Глоссарий. Химия
Кислоро́д — элемент главной подгруппы шестой группы, второго периода периодической системы химических элементов, с атомным номером 8. Обозначается символом O (лат. Oxygenium). Кислород — химически активный неметалл, является самым лёгким элементом из группы халькогенов. Простое вещество кислород (CAS-номер: 7782-44-7) при нормальных условиях — газ без цвета, вкуса и запаха, молекула которого состоит из двух атомов кислорода (формула O2), в связи с чем его также называют дикислород. Жидкий кислород имеет светло-голубой цвет, а твёрдый представляет собой кристаллы светло-синего цвета. Существуют и другие аллотропные формы кислорода, например, озон (CAS-номер: 10028-15-6) — при нормальных условиях газ голубого цвета со специфическим запахом, молекула которого состоит из трёх атомов кислорода (формула O3).
История открытия
Официально считается, что кислород был открыт английским химиком Джозефом Пристли 1 августа 1774 года путём разложения оксида ртути в герметично закрытом сосуде (Пристли направлял на это соединение солнечные лучи с помощью мощной линзы). 2HgO (t) → 2Hg + O2↑ Однако Пристли первоначально не понял, что открыл новое простое вещество, он считал, что выделил одну из составных частей воздуха (и назвал этот газ «дефлогистированным воздухом»). О своём открытии Пристли сообщил выдающемуся французскому химику Антуану Лавуазье. В 1775 году А. Лавуазье установил, что кислород является составной частью воздуха, кислот и содержится во многих веществах. Несколькими годами ранее (в 1771 году) кислород получил шведский химик Карл Шееле. Он прокаливал селитру с серной кислотой и затем разлагал получившийся оксид азота. Шееле назвал этот газ «огненным воздухом» и описал своё открытие в изданной в 1777 году книге (именно потому, что книга опубликована позже, чем сообщил о своём открытии Пристли, последний и считается первооткрывателем кислорода). Шееле также сообщил о своём опыте Лавуазье. Важным этапом, который способствовал открытию кислорода, были работы французского химика Петра Байена, который опубликовал работы по окислению ртути и последующему разложению её оксида. Наконец, окончательно разобрался в природе полученного газа А. Лавуазье, воспользовавшийся информацией от Пристли и Шееле. Его работа имела громадное значение, потому что благодаря ей была ниспровергнута господствовавшая в то время и тормозившая развитие химии флогистонная теория. Лавуазье провёл опыт по сжиганию различных веществ и опроверг теорию флогистона, опубликовав результаты по весу сожженных элементов. Вес золы превышал первоначальный вес элемента, что дало Лавуазье право утверждать, что при горении происходит химическая реакция (окисление) вещества, в связи с этим масса исходного вещества увеличивается, что опровергает теорию флогистона. Таким образом, заслугу открытия кислорода фактически делят между собой Пристли, Шееле и Лавуазье.
Происхождение названия
Слово кислород (именовался в начале XIX века ещё «кислотвором») своим появлением в русском языке до какой-то степени обязано М. В. Ломоносову, который ввёл в употребление, наряду с другими неологизмами, слово «кислота»; таким образом слово «кислород», в свою очередь, явилось калькой термина «оксиген» (фр. oxygène), предложенного А. Лавуазье (от др.-греч. ὀξύς — «кислый» и γεννάω — «рождаю»), который переводится как «порождающий кислоту», что связано с первоначальным значением его — «кислота», ранее подразумевавшим окислы, именуемые по современной международной номенклатуре оксидами.
Получение
В настоящее время в промышленности кислород получают из воздуха. Основным промышленным способом получения кислорода, является криогенная ректификация. Также хорошо известны и успешно применяются в промышленности кислородные установки, работающие на основе мембранной технологии. В лабораториях пользуются кислородом промышленного производства, поставляемым в стальных баллонах под давлением около 15 МПа. Небольшие количества кислорода можно получать нагреванием перманганата калия KMnO4: 2KMnO4 → K2MnO4 + MnO2 + O2↑ также используют реакцию каталитического разложения пероксида водорода Н2О2: 2Н2О2 → 2Н2О + О2↑ Катализатором является диоксид марганца (MnO2) или кусочек сырых овощей (в них содержатся ферменты, ускоряющие разложение пероксида водорода). Кислород можно получить каталитическим разложением хлората калия (бертолетовой соли) KClO3: 2KClO3 → 2KCl + 3O2↑ К лабораторным способам получения кислорода относится метод электролиза водных растворов щелочей.
