Кислород электроны протоны нейтроны: «Сколько протонов и нейтронов и атома кислорода? » – Яндекс.Кью

КИСЛОРОД | Энциклопедия Кругосвет

Содержание статьи

КИСЛОРОД, O (oxygenium), химический элемент VIA подгруппы периодической системы элементов: O, S, Se, Te, Po – член семейства халькогенов. Это наиболее распространенный в природе элемент, его содержание составляет в атмосфере Земли 21% (об.), в земной коре в виде соединений ок. 50% (масс.) и в гидросфере 88,8% (масс.).

Кислород необходим для существования жизни на земле: животные и растения потребляют кислород в процессе дыхания, а растения выделяют кислород в процессе фотосинтеза. Живая материя содержит связанный кислород не только в составе жидкостей организма (в клетках крови и др.), но и в составе углеводов (сахар, целлюлоза, крахмал, гликоген), жиров и белков. Глины, горные породы состоят из силикатов и других кислородсодержащих неорганических соединений, таких, как оксиды, гидроксиды, карбонаты, сульфаты и нитраты.

Историческая справка.

Первые сведения о кислороде стали известны в Европе из китайских рукописей 8 в. В начале 16 в. Леонардо да Винчи опубликовал данные, связанные с химией кислорода, не зная еще, что кислород – элемент. Реакции присоединения кислорода описаны в научных трудах С.Гейлса (1731) и П.Байена (1774). Заслуживают особого внимания исследования К.Шееле в 1771–1773 взаимодействия металлов и фосфора с кислородом. Дж.Пристли сообщил об открытии кислорода как элемента в 1774, спустя несколько месяцев после сообщения Байена о реакциях с воздухом. Название oxygenium («кислород») дано этому элементу вскоре после его открытия Пристли и происходит от греческих слов, обозначающих «рождающий кислоту»; это связано с ошибочным представлением о том, что кислород присутствует во всех кислотах. Объяснение роли кислорода в процессах дыхания и горения, однако, принадлежит А.Лавуазье (1777).

Строение атома.

Любой природный атом кислорода содержит 8 протонов в ядре, но число нейтронов может быть равно 8, 9 или 10. Наиболее распространенный из трех изотопов кислорода (99,76%) – это ¹⁶₈O (8 протонов и 8 нейтронов). Содержание другого изотопа, ¹⁸₈O (8 протонов и 10 нейтронов), составляет всего 0,2%. Этот изотоп используется как метка или для идентификации некоторых молекул, а также для проведения биохимических и медико-химических исследований (метод изучения нерадиоактивных следов). Третий нерадиоактивный изотоп кислорода ¹⁷₈O (0,04%) содержит 9 нейтронов и имеет массовое число 17. После того как в 1961 масса изотопа углерода ¹²₆C была принята Международной комиссией за стандартную атомную массу, средневзвешенная атомная масса кислорода стала равна 15,9994. До 1961 стандартной единицей атомной массы химики считали атомную массу кислорода, принятую для смеси трех природных изотопов кислорода равной 16,000. Физики за стандартную единицу атомной массы принимали массовое число изотопа кислорода ¹⁶₈O, поэтому по физической шкале средняя атомная масса кислорода составляла 16,0044 (см. также АТОМНАЯ МАССА).

В атоме кислорода 8 электронов, при этом 2 электрона находятся на внутреннем уровне, а 6 электронов – на внешнем. Поэтому в химических реакциях кислород может принимать от доноров до двух электронов, достраивая свою внешнюю оболочку до 8 электронов и образуя избыточный отрицательный заряд (см. также АТОМА СТРОЕНИЕ).

Молекулярный кислород.

Как большинство других элементов, у атомов которых для достройки внешней оболочки из 8 электронов не хватает 1–2 электронов, кислород образует двухатомную молекулу. В этом процессе выделяется много энергии (~490 кДж/моль) и соответственно столько же энергии необходимо затратить для обратного процесса диссоциации молекулы на атомы. Прочность связи O–O настолько высока, что при 2300° С только 1% молекул кислорода диссоциирует на атомы. (Примечательно, что при образовании молекулы азота N₂ прочность связи N–N еще выше, ~710 кДж/моль.)

Электронная структура.

В электронной структуре молекулы кислорода не реализуется, как можно было ожидать, распределение электронов октетом вокруг каждого атома, а имеются неспаренные электроны, и кислород проявляет свойства, типичные для такого строения (например, взаимодействует с магнитным полем, являясь парамагнетиком).

Реакции.

В соответствующих условиях молекулярный кислород реагирует практически с любым элементом, кроме благородных газов. Однако при комнатных условиях только наиболее активные элементы реагируют с кислородом достаточно быстро. Вероятно, большинство реакций протекает только после диссоциации кислорода на атомы, а диссоциация происходит лишь при очень высоких температурах. Однако катализаторы или другие вещества в реагирующей системе могут способствовать диссоциации O₂. Известно, что щелочные (Li, Na, K) и щелочноземельные (Ca, Sr, Ba) металлы реагируют с молекулярным кислородом с образованием пероксидов:

Получение и применение.

Благодаря наличию свободного кислорода в атмосфере наиболее эффективным методом его извлечения является сжижение воздуха, из которого удаляют примеси, CO₂, пыль и т.д. химическими и физическими методами. Циклический процесс включает сжатие, охлаждение и расширение, что и приводит к сжижению воздуха. При медленном подъеме температуры (метод фракционной дистилляции) из жидкого воздуха испаряются сначала благородные газы (наиболее трудно сжижаемые), затем азот и остается жидкий кислород. В результате жидкий кислород содержит следы благородных газов и относительно большой процент азота. Для многих областей применения эти примеси не мешают. Однако для получения кислорода особой чистоты процесс дистилляции необходимо повторять. Кислород хранят в танках и баллонах. Он используется в больших количествах как окислитель керосина и других горючих в ракетах и космических аппаратах. Сталелитейная промышленность потребляет газообразный кислород для продувки через расплав чугуна по методу Бессемера для быстрого и эффективного удаления примесей C, S и P. Сталь при кислородном дутье получается быстрее и качественнее, чем при воздушном. Кислород используется также для сварки и резки металлов (кислородно-ацетиленовое пламя). Применяют кислород и в медицине, например, для обогащения дыхательной среды пациентов с затрудненном дыханием. Кислород можно получать различными химическими методами, и некоторые из них применяют для получения малых количеств чистого кислорода в лабораторной практике.

Электролиз.

Один из методов получения кислорода – электролиз воды, содержащей небольшие добавки NaOH или H₂SO₄ в качестве катализатора: 2H₂O ® 2H₂ + O₂. При этом образуются небольшие примеси водорода. С помощью разрядного устройства следы водорода в газовой смеси вновь превращают в воду, пары которой удаляют вымораживанием или адсорбцией.

Термическая диссоциация.

Важный лабораторный метод получения кислорода, предложенный Дж.Пристли, заключается в термическом разложении оксидов тяжелых металлов: 2HgO ® 2Hg + O₂. Пристли для этого фокусировал солнечные лучи на порошок оксида ртути. Известным лабораторным методом является также термическая диссоциация оксосолей, например хлората калия в присутствии катализатора – диоксида марганца:

Диоксид марганца, добавляемый в небольших количествах перед прокаливанием, позволяет поддерживать требуемую температуру и скорость диссоциации, причем сам MnO₂ в процессе не изменяется.

Используются также способы термического разложения нитратов:

а также пероксидов некоторых активных металлов, например:

2BaO₂® 2BaO + O₂

Последний способ одно время широко использовался для извлечения кислорода из атмосферы и заключался в нагревании BaO на воздухе до образования BaO₂ с последующим термическим разложением пероксида. Способ термического разложения сохраняет свое значение для получения пероксида водорода.

Физические свойства.

Кислород при нормальных условиях – бесцветный газ без запаха и вкуса. Жидкий кислород имеет бледно-голубой цвет. Твердый кислород существует по крайней мере в трех кристаллических модификациях. Газообразный кислород растворим в воде и, вероятно, образует непрочные соединения типа O₂ЧH₂O, а возможно, и O₂Ч2H₂O.

Химические свойства.

Как уже упоминалось, химическая активность кислорода определяется его способностью диссоциировать на атомы O, которые и отличаются высокой реакционной способностью. Только наиболее активные металлы и минералы реагируют с O₂ c высокой скоростью при низких температурах. Наиболее активные щелочные (IA подгруппы) и некоторые щелочноземельные (IIA подгруппы) металлы образуют с O₂ пероксиды типа NaO₂ и BaO₂. Другие же элементы и соединения реагируют только с продуктом диссоциации O₂. В подходящих условиях все элементы, исключая благородные газы и металлы Pt, Ag, Au, реагируют с кислородом. Эти металлы тоже образуют оксиды, но при особых условиях.

Электронная структура кислорода (1s²2s²2p⁴) такова, что атом O принимает для образования устойчивой внешней электронной оболочки два электрона на внешний уровень, образуя ион O^2–. В оксидах щелочных металлов образуется преимущественно ионная связь. Можно полагать, что электроны этих металлов практически целиком оттянуты к кислороду. В оксидах менее активных металлов и неметаллов переход электронов неполный, и плотность отрицательного заряда на кислороде менее выражена, поэтому связь менее ионная или более ковалентная.

