Apa yang oksigen? sebatian oksigen

unsur bukan logam kimia kumpulan 16 (VIa) dalam Jadual Berkala - oksigen (O). Ia adalah gas tanpa warna, tawar dan tidak berbau diperlukan untuk organisma hidup - haiwan yang menukarkannya kepada karbon dioksida, dan tumbuh-tumbuhan yang menggunakan CO ₂ sebagai sumber karbon, dan O ₂ dikembalikan ke atmosfera. Oksigen membentuk sebatian bertindak balas dengan hampir mana-mana elemen lain, dan disesarkan unsur-unsur kimia komunikasi antara satu sama lain. Dalam banyak kes, proses ini disertai oleh pelepasan haba dan cahaya. Kandungan yang paling penting oksigen air.

Sejarah penemuan

Pada tahun 1772, ahli kimia Sweden, Carl Wilhelm Scheele pertama menunjukkan bahawa oksigen itu menerimanya dengan pemanasan nitrat kalium oksida, merkuri, dan juga banyak bahan-bahan lain. Bebas daripada beliau pada tahun 1774, ahli kimia Inggeris Dzhozef Pristli ditemui unsur kimia oleh penguraian terma merkuri oksida dan menerbitkan penemuan beliau pada tahun yang sama, tiga tahun sebelum Scheele penerbitan. Pada tahun-tahun 1775-1780 ahli kimia Perancis Antuan Lavuaze ditafsirkan peranan oksigen dalam nafas dan pembakaran, membuang Teori phlogiston, biasanya diterima pada masa itu. Ia terkenal dengan kecenderungan untuk membentuk asid apabila digabungkan dengan pelbagai bahan dan dipanggil unsur Oxygène, yang dalam cara Yunani "menjana acid".

kelaziman

Apa yang oksigen? Mencakupi 46% mengikut berat kerak, ia adalah elemen yang paling biasa itu. Jumlah oksigen dalam atmosfera adalah 21% mengikut isipadu dan berat 89% dalam air laut.

Dalam elemen batu digabungkan dengan logam dan bukan logam sebagai oksida yang berasid (contohnya, sulfur, karbon, aluminium, dan fosforus) atau asas (kalsium, magnesium dan zat besi) dan sebagai sebatian garam seperti yang boleh dianggap sebagai terbentuk daripada asid dan oksida asas seperti sulfat, karbonat, silikat, fosfat dan aluminat. Walaupun mereka adalah banyak, tetapi ini pepejal tidak dapat digunakan sebagai sumber oksigen, kerana belahan bon dengan unsur logam atom penggunaan tenaga juga.

ciri-ciri

Jika suhu oksigen di bawah -183 ° C, ia menjadi cecair biru pucat, dan pada -218 ° C - pepejal. O tulen ₂ adalah 1.1 kali lebih berat daripada udara.

Semasa pernafasan haiwan dan sesetengah bakteria menggunakan oksigen dari atmosfera dan karbon dioksida yang dikitar semula, manakala dalam fotosintesis tumbuhan hijau di hadapan cahaya matahari menyerap karbon dioksida dan membebaskan oksigen percuma. Hampir seluruh O ₂ dalam atmosfera dihasilkan oleh fotosintesis.

Pada 20 ° C selama kira-kira 3 bahagian mengikut jumlah oksigen terlarut di 100 bahagian air segar, sedikit kurang daripada - dalam air laut. Ia adalah perlu untuk pernafasan ikan dan kehidupan laut yang lain.

oksigen semula jadi adalah campuran tiga isotop stabil ¹⁶ O (99.759%), ¹⁷ O ^(0037%), dan ¹⁸ O (0204%). Terdapat beberapa isotop radioaktif buatan dihasilkan. Kebanyakan mereka adalah hidup lama adalah ¹⁵ O (separuh hayat 124) yang digunakan untuk belajar bernafas dalam mamalia.

allotrope

Satu idea yang lebih jelas tentang apa oksigen, membolehkan untuk mendapatkan dua bentuk alotrop, dwiatom (O ₂₎ dan triatomic (O _3, ozon). Properties bentuk dwiatom mencadangkan bahawa enam elektron mengikat atom dan dua kekal berpasangan, menyebabkan keparamagnetan oksigen. Tiga molekul atom ozon tidak berada pada satu garis lurus.