Физические свойства
При нормальных условиях кислород — это газ без цвета, вкуса и запаха. 1 л его имеет массу 1,429 г. Немного тяжелее воздуха. Слабо растворяется в воде (4,9 мл/100г при 0 °C, 2,09 мл/100г при 50 °C) и спирте (2,78 мл/100г при 25 °C). Хорошо растворяется в расплавленном серебре (22 объёма O2 в 1 объёме Ag при 961 °C). Является парамагнетиком. При нагревании газообразного кислорода происходит его обратимая диссоциация на атомы: при 2000 °C — 0,03 %, при 2600 °C — 1 %, 4000 °C — 59 %, 6000 °C — 99,5 %. Жидкий кислород (темп. кипения −182,98 °C) — это бледно-голубая жидкость. Твёрдый кислород (темп. плавления −218,79 °C) — синие кристаллы.
Источник
Глоссарий. Химия
Водоро́д (калька с латинского: лат. Hydrogenium — hydro = «вода», gen = «порождающий»; hydrogenium — «порождающий воду»; обозначается символом H) — первый элемент периодической системы элементов. Широко распространён в природе. Катион (и ядро) самого распространённого изотопа водорода 1 H — протон. Свойства ядра 1 H позволяют широко использовать ЯМР-спектроскопию в анализе органических веществ.
Три изотопа водорода имеют собственные названия: 1 H — протий (Н), 2 H — дейтерий (D) и 3 H — тритий (радиоактивен) (T).
Простое вещество водород — H2 — лёгкий бесцветный газ. В смеси с воздухом или кислородом горюч и взрывоопасен. Нетоксичен. Растворим в этаноле и ряде металлов: железе, никеле, палладии, платине.
История
Выделение горючего газа при взаимодействии кислот и металлов наблюдали в XVI и XVII веках на заре становления химии как науки. Прямо указывал на выделение его и Михаил Васильевич Ломоносов, но уже определённо сознавая, что это не флогистон. Английский физик и химик Генри Кавендиш в 1766 году исследовал этот газ и назвал его «горючим воздухом». При сжигании «горючий воздух» давал воду, но приверженность Кавендиша теории флогистона помешала ему сделать правильные выводы. Французский химик Антуан Лавуазье совместно с инженером Ж. Менье, используя специальные газометры, в 1783 г. осуществил синтез воды, а затем и её анализ, разложив водяной пар раскалённым железом. Таким образом он установил, что «горючий воздух» входит в состав воды и может быть из неё получен.
Происхождение названия
Лавуазье дал водороду название hydrogène (от др.-греч. ὕδωρ — вода и γεννάω — рождаю) — «рождающий воду». Русское наименование «водород» предложил химик М. Ф. Соловьев в 1824 году — по аналогии с «кислородом» М. В. Ломоносова .
Распространённость
Во Вселенной Водород — самый распространённый элемент во Вселенной. На его долю приходится около 92 % всех атомов (8 % составляют атомы гелия, доля всех остальных вместе взятых элементов — менее 0,1 %). Таким образом, водород — основная составная часть звёзд и межзвёздного газа. В условиях звёздных температур (например, температура поверхности Солнца
6000 °C) водород существует в виде плазмы, в межзвёздном пространстве этот элемент существует в виде отдельных молекул, атомов и ионов и может образовывать молекулярные облака, значительно различающиеся по размерам, плотности и температуре. Земная кора и живые организмы Массовая доля водорода в земной коре составляет 1 % — это десятый по распространённости элемент. Однако его роль в природе определяется не массой, а числом атомов, доля которых среди остальных элементов составляет 17 % (второе место после кислорода, доля атомов которого равна
52 %). Поэтому значение водорода в химических процессах, происходящих на Земле, почти так же велико, как и кислорода. В отличие от кислорода, существующего на Земле и в связанном, и в свободном состояниях, практически весь водород на Земле находится в виде соединений; лишь в очень незначительном количестве водород в виде простого вещества содержится в атмосфере (0,00005 % по объёму). Водород входит в состав практически всех органических веществ и присутствует во всех живых клетках. В живых клетках по числу атомов на водород приходится почти 50 %.