При окислении металлов кислородом происходит выделение тепла, величина которого коррелирует с прочностью связи M–O. При окислении некоторых неметаллов происходит поглощение тепла, что свидетельствует об их менее прочных связях с кислородом. Такие оксиды термически неустойчивы (или менее стабильны, чем оксиды с ионной связью) и часто отличаются высокой химической активностью. В таблице приведены для сравнения значения энтальпий образования оксидов наиболее типичных металлов, переходных металлов и неметаллов, элементов A- и B-подгрупп (знак минус означает выделение тепла).

О свойствах оксидов можно сделать несколько общих выводов:

1. Температуры плавления оксидов щелочных металлов уменьшаются с ростом атомного радиуса металла; так, t_пл (Cs₂O) t_пл (Na₂O). Оксиды, в которых преобладает ионная связь, имеют более высокие температуры плавления, чем температуры плавления ковалентных оксидов: t_пл (Na₂O) > t_пл (SO₂).

2. Оксиды химически активных металлов (IA–IIIA подгрупп) более термически стабильны, чем оксиды переходных металлов и неметаллов. Оксиды тяжелых металлов в высшей степени окисления при термической диссоциации образуют оксиды с более низкими степенями окисления (например, 2Hg²⁺O ® (Hg⁺)₂O + 0,5O₂® 2Hg⁰ + O₂). Такие оксиды в высоких степенях окисления могут быть хорошими окислителями.

3. Наиболее активные металлы взаимодействуют с молекулярным кислородом при повышенных температурах с образованием пероксидов:

Sr + O₂® SrO₂.

4. Оксиды активных металлов образуют бесцветные растворы, тогда как оксиды большинства переходных металлов окрашены и практически нерастворимы. Водные растворы оксидов металлов проявляют основные свойства и являются гидроксидами, содержащими OH-группы, а оксиды неметаллов в водных растворах образуют кислоты, содержащие ион H⁺.

5. Металлы и неметаллы A-подгрупп образуют оксиды со степенью окисления, соответствующей номеру группы, например, Na, Be и B образуют Na¹₂O, Be^IIO и B₂^IIIO₃, а неметаллы IVA–VIIA подгрупп C, N, S, Cl образуют C^IVO₂, N^V₂O₅, S^VIO₃, Cl^VII₂O₇. Номер группы элемента коррелирует только с максимальной степенью окисления, так как возможны оксиды и с более низкими степенями окисления элементов. В процессах горения соединений типичными продуктами являются оксиды, например:

2H₂S + 3O₂® 2SO₂ + 2H₂O

Углеродсодержащие вещества и углеводороды при слабом нагревании окисляются (сгорают) до CO₂ и H₂O. Примерами таких веществ являются топлива – древесина, нефть, спирты (а также углерод – каменный уголь, кокс и древесный уголь). Тепло от процесса горения утилизируется на производство пара (а далее электричества или идет на силовые установки), а также на отопление домов. Типичные уравнения для процессов горения таковы:

а) древесина (целлюлоза):

(C₆H₁₀O₅)_n + 6nO₂® 6nCO₂ + 5nH₂O + тепловая энергия

б) нефть или газ (бензин C₈H₁₈ или природный газ CH₄):

2C₈H₁₈ + 25O₂® 16CO₂ + 18H₂O + тепловая энергия

CH₄ + 2O₂® CO₂ + 2H₂O + тепловая энергия

в) спирт:

C₂H₅OH + 3O₂® 2CO₂ + 3H₂O + тепловая энергия

г) углерод (каменный или древесный уголь, кокс):

2C + O₂® 2CO + тепловая энергия

2CO + O₂® 2CO₂ + тепловая энергия

Горению подвержены также ряд C-, H-, N-, O-содержащих соединений с высоким запасом энергии. Кислород для окисления может использоваться не только из атмосферы (как в предыдущих реакциях), но и из самого вещества. Для инициирования реакции достаточно небольшого активирования реакции, например удара или встряски. При этих реакциях продуктами горения также являются оксиды, но все они газообразны и быстро расширяются при высокой конечной температуре процесса. Поэтому такие вещества являются взрывчатыми. Примерами взрывчатых веществ служат тринитроглицерин (или нитроглицерин) C₃H₅(NO₃)₃ и тринитротолуол (или ТНТ) C₇H₅(NO₂)₃. См. также ХИМИЧЕСКОЕ И БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОРУЖИЕ.

Оксиды металлов или неметаллов с низшими степенями окисления элемента реагируют с кислородом с образованием оксидов высоких степеней окисления этого элемента:

Оксиды природные, полученные из руд или синтезированные, служат сырьем для получения многих важных металлов, например, железа из Fe₂O₃ (гематит) и Fe₃O₄ (магнетит), алюминия из Al₂O₃ (глинозем), магния из MgO (магнезия). Оксиды легких металлов используются в химической промышленности для получения щелочей или оснований. Пероксид калия KO₂ находит необычное применение, так как в присутствии влаги и в результате реакции с ней выделяет кислород. Поэтому KO₂ применяют в респираторах для получения кислорода. Влага из выдыхаемого воздуха выделяет в респираторе кислород, а KOH поглощает CO₂. Получение оксида CaO и гидроксида кальция Ca(OH)₂ – многотоннажное производство в технологии керамики и цемента.

Вода (оксид водорода).

Важность воды H₂O как в лабораторной практике для химических реакций, так и в процессах жизнедеятельности требует особого рассмотрения этого вещества (см. также ВОДОРОД; ВОДА, ЛЕД И ПАР). Как уже упоминалось, при прямом взаимодействии кислорода и водорода в условиях, например, искрового разряда происходят взрыв и образование воды, при этом выделяется 143 кДж/(моль H₂O).

Молекула воды имеет почти тетраэдрическое строение, угол H–O–H равен 104°30ў. Связи в молекуле частично ионные (30%) и частично ковалентные с высокой плотностью отрицательного заряда у кислорода и соответственно положительных зарядов у водорода:

Из-за высокой прочности связей H–O водород с трудом отщепляется от кислорода и вода проявляет очень слабые кислотные свойства. Многие свойства воды определяются распределением зарядов. Например, молекула воды образует с ионом металла гидрат:

Одну электронную пару вода отдает акцептору, которым может быть H⁺:

Молекулы воды связываются друг с другом в большие агрегаты (H₂O)_x слабыми водородными связями (энергия связи ~21 кДж)

Вода в такой системе водородных связей подвергается диссоциации в очень слабой степени, достигающей концентрации 10^–7 моль/л. Очевидно, расщепление связи, показанное квадратными скобками, приводит к образованию гидроксид-иона OH^– и иона гидроксония H₃O⁺:

Пероксид водорода.

Другим соединением, состоящим только из водорода и кислорода, является пероксид водорода H₂O₂. Название «пероксид» принято для соединений, содержащих связь –O–O–. Пероксид водорода имеет строение асимметрично изогнутой цепи:

Пероксид водорода получают по реакции пероксида металла с кислотой

BaO₂ + H₂SO₄® BaSO₄ + H₂O₂

либо разложением пероксодисерной кислоты H₂S₂O₈, которую получают электролитически:

Концентрированный раствор H₂O₂ может быть получен специальными методами дистилляции. Пероксид водорода используют как окислитель в двигателях ракет. Разбавленные растворы пероксида служат антисептиками, отбеливателями и мягкими окислителями. H₂O₂ добавляют ко многим кислотам и оксидам для получения соединений, аналогичных гидратам. В присутствии сильного окислителя (например, MnO₂ или MnO₄^–) H₂O₂ окисляется, выделяя кислород и воду.

Оксоанионы и оксокатионы

– кислородсодержащие частицы, имеющие остаточный отрицательный (оксоанионы) или остаточный положительный (оксокатионы) заряд. Ион O^2– имеет высокое сродство (высокую реакционную способность) к положительно заряженным частицам типа H⁺. Простейшим представителем стабильных оксоанионов является гидроксид-ион OH^–. Это объясняет неустойчивость атомов с высокой зарядовой плотностью и их частичную стабилизацию в результате присоединения частицы с положительным зарядом. Поэтому при действии активного металла (или его оксида) на воду образуется OH^–, а не O^2–:

2Na + 2H₂O ® 2Na⁺ + 2OH^– + H₂

или

Na₂O + H₂O ® 2Na⁺ + 2OH^–

Более сложные оксоанионы образуются из кислорода с ионом металла или неметаллической частицей, имеющей большой положительный заряд, в результате получается низкозаряженная частица, обладающая большей стабильностью, например:

Озон.

Кроме атомарного кислорода O и двухатомной молекулы O₂ существует третья форма кислорода – озон O₃, содержащий три кислородных атома. Все три формы являются аллотропными модификациями. Озон образуется при пропускании тихого электрического разряда через сухой кислород: 3O₂ 2O₃.

