какая относительная масса кислорода

Какая относительная масса кислорода

§6.1 Кислород, его распространенность в природе. Атмосфера.

Мы не случайно начинаем изучение химии важнейших элементов с кислорода. Кислород – действительно важнейший элемент. Его химия тесно связана практически со всеми элементами Периодической системы, поскольку с каждым из них кислород образует те или иные соединения. Исключение составляют только легкие инертные газы – гелий, неон, аргон.

Есть и еще одна важная причина. Кислород играет исключительную роль в существовании на Земле жизни и всей человеческой цивилизации. На поверхности планеты – в земной коре – связанный кислород является самым распространенным элементом. В составе минералов, в виде соединений с другими элементами он составляет 47 % от массы земной коры!

В атмосфере Земли кислород находится в свободном (не связанном) состоянии: здесь его 21 % по объему или 23 % по массе.

Основная масса кислорода в атмосфере планеты возникла только после появления на Земле первых фотосинтезирующих одноклеточных организмов – прокариот, известных под названием сине-зеленые водоросли. Процесс этот начался около 2 млрд. лет тому назад (см. рис. 6-1). Под действием солнечного света (отсюда название – фотосинтез) прокариоты усваивали из углекислого газа углерод и кислород. Из воды они усваивали только водород, одновременно выделяя в атмосферу свободный кислород в качестве побочного продукта жизнедеятельности.

Рис. 6-1. Одна из гипотез возникновения современной атмосферы Земли. Обратите внимание на связь между изменением состава атмосферы и сменой биологических эпох. (По книге П. Эткинса “Молекулы”).

Интересно, что только теперь, спустя 2 миллиарда лет, совершенно точно выяснился “геологический смысл жизни” каждой отдельно взятой сине-зеленой водоросли, жившей в то время. Это живое существо должно было родиться здоровым, прожить как можно более долгую жизнь (чтобы выделить в атмосферу как можно больше кислорода), оставить после себя здоровое, полноценное потомство. Оно не должно было “обижать” других прокариот, чтобы и те могли выполнить такую же миссию, отведенную им природой. Иными словами, смысл жизни заключается в том, чтобы жить.

Вероятно, это правило действует и поныне для всех живых существ. Не пройдет и одного-двух миллиардов лет, как выяснится “геологический смысл жизни” человечества. В чем он, этот смысл? Попробуйте подумать на эту тему (см. задачу 6.22 в конце этой главы).

Но вернемся к атмосфере Земли. Каким же образом в нашу эпоху восполняются потери кислорода в природе? Это происходит благодаря растениям, которые сохранили способность под действием солнечных лучей (фотосинтетически) превращать углекислый газ и воду в кислород и углеводы (строительный материал клеток растений). Процесс образования в растениях углеводов (целлюлозы, крахмала и других) можно записать таким общим уравнением (здесь n – некое целое число, достаточно большое):

Вспомните предыдущую главу, где мы рассчитали потери кислорода при работе сравнительно маломощного автомобильного двигателя, и вы поймете, почему лесные массивы зачастую называют легкими планеты. Очень важную роль играют и водоросли океана. Все растения Земли в течение года создают около 300 млрд. т кислорода. Таким образом, все блага и само существование человеческой цивилизации целиком зависят от зеленых растений.

Кислород – газ без цвета, вкуса и запаха, немного тяжелее воздуха. Если на весах уравновесить пустой стакан, а затем через трубку наполнить его кислородом, то равновесие нарушится.

Кислород слабо растворим в воде – в 1 л воды при 20 ° С растворяется 31 мл кислорода (0,004% по массе). Тем не менее, этого количества хватает для дыхания рыб, живущих в водоемах.

Природный кислород содержит три изотопа: 16 ₈O (99,76%), 17 ₈O (0,04%), 18 ₈O (0,20%).

Структуру молекулы кислорода в первом приближении можно представить следующим образом:

Вместе с неподеленными парами электронов каждое ядро молекулы O 2 “обслуживается” восемью электронами, что и требуется для достижения минимума энергии всей системы.