Получение
Промышленные способы получения простых веществ зависят от того, в каком виде соответствующий элемент находится в природе, то есть что может быть сырьём для его получения. Так, кислород, имеющийся в свободном состоянии, получают физическим способом — выделением из жидкого воздуха. Водород же практически весь находится в виде соединений, поэтому для его получения применяют химические методы. В частности, могут быть использованы реакции разложения. Одним из способов получения водорода служит реакция разложения воды электрическим током. Основной промышленный способ получения водорода — реакция с водой метана, который входит в состав природного газа. Она проводится при высокой температуре: СН4 + 2Н2O = CO2↑ + 4Н2 −165 кДж Один из лабораторных способов получения водорода, который иногда применяется и в промышленности, — разложение воды электротоком. Обычно в лаборатории водород получают взаимодействием цинка с соляной кислотой.
Источник
История открытия кислорода
Официально считается, что кислород был открыт английским химиком Джозефом Пристли 1 августа 1774 года путём разложения оксида ртути в герметично закрытом сосуде (Пристли направлял на это соединение солнечные лучи с помощью мощной линзы).
Однако Пристли первоначально не понял, что открыл новое простое вещество, он считал, что выделил одну из составных частей воздуха (и назвал этот газ «дефлогистированным воздухом»). О своём открытии Пристли сообщил выдающемуся французскому химику Антуану Лавуазье. В 1775 году А. Лавуазье установил, что кислород является составной частью воздуха, кислот и содержится во многих веществах.
Несколькими годами ранее (в 1771 году) кислород получил шведский химик Карл Шееле. Он прокаливал селитру с серной кислотой и затем разлагал получившийся оксид азота. Шееле назвал этот газ «огненным воздухом» и описал своё открытие в изданной в 1777 году книге (именно потому, что книга опубликована позже, чем сообщил о своём открытии Пристли, последний и считается первооткрывателем кислорода). Шееле также сообщил о своём опыте Лавуазье.
Важным этапом, который способствовал открытию кислорода, были работы французского химика Пьера Байена, который опубликовал работы по окислению ртути и последующему разложению её оксида.
Наконец, окончательно разобрался в природе полученного газа А. Лавуазье, воспользовавшийся информацией от Пристли и Шееле. Его работа имела громадное значение, потому что благодаря ей была ниспровергнута господствовавшая в то время и тормозившая развитие химии флогистонная теория. Лавуазье провёл опыт по сжиганию различных веществ и опроверг теорию флогистона, опубликовав результаты по весу сожженных элементов. Вес золы превышал первоначальный вес элемента, что дало Лавуазье право утверждать, что при горении происходит химическая реакция (окисление) вещества, в связи с этим масса исходного вещества увеличивается, что опровергает теорию флогистона.
Слово кислород (именовался в начале XIX века ещё «кислотвором») своим появлением в русском языке до какой-то степени обязано М. В. Ломоносову, который ввёл в употребление, наряду с другими неологизмами, слово «кислота»; таким образом слово «кислород», в свою очередь, явилось калькой термина «оксиген» (фр. oxygène), предложенного А. Лавуазье (от др.-греч. ὀξύς — «кислый» и γεννάω — «рождаю»), который переводится как «порождающий кислоту», что связано с первоначальным значением его — «кислота», ранее подразумевавшим вещества, именуемые по современной международной номенклатуре оксидами.
Нахождение в природе
Кислород — самый распространённый на Земле элемент, на его долю (в составе различных соединений, главным образом силикатов) приходится около 47 % массы твёрдой земной коры. Морские и пресные воды содержат огромное количество связанного кислорода — 85,82 % (по массе). Более 1500 соединений земной коры в своём составе содержат кислород.
