Кислород

Определения и обозначения

Кислород — газ без цвета и запаха, необходимый большинству живых организмов для дыхания. Это значит, что его нельзя определить на глаз или по запаху, хотя он есть в воздухе вокруг нас. Определение помогает отличать кислород от газов с другими свойствами и понимать, почему он важен для жизни.

Молекула кислорода — мельчайшая частица кислорода, состоящая из двух соединённых атомов кислорода. Молекулы настолько малы, что их нельзя увидеть отдельно обычным зрением. Когда мы говорим о свойствах газа, мы имеем в виду множество таких молекул, а не одну частицу.

Химический элемент кислород — вид атомов, входящих в состав кислорода и многих других веществ. Например, атомы кислорода есть не только в газе, но и в воде. Это понятие нужно, чтобы не путать отдельное вещество с видом атомов, которые могут входить в разные вещества.

Горение — быстрое взаимодействие вещества с кислородом, при котором выделяются тепло и часто свет. Так происходит, например, когда горит свеча или сухая древесина. Понимание этого процесса объясняет, почему огню нужен кислород и почему пламя может погаснуть, если его приток прекратится.

Как это устроено

Кислород называют химическим элементом, потому что этим словом обозначают не один конкретный газ, а особый вид атомов. Такие атомы могут соединяться с атомами других элементов и образовывать разные вещества. Поэтому элемент кислород обнаруживается в составе воды и многих веществ горных пород. Газ кислород — одно определённое вещество, молекулы которого составлены из двух атомов этого элемента.

В каждой молекуле газа кислорода два атома соединены друг с другом. Одна молекула очень мала, поэтому её нельзя увидеть или почувствовать, а свойства газа проявляются у огромного количества молекул вместе. Частицы газа движутся и занимают всё доступное пространство. Именно поэтому свойства образца кислорода описывают не для одной молекулы, а для всего газа.

В воздухе кислород находится в виде газа, потому что отдельные молекулы кислорода смешаны с молекулами других газов. При этом воздух не состоит только из кислорода: его доля меньше доли азота. В воде и горных породах кислород обычно входит в состав соединений, то есть соединён с другими атомами. Поэтому наличие элемента кислорода в веществе не означает, что внутри него находятся пузырьки газа.

Для дыхания кислород нужен большинству живых организмов: клетки используют его, чтобы получать энергию из питательных веществ. Человеку и многим животным кислород поступает из воздуха, а водным организмам доступен кислород, растворённый в воде. При горении кислород вступает во взаимодействие с горящим веществом, и выделяются тепло и часто свет. Когда доступного кислорода становится недостаточно, горение прекращается.

Кислород можно описать по свойствам, которые наблюдают или проверяют: это газ без цвета и запаха, немного растворимый в воде и немного более плотный, чем воздух. Однако он отличается от углекислого газа поведением при горении: кислород поддерживает горение, а углекислый газ обычно не поддерживает пламя. Поэтому два бесцветных газа без запаха можно различить не по внешнему виду, а с помощью специальных опытов. Такие опыты проводят осторожно и только под руководством взрослого.

Основные свойства кислорода

Таблица помогает быстро собрать основные признаки кислорода в одном месте. Сначала можно описать его состояние и внешние свойства, а затем перейти к роли в природе и при горении. Сравнивая газы, проверяй каждое свойство отдельно: одинаковый цвет ещё не означает одинаковое поведение.

Разбор задач

Задача 1

Условие: назови два свойства кислорода, которые можно указать, не проводя опытов. Нужно вспомнить признаки, известные из описания вещества. Для ответа выберем именно наблюдаемые свойства, а не его роль в дыхании или горении.

1. Определяем, о каком веществе спрашивают: о газе кислороде.
2. Вспоминаем его внешние признаки: кислород не имеет цвета.
3. Называем ещё один признак: у кислорода нет запаха.

Ответ: кислород бесцветный и не имеет запаха. Эти свойства можно указать без опыта, поскольку они входят в обычное описание газа. Не следует заменять их утверждением, что кислород нужен для дыхания: это важное свойство по роли, но не внешний признак.

Задача 2

Условие: в стакане находится вода, а над ней — воздух. Объясни, почему в воде могут жить рыбы, хотя кислород — газ. Здесь нужно связать свойство газа с возможностью живого организма получить его под водой. Необходимо учесть, что растворение и превращение в другое вещество — не одно и то же.

1. Вспоминаем, что кислород важен для дыхания рыб.
2. Учитываем, что небольшое количество кислорода растворяется в воде.
3. Делаем вывод: рыбы получают растворённый кислород из воды с помощью жабр.

Ответ: рыбы могут дышать под водой, потому что в ней растворена часть кислорода из окружающей среды. Вода при этом остаётся водой, а кислород в ней находится в растворённом виде. Если бы растворённого кислорода совсем не было, рыбам нечего было бы извлекать из воды для дыхания.

Задача 3

Условие: свеча горит под стеклянным колпаком, а через некоторое время гаснет. Объясни почему и уточни, горит ли сам кислород. Для решения нужно вспомнить, что пламя связано с взаимодействием вещества свечи и кислорода. Колпак ограничивает приток нового воздуха, но не превращает кислород в горючее.

1. Свеча горит, пока для горения есть кислород из воздуха.
2. Под колпак поступает мало нового воздуха, а имеющийся кислород расходуется.
3. Когда кислорода становится недостаточно, горение прекращается и свеча гаснет.
4. Отделяем роль кислорода от роли свечи: кислород поддерживает горение, но сам не горит.

Ответ: свеча гаснет, потому что запас кислорода под колпаком постепенно расходуется, а его приток ограничен. Сам кислород не горит, а помогает гореть веществу свечи. Не нужно считать, что при опыте исчезает весь воздух: в нём есть и другие газы.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что кислород сам горит. Так думают, потому что кислород постоянно упоминают рядом с огнём и пламенем. Но он поддерживает горение других веществ; проверить себя можно вопросом: что именно служит горючим материалом — кислород или, например, воск свечи?

Ошибка: думать, что весь воздух состоит из кислорода. Причина — кислород нужен для дыхания, и поэтому может казаться, что в воздухе нет других газов. На самом деле кислород — лишь часть воздуха, а азота больше; вспомни об этом, когда описываешь состав воздуха.

Ошибка: путать химический элемент кислород и газ кислород. Их названия похожи, но элемент обозначает вид атомов, а газ — вещество с молекулами из двух таких атомов. Проверь себя: если кислород входит в воду, речь идёт об элементе в составе другого вещества, а не о газовых пузырьках в воде.

Ошибка: считать, что в воде кислорода совсем нет. Так можно подумать, если помнить только, что кислород — газ. Однако небольшая часть кислорода растворяется в воде, и рыбы используют её для дыхания. Проверка простая: если бы растворённого кислорода не было, рыбы не могли бы получать его из воды.

Связь с другими темами

Чтобы понять тему, полезно знать, что вещества состоят из частиц и могут быть газами, жидкостями или твёрдыми телами. Эти представления помогают различать молекулу кислорода и вещество, состоящее из множества молекул. Тема также связана с составом воздуха, дыханием человека и животных, а ещё с условиями горения. Позднее знания о кислороде пригодятся при изучении химических элементов, веществ и химических превращений.

Что запомнить

• Кислород — бесцветный газ без запаха.
• Молекула газа кислорода состоит из двух атомов кислорода.
• Кислород входит в состав воздуха, воды и многих других веществ.
• В воздухе кислорода меньше, чем азота.
• Кислород необходим большинству живых организмов для дыхания.
• Кислород поддерживает горение, но сам не горит.