itthon Munka

Oxigén beszerzése a természetben. Az oxigén fizikai és kémiai tulajdonságai

8. § Elemek VI És a csoportok.

Oxigén, kén, szelén, tellúr, polónium.

Általános információ elemeket VI A csoport:

A VI A csoport elemeit (a polónium kivételével) kalkogenideknek nevezzük. Ezen elemek külső elektronszintjén hat vegyértékelektron (ns 2 np 4) található, így normál állapotban 2-es, gerjesztett állapotban -4 vagy 6 vegyértéket mutatnak (az oxigén kivételével). Az oxigénatom abban különbözik az alcsoport többi elemének atomjaitól, hogy a külső elektronrétegben nincs d-alszint, ami nagy energiaköltségeket okoz az elektronjainak „párosításához”, amit nem kompenzál az elektronok energiája. új kovalens kötések kialakulása. Ezért az oxigén kovalensége kettő. Bizonyos esetekben azonban az oxigénatom, amely nem megosztott elektronpárokkal rendelkezik, elektrondonorként működhet, és további kovalens kötéseket hozhat létre a donor-akceptor mechanizmus szerint.

Ezen elemek elektronegativitása O-S-Se-Te-Rho sorrendben fokozatosan csökken. Az oxidációs fok -2, +2, +4, +6. Az atom sugara nő, ami gyengíti az elemek nemfémes tulajdonságait.

Ennek az alcsoportnak az elemei hidrogénnel H 2 R formájú vegyületeket (H 2 O, H 2 S, H 2 Se, H 2 Te, H 2 Ro) alkotnak, ezek a vegyületek vízben oldva savakat képeznek. Savas tulajdonságok növekedés H 2 O→H 2 S→H 2 Se→H 2 Te→H 2 Po irányban. Az S, Se és Te oxigénnel RO 2 és RO 3 típusú vegyületeket képez, ezekből az oxidokból H 2 RO 3 és H 2 RO 4 típusú savak keletkeznek. A sorozatszám növekedésével a savak csökkennek. Mindegyikük oxidáló tulajdonságokkal rendelkezik. Az olyan savak, mint a H 2 RO 3, szintén redukáló tulajdonságokat mutatnak.

Oxigén

Természetes vegyületek és készítmények: Az oxigén a legnagyobb mennyiségben előforduló elem a földkéregben. Szabad állapotban a légköri levegőben található (21%); kötött formában a víz (88,9%), ásványi anyagok, sziklákés minden olyan anyag, amelyből a növények és állatok szervezetei felépülnek. légköri levegő Számos gáz keveréke, melynek fő része nitrogén és oxigén, valamint kis mennyiségű nemesgáz, szén-dioxid és vízgőz. Szén-dioxid a természetben fa, szén és egyéb tüzelőanyagok elégetésekor, az állatok légzése és a bomlás során keletkezik. Néhány helyen a földgömb CO 2 kerül a levegőbe a vulkáni tevékenység következtében, valamint földalatti forrásokból.

A természetes oxigén három stabil izotópból áll: 8 16 O (99,75%), 8 17 O (0,04), 8 18 O (0,20). A 8 14 O, 8 15 O, 8 19 O izotópokat szintén mesterségesen kaptuk.

Az oxigént először K. W. Scheele szerezte meg tiszta formában 1772-ben, majd 1774-ben D. Yu. Priestley, aki izolálta a HgO-ból. Priestley azonban nem tudta, hogy a kapott gáz a levegő része. Csak néhány évvel később Lavoisier, aki részletesen tanulmányozta ennek a gáznak a tulajdonságait, megállapította, hogy ez a levegő fő része.

A laboratóriumban az oxigént a következő módszerekkel nyerik:

E víz elektrolízis. A víz elektromos vezetőképességének növelése érdekében lúgos oldatot (általában 30% KOH) vagy alkálifém-szulfátokat adnak hozzá:

Általánosságban: 2H 2 O → 2H 2 + O 2

A katódon: 4H 2 O + 4e¯ → 2H 2 + 4OH¯

Az anódnál: 4OH−4е→2H2О+О 2

- Oxigéntartalmú vegyületek lebontása:

A Bertolet-só termikus bomlása MnO 2 katalizátor hatására.

KClO 3 → 2KCl + 3O 2

A kálium-permanganát hőbomlása

KMnO 4 → K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2.

Az alkálifém-nitrátok hőbomlása:

2KNO 3 → 2KNO 2 + O 2.

A peroxidok bomlása:

2H 2O 2 → 2H 2O + O 2.

2ВаО 2 → 2ВаО+О 2.

A higany-oxid (II) hőbomlása:

2HgO → 2HgO + O 2.

Az alkálifém-peroxidok kölcsönhatása szén-monoxiddal (IV):

2Na 2 O 2 + 2CO 2 → 2Na 2 CO 3 + O 2.

A fehérítő hőbomlása katalizátor - kobaltsók - jelenlétében:

2Ca(OCl)Cl →2CaCl 2 + O 2.

Hidrogén-peroxid oxidációja kálium-permanganáttal savas közegben:

2KMnO 4 + H 2 SO 4 + 5H 2 O 2 → K 2 SO 4 + 2 Mn SO 4 + 8H 2 O + 5O 2.

Az iparban: Jelenleg az iparban folyékony levegő frakcionált desztillációjával állítják elő az oxigént. A folyékony levegő gyenge melegítésével először a nitrogént választják le belőle (t bála (N 2) \u003d -196ºC), majd oxigén szabadul fel (t bála (O 2) \u003d -183ºС).