Трудно сказать, как при этом правильно изображать структурную формулу молекулы кислорода. Можно рассмотреть два варианта:

Судя по длине связи в молекуле О₂ (1,207 ангстрема), вариант с кратными связями ближе к истине. Например, известно, что длина простой связи О–О в молекуле перекиси водорода Н₂О₂ намного больше: 1,48 ангстрема.

Однако валентность (II) для кислорода в подавляющем большинстве его соединений не вызывает никаких сомнений.

Источник

Молярная масса кислорода

Молярная масса кислорода

Единицей измерения молярной массы является г/моль или кг/кмоль. Молярная масса вещества в граммах численно равна его молекулярной (атомной) массе, выраженной в атомных единицах массы:

Относительная атомная масса атомарного кислорода равна 15,99903 а.е.м. Его относительная молекулярная масса будет равна 15,99903, а молярная масса:

M(O) = M_r (O) × 1 моль = 15,99903 г/моль.

Известно, что молекула кислорода двухатомна – O₂, тогда, относительная атомная масса молекулы кислорода будет равна:

Относительная молекулярная масса молекулы кислорода будет равна 31,99806, а молярная масса:

M(O₂) = M_r (O₂) × 1 моль = 31,99806 г/моль или просто 32 г/моль.

Кислород представляет собой газ без цвета и запаха (схема строения атома представлена на рис. 1), плохо растворимый в воде с очень низкими значениями температур плавления(-218,9 o C) и кипения (-183 o C).

Рис. 1. Строение атома кислорода.

Известно, что в природе кислород может находиться в виде трех изотопов 16 O (99,76%), 17 O (0,04%) и 18 O (0,2%). Эти изотопы характеризуются различным содержанием нейтронов в ядре атома, а значит и молярной массой. В первом случае она будет равна 16 г/моль, во втором – 17 г/моль, а в третьем – 18 г/моль.

Молярную массу газа можно рассчитать, как произведение его плотности по отношению к любому другому газу на молекулярную массу последнего. Под плотностью понимают отношение массу определенного объема данного газа к массе такого же объема другого газа (при одинаковых температуре и давлении), молекулярная масса которого известна.

Молекулярную массу вещества в газообразном состоянии также можно рассчитать, зная его молярный объем: найти объем (н.у.), занимаемый определенной массой данного вещества, а затем вычислить массу 22,4 л этого вещества при этих же условиях.

Кроме этих способов, чтобы определить молярную массу газа, возможно использование уравнения состояния идеального газа (уравнение Менделеева-Клапейрона), однако это метод является наименее точным из всех перечисленных.

Примеры решения задач

Задание	Рассчитайте массу кислорода, который будет получен при разложении оксида ртути (II) массой 65,1 г.
Решение	Запишем уравнение химической реакции разложения оксида ртути (II):

Найдем количество вещества оксида ртути (II), вступившего в реакцию (молярная масса равна 217 г/моль):

n(HgO) = 65,1 / 217 = 0,3моль.

Согласно уравнению реакции n(HgO) : n(O₂) = 1:1, т.е. n(HgO) = n(O₂) = 0,3 моль. Рассчитаем массу выделившегося кислорода (молярная масса равна 32 г/моль):

ОтветМасса кислорода равна 9,6 г

Задание	В каком случае будет получено больше кислорода: при разложении 5 г хлората калия или при разложении 5 г перманганата калия?
Решение	Запишем уравнения реакций разложения хлората калия и перманганата калия:

Найдем количество вещества хлората калия (молярная масса равна – 122,55 г/моль):

n(KClO₃) = 5 / 122,55= 0,04 моль.

Согласно уравнению реакции (1)

Рассчитаем массу выделившегося кислорода (молярная масса равна 32 г/моль):

m(O₂) = 0,06 × 32 = 1,92 г.

Найдем количество вещества перманганата калия (молярная масса равна – 158,03 г/моль):

n(KMnO₄) = 5 / 158,03= 0,03моль.

Согласно уравнению реакции (2)

Рассчитаем массу выделившегося кислорода (молярная масса равна 32 г/моль):

m(O₂) = 0,015 × 32 = 0,48 г.