В атмосфере содержание свободного кислорода составляет 20,95 % по объёму и 23,10 % по массе (около 1015 тонн). Однако до появления первых фотосинтезирующих архей 3,5 млрд лет назад в атмосфере его практически не было. Свободный кислород в больших количествах начал появляться в палеопротерозое (3-2,3 млрд лет назад) в результате глобального изменения состава атмосферы (кислородной катастрофы). Первый миллиард лет практически весь кислород поглощался растворенным в океанах железом и формировал залежи джеспилита. 3-2,7 млрд лет назад он начал выделяться в атмосферу и 1,7 млрд лет назад достиг 10 % от нынешнего уровня.
Наличие большого количества растворенного и свободного кислорода в океанах и атмосфере привело к вымиранию большинства анаэробных организмов. Тем не менее, клеточное дыхание с помощью кислорода позволило аэробным организмам производить гораздо больше АТФ, чем анаэробным, сделав их доминирующими.
С начала кембрия 540 млн лет назад, содержание кислорода колебалось от 15% до 30% по объему. К концу каменноугольного периода (около 300 миллионов лет назад) его уровень достиг максимума в 35% по объему, который, возможно, способствовал большому размеру насекомых и земноводных в это время. Деятельность человека, в том числе при сжигании 7000000000 тонн ископаемого топлива ежегодно, очень мало влияет на количество свободного кислорода в атмосфере. При нынешних темпах фотосинтеза понадобится около 2000 лет, чтобы восстановить весь кислород в атмосфере.
Кислород входит в состав многих органических веществ и присутствует во всех живых клетках. По числу атомов в живых клетках он составляет около 25 %, по массовой доле — около 65 %.
Источник
Водород — самый легкий газ
Об элементе
Водоро́д — первый элемент периодической системы элементов; обозначается символом H. Название представляет собой кальку с латинского: лат. Hydrogenium (от др.-греч. ὕδωρ — «вода» и γεννάω — «рождаю») — «порождающий воду». Широко распространён в природе.
Три изотопа водорода имеют собственные названия: 1H — протий (Н), 2H — дейтерий (D) и 3H — тритий (радиоактивен) (T).
Простое вещество водород — H2 — лёгкий бесцветный газ. В смеси с воздухом или кислородом горюч и взрывоопасен. Нетоксичен. Растворим в этаноле и ряде металлов: железе, никеле, палладии, титане, платине.
Выделение горючего газа при взаимодействии кислот и металлов наблюдали в XVI и XVII веках на заре становления химии как науки. Прямо указывал на выделение его и Михаил Васильевич Ломоносов, но уже определённо сознавая, что это не флогистон. Английский физик и химик Генри Кавендиш в 1766 годуисследовал этот газ и назвал его «горючим воздухом». При сжигании «горючий воздух» давал воду, но приверженность Кавендиша теории флогистона помешала ему сделать правильные выводы. Французский химик Антуан Лавуазье совместно с инженером Жаном Мёнье, используя специальные газометры, в 1783 г. осуществил синтез воды, а затем и её анализ, разложив водяной пар раскалённым железом. Таким образом, он установил, что «горючий воздух» входит в состав воды и может быть из неё получен.
А. Л. Лавуазье дал водороду название hydrogène (от др.-греч. ὕδωρ — «вода» и γεννάω — «рождаю») — «рождающий воду».
В 1801 году последователь А. Л. Лавуазье академик В. М. Севергин называл его «водотворное вещество», он писал :
Русское наименование «водород» предложил химик М. Ф. Соловьев в 1824 году — по аналогии с «кислородом» М. В. Ломоносова.
Физические свойства
Водород — самый лёгкий газ, он легче воздуха в 14,5 раз. Поэтому, например, мыльные пузыри, наполненные водородом, на воздухе стремятся вверх . Чем меньше масса молекул, тем выше их скорость при одной и той же температуре. Как самые лёгкие, молекулы водорода движутся быстрее молекул любого другого газа и тем самым быстрее могут передавать теплоту от одного тела к другому. Отсюда следует, что водород обладает самой высокой теплопроводностью среди газообразных веществ. Его теплопроводность примерно в семь раз выше теплопроводности воздуха.