Az ezzel a módszerrel nyert oxigén nitrogénszennyeződéseket tartalmaz. Ezért a tiszta oxigén előállításához a kapott keveréket újra desztilláljuk, és végül 99,5% oxigént kapunk. Ezenkívül a víz elektrolízisével némi oxigént nyernek. Az elektrolit 30%-os KOH-oldat.

Az oxigént általában kék hengerekben tárolják 15 MPa nyomáson.

Fizikai- Kémiai tulajdonságok: Az oxigén színtelen, szagtalan, íztelen gáz, a levegőnél kissé nehezebb, vízben gyengén oldódik. Az oxigén 0,1 MPa nyomáson és -183ºС hőmérsékleten folyékony halmazállapotba kerül, -219ºС-on megfagy. Folyékony és szilárd állapotban mágnes vonzza.

A vegyértékkötések módszere szerint az oxigénmolekula szerkezetét a -:Ö::Ö: , nem magyarázza meg a paramágneses tulajdonságokkal, azaz normál állapotú párosítatlan elektronokkal rendelkező molekulák nagy erejét.

Két atom elektronjainak kötése eredményeként egy közös elektronpár jön létre, amely után az egyes atomokban lévő páratlan elektron kölcsönös kötést hoz létre egy másik atom meg nem osztott párjával, és háromelektronos kötés jön létre közöttük. . Gerjesztett állapotban az oxigénmolekula diamágneses tulajdonságokat mutat, amelyek megfelelnek a séma szerinti szerkezetnek: Ö=Ö: ,

Két elektron hiányzik az oxigénatom elektronszintjének kitöltéséhez. Ezért az oxigén bejut kémiai reakciók könnyen nyerhet két elektront és -2 oxidációs állapotot mutat. Az oxigén csak az elektronegatívabb elemet tartalmazó vegyületekben, a fluorban mutat +1 és +2 oxidációs állapotot: O 2 F 2, OF 2.

Az oxigén erős oxidálószer. Nem csak nehéz inert gázokkal (Kr, Xe, He, Rn), arannyal és platinával lép kölcsönhatásba. Ezen elemek oxidjai más módon képződnek. Az oxigén részt vesz az égési, oxidációs reakciókban, mind egyszerű, mind összetett anyagokkal. A nemfémek oxigénnel való kölcsönhatása során sav- vagy sóképző oxidok, fémek kölcsönhatása esetén amfoter vagy vegyes oxidok képződnek, így az oxigén ~ 60 °C hőmérsékleten reagál a foszforral,

4P + 5O 2 → 2P 2 O 5

Fémekkel - a megfelelő fémek oxidjai

4Al + 3O 2 → 2Al 2 O 3

3Fe + 2O 2 → Fe 3 O 4

ha az alkálifémeket száraz levegőn hevítik, csak a lítium képez Li 2 O oxidot, a többi pedig peroxid és szuperoxid:

2Na+O 2 → Na 2 O 2 K+O 2 → KO 2

Az oxigén kölcsönhatásba lép a hidrogénnel 300 °C-on:

2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O.

A fluorral való kölcsönhatás során redukáló tulajdonságokat mutat:

O 2 + F 2 = F 2 O 2 (elektromos kisülésben),

kénnel - körülbelül 250 ° C hőmérsékleten:

S + O 2 \u003d SO 2.

Az oxigén 700 °C-on reagál a grafittal

C + O 2 \u003d CO 2.

Az oxigén és a nitrogén kölcsönhatása csak 1200 °C-on vagy elektromos kisülésben kezdődik.

Négy elem - "kalkogén" (azaz "rezet szül") vezeti a periódusos rendszer VI. csoportjának fő alcsoportját (az új besorolás szerint - a 16. csoport). A kén, a tellúr és a szelén mellett oxigént is tartalmaznak. Nézzük meg közelebbről ennek a Földön leggyakrabban előforduló elemnek a tulajdonságait, valamint az oxigén felhasználását és előállítását.

Elembőség

Megkötött formában az oxigén belép kémiai összetétel víz - százalékos aránya körülbelül 89%, valamint minden élőlény - növények és állatok - sejtjeinek összetételében.

A levegőben az oxigén szabad állapotban van O2 formájában, amely összetételének egyötödét foglalja el, és ózon formájában - O3.

Fizikai tulajdonságok

Az oxigén O2 színtelen, íztelen és szagtalan gáz. Vízben gyengén oldódik. Forráspontja 183 Celsius fok alatt van. Folyékony formában az oxigén kék színű, szilárd formában kék kristályokat képez. Az oxigénkristályok olvadáspontja 218,7 Celsius-fok alatt van.

Kémiai tulajdonságok

Melegítéskor ez az elem sok egyszerű anyaggal, fémekkel és nemfémekkel reagál, miközben úgynevezett oxidokat képez - az elemek oxigénnel alkotott vegyületeit. amelyben az elemek oxigénnel együtt belépnek, oxidációnak nevezzük.

Például,

4Na + O2= 2Na2O

2. A hidrogén-peroxid bomlása révén, amikor mangán-oxid jelenlétében hevítik, amely katalizátorként működik.

3. A kálium-permanganát bomlása révén.

Az ipari oxigéntermelés a következő módokon történik:

1. Technikai célokra az oxigént levegőből nyerik, amelyben szokásos tartalma körülbelül 20%, azaz. ötödik rész. Ehhez a levegőt először elégetik, és körülbelül 54% folyékony oxigéntartalmú keveréket kapnak, 44% folyékony nitrogént és 2% folyékony argont. Ezeket a gázokat ezután desztillációs eljárással választják el, a folyékony oxigén és a folyékony nitrogén forráspontja közötti viszonylag kis időközzel - mínusz 183 és mínusz 198,5 fok. Kiderült, hogy a nitrogén az oxigén előtt elpárolog.