ОтветМасса кислорода, выделяющегося при разложении 5 г хлората калия больше (1,92 г), чем при разложении аналогичного количества перманганата калия (0,48 г).

Копирование материалов с сайта возможно только с разрешения
администрации портала и при наличие активной ссылки на источник.

Источник

Молярная масса кислорода

Молярная масса кислорода.

Молярная масса кислорода:

Молярная масса – это характеристика вещества, отношение массы вещества к его количеству.

В Международной системе единиц (СИ) единицей измерения молярной массы является килограмм на моль (русское обозначение: кг/моль; международное: kg/mol). Исторически сложилось, что молярную массу, как правило, выражают в г/моль.

Молярная масса численно равна массе одного моля вещества, то есть массе вещества, содержащего число частиц, равное числу Авогадро (N_A = 6,022 140 76⋅10 23 моль −1 ).

Молярная масса, выраженная в г/моль, численно совпадает с молекулярной массой (абсолютной молекулярной массой), выраженной в а. е. м., и относительной молекулярной массой.

В свою очередь, молекулярная масса – масса молекулы. Различают абсолютную молекулярную массу (обычно выражается в атомных единицах массы, а. е. м.) и относительную молекулярную массу – безразмерную величину, равную отношению массы молекулы к 1/12 массы атома углерода 12 C.

Молярную массу обозначают M.

Молекула кислорода двухатомна – O₂.

Молярная масса кислорода (M (O)) составляет 15,99903-15,99977 г/моль.

Молярная масса молекулы кислорода (M (O₂)) составляет 31,99806-31,99954 г/моль.

Необходимо иметь в виду, что молярные массы химических элементов и простых веществ, которые они образуют – не одно и то же.

Источник

Кислород – рождающий кислоты

Содержание

Кислород при нормальных условиях (температуре и давлении) представляет собой прозрачный газ без запаха, вкуса и цвета. Не относится к горючим газам, но способен активно поддерживать горение.

По химической активности среди неметаллов он занимает второе место после фтора.

Все элементы, кроме благородных металлов (платина, золото, серебро, родий, палладий и др.) и инертных газов (гелий, аргон, ксенон, криптон и неон), вступают в реакцию окисления и образовывают оксиды. Процесс окисления элементов, как правило, носит экзотермический (с выделением теплоты) характер. Также необходимо учитывать тот факт, что при повышении температуры, давления или использовании катализаторов – скорость реакции окисления резко возрастает.

История открытия кислорода

Открытие кислорода приписывают Джозефу Пристли (Joseph Priestley). У него была лаборатория, оборудованная приборами для собирания газов. Он испытывал его физиологическое действие на себе и на мышах. Пристли установил, что после вдыхания газа некоторое время ощущается приятная легкость. Мыши в герметически закрытой банке с воздухом задыхаются быстрей, чем в банке с O₂. Поскольку Пристли был приверженцем флогистонной теории он так и не узнал, что оказалось у него в руках. Он только описал этот газ, даже не догадываясь, что он описал. А вот лавры открытия кислорода принадлежат Антуан Лоран Лавуазье (Antoine Laurent de Lavoisier), который и дал ему имя.

Лавуазье, поставил свой знаменитый опыт, продолжавшийся 12 дней. Он нагревал ртуть в реторте. При кипении образовывалась ее красная окись. Когда реторту охладили, оказалось, что воздуха в ней убыло почти на 1/6 его объема, а остаток ртути весил меньше, чем перед нагревом. Но когда разложили окись ртути сильным прокаливанием, все вернулось: и недостача ртути, и «исчезнувший» кислород.

Впоследствии Лавуазье установил, что этот газ входит в состав азотной, серной, фосфорной кислот. Он ошибочно полагал, что O₂ обязательно входит в состав кислот, и поэтому назвал его «оксигениум», что значит «рождающий кислоты». Теперь хорошо известны кислоты, лишенные «оксигениума» (например: соляная, сероводородная, синильная и др.).

