàìè: ùåëî÷íûìè, îáðàçóÿ îêñèä ñ ëèòèåì Li2O è äðóãèå ïðîäóêòû, íàïðèìåð ïåðîêñèäû Ì2O2; ñ æåëåçîì, îáðàçóÿ æåëåçíóþ îêàëèíó Fe3O4; ñ àëþìèíèåì (çàïèøèòå ñîîòâåòñòâóþùèå óðàâíåíèÿ ðåàêöèé, ðàññìîòðèòå îêèñëèòåëüíî-âîññòàíîâèòåëüíûå ïðîöåññû).
Ðåàêöèè ìåòàëëîâ è íåìåòàëëîâ ñ êèñëîðîäîì ïðîòåêàþò î÷åíü ÷àñòî ñ âûäåëåíèåì áîëüøîãî êîëè÷åñòâà òåïëîòû è ñîïðîâîæäàþòñÿ âîñïëàìåíåíèåì —ðåàêöèè ãîðåíèÿ. (Çàïèøèòå óðàâíåíèÿ ðåàêöèé ãîðåíèÿ ñåðû ñ îáðàçîâàíèåì SO2, ôîñôîðà — ñ îáðàçîâàíèåì Ð2O5 è óãëÿ — ñ îáðàçîâàíèåì ÑO2.) Ïî÷òè âñå ðåàêöèè ñ ó÷àñòèåì êèñëîðîäà ýêçîòåðìè÷åñêèå. Èñêëþ÷åíèå ñîñòàâëÿåò âçàèìîäåéñòâèå àçîòà ñ êèñëîðîäîì: ýòî ýíäîòåðìè÷åñêàÿ ðåàêöèÿ, êîòîðàÿ ïðîòåêàåò ïðè òåìïåðàòóðå âûøå 2000 °Ñ èëè ïðè ýëåêòðè÷åñêîì ðàçðÿäå:
Êèñëîðîä ýíåðãè÷íî îêèñëÿåò íå òîëüêî ïðîñòûå, íî è ìíîãèå ñëîæíûå âåùåñòâà, ïðè ýòîì îáðàçóþòñÿ îêñèäû ýëåìåíòîâ, èç êîòîðûõ îíè ïîñòðîåíû:
Âûñîêàÿ îêèñëèòåëüíàÿ ñïîñîáíîñòü êèñëîðîäà ëåæèò â îñíîâå ãîðåíèÿ âñåõ âèäîâ òîïëèâà. Êèñëîðîä ó÷àñòâóåò è â ïðîöåññàõ äûõàíèÿ (ðèñ. 110), ìåäëåííîãî îêèñëåíèÿ ðàçëè÷íûõ âåùåñòâ ïðè îáû÷íîé òåìïåðàòóðå. Ýòè ïðîöåññû íå ìåíåå âàæíû, ÷åì ðåàêöèè ãîðåíèÿ. Òàê, ìåäëåííîå îêèñëåíèå ïèùè â íàøåì îðãàíèçìå ÿâëÿåòñÿ èñòî÷íèêîì ýíåðãèè, çà ñ÷¸ò êîòîðîé æèâ¸ò îðãàíèçì. Êèñëîðîä äëÿ ýòîé öåëè äîñòàâëÿåòñÿ ãåìîãëîáèíîì êðîâè, êîòîðûé ñïîñîáåí îáðàçîâûâàòü ñ íèì íåïðî÷íîå ñîåäèíåíèå óæå ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå. Îêèñëåííûé ãåìîãëîáèí — îêñèãåìîãëî- áèí — äîñòàâëÿåò âî âñå òêàíè è êëåòêè îðãàíèçìà êèñëîðîä, êîòîðûé îêèñëÿåò áåëêè, æèðû è óãëåâîäû (ñîñòàâíûå ÷àñòè ïèùè), îáðàçóÿ ïðè ýòîì îêñèä óãëåðîäà (IV) (óãëåêèñëûé ãàç) è âîäó è îñâîáîæäàÿ ýíåðãèþ, íåîáõîäèìóþ äëÿ äåÿòåëüíîñòè îðãàíèçìà.
