Оксиген утворює декілька простих речовин: кисень O₂, озон O₃ та інші.

ІСТОРІЯ ВІДКРИТТЯ ТА ДОСЛІДЖЕННЯ.

Одним з перших відомих експериментів із взаємозв'язку між згорянням і повітрям був проведений у 2-му столітті до н.е. грецькким механіком, Філоном Візантійським. У своїй роботі «Пневматика» Філон зауважив, що у перевернуту над палаючою свічкою посудину, занурену горловиною у воду, підіймається вода. Філон неправильно припустив, що частинки повітря в посудині були перетворені в класичні елементи вогню і, таким чином їм вдалося витекти через пори в склі. Багато століть потому Леонардо да Вінчі працюючи із робою Філона зауважив, що частина повітря споживається під час згоряння і дихання.

VIII ст. — китайський учений Мао — встановив наявність у повітрі газу, який підтримує дихання і горіння. Однак європейці кисень відкрили майже через 1000 років.

Наприкінці 17-го століття, Роберт Бойль довів, що повітря необхідне для горіння. Англійський хімік Джон Мейоу (1641-1679) уточнив цю роботу, показуючи, що горіння потребує тільки частини повітря, яку він назвав Spiritus nitroaereus або просто nitroaereus. В одному експерименті він виявив, що поміщена миша або запалена свічка в закритий контейнер над водою спричиняє підіймання води, яка замінює одну чотирнадцяту об'єму повітря. З цього він припустив, що nitroaereus споживається в обох процесах: дихання і горіння.

Роберт Бойль (1627 – 1691)

Джон Мейоу (1641 – 1679)

Мейоу помітив, що стибій збільшив масу при нагріванні, і зробив висновок, що nitroaereus сполучається з ним. Він також вважав, що легені відокремлюють nitroaereus з повітря і передають його в кров і результатом цього є тепло тварини і рух м'язів внаслідок реакції nitroaereus з певними речовинами в організмі. Висновки з цих та інших експериментів були опубліковані в 1668 році у роботі Tractatus duo в трактаті «De respiratione».

Роберт Гук, Оле Борч, Михайло Ломоносов, і П'єр Байєн всі одержали кисень в експериментах в 17 і 18-му століттях, але жоден з них визнав того, що відкрив новий хімічний елемент. Це, можливо, було через популярність теорії флогістону.

Роберт Гук (1635 – 1703)	Оле Борч (1626 – 1690)
Михайло Васильович Ломоносов (1711 – 1765)	П'єр Байєн (1725 – 1798)

Флогістон, в уявленнях хіміків XVIII ст. гіпотетична основа горючості, «вогненна субстанція», що нібито наповняє всі горючі речовини і вивільнюється з них при горінні.

Термін введений Йоганом Бехером і Георгом Шталем у 1703 році для пояснення процесів горіння. Флогістон уявляли як невагому рідину, що вилітала з речовини при спалюванні. У той час вважалося, що метал — це сполука «землі» (оксиду металу) із флогістоном, і при горінні метал розкладається на «землю» і флогістон, який змішується з повітрям і не може бути відділений від нього. Збільшення маси металу при згорянні пояснювали від'ємною масою флогістону. Здатність виділяти флогістон з повітря приписували рослинам.

Йоган Йоахім Бехер (1635 – 1682)

Георг Ернст Шталь (1659 – 1734)

У 70-x роках XVIII століття теорію флогістону було спростовано працями Антуана Лавуазьє, завдяки яким її змінила інша — киснева теорія горіння.

Оксиген був вперше відкритий шведським фармацевтом Карлом Шеєле. Він добув газоподібний кисень при нагріванні меркурій(II) оксиду та різних нітратів приблизно у 1772 році. Шеєле назвав газ «вогняне повітря», тому що це був єдиний відомий газ, що підтримує горіння. Шеєле написав про це відкриття в рукописі під назвою «Трактат про Повітря й Вогонь», який він послав своєму видавцеві в 1775 році. Цей документ був опублікований в 1777 році.

1 серпня 1774 британський священик Джозеф Прістлі провів експеримент. Він сфокусував сонячні промені на меркурій(II) оксид (HgO) поміщений всередині скляної трубки. При цьому виділився газ, який він назвав "дефлогістрованим повітрям". Він зазначив, що свічки горіли яскравіше в цьому газі і що миша була більш активною і жила довше, вдихаючи його. Він спробував дихати цим газом. Прістлі опублікував свої результати в 1775 році в статті під назвою «Звіт про подальші відкриття у повітрі», яка була включена у другий том його книги під назвою «Експерименти і спостереженя за різними видами повітря». Тому що Прістлі першим опублікував свої праці, йому зазвичай дається пріоритет у відкритті.

Карл Вільгельм Шеєле (1742 – 1786)

Джозеф Прістлі (1733 – 1804)

Французький хімік Антуан Лоран Лавуазьє пізніше стверджував, що виявив нову речовину самостійно. Прістлі відвідав Лавуазьє в жовтні 1774 і розповів йому про свій експеримент і як він добув новий газ. Шеєле також надіслав лист Лавуазьє 30 вересня 1774, де описав своє відкриття раніше невідомої речовини, але Лавуазьє ніколи не визнавав його отримання (копія листа була знайдена серед речей Шеєле після його смерті).

Лавуазьє (хоча це було оскаржено в той час) провів перші адекватні кількісні експерименти по окисненню і дав перше правильне пояснення того, як відбувається горіння. З 1774 року він використовував подібні експерименти, щоб дискредитувати теорію флогістону і довести, що речовина виявлена Прістлі і Шеєле є хімічним елементом.

До кінця 19-го століття вчені зрозуміли, що повітря може бути зріджене і розділене на компоненти, шляхом його стиснення та охолодження. Використовуючи каскадний метод, швейцарський хімік і фізик Рауль-П'єр Пікте випарював рідкий двоокис сірки, щоб зріджувати вуглекислий газ, який, у свою чергу випарював для охолодження газоподібного кисню для його зрідження. Він послав телеграму 22 грудня 1877 в Академію наук Франції в Париж огололосивши відкриття рідкого кисню. Тільки два дні потому, французький фізик Луї Поль Кайєте оголосив свій власний метод зрідження молекулярного кисню. Лише кілька крапель рідини були виготовлені в цих спробах. Вперше кисень зріджено в стабільному стані 29 березня 1883 польськими вченими з Ягеллонського університету, Зігмунтом Врублевським і Карольом Ольшевським.

Рауль-П'єр Пікте (1846 – 1929)	Луї Поль Кайєте (1832 – 1913)
Зігмунт Флорентій Врублевський (1845 – 1888)	Кароль Станіслав Ольшевський (1846 – 1915)

Вперше озон виявив в 1785 році голландський фізик Мартін ван Марум за характерним запахом і окислювальними властивостям, які набуває повітря після пропускання через нього електричних іскор, а також по здатності діяти на ртуть при звичайній температурі, внаслідок чого вона втрачає свій блиск і починає прилипати до скла. Однак як нова речовина він описаний не був, ван Марум вважав, що утворюється особлива «електрична матерія».

Через півстоліття, Крістіан Фрідріх Шенбейн помітив той же їдкий запах і зрозумів, що це запах, який часто буває після блискавки. У 1839 році йому вдалося виділити газоподібну речовину. З цієї причини Шенбейну, як правило, приписують відкриття озону. Формула озону, O₃, не була визначена до 1865 року, коли іі встановив Жак-Луї Сорі. Цю формулу підтверджено в 1867 році Шенбейном.

