Referat_rasskazova

Департамент образования администрации Владимирской области
Муниципальное общеобразовательное учреждение
«Средняя общеобразовательная школа №6»
«Кислород – самый распространенный элемент на Земле»
Подготовила ученица 8 класса «Б»
Рассказова Мария
руководитель – учитель химии
Корнышова Светлана Станиславовна
2010-2011 гг
Содержание:
Введение --------------------------------------------------------------3
Цели и задачи---------------------------------------------------------4
Глава I.
История открытия--------------------------------------------------5
Глава II.
Физические свойства ----------------------------------------------9
Глава III.
Химические свойства ----------------------------------------------10
Глава IV.
Значение кислорода в жизни людей-------------------------12
Глава V
Несколько интересных фактов--------------------------------16
Глава VI
Исследовательская работа-------------------------------------17
Заключение---------------------------------------------------------19
Список литературы------------------------------------------------20
2
Введение
Какой из элементов таблицы Д.И. Менделеева занимает одно из главных
мест в жизни любого живого существа? Это – кислород.
Тема моего реферата показалось мне интересной, ведь именно кислород, как
никакой другой элемент таблицы Д.И. Менделеева важен для нас. Без
кислорода жизнь на Земле была бы невозможна. Кислород – самый
распространенный химический элемент на Земле. Он входит в состав
литосферы, гидросферы, живых организмов. Кислород в биохимических и
физиологических процессах, особенно в дыхании очень важен. За
исключением некоторых микроорганизмов-анаэробов, все животные и
растения получают необходимую для жизнедеятельности энергию за счет
биологического окисления различных веществ с помощью Кислорода.
Кислород - химический элемент с атомным номером 8, атомная масса
15,9994. В периодической системе элементов Менделеева кислород
расположен во втором периоде в группе VIA.
Природный кислород состоит из смеси трех стабильных нуклидов. В
соединениях проявляет степень окисления -2 (валентность II) и, реже, -1
(валентность I). По шкале Полинга электроотрицательность кислорода 3,5
(второе место среди неметаллов после фтора).
Особенности строения молекулы О2: атмосферный кислород состоит из
двухатомных молекул. Молекулярный кислород (газообразный и жидкий) парамагнитное вещество, в каждой молекуле О2 имеется по 2 неспаренных
электрона.
Кислород - самый распространенный химический элемент на Земле.
Связанный Кислород составляет около 6/7 массы водной оболочки Земли гидросферы (85,82% по массе), почти половину литосферы (47% по массе), и
только в атмосфере, где Кислород находится в свободном состоянии, он
занимает второе место (23,15% по массе) после азота.
3
Цели и задачи
Целью моего реферата стало изучение особенностей данного элемента
(кислорода), как макроэлемента планеты Земля.
Также я определила несколько задач для своего реферата, каждой из этих
задач посвящена своя глава.
 История открытия
 Физические свойства
 Химические свойства
 Значение соединений данного элемента
 Исследовательская работа
4
Глава I
Удивительная история открытия кислорода.
Есть три ученых, претендующих на открытие этого важнейшего элемента.
Вот имена этих трех мужчин:
- химик из Швеции Карл Вильгьем Шееле
-священник из Англии Джозеф Пристли
- химик из Франции Антуан Лавуазье
Карл Вильгьем Шееле
Первым претендентом, получившим относительно чистую
пробу кислорода, был шведский аптекарь Карл Вильгельм
Шееле, его работы охватывают всю химию: учение о газах,
химический анализ, химию минералов, органическую химию.
Шведский химик оказался автором стольких открытий, что их
хватило бы на целый десяток ученых, и многие из этих
открытий относились к получению и очистке кислот.
Наиболее значительный труд Карла Вильгельма Шееле Химический трактат о воздухе и огне. Эта книга содержит
результаты его многочисленных экспериментов по исследованию газов и
процессов горения. Из Трактата видно, что Шееле - независимо от двух его
конкурентов из Англии и Франции за два года до них открыл кислород и подробно описал его свойства. При этом
кислород был получен им многими способами:
- прокаливанием оксида ртути
- нагреванием карбоната ртути и карбоната серебра и
другими способами.
