Ce este oxigen? compuși cu oxigen

element chimic nemetalic al grupului 16 (Via) din Tabelul periodic - oxigen (O). Este un gaz incolor, inodor și insipid necesare pentru organismele vii - animale care se transforma in dioxid de carbon, și plante care utilizează _CO2 ca sursă de carbon și O ₂ este returnat în atmosferă. Oxigenul formează un compus reacționează cu aproape orice alt element, și dislocă elementele chimice de comunicare între ei. În multe cazuri, aceste procese sunt însoțite de eliberarea de căldură și lumină. Cel mai important compus de oxigen este apa.

Istoria descoperirii

In 1772, chimistul suedez Carl Wilhelm Scheele demonstrat pentru prima dată că o astfel de oxigen la primirea acestuia de nitrat de încălzire oxid de potasiu, mercur, precum și multe alte substanțe. Independent de el în 1774, chimistul englez Dzhozef Pristli a descoperit elementul chimic prin descompunerea termică a oxidului de mercur și a publicat concluziile sale în același an, de trei ani înainte de publicare Scheele. În anii 1775-1780 chimistul francez Antuan Lavuaze a interpretat rolul oxigenului în respirație și arderea, aruncând teoria flogisticului, general acceptată la momentul respectiv. Se remarcă tendința de a forma acizi, atunci când sunt combinate cu diferite substanțe și numite elemente oxygène, care în greacă înseamnă „acidul generat“.

răspândire

Ce este oxigen? Contabilizarea 46% în greutate din crusta, acesta este cel mai frecvent element al acesteia. Cantitatea de oxigen din atmosferă este de 21% în volum, iar ponderea acesteia 89% în apa de mare.

In elementul roci combinate cu metale și nemetale ca oxizii care sunt acizi (de exemplu, sulf, carbon, aluminiu și fosfor) sau bazic (calciu, magneziu și fier) și ca compuși de sare asemănătoare, care pot fi considerate ca fiind formate din acidul și oxizi bazici cum ar fi sulfați, carbonați, silicați, fosfați și aluminați. Deși acestea sunt numeroase, dar aceste solide nu pot servi ca surse de oxigen, ca și ruperea legăturilor cu element metalic atomi consumul de energie prea.

caracteristici

Dacă temperatura de oxigen sub -183 ° C, devine lichid albastru pal, iar la -218 ° C - solid. O Pure ₂ este de 1,1 ori mai greu decât aerul.

În timpul respirației animalelor și unele bacterii consuma oxigenul din atmosferă și dioxid de carbon reciclat, în timp ce în fotosinteza plantelor verzi în prezența luminii solare absorb dioxidul de carbon și eliberează oxigen liber. Aproape întreaga O ₂ în atmosferă este produsă prin fotosinteză.

La 20 ° C timp de circa 3 părți în volum de oxigen dizolvat în 100 părți de apă dulce, un pic mai puțin decât - în apa de mare. Este necesar pentru respirație peștilor și altor forme de viață marină.

oxigen natural este un amestec de trei izotopi stabili ¹⁶ O (99,759%), ¹⁷ O ^(0,037%) și ¹⁸ O (0,204%). Există mai mulți izotopi radioactivi produși artificial. Cele mai multe dintre ele sunt viață lungă este de ¹⁵ O (timp de înjumătățire 124) , care este folosit pentru a studia respiratie la mamifere.

allotrope

O idee mai clară a ceea ce oxigen, permite obținerea a două forme ale sale alotropice, diatomic (O ₂₎ și triatomic (O _3, ozon). Proprietăți formular diatomic sugerează că șase electroni leagă atomii și două rămân nepereche, provocând paramagnetism oxigenului. Trei molecule atom de ozon nu sunt situate pe o linie dreaptă.

Ozonul poate fi produs în conformitate cu ecuația: 3O ₂ → 2O _3.