При этом образуется несколько процентов озона. Реакция катализируется ионами металлов. Озон имеет острый резкий запах, который можно обнаружить вблизи работающих электрических машин или в окрестности атмосферного электрического разряда. Газ имеет голубоватый цвет и конденсируется при –112° С в темноголубую жидкость, а при –193° С образуется темнопурпуровая твердая фаза. Жидкий озон слаборастворим в жидком кислороде, а в 100 г воды при 0° С растворяется 49 см³ O₃. По химическим свойствам озон намного активнее кислорода и по окислительным свойствам уступает только O, F₂ и OF₂ (дифториду кислорода). При обычном окислении образуются оксид и молекулярный кислород O₂. При действии озона на активные металлы в особых условиях образуются озониды состава K⁺O₃^–. Озон получают в промышленности для специальных целей, он является хорошим дезинфицирующим средством и используется для очистки воды и как отбеливатель, улучшает состояние атмосферы в закрытых системах, дезинфицирует предметы и пищу, ускоряет созревание зерна и фруктов. В химической лаборатории часто используют озонатор для получения озона, необходимого для некоторых методов химического анализа и синтеза. Каучук легко разрушается даже под действием малых концентраций озона. В некоторых промышленных городах значительная концентрация озона в воздухе приводит к быстрой порче резиновых изделий, если они не защищены антиоксидантами. Озон очень токсичен. Постоянное вдыхание воздуха даже с очень низкими концентрациями озона вызывает головную боль, тошноту и другие неприятные состояния.

Ученые нашли седьмое дважды магическое ядро: Наука и техника: Lenta.ru

Физики из Окриджской лаборатории доказали, что ядро изотопа олова-132 является так называемым дважды магическим ядром, то есть число протонов и нейтронов в нем таково, что протонные и нейтронные оболочки оказываются полностью заполнены. Статья исследователей опубликована в журнале Nature. Коротко работа описана на портале Physics World.

Структура ядра, так же как и структура атома, состоит из оболочек, только заполняют их не электроны, а протоны и нейтроны. И так же как в случае атомов, структура ядра наиболее стабильна в том случае, если протонные и нейтронные оболочки оказываются полностью заполненными. Числа протонов и нейтронов, необходимые для полного заполнения оболочек, называют магическими. Соответственно, магическими зовут ядра с «правильным» числом протонов или нейтронов, а дважды магическими — с магическим набором и тех и других.

В настоящее время физикам известны шесть дважды магических ядер, структура которых подтверждена, — это гелий-4, кислород-16, кальций-40, кальций-48, никель-48 и свинец-208. Существуют и другие кандидаты на звание дважды магических ядер, однако их время жизни очень мало, поэтому физикам не удается изучить их структуру и подтвердить «статус». Одним из таких кандидатов является изотоп олова-132, в ядре которого есть 50 протонов и 82 нейтрона. Период полураспада олова-132 равен четырем секундам.

Обычно физики проверяют структуру предположительно магического ядра так: пленку из соответствующего изотопа бомбардируют атомами дейтерия — изотопа водорода, ядро которого состоит из одного протона и одного нейтрона. Однако в случае олова-132 создать «мишень» невозможно, поэтому авторы новой работы провели эксперимент, используя обратную схему. Они разгоняли частицы олова-132 до одной десятой скорости света и бомбардировали ими полиэтиленовую пленку, в которой все атомы протия («обычный» легкий изотоп водорода) были заменены на дейтерий. Встречаясь с дейтерием, изотоп олова-132 «забирал» у него нейтрон. При этом «остаток» ядра дейтерия — протон — улетал. Изучая характеристики этого протона, ученые смогли доказать, что частица, «оторвавшая» от него нейтрон, действительно представляет собой дважды магическое ядро.

До сих пор считалось, что доказать «двойную магическую» природу ядра олова-132 на имеющемся у ученых оборудовании невозможно. И сейчас это удалось сделать только благодаря «хитрому» эксперименту. Окриджская лаборатория, где была выполнена эта работа, входит в число трех ведущих лабораторий, которые занимаются исследованием природы атомных ядер и синтезом новых элементов. Два других исследовательских центра расположены в Дармштадте в Германии и в Дубне в Подмосковье. Дубненские физики в начале апреля заявили о синтезе 117-го элемента таблицы Менделеева. Подробнее об этой работе можно прочитать тут, а интервью с руководителем эксперимента Юрием Оганесяном — тут.

Южный федеральный университет | Пресс-центр: Ученые ЮФУ исследуют новые типы водородных связей

По инициативе профессора кафедры органической химии ЮФУ Александра Пожарского его ученики – кандидаты химических наук Владимир Микшиев и Александр Антонов совместно с учеными Вроцлавского университета (Польша) и Института химии Санкт-Петербургского государственного университета исследовали аномальный тип внутримолекулярных водородных связей в карбоксамидной группе, резко отличный от тех, которые стабилизируют спиральную структуру белков. Публикация об этом появилась в 2020 году в журнале ChemPhysChem в статусе Very Important Paper.

Известно, что основу материи во Вселенной составляют невидимые нам элементарные частицы (электроны, протоны, нейтроны, кварки и др.), предположительно, образовавшиеся при Большом взрыве. Фундаментальным законом природы является непрерывное структурирование и укрупнение материальных частиц за счет различных взаимодействий. Так, из элементарных частиц, преимущественно, в недрах звезд формируются ядра химических элементов, из которых затем строятся все более сложные молекулы. В ходе этого процесса, называемого химической эволюцией, при благоприятных условиях (например, существующих на Земле) рождаются супрамолекулы, к которым относятся белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды и жиры. Характерная особенность супрамолекул – их способность к самоорганизации и распознаванию других молекул. Структурирование супрамолекул – результат множественных слабых (невалентных) взаимодействий. В биологии одним из основных невалентных взаимодействий является водородная связь. Например, водородные связи формируют двойную спираль ДНК, а также нитевидные или смятые в глобулы спирали белков (полипептидов). Белковая спираль внутри каждого витка стабилизируется водородными связями NH…O=C между карбоксамидными и амидными группами  (рис. 1).

Исследования фундаментальных характеристик амидной группы, – например, цис-транс изомеризационного барьера, резонансной энергии или кислотно-основных свойств, продолжаются из года в год в связи с особой актуальностью. Они значимы для обеспечения дальнейшего прогресса в медицине, биологии и биотехнологии, химии и междисциплинарных науках.

В сфере главных интересов группы профессора ЮФУ Александра Пожарского находятся неклассические типы водородных связей. Прежде всего, это касается сильных коротких водородных связей. В последние годы утвердилось мнение, что именно они несут главную ответственность за мягкость, быстроту и селективность большинства биохимических реакций.

Успешными моделями для таких исследований стали протонные губки и их аналоги.

Значение открытого в 1968 году феномена так называемых протонных губок, состоит в том, что впервые были синтезированы органические молекулы, способные в миллионы раз замедлять скорость протонного переноса и использовать это в органическом синтезе, электрохимических, биотехнологических и медицинских исследованиях. Открытие протонных губок – крупнейший вклад в теорию кислот и оснований за последние 50 лет. Появление протонных губок во многом ускорило становление такой области науки, как супрамолекулярная химия.

Студентами, аспирантами и сотрудниками кафедры органической химии синтезировано множество новых соединений и типов протонных губок. Так, аспирантом Андреем Марченко под руководством профессора Валерия Озерянского синтезирована группа веществ с самыми короткими водородными связями NH…N типа. До конца 2020 года исследования планируется опубликовать в одном из международных журналов.

Недавно профессором Александром Пожарским совместно с его бывшими аспирантами Александром Антоновым и Владимиром Микшиевым (ныне сотрудниками Санкт-Петербургского государственного университета) в журнале ChemPhysChem опубликована статья, в которой на многочисленных примерах показана возможность амидной группы O=C-NH₂ образовывать водородную связь за счет атома азота, а не карбонильного кислорода (рис. 2). Эта работа имеет значение для понимания нестандартного поведения белковых молекул.

На протяжении последних 20 лет на кафедре органической химии Химического факультета Южного федерального университета в группе профессора Александра Пожарского проводится успешная работа в этом направлении.

Названные исследования выполнялись в рамках трех грантов РФФИ No 17-03-00035, 18-73-00020, 20-03-00112. Теоретические расчеты проводились профессором Вроцлавского университета А. Филаровским. Рентгеноструктурные исследования выполнены в научно-исследовательском парке Санкт-Петербургского университета, а спектральные на химическом факультете ЮФУ и в НИИ ФОХ.

Журналистам

22 Июля 2021 

Управление информации и общественных связей Калининской АЭС

22 Июля 2021 

АО «Концерн Росэнергоатом»

21 Июля 2021 

Управление информации и общественных связей Кольской АЭС

21 Июля 2021 

Департамент коммуникаций АО «Концерн Росэнергоатом»

21 Июля 2021 

Филиал АО «Концерн Росэнергоатом» «Плавучая атомная теплоэлектростанция»

20 Июля 2021 

Управление информации и общественных связей Калининской АЭС

20 Июля 2021 

Управление информации и общественных связей Ленинградской АЭС

20 Июля 2021 

АО «Концерн Росэнергоатом»

19 Июля 2021 

Управление информации и общественных связей Ленинградской АЭС

17 Июля 2021 

Русатом — Международная сеть, Концерн «Росэнергоатом»

16 Июля 2021 

Управление информации и общественных связей Нововоронежской АЭС

16 Июля 2021 

Управление информации и общественных связей Белоярской АЭС

Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии

Химический элемент

Химический элемент — совокупность атомов с одним и тем же зарядом ядра, числом протонов в ядре и электронов
в электронной оболочке. Закономерную связь химических элементов отражает периодическая таблица Д.И. Менделеева.

