Τι είναι το οξυγόνο; οξυγονούχες ενώσεις

Οξυγόνο (O) - μη μεταλλικό χημικό στοιχείο της ομάδας 16 (VIa) του Περιοδικού Πίνακα. Πρόκειται για ένα άχρωμο, άγευστο και άοσμο αέριο που απαιτείται για τους ζωντανούς οργανισμούς - ζώα που το μετατρέπουν σε διοξείδιο του άνθρακα, και τα φυτά που χρησιμοποιούν CO ₂ ως πηγή άνθρακα, και Ο ₂ επιστρέφεται στην ατμόσφαιρα. Οξυγόνο σχηματίζει μια ένωση που αντιδρά με σχεδόν οποιοδήποτε άλλο στοιχείο, και μετατοπίζει τα χημικά στοιχεία της επικοινωνίας με τον άλλον. Σε πολλές περιπτώσεις, οι διαδικασίες αυτές συνοδεύονται από την απελευθέρωση της θερμότητας και του φωτός. Η πιο σημαντική ένωση του οξυγόνου είναι το νερό.

Η ιστορία της ανακάλυψης

Το 1772, η Σουηδική χημικός Καρλ Wilhelm Scheele απέδειξε πρώτος ότι τέτοια οξυγόνο παραλαβή από νιτρικό θέρμανση οξείδιο του καλίου, του υδραργύρου, καθώς και πολλές άλλες ουσίες. Ανεξάρτητα από τον το 1774, ο Άγγλος χημικός Dzhozef Pristli ανακάλυψε το χημικό στοιχείο με θερμική αποσύνθεση του οξειδίου του υδραργύρου και δημοσίευσε τα ευρήματά του στην ίδια χρονιά, τρία χρόνια πριν από τη δημοσίευση Σίλε. Κατά τα έτη 1775-1780 ο Γάλλος χημικός Antuan Lavuaze ερμήνευσε το ρόλο του οξυγόνου στην αναπνοή και την καύση, απορρίπτοντας την φλογιστό, κοινώς αποδεκτή εκείνη την εποχή. Σημειώνεται για την τάση του να σχηματίζει οξέα όταν συνδυάζεται με διάφορες ουσίες και ονομάζονται στοιχείο οξυγόνου, το οποίο στα ελληνικά σημαίνει «παράγεται οξύ».

επικράτηση

Τι είναι το οξυγόνο; Λογιστική 46% κατά βάρος του φλοιού, είναι το πιο κοινό στοιχείο αυτό. Η ποσότητα του οξυγόνου στην ατμόσφαιρα είναι 21% κατ 'όγκο και το βάρος των 89% της στο θαλασσινό νερό.

Σε βράχια στοιχείου σε συνδυασμό με τα μέταλλα και μη-μέταλλα όπως τα οξείδια που είναι όξινες (π.χ., θείο, άνθρακα, αλουμίνιο, και φωσφόρου) ή βασικό (ασβέστιο, μαγνήσιο και σίδηρο) και σαν ένα άλας που ομοιάζουν με ενώσεις οι οποίες μπορούν να θεωρηθούν ως σχηματίζονται από το οξύ και βασικά οξείδια όπως θειικά, ανθρακικά, πυριτικά, φωσφορικά και αργιλικά. Αν και είναι πολυάριθμες, αλλά αυτές στερεά δεν μπορούν να χρησιμεύσουν ως πηγές οξυγόνου, όπως διάσπαση δεσμού με μεταλλικό στοιχείο άτομά κατανάλωση ενέργειας πάρα πολύ.

χαρακτηριστικά

Εάν η θερμοκρασία του οξυγόνου κάτω από -183 ° C, γίνεται χλωμό μπλε υγρό, και στους -218 ° C - στερεό. Καθαρό O ₂ είναι 1,1 φορές βαρύτερο από τον αέρα.

Κατά τη διάρκεια της αναπνοής ζώα και κάποια βακτηρίδια καταναλώνουν οξυγόνο από την ατμόσφαιρα και ανακυκλώνεται διοξείδιο του άνθρακα, ενώ στο πράσινο φωτοσύνθεση των φυτών υπό την παρουσία ηλιακού φωτός απορροφούν διοξείδιο του άνθρακα και απελευθερώνουν ελεύθερο οξυγόνο. Σχεδόν το σύνολο O ₂ στην ατμόσφαιρα παράγεται από τη φωτοσύνθεση.

Στους 20 ° C για περίπου 3 μέρη κατ 'όγκον οξυγόνο διαλυμένο σε 100 μέρη του φρέσκου νερού, λίγο λιγότερο από ό, τι - στο θαλασσινό νερό. Είναι απαραίτητο για την αναπνοή των ψαριών και άλλων θαλάσσιων ζωή.