A modern berendezések bármilyen tisztaságú oxigén előállítását biztosítják. A folyékony levegő leválasztásával nyert nitrogént nyersanyagként használják származékai szintéziséhez.

2. nagyon tiszta fokon oxigént is ad. Ez a módszer széles körben elterjedt a gazdag erőforrásokkal és olcsó villamos energiával rendelkező országokban.

Oxigén alkalmazása

Az oxigén egész bolygónk életében a legfontosabb elem. Ezt a gázt, amely a légkörben található, a folyamat során az állatok és az emberek fogyasztják.

Az oxigén megszerzése nagyon fontos az emberi tevékenység olyan területein, mint az orvostudomány, a fémek hegesztése és vágása, robbantás, repülés (lélegeztető emberek és motorok üzemeltetése), kohászat.

Az emberi gazdasági tevékenység során az oxigént nagy mennyiségben fogyasztják el - például az égés során különféle fajták tüzelőanyagok: földgáz, metán, szén, fa. Mindezen folyamatokban képződik, ugyanakkor a természet gondoskodott ennek a vegyületnek a természetes megkötődésének folyamatáról fotoszintézis útján, amely a zöld növényekben napfény hatására megy végbe. Ennek a folyamatnak az eredményeként glükóz képződik, amelyet aztán a növény felhasznál szövetei felépítésére.

Terv:

A felfedezés története

A név eredete

A természetben lenni

Nyugta

Fizikai tulajdonságok

Kémiai tulajdonságok

Alkalmazás

10. Izotópok

Oxigén

Oxigén- a 16. csoport eleme (az elavult besorolás szerint - a VI. csoport fő alcsoportja), a periódusos rendszer második periódusa kémiai elemek D. I. Mengyelejev, 8-as rendszámmal. O (lat. Oxygenium) szimbólummal jelölve. Az oxigén egy reaktív nemfém, és a kalkogéncsoport legkönnyebb eleme. egyszerű anyag oxigén(CAS-szám: 7782-44-7) normál körülmények között - szín-, íz- és szagtalan gáz, melynek molekulája két oxigénatomból áll (O 2 képlet), ezért dioxigénnek is nevezik. világoskék, a szilárd anyag pedig világoskék kristályok.

Vannak más allotróp oxigénformák is, például az ózon (CAS-szám: 10028-15-6) - normál körülmények között specifikus szagú kék gáz, amelynek molekulája három oxigénatomból áll (O 3 képlet).

A felfedezés története

Hivatalosan úgy tartják, hogy az oxigént Joseph Priestley angol kémikus fedezte fel 1774. augusztus 1-jén a higany-oxid lebontásával egy hermetikusan lezárt edényben (Priestley egy erős lencse segítségével erre a vegyületre irányította a napsugarakat).

Priestley azonban kezdetben nem vette észre, hogy egy új egyszerű anyagot fedezett fel, azt hitte, hogy izolálta a levegő egyik alkotórészét (és ezt a gázt "deflogisztikus levegőnek" nevezte). Priestley beszámolt felfedezéséről Antoine Lavoisier kiváló francia kémikusnak. 1775-ben A. Lavoisier megállapította, hogy az oxigén a levegő és a savak szerves része, és számos anyagban megtalálható.

Néhány évvel korábban (1771-ben) a svéd kémikus, Carl Scheele oxigénhez jutott. A salétromot kénsavval kalcinálta, majd a keletkező nitrogén-oxidot elbontotta. Scheele ezt a gázt "tüzes levegőnek" nevezte, és felfedezését egy 1777-ben megjelent könyvben írta le (pont azért, mert a könyv később jelent meg, mint ahogy Priestley bejelentette felfedezését, ez utóbbit tekintik az oxigén felfedezőjének). Scheele Lavoisier-nek is beszámolt tapasztalatairól.

Az oxigén felfedezésének fontos szakasza Pierre Bayen francia kémikus munkája volt, aki a higany oxidációjáról és oxidjának ezt követő lebontásáról publikált munkát.

Végül A. Lavoisier Priestley és Scheele információi alapján végre rájött a keletkező gáz természetére. Munkássága nagy jelentőségű volt, mert ennek köszönhetően megdőlt az akkoriban uralkodó, a kémia fejlődését akadályozó flogisztonelmélet. Lavoisier kísérletet végzett különféle anyagok égésével kapcsolatban, és megcáfolta a flogiszton elméletét az elégetett elemek tömegére vonatkozó eredmények közzétételével. A hamu tömege meghaladta az elem kezdeti tömegét, ami jogot adott Lavoisier-nek arra, hogy azt állítsa, hogy az égés során az anyag kémiai reakciója (oxidációja) megy végbe, ezzel összefüggésben megnő az eredeti anyag tömege, ami cáfolja a a flogiszton elmélete.

Így az oxigén felfedezésének érdemében valójában Priestley, Scheele és Lavoisier osztozik.

A név eredete

Az oxigén szó (elnevezése: eleje XIX században még „savasság”), megjelenése az orosz nyelvben bizonyos mértékig M. V. Lomonoszovnak köszönhető, aki más neologizmusokkal együtt bevezette a „sav” szót is; így az "oxigén" szó az "oxigén" (francia oxygène) kifejezés pauszpapírja volt, amelyet A. Lavoisier javasolt (a görög ὀξύς - "savanyú" és γεννάω - "szülök" szóból), amelynek fordítása „sav létrehozása”, amely eredeti jelentéséhez kapcsolódik - „sav”, amely korábban a modern nemzetközi nómenklatúra szerint oxidoknak nevezett anyagokat jelentett.