5
Шееле был первым человеком, получившим кислород.
Как же произошло открытие кислорода? Шееле начал изучать природу огня,
и ему скоро пришлось задуматься над тем, какое участие принимает в
горении воздух. Он уже знал, что сто лет назад Роберт Бойль и другие
учёные доказали, что свеча, уголь и всякое другое горючее тело могут гореть
только там, где есть достаточно много воздуха.
Воздух тогда считали элементом - однородным веществом, которое
никакими силами нельзя расщепить на еще более простые составные части.
Раньше и Шееле так думал, но скоро он поменял свое мнение после того, как
стал проводить опыты с различными химическими веществами в сосудах без
поступления воздуха.
Ученый всячески пытался сжечь хоть что-нибудь в закрытых сосудах. И
вскоре Шееле заметил очень интересное явление, пятая часть воздуха
пропадала и его место заполняла вода.
Так химик - аптекарь понял, что воздух вовсе неоднороден.
Карл начал проводить опыты и стал получать газ, поддерживающий горение,
так Шееле стал первым человеком, открывшим кислород. Но почему-то
опубликовал Карл свои выводы позже, чем это сделал английский священник
Джозеф Пристли, именно по этой причине многие считают, что он не был
первооткрывателем кислорода.
6
Джозеф Пристли
Вторым официально признанным претендентом на лавры первооткрывателя
кислорода является английский священник и химик Джозеф Пристли.
1 августа 1774 г. Джозеф наблюдал выделение нового воздуха при
нагревании с помощью линзы без доступа воздуха ртутной окалины,
находящейся под стеклянным колпаком. На современном химическом языке
это вещество называется оксидом ртути, а уравнение его разложения при
нагревании выглядит следующим образом:
2 HgO = 2 Hg + O2 (оксид ртути = нагревание ртути + кислород)
То, что получал ученый, тот выводил в колбу с ртутью, так как при первых
своих исследованиях понял, что вода слишком хорошо растворяет газы. В
собранный газ Пристли из любопытства внёс тлеющую свечу, и она
вспыхнула необыкновенно ярко. К сожалению и Пристли не смог описать
суть процесса горения.
Через два месяца после получения кислорода Пристли, приехав в Париж,
сообщил о своем открытии Лавуазье. Антуан же, тотчас понял большое
значение открытия английского священника Пристли и использовал его при
создании наиболее общей кислородной теории горения
Люди не хотели признавать первооткрывателя и в Пристли. Ведь та проба
газа, которую получил этот ученый, не была чистой.
7
Антуан Лавуазье
Третий официальный претендент на открытие
кислорода - французский химик Антуан Лавуазье.
Из своих опытов и опытов его предшественников
француз уже знал, что с горючими веществами
связывается всего лишь одна пятая часть воздуха,
но почему это происходит Лавуазье никак понять
не мог. И только после того, как Пристли «открыл» кислород, у Лавуазье
появились догадки. Лавуазье заключил, что атмосферный воздух состоит из
смеси жизненного кислорода) и удушливого (азота) воздуха и объяснил
процесс горения соединением веществ с кислородом.
В начале 1775 г. Лавуазье сообщил, что газ, получаемый после нагревания
красной окиси ртути, представляет собой вовсе не измененный воздух, но он
оказывается более чистым и пригодным для дыхания. Вскоре Лавуазье
понял, что кислород - это один из составляющих атмосферы газов.
Так Лавуазье стали считать тем первооткрывателем кислорода, а вовсе
не его соперников Шееле и Пристли. Эти два ученых всего лишь
выделили новый газ, не понимая, что получили и держали в руках, ученые
даже не знали, что за элемент они описывали. И лишь только Лавуазье
объяснил процессы дыхания и горения, как взаимодействие веществ с
окислителем - кислородом.