Procesul este endoterm (necesită energie); conversia înapoi ozon în oxigen diatomic contribuie la prezența metalelor de tranziție sau oxizi ai acestora. oxigen pur este transformat în ozon prin acțiunea unei descărcări electrice strălucire. Reacția are loc, de asemenea, la absorbția luminii ultraviolete cu o lungime de undă de aproximativ 250 nm. Apariția acestui proces în atmosfera superioară elimină radiații care ar fi dăunătoare pentru viața de pe suprafața Pământului. miros înțepător de ozon este acoperit cu un prezent echipamente electrice, cum ar fi generatoare de scântei. Acest gaz este albastru deschis. Densitatea la 1658 de ori mai mare decât aerul, și are un punct de fierbere de -112 ° C la presiune atmosferică.

Ozone - oxidant puternic capabil să transforme dioxidul de sulf, trioxid, sulfura sulfat, iodură, iod (metoda analitică pentru asigurarea evaluării) precum și mulți derivați compuși organici cu conținut de oxigen , cum ar fi aldehide și acizi. Conversia hidrocarburilor cu ozon din gazele de eșapament de automobile în acești acizi și aldehide este cauza smogului. In industrie, ozonul este utilizat ca reactiv chimic, dezinfectant pentru tratarea apelor reziduale, de purificare a apei și de albire a țesăturilor.

metode de preparare

Procedeu de producere a oxigenului depinde de cât de mult a gazelor este necesar pentru a primi. Metode de laborator pentru următoarele:

1. Descompunerea termică a unor săruri, cum ar fi clorat de potasiu sau azotat de potasiu:

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

Descompunerea clorat de potasiu catalizata de oxizi ai metalelor de tranziție. Pentru acest dioxid de mangan folosit adesea (pirolusit, MnO _2). Catalizatorul scade temperatura necesară pentru degajarea oxigenului cuprinsă între 400 și 250 ° C

2. Degradarea oxizilor metalici sub acțiunea temperaturii:

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

Scheele și Priestley pentru acest element chimic utilizat compus (oxid), oxigen și mercur (II).

3. Descompunerea termică a peroxizi metalici sau peroxid de hidrogen:

• 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.

Primele metode industriale pentru separarea oxigenului din atmosferă sau pentru producerea de peroxid de hidrogen depinde de formarea unui oxid de peroxid de bariu.

4. Electroliza apei cu adaosuri mici de săruri sau acizi care asigură dirijarea curentului electric:

2H ₂ O → 2H ₂ + O ₂

producția industrială

Dacă este necesar, pentru a obține cantități mari de oxigen sunt utilizate distilarea fracționată a aerului lichid. Dintre componentele majore ale aerului are cel mai înalt punct de fierbere și, prin urmare, în comparație cu azot și argon mai puțin volatile. Procesul utilizează un gaz de răcire în timpul expansiunii sale. Principalele etape de funcționare, după cum urmează:

• aerul este filtrat pentru a îndepărta particulele solide;
• umezeala și dioxidul de carbon se îndepărtează prin absorbție în alcalii;
• aerul este comprimat și căldura de compresie este îndepărtată prin proceduri convenționale de răcire;
• apoi intră în bobina situată în interiorul camerei;
• o parte a gazului comprimat (la o presiune de aproximativ 200 atm) în dilată camerei, răcirea bobinei;
• expandat se întoarce gaz către compresor și trece prin mai multe etape de compresie și expansiune ulterioară, prin care, la -196 ° C, aerul devine lichid;
• gazele încălzite lichid distilare primă lumină inert, apoi azot și oxigen lichid resturi. fracționare multiple produce un produs suficient de pur (99,5%) pentru majoritatea aplicațiilor industriale.

Utilizare în industrie

Metalurgia este cel mai mare consumator de oxigen pur pentru producția de oțel de înaltă carbon: a scăpa de dioxid de carbon și alte impurități blanei atât mai repede și mai ușor decât cu aerul.

