Kimyo · Elementlar kimyosi · 7-sinf

Kislorod va ozon

Nega cho‘g‘langan cho‘p kislorodda alangalanadi, ozon qatlami bizni nimadan saqlaydi?

Vaziyat

Shifoxonada nafas olishi qiyinlashgan bemorga niqob orqali toza kislorod beriladi — u havorang po‘lat ballondan keladi. Bu kislorod qayerdan olinadi? Maktab laboratoriyasida uni margansovkani qizdirib olish va suv ostida probirkaga yig‘ish mumkin: cho‘g‘langan cho‘p shu probirkaga tushirilsa, lov etib alangalanadi. Nega temir sim havoda yonmaydi-yu, kislorodda uchqun sochib yonadi? Kislorodning boshqa shakli — ozon esa 20–30 km balandlikda bizni Quyoshning qaysi nurlaridan himoya qiladi?

Mavzu

Kislorod va ozon. Kasalxonadagi kislorod balloni va ozon qatlami: margansovkani qizdirib kislorod olish — cho‘g‘langan cho‘p qayta alangalanadi

Asosiy tushunchalar

Kislorod olish va yig‘ish
Cho‘g‘ sinovi
Ozon qatlami

Formulalar

2 KMnO_{4} \overset{\overset{}{t}}{\to} K_{2} MnO_{4} + MnO_{2} + O_{2} ↑

Laboratoriyada: kaliy permanganatni (margansovkani) qizdirish — ≈ 240 °C dan parchalanadi.

2 H_{2} O_{2} \overset{\overset{}{MnO_{2}}}{\to} 2 H_{2} O + O_{2} ↑

Vodorod peroksid xona haroratida parchalanadi; MnO₂ — katalizator, o‘zi sarflanmaydi.

n (O_{2}) = \frac{1}{2} n (KMnO_{4}), V = n V_{m}

Ajraladigan kislorod hajmi: n.sh. da $V_{m}$ = 22,4 l/mol, 20 °C da ≈ 24,1 l/mol.

3 Fe + 2 O_{2} \overset{}{\to} Fe_{3} O_{4}

Temir kislorodda uchqun sochib yonadi — temir kuyindisi hosil bo‘ladi.

I = I_{0} e^{- σ N / \sin h}

Ozon qatlamidan o‘tgan UV nur: $σ$ — ozonning yutish kesimi, $N$ — ozon miqdori, $h$ — Quyosh balandligi.

Nazariya

Kislorod tabiatda va uning fizik xossalari

Kislorod (O) — Yer qobig‘ida eng ko‘p tarqalgan element: qobiq massasining qariyb yarmi. Havo hajmining 20,95 % i — oddiy modda O₂, suv massasining 89 % i — kislorod. O₂ — rangsiz, hidsiz gaz, $M_{r}$ = 32; havodan biroz og‘ir: $D_{h a v o} = 32 / 29 \approx 1,1$ , n.sh. da zichligi 1,43 g/l. Suvda kam eriydi: 20 °C da havo bilan to‘yingan suvda ≈ 9 mg/l — baliqlar shu kislorod bilan nafas oladi. −183 °C da suyuladi; suyuq kislorod och havorang va magnitga tortiladi.

Olinishi: laboratoriyada va sanoatda

Laboratoriyada kislorod tarkibida kislorod ko‘p bo‘lgan moddalarni parchalab olinadi. Kaliy permanganat (margansovka) qizdirilganda parchalanadi: $2 KMnO_{4} \overset{}{\to} K_{2} MnO_{4} + MnO_{2} + O_{2} ↑$ . Vodorod peroksid eritmasiga ozgina marganets(IV) oksid qo‘shilsa, u xona haroratida ko‘piradi: $2 H_{2} O_{2} \overset{}{\to} 2 H_{2} O + O_{2} ↑$ . MnO₂ reaksiyani tezlatadi, lekin o‘zi sarflanmaydi — bu katalizator. Bertole tuzi ham MnO₂ bilan qizdirilganda kislorod beradi: $2 KClO_{3} \overset{}{\to} 2 KCl + 3 O_{2} ↑$ . Sanoatda kislorod havodan olinadi: havo sovitilib suyultiriladi, keyin asta bug‘latiladi — azot (−196 °C) oldinroq, kislorod (−183 °C) keyinroq qaynaydi. Kislorod po‘lat ballonlarda ≈ 15 MPa bosimda saqlanadi: 40 litrli ballonda ≈ 6 m³ gaz bor. Ishlatilishi: tibbiyotda nafas uchun, metallurgiyada cho‘yan va po‘lat eritishda (havo kislorod bilan boyitiladi), metallarni payvandlash va kesishda (asetilen–kislorod alangasi), suyuq kislorod — raketa yoqilg‘isi uchun oksidlovchi.

Amaliy ish: kislorodni yig‘ish va tanish

O₂ suvda kam eriydi, shuning uchun uni suvni siqib chiqarish usulida yig‘ish mumkin: suvga to‘ldirilgan probirka vannada to‘nkarib qo‘yiladi, gaz o‘tkazuvchi nay uning ostiga keltiriladi. O₂ havodan og‘ir, shu sababli havoni siqib chiqarish usulida probirka og‘zi yuqoriga qaratiladi. Kislorodni cho‘g‘langan cho‘p taniydi: kislorodga boy gazda u lov etib alangalanadi. Dastlabki pufakchalar — asbobdagi havo (qizigan havo kengayib chiqadi), shuning uchun birinchi probirkadagi gaz toza bo‘lmaydi. Hisob: $n (O_{2}) = \frac{1}{2} n (KMnO_{4})$ , $V = n V_{m}$ : 3 g KMnO₄ dan nazariy jihatdan 9,49 mmol, ya’ni 213 ml (n.sh.) kislorod chiqadi.