Исследования Антуана Лавуазье сыграли выдающуюся роль в развитии
химии XVIII века. Речь идет, прежде всего, о создании
им научной теории горения.
То, о чем писал Лавуазье в своих статьях, начиная
с 1777 г., было кислородной теорией горения. Газ,
образовавшийся в результате разложения
«ртутной окалины», проявлял противоположные
азоту свойства — поддерживал дыхание и
горение. Поэтому Лавуазье назвал его
«жизненный». Позднее это название он заменил
латинским словом «оксигенум», заимствованным
из греческого языка, где слово «оксюс» означает
кислый, а «геннао» — рождаю, произвожу
(рождающий кислоту). На русский язык название
элемента переведено буквально — «кислород».
8
Глава II
Физические свойства
У кислорода есть несколько агрегатных состояний.
В нормальных условия кислород представляет собой газ без цвета, вкуса и
запаха. Один литр кислорода имеет массу около 1,429 г, тем самым
является немного тяжелее кислорода. 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). Лучше
всего растворяется в расплавленном серебре (22 объёма O2 в 1 объёме Ag
при 961 °C).
Имеет свойство намагничиваться во внешнем магнитном поле, относится к
слабомагнитным веществам, его магнитная проницаемость не сильно
отличается от единицы.
Если нагреть газообразный кислород, тот распадается на атомы: при 2000 °C
это составляет около 0,03 %, при 2600 °C — 1 %, при 4000 °C — 59 %, а при
6000 °C — 99,5 %.
Еще кислород может принимать непривычное для нас состояние - жидкое,
он представляет собой светло – голубую жидкость.Жидкий кислород
обладает удельной плотностью 1,141 г/см³, может вызывать хрупкость
материалов, с которыми соприкасается.
Температура кипения жидкого кислорода составляет около -183 °C.
И последнее агрегатное состояние кислорода – твердое. Он собою
представляет кристаллы синего цвета. Известны шесть кристаллических фаз,
из которых три существуют при давлении в 1 атмосфер и еще три фазы
образуются при высоком давлении.
Температура плавления твердого кислорода составляет −218,79 °C.
Обычный атмосферный кислород состоит из смеси трех изотопов:
16О(99,7%), 17О(0,01%), 18О(0,2%).
Кислород также может разлагаться и поддерживать горение.
Кислород входит в состав почти всех окружающих нас веществ. Так,
например, вода, песок, многие горные породы и минералы, составляющие
земную кору, содержат кислород.
9
Глава III
Химические свойства
Кислород – это очень сильный окислитель, взаимодействует со всеми
химическими элементами, кроме золота и платины. Образует оксиды.
Степень окисления кислорода равна -2. Реакция окисления происходит с
выделением тепла, при повышении температуры реакции окисления
ускоряется. Кислород образует пероксиды со степенью окисления −1.
Существуют органические фторсодержащие жидкости (например,
перфторбутилтетрагидрофуран), в которых растворимость кислорода
значительно более высокая.
Высокая прочность химической связи между атомами в молекуле О2
приводит к тому, что при комнатной температуре газообразный кислород
химически малоактивен.
При нагревании химическая активность кислорода резко возрастает. При
поджигании он реагирует с водородом, метаном и другими горючими газами,
а также с большим числом простых и сложных веществ.
Взаимодействие кислорода с азотом начинается лишь при 1200°С или в
электрическом разряде.
С фосфором кислород активно реагирует при температуре 60°С.
Кислород окисляет:
 соединения, которые содержат элементы с не максимальной
степенью окисления
 большинство органических соединений
 окисление органического соединения (только при определенных
условиях)
Кислород не окисляет:
 золото (Au)
 платину (Pt)
 галогены (химические элементы главной подгруппы VII группы)
10
 инертные газы (химические элементы главной подгруппы VIII группы ,
у которых s- и p- оболочки полностью заполнены)
 С неметаллами кислород реагирует, как правило, при нагревании.