Мартін ван Марум
(1750 – 1837)

Крістіан Фрідріх Шенбейн (1799 – 1868)

Жак Луї Соре (1827 – 1890)

Термін «оксиген» (фр. oxygène), запропонованого А. Лавуазьє (від грец. ὀξύς - «кислий» і γεννάω - «народжую»), який перекладається як «той, що породжує кислоту», що пов'язано з первісним значенням його - «кислота», який раніше позначав речовини, іменовані за сучасною міжнародною номенклатурою оксидами.

Незабаром після відкриття кисню французький хімік Лавуазьє показав (1775 р.), що Оксиген, з якого складається кисень, є складовою частиною кислот; звідси і походження назви цього елемента.

Звичне для всіх слово «кисень» має досить цікаве походження. Справа в тому, що дане слово є запозиченим із французької термінології, а точніше бере свій початок від первинного (помилкового) уявлення про те, що кисень знаходиться у всіх кислотах. У зв’язку з цим видатний хімік Франції А. Л. Лавуазьє запропонував термін «оксиген» (на франц. Oxygene), який, у свою чергу, походить від давньогрецького слова «oxygenium» і означає «народжуючий кислоту» (oxys — кислий, genos — народження). В українській мові елемент спочатку іменувався «киснетвором», пізніше утворилося і «прижилося» слово «кисень».

Термін «озон» був запропонований німецьким хіміком X. Ф. Шенбейном в 1840 році за його запах, увійшов до словників в кінці XIX століття.

В Україні в 1995 році було запроваджено назву для елемента № 8 Оксиген (ДСТУ 2439-94 "Державний стандарт України "Елементи хімічні та речовини прості" чинний від  01.01.1995 року). Назву кисень залишено для позначення простої речовини O₂.

ПОШИРЕННЯ У ПРИРОДІ.

Елемент Оксиген займає 3-є місце після Гідрогену і Гелію за поширеністю у Всесвіті (за масою).

Туманність Розетка (NGC 2237)
Гігантська емісійна туманність на відстані трьох тисяч світлових років від нас. Зелений колір на зображенні демонструє туманність у випромінюванні атомів кисню, блакитний - у випромінюванні атомів сірки, червоний - атомів водню

Він — найпоширеніший хімічний елемент на Землі — 47 % маси земної кори, 85,7 % маси гідросфери, 23,15 % маси атмосфери, 79 % і 65 % маси рослин і тварин відповідно. За об'ємом Оксиген займає 92 % об’єму земної кори.

Оксиген - найпоширеніший елемент на Землі

В атмосфері вміст вільного кисню складає 20,95 % за об'ємом і 23,10 % за масою (близько 10¹⁵ тонн).

Верхні шари атмосфери Землі. Азот і кисень – основні компоненти атмосфери нашої планети.

Кисень в атмосферу виділяють рослини, які виробляють його в процесі фотосинтезу.

ВІДЕО: Виділення кисню під час фотосинтезу (елодеєю).

Переглянути відео

ІСТОРІЯ ВИНИКНЕННЯ КИСНЕВОЇ АТМОСФЕРИ НА ЗЕМЛІ

ПОВІТРЯ

Повітря - природна суміш газів (головним чином азоту і кисню — 98-99% в сумі, а також аргону, вуглекислого газу, води, водню), що утворює земну атмосферу.

У 1754 році Джозеф Блек експериментально довів, що повітря являє собою суміш газів, а не однорідна речовина.

Джохеф Блек
(1728 – 1799)

Склад повітря:

Речовина	Позначення	За об'ємом, %	За масою, %
Азот	N2	78,084	75,5
Кисень	O2	20,9476	23,15
Аргон	Ar	0,934	1,292
Вуглекислий газ	CO2	0,0314	0,046
Неон	Ne	0,001818	0,0014
Метан	CH4	0,0002	0,000084
Гелий	He	0,000524	0,000073
Криптон	Kr	0,000114	0,003
Водень	H2	0,00005	0,00008
Ксенон	Xe	0,0000087	0,00004

Склад повітря.

Склад повітря може змінюватися: у великих містах вміст вуглекислого газу буде вищою, ніж в лісах; в горах знижений вміст кисню, внаслідок того, що кисень важчий азоту, і тому його густина з висотою зменшується швидше. У різних частинах Землі склад повітря може варіюватися в межах 1-3% для кожного газу.

Повітря завжди містить пари води. Так, при температурі 0°C 1м³ повітря може містити максимально 5 грамів води, а при температурі +10°C – вже 10 грамів.

Крім зазначених у таблиці газів, в атмосфері містяться Cl₂, SO₂, NH₃, СО, O₃, NO₂, вуглеводні, HCl, HF, HBr, HI, пари Hg, I₂, Br₂, а також NO і багато інших газів в незначних кількостях. У тропосфері постійно знаходиться велика кількість завислих твердих і рідких частинок (аерозоль). Найбільш розрідженим газом в Земній атмосфері є радон (Rn).

Чому небо синє?

Безхмарне денне небо виглядає синім, тому що повітря, а точніше завислі частинки і флуктуації густини в ньому, розсіюють короткохвильове (синє) світло сильніше ніж довгохвильове (червоне). Завдяки цьому, якщо подивитися на ділянку неба поза сонцем, ми побачимо блакитний колір – результат змішання великої кількості синього і фіолетового кольору і малої кількості інших кольорів. Розсіюванням світла пояснюється і червоний колір заходу сонця. Під час заходу і світанку світлова хвиля проходить набагато більший шлях в атмосфері (по дотичній до земної поверхні), ніж вдень (по вертикалі). Через це велика частина синього і навіть зеленого світла йде в сторони, в той час як пряме світло сонця, а також освітлювані їм хмари і неба поблизу горизонту, забарвлюються в червоні тони.

ВІДЕО ВИЗНАЧЕННЯ СКЛАДУ ПОВІТРЯ

Переглянути відео

Оксиген в атмосфері міститься переважно у вигляді кисню (O₂), а також у вигляді озону (O₃) та входить до складу деяких сполук (H₂O, CO₂, CO, SO₂ тощо).

До складу води входить 88,8 м. % Оксигену, в морській воді — 85,7 м. %.

Гідросфера Землі.

За об'ємом Оксиген займає 92 % об’єму земної кори.

Літосфера Землі (земна кора).

Відомо біля 1400 мінералів, які містять Оксиген, головні з них — кварц, польові шпати, слюда, глинисті мінерали, карбонати. Понад 99,9 % Оксигену Землі знаходиться у зв'язаному стані. Оксиген — головний чинник, який регулює розподіл елементів у планетарному масштабі. Вміст його з глибиною закономірно меншає. Кількість Оксигену в магматичних породах змінюється від 49 % в кислих ефузивах і гранітах до 38-42 % в дунітах і кімберлітах. Вміст Оксигену в метаморфічних породах відповідає глибині їхнього формування: від 44 % в еклогітах до 48 % в кристалічних сланцях. Максимум Оксигену — в осадових породах — 49-51 %.

Кварц (SiO2). Різновид кварцу – гірський кришталь.	Кристал польового шпату (18 × 21 × 8,5 см) із долини Жекітіньонья, Мінас-Жерайс, Південно-Східної Бразилії.
Порода зі слюдою. (R1R2-3AISi3O10(OH, F)2, де R1 = К, Na; R2 = Al, Mg, Fe, Li).	Глинисті мінерали. Каолін – різновид глинистих мінералів. (Al2O3 · 2SiO2 · 2H2O)
Дуніт.	Кімберліт

Оксиген входить до складу багатьох органічних речовин і присутній у всіх живих клітинах. Оксиген в цілому становить 30-85 % маси тваринних і рослинних тканин. Він входить до складу білків, нуклеїнових кислот, жирів, вуглеводів тощо.