Apele uzate promit oxigen pentru un tratament mai eficient al efluenților lichizi decât în alte procese chimice. Devine din ce în ce mai important în sistemele de incinerare a deșeurilor închise folosind O pură _2.

Așa-numitul comburant rachete este oxigen lichid. O Pure ₂ Acesta este folosit pe submarine și în clopotul de scufundare.

În industria chimică, oxigen înlocuit aerul obișnuit în producerea de substanțe, cum ar fi acetilena, oxid de etilenă și metanol. Aplicațiile medicale includ utilizarea de gaz cu oxigen în inhalatoarele camerelor și incubatoarele pentru copii. gaz anestezic îmbogățit cu oxigen ofera suport de viata in timpul anesteziei generale. Fără acest element chimic au fost în stare să existe o serie de industrii care folosesc cuptoare. Asta oxigen.

Proprietățile chimice și reacția

Valorile mari de afinitate de electroni și electronegativitatea de oxigen sunt componente tipice care prezintă proprietăți metalice. Toți compușii au stare de oxidare cu oxigen negativ. Când doi electroni orbitali umplut, format O ^2- ion. Peroxizii (O ₂ ²⁾ presupune că fiecare atom are o sarcină de -1. Această proprietate de a accepta electroni printr-o transmisie totală sau parțială și determină un agent de oxidare. Când agentul reacționează cu substanța, donor de electroni, propria starea de oxidare scade. Schimbarea (descreștere) în starea de oxidare cu oxigen de la zero la -2 numit de recuperare.

În condiții normale, elementul formează compuși dihidroxilici și trihidroxilici. În plus, există molecule extrem de instabile chetyrehatomnye. În forma diatomica doi electroni nepereche sunt situate pe orbitalii nonbonding. Acest lucru este confirmat de un comportament paramagnetic gaz.

Reactivitatea intensă este explicată uneori presupunerea ozonului că unul dintre cei trei atomi este în stare „atomic“. Reacționând acest atom este disociată de O _3, lasand oxigenul molecular.

O ₂ molecule la temperatura normală și presiunea ambiantă slab reactive. Oxigenul atomic este mult mai activ. Energia de disociere (O ₂ → 2O) este semnificativă și 117,2 mol kcal.

conexiuni

C astfel nemetale ca hidrogen, carbon, sulf, oxigen, formează o gamă largă de compuși legați covalent, incluzând oxizi metaloid cum ar fi apa (H ₂ O), dioxid de sulf _(SO2) și dioxid de carbon (CO _2); compuși organici, cum ar fi alcooli, aldehide și acizi carboxilici; acizi comuni , cum ar fi carbonic _{(CO3 H2),} acid sulfuric (H ₂ SO ₄₎ și azotic _(HNO3); și sărurile corespunzătoare , cum ar fi sulfatul de sodiu (Na ₂ SO _4), carbonat de sodiu _{(Na2 CO3)} și nitrat de sodiu (NaNO _3). Oxigenul este prezent sub formă de O ^2- ion în structura cristalină a oxizilor metalici solizi, cum ar fi compusul (oxid), oxigen și CaO de calciu. superoxid metalic (KO ₂₎ conțin ioni de O ₂ ^-, în timp ce peroxizi metalici (BaO ₂₎ conțin ioni de O ₂ ^2-. Compușii cu oxigen au în general o stare de oxidare -2.

proprietăţi cheie

În cele din urmă vom enumera principalele proprietati ale oxigenului:

• configurație electronică: 1s 2s ² 2p ^{2 4.}
• Număr atomic: 8.
• Masa atomică: 15.9994.
• Punct de fierbere: -183,0 ° C
• Punct de topire: -218,4 ° C
• Densitate (dacă presiunea oxigenului este de 1 atm, la 0 ° C): 1,429 g / l.
• starea de oxidare a -1, -2, +2 (în compuși cu fluor).