Èñêëþ÷èòåëüíî âàæíà ðîëü êèñëîðîäà â ïðîöåññå äûõàíèÿ ÷åëîâåêà è æèâîòíûõ. Ðàñòåíèÿ òàêæå ïîãëîùàþò àòìîñôåðíûé êèñëîðîä. Íî åñëè â òåìíîòå èä¸ò òîëüêî ïðîöåññ ïîãëîùåíèÿ ðàñòåíèÿìè êèñëîðîäà, òî íà ñâåòó ïðîòåêàåò åù¸ îäèí ïðîòèâîïîëîæíûé åìó ïðîöåññ — ôîòîñèíòåç (ðèñ. 111), â ðåçóëüòàòå êîòîðîãî ðàñòåíèÿ ïîãëîùàþò óãëåêèñëûé ãàç è âûäåëÿþò êèñëîðîä. Òàê êàê ïðîöåññ ôîòîñèíòåçà èä¸ò áîëåå èíòåíñèâíî, òî â èòîãå íà ñâåòó ðàñòåíèÿ âûäåëÿþò ãîðàçäî áîëüøå êèñëîðîäà, ÷åì ïîãëîùàþò åãî ïðè äûõàíèè. Òàêèì îáðàçîì, ñîäåðæàíèå ñâîáîäíîãî êèñëîðîäà Çåìëè ñîõðàíÿåòñÿ áëàãîäàðÿ æèçíåäåÿòåëüíîñòè çåë¸íûõ ðàñòåíèé, õîòÿ èçíà÷àëüíî àòìîñôåðà íàøåé ïëàíåòû áûëà äðóãîé. Ðèñóíîê 112 ïîêàçûâàåò èñòîðèþ âîçíèêíîâåíèÿ ñîâðåìåííîé àòìîñôåðû Çåìëè.
Êðóãîâîðîò êèñëîðîäà â ïðèðîäå èëëþñòðèðóåò ðèñóíîê 113. Ïîâòîðèì åù¸ ðàç, ÷òî â ïðîìûøëåííîñòè êèñëîðîä ïîëó÷àþò èç æèäêîãî âîçäóõà, à â ëàáîðàòîðèè — ðàçëîæåíèåì ïåðîêñèäà âîäîðîäà Í2O2 â ïðèñóòñòâèè êàòàëèçàòîðà — îêñèäà ìàðãàíöà (IV) ÌnO2, à òàêæå ðàçëîæåíèåì ïåðìàíãàíàòà êàëèÿ ÊÌïO4 ïðè íàãðåâàíèè.
Êèñëîðîä ïðèìåíÿþò â ìåòàëëóðãè÷åñêîé è õèìè÷åñêîé ïðîìûøëåííîñòè äëÿ óñêîðåíèÿ (èíòåíñèôèêàöèè) ïðîèçâîäñòâåííûõ ïðîöåññîâ. Òàê, çàìåíà âîçäóøíîãî äóòüÿ êèñëîðîäíûì â äîìåííîì è ñòàëåïëàâèëüíîì ïðîèçâîäñòâå íàìíîãî óñêîðÿåò âûïëàâêó ìåòàëëà. ×èñòûé êèñëîðîä ïðèìåíÿþò òàêæå äëÿ ïîëó÷åíèÿ âûñîêèõ òåìïåðàòóð, íàïðèìåð ïðè ãàçîâîé ñâàðêå è ðåçêå ìåòàëëîâ. Åãî èñïîëüçóþò äëÿ æèçíåîáåñïå÷åíèÿ íà ïîäâîäíûõ è êîñìè÷åñêèõ êîðàáëÿõ, ïðè ðàáîòàõ âîäîëàçîâ, ïîæàðíûõ.  ìåäèöèíå êèñëîðîä ïðèìåíÿþò â ñëó÷àÿõ âðåìåííîãî çàòðóäíåíèÿ äûõàíèÿ, ñâÿçàííîãî ñ íåêîòîðûìè çàáîëåâàíèÿìè. Êèñëîðîä õðàíÿò â ñòàëüíûõ áàëëîíàõ, îêðàøåííûõ â ãîëóáîé öâåò (ðèñ. 114, à), ïîä äàâëåíèåì 150 àòì.  ëàáîðàòîðíûõ óñëîâèÿõ êèñëîðîä õðàíÿò â ñòåêëÿííîì ïðèáîðå — ãàçîìåòðå (ðèñ. 114, á). Îñíîâíûå îáëàñòè ïðèìåíåíèÿ êèñëîðîäà ïðåäñòàâëåíû íà ðèñóíêå 115. Îòêðûòèå êèñëîðîäà. Êèñëîðîä îòêðûëè è âïåðâûå ïîëó÷èëè ïî÷òè îäíîâðåìåííî äâà âûäàþùèõñÿ õèìèêà XVIII â. — øâåä Ê. Øååëå ïóò¸ì íàãðåâàíèÿ ñåëèòðû è àíãëè÷àíèí Äæ. Ïðèñòëè ïðè íàãðåâàíèè îêñèäà ðòóòè (II). Íàçâàíèå oxygenium, ò. å. «ðîæäàþùèé êèñëîòû», èëè «êèñëîðîä», ýòîìó ýëåìåíòó äàë âåëèêèé ôðàíöóçñêèé õèìèê À. Ëàâóàçüå.