Озон міститься в Земій атмосфері. Середній вміст в повітрі поблизу земної поверхні 0,01–0,06 мг/м³. У нижніх шарах атмосфери він, переважно, утворюється з кисню при електричному розряді (наприклад, під час грози), окисленні органічних речовин (наприклад в хвойних лісах, на березі моря).

Блискавка, над м. Торонто, Канада.

Блискавки Кататумбо

Блискавки Кататумбо вночі.

ВІДЕО «Блискавки Кататумбо»

Переглянути відео

Блискавки Кататумбо — атмосферне природне явище, що виникає над місцем впадання річки Кататумбо в озеро Маракайбо (Південна Америка). Феномен виявляється у виникненні світіння на висоті близько 5 км без супроводу акустичних ефектів (тобто без грому) на Землі. Блискавки виникають вночі і тривають близько 10 годин, 140—160 ночей на рік, що в сумі становить близько 1,2 млн розрядів на рік.

Річка в місті Кататумбо, Венесуела.

Озеро Маракайбо. Венесуела. Знімок з космосу.

Озеро Маракайбо. Венесуела.

Блискавки видно з відстані до 400 км, їх здавна використовували для навігації, тому явище також відоме під назвою «Маяк Маракайбо».

Вважається, що блискавки Кататумбо є найбільшим одиночним генератором озону на Землі. Цей феномен пояснюється тим що повітряні маси з Анд зтикаються з висхідними потоками метану з навколишніх боліт, що призводить до формування значної різниці електричних потенціалів у хмарах, яка постійно розряджається блискавками.

Хвойний ліс в Абастумани, Грузія. Автор фото: Nino Ozbetelashvili (Грузія).

Хвойний ліс у західних Гімалаях Заповідник Маналі, Хімачал-Прадеш, Індія; 2500м над рівнем моря. (На передньому плані кедр гімалайський)

Основна маса озону знаходиться у верхньому шарі атмосфери — озоносфері, на висоті від 10 до 50 км із максимумом концентрації на висоті 20–25 км.

Атмосферний (стратосферний) озон є продуктом впливу сонячного (ультрафіолетового) випромінювання на атмосферний (О₂) кисень.

Полярне сяйво

ОДЕРЖАННЯ.

Кисень

В промисловості молекулярний кисень отримують фракційною перегонкою рідкого повітря. Також широко застосовуються кисневі установки і станції, в яких використовується метод адсорбційного і мембранного газорозділення. Газоподібний кисень може бути також отриманий шляхом електролізу води.

ПРОМИСЛОВЕ ОДЕРЖАННЯ Кисню

Розділення повітря

Розділення повітря проводять за трьома технологіями:

• - адсорбційна,
• - мембранна,
• - кріогенна.

Адсорбційна технологія

Технологія

Адсорбційна технологія заснована на відділенні молекул кисню зі стиснутого повітря, що проходить через адсорбент.

Абсорбційне розділеня повітря з метою отримання кисню проводять в кисневих концентраторах (генераторах).

Процес роботи кисневої установки влаштований таким чином, що компоненти суміші газу, які легко адсорбуються, поглинаються адсорбентом, тоді як компоненти, що слабко адсорбуються і неадсорбуються, проходять через установку.

На сьогоднішній день набули поширення три методи організації циклічного безнагрівного процесу адсорбційного розділення повітря: напірні (PSA), вакуумні (VSA) і змішані (VPSA). Для напірних схем кисень добувають при тиску вище атмосферного, а стадія регенерації адсорбенту протікає при атмосферному тиску. У вакуумних схемах кисень отримують при атмосферному тиску, регенерація проводиться при негативному тиску. Робота змішаних схем поєднує зміну тиску від позитивного до негативного.

Принцип дії

У кисневих установках використовується явище селективної гетерогенної адсорбції кисню з повітря твердим адсорбентом. Установки відрізняються високою надійністю, простотою і високими техніко-економічними характеристиками.

Повітря, що нагнітається безмасляним компресором, надходить в першу колонку, заповнену цеолітом. Цеоліт – це неорганічний силікат, що є природним абсорбентом. При атмосферному тиску він прекрасно поглинає вологу, а при створенні більш високого тиску набуває здатності утримувати азот та інші гази, крім кисню. У цеолітовій колонці азот та інші гази поглинаються, і кисень, проходячи через односпрямований перший клапан, надходить в накопичувач. Потім кисень виходить для використання через регулятор потоку і зволожувач (зволожувач необхідний, якщо кисневий концентратор використовується для дихання). Невелика кількість кисню, проходячи через відвідний канал, надходить у другу цеолітову колонку і разом з десорбованими газами викидається в повітря з відкритого клапана. Після цього напівциклу процес дзеркально дублюється.

Схема роботи адсорбційної кисневої установки

Переваги

• Можливість автоматизації
• Під час роботи не потрібно контроль оператора
• Швидкий запуск та зупинка системи
• Чистота одержуваного кисню
• Невеликі габарити і маса
• Великий ресурс установок
• Відсутність спеціальних умов до приміщення

Недоліки

• Обмежена продуктивність
• Відносно низька чистота одержуваного кисню (не більше 95%)

Домашній кисневий концентратор DeVilBiss LT4000. Модель 1996 року.
(для домашньої кисневої терапії хворих)

Найлегший портативний концентратор кисню: Inogen Один G3 (2,2 кг)

Sequal Equinox, транспортабельний концентратор з найвищим потоком кисню (майже 10 літрів в хвилину)

Стаціонарнй медичний кисневий концентратор (Rifair)

Промисловий кисневий генератор Oxymat

Киснева установка ГРАССИС у вигляді причіпа.

Мембранна технологія

Технологія

В основі поділу газових середовищ за допомогою мембранних кисневих установок лежить різниця в швидкостях проникнення компонентів в газовій суміші через речовину мембрани. Процес поділу обумовлений різницею в парціальних тисках на різних сторонах мембрани.

Мембранний модуль

Сучасна газороздільних мембрана являє собою аж ніяк не плоску пластину чи плівку, а порожнисте волокно. Для технологій мембранного поділу газів застосовується сучасна поржнистоволоконна мембрана, що складається з пористого полімерного волокна з нанесеним на його зовнішню поверхню газороздільним шаром.

Модуль являє собою набір картриджів, всередині яких знаходяться мембрани, виготовлені з перфарованого полімерного волокна. Газовий потік під тиском подається в пучок мембранних волокон. Через різницю парціальних тисків на зовнішній та внутрішній поверхнях мембрани відбувається розподіл газового потоку.

Схема мембранного газорозділення.

Переваги

• Можливість автоматизації
• Під час роботи не потрібно контроль оператора
• Швидкий запуск та зупинка системи
• Чистота одержуваного кисню
• Невеликі габарити і маса
• Великий ресурс установок
• Відсутність спеціальних умов до приміщення

Недоліки

• Обмежена продуктивність
• Відносно низька чистота одержуваного кисню (не більше 50%)

Мембранна киснева установка.