Кислород не реагирует с:
 гелием
 неоном
 аргоном
Уравнения реакции:
Неметаллы
 C + O2  CO2
 S + O2  SO2
 2H2 + O2  2H2O
Металлы
 2Mg + O2  2MgO
Сложные вещества
 4FeS2 + 11O2  2Fe2O3 + 8SO2
 2H2S + 3O2  2SO2 + 2H2O
 CH4 + 2O2  CO2 + 2H2O
11

Глава IV
Значение кислорода в жизни людей
Биологическая роль кислорода
Кислород — самый распространенный на Земле элемент, на его долю
приходится около 47,4% массы твердой земной коры. Воды мирового океана
содержат огромное количество кислорода — 88,8%, в атмосфере же
находится около 20,95 % кислорода. Именно этот элемент таблицы Д.И.
Менделеева вступает в реакцию со всеми элементами, кроме гелия, неона и
аргона.
Кислород в атмосфере Земли появился в результате деятельности первичных
фотосинтезирующих организмов, существовавших около 2,8 млрд. лет назад.
Многие ученые считают, что 2 млрд. лет назад атмосфера уже содержала
около 1% кислорода; постепенно из восстановительной она превращалась в
окислительную и примерно 400 млн. лет назад приобрела современный
состав. Наличие в атмосфере кислорода определило характер биологической
эволюции. Аэробный (с участием О2) обмен веществ возник позже
анаэробного (без участия О2), но именно реакции биологического окисления,
более эффективные, чем древние энергетические процессы брожения,
снабжают живые организмы большей частью необходимой им энергии.
Исключение составляют, некоторые паразиты, для которых кислород
является ядом.
Кислород — основной биогенный элемент, входящий в состав молекул всех
важнейших веществ, обеспечивающих структуру и функции клеток—
белков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов, а также множества
низкомолекулярных соединений.
В каждом растении или животном кислорода гораздо больше, чем любого
другого элемента (в среднем около 70%). Мышечная ткань человека
содержит 16% кислорода, костная ткань — 28.5%; всего в организме
среднего человека (масса тела 70 кг) содержится 43 кг кислорода.
В организм животных и человека кислород поступает в основном через
органы дыхания и с водой. Потребность организма в кислороде определяется
12
уровнем обмена веществ, который зависит от массы и поверхности тела,
возраста, пола, характера питания.
13
Применение кислорода в медицине
Небольшие количества кислорода используют в медицине: кислородом дают
некоторое время дышать больным, у которых затруднено дыхание. Нужно,
однако, иметь в виду, что длительное вдыхание воздуха, обогащенного
кислородом, опасно для здоровья человека. Высокие концентрации
кислорода вызывают в тканях образование свободных радикалов,
нарушающих структуру и функции биополимеров. Сходным действием на
организм обладают и ионизирующие излучения. Поэтому понижение
содержания кислорода, называемое в медицине гипоксией, в тканях и
клетках при облучении организма ионизирующей радиацией обладает
защитным действием — так называемый кислородный эффект. Этот эффект
используют в лучевой терапии: повышая содержание кислорода в опухоли и
понижая его содержание в окружающих тканях усиливают лучевое
поражение опухолевых клеток и уменьшают повреждение здоровых. При
некоторых заболеваниях применяют насыщение организма кислородом под
повышенным давлением, этот метод называется гипербарическая
оксигенация.
Использование кислорода в нашей жизни
Жидкий кислород применяют в ракетных двигателях.
14
Применение кислорода:
1 – в медицине;
2 – на взрывных работах;
3 – для сварки металлов;
4 – для резки металлов;
5 – в авиации для дыхания;
6 – в авиации для двигателей;
7 – в металлургии.
15
Получение кислорода
В природе кислород выделяется в результате фотосинтеза, благодаря чему
масса кислорода в воздухе постоянно пополняется.
В лабораториях кислород получают с помощью такого процесса, как
разложение.
В больших количествах кислород можно также получить из пероксида
(перекиси) водорода Н2О2, также в ходе разложения.
