Кислород

Кислород — химик элементтарҙың периодик системаһындағы алтынсы төркөмдөң төп төркөмсәһендәге, икенсе периодындағы 8-се химик элемент. Символы — O (лат. Oxygenium). Кислород химик әүҙем металл булмаған элемент. Кислородтың ябай матдәһе — молекулаһы ике атомдан торған (формулаһы O₂) (CAS-номеры: 7782-44-7) төҫө, еҫе, тәме булмаған газ.

8 Азот ← Кислород → Фтор Элементтарҙың периодик системаһы 8O
Ябай матдәнең тышҡы күренеше
еҫе, тәме булмаған зәңгәрһыу шыйыҡлыҡ (түбән температураларҙа)
Атом үҙенсәлектәре
Исеме, символы, номеры	Кислоро́д / Oxygenium (Oxygen)(O), 8
Атом массаһы (моляр массаһы)	15,9994 а. м. б. (г/моль)
Электрон конфигурация	[He] 2s2 2p4
Атом радиусы	60 (48) пм
Химик үҙенсәлектәре
Ковалент радиус	73 пм
Ион радиусы	132 (-2e) пм
Электроотиҫкәрелек	3,44 (Полинг шкалаһы)
Электрод потенциалы	0
Окисланыу дәрәжәһе	-2, −1, -½, -⅓, 0, ½, +1, +2
Ионлашыу энергияһы (первый электрон)	1313,1 (13,61) кДж/моль (эВ)
Ябай матдәнең термодинамик үҙенсәлектәре
Тығыҙлыҡ (н. ш.)	0,00142897 г/см³
Иреү температураһы	54,8 K
Ҡайнау температураһы	90,19 K
Иреү йылылығы	0,444 кДж/моль
Парға әйләнеү йылылығы	3,4099 кДж/моль кДж/моль
Моляр йылы һыйышлығы	29,4 Дж/(K·моль)
Моляр күләм	14,0 см³/моль
Ябай матдәнең кристалл рәшәткәһе
Рәшәткә структураһы	моноклинная
Рәшәткә параметры	a=5,403 b=3,429 c=5,086 β=135,53 Å
Дебай температураһы	155 K
Башҡа характеристикалар
Йылы үткәреүсәнлек	(300 K) 0,027 Вт/(м·К)

O	8
15,9994
2s22p4
Кислород

Кислородтың башҡа аллотропик формалары ла бар, мәҫәлән озон — нормаль шарттарҙа үҙенә генә хас еҫле өс кислород атомынан торған зәңгәр төҫлө газ (формулаһы O₃).

Асылыу тарихы

Рәсми рәүештә кислородты 1774 йылдың 1 августында инглиз химигы Джозефом Пристли терегөмөш оксидын герметик һауытты тарҡатыу юлы менән асҡан тип иҫәпләнә (Пристли көслө линза ярҙамы менән ҡояш нурҙарые был ҡушылмаға й-нәлткән).

${\mathsf {2HgO\ {\xrightarrow {^{o}t}}\ 2Hg+O_{2}\uparrow }}$

Тик Пристли башта яңы ябай матдә асҡан икәнен аңламаған, ул һауаның бер өлөшөн айырып алдым тип уйлаған («флогистон айырылған һауа»). Үҙенең асышы тураһында күренекле француз химигы Антуан Лавуазьеға хәбәр итә. 1775 йылда А. Лавуазье кислород бик күп матдәләр составында. шулай уҡ һауаның бер өлөшө һәм кислоталар составында булыуын билдәләй.

Бер нисә йыл алдараҡ (1771 йылда) швед ғалимы Карл Шееле кислородты айырып алған. Ул селитраны көкөрт кислотаһы менән ҡыҙҙырған, бүленеп сыҡҡан азот оксидын тарҡатҡан. Шееле был газды «утлы һауа» тип атай һәм үҙенең асышы тураһында 1777 йылда сыҡҡан китапта хәбәр итә (китап һуңыраҡ сыҡҡан өсөн Пристли кислородты асыусы булып һанала). Шееле үҙенең асышы тураһында француз химигы Лавуазьеға хәбәр итә.

Терегөмөштө окислау һәм артабан уны оксидтарға тарҡатыу буйынса Француз ғалимы Пьер Байендың нәшер ителгән хеҙмәттәре кислород асышында мөһим этаптар булып тора.