Кріогенна технологія

Принцип газорозділення

Принцип роботи кріогенних установок заснований на зріджуванні повітря та подальшому його поділі на азот, кисень та аргон. Такий спосіб одержання газів називається методом низькотемпературної ректифікації. Спочатку повітря стискається компресором, потім, після проходження теплообмінників, розширюється в машині-детандері або дросельному вентилі, в результаті чого охолоджується до температури 93 °К і перетворюється в рідину.
Подальший поділ рідкого повітря, що складається в основному з рідкого азоту і рідкого кисню, засновано на відмінності температури кипіння його компонентів: кисню — 90,18 °К, азоту — 77,36 °К. При поступовому випаровуванні рідкого повітря спочатку випаровується переважно азот, а рідина, що залишається все більше збагачується киснем. Повторюючи подібний процес багато разів на ректифікаційних тарілках повітрерозподільних колон, отримують рідкий кисень, азот і аргон потрібної чистоти.

Ректифікаційна колона в кріогенній установці розділення повітря.

Переваги

• Можливість отримання високочистого кисню
• Висока економічність
• Отримання інших компонентів повітря
• Можливість отримання компонентів в рідкому вигляді
• Можливість отримувати продукти в будь-якій кількості
• Висока гнучкість технології

Недоліки

• Висока вартість обладнання
• Високі витрати на виробництво
• Великі габарити обладнання
• Тривалий пусковий період

Кріогенна киснева станція Lox80, створена Linde CryoPlants Ltd.
Виробнича потужність 80Nм³/год.

Електроліз води

Електроліз води – це електролітичний процес, в якому проходження електричного струму призводить до розкладання води на газоподібні кисень і водень.

Джерело постійного електричного струму підключене до двох електродів або двох пластин (зазвичай виготовляють з деякого інертного металу, такого як платина, нержавіюча сталь або іридій), які поміщені в воду. Водень з'явиться на катоді, а кисень – на аноді.

Електроліз чистої води вимагає надлишкової енергії у вигляді перенапруги для подолання різних бар'єрів активації. Без надлишкової енергії електроліз чистої води проходить дуже повільно або й зовсім не відбувається. Це спричинено обмеженою самостійною іонізацію води. Чиста вода має електричну провідність близько однієї мільйонної в морській воді. Ефективність електролізу збільшується за рахунок додавання електроліту (наприклад, солі, з кислоти чи основи) і використання електрокаталізаторів.

Суть реакції

У чистій воді на негативно зарядженому електроді (катоді) відбувається реакція відновлення: електрони (ē) з катода преходять до катіонів Гідрогену, при цьому утворюється газоподібний водень.

На позитивно зарядженому електроді (анода), відбувається реакція окиснення, при цьому утворються газоподібний кисень і електрони переходять від Оксигену до анода.

Катодний процес (відновлення):   2H⁺ + 2ē → H₂↑

Анодний процес (окиснення):    2H₂O → O₂↑ + 4H⁺ + 4ē

Загальне рівняння:        2H₂O → 2H₂↑ + O₂↑

Промислове обладнання

Багато промислових електролізерів – це комплекс комірок з набором платинових (нікелевих чи інших) пластин в якості електродів.

Промисловий електролізер води

Електролітичні комірки промислового електролізера (саме в них відбувається реакція)

У лабораторіях користуються киснем промислового виробництва, яке поставляється в сталевих балонах під тиском близько 15 МПа.

• Невеликі кількості кисню можна отримувати нагріванням перманганату калію KMnO4:

  2KMnO₄ →^°t   K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂↑

  ВІДЕО: Добування кисню з калій перманганату
  
  Переглянути відео

• Використовують також реакцію каталітичного розкладання гідроген пероксиду Н₂О₂ в присутності манган(IV) оксиду:

  2H₂O₂ –—→ MnO₂ 2H₂O + O₂↑

  ВІДЕО: Добування кисню з гідроген пероксиду
  
  Переглянути відео

  ВІДЕО: Добування кисню з гідроген пероксиду 2
  
  Переглянути відео

• Шляхом термічного розкладання калій нітрату при температурі вище 400 °С, але не більше ніж 440 °С:

  2KNO₃ →^°t   2KNO₂ + O₂↑

  ВІДЕО: Добування кисню з калій нітрату
  
  Переглянути відео

• Кисень можна отримати каталітичним розкладанням хлорату калію (бертолетової солі) KClO₃:

  2KClO₃ →^°t   2KCl + O₂↑

  ВІДЕО: Добування кисню з бертолетової солі
  
  Переглянути відео

• Електроліз водних розчинів лугів (наприклад натій гідроксиду NaOH):

  Катод(-)| Na⁺, H₂O | 2H₂O + 2ē = Н₂↑ + 2OH^– |×2

  Анод(+) | OH^–, H₂O | 4ОН^– – 4ē = O₂↑ + 2H₂O |×1

  
  

  4H₂O + 4ОН^– = 2Н₂↑ + 4OH^– + O₂↑ + 2H₂O

  2H₂O = 2Н₂↑ + O₂↑

  В цілому електроліз водного розчину NaOH зводиться до електролізу води, проте розчин NaOH має кращу, ніж вода, електролітичну провідність, що й зумовлює його використання.

  ВІДЕО: Добування кисню електролізом води
  
  Переглянути відео

• В результаті реакції перманганату калію з пероксидом водню: 2KMnO₄ + 3H₂O₂ → 3O₂ + 2KOH + 2MnO₂ + 2H₂O

  ВІДЕО: Добування кисню взаємодією гідроген пероксиду та калій перманганату
  
  Переглянути відео

• Розкладання меркурій(II) оксиду (при t = 100 °C): 2HgO → 2Hg + O₂

  ВІДЕО: Добування кисню з меркурій(II) оксиду
  
  Переглянути відео

• На підводних човнах зазвичай одержують реакцією натрій пероксиду і вуглекислого газу, що видихається людиною: 2Na₂O₂ + 2CO₂ → 2Na₂CO₃ + O₂↑

Газоподібний кисень зберігають у стальних балонах. Балони з киснем пофарбовані в синій колір, мають напис чорного кольору.

Балони з киснем.

Літр рідкого кисню, випаровуючись і нагріваючись до 20 °C, утворює приблизно 861 літрів газу. З цієї причини рідкий кисень зберігають у спеціальних посудинах.

Портативний контейнер для перевезення рідкого кисню.

Озон

ПРОМИСЛОВЕ ОДЕРЖАННЯ Озону

У промисловості озон отримують з повітря або кисню в озонаторах дією електричного розряду. Зріджується O₃ легше, ніж O₂, і тому їх можна легко розділити. Озон для озонотерапії в медицині отримують тільки з чистого кисню.

Портативний озонатор повітря	Стаціонарний озонатор повітря
Промислові озонатори повітря

Промисловий озонатор воды

В лабораторії озон можна одержати такими способами:

• Дією тліючого електричного розряду на кисень в спеціальному приладі – озонаторі 3O₂ ————————→  ^{електиричний розряд}  2O₃ Цю реакцію проводять в спеціальних приладах – озонаторах.

  
  Робота озонатора.

  ВІДЕО: ОДЕРЖАННЯ озону з кисню та його виявлення
  
  Переглянути відео

  
  

  Лабораторні озонатори

  При пропусканні струменю чистого і сухого кисню (повітря) через озонатор під дією тихого електричного розряду (електричних розрядів без іскор) деяка частина кисню (максимум 12-15% за обсягом) перетворюється в озон.

  Вологим і запиленим повітрям для цієї мети користуватися не можна, так як під час електричних розрядів в цьому випадку утворюється густий туман, що осідає на електродах і скляних стінках озонатора; в результаті замість тихих розрядів в озонаторі починають проскакувати іскри, і утворюється нітроген(II) оксид; нітроген(II) оксид в присутності кисню окиснюється до нітроген(IV) оксиду, який руйнує електроди.