Φυσικό οξυγόνο είναι ένα μίγμα τριών σταθερών ισοτόπων ¹⁶ O (99,759%), ¹⁷ O ^(0,037%), και ¹⁸ O (0,204%). Υπάρχουν πολλά τεχνητά παραγόμενες ραδιενεργά ισότοπα. Οι περισσότεροι από αυτούς είναι μακράς διάρκειας ζωής είναι ¹⁵ O (χρόνος ημιζωής 124), το οποίο χρησιμοποιείται για τη μελέτη της αναπνοής στα θηλαστικά.

αλλότροπο

Μία σαφέστερη ιδέα για το τι οξυγόνου, επιτρέπουν τη λήψη δύο αλλοτροπικός μορφές της, διατομικά (O ₂₎ και triatomic (O _3, όζον). Ιδιότητες διατομικού μορφή υποδηλώνουν ότι οι έξι ηλεκτρόνια δεσμεύονται άτομα και δύο παραμένουν unpaired, προκαλώντας την παραμαγνητισμού του οξυγόνου. Τρία μόρια άτομο όζοντος δεν βρίσκονται σε μία ευθεία γραμμή.

Το όζον μπορεί να παραχθεί σύμφωνα με την εξίσωση: 3O ₂ → 2O _3.

Η διεργασία είναι ενδόθερμη (απαιτεί ενέργεια)? μετατροπή της πίσω όζοντος σε διατομικό οξυγόνο συμβάλλει στην παρουσία των μετάλλων μεταπτώσεως ή τα οξείδια αυτών. Καθαρό οξυγόνο μετατρέπεται σε όζον με την δράση ενός ηλεκτρικού εκφόρτισης πυράκτωσης. Η αντίδραση λαμβάνει χώρα επίσης κατά την απορρόφηση του υπεριώδους φωτός με μήκος κύματος περίπου 250 nm. Η εμφάνιση αυτής της διαδικασίας στην ανώτερη ατμόσφαιρα εξαλείφει ακτινοβολίας που θα ήταν επιβλαβής για τη ζωή στην επιφάνεια της Γης. Δριμεία οσμή του όζοντος είναι παρούσα σε εσωτερικούς χώρους με ένα πυροδοτώντας ηλεκτρικό εξοπλισμό, όπως γεννήτριες. Αυτό το αέριο είναι το γαλάζιο. πυκνότητά του σε 1.658 φορές μεγαλύτερη από τον αέρα, και έχει σημείο ζέσεως -112 ° C σε ατμοσφαιρική πίεση.

Όζον - ισχυρό οξειδωτικό ικανό να μετατρέπει το διοξείδιο του θείου, τριοξείδιο, σουλφίδιο θειικά, ιωδίδιο, ιώδιο (αναλυτική μέθοδος για την παροχή εκτίμηση του), καθώς και πολλά παράγωγα ένωσης που περιέχει οξυγόνο οργανικό όπως οι αλδεΰδες και τα οξέα. Μετατροπή των υδρογονανθράκων με όζον από καυσαέρια αυτοκινήτων σε αυτά τα οξέα και αλδεΰδες είναι η αιτία της αιθαλομίχλης. Στη βιομηχανία, το όζον χρησιμοποιείται ως χημικό αντιδραστήριο, απολυμαντικό για την επεξεργασία των λυμάτων, τον καθαρισμό του νερού και λεύκανση των υφασμάτων.

μέθοδοι παρασκευής

Διαδικασία για την παραγωγή οξυγόνου εξαρτάται από το πόσο φυσικό αέριο είναι υποχρεωμένη να λάβει. Εργαστηριακές μέθοδοι για τα εξής:

1. Θερμική αποσύνθεση μερικών αλάτων όπως χλωρικό κάλιο ή νιτρικό κάλιο:

• 2KClO ₃ → 2KCl + 3O _2.
• 2KNO ₃ → 2KNO ₂ + O _2.

καταλυόμενη χλωρικό κάλιο αποσύνθεση με οξείδια μετάλλων μετάπτωσης. Για αυτό συχνά χρησιμοποιείται διοξείδιο του μαγγανίου (πυρολουσίτη, _Μηθ2). Ο καταλύτης μειώνει την απαιτούμενη για την εξέλιξη του οξυγόνου θερμοκρασία από 400 έως 250 ° C.

2. Η υποβάθμιση των οξειδίων μετάλλου υπό την δράση της θερμοκρασίας:

• 2HgO → 2HG + O _2.
• 2Ag ₂ O → 4Ag + O _2.

