酸素の使用はどのような特性に基づいていますか? 自然界の酸素 (地殻中に 49.4%)

プラン：

発見の歴史

名前の由来

自然の中にいること

レシート

物理的特性

化学的特性

応用

10. 同位体

酸素

酸素- 周期表の第2周期の第16族の元素（古い分類によると、VI族の主なサブグループ） 化学元素原子番号8のD.I.メンデレーエフ。記号O（緯度オキシゲニウム）で示されます。 酸素は化学的に活性な非金属であり、カルコゲンのグループの中で最も軽い元素です。 単体 酸素(CAS 番号: 7782-44-7) は、通常の状態では無色、無味、無臭の気体であり、その分子は 2 つの酸素原子 (式 O 2) から構成されているため、二酸素とも呼ばれます。色は青色で、固体結晶は水色です。

酸素には他にも同素体形態があります。たとえば、オゾン (CAS 番号: 10028-15-6) です。 通常の状態特定の臭気を持つ青いガスで、その分子は 3 つの酸素原子 (式 O 3) で構成されています。

発見の歴史

酸素は、1774 年 8 月 1 日に英国の化学者ジョセフ・プリーストリーによって密閉容器内で酸化水銀を分解することによって発見されたと公式に信じられています (プリーストリーは強力なレンズを使用してこの化合物に太陽光を向けました)。

しかし、プリーストリーは当初、自分が新しい単体物質を発見したことに気づかず、空気の構成部分の 1 つを分離したと信じていました (そして、この気体を「解毒された空気」と呼びました)。 プリーストリーは彼の発見をフランスの傑出した化学者アントワーヌ・ラヴォアジエに報告した。 1775 年、A. ラヴォアジエは、酸素が空気や酸の成分であり、多くの物質に含まれていることを確立しました。

数年前 (1771 年)、酸素はスウェーデンの化学者カール シェーレによって入手されました。 彼は硝石を硫酸で焼成し、生じた一酸化窒素を分解しました。 シェーレはこのガスを「火の空気」と呼び、1777 年に出版された本の中で彼の発見について説明しました (この本の出版がプリーストリーの発見よりも後に出版されたため、プリーストリーは酸素の発見者とみなされています)。 シェーレも自分の経験をラヴォアジエに報告した。

酸素の発見に貢献した重要なステップは、水銀の酸化とその後のその酸化物の分解に関する研究を発表したフランスの化学者ピエール・バイエンの研究でした。

最後に、A. ラヴォアジエは、プリーストリーとシェーレからの情報を使用して、最終的に生成されるガスの性質を解明しました。 彼の業績は非常に重要でした。なぜなら、そのおかげで、当時支配的であり、化学の発展を妨げていたフロギストン理論が打倒されたからです。 ラヴォアジエはさまざまな物質の燃焼実験を行い、フロギストン理論を反証し、燃焼した元素の重量に関する結果を発表しました。 灰の重量は元素の元の重量を超えていたため、ラヴォアジエは燃焼中に物質の化学反応（酸化）が起こり、したがって元の物質の質量が増加し、フロギストン理論を否定すると主張する権利が与えられた。 。

したがって、酸素の発見の功績は実際にはプリーストリー、シェーレ、ラヴォアジエの間で共有されています。

名前の由来

酸素という言葉（ 19 世紀初頭世紀、さらには「酸溶液」）、ロシア語でのその出現は、ある程度、他の新造語とともに「酸」という言葉の使用を導入したM.V.ロモノーソフによるものです。 したがって、「酸素」という言葉は、A. ラヴォアジエによって提案された「酸素」（フランス語 oxygène）という言葉（古代ギリシャ語の ὀξύς - 「酸っぱい」と γεννάω - 「出産」に由来）をなぞったものです。これは「酸を生成する」と訳され、その本来の意味である「酸」に関連付けられています。これは、以前は現代の国際命名法に従って酸化物と呼ばれる物質を意味していました。