  Джерелом кисню може бути газометр або кисневий балон; що надходить в озонатор кисень попередньо пропускають через промивну склянку з концентрованою Н₂SO₄.

  Під дією таких електричних розрядів в просторі, зайнятому киснем, утворюються йони і електрони, що викликають при зіткненні з молекулами кисню їх розпад.

  Нижче наводяться описи деяких типів озонаторів.

  Озонатор Верховского складається зі скляної трубки довжиною 40-50 см і діаметром 2 см, закритої з обох сторін парафінованими корковими пробками (гумові руйнуються озоном). Через центр однієї з пробок пропущена прямий залізний дріт, що проходить уздовж осі трубки, і скляної трубки, по якій надходить в озонатор сухий кисень. Через другу трубку пропущена ще одна скляна трубка, що призначена для видалення газу з озонатора; ця ж трубка є опорою для другого кінця залізного дроту, що проходить через озонатор.

  Схема озонатора Верховского

  Озонатор Верховского

  Зовні трубка озонатора повинна бути обмотана залізним або мідним дротом (діаметр спіралі 2-2,5 см); вона може бути також обклеєна олов'яною, алюмінієвою або свинцевою фольгою.

  Кінці внутрішньої дроту і зовнішньої спіралі приєднують до полюсів індукційної котушки (Румкорфа).

  
  Індукційна котушка (Румкорфа).

  Користуватися котушкою дуже високої напруги не рекомендується; котушка повинна бути середньою, що дає іскри довжиною 5-10 см.

  З огляду на високу напругу, при роботі з озонатором необхідно дотримуватися обережності. Струм включають тільки на час, необхідний для отримання озону.

  Живлення електричним струмом проводять за допомогою товстого мідного дроту; щоб уникнути дотику дроту до підтримуючого озонатор штативу провідник повинен бути добре ізольований.

  Озонатор Бертло складається з широкої трубки з з припаяними до неї двома скляними трубками а й b, за якими кисень надходить в прилад і видаляється з нього. До трубки з припаюють або приєднують на шлифе входить в неї більш вузьку трубку d. У трубку d наливають підкислену сірчаною кислотою воду. Один з дротів занурюють у внутрішню трубку d, а другий – в посудину е. Занурюваний в посудину е провід може мати форму прямого стрижня або спіралі.

  
  Схема озонатора Бертло

  При дії приладу через трубку а кисень надходить в озонатор, а через b видаляється з нього.

  Для приладу необхідна індукційна котушка, що дає струм в 0,05 А, напругою 8000-10000 В.

  Озонатор Сіменса. В основу його покладено кульковий скляний водяний холодильник з активною довжиною 50 см.

  
  Схема озонатора Сіменса

  
  Озонатор Сіменса
  Виготовлений: Siemens & Halske, 1865
  (експонат музею університету Інсбрука, Німеччина)

  Після того як один кінець внутрішньої трубки буде закритий гумовою пробкою, заповнюють внутрішню трубку водою, підкисленою сірчаною кислотою, і закривають її також гумовою пробкою, через яку повинна бути пропущена товстий мідний дріт, який підходив до першої кульки. Пробку закривають таким чином, щоб в трубці не залишилося бульбашок повітря.

  Зовнішню трубку холодильника обгортають олов'яною (або алюмінієвою) фольгою, на яку намотують спіраль з чистого мідного дроту. Кінець спіралі і пропущеного у внутрішню трубку мідного дроту з'єднують з індукційною котушкою, що живиться джерелом постійного струму 4-6 А і створює напругу 30000-50000 В.

  За допомогою двох скляних паличок довжиною 25 см і товщиною 8-10 мм, один кінець яких загнутий у вигляді гачка, а інший укріплений в затискачеві штатива, озонатор підвішують в горизонтальному положенні.

  Промивну склянку з'єднують з джерелом кисню і озонатором за допомогою гумових трубок, в які встик повинні бути вставлені скляні трубки. Другу бічну трубку холодильника за допомогою парафінованої коркової пробки з'єднують із зігнутою скляною трубкою, що проходить в декількох сантиметрах від холодильника.

  Випускаються серійні озонатори, в яких сірчана кислота замінена металевою фольгою. Прилад складається зі скляної або фарфорової трубки, обклеєної зовні металевою фольгою; всередині трубки знаходиться закритий порожній металевий циліндр. Іноді застосовують цілі батареї, що складаються з 6-8 з'єднаних послідовно озонаторів. Трубки, по яких проходить озон, роблять із стікого до окиснення матеріалу.

  
  
• Нагріванням амоній персульфату з концентрованою нітратною кіслотою (NH₄)₂S₂O₈ + 2HNO₃ = H₂S₂O₈ + 2NH₄NO₃,
  H₂S₂O₈ + H₂O = 2H₂SO₄ + O,
  4HNO₃ = 4NO₂ + O₂ + 2H₂O,
  O + O₂ = O₃.
• Дією концентрованої сірчаної кислоти на барій пероксид 3H₂SO₄ + 3BaO₂ = 3BaSO₄ + O₃ + 3H₂O.

  ВІДЕО: ОДЕРЖАННЯ озону та його виявлення
  
  Переглянути відео

• Електроліз концентрованих (40%) розчинів хлорної кислоти при температурі нижче -50 °С і зниженому тиску (0,1 атм)
• Електролізом 3 молярного розчину сірчаної кислоти з використанням 9 вольтової батареї, графітового катода, платинового аноду

  Дисоціація:

  2H₂SO₄ ⇄ HSO₄^– + H⁺
  H₂O ⇄ H⁺ + OH^–

  Електоліз:

  На катоді: 2H⁺ + 2ē → H₂
  На аноді: 2HSO₄^– – 2ē → H₂S₂O₈

  Продовження хімічних процесів:

  H₂S₂O₈ + 2H₂O = 2H₂SO₄ + H₂O + O
  O + O₂ = O₃.

Алотропія та ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ.

Оксиген за звичайних умов утворює дві прості речовини: кисень (O₂) та озон (O₃).

Кисень

Кисень — безбарвний газ без запаху і смаку. При температурі –183 °С він скрапляється у рідину голубуватого кольору, яка при –218,7 °С замерзає в синю кристалічну масу. Густина 1,42897 кг/м³ (за н. у.). Кисень підтримує дихання та горіння. У воді розчиняється мало. Його розчинність при 20 °C становить 3,1 см³ на 100 г води. Добре розчиняється в розплавленому сріблі (22 об'єми O₂ в 1 об'ємі Ag при 961 °C).

Під дією електричного розряду випромінює світло.

Світіння кисню під дією електричного розряду.

Кипить при температурі –183 °C. Кисень у рідкому стані — рідина блідо-синього кольору, сильний парамагнетик. Густина рідкого азоту 1,141 г/см³. Через свою кріогенну природу може викликати крихкість матеріалів, які перебувають з ним у контакті.

Кисень у рідкому стані.

ВІДЕО: ОДЕРЖАННЯ КИСНЮ В РІДКОМУ СТАНІ

Переглянути відео

Рідкий кисень парамагнітний:

Цівка рідкого кисню відхиляється магнітним полем, що ілюструє його парамагнитні властивості.

ВІДЕО: Парамагнетизм рідкого кисню

Переглянути відео

При –218,7 °C кисень переходить у твердий стан у вигляді блідо-блакитних кристалів.

Кисень у твердому стані.

ВІДЕО: ОДЕРЖАННЯ КИСНЮ В Твердому СТАНІ

Переглянути відео

Відомо шість кристалічних модифікацій твердого кисню.

