Hva er oksygen? oksygenforbindelser

Oksygen (O) - ikke-metallisk grunnstoff i gruppen 16 (Via) i det periodiske system. Det er en fargeløs, smak- og luktfritt gass som er nødvendig for levende organismer - dyr som omdanner det til karbondioksyd, og anlegg som benytter _CO2 som en karbonkilde, og O ₂ returneres til atmosfæren. Oksygen danner en forbindelse som reagerer med praktisk talt hvilket som helst annet element, og fortrenger de kjemiske elementene i kommunikasjon med hverandre. I mange tilfeller er disse prosessene ledsaget av frigjøring av varme og lys. Den viktigste oksygenforbindelser er vann.

History of oppdagelse

I 1772 den svenske kjemikeren Carl Wilhelm Scheele første gang påvist at et slikt oksygen mottar den ved oppvarming nitrat kaliumoksyd, kvikksølv, så vel som mange andre stoffer. Uavhengig av ham i 1774, den engelske kjemikeren Dzhozef Pristli oppdaget grunnstoff ved termisk dekomponering av kvikksølv oksid og publiserte sine funn i samme år, tre år før Scheele publisering. I årene 1775-1780 den franske kjemikeren Antuan Lavuaze tolket rollen av oksygen i pusten og brenning, kaste flogiston, allment akseptert på den tiden. Det er kjent for sin tendens til å danne syrer, når den kombineres med forskjellige stoffer og som kalles oxygène element, som på gresk betyr "genererte syre".

utbredelsen

Hva er oksygen? Sto for 46% av vekten av skorpen, er det den mest vanlige element av den. Mengden av oksygen i atmosfæren er 21% av volumet og vekten av dets 89% i sjøvann.

I bergarter element kombinert med metaller og ikke-metaller i form av oksyder som er sure (f.eks, svovel, karbon, aluminium og fosfor) eller basisk (kalsium, magnesium og jern) og som et salt-lignende forbindelser som kan betraktes som dannes fra syren og basiske oksyder så som sulfater, karbonater, silikater, fosfater og aluminater. Selv om de er tallrike, men disse faste stoffer kan ikke tjene som oksygenkilder, som bindingen spalting med metallelementatomene energiforbruket også.

funksjoner

Dersom oksygen temperatur under -183 ° C, blir det blek blå væske, og ved -218 ° C -, fast stoff. Ren _O2 er 1,1 ganger tyngre enn luft.

Under pusting dyr, og enkelte bakterier forbruker oksygen fra atmosfæren og resirkulert karbondioksyd, mens det i grønn fotosyntesen i nærvær av sollys absorberer karbondioksid og frigi fritt oksygen. Nesten hele _O2 i atmosfæren er produsert av fotosyntesen.

Ved 20 ° C i ca. 3 volumdeler oksygen oppløst i 100 deler vann, litt mindre enn - i sjøvann. Det er nødvendig for respirasjon av fisk og andre marine livet.

Naturlig oksygen er en blanding av tre stabile isotoper ¹⁶ O (99,759%), ¹⁷ O ^(0,037%), og ¹⁸ O (0,204%). Det er flere kunstig fremstilte radioaktive isotoper. De fleste av dem er langlivede er ¹⁵ O (halveringstid 124) som anvendes for å studere puste i pattedyr.

allotrope

En klarere inntrykk av det som oksygen, tillater å oppnå sine to allotrope former, diatomisk (O ₂₎ og triatomic (O _3, ozon). Egenskaper diatomisk danner tyder på at de seks elektroner binder atomer og to forbli uparet, forårsaker paramagnetismen oksygen. Tre atom ozonmolekyler er ikke plassert på en rett linje.

Ozon kan fremstilles i overensstemmelse med ligningen: 3O ₂ → 2O _3.