Изучая подобную карточку химического элемента, можно узнать о нем многое:

• Обозначение химического элемента
• Русское наименование
• Порядковый номер = заряд атома = число электронов = число протонов
• Атомная масса
• Распределение электронов по энергетическим уровням
• Электронная конфигурация внешнего уровня

Надо заметить, что на экзамене часто из карточки элемента скрывают распределение электронов и конфигурацию внешнего
уровня. Тем не менее, если вы успешно освоили предыдущую тему, то для вас не составит труда написать электронную
конфигурацию атома зная его порядковый номер в таблице Д.И. Менделеева (номер уж точно не тронут!))

Протоны, нейтроны и электроны

Вы уже знаете, что порядковый номер элемента в периодической таблице Д.И. Менделеева равен числу протонов, а число протонов
равно числу электронов.

Для того чтобы найти число нейтронов в атоме алюминия, необходимо вычесть из атомной массы число протонов:

27 — 13 = 14

Получается, что в атоме алюминия 14 нейтронов. Посчитайте число нейтронов, электронов и протонов самостоятельно для атомов бериллия,
кислорода, меди. Решение вы найдете ниже.

Если вы поняли суть и научились считать протоны, нейтроны и электроны, самое время приступать к следующей теме.

Изотопы

Изотопы (греч. isos — одинаковый + topos — место) — общее название разновидностей одного и того же химического элемента,
имеющих одинаковый заряд ядра (число протонов), но разное число нейтронов.

Вероятно, вы не задумывались, но вся таблица Д.И. Менделеева и представленные в ней химические элементы — это самые распространенные
на земле изотопы.

Лучше всего объяснить, что такое изотопы наглядным примером. Широко известны три изотопа водорода: протий, дейтерий и тритий.

В таблице Д.И. Менделеева представлен самый распространенный из трех — протий. Он содержит 1 протон и 1 электрон, нейтроны отсутствуют. У
дейтерия 1 протон, 1 нейтрон и 1 электрон. У трития 1 протон, 2 нейтрона, 1 электрон.

Теперь очевидно, что изотопы — атомы одного и того же химического элемента, различающиеся числом нейтронов.

Рассмотрим пример с изотопами лития. Самостоятельно посчитайте количество нейтронов у каждого изотопа. Найдите тот, который
включен в таблицу Д.И. Менделеева.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение
(в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов
без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования,
обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Число протонов нейтронов электронов в атоме элемента (Таблица)

Число протонов нейтронов и электронов в атоме химического элемента (изотопа) можно определить, зная порядковый номер элемента в периодической таблице Менделеева и его атомную массу:

— Число протонов = число электронов = порядковый номер элемента

— Число нейтронов = атомная масса – число протонов 

Вычислим число нейтронов в атоме на примере кислорода ¹⁶O:

16 — 8 = 8 (в кислороде 8 нейтронов)

Таблица число протонов нейтронов электронов в атоме химического элемента

Справочная таблица содержит список элементов (изотопов) и их число протонов, нейтронов и электронов, а также атомную массу изотопа.

* это нестабильные изотопы и с большим периодом полураспада, который равняется возрасту Вселенной.

Что такое плазма?

Традиционно агрегатные состояния вещества делятся на твердое, жидкое и газообразное. Но, помимо них, в определенных условиях вещество может переходить в еще одно состояние — состояние плазмы.

Любая материя состоит из атомов, которые по сути являются строительными блоками всех привычных нам предметов. Атомы состоят из положительно заряженных протонов, отрицательно заряженных электронов и незаряженных нейтронов. Атомы могут соединяться и образовывать молекулы.

Обычно атомы газа имеют равный отрицательный и положительный заряд, то есть число положительных протонов в ядре атома равняется числу вращающихся вокруг него отрицательных электронов, поэтому в целом атом остается нейтральным.  Плазма образуется, когда при поступлении большого количества тепла (или иного вида энергии) атомы начинают полностью или частично терять свои электроны. В таком случае заряд атомов становится положительным, а отделившиеся от них электроны начинают двигаться независимо. Такие атомы и образовавшийся электрически заряженный газ называют «ионизированными». Когда число ионизированных атомов становится достаточно высоким для изменения электрических характеристик газа, он становится плазмой. Плазма образует и реагирует на электромагнитные поля.

Возьмем для примера молекулу воды H₂O. Она состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. На рисунке выше показаны четыре агрегатные состояния H₂O: лед в твердой форме, вода в жидкой, пар в газообразной. При воздействии на лед достаточного количества энергии он перейдет из твердой в жидкую форму. Если поступление энергии продолжится, жидкая форма перейдет в газообразную, а затем молекулы пара станут электрически заряженными (ионизированными) и образуют плазму. Термин «плазма» в применении к ионизированному газу впервые был использован в 1929 году американским химиком и физиком доктором Ирвингом Ленгмюром.

Некоторые виды плазмы встречаются в природе, например, Солнце и другие звезды, статическое электричество и молнии.  Также мы каждый день видим и другие, искусственные виды плазмы: неоновые огни, флуоресцентные лампы и плазменные экраны.

Фермилаб | Наука | Пытливые умы

Физика Вопросы, которые задают люди Фермилаб

Частицы и их свойства

Вопрос:
Я надеялся, что вы поможете мне узнать, как вычислить число
протонов, число нейтронов и число электронов
конкретный атом. Например, кислород 8 O 16, я не знаю, как вычислить
это из. Заранее благодарим за помощь.
— D

Ответ:
Уважаемый D:

Ключевые свойства атома (например, кислорода) описываются атомной
Число (которое равно 8 для кислорода) и общее количество нуклонов (которое равно 16
для кислорода).Атомный номер дает количество протонов в атоме. В
количество нуклонов дает общее количество протонов плюс нейтроны в
атом. Число нуклонов всегда очень близко к атомному весу
атом (что составляет 15,9994 для кислорода).

Вот простой способ запомнить это:
Поскольку атом электрически нейтрален, у него всегда одно и то же количество
электроны (отрицательный заряд) и протоны (положительный заряд). Нейтроны
конечно, нейтральны.

Теперь вы можете выяснить, сколько электронов, протонов и нейтронов в кислороде:
Атомный номер (который всегда является меньшим из двух чисел) равен 8. Следовательно, 8
протоны. Поскольку атом нейтрален, также имеется 8 электронов.
Число нуклонов (которое является большим из двух чисел, потому что оно учитывает
все нуклоны, а не только протоны): 16. Это общее количество протонов и
нейтроны. Вычтите количество протонов (8), и вы получите количество
нейтронов, что тоже 8.

Другой пример: железо, которое составляет 26 Fe 56. В нем 26 протонов, 26 электронов,
и 56-26 = 30 нейтронов.

Чтобы найти атомные и групповые номера многих других элементов, вы можете посмотреть
следующий веб-сайт:
http://www.webelements.com/

С наилучшими пожеланиями,

Курт

Вернуться на главную страницу вопросов о физике

2.1 Электроны, протоны, нейтроны и атомы — Физическая геология

Вся материя, включая минеральные кристаллы, состоит из атомов, и все атомы состоят из трех основных частиц: протонов , нейтронов, и электронов . Как показано в Таблице 2.1, протоны заряжены положительно, нейтроны не заряжены, а электроны заряжены отрицательно. Отрицательный заряд одного электрона уравновешивает положительный заряд одного протона. И протоны, и нейтроны имеют массу 1, а электроны почти не имеют массы.

Элемент водород состоит из простейших атомов, каждый из которых состоит только из одного протона и одного электрона.Протон образует ядро, а электрон вращается вокруг него. Все другие элементы имеют в своем ядре как нейтроны, так и протоны, такие как гелий, как показано на рисунке 2.2. Положительно заряженные протоны имеют тенденцию отталкиваться друг от друга, а нейтроны помогают удерживать ядро ​​вместе. Число протонов — это атомный номер , а число протонов плюс нейтроны — это атомная масса . Для водорода атомная масса равна 1, потому что есть один протон и нет нейтронов.Для гелия это 4: два протона и два нейтрона.

Для большинства из 16 легчайших элементов (вплоть до кислорода) количество нейтронов равно количеству протонов. Для большинства остальных элементов нейтронов больше, чем протонов, потому что дополнительные нейтроны необходимы, чтобы удерживать ядро ​​вместе, преодолевая взаимное отталкивание растущего числа протонов, сосредоточенных в очень маленьком пространстве. Например, в кремнии 14 протонов и 14 нейтронов. Его атомный номер 14, а атомная масса 28.Самый распространенный изотоп урана состоит из 92 протонов и 146 нейтронов. Его атомный номер 92, а атомная масса 238 (92 + 146).

Рисунок 2.2 Изображение атома гелия.

