Повітря, його склад. Оксиген. Кисень

Тема 2 Кисень

& 15. Повітря, його склад. Оксиген. Кисень

Опанувавши цю тему, ви зможете:

– знати склад повітря, історію вивчення складу повітря, склад молекули кисню;

– називати якісний і кількісний склад повітря;

– описувати поширеність Оксигену в природі, історію відкриття кисню, його фізичні властивості;

– формувати здатності аналізувати, порівнювати, охороняти повітря від забруднення.

– Пригадайте, що вам відомо про повітря, його склад.

Повітря, його склад. Перші спроби

вивчення та визначення складу повітря належать А. Лавуазье.

Лавуазье Антуан Лоран (1743- 1794) – французький хімік, один з основоположників сучасної хімії. Пояснив процеси горіння й окиснення речовин, дихання живих організмів за участю кисню, що спростувало існуючу на той час теорію флогістону. Учений був першим, хто встановив хімічний склад води, сульфур (IV) і карбон(ІV) оксидів, сульфатної та нітратної кислот. Керував розробкою нової хімічної номенклатури й склав пертий систематизований перелік назв. Під час хімічних досліджень А. Лавуазьє застосовував методи кількісного аналізу. Його вважають

одним із засновників термохімії. Праці вченого сприяли перетворенню хімії на науку, що опирається на факти й точні вимірювання.

Учений провів ряд дослідів, які довели наявність у повітрі кисню та азоту. Для цього він поклав у реторту металічну ртуть і нагрівав упродовж 12 днів (рис. 56). Кінець цієї реторти помістив під дзвін, що був уміщений у посудину зі ртуттю. За тривалого нагрівання в реторті на поверхні ртуті утворилася речовина у вигляді порошку червоного кольору. Водночас під дзвоном рівень ртуті піднявся.

Рис 56. Прилад, яким користувався Л. Лавуазье, вивчаючи склад повітря:

1 – реторта; 2 – дзвін; З – посудина зі ртуттю

Отриманий порошок А. Лавуазье прожарив. Унаслідок реакції він отримав ртуть і газ кисень. Важливим було те, що об’єм газу відповідав об’єму частини повітря, що сполучилася зі ртуттю.

Учений дослідив, що залишається в повітрі, якщо забрати кисень. Він помістив під дзвін запалену свічку, і вона погасла. У повітрі під ковпаком гинули миші. Зважаючи на ці факти, А. Лавуазьє назвав газ, що залишився під ковпаком, азотом, тобто “тим, що не підтримує життя”.

Уміст кисню в повітрі вчений довів експериментально. Цей дослід неважко повторити. Під час спалювання фосфору в повітрі під дзвоном рівень води піднімається приблизно на 1/5 об’єму дзвону. Так А. Лавуазьє довів, що в повітрі кисень становить 1/5 і азот – за об’ємом.

Майже через століття виявилося, що в повітрі наявна ціла група газів, які с одноатомними, не мають кольору й запаху та хімічно інертні. До них належать: гелій Не, неон Ne, аргон Аr, криптон Кr, ксенон Хе, радон Rn. Їх називають благородними газами.

Унаслідок детального вивчення складу повітря були отримані більш точні результати. Об’ємні частки газів у повітрі становлять: азот – 78 %, кисень – 21 %, благородні гази – 0,93 % і карбон (IV) оксид – 0,03 % (рис. 57, с. 106).

Охорона повітря від забруднення. Як вам уже відомо, кисень підтримує життя на Землі. Кисень необхідний не тільки людині, а й тваринам і рослинам. Тому для підтримання життя на Землі людство мас зберігати чистоту повітря.

Рис. 57. Діаграма складу повітря

Забруднення повітря здійснюється як природним шляхом, так і внаслідок господарської діяльності людини.

До природних чинників належать: виверження вулканів і поширення вулканічного пилу в повітря, урагани й бурі, що розносять пил, пори й пилок рослин тощо.

Чинниками господарської діяльності людини є спалювання сміття, сухого листя, трави восени. У повітрі нагромаджуються домішки газів, що є викидами заводів, фабрик, вугле-, нафто – й металодобувних підприємств тощо. Це: сульфур(IV) оксид SO2, карбон(ІІ) оксид СО, нітроген (IV) оксид NO2, метай СH4, амоніак NH3. Недбале поводження з атомною зброєю та мирним атомом спричинює забруднення повітря радіоактивними речовинами (рис. 58).

Збереження чистоти повітря – справа не тільки України, а й міжнародної спільноти.

Рис. 58. Аварія на ЧAЕС

Оксиген – хімічний елемент. Назва Оксиген означає “той, що породжує кислоти”. Цей елемент є найпоширенішим у природі. Він міститься в літосфері (47 % за масою), атмосфері (23 % за масою) і гідросфері (89 % за масою). Оксиген входить до складу води, порід і мінералів, багатьох неорганічних та органічних речовин.

– Пригадайте й запишіть хімічний символ Оксигену. Знайдіть цей елемент у періодичній системі. Охарактеризуйте Оксиген за даними клітинки періодичної системи.

Кисень. Фізичні властивості кисню. Кисень с простою речовиною хімічного елемента Оксигену.

– Пригадайте, що вам відомо про кисень з вашого життєвого досвіду, з інших предметів.

Ще у VIII ст. китайський учений Мао Хоа виявив у складі повітря кисень – газ, що підтримує дихання й горіння. Через 10 століть цей газ був знову відкритий двома європейськими вченими – К. Шеєле (1771 р.) і Дж. Прістлі (1774 p.). Однак в історії відкриття кисню належить Дж. Прістлі, бо К. Шеєле опублікував своє відкриття пізніше (1777 p.).

Шеєле Карл Вільгельм (1742-1786) – шведський хімік. Не маючи засобів для вищої освіти, він займався самоосвітою та досягнув великих успіхів у хімічному експерименті. Робота експериментатора зробила його популярним у всьому світі.

Він першим визначив склад повітря, хоча ні кисень, ні азот на той час не були відкриті. Запропонував спосіб добування фосфору, виділив у чистому вигляді манган, хлор і барій оксид, а також сечову, молочну й синильну кислоти. Довів шкідливість для людини вдихання хлору. Ми вживаємо деревне вугілля під час отруєння, а здатність вугілля вбирати шкідливі гази була відкрита К. Шеєле. Відкриття молібдену й вольфраму теж належить цьому видатному вченому.

Прістлі Джозеф (1733-1804) – англійський учений, натураліст, філософ, громадський діяч. Відкрив кисень і вуглекислий газ. Добув кисень розкладом меркурій (ІІ) оксиду та дослідив його властивості. Дослідження Дж. Прістлі присвячені вивченню газів. Розчиняючи вуглекислий газ у воді, він отримав відому вам газовану воду. Досліджуючи ріст і живлення рослин, виявив, що рослини поглинають з повітря вуглекислий газ і виділяють кисень. Так було відкрито фотосинтез. Добув нітроген(ІІ) оксид, гідроген хлорид, амоніак; пояснив перетворення нітроген(ІІ) оксиду на нітроген(ІV) оксид. Знав 9 іноземних мов.

Молекула кисню складається з двох атомів. Його хімічна формула – О2. За нормальних умов (температура 0 °С, тиск 101,3 кПа) кисень перебуває в газуватому стані, не мас смаку, запаху, трохи важчий за повітря. Маса повітря об’ємом 1 л (н. у.) становить 1,29 г, а маса такого самого об’єму кисню – 1,43 г.

– Обчисліть відносну молекулярну масу кисню. У скільки разів кисень важчий за повітря?

Кисень є малорозчинним у воді: у 1 л можна розчинити тільки 0,04 г кисню. За температури -183 °С кисень перетворюється на рухливу рідину блакитного кольору. За подальшого охолодження (до -219 °С) він стає твердою речовиною синього кольору, дуже подібною до кристалів льоду.

Фізіологічна дія. Кисень бере активну участь у процесах дихання всіх живих організмів. Через легені людини кисень потрапляє в кров, яка розносить його до всіх органів і клітин. На клітинному рівні відбуваються реакції окиснення з виділенням теплоти й вуглекислого газу.

Отже, для людини дихання – життєво важливий процес. Тому чисте повітря, яке містить достатню кількість кисню, забезпечує життєдіяльність організму: підтримує

Постійну температуру тіла, роботу м’язів, хороший настрій і здоровий життєвий тонус. Це і є ваша особистісна цінність здобутих знань про повітря, Оксиген і кисень.

ПІДСУМОВУЄМО ВИВЧЕНЕ

– Повітря – природна суміш газів, до складу якої входять за об’ємом: азот (78 %), кисень (21 %), благородні гази (0,93 %) і карбон(ІV) оксид (0,03 %).

– Оксиген – хімічний елемент, порядковий номер якого – 8, символ – О, відносна атомна маса – 16, у ядрі атома міститься 8 протонів і 8 нейтронів. Навколо ядра атома рухаються 8 електронів.

– Кисень – проста газувата речовина, утворена елементом Оксигеном. Хімічна формула – О2, відносна молекулярна маса – 32. Малорозчинний у воді, за певних умов перетворюється на рідину блакитного кольору, а остання – на кристали синього кольору, подібні до льоду. Не має запаху й смаку.

– Кисень є життєво важливою для живих організмів речовиною. За його участю відбувається процес дихання, обмін речовин.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ КОНТРОЛЮ ЗНАНЬ

1. Охарактеризуйте склад повітря.

2. Поясніть, яке значення має чисте повітря для живих організмів і здоров’я людини.

3. Охарактеризуйте елемент Оксиген, використавши періодичну систему елементів.

4. Охарактеризуйте кисень, його фізичні властивості, поширення в природі.

5. Поясніть фізіологічну дію кисню на організм.

6. Запропонуйте способи діяльності людини, що запобігають забрудненню повітря.

ЦІКАВО ЗНАТИ

В історії хімічної науки кисень було відкрито тричі: К. Шеєле в 1771 p., А. Лавуазьє та Дж. Прістлі -у 1774 р. Між іншим, Дж. Прістлі провів такі самі дослідження, як і А. Лавуазьє.