1. α-O₂ — існує при температурі нижче 23,65 K; яскраво-сині кристали відносяться до моноклінної сингонії, параметри комірки a = 5,403 Å, b = 3,429 Å, c = 5,086 Å; β = 132,53 °;
2. β-O₂ — існує в інтервалі температур від 23,65 до 43,65 К; блідо-сині кристали (при підвищенні тиску колір переходить в рожевий) мають ромбоедричну ґратку, параметри комірки a = 4,21 Å, α = 46,25 °;
3. γ-O₂ — існує при температурах від 43,65 до 54,21 К; блідо-сині кристали мають кубічну симетрію, з періодоми решітки a = 6,83 Å.

Ще три фази утворюються при високому тиску:

4. δ-O₂ — інтервал температур 20-240 К і тиск 6-8 ГПа, помаранчеві кристали;
5. ε-фаза — містить молекули О₄ або О₈, існує при тиску від 10 і до 96 ГПа, колір кристалів від темно-червоного до чорного, моноклінна сингония;

Кристали твердого червоного кисню в гелії, зняті через мікроскоп.
Автор фото: Серж Дезгреніерз

6. ζ-O₂ — тиск більше 96 ГПа, металічний стан з характерним металічним блиском, при низьких температурах переходить в надпровідний стан.

Озон

Озон – це газ синього кольору з різким специфічним запахом (характеризують як «металічний» або «електричний» запах). При великих концентраціях нагадує запах хлору. Запах відчутний навіть при розведенні 1:100000.

Озон слабко розчинний у воді (розчинність у воді в 10 разів більна ніж у кисню) і добре розчинний в інертних неполярних розчинниках, таких як чотирихлористий вуглець або фторовані вуглеводні, де він утворює розчин блакитного кольору (розчин у фреонах стабільний для перевезення).

Озон, розчинений у дихлорометані.

Цей газ важчий за повітря. Діамагнетик.

Температура кипіння озону -112 °C, температура плавлення — -193 °C.

Рідкий озон — це темно-синя рідина. Дуже нестійка, може детонувати. Він змішується в усіх співвідношеннях з рідкими аргоном, азотом, фтором, метаном, карбон діоксидом, чотирихлористим вуглецем. Змішується з рідким киснем у всіх співвідносинах при температурі вище 93 К, нижче цієї температури розчин розшаровується на дві фази.

Рідкий озон.

Рідкий озон Озон — не прозорий шар на дні, вгорі — синій розчин озону в рідкому кисні

У твердому стані озон чорно-фіолетовий.

Синглетний кисень

Крім досить відомих, так званих аллотропних, модифікацій елементів (для Оксигену це всім відомий озон), існують також вкрай нестабільні молекули, котрі живуть долі секунди і які неможливо отримати у вільному стані.

Один з видів таких молекул це синглетний кисень. Від звичайного він відрізняється розташуванням електронів на зовнішній пі-орбіталі. Синглетний кисень вкрай нестабільний і при кімнатній температурі миттєво перетворюється в звичайний, тому його досить складно виділити у вільному стані. Але з іншого боку, перетворення синглетного кисню в звичайний супроводжується досить інтенсивної люмінесценції і через це виявити присутність таких нестабльних молекул дуже легко.

М'яке червоне свічення синглетного кисню, отриманого взаємодією лужного розчину гідроген пероксиду з газоподібним хлором.

Існує кілька способів отримання синглетного кисню, ми скористаємося одним з найпростіших: пропускання потоку хлору в лужної розчин перекису водню. При цьому відбувається наступна реакція:

Утворений синглетний кисень миттєво перетворюється на звичайний із випромінюванням червоного світла.

ВІДЕО: ОДЕРЖАННЯ Синглетного кисню

Переглянути відео

ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ.

Кисень

Кисень підримує дихання, горіння та гниття.

Кисень потрапляючи в клітину бере участь в процесах окиснення вуглеводів, ліпідів та амінокислот до вуглекислого газу та води. Внаслідок цієї реакції виділяється енергія, яка використовується на потреби організму.

Спрощено процес клітинного диханні можна виразити рівнянням:

В чистому або рідкому кисні все горить інтенсивніше:

ВІДЕО: Горіння сигарети в рідкому кисні

Переглянути відео

Цю властивість використовують при виявленні кисню. Кисень виявляють за сталахуванням тліючої скіпки:

ВІДЕО: Виявлення кисню

Переглянути відео

Сильний окислювач, взаємодіє з простими речовинами усіх елементами, крім гелію, неону, аргону і фтору, утворюючи оксиди. Ступінь окислювання -2. Як правило, реакція окислення протікає з виділенням тепла і прискорюється при підвищенні температури (відбувається горіння).

Кисень реагує безпосередньо (при нормальних умовах, при нагріванні і/або в присутності каталізаторів) з усіма простими речовинами, крім Au і інертних газів (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn); реакції з галогенами відбуваються під впливом електричного розряду або ультрафіолету.

Взаємодія з металами.

Із деякими активними металами кисень реагує з утворенням пероксидів чи надпероксидів.

Натрій взаємодіє з киснем з утворення натрій пероксиду:

ВІДЕО: Горіння натрію в кисні

Переглянути відео

Калій взаємодіє з киснем з утворення натрій надпероксиду:

ВІДЕО: Горіння калію в кисні

Переглянути відео

Із деякими металами кисень реагує за кімнатної температури із утворенням оксидів.

Взаємодія з літієм:

ВІДЕО: Горіння літію в кисні

Переглянути відео

Взаємодія з стронцієм:

ВІДЕО: Горіння стронцію в кисні

Переглянути відео

Більшість металів згоряє в атмосфері кисню з утворенням оксидів.

Взаємодія з магнієм:

ВІДЕО: Горіння магнію в кисні

Переглянути відео

ВІДЕО: Горіння магнію в кисні 2

Переглянути відео

Більшість металів згоряє в атмосфері кисню з утворенням оксидів.

Взаємодія з кальцієм:

ВІДЕО: Горіння кальцію

Переглянути відео

Взаємодія з алюмінієм:

ВІДЕО: Взаємодія алюмінію з киснем повітря

Переглянути відео

ВІДЕО: Горіння алюмінієвої пудри в повітрі

Переглянути відео

ВІДЕО: Горіння алюмінію в кисні

Переглянути відео

Взаємодія з міддю:

ВІДЕО: Взаємодія міді з киснем

Переглянути відео

Взаємодія з залізом:

ВІДЕО: Горіння заліза в кисні

Переглянути відео

Взаємодія з неметалами.

В кисні згоряє водень з утворенням води:

ВІДЕО: Горіння водню на повітрі

Переглянути відео

ВІДЕО: Горіння водню в кисні

Переглянути відео

Суміш водню та кисню у співвідношенні 2:1 називають «гримучим газом». Ця суміш реагує з вибухом.

ВІДЕО: Вибух «гримучого газу» в мильних бульбашках

Переглянути відео

ВІДЕО: Вибух «гримучого газу» в повітряній кульці

Переглянути відео

ВІДЕО: Вибух «гримучого газу» в жестяній банці

Переглянути відео

ВІДЕО: Вибух «гримучого газу» в пластиковій пояшці під дією платини

Переглянути відео

В кисні деревне вугілля горить без полум'я:

ВІДЕО: Горіння вуглецю в кисні

Переглянути відео

З киснем взаємодіє й силіцій, утворюючи оксид SiO₂:

ВІДЕО: Горіння силіцію в кисні

Переглянути відео

Азот з киснем реагує лише при температурі електричної дуги (наприклад в блискавці):

У блискавці відбувається взаємодія азоту з киснем.