Точка посередине — это ядро, а окружающее облако обозначает, где два электрона могут быть в любой момент. Чем темнее оттенок, тем больше вероятность того, что там будет электрон. Ангстрем (Å) составляет 10 ^-10 м. Фемтометр (фм) 10 ^-15 м. Другими словами, электронное облако атома гелия примерно в 100 000 раз больше его ядра.

Электроны, вращающиеся вокруг ядра атома, расположены в оболочках, также известных как «энергетические уровни». Первая оболочка может содержать только два электрона, а следующая оболочка может содержать до восьми электронов. Последующие оболочки могут содержать больше электронов, но самая внешняя оболочка любого атома вмещает не более восьми электронов. Электроны в самой внешней оболочке играют важную роль в связи между атомами. Элементы с полной внешней оболочкой инертны в том смысле, что они не вступают в реакцию с другими элементами с образованием соединений.Все они появляются в крайнем правом столбце периодической таблицы: гелий, неон, аргон и т. Д. Для элементов, не имеющих полной внешней оболочки, самые внешние электроны могут взаимодействовать с самыми внешними электронами соседних атомов, создавая химические связи. Конфигурации электронных оболочек 29 из первых 36 элементов перечислены в таблице 2.2.

Атрибуции

Рисунок 2.2
Атом гелия от Yzmo находится под CC-BY-SA-3.0

Кислород-11: самый легкий изотоп кислорода

[Изображение вверху] Кислород-11, получивший название «легковесный кислород», имеет только три нейтрона на свои восемь протонов, в отличие от восьми нейтронов в кислороде-16. Кредит: ACerS

.

В чем разница между ионами и изотопами?

Я часто задаю этот вопрос студентам-химикам, которых я преподаю, потому что эти два слова легко спутать.Оба слова описывают вариации в атомах элемента, но в то время как ионы описывают элементы, атомы которых имеют разное количество электронов (вспомните Fe ²⁺ и Fe ³⁺ ), изотопы описывают элементы, атомы которых имеют разное количество нейтронов. (подумайте о углероде-12 и углероде-14).

Ионы и изотопы — очень важные концепции в материаловедении. Помимо прочего, ионы определяют, как атомы будут связываться друг с другом (структура молекулы), а изотопы определяют стабильность атома (насколько вероятно, что он распадется).Знание ионов и изотопов данного элемента помогает исследователям понять, почему материалы, состоящие из одного и того же элемента, могут вести себя по-разному (например, посмотрите на разные цвета ионов переходных металлов в растворе).

Оба раствора содержат железо, но в зеленом (слева) есть Fe ²⁺ , а в красновато-коричневом (справа) — Fe ³⁺ . Предоставлено: Йео Йонг Киат, YouTube (Fe ²⁺ и Fe ³⁺ ).

2019 год — Международный год Периодической таблицы Менделеева, и это означает празднование не только 118 подтвержденных элементов, но и всех подтвержденных ионов и изотопов.Это также означает празднование недавно открытых ионов и изотопов, таких как новый изотоп кислорода, о котором было объявлено в прошлом месяце.

Несмотря на то, что пресс-релиз Вашингтонского университета вышел 1 апреля, открытие исследователей определенно не было шуткой. Они открыли и охарактеризовали кислород-11, самый легкий изотоп кислорода.

Кислород-11, получивший название «легковесный кислород», имеет только три нейтрона на восемь протонов. Этот изотоп заметно легче кислорода-16, который имеет восемь нейтронов и является наиболее распространенной природной формой кислорода (около 99.7 процентов).

Исследователи из Вашингтонского университета, Университета Западного Мичигана, Университета Коннектикута и Университета штата Мичиган создали кислород-11 в Национальной лаборатории сверхпроводящего циклотрона (NSCL) в Университете штата Мичиган. Они провели реакции выбивания одного и двух нейтронов на пучке кислорода-13, чтобы уменьшить количество нейтронов с пяти до трех.

Хотя открытие нового изотопа увлекательно, у исследователей есть еще одна, более серьезная причина для воодушевления.«Однако для сообщества ядерной физики наиболее интересно то, что кислород-11 является ядерным зеркалом лития-11, очень хорошо изученного тяжелого изотопа лития», — говорит Тайлер Уэбб, доктор философии. кандидат физики Вашингтонского университета и ведущий автор исследования, в пресс-релизе.

В ядерной физике «ядерное зеркало» относится к ядрам, которые имеют одинаковую массу, но их количество нейтронов и протонов меняется на противоположное. Например, отношение нейтронов к протонам в кислороде-11 составляет 3: 8 по сравнению с соотношением 8: 3 в литии-11.Поскольку протоны и нейтроны почти идентичны (одно существенное различие в том, что протоны имеют положительный заряд, а нейтроны его не имеют), изучение зеркальных ядер дает ученым глубокое понимание ядерных сил и протон-нейтронной симметрии.

На данный момент обнаружение любых новых элементов, помимо подтвержденных 118, будет сложной задачей. Однако возможность создавать новые изотопы открывает перед учеными огромное игровое поле. По словам директора лаборатории NSCL Брэда Шерилла, исследование изотопов может многое предложить как для фундаментальной науки, так и для приложений.

«Мы часто говорим о нанотехнологиях и строительстве в атомном масштабе. Но на самом деле сейчас мы также находимся в сфере создания вещей в ядерном масштабе », — говорит он в видео о важности изотопов. «… Мы только находимся в начале этого [исследования], и по мере перехода к следующему поколению объектов, которые будут еще более мощными в производстве новых изотопов, мы увидим еще одно резкое расширение нашего понимания множества вещей. .

Статья, опубликованная в журнале Physical Review Letters , называется «Первое наблюдение несвязанного ¹¹ O, зеркала ядра гало ¹¹ Li» (DOI: 10.1103 / PhysRevLett.122.122501).

ионов

ионов

Ионы

Посмотрите на атом, показанный ниже. Он имеет по 3 протона, нейтрона и
электронов и представляет собой литий (Li). Если бы мы писали
символически это будет ⁶ Li.

Атом лития

Литий имеет только один электрон во внешней оболочке.
Что бы произошло, если бы мы удалили этот электрон?

Без внешнего электрона атом лития имел бы больше
положительные заряды (+3), чем отрицательные (-2).Атом с другим
число электронов в протоны будет называться ион .
Такие элементы, как литий, которые теряют свои электроны, образуют положительные ионы.
Символически мы можем представить это как Li ⁺¹ . Прочие элементы
стремятся получить электроны. Кислород — хороший пример одного из них:

Атом кислорода

Кислород обычно имеет 8 электронов, но только 6 из них.
находятся в самой внешней оболочке или на орбите. Элементы предпочитают иметь полную внешнюю
снаряды.Они также предпочитают как можно проще добраться до этого состояния.
Выше литию было легче потерять один электрон, чем получить 7
электроны. Точно так же кислороду легче получить 2 электрона вместо
потери 6 электронов:

Ион кислорода

Два полученных электрона (фиолетовые точки) означают, что этот кислород
ион имеет 10 электронов (заряд -10) и только 8 протонов (заряд +8), что дает иону
чистая плата -2. Символически мы можем представить этот ион кислорода как O ^-2 .

Периодическая таблица может использоваться, чтобы помочь предсказать, сколько
электроны находятся во внешней оболочке, и, следовательно, какой тип иона они будут
форма. Вот та же диаграмма с предыдущей страницы, но с некоторыми
к нему добавлена ​​дополнительная информация:

Черные числа выше представляют количество электронов в
внешняя оболочка. Обратите внимание, что в каждом столбце больше электронов в крайнем
оболочки, когда вы идете вправо, и что последний ряд (возглавляемый He или Helium) имеет
полная внешняя оболочка. {Особое примечание: гелий имеет только 2 электрона в
самая внешняя оболочка, но она заполнена для первой оболочки.} Красный
числа представляют тип иона, который образовал бы атом, начиная с
+1 иона слева и заканчивая без ионов («0») на
верно. Элементы с полной внешней оболочкой не образуют ионы .
Желтая секция с надписью «Переходные элементы» — это элементы, которые
имеют тенденцию терять электроны из оболочек, отличных от внешней оболочки, и образуют
положительные ионы.Например, железо (Fe) образует два разных положительных иона,
Fe ⁺² ( двухвалентное железо ) и Fe ⁺³ ( трехвалентное железо
железо). Понимание того, почему существуют разные ионы железа, сложно и сложно.
выходит за рамки этого курса. Однако вы сможете определить
ионное состояние атомов из других групп с использованием Периодической таблицы.

Quick Quiz: Используйте таблицу выше, чтобы ответить на
следующие вопросы:

1. Какой ион образует атом хлора (Cl)?

2. Какой ион образует атом алюминия (Al)?

3. Какой ион образует атом магния (Mg)?

4. Какой ион образовал бы атом калия (K)?

Ответы:

1. Хорин находится в седьмой колонке и, следовательно, имеет 7
   электроны в его внешней оболочке.Было бы стремиться получить один электрон
   и образуют -1 ион .

2. Алюминий находится в пятой колонке и, следовательно, имеет 5
   электроны в его внешней оболочке. Было бы потеряно три
   электронов и образуют ион +3 .