Молекула водорода двухатомна — Н2. При нормальных условиях — это газ без цвета, запаха и вкуса. Плотность 0,08987 г/л (н. у.), температура кипения −252,76 °C, удельная теплота сгорания 120,9·10 6 Дж/кг, малорастворим в воде — 18,8 мл/л.
Химические свойства
Молекулы водорода достаточно прочны, и для того, чтобы водород мог вступить в реакцию, должна быть затрачена большая энергия.
Поэтому при обычных температурах водород реагирует только с очень активными металлами, например, с кальцием, образуя гидрид кальция:
и с единственным неметаллом — фтором, образуя фтороводород:
С большинством же металлов и неметаллов водород реагирует при повышенной температуре или при другом воздействии, например, при освещении.
Он может «отнимать» кислород от некоторых оксидов.
Записанное уравнение отражает восстановительные свойства водорода.
С галогенами образует галогеноводороды: реакция протекает со взрывом в темноте и при любой температуре, реакция протекает со взрывом, только на свету.
С сажей взаимодействует при сильном нагревании.
Стихи про водород
Водород — хоть и простой,
Но нам всем он нужен.
Хоть и весом он «пустой»,
Но с другими дружен.
Во Вселенной он везде:
Солнце, газы, звезды;
А в межзвездном веществе,
Его еще больше.
Сам бесцветен этот газ.
Не имеет вкуса.
За открыв его — наказ,
Ибо будет худо.
Он основа всех кислот.
Гидроксидов тоже.
Всех гидридов и солей.
Он чудесен просто.
Подожги же в кислороде —
Будет взрыв серьезный.
Но на этот случай он
Предлагает воду.
Он имеет изотопы,
Названные просто:
Протий, дейтерий и тритий,
Это не так сложно.
Брось металл же в кислоту —
Будет водород вам.
Но тогда металлу должно
Водорода быть сильней.
В заключении своем
Я хочу сказать вам:
Не играйте вы с огнем,
А попейте воду.
Водород — основа мира. Космос, звездный небосвод,
На три четверти по массе составляет водород.
В недрах Солнца «выгорая», нам тепло и свет дает,
НО Земля, хотя и рядом, а состав совсем не тот.
При создании планеты испарился легкий газ.
В атмосфере с литосферой лишь один процент сейчас.
По теориям различным даже этот водород,
Не от первых дней остался — Солнце нам, по дружбе, шлет.
Газ от солнечной короны ветром солнечным летит,
Как магнитная ловушка на пути Земля стоит.
С кислородом в связь вступая, с неба капает дождем,
Невозможно перечислить, где найдем его потом.
Он в бензине, и в ракете, он во всем живом на свете,
В щелочах, ГИДРИДАХ разных, часть рабочая кислот,
Школьник, парта, бутерброд — все содержит водород!
Без него как без воды — ни туды и не сюды.
Несмотря на роль в природе и огромнейший запас
(На Земле в десятку входит) не давался в руки газ.
Но наука начинала свой стремительный полет —
ПАРАЦЕЛЬС одним из первых получает водород.
РОБЕРТ БОЙЛЬ и ДЖОЗЕФ ПРИСТЛИ, АНТУАН ЛАВУАЗЬЕ,
ГЕНРИ КАВЕНДИШ трудились над проблемой о воде.
Газ получен и изучен. Время дела настает —
ШАРЛЬ, построив шар воздушный, отправляется в полет.
На земле, горя в горелках, наивысший жар дает,
В домнах, вместо углерода, отнимает кислород.
На заводах газ гремучий стал взрывчатку вытеснять,
ЗОНД-ШАРАМ, узнать погоду, легче газа не создать.
В производстве маргарина, лаков, красок и кислот,
Удобрений и варенья — всюду нужен водород.
У воды есть брат активный. Взяв «с запасом» кислород
ПЕРОКСИД, как окислитель, в быт пришел и на завод.
Производство полимеров, ткань, картину осветлит,
В медицине и в консервах всех микробов победит.
Разлагаясь, пар горячий для турбины создает
Плюс избыток кислорода здесь же топливо сожжет.
У подводных лодок скорость под водою возрастет,
Для торпеды, для ракеты пар дает и кислород.