1. Îáðàòèòåñü ê ýëåêòðîííîìó ïðèëîæåíèþ. Èçó÷èòå ìàòåðèàë óðîêà è âûïîëíèòå ïðåäëîæåííûå çàäàíèÿ. 2. Íàéäèòå â Èíòåðíåòå ýëåêòðîííûå àäðåñà, êîòîðûå ìîãóò ñëóæèòü äîïîëíèòåëüíûìè èñòî÷íèêàìè, ðàñêðûâàþùèìè ñîäåðæàíèå êëþ÷åâûõ ñëîâ è ñëîâîñî÷åòàíèé ïàðàãðàôà. Ïðåäëîæèòå ó÷èòåëþ ñâîþ ïîìîùü â ïîäãîòîâêå íîâîãî óðîêà — ñäåëàéòå ñîîáùåíèå ïî êëþ÷åâûì ñëîâàì è ñëîâîñî÷åòàíèÿì ñëåäóþùåãî ïàðàãðàôà.
1. Íàïèøèòå óðàâíåíèÿ ðåàêöèé êèñëîðîäà ñ ìåòàëëàìè, î êîòîðûõ ãîâîðèòñÿ â ïàðàãðàôå. Ðàññìîòðèòå îêèñëèòåëüíî-âîññòàíîâèòåëüíûå ïðîöåññû. 2. Íàïèøèòå óðàâíåíèÿ ðåàêöèé êèñëîðîäà ñ íåìåòàëëàìè, î êîòîðûõ ãîâîðèòñÿ â ïàðàãðàôå. Ðàññìîòðèòå îêèñëèòåëüíî-âîññòàíîâèòåëüíûå ïðîöåññû. 3. Êàêèå âåùåñòâà íàçûâàþòñÿ êàòàëèçàòîðàìè? Êàêàÿ ðåàêöèÿ, ïðèìåíÿåìàÿ äëÿ ïîëó÷åíèÿ êèñëîðîäà, îñóùåñòâëÿåòñÿ â ïðèñóòñòâèè îêñèäà ìàðãàíöà (IV)? Íàïèøèòå óðàâíåíèå ýòîé ðåàêöèè. 4. Àíãëèéñêèé õèìèê Äæ. Ïðèñòëè ïîëó÷èë êèñëîðîä ðàçëîæåíèåì îêñèäà ðòóòè (II). Íàïèøèòå óðàâíåíèå ýòîé ðåàêöèè. Ïðèäóìàéòå è ðåøèòå çàäà÷ó, â óñëîâèè êîòîðîé áûëè áû óêàçàíû ìàññà èñõîäíîãî âåùåñòâà è äîëÿ â í¸ì ïðèìåñåé, à òðåáîâàëîñü áû íàéòè îáú¸ì êèñëîðîäà ïðè èçâåñòíîì âûõîäå åãî îò òåîðåòè÷åñêè âîçìîæíîãî. 5. Óêàæèòå ïðèçíàêè ñõîäñòâà è ðàçëè÷èÿ â ïðîöåññàõ äûõàíèÿ è ãîðåíèÿ. 6. Ñðàâíèòå ïðîöåññû äûõàíèÿ è ôîòîñèíòåçà. 7. Èñïîëüçóÿ ñâîè çíàíèÿ ïî õèìèè êèñëîðîäà, íàïèøèòå ñî÷èíåíèå íà òåìó «Õóäîæåñòâåííûé îáðàç âåùåñòâà èëè ïðîöåññà». 8. Íàïèøèòå óðàâíåíèå ðåàêöèè ôòîðà ñ âîäîé.  êàêîé ðîëè çäåñü âûñòóïàåò êèñëîðîä? Ðàññìîòðèòå îêèñëèòåëüíîâîññòàíîâèòåëüíûé ïðîöåññ, îïðåäåëèòå îêèñëèòåëü è âîññòàíîâèòåëü.
|
|
|