Способы получения кислорода

В основном кислород получают тремя способами:

Из атмосферного воздуха его получают методом глубокого охлаждения, как побочный продукт при получении азота.

Также O₂ добывают путем пропускания электрического тока через воду (электролиз воды) с попутным получением водорода.

Химические способ получения малопроизводителен, а, следовательно, и неэкономичен, он не нашел широкого применения и используются в лабораторной практике.

Наверно многие помнят химический опыт, когда в колбе нагревают марганцовку (перманганат калия KMnO₄), а потом выделяющийся в процессе нагрева газ собирают в другую колбу?

Применение кислорода

Помимо того, что все живые существам в природе, за исключением немногих микроорганизмов, при дыхании потребляют кислород, он широко применяется во многих отраслях промышленности: металлургической, химической, машиностроении, авиации, ракетостроении и даже в медицине.

В химической промышленности его применяет:

В металлургии его используют:

В медицинских целях больным, у которых нарушена нормальная деятельность органов дыхания или кровообращения, искусственно увеличивают содержание O₂ в воздухе или дают дышать непродолжительное время чистым O₂. Медицинский кислород, выпускаемый ГОСТ 5583, особенно тщательно очищают от всех примесей.

Применение кислорода в сварке

Сам по себе O₂ является негорючим газом, но из-за свойства активно поддерживать горение и увеличения интенсивности (интенсификации) горения газов и жидкого топлива его используют в ракетных энергетических установках и во всех процессах газопламенной обработки. В таких процессах газопламенной обработки, как газовая сварка, поверхностная закалка высокая температура пламени достигается путем сжигания горючих газов в O₂, а при газовой резке благодаря ему происходит окисление и сгорание разрезаемого металла.

При полуавтоматической сварке (MIG/MAG) кислород O₂ используют как компонент защитных газовых смесей с аргоном (Ar) или углекислым газом (CO₂).

Кислород добавляют в аргон при полуавтоматической сварке легированных сталей для обеспечения устойчивости горения дуги и струйного переноса расплавленного металла в сварочную ванну. Дело в том, что как поверхностно активный элемент он уменьшает поверхностное натяжение жидкого металла, способствуя образованию на конце электрода более мелких капель.

При сварке низколегированных и низкоуглеродистых сталей полуавтоматом O₂ добавляют в углекислый газ для обеспечения глубокого проплавления и хорошего формирования сварного шва, а также для уменьшения разбрызгивания.

Чаще всего кислород используют в газообразном виде, а в виде жидкости используют только при его хранении и транспортировке от завода-изготовителя до потребителей.

Вредность и опасность кислорода

За внешней безобидностью скрывается очень опасный газ, но об этом на нашем сайте опубликована статья про маслоопасность и взрывоопасность кислорода и мы не будем здесь дублировать информацию.

Хранение и транспортировка кислорода

Кислород газообразный технический и медицинский выпускают по ГОСТ 5583.

Хранят и транспортируют его в стальных баллонах ГОСТ 949 под давлением 15 МПа. Кислородные баллоны окрашены в синий цвет с надписью черными буквами «КИСЛОРОД».

Жидкий кислород выпускается по ГОСТ 6331. O₂ находится в жидком состоянии только при получении, хранении и транспортировке. Для газовой сварки или газовой резки его необходимо снова превратить в газообразное состояние.

Характеристики кислорода

Характеристики O₂ представлены в таблицах ниже:

Коэффициент перевода объема и массы O₂ при Т=15°С и Р=0,1 МПа

Масса, кг	Объем
	Газ, м 3	Жидкость, л
1,337	1	1,172
1,141	0,853	1
1	0,748	0,876

Коэффициенты перевода объема и массы O₂ при Т=0°С и Р=0,1 МПа

Масса, кг	Объем
	Газ, м 3	Жидкость, л
1,429	1	1,252
1,141	0,799	1
1	0,700	0,876

Кислород в баллоне

Наименование	Объем баллона, л	Масса газа в баллоне, кг	Объем газа (м 3 ) при Т=15°С, Р=0,1 МПа
O2	40	8,42	6,3

Благодаря этой таблице теперь можно легко дать ответы на вопросы, которые очень часто задают сварщики:

Источник

Кислород и его характеристики

Общая характеристика кислорода

Кислород – самый распространенный элемент земной коры. В свободном состоянии он находится в атмосферном воздухе, в связанном виде входит в состав воды, минералов, горных пород и всех веществ, из которых построены организмы растений и животных. Массовая доля кислорода в земной коре составляет около 47%.