A természetben lenni

Az oxigén a leggyakoribb elem a Földön, részesedése (különböző vegyületek, főleg szilikátok részeként) a szilárd földkéreg tömegének körülbelül 47,4%-át teszi ki. A tengeri és édesvizek hatalmas mennyiségű kötött oxigént tartalmaznak - 88,8% (tömeg), a légkörben a szabad oxigéntartalom 20,95 térfogat% és 23,12 tömeg%. A földkéreg több mint 1500 vegyülete tartalmaz oxigént.

Az oxigén sok esetben jelen van szerves anyagés minden élő sejtben jelen van. Ami az atomok számát illeti az élő sejtekben, ez körülbelül 25%, a tömegrész tekintetében körülbelül 65%.

Nyugta

Jelenleg az iparban az oxigént a levegőből nyerik. Az oxigén előállításának fő ipari módszere a kriogén desztilláció. Az iparban is jól ismertek és sikeresen alkalmazzák a membrántechnológián alapuló oxigénüzemeket.

A laboratóriumokban ipari oxigént használnak, amelyet acélhengerekben szállítanak körülbelül 15 MPa nyomáson.

Kis mennyiségű oxigén nyerhető kálium-permanganát KMnO 4 hevítésével:

A hidrogén-peroxid H 2 O 2 katalitikus lebontásának reakcióját mangán (IV) oxid jelenlétében is alkalmazzák:

Oxigén nyerhető a kálium-klorát (bertolet-só) KClO 3 katalitikus lebontásával:

Az oxigén előállítására szolgáló laboratóriumi módszerek közé tartozik a lúgok vizes oldatainak elektrolízise, valamint a higany(II)-oxid lebontása (t = 100 ° C-on):

A tengeralattjárókon általában az ember által kilélegzett nátrium-peroxid és szén-dioxid reakciójával nyerik:

Fizikai tulajdonságok

Az óceánokban az oldott O 2 tartalma nagyobb hideg víz, és kevésbé - melegben.

Normál körülmények között az oxigén színtelen, íztelen és szagtalan gáz.

1 liter tömege 1,429 g, a levegőnél valamivel nehezebb. Kissé oldódik vízben (4,9 ml/100 g 0 °C-on, 2,09 ml/100 g 50 °C-on) és alkoholban (2,78 ml/100 g 25 °C-on). Jól oldódik olvadt ezüstben (22 térfogat O 2 1 térfogat Ag-ban 961 °C-on). Atomközi távolság - 0,12074 nm. Ez paramágneses.

Ha a gáznemű oxigént hevítjük, reverzibilis disszociációja atomokra megy végbe: 2000 °C-on - 0,03%, 2600 °C-on - 1%, 4000 °C-on - 59%, 6000 °C-on - 99,5%.

A folyékony oxigén (forráspontja –182,98 °C) halványkék folyadék.

O 2 fázisdiagram

Szilárd oxigén (olvadáspont -218,35 °C) - kék kristályok. Hat kristályos fázis ismert, amelyek közül három létezik 1 atm nyomáson:

α-O 2 - 23,65 K alatti hőmérsékleten létezik; élénkkék kristályok a monoklin rendszerbe tartoznak, sejtparaméterek a=5,403 Å, b=3,429 Å, c=5,086 Å; β=132,53°.

β-O 2 - a 23,65-43,65 K közötti hőmérséklet-tartományban létezik; halványkék kristályok (növekvő nyomás hatására a szín rózsaszínűvé válik) romboéderes rácsos, sejtparaméterek a=4,21 Å, α=46,25°.

γ-O 2 - 43,65-54,21 K hőmérsékleten létezik; a halványkék kristályok köbös szimmetriájúak, a rácsperiódus a=6,83 Å.

Nagy nyomáson további három fázis képződik:

δ-O 2 hőmérséklet-tartomány 20-240 K és nyomás 6-8 GPa, narancssárga kristályok;

ε-O 4 nyomás 10-96 GPa, kristályszín sötétvöröstől feketéig, monoklin rendszer;

ζ-O n nyomás több mint 96 GPa, fémes állapot jellegzetes fémes fényű, alacsony hőmérsékletek szupravezető állapotba kerül.

Kémiai tulajdonságok

Erős oxidálószer, szinte minden elemmel kölcsönhatásba lép, oxidokat képezve. Az oxidációs állapot -2. Az oxidációs reakció általában a hő felszabadulásával megy végbe, és a hőmérséklet emelkedésével felgyorsul (lásd Égés). Példa szobahőmérsékleten végbemenő reakciókra:

Oxidálja azokat a vegyületeket, amelyek nem-maximális oxidációs állapotú elemeket tartalmaznak:

Oxidálja a legtöbb szerves vegyületet:

Bizonyos körülmények között lehetséges egy szerves vegyület enyhe oxidációja:

Az oxigén közvetlenül (normál körülmények között, hevítéskor és/vagy katalizátorok jelenlétében) reagál minden egyszerű anyaggal, kivéve az Au-t és az inert gázokat (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn); a halogénekkel való reakciók elektromos kisülés vagy ultraibolya sugárzás hatására lépnek fel. Az arany oxidjait és a nehéz inert gázokat (Xe, Rn) közvetetten nyerték. Az oxigén és más elemekkel alkotott összes kételemű vegyületben az oxigén oxidálószer szerepet játszik, kivéve a fluort tartalmazó vegyületeket.

Az oxigén peroxidokat képez, amelyekben az oxigénatom oxidációs állapota formálisan -1.