自然の中にいること

酸素は地球上で最も一般的な元素であり、その割合（さまざまな化合物、主にケイ酸塩）は固体の地殻の質量の約 47.4% を占めます。 海水と淡水には 88.8% (質量) という大量の結合酸素が含まれており、大気中の遊離酸素の含有量は体積で 20.95%、質量で 23.12% です。 地殻中の 1,500 以上の化合物には酸素が含まれています。

酸素は多くのものの一部です 有機物そしてすべての生きた細胞に存在します。 生細胞内の原子の数では約 25%、質量分率では約 65% です。

レシート

現在、産業界では酸素は空気から得られています。 酸素を製造する主な工業的方法は極低温精留です。 膜技術に基づいて動作する酸素プラントもよく知られており、産業界でうまく使用されています。

実験室では、約 15 MPa の圧力で鋼製シリンダーに入れて供給される、工業的に生成された酸素が使用されます。

過マンガン酸カリウム KMnO 4 を加熱すると、少量の酸素が得られます。

酸化マンガン(IV)の存在下で過酸化水素H2O2を触媒分解する反応も使用されます。

酸素は、塩素酸カリウム (ベルトレ塩) KClO 3 の触媒分解によって得ることができます。

実験室で酸素を生成する方法には、アルカリ水溶液の電気分解や酸化水銀(II)の分解 (t = 100 °C) などがあります。

潜水艦では通常、過酸化ナトリウムと人間が吐き出した二酸化炭素の反応によって得られます。

物理的特性

世界の海洋では、溶存酸素 2 の含有量がより高くなります。 冷水、そして少ない - 暖かい。

通常の状態では、酸素は色、味、匂いのない気体です。

1リットルの質量は1.429gで、空気より少し重いです。 水（0℃で4.9ml/100g、50℃で2.09ml/100g）およびアルコール（25℃で2.78ml/100g）にわずかに溶けます。 それは溶融銀によく溶解します（961℃で、1体積のAg中に22体積のO 2 ）。 原子間距離 - 0.12074 nm。 常磁性です。

気体酸素を加熱すると、原子への可逆的な解離が起こります: 2000 °C - 0.03%、2600 °C - 1%、4000 °C - 59%、6000 °C - 99.5%。

液体酸素 (沸点 -182.98 °C) は淡青色の液体です。

O2状態図

固体酸素 (融点 -218.35°C) - 青色の結晶。 6 つの既知の結晶相があり、そのうちの 3 つは 1 気圧の圧力で存在します。

α-O 2 - 23.65 K 未満の温度で存在します。 明るい青色の結晶は単斜晶系に属し、セルパラメータ a=5.403 Å、b=3.429 Å、c=5.086 Å。 β=132.53°。

β-O 2 - 23.65 ～ 43.65 K の温度範囲に存在します。 淡い青色の結晶 (圧力が増加すると色がピンク色に変わります) は菱面体格子を持ち、セルパラメータは a=4.21 Å、α=46.25°です。

γ-O 2 - 43.65 ～ 54.21 K の温度で存在します。 淡い青色の結晶は立方対称性を持ち、格子定数 a=6.83 Å です。

高圧ではさらに 3 つの相が形成されます。

δ-O 2 温度範囲 20 ～ 240 K、圧力 6 ～ 8 GPa、オレンジ色の結晶。

ε-O 4 圧力は 10 ～ 96 GPa、結晶色は暗赤色から黒色、単斜晶系。

ζ-Оn圧力96GPa以上、特徴的な金属光沢を有する金属状態、 低温超電導状態になります。

化学的特性

強力な酸化剤であり、ほぼすべての元素と相互作用して酸化物を形成します。 酸化状態 −２． 一般に、酸化反応は熱の放出とともに進行し、温度の上昇とともに加速します（燃焼を参照）。 室温で起こる反応の例:

最大酸化状態未満の元素を含む化合物を酸化します。

ほとんどの有機化合物を酸化します。

特定の条件下では、有機化合物の穏やかな酸化を実行することが可能です。

酸素は、Au および不活性ガス (He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn) を除くすべての単体物質と直接 (通常の条件下、加熱および/または触媒の存在下で) 反応します。 ハロゲンとの反応は、放電または紫外線の影響下で発生します。 金の酸化物と重不活性ガス (Xe、Rn) は間接的に得られました。 フッ素との化合物を除き、酸素と他の元素とのすべての二元素化合物において、酸素は酸化剤の役割を果たします。