Scheele και Priestley για αυτό το χημικό στοιχείο χρησιμοποιείται ένωση (οξείδιο), οξυγόνο και ο υδράργυρος (II).

3. Η θερμική αποσύνθεση των μεταλλικών υπεροξειδίων ή υπεροξείδιο του υδρογόνου:

• 2BaO + O ₂ → 2BaO _2.
• ₂ 2BaO → 2BaO + O _2.
• BaO ₂ + H ₂ SO ₄ → _{Η2Ο 2} + BaSO _4.
• 2Η _{2Ο 2} → 2H ₂ O + O _2.

Οι πρώτες βιομηχανικές μέθοδοι για το διαχωρισμό του οξυγόνου από την ατμόσφαιρα ή για την παραγωγή υπεροξειδίου του υδρογόνου εξαρτώνται από το σχηματισμό ενός οξειδίου του υπεροξειδίου του βαρίου.

4. ηλεκτρόλυση του νερού με μικρές προσμίξεις αλάτων ή οξέων που παρέχουν αγωγιμότητα του ηλεκτρικού ρεύματος:

2Η _2Ο → 2H ₂ + O ₂

βιομηχανική παραγωγή

Εάν είναι απαραίτητο για να ληφθούν οι μεγάλες ποσότητες του οξυγόνου που χρησιμοποιείται κλασματική απόσταξη του υγρού αέρα. Από τα κύρια συστατικά του αέρα έχει την υψηλότερο σημείο βρασμού, και ως εκ τούτου, σε σύγκριση με άζωτο και το λιγότερο πτητικό αργού. Η διεργασία χρησιμοποιεί ένα ψυκτικό αέριο κατά τη διάρκεια της διαστολής του. Τα βασικά στάδια της λειτουργίας ως εξής:

• αέρας φιλτράρεται για να απομακρυνθούν στερεά σωματίδια?
• υγρασία και το διοξείδιο του άνθρακα αφαιρούνται από την απορρόφηση σε αλκάλια?
• αέρας συμπιέζεται και η θερμότητα συμπιέσεως απομακρύνεται με συμβατικές διαδικασίες ψύξης?
• τότε εισέρχεται στο πηνίο που βρίσκεται εντός του θαλάμου?
• μέρος του συμπιεσμένου αερίου (σε πίεση περίπου 200 atm) στους διαστέλλεται θάλαμο, ψύχοντας το πηνίο?
• επεκτάθηκε επιστρέφει αερίου στο συμπιεστή και περνά μέσα από πολλά στάδια συμπίεσης και μετέπειτα επέκταση, σύμφωνα με την οποία στους -196 ° C, ο αέρας γίνεται υγρό?
• θερμανθέν υγρό απόσταξης πρώτο φως αδρανή αέρια, τότε το άζωτο και υγρό οξυγόνο παραμένει. Πολλαπλές κλασματοποίηση παράγει ένα προϊόν αρκετά καθαρό (99,5%) για τις περισσότερες βιομηχανικές εφαρμογές.

Χρήση στη βιομηχανία

Μεταλλουργία είναι ο μεγαλύτερος καταναλωτής καθαρού οξυγόνου για την παραγωγή χάλυβα υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα: να απαλλαγούμε από τα διοξείδιο του άνθρακα και άλλων ακαθαρσιών αμέταλλα έτσι ταχύτερη και ευκολότερη σε σχέση με τον αέρα.

Λυμάτων υπόσχεση οξυγόνου για πιο αποτελεσματική επεξεργασία υγρών εκροής από ό, τι σε άλλες χημικές διεργασίες. Καθίσταται ολοένα και πιο σημαντικό σε κλειστά συστήματα αποτέφρωσης αποβλήτων χρησιμοποιώντας αγνά O _2.

Η λεγόμενη πυραύλων οξειδωτή είναι υγρό οξυγόνο. Καθαρό O ₂ Αυτό χρησιμοποιείται σε υποβρύχια και στον καταδυτικό κώδωνα.

Στη χημική βιομηχανία, οξυγόνο αντικαθίσταται συνήθη αέρα για την παραγωγή των ουσιών όπως το ακετυλένιο, οξείδιο του αιθυλενίου και μεθανόλη. Ιατρικές εφαρμογές περιλαμβάνουν τη χρήση αερίου οξυγόνου στους θαλάμους εισπνευστήρες και εκκολαπτηρίων μωρό. αναισθητικό αέριο εμπλουτισμένο με οξυγόνο παρέχει την υποστήριξη της ζωής κατά τη διάρκεια της γενικής αναισθησίας. Χωρίς αυτό το χημικό στοιχείο ήταν σε θέση να υπάρχουν μια σειρά από βιομηχανίες που χρησιμοποιούν κλιβάνους. Αυτό είναι ό, τι το οξυγόνο.