3. Магний находится во втором столбце и, следовательно, имеет 2
   электроны в его внешней оболочке. Он потерял бы два электрона.
   и образуют ион +2 .

4. Калий находится в первом столбце и, следовательно, имеет 1
   электрон в своей внешней оболочке.Потерял бы один электрон
   и образуют +1 ион .

Продолжите и узнайте о склеивании.
Вернуться в главное меню.
Вернуться на страницу вводного курса наук о Земле.

фактов о кислороде | Живая наука

Вдох… выдох. Ах. Ура кислороду, элементу, который поддерживает большую часть жизни на Земле.

Элемент № 8 Периодической таблицы элементов — это бесцветный газ, составляющий 21 процент атмосферы Земли.Поскольку кислород есть повсюду, легко списать его со счетов как тупой и инертный; Фактически, это самый реактивный из неметаллических элементов.

Земля была насыщена кислородом в течение от 2,3 до 2,4 миллиардов лет, и, согласно исследованию, финансируемому НАСА в 2007 году, уровень начал расти, по крайней мере, 2,5 миллиарда лет назад. Никто не знает, почему этот благоприятный для легких газ внезапно стал важной частью атмосферы, но возможно, что геологические изменения на Земле привели к тому, что кислород, производимый фотосинтезирующими организмами, обитающими вокруг, а не потреблялся в геологических реакциях, согласно исследователям исследования. .

Just the Facts

• Атомный номер (количество протонов в ядре): 8
• Атомный символ (в Периодической таблице элементов): O
• Атомный вес (средняя масса атома): 15.9994
• Плотность : 0,001429 грамма на кубический сантиметр
• Фаза при комнатной температуре: газ
• Точка плавления: минус 361,82 градуса по Фаренгейту (минус 218,79 градуса Цельсия)
• Точка кипения: минус 297,31 градуса F (минус 182,95 градуса Цельсия)
• Количество изотопов атомы одного и того же элемента с разным числом нейтронов): 11; три стабильных
• Наиболее распространенные изотопы: О-16 (99.757 процентов естественного изобилия)

Дыхание жизни

По данным Национального ускорительного центра Томаса Джефферсона, кислород является третьим по содержанию элементом во Вселенной. Однако его реакционная способность делала его относительно редким в атмосфере ранней Земли.

Цианобактерии — организмы, которые «дышат» с помощью фотосинтеза, поглощают углекислый газ и выдыхают кислород, как современные растения. Цианобактерии, вероятно, были ответственны за первый кислород на Земле, событие, широко известное как Великое событие окисления.

Фотосинтез цианобактериями, вероятно, продолжался до того, как в атмосфере Земли накопился значительный уровень кислорода; исследование, опубликованное в марте 2014 года в журнале Nature Geoscience, показало, что породы возрастом 2,95 миллиарда лет, обнаруженные в Южной Африке, содержат оксиды, для образования которых требуется свободный кислород. Эти породы изначально находились в мелководных морях, что позволяет предположить, что кислород в результате фотосинтеза впервые начал накапливаться в морской среде примерно за полмиллиарда лет до того, как он начал накапливаться в атмосфере примерно через 2 года.5 миллиардов лет назад.

Сегодняшняя жизнь сильно зависит от кислорода, но первоначальное накопление этого элемента в атмосфере было не чем иным, как катастрофой. Новая атмосфера вызвала массовое вымирание анаэробов, организмов, которым не нужен кислород. Анаэробы, которые не смогли адаптироваться или выжить в присутствии кислорода, вымерли в этом новом мире. [Инфографика: Атмосфера Земли сверху вниз]

Быстрая перемотка вперед — путь вперед. Первые предположения о существовании кислорода как элемента у людей появились в 1608 году, когда голландский изобретатель Корнелиус Дреббель сообщил, что нагревание селитры (нитрата калия) высвобождает газ, согласно Королевскому химическому обществу (RSC).Подлинность этого газа оставалась загадкой до 1770-х годов, когда три химика пришли к его открытию более или менее одновременно. Английский химик и священнослужитель Джозеф Пристли изолировал кислород, освещая оксид ртути солнечным светом и собирая газ, образующийся в результате реакции. Он отметил, что в этом газе свеча горела ярче, по данным RSC, благодаря роли кислорода в горении.

Пристли опубликовал свои открытия в 1774 году, опередив швейцарского ученого Карла Вильгельма Стила, который фактически выделил кислород в 1771 году и написал о нем, но не опубликовал работу.Третьим первооткрывателем кислорода был Антуан-Лоран де Лавуазье, французский химик, давший элементу его название. Слово происходит от греческого «окси» и «гены», что означает «кислотообразующий».

Кислород состоит из восьми электронов: два вращаются вокруг ядра во внутренней оболочке атома и шесть — во внешней оболочке. Самая внешняя оболочка может содержать в общей сложности восемь электронов, что объясняет тенденцию кислорода реагировать с другими элементами: его внешняя оболочка неполна, и электроны, таким образом, могут принимать (и отдавать).

Кто знал?

• Как газ, кислород прозрачен. Но как жидкость он бледно-голубой.
• Если вы когда-нибудь задумывались, на что похоже плавание в бассейне с жидким кислородом, ответ: очень, очень холодно, по словам Карла Цорна из Национального ускорительного центра Томаса Джефферсона. Кислород должен опуститься до минус 297,3 F (минус 183,0 C), чтобы стать жидким, поэтому обморожение может стать проблемой.
• Недостаток кислорода создает проблемы. Так что это уже слишком. По данным Университета Флориды и компании Air Products, вдыхание 80-процентного кислорода в течение более 12 часов раздражает дыхательные пути и в конечном итоге может вызвать смертельное скопление жидкости или отек.
• Кислород — одно крепкое печенье: исследование 2012 года, опубликованное в журнале Physical Review Letters, показало, что молекула кислорода (O2) может выдерживать давление, в 19 миллионов раз превышающее атмосферное.
• Самый низкий уровень кислорода, когда-либо зарегистрированный в крови человека, был измерен около вершины Эвереста в 2009 году. Уровень артериального кислорода у альпинистов в среднем составлял 3,28 кПа. Сравните это с нормальным значением от 12 до 14 килопаскалей, и термин «зона смерти» для альпинистов имеет много смысла.Результаты были опубликованы в Медицинском журнале Новой Англии.
• Слава богу, в атмосфере 21 процент кислорода. Около 300 миллионов лет назад, когда уровень кислорода достиг 35 процентов, насекомые смогли вырасти до сверхкрупных размеров: представьте себе стрекоз с размахом крыльев ястребов.

Текущие исследования

Кислород образуется в сердцах звезд в результате слияния ядра углерода-12 и ядра гелия-4 (также известного как альфа-частица). Однако только недавно ученым удалось заглянуть в ядро ​​кислорода и разгадать его структуру.

В марте 2014 года физик из Университета штата Северная Каролина Дин Ли и его коллеги сообщили, что они выяснили ядерную структуру кислорода-16, наиболее распространенного изотопа кислорода, в его основном состоянии (состоянии, в котором находятся все электроны. на минимально возможных уровнях энергии) и в его первом возбужденном состоянии (следующий энергетический уровень вверх).

Почему это должно иметь значение? Что ж, понять, как в звездах образуются ядра — от углерода до кислорода и более тяжелых элементов — значит понять, как соединяются вместе сами строительные блоки Вселенной.Ли и его команда первоначально обнаружили, что ядро ​​молекулы углерода-12 с его шестью протонами и шестью нейтронами на самом деле состоит из трех кластеров частиц, каждый с двумя протонами и двумя нейтронами. Исследователи предположили, что если у углерода-12 было три из этих так называемых альфа-кластеров, то у кислорода-16, вероятно, было бы четыре, учитывая, что он содержит восемь протонов и восемь нейтронов.

Используя суперкомпьютерное моделирование и числовую решетку, исследователи смогли увидеть, как частицы в ядре кислорода-16 будут располагаться.Они обнаружили, что в основном состоянии кислорода-16 действительно есть четыре альфа-кластера, аккуратно расположенных в виде тетраэдра.

«Эти альфа-кластеры похожи на маленькие нечеткие сферы этих четырех частиц или этих нуклонов, и эти нечеткие сферы любят соприкасаться друг с другом посредством некоторого поверхностного взаимодействия», — сказал Ли Live Science. Конфигурация тетраэдра позволяет им получиться красивыми и уютными.

Но была еще одна квантовая тайна, которую нужно было разгадать. Основное состояние кислорода-16 и первое возбужденное состояние имеют необычную особенность.У них обоих одинаковый спин — величина, показывающая, как вращаются частицы. У них также есть положительная четность, способ обозначить симметрию. Представьте, что во всей вселенной меняются местами налево и направо, но при этом субатомные частицы должны оставаться в одной и той же форме. Частицы с положительной четностью смогут смотреть в эту зеркальную вселенную и видеть себя такими, какие они есть. Частицы с отрицательной четностью должны будут перевернуться, чтобы они не оказались в обратном направлении, как строка текста, читаемая в зеркале.

«Тайна заключалась в том, почему два нижних состояния кислорода-16 имеют нулевой спин и положительную четность», — сказал Ли, учитывая, что состояния разные.