酸素は、酸素原子の酸化状態が正式に -1 に等しい過酸化物を形成します。

たとえば、過酸化物は酸素中でのアルカリ金属の燃焼によって生成されます。

一部の酸化物は酸素を吸収します。

A. N. Bach と K. O. Engler によって開発された燃焼理論によれば、酸化は中間体の過酸化物化合物の形成を伴う 2 段階で起こります。 この中間化合物は単離できます。たとえば、燃焼している水素の炎を氷で冷やすと、水とともに過酸化水素が生成されます。

スーパーオキシドでは、酸素は正式には -1/2 の酸化状態、つまり 2 つの酸素原子 (O - 2 イオン) ごとに 1 つの電子を持ちます。 高圧および高温で過酸化物と酸素を反応させることによって得られます。

カリウム K、ルビジウム Rb、セシウム Cs は酸素と反応してスーパーオキシドを形成します。

ジオキシゲニル イオン O 2 + では、酸素は正式には +1/2 の酸化状態を持ちます。 反応により得られるもの：

フッ化酸素

二フッ化酸素、酸素 +2 の OF 2 酸化状態は、フッ素をアルカリ溶液に通すことによって調製されます。

一フッ化酸素 (ジオキシ二フッ化物)、O 2 F 2 は不安定で、酸素の酸化状態は +1 です。 -196 °C のグロー放電におけるフッ素と酸素の混合物から得られます。

特定の圧力および温度でフッ素と酸素の混合物にグロー放電を通すことによって、高級酸素フッ化物O 3 F 2 、O 4 F 2 、O 5 F 2 およびO 6 F 2 の混合物が得られます。

量子力学的計算により、トリフルオロヒドロキソニウム イオン OF 3 + の安定した存在が予測されます。 このイオンが実際に存在する場合、その中の酸素の酸化状態は +4 になります。

酸素は、呼吸、燃焼、腐敗のプロセスをサポートします。

自由な形では、この元素は 2 つの同素体修飾、O 2 と O 3 (オゾン) で存在します。 ピエール・キュリーとマリー・スクウォドフスカ・キュリーが 1899 年に確立したように、電離放射線の影響下で O 2 は O 3 に変わります。

応用

酸素の工業的利用が広く行われるようになったのは、液体空気を液化および分離するための装置であるターボエキスパンダーの発明後の 20 世紀半ばに始まりました。

で冶金

転炉法による製鋼やマット処理には酸素が使用されます。 多くの冶金装置では、燃料をより効率的に燃焼させるために、バーナー内の空気の代わりに酸素と空気の混合物が使用されます。

金属の溶接・切断

青いシリンダー内の酸素は、金属の火炎切断や溶接に広く使用されています。

ロケットの燃料

液体酸素、過酸化水素、硝酸、その他の酸素が豊富な化合物は、ロケット燃料の酸化剤として使用されます。 液体酸素と液体オゾンの混合物は、ロケット燃料の最も強力な酸化剤の 1 つです (水素とオゾンの混合物の比推力は、水素とフッ素、およびフッ化水素と酸素のペアの比推力を超えます)。

で薬

医療用酸素は金属製のガスシリンダーに保管されています 高圧(圧縮ガスまたは液化ガス用) 青色で、最大 15 MPa (150 atm) の圧力下で 1.2 ～ 10.0 リットルのさまざまな容量があり、呼吸障害の場合に発作を緩和するために、麻酔装置内の呼吸ガス混合物を濃縮するために使用されます。気管支喘息の治療、あらゆる原因による低酸素症の除去、減圧症時の酸素カクテルの形での胃腸管の病状の治療。 個人使用の場合、特別なゴム引きの容器である酸素クッションにシリンダーから医療用酸素が充填されます。 現場や病院内で 1 人または 2 人の犠牲者に酸素または酸素と空気の混合物を同時に供給するために、さまざまなモデルや改良型の酸素吸入器が使用されています。 酸素吸入器の利点は、呼気の湿気を使用するガス混合物の凝縮加湿器の存在です。 シリンダー内に残っている酸素の量をリットル単位で計算するには、通常、大気中のシリンダー内の圧力 (減速機の圧力計による) にシリンダー容量 (リットル単位) を掛けます。 たとえば、容量が 2 リットルのシリンダーでは、圧力計は 100 気圧の酸素圧力を示します。 この場合の酸素の量は、100×2＝200リットルとなります。

