2. Кислород.

1. Из истории…

В 1771 году шведский химик и аптекарь Карл Вильгельм Шееле (1742-1786) при нагреве пиролюзита (MnO₂) с концентрированной серной кислотой наблюдал выделение "виртольного воздуха" – кислорода (O₂), который он также получил при прокаливании селитры. В 1772-1774 годах английский физик, философ и протестантский священник Джозеф Пристли (1733–1804) получил кислород, независимо от Шееле, при прокаливании оксида ртути (HgO). К таким же результатам пришел естествоиспытатель Байен. В 1777 году французский химик Антуан Лоран Лавуазье (1743–1794) объяснил процессы дыхания и горения и дал название кислороду – Oxygenium.

От греческого “oxy” - кислота и “genium” - рождающий, к сожалению, он ошибся, так как кислород вовсе не образует кислот. Однако это название устоялось и в русском и в других языках.

2. Положение в таблице Менделеева

Кислород – элемент с восьмым порядковым номером, относящийся к VI главной подгруппе второго периода. Кислород занимает первое место по распространенности в земной коре – 47,4% (по другим данным 49,13%). А атмосфере состоит из кислорода на – 20,9476%, это около 10¹⁵ тонн. В морской воде в связанном и растворенном виде содержится – 85,94% кислорода. В связанном виде кислород входит в состав более чем 1400 минералов. В связанном виде кислород обнаружен на многих планетах солнечной системы. Атмосфера Венеры состоит из углекислого газа, оксидов серы и серной кислоты, в ней также присутствует 0,0005% свободного кислорода. В атмосфере Марса содержится углекислый газ, небольшие количества воды и около 0,3% кислорода. В атмосфере Юпитера содержатся небольшие количества воды и свободного кислорода. На его спутнике Ио в результате вулканической деятельности из её недр постоянно выбрасывается оксид серы, другой спутник Европа покрыт ледяным покровом в несколько десятков километров, под которым существует водный океан, спутники Ганимед и Каллисто также имеют ледяную кору. В ядре Сатурна возможно под большим давлениям содержится модифицированный лед. Его спутники Энцелад и Титан обладаю ледяным покровом. Уран обладает океаном из воды, аммиака и метана. Поверхность спутника Нептуна Тритона также покрыта ледяным покровом.

Природный кислород состоит из трех стабильных изотопов: ¹⁶O – 99,76%, ¹⁷O – 0,04%, ¹⁸O – 0,2%. Кислород входит в состав ДНК и многих органических соединений, белков. Содержится в мышечной ткани – 16%, костной ткани – 28,5% и крови человека (в человеческом организме массой 70 кг в среднем содержится 43 кг кислорода).

3. Физические свойства

ислород – газ без цвета, вкуса и запаха, сравнительно плохо растворимый в воде. Но даже такая малая растворимость играет существенную роль для жизни.

Температура,  С	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90
Растворимость, мг/100г H2O	6,948	5,37	4,339	3,508	3,081	2,657	2,274	1,857	1,381	0,787

Жидкий кислород – жидкость светло-голубого цвета, притягиваемая магнитом, а твердый – кристаллы синего цвета с кубической кристаллической решеткой. Во всех агрегатных состояниях кислород парамагнитен.

Магнитные свойства кислорода указывают на наличие в молекуле кислорода двух неспаренных электронов. Эти электроны размещаются на разрыхляющихся молекулярных p-обриталях. Это делает эго молекулу бирадикалом. Энергия атомнизации кислорода намного меньше, чем у азота. Это одна из причин большой реакционной способности кислорода.

Ниже в алфавитном порядке перечислены основные физические и физико-химические константы для кислорода, в случае, когда не указываются температура или давление, то имеются в виду нормальные условия: t=0⁰ C, p=101325 Па. Вандервальсов радиус r=140 пм [30];

Давление пара

Дебаевский параметр  ()=126 К,  ()=46 К [85,86]; Дефект массы  M(¹²O)=32070 260 кэВ,  M(¹³О)=23105 10 кэВ,  M(¹⁴О)=8008,3 5 кэВ,  M(¹⁵О)=2855,4 0,7 кэВ,  M(¹⁶О)=-4737,02 0,04 кэВ, отсюда Ar(¹⁶О)=15,994914641 0,000042941 а.е.м.,  M(¹⁷О)=-809,9 0,8 кэВ, отсюда Ar(¹⁷О)=16,9991305436 0,0008694564 а.е.м.,  M(¹⁸О)=-738,03 0,30 кэВ,отсюда Ar(¹⁸О)=17,9991593895 0,0000003221 а.е.м.  M(¹⁹О)=3331,4 2,7 кэВ,  M(²⁰О)=3799 8 кэВ,  M(²¹О)=8120 80 кэВ,  M(²²О)=9490 220 кэВ,  M(²³О)=17950 кэВ (1 а.е.м.=931501590 эВ) [63]; Диэлектрическая проницаемость  _r=1,00055 (при низких частотах),  _r=1,00053 (при длине волны 30 мм) [52]; Изотопическое смещение резонансных линий атомов – переход между термами 3s ³S₁-3p ³P₁,  =8446,8* 10^-10 м,   16-18=0,14 см^-1 [57-60]; Ковалентный радиус r=66 пм [30]; Коэффициент поглощения звука a/f²=8,6 10^-15 с²/м (при t=-213,2 C и f=44,4 МГц) [22]; Критическая плотность  _кр=410 кг/м³ [32]; Критическая температура T_кр=154,78 К [32]; Критический объем V_кр=78 10^-6 м³/моль [32]; Критическое давление p_кр=5,081 МПа [32]; Магнитная восприимчивость не описывающаяся законом Кюри-Вейсса  =310 10^-9 м³/кг (при Т=54,3 К) [47],  =271,4 10^-9 м³/кг (при Т=70,8 К) [47],  =240,6 10^-9 м³/кг (при Т=90,1 К) [48]; Молярная изобарная теплоемкость С_Р=29,38 Дж/моль* К [23]; Оптический предел атома – 109837,0 см^-1 [39,40];