Például peroxidokat alkálifémek oxigénben való elégetésével állítanak elő:

Néhány oxid elnyeli az oxigént:

Az A. N. Bach és K. O. Engler által kidolgozott égéselmélet szerint az oxidáció két szakaszban megy végbe, közbenső peroxidvegyület képződésével. Ez az intermedier vegyület izolálható például, amikor az égő hidrogén lángját jéggel hűtjük, vízzel együtt hidrogén-peroxid képződik:

A szuperoxidokban az oxigén formálisan −½ oxidációs állapotú, azaz két oxigénatomonként egy elektron (az O − 2 ion). A peroxidok és az oxigén kölcsönhatása révén, megemelt nyomáson és hőmérsékleten:

A kálium-K, a rubídium Rb és a cézium-Cs oxigénnel reagálva szuperoxidokat képeznek:

Az O 2 + dioxigenil-ionban az oxigén formálisan +½ oxidációs állapotú. A reakció alapján:

Oxigén-fluoridok

Az oxigén-difluoridot, OF 2 oxigénoxidációs állapota +2, fluor lúgos oldaton való átvezetésével nyerik:

Az oxigén-monofluorid (Dioxidifluorid), O 2 F 2, instabil, az oxigén oxidációs állapota +1. Fluor és oxigén keverékéből nyert izzítókisülésben –196 °C hőmérsékleten:

Fluor és oxigén keverékén bizonyos nyomáson és hőmérsékleten izzó kisülést vezetve magasabb oxigénfluoridok O 3 F 2, O 4 F 2, O 5 F 2 és O 6 F 2 keverékeit kapjuk.

A kvantummechanikai számítások az OF 3 + trifluor-hidroxónium ion stabil létezését jósolják. Ha ez az ion valóban létezik, akkor az oxigén oxidációs állapota +4 lesz.

Az oxigén támogatja a légzési, égési és bomlási folyamatokat.

Szabad formájában az elem két allotróp módosulatban létezik: O 2 és O 3 (ózon). Pierre Curie és Maria Sklodowska-Curie 1899-ben megállapította, hogy az ionizáló sugárzás hatására az O 2 O 3 -dá alakul.

Alkalmazás

Az oxigén széles körű ipari felhasználása a 20. század közepén kezdődött, miután feltalálták a turbóexpandereket - a folyékony levegő cseppfolyósítására és leválasztására szolgáló eszközöket.

BAN BENkohászat

Az acélgyártás vagy a matt feldolgozás konverteres módszere az oxigén felhasználásához kapcsolódik. Sok kohászati egységben a tüzelőanyag hatékonyabb elégetéséhez levegő helyett oxigén-levegő keveréket használnak az égőkben.

Fémek hegesztése és vágása

A kék hengerekben lévő oxigént széles körben használják fémek lángvágására és hegesztésére.

Rakéta üzemanyag

A folyékony oxigént, a hidrogén-peroxidot, a salétromsavat és más oxigénben gazdag vegyületeket rakétaüzemanyagként oxidálószerként használják. A folyékony oxigén és a folyékony ózon keveréke az egyik legerősebb rakéta-üzemanyag-oxidálószer (a hidrogén-ózon keverék fajlagos impulzusa meghaladja a hidrogén-fluor és hidrogén-oxigén-fluorid pár fajlagos impulzusát).

BAN BENgyógyszer

Az orvosi oxigént fém gázpalackokban tárolják magas nyomású(sűrített vagy cseppfolyósított gázokhoz) kék színű, különböző kapacitású 1,2-10,0 liter nyomás alatt 15 MPa-ig (150 atm) és légzési gázkeverékek dúsítására altatóberendezésekben, légzési elégtelenség esetén, roham megállítására bronchiális asztma kezelésére, bármilyen eredetű hipoxia megszüntetésére, dekompressziós betegséggel, a gyomor-bél traktus patológiáinak kezelésére oxigén koktélok formájában. Egyéni használatra a palackokból származó orvosi oxigént speciális gumírozott tartályokkal - oxigénpárnákkal - töltik fel. Oxigén vagy oxigén-levegő keverék egy vagy két áldozat egyidejű ellátására a terepen vagy a kórházban különféle típusú és változatú oxigéninhalátorokat használnak. Az oxigéninhalátor előnye a gázelegy kondenzátor-párásítója, amely a kilélegzett levegő nedvességét használja fel. A hengerben maradó oxigén mennyiségének literben való kiszámításához általában a hengerben lévő nyomást atmoszférában (a reduktor nyomásmérője szerint) meg kell szorozni a literben megadott hengerűrtartalommal. Például egy 2 literes hengerben a nyomásmérő 100 atm oxigénnyomást mutat. Az oxigén térfogata ebben az esetben 100 × 2 = 200 liter.

BAN BENÉlelmiszeripar

Az élelmiszeriparban az oxigént E948 élelmiszer-adalékanyagként, hajtóanyagként és csomagológázként tartják nyilván.

BAN BENvegyipar

A vegyiparban az oxigént számos szintézisben használják oxidálószerként, például szénhidrogének oxigéntartalmú vegyületekké (alkoholok, aldehidek, savak), ammónia nitrogén-oxidokká történő oxidációja salétromsav előállításánál. Az oxidáció során kialakuló magas hőmérséklet miatt az utóbbiakat gyakran égési üzemmódban végzik.

BAN BENmezőgazdaság

Üvegházakban, oxigén koktélok készítésére, állatok súlygyarapítására, haltenyésztésben a vízi környezet oxigénnel való dúsítására.

Az oxigén biológiai szerepe

Sürgősségi oxigénellátás egy bomba óvóhelyen

A legtöbb élőlény (aerob) a levegőből lélegez be oxigént. Az oxigént széles körben használják a gyógyászatban. Szív- és érrendszeri megbetegedések esetén az anyagcsere-folyamatok javítása érdekében oxigénhabot („oxigénkoktélt”) juttatnak a gyomorba. A szubkután oxigén beadását trofikus fekélyek, elefántiasis, gangréna és más súlyos betegségek esetén alkalmazzák. Levegőfertőtlenítésre és szagtalanításra és tisztításra vizet inni alkalmazzon mesterséges ózondúsítást. Az oxigén 15 O radioaktív izotópját a véráramlás sebességének, a tüdőszellőztetésnek a vizsgálatára használják.