で食品業界

で 食品業界酸素は、噴射剤および包装ガスとして食品添加物 E948 として登録されています。

で化学工業

化学産業では、酸素は多くの合成で酸化剤として使用されます。たとえば、炭化水素の酸素含有化合物（アルコール、アルデヒド、酸）への酸化、硝酸の製造におけるアンモニアの窒素酸化物への酸化などです。 酸化中に高温が発生するため、酸化は燃焼モードで実行されることがよくあります。

で農業

温室養殖では、酸素カクテルの作成、動物の体重増加、養殖では酸素で水生環境を豊かにします。

酸素の生物学的役割

防空壕での緊急酸素供給

ほとんどの生物（好気性生物）は空気から酸素を呼吸します。 酸素は医療で広く使用されています。 心血管疾患の場合、代謝プロセスを改善するために、酸素泡（「酸素カクテル」）が胃に注入されます。 皮下酸素投与は次の目的で使用されます。 栄養性潰瘍、象皮病、壊疽、その他の重篤な病気。 空気の除菌・消臭・洗浄に 水を飲んでいる人工オゾン濃縮が使用されます。 放射性酸素同位体 15 O は、血流速度と肺換気量を研究するために使用されます。

有毒な酸素誘導体

一重項酸素、過酸化水素、スーパーオキシド、オゾン、ヒドロキシルラジカルなどの一部の酸素誘導体 (いわゆる活性酸素種) は非常に有毒です。 これらは、酸素の活性化または部分還元のプロセス中に形成されます。 スーパーオキシド (スーパーオキシドラジカル)、過酸化水素、ヒドロキシルラジカルは、人間や動物の細胞や組織内で形成され、酸化ストレスを引き起こす可能性があります。

同位体

酸素には 16 O、17 O、18 O の 3 つの安定同位体があり、その平均含有量はそれぞれ、地球上の酸素原子の総数の 99.759%、0.037%、0.204% です。 同位体の混合物中で最も軽い 16 O が圧倒的に多いのは、 16 O 原子の核が 8 個の陽子と 8 個の中性子で構成されているという事実によるものです (中性子と陽子の殻が満たされた二重の魔法の核)。 そして、原子核の構造理論からわかるように、そのような原子核は特に安定です。

質量数が 12 O から 24 O の酸素の放射性同位体も知られており、酸素のすべての放射性同位体は半減期が短く、その中で最も寿命が長いのは 15 O で、半減期は約 120 秒です。 最も寿命の短い同位体 12 O の半減期は 5.8・10−22 秒です。

医療で使用される 異なる種類最も一般的なガスは窒素と酸素です。 酸素の範囲は広く、ガス混合物の濃縮、酸素クッションの充填、酸素カクテルの作成などが含まれます。

医療用酸素は、高濃度で不純物が含まれていないことが特徴です。 病院における主な供給源は、酸素濃縮器、医療用液体酸素またはガス状酸素が入ったシリンダー、酸素富化システム、酸素濃縮装置などです。 化学製品の製造ガス 現在、酸素濃縮器が最も頻繁に使用されており、その信頼性、操作の安全性、システムの可動性、効率性が実証されています。

医療における酸素の使用緊急事態に関連して麻酔を提供する必要がある場合、広範囲にわたる処置を行う 外科手術または蘇生アクション。 このような場合には人工呼吸が行われます。 このガスは多くの病気の治療にも必要です。慢性呼吸不全に加えて、心臓発作や脳卒中にも酸素が必要です。