Длина волны, нм[62]	Форма
777,194	I
777,417	I
844,625	I
844,636	I
844,676	I

Параметры сверхтонкого расщепления низколежащих атомов – ¹⁷O, терм – 2³P₂, А=-219,6, ¹⁷O, терм – 2³P₁, А=4,7 [53,54-56]; Плотность  =1,429 кг/м³,  =1140 кг/м³ (при t=-182,9 С) [12,13]; Показатель преломления n=1,0002531 (при =546,1 нм), n=1,0002516 (при =632,8 нм) [108]; Постоянные Ван-дер-Ваальса a=0,1375 Н м⁴/моль², b=31,662 10^-6 м³/моль [32]; Потенциал ионизации атома – 13,618 эВ [39,40]; Сдвиг частоты  =1552 см^-1 при вынужденном комбинационном рассеянии [29]; Сечение резонансной перезарядки иона кислорода на собственном атоме – 60,2 10^-16 см², при энергии столкновения – 0,1 эВ, – 41,3 10^-16 см², при энергии столкновения – 1 эВ, – 30,3 10^-16 см², при энергии столкновения – 10 эВ, – 21,6 10^-16 см², при энергии столкновения – 100 эВ, – 14,4 10^-16 см², при энергии столкновения – 1000 эВ, – 8,4 10^-16 см², при энергии столкновения – 10000 эВ [38]; Сечение резонансной перезарядки отрицательного иона кислорода на собственном атоме – 123 10^-16 см², при энергии столкновения – 0,1 эВ, – 85 10^-16 см², при энергии столкновения – 1 эВ, – 55 10^-16 см², при энергии столкновения – 10 эВ, – 33 10^-16 см², при энергии столкновения – 100 эВ, – 17,6 10^-16 см², при энергии столкновения – 1000 эВ, – 8,1 10^-16 см², при энергии столкновения – 10000 эВ [38]; Скорость звука v=314 м/с (при t=0C) [76]

Температура кипения t_кип=-218,79 С [14]; Температура плавления t_пл=-182,97 C [14]; Температурный коэффициент линейного расширения =200 10^-6 K^-1 (при T=21К),=535 10^-6 K^-1 (при T=30К),=870 10^-6 K^-1 (при T=48К) [91,93]; Температурный коэффициент объемного расширения  =3,85 10^-3 К^-1 (при Т=68–89 К) [29]

Температура насыщения

Теплопроводность кислорода

Теплота испарения  H_исп=6820 Дж/моль [30]; Теплота кипения  H_кип=445,9 Дж/моль [14]; Теплота плавления  Н_пл=6833 Дж/моль [14]

Удельная изобарная теплоемкость кислорода

Электроотрицательность  =3,44 эВ (по Полингу),  =3,50 эВ (по Оллеру),  =7,54 эВ (абсолютная) [30]; Энергия Гиббса  G_обр =0 Дж/моль (газ),  G_обр =231731

Энергия ионизации, кДж/моль, [51]
M M+	1313,9
M+ M2+	3388,2
M2+ M3+	5300,3
M3+ M4+	7469,1
M4+ M5+	10989,3
M5+ M6+	13326,3
M6+ M7+	71333,3
M7+ M8+	84076,3

Энергия сродства к электрону EA=1,46112 эВ [51]; Энтальпия образования ∆ H_обр=0 Дж/моль (газ) H_обр =249170 Дж/моль (атом.) [31]; Энтропия S =205,138 Дж/моль K (газ), S =161,055 Дж/моль K (атом.) [31]; Эффективный заряд ядра – 4,55 (по Слейтеру), -4,45 (по Клементи), - 4,04 (по Фрезе-Фишеру) [30].

Массовое число А	13	14			15		16
Период полураспада или содержание	0,0089 0,0002 с	70,599 0,022 с			122,24 0,16 с		Стабилен – 99,762%
Тип распада и энергия частиц, МэВ	p – 6,40; 6,97	+ - 4,12; 1,811			+ - 1,74
Спин I, h					1/2
Магнитный момент 					0,7189 0,0008
Массовое число А	17		18	19		20		21
Период полураспада или содержание	Стабилен – 0,038%		Стабилен – 0,200%	26,91 0,08 с		13,57 0,10 с		3,4 с
Тип распада и энергия частиц, МэВ				- - 4,60; 3,3		- - 2,8		- - 6,4
Спин I, h	5/2
Магнитный момент 	+4,7223 0,0012
Электрический квадрупольный момент Q, фм2	10 2
Относительная чувствительность	0,0291
Относительная восприимчивость 13С	0,061
Гидромагнитное отношение, 107 рад/Тл с	-3,6264
Частота, МГц	-2,6 10-30