Ozon boleh dihasilkan mengikut persamaan: 3O ₂ → 2O _3.

Proses ini adalah endotermik (memerlukan tenaga); penukaran kembali ozon menjadi oksigen dwiatom menyumbang kepada kehadiran logam peralihan atau oksida mereka. oksigen tulen ditukarkan kepada ozon oleh tindakan yang menunaikan cahaya elektrik. Tindak balas juga berlaku apabila penyerapan cahaya ultraviolet dengan panjang gelombang 250 nm. Berlakunya proses ini dalam suasana atas menghapuskan radiasi yang akan menjadi berbahaya kepada kehidupan di permukaan Bumi. bau pedas ozon dalam rumah hadir dengan peralatan elektrik mencetuskan seperti penjana. gas ini adalah biru muda. ketumpatannya di 1,658 kali lebih besar daripada udara, dan mempunyai takat didih -112 ° C pada tekanan atmosfera.

Ozone - agen pengoksidaan yang kuat mampu menukarkan sulfur dioksida, trioksida, sulfida sulfat, iodida, iodin (kaedah analisis untuk memberikan penilaiannya) serta banyak oksigen yang mengandungi derivatif sebatian organik seperti aldehid dan asid. Penukaran hidrokarbon dengan ozon daripada gas ekzos kereta dalam asid dan aldehid adalah punca kabut. Dalam industri, ozon digunakan sebagai bahan tindak balas kimia, disinfektan untuk rawatan kumbahan, pembersihan air dan pelunturan fabrik.

kaedah penyediaan

Proses untuk menghasilkan oksigen bergantung kepada berapa banyak gas diperlukan untuk menerima. kaedah makmal untuk perkara berikut:

1. Penguraian terma beberapa garam seperti kalium klorat atau kalium nitrat:

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

Kalium klorat penguraian dimangkinkan oleh oksida logam peralihan. Untuk ini mangan dioksida sering digunakan (pyrolusite, MnO _2). pemangkin merendahkan suhu yang diperlukan untuk evolusi oksigen, 400-250 ° C.

2. Degradasi oksida logam di bawah tindakan suhu:

• 2HgO → 2Hg + O _2.
• 2AG ₂ O → 4AG + O _2.

Scheele dan Priestley untuk unsur kimia ini digunakan kompaun (oksida), oksigen dan merkuri (II).

3. penguraian terma peroksida logam atau hidrogen peroksida:

• 2BaO + O ₂ → 2BaO _2.
• ₂ 2BaO → 2BaO + O _2.
• BaO ₂ + H ₂ SO ₄ → H ₂ O ₂ + Baso _4.
• 2H ₂ O ₂ → 2H ₂ O + O _2.

Kaedah perindustrian pertama untuk pemisahan oksigen dari atmosfera atau untuk mengeluarkan hidrogen peroksida bergantung kepada pembentukan oksida barium peroksida.

4. Electrolysis air dengan bahan tambah kecil garam atau asid yang memberikan pengaliran arus elektrik:

2H ₂ O → 2H ₂ O ₂ +

pengeluaran perindustrian

Jika perlu untuk mendapatkan sejumlah besar oksigen digunakan penyulingan berperingkat udara cecair. Daripada komponen utama udara ia mempunyai takat didih yang paling tinggi, dan oleh itu, berbanding dengan nitrogen dan argon yang kurang menentu. Proses ini menggunakan gas penyejukan semasa pengembangannya. Peringkat utama operasi seperti berikut:

• udara ditapis untuk mengeluarkan zarah pepejal;
• kelembapan dan karbon dioksida yang dikeluarkan oleh penyerapan dalam alkali;
• udara dimampatkan dan haba mampatan dikeluarkan oleh prosedur konvensional penyejukan;
• kemudian ia memasuki ke dalam gegelung yang terletak di dalam dewan itu;
• sebahagian daripada gas termampat (pada tekanan 200 atm) dalam mengembang ruang, penyejukan gegelung;
• berkembang pulangan gas pemampat dan melalui beberapa peringkat mampatan dan pengembangan berikutnya, di mana pada -196 ° C, udara menjadi cecair;
• dipanaskan cecair penyulingan cahaya pertama gas lengai, maka nitrogen dan oksigen cecair mayat. Pelbagai pemeringkatan menghasilkan produk yang cukup tulen (99.5%) bagi kebanyakan aplikasi industri.