Где же взять так много газа — не в вулкан же залезать?
И решили газ природный вместе с паром нагревать.
Углекислый газ получим и впридачу — водород,
Заморозив, смесь разделим. Газы шлем к тому, кто ждет.
Над железом раскаленным можно воду пропустить,
В кислоту металл насыпать, электролиз применить…
В каждом способе есть плюсы, но и минусов набор —
Под конкретную задачу ищем способ до сих пор.
Будь предельно осторожен, если рядом водород.
Атом маленький, подвижный сквозь любую щель пройдет.
Придает металлам хрупкость, через платину пройдет,
Накопилось пять процентов, вспыхнет или все взорвет.
Водорода вес «РАСЧЕТНЫЙ» с весом в «ЖИЗНИ» не совпал
Весь ученый мир причину расхождения искал.
Вскоре был открыт ДЕЙТЕРИЙ — вроде тот же водород
Но в два раза тяжелее — он нейтрон в ядре несет.
Изотопов в мире много. Здесь идет на сотни счет,
Но вот вдвое тяжелее — это только водород!
Много в ядерной науке смог дейтерий уточнить,
Он и в жизни постоянно может пользу приносить.
Следом ТРИТИЙ открывает — он в три раза тяжелей
Но найти его в природе в миллиарды раз трудней.
Современную науку невозможно запугать —
Раньше воду испаряли, можем ЛИТИЙ расщеплять….
Ускорителем ПРОТОНОВ / это тот же водород /
Современная наука новый атом создает.
Ей бы тут остановиться, а она идет, идет….
Вот уже взрывает бомбу озверевший водород.
Правда, есть и цель благая — эту бомбу усмирить-
Термоядерный реактор, как на солнце, запустить.
Больше угля, нефти, газа сохранилось бы у нас
Никогда уже Природа не создаст такой запас.
Но труднее нет задачи! Смесь дейтерий-тритий сжать,
Разогреть, как в недрах солнца, и секунду удержать.
Нагревать давно умеем, помогает лазер сжать
Но лишь сотые секунды можем ПЛАЗМУ удержать.
За полвека полдороги прошагали — не пустяк,
Здесь важнее нет задачи, чем Российский ТОКОМАК!
Что еще нам даст наука? Где применит водород?
Подожди. А если сможешь — сделай новый шаг вперед!
Водород — бензин вселенной,
Очень необыкновенный.
Он горит на солнце ярко
Все сжигая до огарка.
Но добавьте кислорода
И изменится природа.
Станет он тогда водой
Чистой, свежей, ледяной.
Жил на свете водород,
Славился он всюду.
Водород, ой, водород,
Говорили люди.
Водород такой крутой!
Он бывает в разных видах.
С малой массой, небольшой,
Первый, в элементах.
Добывают водород
Там где нет больших забот
Под большой температурой,
Из среды огромной, бурной
то, что пьют все существа,
называется — вода.
Водород — он легкий газ
с маленькой он массой
окисляется лишь раз,
для него и символ Н
И бесцветен, как алмаз.
Вот какой уж водород,
Часью сыпят в огород,
В виде мелких удобрений,
распыляют средь расстений.
Жил на свете водород,
Говорил о нем народ.
Загордился водород,
Сразу видно, наш народ.
Я – важнейший элемент,
Без меня и Солнца нет.
Я – без запаха и цвета,
Легче газа в мире нету.
Я вхожу в состав воды,
Нефти, всяческой еды.
На планете я пришелец,
Космос – вот где я умелец.
Я – источник света звезд,
Жизнь на Землю я принес,
И в таблице элементов,
Попрошу заметить, первый!
Не шутите с Водородом!
Он горит, рождая воду,
В смеси с Кислородом-братом
Он взрывается, ребята!
Вам скажу на всякий случай –
Эту смесь зовут гремучей.
А еще хочу сейчас
Объяснить я всем ребятам:
Водород – легчайший газ,
У него мельчайший атом.
Водород на первом месте
В Менделеевской системе.
Это очень много чести –
Находиться перед всеми.
Может Водород гордиться
Положением в таблице!
Источник