В кисні фосфор горить сліпучим полум'ям з утворенням великої кількості диму:

ВІДЕО: Горіння червоного фосфору в кисні

Переглянути відео

ВІДЕО: Горіння білого фосфору в кисні

Переглянути відео

В кисні сірка рорить блакитним полум'ям, утворюючи сульфур(IV) оксид:

ВІДЕО: Горіння сірки в кисні

Переглянути відео

ВІДЕО: Горіння сірки в кисні 2

Переглянути відео

Кисень окиснюэться фтором утворюючи фториди Оксигену:

Дана реакція протікає при пропусканні електричного розряду через еквімолярну суміш кисню та фтору при низьких температурах (–196 °C).

Взаємодія із складними речовинами.

Взаємодіє з оксидами, які містять елементи з не максимальним ступенем окислення:

ВІДЕО: Взаємодія нітроген(II) оксиду з киснем

Переглянути відео

Взаємодіє з деякими оксидами, утворюючи пероксиди:

Окиснює більшість органічних сполук.

Вуглеводні горять у кисні утворюючи карбон(IV) оксид та водяну пару:

ВІДЕО: Горіння парафіну в кисні

Переглянути відео

Етанол також горить у кисні:

ВІДЕО: Горіння етилового спирту в кисні

Переглянути відео

При певних умовах можна провести м'яке окислення органічної сполуки. Наприклад каталітичне окиснення етанолу:

ВІДЕО: Каталітичне окиснення етилового спирту.

Переглянути відео

З кистем реагують також й інші складні речовини, напиклад амоніак (каталітичне окиснення):

ВІДЕО: Каталітичне окиснення амоніаку.

Переглянути відео

При взаємоії кисню з платина(VI) фторидом утворюється диоксигеніл гексафлуороплатинат(V):

Озон

При високих концентраціях відбувається перетворення озону на кисень. Ця реакція відбувається досить швидко із виділенням тепла. При дуже великих концентраціях цей перехід може носити вибуховий характер.

Взаємодія з металами.

Озон окиснює більшість металів (крім золота, платини та іридію) до їх оксидів із найвищим ступенем окиснення металу. Наприклад:

Обробка озоном розчину кальцію в рідкому аміаці призводить до утворення амоній озоніду:

Взаємодія з неметалами.

Озон реагує з воднем з утворенням води і кисню:

Озон реагує з вуглецем при кімнатній температурі з утворенням карбон(IV) оксиду:

Озон не реагує з азотом при кімнатній температурі, але при 295 °C вступає з ним в реакцію:

Озон реагує із сіркою за наявності води:

Обробкою озоном розчину йоду в холодній безводній перхлоратній кислоті може бути отриманий йод(III) перхлорат:

Взаємодія із складними речовинами.

Озон не реагує з амонієвими солями, але реагує з аміаком з утворенням нітрату амонію:

У газовій фазі озон взаємодіє з сірководнем з утворенням сульфур(IV) оксиду:

У водному розчині проходять дві конкуруючі реакції з сірководнем, одна з утворенням елементарної сірки, інша з утворенням сульфатної кислоти:

Озон підвищує ступінь окиснення елемента в оксидах:

Ця реакція супроводжується явищем хемілюмінесценції.

Діоксид азоту може бути окиснений до азотного ангідриду:

Твердий нітроній перхлорат може бути отриманий реакцією газоподібних NO₂, ClO₂ і O₃:

Сульфур(IV) оксид окиснюється озоном у водному розчині до сульфатної кислоти:

Калій супероксид реагує з озоном, утворюючи калій озонід:

Калій озонід можна одержати з калій гідроксиду:

Озон може окиснити кухонну сіль до натрій гіпохлориту при кімнатній температурі:

Озон перетворює токсичні ціаніди в менш небезпечні ціанати:

Всі три атоми Оксигену в озоні можуть реагувати окремо в реакції станум(II) хлориду з хлоридною кислотою і озоном:

Озон реагує з сульфідами з утворенням сульфатів:

Озон окиснює ферум(II) та манган(II) в розчинах їх солей:

Озон може брати участь в реакціях горіння, при цьому температура горіння вища, ніж з киснем. Нижче наводиться реакція горіння ацетилендинітрилу в озоні:

Озон може повністю розкладати сечовину:

Озон реагує з ненасиченими органічними сполуками. Наприклад з алкенами, дієнами та полієнами:

ВІДЕО: Озоноліз 1,10-дифенілдека-1,3,5,7,9-пентаєну.

Переглянути відео

Рівняння реакції озонолізу 1,10-дифенілдека-1,3,5,7,9-пентаєну:

Цей метод був використаний для підтвердження структури натурального каучуку. Це також серйозна проблема, відома як "озонове розтріскування", де сліди газу в атмосфері діють на подвійні зв'язку каучуків, включаючи натуральний каучук, полібутадієн, бутадієн-стирольний і бутадієн-нітрильний каучук. Озонове розтріскування створює невеликі тріщини під прямим кутом до навантаження на поверхнях, які зазнали впливу газу, тріщини неухильно зростають при подальшій дії озону.

Озонове розтріскування трубки із природного каучуку.

ВІДЕО: Демонстрація озонового розтріскування каучуку.

Переглянути відео

При озонолізі алкінів утворюються ангідриди карбонових кислот або дикетони. Якщо реакцію проводять в присутності води, ангідрид гідролізує з утворенням двох карбонових кислот.

Бензен, що умовно має три подвійні зв'язки, утворює інтермедіат із трьома молекулами O₃, котрі розривають зв'язки, а кінцеві атоми C перетворюють на карбонільні групи (альдегідні):

Цю реакцію Гаррієс дослідив у 1904 році.

ВИКОРИСТАННЯ.

Газоподібний кисень

Кисень повітря має надзвичайно важливе значення для процесів горіння. Спалюючи різні види палива, одержують тепло, яке використовують для задоволення найрізноманітніших потреб, в тому числі для перетворення його в механічну і електричну енергію. За участі кисню повітря згоряє паливо на теплоелектростанціях, пальне у двигунах автомобілів, випалюють металічні руди на заводах кольорової металургії.

Широке промислове застосування кисню почалося в середині XX століття, після винаходу турбодетандерів - пристроїв для скраплення і розділення рідкого повітря.

Чистий газоподібний кисень використовують у:

• Зварювання та різання маталів. Чистий кисень з ацетиленом широко використовують для так званого автогенного зварювання стальних труб та інших залізних конструкцій і їх різання. Для цього служить спеціальний пальник, який складається з двох металічних трубок, вставлених одна в одну. У простір між трубками пропускають ацетилен і запалюють, а потім по внутрішній трубці пропускають кисень. Обидва гази, подаються з балонів під тиском. Температура у киснево-ацетиленовому полум'ї — до 2000 °C, при такій температурі плавиться більшість металів.

  Газове (автогенне) зварювання металів.

  Газове (автогенне) різання металів.

• У металургії. При виплавленні чавуну: Вдування в доменну піч збагаченого киснем повітря значно підвищуєтє температуру печі, прискорює процес виплавки чавуну, збільшує продуктивність домни і економить кокс.

  При виплавлянні сталі: Конвертерний спосіб виробництва сталі або переробки штейнов пов'язаний із застосуванням кисню. У багатьох металургійних агрегатах для більш ефективного спалювання палива замість повітря в пальниках використовують киснево-повітряну суміш.

  
  Виплавляння сталі в бессемерівському конвертері, в Янгстауні, штат Огайо, 1941.