Prosessen er endoterm (krever energi); omdannelse av ozon tilbake til diatomisk oksygen bidrar til nærværet av overgangsmetaller eller deres oksider. Rent oksygen omdannes til ozon ved virkning av en elektrisk glødeutladning. Reaksjonen finner sted også ved absorpsjon av ultrafiolett lys med en bølgelengde på omtrent 250 nm. Forekomsten av denne prosessen i den øvre atmosfæren eliminerer stråling som ville være skadelig for liv på overflaten av jorden. Stikkende lukt av ozon er tilstede innendørs med en gnist elektrisk utstyr som generatorer. Denne gassen er lys blå. Dens tetthet ved 1,658 ganger større enn luft, og har et kokepunkt på -112 ° C ved atmosfærisk trykk.

Ozon - sterk oksidant i stand til å omdanne svoveldioksyd, trioksyd, sulfid til sulfat, jodid, jod (analytisk metode for å gi sin vurdering), så vel som mange oksygenholdig organisk forbindelse derivater slik som aldehyder og syrer. Omdannelse av hydrokarboner med ozon fra bil avgasser i disse syrer og aldehyder er årsaken til smog. I industrien, er ozon anvendes som en kjemisk reaktant, desinfeksjonsmiddel for kloakkrenseanlegg, vannrensing og bleking av tekstiler.

fremstillingsmetoder

Fremgangsmåte for fremstilling av oksygen er avhengig av hvor mye gass som er nødvendig for å motta. Laboratoriemetoder for følgende:

1. Termisk dekomponering av noen salter slik som kaliumklorid eller kaliumnitrat:

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

Kaliumklorat spaltning katalyseres av overgangsmetall-oksyder. For dette ofte brukt mangandioksyd (pyrolusitt, MnO _2). Katalysatoren senker den temperatur som er nødvendig for oksygenutvikling, 400-250 ° C,

2. Nedbrytning av metalloksydene under virkningen av temperatur:

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

Scheele og Priestley for denne kjemiske element som brukes forbindelse (oksid), oksygen og kvikksølv (II).

3. Den termiske dekomponering av metall peroksyder eller hydrogenperoksyd:

• 2BaO + O ₂ → 2BaO _2.
• ₂ 2BaO → 2BaO + O _2.
• BaO ₂ + _{H2 SO4} → H ₂ O ₂ + BaSO _4.
• 2 H ₂ O ₂ → 2 H ₂ O + O _2.

De første industrielle metoder for separasjon av oksygen fra atmosfæren, eller for fremstilling av hydrogenperoksyd er avhengig av dannelsen av et oksyd av bariumperoksyd.

4. elektrolyse av vann med små tilsetninger av salter eller syrer som gir ledning av elektrisk strøm:

2 H ₂ O → _2-H2 + _O2

industriell produksjon

Hvis det er nødvendig for å oppnå store mengder oksygen benyttes fraksjonert destillasjon av flytende luft. Av de viktigste komponentene i luft har det høyeste kokepunkt, og derfor, sammenlignet med nitrogen, og den mindre flyktige argon. Fremgangsmåten anvender en kjølegass under sin ekspansjon. De viktigste stadiene av drift som følger:

• Luften filtreres for å fjerne faste partikler;
• fuktighet og karbondioksyd fjernes ved absorpsjon i alkali;
• luft blir komprimert og kompresjonsvarmen blir fjernet ved konvensjonelle fremgangsmåter avkjøling;
• så den trer inn i spolen befinner seg inne i kammeret;
• en del av den komprimerte gassen (ved et trykk på ca. 200 atm) i kammeret ekspanderer, avkjøling av spolen;
• ekspandert gass tilbake til kompressoren og ledet gjennom forskjellige trinn med kompresjon og etterfølgende ekspansjon, hvorved ved -196 ° C, blir den luft væske;
• oppvarmede flytende destillasjon første lette inerte gasser, da nitrogen og flytende oksygen rester. Multiple fraksjonering gir et tilstrekkelig rent produkt (99,5%) for de fleste industrielle anvendelser.

Bruk i industrien

Metallurgi er den største forbruker av rent oksygen for produksjon av høy-carbonstål: kvitte seg med karbondioksid og andre urenheter ikke-metaller så raskere og enklere enn med luft.