В XIX веке возможности получения кислорода были ограничены, и его
получали только в лабораториях. Здесь его удобнее получать из его
соединений с другими элементами. Чаще всего это делают нагреванием
таких веществ, как перманганат калия (марганцовка), хлорат калия
(бертолетова соль), нитрат калия (селитра).
Концентраторы кислорода отделяют кислород из сжатого воздуха
посредством уникального процесса поглощения переменного давления Этот
процесс использует молекулярное сито, которое при высоком давлении
притягивает азот и примеси, содержащиеся в воздухе.
16
Глава V
Несколько интересных фактов о кислороде
Джозеф Пристли, считал, что кислород в воде не
растворяется. К счастью, это не так. Иначе рыбы не
могли бы жить в воде. Характерно, что для разных
пород рыб нужно разное количество кислорода.
Наименее требователен карась, который спокойно
живёт в заросших прудах, где почти весь
растворенный в воде кислород расходуется на
окисление органических веществ. Из прудовых рыб
самый привередливый в этом смысле — карп. Ему
нужно, чтобы концентрация кислорода в воде была
не меньше 4 мг/л. Ещё больше кислорода требуется
рыбам, обитающим в реках, например форели.
Знаете ли вы, что:
1) ...человеческий организм средней массы содержит около 45 кг кислорода,
т.е. примерно 65%;
2) …кислород на Земле – самый распространенный элемент, он составляет
50% по отношению ко всем остальным химическим элементам;
3) …общая масса кислорода на Земле равна 1015 т;
4) …человек в сутки употребляет 750 л чистого кислорода и выделяет 657 л
углекислого газа.
17
Глава VI
Исследовательская работа
Получение кислорода
Кислород (O2) в лаборатории получают разложением перманганата калия
KMnO4 (марганцовки).
Для опыта понадобится пробирка с газоотводной трубкой.
В пробирку насыпаем кристаллический перманганат калия.
1.
Для сбора кислорода приготовим колбу. При нагревании перманганат калия
начинает разлагаться, выделяющийся кислород поступает по газоотводной
трубке в колбу.
2.
18
Кислород тяжелее воздуха, поэтому не покидает колбу и постепенно
заполняет ее. Внесем тлеющую лучинку в колбу с кислородом.
Мы наблюдаем возгорание лучинки, что свидетельствует о наличии
кислорода в колбе.
3.
2
KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2 ↑
Этим опытом мы доказали, что
 Кислород тяжелее воздуха (собирается в пробирке)
 Кислород выделяется в результате разложения (кислород в
лаборатории получают разложением перманганата калия)
 Кислород поддерживает горение
 С + О = СО2
 Кислород образуется в результате фотосинтеза (опыт Пристли)
Техника безопасности
 Следует соблюдать правила обращения с нагревательными приборами.
 Недопустимо попадание органических веществ в перманганат калия.
 Избегать прямого контакта кожи и слизистых оболочек с кристаллами
перманганата калия.
19
Заключение
Итак, подведем итоги. Теперь мы знаем удивительную историю открытия
кислорода, ведь она действительно уникальна. Много ли существует
элементов, которые последовательно открывали сразу несколько ученых?
Кислород играет одну из важнейших ролей в нашей жизни. Ведь если бы не
было кислорода, как знать, существовали бы на Земле живые существа и
организмы? Теперь мы знаем, что кислород – самый распространенный
элемент на Земле. Областей, в которых применяется кислород, очень много,
это и медицина, и металлургия, и авиация.
Ниже представлен график с процентным соотношением распространения
главных химических элементов на Земле.
Кислород занимает важнейшее место в жизни каждого не анаэробного
существа.
20
Список литературы
1."Я познаю мир. Химия." , 2009г., «АСТ»
2."Я познаю мир. Биология." , 2004г., «АСТ»
3.Словарь химических терминов
4.Яндекс. Словари
5. «Химия. 8 Класс», Габриелян, «Дрофа»
6. Большая Советская Энциклопедия
21