Οι χημικές ιδιότητες και αντίδραση

Μεγάλες τιμές του συγγένειας ηλεκτρονίων και ηλεκτραρνητικότητα του οξυγόνου είναι τυπικά συστατικά που εμφανίζουν μεταλλικές ιδιότητες. Όλες οι ενώσεις έχουν αρνητική κατάσταση οξείδωσης του οξυγόνου. Όταν δύο τροχιακά ηλεκτρονίων συμπληρώθηκε, σχηματίζεται O ^2- ιόντων. Τα υπεροξείδια (O ₂ ^2-) υποθέτει ότι κάθε άτομο έχει φορτίο -1. Αυτή η ιδιότητα να δέχεται ηλεκτρόνια από ένα ολική ή μερική μετάδοση και καθορίζει ένα παράγοντα οξείδωσης. Όταν ο παράγοντας αντιδρά με την ουσία, δότη ηλεκτρονίων, το δικό κατάσταση οξείδωσης του μειώνεται. Η μεταβολή (μείωση) στην κατάσταση οξείδωσης του οξυγόνου από το μηδέν έως -2 ονομάζεται ανάκτηση.

Υπό κανονικές συνθήκες, το στοιχείο σχηματίζει μία διυδρική και τριυδρική ενώσεις. Επιπλέον, υπάρχουν εξαιρετικά ασταθή μόρια chetyrehatomnye. Σε διατομικού μορφή δύο ασύζευκτα ηλεκτρόνια που βρίσκονται επί των μή συνδεόμενων τροχιακά. Αυτό επιβεβαιώνεται και από τη συμπεριφορά παραμαγνητικά αερίου.

Έντονη αντιδραστικότητα είναι μερικές φορές εξηγείται παραδοχή του όζοντος ότι ένα από τα τρία άτομα είναι στο «ατομικό» κατάσταση. Την αντίδραση αυτού του ατόμου διίσταται από το O _3, αφήνοντας μοριακό οξυγόνο.

O ₂ μόριο σε κανονικές θερμοκρασίες και πίεση περιβάλλοντος ασθενώς αντιδραστικά. Το ατομικό οξυγόνο είναι πολύ πιο δραστικό. Η ενέργεια διαχωρισμού _(Ο2 → 2O) είναι σημαντική και 117,2 kcal mol.

συνδέσεις

C όπως αμέταλλα όπως το υδρογόνο, άνθρακα, θείο, οξυγόνο, σχηματίζει ένα μεγάλο φάσμα των ομοιοπολικά δεσμευμένη ενώσεων, συμπεριλαμβανομένων Αμέταλλα οξείδια όπως είναι το νερό _(Η2Ο), διοξείδιο του θείου (SO ₂₎ και διοξείδιο του άνθρακα (CO _2)? οργανικές ενώσεις όπως αλκοόλες, αλδεΰδες και καρβοξυλικά οξέα? κοινά οξέα όπως καρβονικό _{(Η2 CO3),} θειικό οξύ (H ₂ SO ₄₎ και νιτρικό _(ΗΝΟ3)? και τα αντίστοιχα άλατα όπως θειικό νάτριο (Na ₂ SO _4), ανθρακικό νάτριο (Na ₂ CO ₃₎ και νιτρικού νατρίου (NaNO _3). Το οξυγόνο είναι παρόν υπό τη μορφή του O ^2- ιόντων στην κρυσταλλική δομή των οξειδίων στερεού μετάλλου, όπως η ένωση (οξείδιο), οξυγόνο και CaO ασβεστίου. Μεταλλικά υπεροξειδίου (KO ₂₎ περιέχουν ιόν O ₂ ^-, ενώ μεταλλικά υπεροξείδια (ΒαΟ ₂₎ περιέχουν ιόν O ₂ ^2-. οξυγονούχες ενώσεις έχουν γενικά μια κατάσταση οξείδωσης -2.

Βασικές ιδιότητες

Τέλος παραθέτουμε τις κύριες ιδιότητες του οξυγόνου:

• διαμόρφωση Electron: 1s 2s ² 2p ^{2 4.}
• Ατομικό αριθμό: 8.
• Ατομική μάζα: 15.9994.
• Σημείο βρασμού: -183,0 ° C.
• Σημείο τήξεως: -218,4 ° C.
• Πυκνότητα (εάν η πίεση του οξυγόνου είναι 1 atm στους 0 ° C): 1,429 g / l.
• κατάσταση οξείδωσης του -1, -2, +2 (σε ενώσεις με φθόριο).