Mérgező oxigén származékok

Egyes oxigénszármazékok (úgynevezett reaktív oxigénfajták), mint például a szingulett oxigén, a hidrogén-peroxid, a szuperoxid, az ózon és a hidroxilgyök, rendkívül mérgező termékek. Az oxigén aktiválásának vagy részleges redukciójának folyamatában keletkeznek. Az emberi és állati szervezet sejtjeiben és szöveteiben szuperoxid (szuperoxidgyök), hidrogén-peroxid és hidroxilgyök képződhet, és oxidatív stresszt okoz.

izotópok

Az oxigénnek három stabil izotópja van: 16 O, 17 O és 18 O, amelyek átlagos tartalma a Föld összes oxigénatomjának 99,759%-a, 0,037%-a és 0,204%-a. Közülük a legkönnyebb, a 16 O éles túlsúlya az izotópok keverékében annak köszönhető, hogy a 16 O atom magja 8 protonból és 8 neutronból áll (kettős mágikus atommag töltött neutron- és protonhéjjal). És az ilyen magoknak, amint az az atommag szerkezetének elméletéből következik, különleges stabilitásuk van.

Ismeretesek a 12 O-tól 24 O-ig terjedő tömegszámú radioaktív oxigénizotópok is.Minden radioaktív oxigén izotóp rövid felezési idővel rendelkezik, közülük a leghosszabb élettartamú a 15 O, felezési ideje ~120 s. A legrövidebb élettartamú 12 O izotóp felezési ideje 5,8·10 −22 s.

MEGHATÁROZÁS

Oxigén– a VIA csoport második időszakának eleme Periodikus rendszer kémiai elemek D.I. Mengyelejev, 8-as rendszámmal. Szimbólum - O.

Atomtömeg - 16 óra Az oxigénmolekula kétatomos, képlete - O 2

Az oxigén a p-elemek családjába tartozik. Elektronikus konfiguráció oxigénatom 1s 2 2s 2 2p 4 . Vegyületeiben az oxigén többféle oxidációs állapotot képes felmutatni: „-2”, „-1” (peroxidokban), „+2” (F 2 O). Az oxigént az allotrópia jelenségének megnyilvánulása jellemzi - több formájában való létezés egyszerű anyagok- allotróp módosítások. Az oxigén allotróp módosulatai az oxigén O 2 és az ózon O 3.

Az oxigén kémiai tulajdonságai

Az oxigén erős oxidálószer, mert a külső elektronikus szintező teljessé tételéhez mindössze 2 elektron hiányzik belőle, és könnyen rögzíthető. Reaktivitás tekintetében az oxigén a második helyen áll a fluor után. Az oxigén minden elemmel vegyületeket képez, kivéve a héliumot, a neont és az argont. Az oxigén közvetlenül reagál halogénekkel, ezüsttel, arannyal és platinával (vegyületeiket közvetetten nyerik). Szinte minden oxigént érintő reakció exoterm. Funkció oxigénnel való kombináció sok reakciója - felszabadulás egy nagy szám meleget és fényt. Az ilyen folyamatokat égésnek nevezik.

Az oxigén kölcsönhatása fémekkel. Az alkálifémekkel (a lítium kivételével) az oxigén peroxidokat vagy szuperoxidokat képez, a többiben oxidokat. Például:

4Li + O 2 = 2Li 2O;

2Na + O 2 \u003d Na 2O 2;

K + O 2 \u003d KO 2;

2Ca + O 2 \u003d 2CaO;

4Al + 3O 2 \u003d 2Al 2O 3;

2Cu + O 2 \u003d 2CuO;

3Fe + 2O 2 \u003d Fe 3 O 4.

Az oxigén kölcsönhatása nem fémekkel. Az oxigén és a nem fémek kölcsönhatása hevítéskor megy végbe; minden reakció exoterm, kivéve a nitrogénnel való kölcsönhatást (a reakció endoterm, 3000 C-on elektromos ívben, a természetben - villámkisüléssel történik). Például:

4P + 5O 2 \u003d 2P 2 O 5;

C + O 2 \u003d CO 2;

2H 2 + O 2 \u003d 2H 2O;

N 2 + O 2 ↔ 2NO - Q.

Kölcsönhatás komplexussal szervetlen anyagok. Ha összetett anyagokat oxigénfeleslegben égetnek el, a megfelelő elemek oxidjai képződnek:

2H 2S + 3O 2 \u003d 2SO 2 + 2H 2O (t);

4NH3 + 3O 2 \u003d 2N2 + 6H2O (t);

4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O (t, kat);

2PH 3 + 4O 2 = 2H 3PO 4 (t);

SiH 4 + 2O 2 \u003d SiO 2 + 2H 2 O;

4FeS 2 + 11O 2 \u003d 2Fe 2 O 3 + 8 SO 2 (t).

Az oxigén képes az oxidokat és hidroxidokat több tartalmú vegyületekké oxidálni magas fok oxidáció:

2CO + O 2 \u003d 2CO 2 (t);

2SO 2 + O 2 = 2SO 3 (t, V 2 O 5);

2NO + O 2 \u003d 2NO 2;

4FeO + O 2 \u003d 2Fe 2 O 3 (t).