Avløpsvann oksygen løftet for mer effektiv behandling av avløpsvæske enn i andre kjemiske prosesser. Det blir stadig viktigere i lukkede systemer ved hjelp av avfallsforbrennings rent _O2.

Den såkalte missil oksydasjonsreaktoren er flytende oksygen. Pure O ₂ Dette brukes på ubåter og i dykkerklokken.

I den kjemiske industri, oksygen erstattet vanlig luft ved fremstilling av stoffer som acetylen, etylen oksid og metanol. Medisinske anvendelser inkluderer bruk av oksygen gass i kamrene inhalatorer og baby inkubatorer. bedøvende gass anriket med oksygen gir liv støtte under generell anestesi. Uten dette grunnstoff har vært i stand til å eksistere en rekke industrier som bruker ovner. Det er det oksygen.

De kjemiske egenskaper og reaksjons

Store verdier av elektron-affinitet og elektronegativiteten av oksygen er typiske komponenter som utviser metalliske egenskaper. Alle forbindelser har negativ oksygen oksidasjonstilstand. Når to elektron-baner fylt, for å danne O ^2- ion. Peroksydene _{(O, 2,} ^2-) forutsetter at hvert atom har en ladning på -1. Denne egenskapen av å akseptere elektroner med en total eller delvis overføring, og bestemmer et oksidasjonsmiddel. Når midlet reagerer med den substans, elektrondonor, minsker sin egen oksidasjonstilstand. Endringen (reduksjonen) i oksygenoksidasjonstilstand fra null til -2 kalt utvinning.

Under normale forhold element danner en toverdig og treverdige forbindelser. I tillegg er det ekstremt ustabile molekyler chetyrehatomnye. I diatomisk danner to uparede elektroner befinner seg på nonbonding orbitaler. Dette bekreftes av gass paramagnetisk oppførsel.

Intense reaktivitet er noen ganger forklart ozon forutsetning at en av de tre atomer er i "atom" tilstand. Omsette dette atom er dissosiert fra O _3, slik at molekylært oksygen.

O _2-molekylet ved normal temperatur og omgivelsestrykk svakt reaktive. Atom oksygen er mye mer aktiv. Dissosiasjonen energi (O ₂ → 2O) er betydelig og 117,2 kcal mol.

tilkoblinger

C slike ikke-metaller som hydrogen, karbon, svovel, oksygen, danner et stort utvalg av kovalent bundne forbindelser, inkludert ikke-metall-oksyder, så som vann _(H2O), svoveldioksid _(SO2) og karbondioksyd (CO _2); organiske forbindelser som alkoholer, aldehyder og karboksylsyrer; vanlige syrer slik som karbonsyre _{(H2 CO3),} svovelsyre (H ₂ SO ₄₎ og salpetersyre _(HNO3); og de tilsvarende salter, slik som natriumsulfat (Na ₂ SO _4), natriumkarbonat _{(Na2CC 3)} og natriumnitrat (NaNO _3). Oxygen er tilstede i form av ^O-2- ioner i krystallstrukturen av faste metalloksyder, så som forbindelse (oksid), oksygen og CaO av kalsium. Metall superoksid (KO ₂₎ inneholder ion O ₂ ^-, mens metallperoksider _(BaO-2) inneholder ion O ₂ ^2-. oksygenforbindelser generelt har en -2 oksidasjonstilstand.

viktige egenskaper

Til slutt vil vi liste de viktigste egenskapene til oksygen:

• Elektron konfigurasjon: 1s 2s ^{2 2} 2p ^4.
• Atomnummer: 8.
• Atommasse: 15,9994.
• Kokepunkt: -183,0 ° C.
• Smeltepunkt: -218,4 ° C.
• Tetthet (hvis oksygentrykket er 1 atmosfære ved 0 ° C): 1,429 g / l.
• oksidasjonstilstand -1, -2, 2 (i forbindelser med fluor).