В виде простого вещества кислород представляет собой бесцветный газ, не имеющий запаха. Он немного тяжелее воздуха: масса 1 л кислорода при нормальных условиях равна 1,43 г, а 1 л воздуха 1,293г. Кислород растворяется в воде, хотя и в небольших количествах: 100 объемов воды при 0 o С растворяют 4,9, а при 20 o С – 3,1 объема кислорода.

Атомная и молекулярная масса кислорода

Относительная атомная масса атомарного кислорода равна 15,999 а.е.м.

Это безразмерная величина.Известно, что молекула кислорода двухатомна – О₂. Относительная молекулярная масса молекулы кислорода будет равна:

Аллотропия и аллотропные модификации кислорода

Кислород может существовать в виде двух аллотропных модификаций – кислорода О₂ и озона О₃ (физические свойства кислорода описаны выше).

При обычных условиях озон – газ. От кислорода его можно отделить сильным охлаждением; озон конденсируется в синюю жидкость, кипящую при (-111,9 o С).

Растворимость озона в воде значительно больше, чем кислорода: 100 объемов воды при 0 o С растворяют 49 объемов озона.

Образование озона из кислорода можно выразить уравнением:

Изотопы кислорода

Известно, что в природе кислород может находиться в виде трех изотопов 16 O (99,76%), 17 O (0,04%) и 18 O (0,2%). Их массовые числа равны 16, 17 и 18 соответственно. Ядро атома изотопа кислорода 16 O содержит восемь протонов и восемь нейтронов, а изотопов 17 O и 18 O– такое же количество протонов,девять и десять нейтронов соответственно.

Существует двенадцать радиоактивных изотопов кислорода с массовыми числами от 12-ти до 24-х, из которых наиболее стабильным является изотоп 15 О с периодом полураспада равным 120 с.

Ионы кислорода

На внешнем энергетическом уровне атома кислорода имеется шесть электронов, которые являются валентными:

Схема строения атома кислорода представлена ниже:

В результате химического взаимодействия кислород может терять свои валентные электроны, т.е. являться их донором, и превращаться в положительно заряженные ионы или принимать электроны другого атома, т.е. являться их акцептором, и превращаться в отрицательно заряженные ионы:

Молекула и атом кислорода

Молекула кислорода состоит из двух атомов – О₂. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу кислорода:

Энергия ионизации атома, эВ

Стандартная энтальпия диссоциации молекул при 25 o С, кДж/моль

Примеры решения задач

Какое количество теплоты выделится, если в газовой горелке сгорит 112 л (н.у.) метана?

РешениеНайдем теоретический объем метана (рассчитанный по термохимическому уравнению реакции):

V(CH₄) = 1 × 22,4 = 22,4 л.

Пусть в ходе реакции выделится х кДж теплоты. Составим пропорцию:

Отсюда х будет равен:

х = 882 × 112 / 22,4 = 4410.

Значит в ходе реакции горения метана выделяется 4410 кДж теплоты.

ОтветВыделяется 4410 кДж теплоты

Задание

При сжигании 1 л (н.у.) метана выделилось 39 кДж теплоты. Определите тепловой эффект реакции и составьте термохимическое уравнение реакции:

РешениеНайдем теоретический объем метана (рассчитанный по термохимическому уравнению реакции):

V(CH₄) = 1 × 22,4 = 22,4 л.

Пусть в ходе реакции выделится х кДж теплоты. Составим пропорцию:

Отсюда х будет равен:

х = 39 × 22,4 / 1 = 874.

Значит в ходе реакции горения метана выделяется 874 кДж теплоты. Термохимическое уравнение реакции имеет вид:

Источник