Kölcsönhatás összetett szerves anyagokkal. Szinte minden szerves anyag ég, a légköri oxigén hatására szén-dioxiddá és vízzé oxidálódik:

CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + H 2 O.

Az égési reakciók (teljes oxidáció) mellett lehetségesek részleges vagy katalitikus oxidációs reakciók is, amelyekben a reakciótermékek alkoholok, aldehidek, ketonok, karbonsavak és egyéb anyagok lehetnek:

A szénhidrátok, fehérjék és zsírok oxidációja energiaforrásként szolgál az élő szervezetben.

Az oxigén fizikai tulajdonságai

Az oxigén a legnagyobb mennyiségben előforduló elem a Földön (47 tömegszázalék). A levegő 21 térfogatszázalék oxigént tartalmaz. Az oxigén szerves része a víznek, ásványi anyagoknak, szerves anyagoknak. A növényi és állati szövetek 50-85% oxigént tartalmaznak különféle vegyületek formájában.

Szabad állapotban az oxigén színtelen, íztelen és szagtalan gáz, vízben rosszul oldódik (3 liter oxigén 100 liter vízben 20 °C-on feloldódik. A folyékony oxigén kék színű, paramágneses tulajdonságokkal rendelkezik (beszívódik egy mágneses mező).

Oxigén beszerzése

Léteznek ipari és laboratóriumi módszerek az oxigén előállítására. Tehát az iparban az oxigént folyékony levegő desztillálásával nyerik, és az oxigén megszerzésének fő laboratóriumi módszerei közé tartoznak az összetett anyagok termikus bomlásának reakciói:

2KMnO 4 \u003d K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2

4K 2 Cr 2 O 7 \u003d 4K 2 CrO 4 + 2Cr 2 O 3 + 3 O 2

2KNO 3 \u003d 2KNO 2 + O 2

2KClO 3 \u003d 2KCl + 3 O 2

Példák problémamegoldásra

1. PÉLDA

Gyakorlat

95 g higany(II)-oxid lebontásakor 4,48 liter oxigén (N.O.) keletkezett. Számítsa ki a lebontott higany(II)-oxid arányát (tömeg%)!

Megoldás

Írjuk fel a higany-oxid (II) bomlásának reakcióegyenletét:

2HgO \u003d 2Hg + O 2.

A felszabaduló oxigén mennyiségének ismeretében megtaláljuk az anyag mennyiségét:

mol.

Az n (HgO) reakcióegyenlet szerint n (O 2) \u003d 2: 1, ezért

n (HgO) \u003d 2 × n (O 2) = 0,4 mol.

Számítsuk ki a lebontott oxid tömegét! Az anyag mennyiségét az anyag tömegéhez viszonyítjuk a következő arányban:

A higany(II)-oxid moláris tömege (1 mól molekulatömege), a D.I. kémiai elemeinek táblázatával számítva. Mengyelejev - 217 g/mol. Ekkor a higany-oxid tömege (II) egyenlő:

m(HgO) = n(HgO) × M(HgO) = 0,4 × 217 \u003d 86,8 g.

Határozzuk meg a lebontott oxid tömeghányadát:

Oxigén képződikperoxidok –1 oxidációs állapotú.
- Például peroxidokat alkálifémek oxigénben való elégetésével állítanak elő:
2Na + O 2 → Na 2 O 2

- Néhány oxid elnyeli az oxigént:
2BaO + O 2 → 2BaO 2

- Az A. N. Bach és K. O. Engler által kidolgozott égési elvek szerint az oxidáció két szakaszban megy végbe, közbenső peroxidvegyület képződésével. Ez az intermedier vegyület izolálható például, amikor az égő hidrogén lángját jéggel hűtjük, vízzel együtt hidrogén-peroxid képződik:
H 2 + O 2 → H 2 O 2

Szuperoxidok-1/2 oxidációs állapotúak, azaz két oxigénatomonként egy elektron (O 2 -ion). A peroxidok és az oxigén kölcsönhatása során nyerik emelkedett nyomásokés hőmérséklet:
Na 2 O 2 + O 2 → 2NaO 2

Ozonides O 3 iont tartalmaznak - -1/3 oxidációs állapotú. Az ózon alkálifém-hidroxidok hatására keletkezik:
KOH (tv.) + O 3 → KO 3 + KOH + O 2

És ő dioxigenil Az O 2 + oxidációs állapota +1/2. A reakció alapján:
PtF 6 + O 2 → O 2 PtF 6

Oxigén-fluoridok
oxigén-difluorid, OF 2 oxidációs állapot +2, fluort lúgos oldaton vezetve kapunk:
2F 2 + 2NaOH → OF 2 + 2NaF + H 2 O

Oxigén-monofluorid (Dioxidifluorid), O 2 F 2, instabil, oxidációs állapot +1. Fluor és oxigén keverékéből nyerik izzítókisülésben -196 °C hőmérsékleten.

Fluor és oxigén keverékén bizonyos nyomáson és hőmérsékleten izzó kisülést vezetve magasabb oxigénfluoridok O 3 F 2, O 4 F 2, O 5 F 2 és O 6 F 2 keverékeit kapjuk.
Az oxigén támogatja a légzési, égési és bomlási folyamatokat. Szabad formájában az elem két allotróp módosulatban létezik: O 2 és O 3 (ózon).

Oxigén alkalmazása

A kohászatban

Az acélgyártás konverteres módszere az oxigén felhasználásával függ össze.

Fémek hegesztése és vágása

A hengerekben lévő oxigént széles körben használják fémek lángvágására és hegesztésére.