酸素療法は、多くの病気の治療に不可欠です。

• 気管支ぜんそく。
• 肺炎。
• 結核。
• 閉塞性気管支炎。
• アレルギー。
• 酩酊。

医療における酸素の使用

記号Oで示される物質は、体の酸化還元反応に関与します。 医学では、酸素は、集中治療室、病院、診療所、療養所、スポーツクラブ、児童施設にガスを供給して、病気の予防や免疫システムの強化に使用できます。

地球上の生命の源である酸素は、嫌気性感染症の治療、組織の栄養性および修復プロセスの改善において需要が高まっています。 ほとんどの場合、ガスは人工換気および自然換気中に吸入によって投与されます。 で 医療機関酸素は圧縮された形で供給されます。 液体酸素は、ガス供給システムに供給される前に気体状態に変換されるため、輸送や保管がより便利です。

医療における酸素純粋な形で、またはガス混合物の一部として使用できます。 非吸入投与としては、皮下、血管内、腔内、経腸等の投与方法が行われている。

低酸素症を防ぐための医療における酸素の使用も一般的です。 特に人気があるのは、酸素カクテルや酸素濃縮器、酸素缶の使用です。 主要都市。 健康状態を改善するために、人々は酸素浴に頼ることがよくあります。

酸素の応用人間の実際の活動は非常に多岐にわたります。 純酸素およびその二酸化炭素との混合物は、術後の呼吸の弱まり、中毒、身体の中毒などに使用されます。

酸素は以下でも使用されます 高血圧いわゆる 高圧酸素療法。 この方法の治療効率の高さは、 さまざまな病気特に特殊な圧力チャンバーを使用します (図 20.4)。

体内の酸素欠乏の場合に代謝プロセスを改善するために、酸素カクテルが使用されます。 カクテルは通常、低圧下でタンパク質に小さな泡の形で酸素を通すことによって調製されます。 鶏卵。 得られた泡には、ローズヒップやその他の物質の注入がしばしば追加されます。 薬用植物、ブドウ糖、ビタミン。

酸素が豊富な空気を長時間吸入すると、人間の健康に危険を及ぼす可能性があることに注意してください。 高濃度の酸素は、生体組織に有害な変化を引き起こします。

米。 20.4。 圧力室

米。 20.5。 低圧室

喫煙者の成績は、これまで喫煙したことがない人や禁煙した人よりも5つの知能検査ではるかに悪かった。 おそらくその理由は、喫煙により脳を含む人間の重要な臓器の酸素不足が生じるという事実にあります。

酸素は、体組織の飽和度を高め、低酸素症に対処するためだけでなく、広く使用されています。 で 最近医療目的では、酸素含有量を減らした混合ガスを使用して人工的に酸素欠乏症を作ります。

酸素欠乏の場合に備えて特別なトレーニングを行うことで、外部および内部環境のさまざまな不利な要因に対する体の抵抗力を高めることができることが確立されています。 結局のところ、山岳地帯の住民は酸欠に悩まされません。 彼らの体はそれに適応しました 極限状態：血液循環プロセスがより激しく起こり、体はより多くのヘモグロビンを生成します。

に使用されるシリンダー 呼吸を確保する宇宙飛行士、パイロット、ダイバー、スキューバダイバー、消防士などは酸素を含んでいます。

私たちの体内の食物物質のゆっくりとした酸化は、生命の「エネルギー基盤」です。 あ 熱エネルギーゴミや腐植土の酸化中に放出される、温室やコテージの暖房に使用されます。

酸素はこんなところでも使われています 畑作。 の一つ 効果的な方法種子の播種前の準備 - 酸素飽和水に浸す。 このイベントにより、種子の発芽が加速され、野外での発芽が増加します。 サイトからの資料

酸素は重要な役割を果たします 業界。 空気を酸素で豊かにする速度が速くなる 技術的プロセス物質の酸化に関係します。 それらは熱エネルギーと冶金学の基礎です。 結局のところ、鋳鉄から鋼への変態や非鉄金属鉱石の焙焼は、酸素を使用せずには実行できません。

