Получение. Кислород — самый распространенный на Земле элемент, на его долю (в составе различных соединений, главным образом силикатов)

Нахождение в природе

Кислород — самый распространенный на Земле элемент, на его долю (в составе различных соединений, главным образом силикатов), приходится около 47,4% массы твердой земной коры. Морские и пресные воды содержат огромное количество связанного кислорода — 88,8% (по массе), в атмосфере содержание свободного кислорода составляет 20,95 % (по объему). Элемент кислород входит в состав более 1500 соединений земной коры.

В настоящее время кислород в промышленности получают за счет разделения воздуха при низких температурах. Сначала воздух сжимают компрессором, при этом воздух разогревается. Сжатому газу дают охладиться до комнатной температуры, а затем обеспечивают его свободное расширение. При расширении температура газа резко понижается. Охлажденный воздух, температура которого на несколько десятков градусов ниже температуры окружающей среды, вновь подвергают сжатию до 10-15 МПа. Затем снова отбирают выделившуюся теплоту. Через несколько циклов «сжатие—расширение» температура падает ниже температуры кипения и кислорода, и азота. Образуется жидкий воздух, который затем подвергают перегонке (дистилляции). Температура кипения кислорода (–182,9°C) более чем на 10 градусов выше, чем температура кипения азота (–195,8°C). Поэтому из жидкости азот испаряется первым, а в остатке накапливается кислород. За счет медленной (фракционной) дистилляции удается получить чистый кислород, в котором содержание примеси азота составляет менее 0,1 объемного процента.

Еще более чистый кислород можно получить при электролизе водных растворов щелочей (NaOH или KOH) или солей кислородсодержащих кислот (обычно используют раствор сульфата натрия Na2SO4). В лаборатории небольшие количества не очень чистого кислорода можно получить при нагревании перманганата калия KMnO4:

2KMnO4= K2MnO4+ MnO2+ O2.

Более чистый кислород получают разложением пероксида водорода Н2О2в присутствии каталитических количеств твердого диоксида марганца MnO2:

2Н2О2= 2Н2О + О2.

Кислород образуется при сильном (выше 600°C) прокаливании нитрата натрия NaNO3:

2NaNO3=2NaNO2+ О2,

при нагревании некоторых высших оксидов:

4CrO3= 2Cr2O3+ 3О2;

2PbO2= 2PbO + О2;

3MnO2= Mn3O4+ О2.

Ранее кислород получали разложением бертолетовой соли KClO3в присутствии каталитических количеств диоксида марганца MnO2:

2KClO3= 2KCl + 3О2.

Однако бертолетова соль образует взрывчатые смеси, поэтому ее для получения кислорода в лабораториях теперь не используют. Разумеется, сейчас никому в голову не придет использовать для получения кислорода прокаливание оксида ртути HgO, так как образующийся в этой реакции кислород загрязнен ядовитыми парами ртути.

Источником кислорода в космических кораблях, подводных лодках и т. п. замкнутых помещениях служит смесь пероксида натрия Na2O2и супероксида калия KO2. При взаимодействии этих соединений с углекислым газом освобождается кислород:

2Na2O2+ 2CO2= 2Na2CO3+ O2,

4КО2+ 2СО2= 2К2СО3+ 3О2.

Если использовать смесь Na2O2и КО2, взятых в молярном отношении 1:1, то на каждый моль поглощенного из воздуха углекислого газа будет выделяться 1 моль кислорода, так что состав воздуха не будет изменяться за счет поглощения при дыхании кислорода и выделения СО2.

Особенности строения молекулы О2

Атмосферный кислород состоит из двухатомных молекул. Межатомное расстояние в молекуле О20,12074 нм. Молекулярный кислород (газообразный и жидкий) — парамагнитное вещество, в каждой молекуле О2имеется по 2 неспаренных электрона. Этот факт можно объяснить тем, что в молекуле на каждой из двух -разрыхляющих орбиталей находится по одному неспаренному электрону.

Энергия диссоциации молекулы О2на атомы довольно высока и составляет 493,57 кДж/моль.

Дата добавления: 2014-01-04