Rakéta üzemanyag

A folyékony oxigént, a hidrogén-peroxidot, a salétromsavat és más oxigénben gazdag vegyületeket rakétaüzemanyagként oxidálószerként használják. A folyékony oxigén és a folyékony ózon keveréke az egyik legerősebb rakéta-üzemanyag oxidálószer (a hidrogén-ózon keverék fajlagos impulzusa meghaladja a hidrogén-fluor és hidrogén-oxigén-fluorid pár fajlagos impulzusát).

Az orvostudományban

Az oxigént légúti gázkeverékek dúsítására használják légzési elégtelenség esetén, asztma kezelésére, oxigén koktélok, oxigénpárnák stb.

Az élelmiszeriparban

Az élelmiszeriparban az oxigént mint élelmiszer-adalék E948, hajtóanyagként és csomagológázként.

Az oxigén biológiai szerepe

Az élőlények oxigént lélegeznek be a levegőben. Az oxigént széles körben használják a gyógyászatban. Szív- és érrendszeri megbetegedések esetén az anyagcsere-folyamatok javítása érdekében oxigénhabot („oxigénkoktélt”) juttatnak a gyomorba. A szubkután oxigén beadását trofikus fekélyek, elefántiasis, gangréna és más súlyos betegségek esetén alkalmazzák. Az ózonnal való mesterséges dúsítást a levegő fertőtlenítésére és szagtalanítására, valamint az ivóvíz tisztítására használják. Az oxigén 15 O radioaktív izotópját a véráramlás sebességének, a tüdőszellőztetésnek a vizsgálatára használják.

Mérgező oxigén származékok

Az oxigén izotópjai

Az oxigénnek három stabil izotópja van: 16 O, 17 O és 18 O, amelyek átlagos tartalma a Föld összes oxigénatomjának 99,759%-a, 0,037%-a és 0,204%-a. Közülük a legkönnyebb 16 O éles túlsúlya az izotópok keverékében annak köszönhető, hogy a 16 O atom magja 8 protonból és 8 neutronból áll. És az ilyen magoknak, amint az az atommag szerkezetének elméletéből következik, különleges stabilitásuk van.

Vannak radioaktív izotópok: 11 O, 13 O, 14 O (felezési idő 74 mp), 15 O (T 1/2 = 2,1 perc), 19 O (T 1/2 = 29,4 mp), 20 O (vitatott felezési idő). élettartam adatok 10 perctől 150 évig).

további információ

Oxigénvegyületek
Folyékony oxigén
Ózon

Oxigén, Oxigénium, O(8)
Az oxigén felfedezése (Oxygen, French Oxygene, német Sauerstoff) a modern kor kezdetét jelentette a kémia fejlődésében. Ősidők óta ismert volt, hogy az égéshez levegőre van szükség, de az égési folyamat sok évszázadon át érthetetlen maradt. Csak a XVII. Mayow és Boyle egymástól függetlenül megfogalmazták azt az elképzelést, hogy a levegő tartalmaz valami olyan anyagot, amely támogatja az égést, de ez a teljesen racionális hipotézis akkoriban még nem alakult ki, mivel az égés fogalma az égő test összekapcsolásának folyamata egy bizonyos A levegő alkotórésze ellentmondani látszott egy olyan nyilvánvaló cselekedetnek, mint annak, hogy az égés során az égő test elemi komponensekre bomlik. Ezen az alapon a XVII. század fordulóján. felmerült a Becher és Stahl által megalkotott flogiszton elmélet. A kémia fejlődésében a kémiai-analitikai korszak beköszöntével (18. század második fele) és a „pneumatikus kémia” – a kémiai-analitikai irányzat egyik fő ága – megjelenésével az égés, valamint a légzés. , ismét felkeltette a kutatók figyelmét. A különféle gázok felfedezése és a kémiai folyamatokban betöltött fontos szerepük megállapítása volt az egyik fő ösztönző az égési folyamatok Lavoisier által végzett szisztematikus tanulmányozására. Az oxigént a 18. század 70-es éveinek elején fedezték fel.

Erről a felfedezésről Priestley 1775-ben számolt be először az Angol Királyi Társaság ülésén. Priestley vörös higany-oxidot hevített egy nagy égő üveggel, és olyan gázt kapott, amelyben a gyertya erősebben égett, mint a közönséges levegőben. parázsló fáklya villant fel. Priestley meghatározta az új gáz egyes tulajdonságait, és daflogisztikus levegőnek nevezte. Azonban két évvel korábban Priestley (1772) Scheele is kapott oxigént a higany-oxid lebontásával és más módszerekkel. Scheele ezt a gázt tüzes levegőnek (Feuerluft) nevezte. Scheele csak 1777-ben tudott jelentést készíteni felfedezéséről.

1775-ben Lavoisier arról számolt be a Párizsi Tudományos Akadémiának, hogy sikerült megszereznie "a minket körülvevő levegő legtisztább részét", és leírta a levegő ezen részének tulajdonságait. Eleinte Lavoisier ezt a „levegőt" a létfontosságú levegő empirikus, létfontosságú (Air empireal, Air vital) bázisának nevezte (Base de l „air vital). Az oxigén szinte egyidejű felfedezése több tudós által különböző országok vitákat okozott a prioritás körül. Priestley különösen kitartóan ismerte el magát felfedezőként. Ezek a viták lényegében máig nem értek véget. Az oxigén tulajdonságainak, valamint az égési folyamatokban és az oxidok képződésében betöltött szerepének részletes tanulmányozása Lavoisier-t arra a téves következtetésre vezette, hogy ez a gáz savképző elv. 1779-ben Lavoisier ennek a következtetésnek megfelelően bevezette az oxigén új elnevezését - a savképző elvet (principe acidifiant ou principe oxygine). Az ebben az összetett névben megjelenő oxigine szót Lavoisier a görög sav és az „én termelek” szóból származtatta.