Пристли һәм Шееле хеҙмәттәре менән танышҡас А. Лавуазье яңы асылған газдың тәбиғәтен аңлай. Уның был хеҙмәте ҙур әйәмиәткә эйә була, сөнки ул заманда хөкөмлөк иткән химия үҫешен тотҡарлаусы флогистон теорияһы ҡолатыла. Лавуазье төрлө матдәләрҙе яндырып барлыҡҡа килгән элементтарҙы үлсәп тәжрибәләр үткәрә һәм флогистон теорияһын кире ҡаға. Яныуҙан һуң ҡалған көлдөң ауырлығы алынған матдә ауырлығынан ҙурыраҡ була, тимәк яныу процессында матдә химик реакцияға инә (кислород менән ҡушыла). Был фекер яныу процесында флогистон бүленеп сыға һәм матдә ауырлығын юғалта тигән тәғлимәтте кире ҡаға.

Шулай итеп кислород асышында Пристли, Шееле һәм Лавуазье өлөштәре бар.

Атамаһы

Кислород һүҙенең рус теленә килеп инеүе М. В. Ломоносов менән бәйле, ул башҡа неологизмдар менән кислота һүҙен ҡуллана башлай. Шулай итеп «кислород» термины А. Лавуазье тәҡдим иткән оксиген» (франц. oxygène) терминының калькһы булып тора (бор. грек. ὀξύς — «әсе» һәм γεννάω — «тыуҙырам»). Баштараҡ кислород кислота барлыҡҡа килтереүсе тип уйлағандар.

Тәбиғәттә таралыуы

Кислород — ер ҡабығында иң таралған элемент, ҡаты ер ҡабығында (башлыса силикаттар кеүек ҡушылмалар составында) уның өлөшө 47% етә. Диңгеҙ һыуы һәм сөсө һыу составында химик бәйләнештә массһы буйынса 85,82% кислород тәшкил итә. Шулай уҡ ер ҡабығында булған 1500 ҡатнашма составында кислород бар . Ер атмосфераһында ирекле кислород күләм буйынса 20,95 % һәм масса буйынса 23,10 % (10¹⁵ тонна тирәһе). Әммә 3,5 млрд йыл элек беренсе фотосинтезлаусы архейҙар барлыҡҡа килгәнсе атмосферала ирекле кислород булмаған. Ҙур күләмдә ирекле кислород 3,5 млрд йыл элек палеопротерозой осоронда ер атмосфераһы глобаль үҙгәрештәр кисергән осорҙа барлыҡҡа килгән (3—2,3 млрд йыл элек). Тәүге миллиард йыл буйы барлыҡҡа килгән кислород океанда эрегән тимер тарафынан йотолоп джеспилит ятҡылығы барлыҡҡа килтергән.

3—2,7 млрд йыл элек кислород атмосфераға бүленеп сыға башлай һәм 1,7 млрд йыл эсендә хәҙерге кимәлдең 10% тәшкил итә .

Океан һыуында эрегән һәм атмосферала ҙур миҡдарҙа ирекле кислород булыуы күпселек анаэроб организмдарҙың юҡҡа сығыуына килтерә. Шуға ҡарамаҫтан, күҙәнәктәрҙең кислород ярҙамында һулыш алыуы аэроб организмдарға, анаэроб организмдарға ҡарағанда, күбәрәк АТФ етештерергә мөмкинлек бирә һәм уларҙы өҫтөнлөккә сығара.

540 млн йыл элек кембрий башланған осорҙа кислород миҡдары күләм буйынса 15 % — 30 % тәшкил итә. Ташкүмер осоро аҙағында (300 млн йыл элек) кислород күләме 35%-ҡа етә һәм ҙур-ҙур бөжәктәр һәм ер-һыу хайуандары барлыҡҡа килеһенә булышлыҡ итә .

Ер шарындағы кислородтың күпселек өлөшөн Донъя океанындағы фитопланктондар етештерә. Урмандар һәм йәшел үҫемлектәр етештергән кислородтың 60% шул уҡ урмандарҙа сереү һәм тарҡалыу процессына тотола.

Атмосфералағы кислород миҡдарына кеше эшмәкәрлеге тәьҫире бик аҙ кимәлдә. Хәҙерге фотосинтез темпы менән иҫәпләгәндә атмосфералаға барлыҡ кислородты кире ҡайтарыу өсөн 2000 йыл кәрәк буласаҡ.

Кислород күпселек органик матдәләр һәм тере күҙәнәктәр составына инә. Тере күҙәнәктәрҙә атом һаны буйынса кислород 25%, массаһы буйынса 65% самаһы .

2016 йылда Дания ғалимдары атмосфера составында ирекле кислород 3,8 млрд йыл элек булғанын иҫбат итте.

Алыу

Шыйығайтылған һауанан ҡыуыу юлы

Хәҙерге ваҡытта сәнәғәттә кислородты һауанан алалар.

В настоящее время в промышленности кислород получают из воздуха. Криоген ректификация ысулы — бөгөнгө көндә сәнәғәттә төп кислород алыу ысулы. Шулай уҡ, мембрана технологияһын ҡулланыусы кислород ҡоролмалары ла киң ҡулланыла.

Лабораторияларҙа сәнәғәттә етештерелгән 15 МПа баҫым тултырылған ҡорос баллондар ҡулланыла.

Составында кислород булған матдәләрҙе тарҡатыу

Калий перманганатын KMnO₄ тарҡатып кислород алырға мөмкин:

${\mathsf {2KMnO_{4}\rightarrow K_{2}MnO_{4}+MnO_{2}+O_{2}\uparrow }}$

Марганц оксиды(IV) ҡатнашлығында водород пероксидын каталик тарҡатыу реакцияһы ярҙамында кислород алырға мөмкин:

${\mathsf {2H_{2}O_{2}\ {\xrightarrow {MnO_{2}}}\ 2H_{2}O+O_{2}\uparrow }}$

Калий хлораты(Бертолетов тоҙон) KClO₃ каталик тарҡатыу ысулы менән кислород алырға мөмкин:

${\mathsf {2KClO_{3}\rightarrow 2KCl+3O_{2}\uparrow }}$

Терекөмөш оксидын тарҡатыу (t = 100 °C) кислород синтезлауҙың беренсы ысулы була :

${\mathsf {2HgO{\xrightarrow {100^{o}C}}\ 2Hg+O_{2}\uparrow }}$

Һыу иретмәләрен электролизлау

Һелте, кислота һәм ҡайһы бер тоҙҙарҙың (сульфаттар, һелтеле металдарҙың нитраттары) һыуҙағы шыйығайталған иретмәһенән электролизлау — лабораторияла кислород алыу ысулы.

${\mathsf {2H_{2}O{\xrightarrow {e-}}\ 2H_{2}+O_{2}\uparrow }}$

Углекислый газ һәм перекис ҡушылмалары реакцияһы

Һыу аҫты кәмәләрендә һәм орбитала осоусы станцияларҙа ғәҙәттә кислородты кеше һулап сығарған углекислый газ һәм натрий пероксиды реакцияһында алана.

${\mathsf {2Na_{2}O_{2}+2CO_{2}\rightarrow 2Na_{2}CO_{3}+O_{2}\uparrow }}$

Реакцияға ингән углекислый газ һәм бүленеп сыҡҡан кислород балансын көйләү өсөн килий надпероксидын ҡушалар. Космос караптарында ауырлыын еңеләйтеү өсөн литий пероксидын ҡулланалар.

Физик үҙенсәлектәре

В мировом океане содержание растворённого O₂ больше в холодной воде, а меньше — в тёплой

Жидкий кислород

Нормаль шарттарҙа кислород төҫө, тәме һәм еҫе булмаған газ.

1 л кислородтың массаһы 1,429 г. Һауанан әҙ генә ауырыраҡ. Һыуҙа (4,9 мл/100 г 0 °C-та, 2,09 мл/100 г +50 °C-та) һәм спиртта (2,78 мл/100 г +25 °C-та) насар эрей. Иретергән көмөштә яҡшы эрей (+961 °C-та 1 күләм көмөштә Ag 22 күләм кислород O₂ эрей). Перфторланған углеводородтарҙа ла яҡшы эрей (20-40 күләм %).

Атомдар араһы — 0,12074 нм. парамагнетик булып тора, йәғни шайыҡ хәлдә магнитҡа тартыла.

Йылытҡанда газ хәлендәге кислородтың кире атомдарға диссоциациялана: +2000 °C — 0,03 %, +2600 °C — 1 %, +4000 °C — 59 %, +6000 °C — 99,5 %.

Шайыҡ кислород (ҡайнау температураһы −182,98 °C) — зәңгәрһыу шыйыҡса.

Файл:Phase diagram of oxygen.png

Фаза диаграммаһы O₂

Ҡаты хәлдәге кислород (иреү температураһы −218,35 °C) зәңгәр кристаллдар барлыҡҡа килтерә.