Kimyoviy xossalari: yonish va oksidlanish

Kislorod — kuchli oksidlovchi: ko‘p oddiy moddalar u bilan birikib oksidlar hosil qiladi. Ko‘mir: $C + O_{2} \overset{}{\to} CO_{2}$ ; oltingugurt (ko‘k alanga): $S + O_{2} \overset{}{\to} SO_{2}$ ; fosfor (oq tutun): $4 P + 5 O_{2} \overset{}{\to} 2 P_{2} O_{5}$ ; magniy (oq nur): $2 Mg + O_{2} \overset{}{\to} 2 MgO$ ; temir (uchqunlar): $3 Fe + 2 O_{2} \overset{}{\to} Fe_{3} O_{4}$ . Toza kislorodda yonish havodagidan ancha shiddatli: havoda molekulalarning faqat beshdan biri O₂, toza kislorodda esa deyarli hammasi — yoqilg‘i sirtiga kislorod molekulalari ko‘p marta tez-tez uriladi, issiqlik tezroq ajraladi. Shuning uchun temir sim havoda yonmaydi, kislorodda esa yonadi. Moddaning kislorod bilan birikishi — oksidlanish; zanglash va nafas olish — sekin oksidlanish.

Ozon va ozon qatlami

Ozon O₃ — kislorodning allotropik shakli: bitta element ikki xil oddiy modda hosil qiladi. Ozon — och ko‘k, o‘tkir hidli gaz, O₂ dan ancha kuchli oksidlovchi. U elektr razryadida (chaqmoq, ozonator) hosil bo‘ladi: $3 O_{2} \overset{}{\to} 2 O_{3}$ ; stratosferada esa Quyoshning qisqa to‘lqinli (242 nm dan qisqa) UV nuri O₂ ni atomlarga ajratadi, atom esa O₂ bilan birikib O₃ beradi. Ozonning asosiy qismi 15–35 km balandlikda — ozon qatlami. U 320 nm dan qisqa to‘lqinli nurlarni yutadi: UV-C ni to‘liq, UV-B ning katta qismini. Butun ozon n.sh. da yig‘ilsa, qatlam atigi ≈ 3 mm (300 Dobson birligi) bo‘lardi. Freonlardagi xlor ozonni yemiradi: ozon 220 DU dan kam joy — ozon tuynugi; 1987-yilgi Monreal protokoli freonlarni bosqichma-bosqich taqiqladi. Ozon ichimlik suvini zararsizlantirishda ishlatiladi (ozonlash); yerga yaqin havodagi ozon esa nafas yo‘llari uchun zararli.

Biologik ahamiyati, xavfsizlik va model

Nafas olishda kislorod oziq moddalarni oksidlab, energiya beradi: $C_{6} H_{12} O_{6} + 6 O_{2} \overset{}{\to} 6 CO_{2} + 6 H_{2} O$ ; o‘simliklar fotosintezda buning teskarisini bajarib, kislorodni havoga qaytaradi — tabiatda kislorod aylanishi shunday. Tibbiyotda toza kislorod nafas yetishmovchiligida beriladi. Xavfsizlik: himoya ko‘zoynagi taqing, moddalardan oz miqdorda oling; spirt lampani o‘chirishdan oldin gaz o‘tkazuvchi nayni suvdan oling — aks holda soviyotgan gaz suvni orqaga so‘radi va qizigan probirka yoriladi; oltingugurt va fosforni tortish shkafida yoqing, faqat qizil fosfor ishlating, yonayotgan magniyga tikilmang. Model: KMnO₄ maktab tenglamasi bo‘yicha parchalanadi (aslida biroz ko‘proq O₂ chiqadi); asbobdagi va probirkadagi gaz bir jinsli aralashadi; cho‘g‘ O₂ ulushi 50 % dan oshganda alangalanadi (model chegarasi, haqiqiy chegara cho‘pga bog‘liq); yonish tezliklari sxematik; ozon: Buger–Lambert–Ber qonuni, 298 K dagi kesimlar (Molina va Molina, 1986), sochilish va bulutlar hisobga olinmagan; atmosfera kesimi 1 m = 50 km masshtabda, yer ustidagi narsalar masshtabsiz.

Bilasizmi?

Kislorodni shved kimyogari Karl Sheele (1771–1772) va ingliz olimi Jozef Pristli (1774) bir-biridan mustaqil kashf etgan: Pristli simob(II) oksidini linza bilan qizdirgan. «Oxygène» («kislota tug‘diruvchi») nomini fransuz kimyogari Antuan Lavuazye bergan.
Suyuq kislorod och havorang va paramagnit: uni kuchli magnit qutblari orasiga quyilsa, oqib ketmay, qutblar orasida osilib qoladi. Suyuq azot esa bunday qilmaydi.

Tajribada nima bor

Tajriba hayotiy vaziyatdan boshlanadi: natijani taxmin qilasiz, boshqaruvlarni o‘zgartirib tajriba o‘tkazasiz va xulosa chiqarasiz. Ichida topshiriqlar, nazariya, test va ekskursiya bor — kamera o‘zi harakatlanib, eng muhim joylarni tushuntiradi.

Shu bo‘limdagi boshqa tajribalar

Havo: tarkibi va ifloslanishi — 7-sinf
Vodorod — eng yengil gaz — 7-sinf
Suv: tarkibi va xossalari — 7-sinf
Foydali qazilmalar — 7-sinf
Ohak va birikmalar sinflari — 8-sinf
Metallmaslar va galogenlar — 8-sinf
Xlor va xlorid kislota — 8-sinf
Kislorod guruhi va oltingugurt — 8-sinf
Sulfat kislota va kontakt usuli — 8-sinf
Azot, ammiak va nitrat kislota — 8-sinf