Моделирование дало ответ: в возбужденном состоянии кислород-16 перестраивает свое ядро, чтобы совсем не походить на основное состояние. Вместо тетраэдрического расположения альфа-частицы располагаются в квадратной или почти квадратной плоскости.

«Их внутренние внутренние структуры были разными, — сказал Ли. Совершенно другая конфигурация объясняет, как спин и четность могут оставаться такими же — ядра идут разными путями к одному и тому же результату.

В ядре кислорода-16 есть еще больше квантовых взаимодействий, которые необходимо распутать, сказал Ли, и предстоит обнаружить более мелкие детали.

«На самом деле, внутри таких маленьких вещей, как ядра, творится довольно много интересных вещей, — сказал он. «И есть истории, которые рассказывают о том, как они создаются, и теперь мы начинаем иметь возможность обратиться к ним».

Работа Ли направлена ​​на рождение кислорода в звездах; Другое направление исследований кислорода сосредоточено на роли элемента в жизни на Земле. Вскоре после Великого окислительного события около 2,4 миллиарда лет назад уровни кислорода, возможно, достигли или превысили сегодняшние уровни, прежде чем рухнуть, сказал Дэниел Миллс, докторант Северного центра эволюции Земли при Университете Южной Дании.Животный мир появился гораздо позже, простейшие животные появились около 600 миллионов лет назад.

Несмотря на теории о том, что повышение содержания кислорода открыло путь к существованию животных, история кажется гораздо более сложной. Животные не появились во время первого значительного скачка уровня кислорода на Земле 2,4 миллиарда лет назад. А в феврале 2014 года Миллс и его коллеги сообщили в журнале PNAS, что современные губки все еще могут дышать, есть и даже повышать уровень кислорода до 0.От 5 до 4 процентов того, что находится сегодня в атмосфере Земли. Миллс сказал Live Science, что губки — это, вероятно, самое похожее живое животное на первых животных на Земле.

Обнаружение того, что губкам для жизни не нужен высокий кислород, предполагает, что что-то еще способствовало возникновению первой животной жизни — хотя повышение уровня кислорода вполне могло быть необходимо для достижения того разнообразия и экосистем, которые мы наблюдаем сегодня, сказал Миллс. . Он добавил, что даже в современную эпоху такие животные, как нематоды-черви, процветают в районах океана с низким содержанием кислорода.

«Очевидно, эволюция животных — это нечто большее, чем достаточный запас кислорода», — сказал Миллс.

Дополнительные ресурсы

Follow Live Science @livescience , Facebook & Google+ .

Атомный
Строение

A. Атомный номер равен электронам или протонам

У каждого элемента есть атомный номер.Атомные номера перечислены вместе с названиями и символами элементов на внутренней стороне обложки текста. Атомный номер равен заряду ядра. Следовательно, он также равен количеству протонов в ядре, а также численно равен количеству электронов в нейтральном атоме. Атомный номер имеет символ Z.

У разных элементов разные атомные номера; следовательно, атомы разных элементов содержат разное количество протонов (и электронов).Кислород имеет атомный номер 8; его атомы содержат 8 протонов и 8 электронов. Уран имеет атомный номер 92; его атомы содержат 92 протона и 92 электрона.

Связь между атомным номером и числом протонов или электронов можно сформулировать следующим образом:

Б.Массовое число равно протонам и нейтронам

У каждого атома также есть массовое число, обозначаемое символом A. Массовое число атома равно количеству протонов плюс количество нейтронов, которые он содержит. Другими словами, количество нейтронов в любом атоме — это его массовое число за вычетом атомного номера.

Количество нейтронов = массовое число — атомный номер

или
Массовое число = количество протонов + количество нейтронов

Атомный номер и массовое число атома элемента можно указать, написав перед символом элемента массовое число в качестве верхнего индекса и атомное число в качестве нижнего индекса:

Например, атом золота (символ Au) с атомным номером 79 и массовым числом 196 обозначается как:

С.Изотопы
Хотя все атомы данного элемента должны иметь один и тот же атомный номер, не обязательно, чтобы все они имели одно и то же массовое число. Например, некоторые атомы углерода (атомный номер 6) имеют массовое число 12, другие имеют массовое число 13, а третьи имеют массовое число 14. Эти разные виды одного и того же элемента называются изотопами.
Изотопы — это атомы, которые имеют одинаковый атомный номер (и, следовательно, принадлежат к одному элементу), но разные массовые числа.Состав атомов встречающихся в природе изотопов углерода показан в Таблице 4.2.

Различные изотопы элемента могут быть обозначены с помощью верхних и нижних индексов, чтобы показать массовое число и атомный номер.Их также можно идентифицировать по названию элемента с массовым числом конкретного изотопа. Например, как альтернатива

мы можем писать углерод-12, углерод-13 и углерод-14.

Около 350 изотопов встречаются на Земле в естественных условиях, а еще 1500 изотопов были произведены искусственно. Изотопы данного элемента ни в коем случае не одинаково многочисленны. Например, 98,89% всего углерода, встречающегося в природе, составляет углерод-12, 1,11% — углерод-13, и только следовые количества — углерод-14.Некоторые элементы содержат только один изотоп природного происхождения. В таблице 4.3 перечислены встречающиеся в природе изотопы нескольких общих элементов, а также их относительное содержание.

D. Внутренняя структура атома

До сих пор мы обсуждали электроны, протоны и нейтроны, а также способы определения
сколько каждого конкретного атома содержит.Остается вопрос: это
частицы, хаотично распределенные внутри атома, как черника в булочке,
или у атома есть какая-то организованная внутренняя структура? В начале
ХХ века ученые пытались ответить на этот вопрос. Различные теории
был предложен, но ни один из них не был подтвержден экспериментально. В нашем обсуждении
истории науки мы предположили, что на разных этапах ее развития
наука отметила время, пока кто-нибудь не проведет ключевой эксперимент, который обеспечил
новые идеи.В истории изучения атомов был проведен ключевой эксперимент.
в 1911 году Эрнестом Резерфордом и его коллегами.

1. Силы между телами
Наше понимание выводов, сделанных из эксперимента Резерфорда, зависит от знания сил, действующих между телами. Поэтому, прежде чем обсуждать его эксперимент, необходимо сделать краткий обзор этих сил. Во-первых, сила
гравитация, существующая между всеми телами. Его величина зависит от соответствующих масс и от расстояния между центрами тяжести двух взаимодействующих тел.Вы знакомы с гравитацией; он действует, чтобы держать ваши ноги на земле, а луну на орбите.
Электрические силы также существуют между заряженными частицами. Величина электрической силы между двумя заряженными телами зависит от заряда каждого тела и от расстояния между их центрами. Если заряды одного знака (положительные или отрицательные), тела отталкиваются друг от друга; если заряды противоположного знака, тела притягиваются друг к другу.
Магнитные силы, третий тип, подобны электрическим силам.У каждого магнита два полюса — северный и южный. Когда два магнита сводятся вместе, возникает сила отталкивания между одинаковыми полюсами и сила притяжения между противоположными полюсами. В заряженном теле могут взаимодействовать магнитные и электрические силы. Эти три силы были известны в конце девятнадцатого века, когда структура атома стала предметом интенсивного изучения.

2. Эксперимент Резерфорда

Опишем эксперимент Резерфорда:

В 1911 году было общепризнано, что атом содержит электроны и протоны, но, вероятно, они не расположены в каком-либо определенном порядке.Резерфорд хотел установить, существует ли закономерность. Он надеялся получить эту информацию, изучая, как протоны в атоме отклоняют путь другой заряженной частицы, проходящей через атом. Для своей второй частицы он выбрал альфа
() частицы. Альфа-частица содержит два протона и два нейтрона, что дает ей относительную массу 4 а.е.м. и заряд +2. Альфа-частица достаточно близка по массе и заряду к протону, поэтому ее путь изменится, если она пройдет близко к протону.В эксперименте луч альфа-частиц направлялся на кусок золотой фольги, такой тонкий, чтобы быть прозрачным и, что более важно для Резерфорда, толщиной всего в несколько атомов. Фольга была окружена экраном из сульфида цинка, который вспыхивал при каждом ударе альфа-частицы. Построив местоположение вспышек, можно было бы определить, как путь альфа-частиц через атом был изменен протонами в атоме.

Три пути, показанные на рисунке 4.2 (пути A, B и C) представляют наблюдаемые. Большинство альфа-частиц следовали по пути A; они проходили прямо через фольгу, как будто ее и не было. Некоторые были слегка отклонены от их первоначального пути, как на пути B; и еще меньшее количество отскочило от фольги, как если бы они ударились о твердую стену (путь C).

Хотя вы можете быть удивлены, что через золотую фольгу прошли какие-либо альфа-частицы, Резерфорд — нет. Он ожидал, что многие пройдут прямо (путь А). Он также ожидал, что из-за присутствия в атоме положительно заряженных протонов некоторые альфа-частицы будут следовать по слегка отклоненному пути (путь B).Тот факт, что некоторые альфа-частицы отскакивают назад (путь C), поразил Резерфорда и его сотрудников. Путь C предполагал, что частицы врезались в область плотной массы и отскочили обратно. Если использовать аналогию Резерфорда, возможность такого отскока была столь же маловероятна, как отскок пушечного ядра о кусок папиросной бумаги.