酸素は高温を得るためにも使用されます。 これを行うには、さまざまな可燃性ガス（水素、アセチレン、メタン）を特別なバーナーで燃焼させます。

液体酸素と石炭粉、木粉、その他の可燃性物質との混合物はオキシリキッドと呼ばれます。 非常に強力な爆発特性があり、爆破作業に使用されます。

液体酸素はロケット燃料の効果的な酸化剤です。

しかし、宇宙を征服するためには、故郷の惑星の大気を保存することを忘れてはなりません。 私たちは緑地を大切にする必要があります。 結局のところ、植物は酸素を生成し、温度変化、騒音レベル、電磁放射を軽減するのに役立ちます。

このページには、次のトピックに関する資料があります。

• 酸素使用に関するレポート

• 人間による化学における酸素の利用

• 酸素ショートメッセージ

• 学校の世界

• 酸素を短時間使用する

この資料に関する質問:

酸素の発見は、18 世紀後半に数年の間隔をおいて 2 回行われました。 1771年、スウェーデン人のカール・シェーレは硝石を加熱して酸素を入手し、 硫酸。 生じたガスは「火災空気」と呼ばれました。 1774年、英国の化学者ジョセフ・プリーストリーは、完全に密閉された容器内で酸化水銀の分解プロセスを実行し、酸素を発見しましたが、それを空気中の成分と間違えました。 プリーストリーが自分の発見をフランス人のアントワーヌ・ラヴォアジエに共有した後になって初めて、彼が発見したことが明らかになった 新しい要素（カロリザー）。 シェーレが彼の著作を出版したため、プリーストリーはこの発見で主導権を握っています。 論文 1777 年の発見のみの説明が記載されています。

酸素は周期 II の XVI 族の元素です 周期表化学元素D.I. メンデレーエフは原子番号8、原子質量15.9994を持っています。 酸素を記号で表すのが通例です について(ラテン語より オキシゲニウム- 酸を生成します）。ロシア語でその名前は 酸素の派生品となった 酸、M.Vによって導入された用語。 ロモノーソフ。

自然の中にいること

酸素は、地球の地殻と世界の海洋で最も一般的に見られる元素です。 酸素化合物 (主にケイ酸塩) は地殻の質量の少なくとも 47% を占めており、酸素は森林やすべての生物による光合成中に生成されます。 緑の植物、そのほとんどは海洋の植物プランクトンであり、 淡水。 酸素 - 必須 成分あらゆる生きた細胞、有機起源のほとんどの物質にも含まれています。

物理的及び化学的性質

酸素は軽い非金属であり、カルコゲンのグループに属し、高い化学活性を持っています。 酸素は単体では無色、無臭、無味の気体で、液体状態（水色透明液体）と固体状態（水色結晶）があります。 2 つの酸素原子 (式 O₂ で示される) から構成されます。

酸素は酸化還元反応に関与します。 生き物は空気から酸素を呼吸しています。 酸素は医療で広く使用されています。 心血管疾患の場合、代謝プロセスを改善するために、酸素泡（「酸素カクテル」）が胃に注入されます。 酸素の皮下投与は、栄養性潰瘍、象皮病、壊疽に使用されます。 人工オゾン濃縮は、空気の消毒と脱臭、および飲料水の浄化に使用されます。

酸素は地球上のすべての生物の生命活動の基礎であり、主要な生体要素です。 それは、細胞の構造と機能に関与するすべての最も重要な物質（脂質、タンパク質、炭水化物、 核酸）。 すべての生物には、どの元素よりもはるかに多くの酸素が含まれています (最大 70%)。 たとえば、体重 70 kg の平均的な成人の体には 43 kg の酸素が含まれています。

酸素は呼吸器系と水の摂取を通じて生物（植物、動物、人間）に入ります。 人間の体の中で一番それを思い出すのは、 本体呼吸は皮膚と同じであり、特に夏の貯水池の岸辺では、人がどれだけの酸素を受け取ることができるかが明らかになります。 人の酸素必要量を判断することは、年齢、性別、体重と表面積、栄養システム、 外部環境等

生活における酸素の利用

酸素は、冶金学からロケット燃料の製造、山岳地帯の道路工事に使用される爆薬に至るまで、ほぼあらゆるところで使用されています。 医療から食品産業まで。

食品業界では、酸素は次のように登録されています。 食品添加物、推進剤および包装ガスとして。