• У хімічній промисловості. У хімічній промисловості кисень використовують як реактив-окисник в численних синтезах, наприклад, – окиснення вуглеводнів до оксигеновмісних сполук (спиртів, альдегідів, кислот), амоніаку до оксидів Нітрогену у виробництві азотної кислоти. Внаслідок високих температур, що розвиваються при окисненні, останні часто проводять в режимі горіння.
• У сільському господарстві. У тепличному господарстві, для виготовлення кисневих коктейлів, для збільшення приросту тварин, для збагачення киснем водного середовища в рибництві.

• У харчовій промисловості. У харчовій промисловості кисень зареєстрований в якості харчової добавки E948, як пропеллент і пакувальний газ.

  Входить до складу кисневих коктейлів. Кисневий коктейль представляє собою пінисту речовину, що містить напій (сік, молоко і т.д.), збагачений газоподібним киснем. Напій використовується як частина кисневої терапії.

  
  Кисневий коктейль.

• У медицині. Медичний кисень зберігається в металевих газових балонах високого тиску блакитного кольору різної ємності від 1,2 до 10,0 літрів під тиском до 15 МПа (150 атм) і використовується для збагачення дихальних газових сумішей в наркозній апаратурі, при порушенні дихання, для купірування нападу бронхіальної астми, усунення гіпоксії будь-якого генезу, при декомпресійній хворобі, для лікування патології шлунково-кишкового тракту у вигляді кисневих коктейлів. Великі медичні установи можуть використовувати не стиснений кисень в балонах, а зріджений в посудині Дьюара великої місткості. Для індивідуального застосування медичним киснем з балонів заповнюють спеціальні прогумовані ємності – кисневі подушки. Для подачі кисню або киснево-повітряної суміші одночасно одному або двом постраждалим в польових умовах або в умовах стаціонару застосовуються кисневі інгалятори різних моделей і модифікацій. Перевагою кисневого інгалятора є наявність конденсатора-зволожувача газової суміші, що використовує вологу повітря, що видихається. Для розрахунку залишився в балоні кількості кисню в літрах зазвичай величину тиску в балоні в атмосферах (за манометром редуктора) множать на величину ємності балона в літрах. Наприклад, в балоні місткістю 2 літри манометр показує тиск кисню 100 атм. Обсяг кисню в цьому випадку дорівнює 100 × 2 = 200 літрів.

  Медичний кисневий балон.	Людина, одягнена в просту кисневу маску.
  Сучасна киснева барокамера.	Мобільна барокамера для кисневої терапії.

• Для дихання в безповітряному просторі. Застосування O₂ в якості дихального газу низького тиску в сучасних скафандрах, які оточують тіло свого мешканця стисненим повітрям. Ці пристрої використовують практично чистий кисень, при тиску близько однієї третини від нормального.

  
  Сучасний скафандр із використанням подачі кисню під низьким тиском.

  Аквалангісти і підводники також використовують кисень, але частіше використовують нормальний тиск, і/або суміші кисню і повітря при0 зануренні на невеликі глибини. Більш глибоке занурення вимагає значного розведення О₂ іншими газами, такими як азот або гелій.

  
  Балон для дайвінгу.

  Люди, що підійматються на гори або літають на літаках в яких санон не перебуває під тиском, іноді використовують кисень для дихання. Комерційні літаки мають аварійний запас О₂, який автоматично подається до пасажирів в разі розгерметизації кабіни. Раптова втрата тиску в кабіні активує хімічні генератори кисню над кожним сидінням, в результаті чого кисневі маски падають.

Рідкий кисень

Рідкий кисень використовують:

• Як компонент ракетного палива. Окисником для ракетного палива слугує рідкий кисень, пероксид водню, азотна кислота та інші багаті киснем сполуки. Суміш рідкого кисню і рідкого озону — один з найпотужніших окисників ракетного палива.
• Як комполент вибухівки «Оксиліквіт». Рідкий кисень також активно використовувався при виготовленні вибухівки «Оксиліквіт», але зараз вона майже не використовується через велику кількість інцидентів і нещасних випадків.

оксиліквіт

Озон

Озон використовують:

• В органічноу синтезі. Для одержання органічних сполук, фармачевтичних препаратів.
• Для стерилізації виробів медичного призначення;
• Для озонування розчинів, що застосовуються в медицині (як для внутрішньовенного, так і для контактного застосування);
• Для очищення води і повітря від мікроорганізмів (озонування);
• Для дезінфекції приміщень та одягу;
• Для очистки масел;
• Для відбілювання паперу;
• Для знезараження відходів, що містять ціаніди (відходи виробництва золота та срібла).

Біологічна роль та фізіологічна дія

Кисень.

У природі вільний кисень виробляється під час фотосинтезу. За деякими оцінками, зелені водорості і ціанобактерії в морському середовищі забезпечують близько 70% вільного кисню, виробленого на Землі, а решта виробляється наземними рослинами.

Спрощена рівняння реакції фотосинтезу:

Кисень використовується в мітохондріях для генерації АТФ в процесі окисного фосфорилювання. Реакція аеробного дихання, по суті, протилежна фотосинтезу і спрощено записується:

У хребетних, O₂ дифундує через мембрани в легенях в червониі кров'яні тільця. Гемоглобін зв'язує O₂, змінюючи колір від синьо-червоного до яскраво-червоного (CO₂ вивільняється з іншої частини гемоглобіну через ефект Бора). Інші тварини використовують гемоцианин (молюсків і деяких членистоногих) або гемерітрін (павуки і омарів). Літр крові може розчинити 200 см³ О₂.

Активні форми кисню, такі як супероксид-йон (O^-2) і гідроген пероксид (H₂O₂), є побічними продуктами використання кисню в організмі. Частини імунної системи вищих організмів створюють пероксид, супероксид і синглетний кисень, щоб знищити вторгнення мікробів. Реактивні форми кисню також грають важливу роль в гіперчутливій реакції рослин на патогенні атаки.

Доросла людина в стані спокою вдихає від 1,8 до 2,4 грама кисню в хвилину. Тобто понад 6 мільярдів тонн кисню вдихає людство за рік.

Колообіг Оксигену у природі.

Схематичне представлення проходження Нітрогену через біосферу.
Ключовим елементом циклу є різні види бактерій.

Колообіг Оксигену – біогеохімічний цикл, в ході якого відбувається перенесення кисню між трьома основними резервуарами: атмосферою (повітрям), органічною речовиною біосфери (глобальна сума всіх екосистем), і земною корою. Збій в колообігу кисню в гідросфері може привести до розвитку гіпоксичних зон. Головна рушійна сила Оксигенного циклу – це фотосинтез, який відповідає за стан сучасної атмосфери Землі і життя на землі.

Озон.

Висока окиснююча здатність озону і утворення в багатьох реакціях з його участю вільних радикалів Оксигену визначають його високу токсичність. Вплив озону на організм може призводити до передчасної смерті.

Найбільш небезпечний вплив високих концентрацій озону в повітрі:

• на органи дихання прямим подразненням;
• на холестерин в крові людини з утворенням нерозчинних форм, що призводить до атеросклерозу;
• на органи розмноження у самців всіх видів тварин, в тому числі і людини (вдихання цього газу вбиває чоловічі статеві клітини і перешкоджає їх утворенню). Довге знаходження в середовищі з підвищеною концентрацією цього газу може стати причиною чоловічого безпліддя.

Озон ефективно вбиває цвіль і бактерії.

Озон є токсичним і для рослин:

Зміна забарвлення листка червоної вільхи, викликане підвищеним вмістом озону в повітрі.

Список використаних джерел

СПИСОК ДЖЕРЕЛ.