Digunakan dalam industri

Metalurgi adalah pengguna terbesar oksigen tulen untuk pengeluaran keluli karbon tinggi: menghilangkan karbon dioksida dan kekotoran lain yang bukan logam jadi lebih cepat dan lebih mudah berbanding dengan udara.

Air sisa oksigen janji untuk rawatan lebih berkesan efluen cecair daripada dalam proses kimia lain. Ia menjadi semakin penting dalam sistem pembakaran sisa tertutup menggunakan O tulen _2.

Pengoksida peluru berpandu yang dipanggil oksigen cecair. O tulen ₂ ini digunakan pada kapal selam dan dalam loceng menyelam.

Dalam industri kimia, oksigen digantikan udara biasa dalam pengeluaran bahan-bahan seperti asetilena, etilena oksida dan metanol. aplikasi perubatan termasuk penggunaan gas oksigen dalam kamar inhaler dan inkubator bayi. gas anestetik diperkaya dengan oksigen menyediakan sokongan hayat semasa anestesia am. Tanpa unsur kimia ini telah dapat wujud beberapa industri yang menggunakan relau. Itulah yang oksigen.

Sifat kimia dan tindak balas

nilai besar pertalian elektron dan keelektronegatifan oksigen adalah komponen biasa yang mempamerkan sifat-sifat logam. Semua sebatian mempunyai negatif negeri oksigen pengoksidaan. Apabila dua orbital elektron diisi, membentuk O ^2- ion. Peroksida (O ₂ ^2-) menganggap bahawa setiap atom mempunyai cas -1. Hartanah ini menerima elektron oleh penghantaran yang keseluruhan atau sebahagian dan menentukan agen pengoksidaan. Apabila ejen itu bertindak balas dengan bahan itu, penderma elektron, keadaan pengoksidaan sendiri berkurangan. Perubahan (pengurangan) dalam keadaan oksigen pengoksidaan dari sifar hingga -2 dipanggil pemulihan.

Di bawah keadaan biasa elemen itu membentuk sebatian dihydric dan trihydric. Di samping itu, adalah molekul yang sangat tidak stabil chetyrehatomnye. Dalam bentuk dwiatom dua elektron berpasangan terletak di orbital nonbonding. Ini disahkan oleh kelakuan paramagnet gas.

kereaktifan sengit kadang-kadang menjelaskan andaian ozon bahawa salah satu daripada tiga atom adalah dalam keadaan "atom". Bertindak balas atom ini dipisahkan dari O _3, meninggalkan molekul oksigen.

O ₂ molekul pada suhu biasa dan tekanan ambien lemah reaktif. Oksigen atom lebih aktif. Tenaga penceraian (O ₂ → 2O) adalah penting dan 117.2 mol kcal.

Kenalan

C bukan logam seperti hidrogen, karbon, sulfur, oksigen, membentuk pelbagai jenis sebatian kovalen terikat, termasuk oksida bukan logam seperti air (H ₂ O), sulfur dioksida (SO ₂₎ dan karbon dioksida (CO _2); sebatian organik seperti alkohol, aldehid dan asid karboksilik; asid biasa seperti karbonik _{(CO3 H2),} asid sulfurik (H ₂ SO ₄₎ dan nitrik (HNO _3); dan garam sama seperti natrium sulfat (Na ₂ SO _4), natrium karbonat (Na ₂ CO ₃₎ dan natrium nitrat (nano _3). Oksigen hadir dalam bentuk O ^2- ion dalam struktur kristal oksida logam pepejal, seperti kompaun (oksida), oksigen dan CaO kalsium. superoxide Metal (KO ₂₎ mengandungi ion O ₂ ^-, manakala peroksida logam (BaO ₂₎ mengandungi ion O ₂ ^2-. sebatian oksigen umumnya mempunyai keadaan -2 pengoksidaan.

hartanah utama

Akhirnya kita menyenaraikan sifat-sifat utama oksigen:

• Electron konfigurasi: 1s 2s ² 2p ^{2 4.}
• nombor atom: 8.
• jisim atom: 15,9994.
• Takat didih: -183,0 ° C.
• Takat lebur: -218,4 ° C.
• Ketumpatan (jika tekanan oksigen adalah 1 atm pada 0 ° C): 1429 g / l.
• negeri pengoksidaan -1, -2, 2 (dalam sebatian dengan fluorin).