3. Получение

В настоящее время кислород получают многими способами. Основным промышленным способом получения кислорода является криогенная ректификация, которая использует разность в температурах кипения азота и кислорода. Таким способом получают кислород разной степени чистоты, вплоть до концентрации 99,9%. Также хорошо известны и успешно применяются в промышленности кислородные установки, работающие на основе мембранной технологии - воздух под высоким давлением пропускают через специальные фторопластовые, стеклянные или иные мембраны, способные пропускать только молекулы кислорода. В лабораториях же пользуются кислородом промышленного производства, поставляемым в стальных баллонах под давлением около 15 МПа.

Далее рассмотрим основные лабораторные методы получения кислорода (Таблица 1):

Таблица 1.

Способ получения кислорода	Описание способа, химическая реакция
Разложение кислородсодержащих веществ	Разложение кислородосодержащих веществ путем нагревания(2) или каталитическое разложение(3): (2) (3)
Электролиз водных растворов	Метод электролиза разбавленных водных растворов щелочей, кислот и некоторых солей (сульфатов, нитратов щелочных металлов): (4)
Реакции пероксидных соединений с углекислым газом	На подводных лодках и орбитальных станциях кислород обычно получают реакцией пероксида натрия и углекислого газа, выдыхаемого человеком: (5)

Таблица 1. Лабораторные методы получения кислорода

4. Свойства кислорода

1. Физические свойства

При нормальных условиях кислород — это газ без цвета, вкуса и запаха. Немного тяжелее воздуха. Слабо растворяется в воде (4,9 мл/100 г при 0 °C, 2,09 мл/100 г при +50 °C) и спирте (2,78 мл/100 г при +25 °C). Хорошо растворяется в расплавленном серебре (22 объёма O2 в 1 объёме Ag при +961 °C). Хорошо растворяется в перфторированных углеводородах (20-40 об/об %).

Является парамагнетиком. В жидком виде притягивается магнитом.

Жидкий кислород (температура кипения −182,98 °C) — это бледно-голубая жидкость (Рисунок 3).

Рис. 3 Жидкий кислород

Твёрдый кислород (температура плавления −218,35 °C) — синие кристаллы (Рисунок 4). [6]

Рис. 4 Твердый кислород

2. Химические свойства

Сильный окислитель, самый активный неметалл после фтора, образует бинарные соединения со всеми элементами, кроме гелия, неона, аргона. Наиболее распространенная степень окисления −2. Как правило, реакция окисления протекает с выделением тепла и ускоряется при повышении температуры.

Окисляет соединения, которые содержат элементы с не максимальной степенью окисления и большинство органических соединений в реакциях горения до образования углекислого газа и воды. (Уравнение 6) При определенных условиях можно провести мягкое окисление органического вещества.

(6) CH₄+ 2O₂ =CO₂ + 2H₂O

Кислород реагирует непосредственно (при нормальных условиях, при нагревании и/или в присутствии катализаторов) со всеми простыми веществами, кроме Au и инертных газов (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn); реакции с галогенами происходят под воздействием электрического разряда или ультрафиолета. Косвенным путём получены оксиды золота и тяжёлых инертных газов (Xe, Rn). Во всех двухэлементных соединениях кислорода с другими элементами кислород играет роль окислителя, кроме соединений со фтором.

В соединениях со фтором кислород способен демонстрировать степень окисления, отличную от всем известной:

• Дифторид кислорода, OF₂ степень окисления кислорода +2, получают пропусканием фтора через разбавленный раствор щелочи.

• Монофторид кислорода, O2F₂, нестабилен, степень окисления кислорода +1. Получают из смеси фтора с кислородом в тлеющем разряде при температуре −196 °C:

• Пропуская тлеющий разряд через смесь фтора с кислородом при определённых давлении и температуре, получают смеси высших фторидов кислорода O3F₂, O4F₂, O5F₂ и O6F₂. [7]

В свободном виде элемент существует в двух аллотропных модификациях: O₂ и O₃ (озон). Как установили в 1899 году Пьер Кюри и Мария Склодовская-Кюри, под воздействием ионизирующего излучения O₂ переходит в O_3.

5.Озон

Состоящая из трёхатомных молекул аллотропная модификация кислорода. При нормальных условиях — голубой ядовитый газ. Запах - резкий специфический. При сжижении превращается в жидкость цвета индиго. (Рисунок 5). В твёрдом виде представляет собой тёмно-синие, серые, практически чёрные кристаллы. [8]

Рис. 5 Жидкий озон

90% всего озона находится в стратосфере, в том числе в составе озонового слоя. Однако остальные 10% озона, находящиеся в тропосфере, являются загрязнителем, который может угрожать здоровью людей и животных, а также повреждает растения.

Высокая окисляющая способность озона и образование во многих реакциях с его участием свободных радикалов кислорода определяют его высокую токсичность. Воздействие озона на организм является общетоксическим, раздражающим, канцерогенным и мутагенным, а также может приводить к преждевременной смерти. [9].

Озон — мощный окислитель, намного более реакционноспособный, чем двухатомный кислород. Окисляет почти все металлы (за исключением золота, платины и иридия) до их высших степеней окисления. Окисляет многие неметаллы. Продуктом реакции в основном является кислород.

Озон образуется во многих процессах, сопровождающихся выделением атомарного кислорода, например, при разложении перекисей, окислении фосфора.

В промышленности его получают из воздуха или кислорода в озонаторах действием электрического разряда. Сжижается O₃ легче, чем O₂, и потому их несложно разделить. Озон для озонотерапии в медицине получают только из чистого кислорода. При облучении воздуха жёстким ультрафиолетовым излучением образуется озон. Тот же процесс протекает в верхних слоях атмосферы, где под действием солнечного излучения образуется и поддерживается озоновый слой. [10]

Применение озона обусловлено его свойствами сильного окисляющего реагента:

• для стерилизации изделий медицинского назначения;

• при получении многих веществ в лабораторной и промышленной практике;

• сильного дезинфицирующего средства:

• для очистки воды и воздуха от микроорганизмов (озонирование);

• для дезинфекции помещений и одежды;

• для озонирования растворов, применяемых в медицине (как для внутривенного, так и для контактного применения). [11]

Существенными достоинствами озонирования, по сравнению с хлорированием, является отсутствие токсинов в обработанной воде и лучшая, по сравнению с кислородом, растворимость в воде. Озонирование - один из наиболее прогрессивных современных технологических процессов, направленных на создание экологически чистых, благоприятных условий труда и жизнедеятельности человека. [12]

Так же озонаторы (Рисунок 6) устанавливают в поликлиниках, детских садах и школах для дезинфекции воздуха, особенно в периоды сезонного распространения гриппа и простуды.

Рис. 6 Озонатор

По заявлениям озонотерапевтов, здоровье человека значительно улучшается при лечении озоном, однако ни одно объективное клиническое исследование не подтвердило сколько-нибудь выраженный терапевтический эффект. Более того, при использовании озона в качестве лекарственного средства (особенно при непосредственном воздействии на кровь пациента) доказанный риск его мутагенного, канцерогенного и токсического воздействия перевешивает любые теоретически возможные положительные эффекты. [13]