3. Результаты эксперимента.

Тщательное рассмотрение результатов, и особенно пути C, убедило Резерфорда (и научное сообщество) в том, что атом содержит очень маленькое плотное ядро ​​и большое количество внеядерного пространства.Согласно теории Резерфорда, ядро ​​атома содержит всю массу атома и, следовательно, все протоны. Протоны придают ядру положительный заряд. Поскольку одинаковые заряды отталкиваются друг от друга, положительно заряженные альфа-частицы, проходящие близко к ядру, отклоняются (путь B). Ядро, содержащее все протоны и нейтроны, массивнее альфа-частицы; следовательно, альфа-частица, ударяющаяся о ядро ​​атома золота, отскакивает от столкновения, как и те, которые следовали по пути C.

Вне ядра, в относительно огромном внеядерном пространстве атома, находятся крошечные электроны. Поскольку электроны настолько малы по сравнению с пространством, которое они занимают, внеядерное пространство атома по существу пусто. В эксперименте Резерфорда альфа-частицы, встречаясь с этой частью атомов в золотой фольге, проходили через фольгу без отклонения (путь A).

Если ядро ​​содержит практически всю массу атома, оно должно быть чрезвычайно плотным.Его диаметр составляет примерно 10 ^-12 см, что составляет примерно 1/10 000 диаметра всего атома. Согласно этой модели, если бы ядро ​​было размером с мрамор, атом с его внеядерными электронами имел бы 300 м в диаметре. Если бы мрамор имел ту же плотность, что и ядро ​​атома, он бы весил 3,3 X 10 ¹⁰ кг.

Эта модель ядра требует введения силы, отличной от обсуждаемой ранее, такой, которая позволит протонам с их взаимно отталкивающими положительными зарядами плотно упаковываться в ядре, разделенных только незаряженными нейтронами.Эти ядерные силы, кажется, зависят от взаимодействий между протонами и нейтронами. Некоторые из них слабые, а некоторые очень сильные. Вместе они удерживают ядро, но они еще не поняты.

Модель атома, основанная на работе Резерфорда, конечно, не более чем модель; мы не можем видеть эти субатомные частицы или их расположение внутри атома. Однако эта модель действительно дает нам представление об атоме, которое совпадает с наблюдениями, сделанными относительно его свойств.Теперь мы можем определить не только, какие субатомные частицы содержат конкретный атом, но и находятся ли они в его ядре. Например, атом углерода-12

содержит 6 протонов и 6 нейтронов в ядре и 6 электронов вне ядра.

У нас есть две отдельные части атома — ядро ​​и внеядерное пространство. Ядро атома не играет никакой роли в химических реакциях, но участвует в радиоактивных реакциях.(Такие реакции обсуждаются позже в этой главе.) Химический состав атома зависит от его электронов — их количества и того, как они расположены во внеядерном пространстве.

Назад & nbsp Домой
& nbsp Далее

Кислород — Информация об элементе, свойства и применение

Расшифровка: Химия в ее элементе: кислород (Promo) Вы слушаете Химию в ее элементе, представленную вам Chemistry World , журналом Королевского химического общества. (Конец промо) Крис Смит Здравствуйте! И добро пожаловать в Chemistry in its element, где мы познакомимся с историями, скрывающимися за элементами, из которых состоит мир вокруг нас. Я Крис Смит. На этой неделе мы продолжаем наш тур по таблице Менделеева с легким, полным газа, без которого мы не можем обойтись. Он защищает нас от солнечного излучения, сохраняет жизнь и, помогая вещам гореть, согревает нас. Это, конечно, кислород.И чтобы рассказать свою историю, это Марк Пеплоу. Mark Peplow Эти скромные цианобактерии мало понимали, что они делают, когда два с половиной миллиарда лет назад они начали накапливать свои собственные запасы богатых энергией химикатов, комбинируя воду и углекислый газ. С помощью солнечного света они провели следующие два миллиарда лет, терраформируя всю нашу планету с помощью отходов фотосинтеза, довольно токсичного газа, называемого кислородом. Фактически, эти трудолюбивые жуки в конечном итоге ответственны за разнообразие жизни, которое мы видим сегодня вокруг нас. Кислород составляет около 23% массы атмосферы с парами атомов кислорода, слипшимися вместе, чтобы образовать молекулы дикислорода, но это не только в воздухе, которым мы дышим. В целом, это самый распространенный элемент на поверхности Земли и третий по распространенности во Вселенной после водорода и гелия. Горные породы нашей планеты на 46% состоят из кислорода по весу, большая часть которого находится в форме диоксида кремния, который мы чаще всего называем песком. И многие металлы, которые мы добываем из земной коры, также находятся в виде их оксидов, алюминия в боксите или железа в гематите, в то время как карбонаты, такие как известняк, также в значительной степени состоят из кислорода, а океаны, конечно, на 86% состоят из кислорода, связанного с водород как старый добрый H 2 O, едва ли не самый совершенный растворитель для биохимии, который вы только можете себе представить. Кислород также присутствует практически в каждой молекуле вашего тела, включая жиры, углеводы и ДНК. В частности, это атом, который связывает вместе фосфатные группы в молекуле, несущей энергию, АТФ. Кислород, очевидно, очень полезен для поддержания нашей жизнедеятельности, но также широко используется в промышленности в качестве окислителя, где он может отдавать часть солнечной энергии, захваченной растениями и цианобактериями. Поток кислорода может повысить температуру доменной печи более чем на 2000 градусов, что позволяет кислородно-ацетиленовой горелке прямо сквозь металл.Космический шаттл уносится в космос с невероятной силой, возникающей, когда жидкий кислород и жидкий водород объединяются в воду. Так кто первым заметил эту вездесущую фигню? Конечно, ведутся споры о том, кто первым определил кислород как элемент, отчасти потому, что в то время точное определение элемента еще не было определено. Английский химик Джозеф Пристли определенно выделил кислородный газ в 1770-х годах, хотя он пытался определить его как дефлогистированный воздух.В то время считалось, что флогистон — это какое-то исконное вещество, являющееся основной причиной возгорания. Шведский химик Карл Вильгельм Шееле тоже был поклонником флогистона и, вероятно, открыл кислород раньше, чем это сделал Пристли. Но именно Антуан Лавуазье, которого иногда называют отцом современной химии, был первым, кто действительно идентифицировал кислород как элемент, и тем самым он действительно помог укрепить определение, что элемент — это то, что не может быть разрушено никаким вид химического анализа.Это также помогло ему опровергнуть теорию флогистона, которая была решающим шагом в эволюции химии. Кислород — это не только молекулы двуокиси кислорода, которые поддерживают нас. Существует еще одна форма, триоксиген, также известный как озон, который также очень важен в верхних слоях атмосферы, отвечает за фильтрацию вредных ультрафиолетовых лучей, но, к сожалению, озон также довольно токсичен. Так что это плохая новость, что тонны газа производятся в результате реакций между углеводородами и оксидами азота, которые ежедневно вырабатываются автомобилями.Если бы только мы могли пересадить этот материал прямо в стратосферу! Озон обычно так тонко распространяется в воздухе, что вы не можете увидеть его бледно-голубой цвет, а газообразный кислород бесцветен, если вы не сжижаете его, но есть одно место, где вы можете увидеть газ во всей его красе. Полярное сияние или полярное сияние, когда частицы солнечного ветра врезаются в молекулы кислорода в верхних слоях атмосферы, создавая вихри зеленого и красного цветов, которые очаровывали людей на протяжении тысячелетий. Крис Смит Итак, почему жизнь — это газ? Марк Пеплоу раскрыл секреты элемента, без которого мы не можем жить.В следующий раз, когда мы поговорим о химии в ее стихии, Джонни Болл присоединится к нам, чтобы рассказать историю о химическом веществе, которое так необходимо спортсменам-олимпийцам, которое делает хорошие соединители Hi-Five, а также является фаворитом для наполнителей. И это в зубах, а не в пирогах. Johnny Ball Сегодня один грамм можно превратить в лист квадратного метра толщиной всего 230 атомов, из одного кубического сантиметра можно получить лист 18 квадратных метров, из 1 грамма можно сделать 165 метров проволоки всего 1 / 200 мм толщиной миллиметра.Золотой цвет забора Букингемского дворца на самом деле золотой; золото покрыто, потому что оно длится 30 лет; тогда как золотая краска, которая на самом деле вообще не содержит золота, держится в идеальном состоянии только год или около того. alexxlab Посмотреть все записи автора alexxlab → Вам также может понравиться Курс доллара и нефти онлайн в реальном времени: Цена нефти Brent сейчас на бирже онлайн 17.03.202012.03.2021 Будет ли проходить в цепи постоянный ток если вместо источника эдс включить заряженный конденсатор: 26. Что произойдет в цепи, если вместо источника ЭДС включить заряженный конденсатор? 16.04.197021.07.2021 Зачистка кабеля: инструмент для снятия изоляции и зачистки проводов купить по низкой цене – интернет-магазин ВсеИнструменты.ру 20.12.197408.02.2022 Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт