Bileşime kimyasal bir element olarak oksijen dahildir. Oksijen, genel özellikleri
Oksijen – kimyasal elementÖzellikleri sonraki birkaç paragrafta tartışılacaktır. D.I.'nin Periyodik Kimyasal Element Tablosuna dönelim. Mendeleev. Oksijen elementi, ana alt grup olan periyot 2, grup VI'da bulunur.
Ayrıca oksijenin bağıl atom kütlesinin 16 olduğunu da belirtir.
Periyodik Tablodaki oksijenin seri numarasına göre atomunda bulunan elektron sayısını, oksijen atomunun çekirdeğinin yükünü ve proton sayısını kolaylıkla belirleyebilirsiniz.
Çoğu bileşikte oksijenin değeri II'dir. Bir oksijen atomu iki elektron kazanarak iyon haline gelebilir: O0 + 2ē = O−2.
Oksijenin gezegenimizdeki en yaygın element olduğunu belirtmekte fayda var. Oksijen suyun bir parçasıdır. Deniz ve tatlı suların kütlece %89'u oksijenden oluşur. Oksijen birçok mineral ve kayada bulunur. Yer kabuğundaki oksijenin kütle oranı yaklaşık %47'dir. Hava ağırlıkça yaklaşık %23 oksijen içerir.
Oksijenin fiziksel özellikleri
İki oksijen atomu etkileşime girdiğinde, basit bir madde olan oksijen O2'nin kararlı bir molekülü oluşur. Element gibi bu basit maddeye oksijen denir. Oksijeni bir element olarak ve oksijeni basit bir madde olarak karıştırmayın!
Oksijenin fiziksel özelliklerine göre– renksiz, kokusuz ve tatsız bir gazdır. Suda pratik olarak çözünmez (oda sıcaklığında ve normal atmosferik basınç Oksijenin çözünürlüğü litre su başına yaklaşık 8 mg'dır).
Oksijen suda çözünür - 31 ml oksijen (ağırlıkça %0,004), 20°C sıcaklıkta 1 litre suda çözünür. Ancak bu miktar rezervuarlarda yaşayan balıkların nefes alması için yeterlidir. Oksijen gazı havadan biraz daha ağırdır: 0°C sıcaklıkta ve normal basınçta 1 litre hava 1,29 gram, 1 litre oksijen ise 1,43 gramdır.
Oksijen güçlü bir şekilde soğutulduğunda ilginç özellikler sergiler. Yani bir sıcaklıkta –183°С oksijen şeffaf, hareketli, soluk mavi bir sıvıya yoğunlaşır.
Sıvı oksijen daha da soğutulursa, o zaman bir sıcaklıkta –218°С oksijen mavi kristallere “donar”. Sıcaklık kademeli olarak artırılırsa –218°С, katı oksijen erimeye başlayacak ve ne zaman –183°С- kaynatılacak. Sonuç olarak maddelerin kaynama ve yoğunlaşma noktaları ile donma ve erime noktaları aynıdır.
Sıvı oksijeni depolamak ve taşımak için Dewar şişeleri adı verilen şişeler kullanılır.. Dewar şişeleri, sıcaklığının uzun süre sabit kalması gereken sıvıların depolanması ve taşınması için kullanılır. Dewar şişesi, mucidi İskoç fizikçi ve kimyager James Dewar'ın adını almıştır.
En basit Dewar kabı ev tipi bir termostur. Kabın yapısı oldukça basittir: Büyük bir şişeye yerleştirilmiş bir şişedir. Hava, şişeler arasındaki kapalı alandan dışarı pompalanır. Şişelerin duvarları arasında hava bulunmadığından dolayı sıvı iç şişeye dökülür. uzun zamandır soğumuyor ve ısınmıyor.
Oksijen paramanyetik bir maddedir, yani sıvı ve katı halde bir mıknatıs tarafından çekilir.
Doğada oksijen atomlarından oluşan başka bir basit madde daha vardır. Bu ozon. Ozonun kimyasal formülü O3'tür. Ozon da oksijen gibi normal şartlarda bir gazdır. Yıldırım çarpması sırasında atmosferde ozon oluşur. Fırtına sonrası karakteristik tazelik kokusu ozon kokusudur.
Ozon laboratuvarda elde edilirse ve önemli miktarda toplanırsa, yüksek konsantrasyonlarda ozon keskin bir etkiye sahip olacaktır. kötü koku. Ozon laboratuvarda özel cihazlar kullanılarak elde edilir - ozonlayıcılar. Ozonatör- içine oksijen akımının sağlandığı ve bir elektrik deşarjının oluşturulduğu bir cam tüp. Elektrik deşarjı oksijeni ozona dönüştürür:
Ozon, renksiz oksijenin aksine mavi bir gazdır. Ozonun sudaki çözünürlüğü, 1 litre su başına yaklaşık 0,5 litre gazdır; bu, oksijeninkinden önemli ölçüde daha fazladır. Bu özelliği dikkate alınarak dezenfeksiyon amacıyla ozon kullanılır. içme suyu Patojenik mikroorganizmalar üzerinde zararlı bir etkiye sahip olduğundan.
Şu tarihte: Düşük sıcaklık Ozon oksijene benzer şekilde davranır.–112°C sıcaklıkta sıvıya yoğunlaşır mor–197°C sıcaklıkta koyu mor, neredeyse siyah kristaller şeklinde kristalleşir.
Böylece aynı kimyasal elementin atomlarının farklı basit maddeler oluşturabileceği sonucuna varabiliriz.
Birkaç formda bir kimyasal elementin varlığı olgusu basit maddeler isminde allotropi.
Aynı elementin oluşturduğu basit maddelere denir allotropik modifikasyonlar
Araç, oksijen ve ozon, oksijen kimyasal elementinin allotropik modifikasyonlarıdır.Çok düşük sıcaklıklarda, sıvı veya katı halde oksijenin O4 ve O8 molekülleri formunda var olabileceğine dair kanıtlar vardır.
Doğada oksijen döngüsü
Atmosferdeki oksijen miktarı sabittir. Sonuç olarak, tüketilen oksijen sürekli olarak yeni oksijenle yenilenir.
Doğadaki en önemli oksijen kaynakları karbondioksit ve sudur. Oksijen, reaksiyon şemasına göre esas olarak bitkilerde meydana gelen fotosentez işleminin bir sonucu olarak atmosfere girer:
CO2 + H2O → C6H12O6 + O2.
Oksijen ayrıca Dünya atmosferinin üst katmanlarında da oluşabilir: Güneş radyasyonuna maruz kalma nedeniyle su buharı kısmen ayrışarak oksijen oluşturur.
Oksijen, solunum, yakıtın yanması, canlı organizmalardaki çeşitli maddelerin oksidasyonu, oksidasyon sırasında tüketilir. inorganik maddeler doğada bulunur. Çelik eritme gibi teknolojik işlemlerde büyük miktarlarda oksijen tüketilir.
Doğadaki oksijen döngüsü bir diyagramla temsil edilebilir:
- Oksijen– grup VI elemanı, ana alt grup, Periyodik Sistemin 2. periyodu D.I. Mendeleev
- Oksijen elementi doğada iki allotropik modifikasyon oluşturur: oksijen O2 ve ozon O3
- Birkaç basit madde formunda bir kimyasal elementin varlığı olgusuna allotropi denir.
- Basit maddelere allotropik modifikasyonlar denir
- Oksijen ve ozon farklıdır fiziki ozellikleri
- Oksijen– renksiz, kokusuz, tatsız, suda hemen hemen çözünmeyen bir gazdır; –183°C sıcaklıkta, soluk mavi bir sıvı halinde yoğunlaşır. –218°C sıcaklıkta mavi kristaller halinde kristalleşir.
- Ozon- keskin, hoş olmayan bir kokuya sahip mavi bir gaz. Suda iyice eritelim. –112°С sıcaklıkta, mor bir sıvı halinde yoğunlaşır, –197°С sıcaklıkta koyu mor, neredeyse siyah kristaller şeklinde kristalleşir.
- Sıvı oksijen, ozon ve diğer gazlar Dewar şişelerinde depolanır
Plan:
Keşif tarihi
İsmin kökeni
Doğada olmak
Fiş
Fiziki ozellikleri
Kimyasal özellikler
Başvuru
10. İzotoplar
Oksijen
Oksijen- 16. grubun elemanı (eski sınıflandırmaya göre - grup VI'nın ana alt grubu), D.I. Mendeleev'in kimyasal elementlerinin periyodik sisteminin ikinci periyodu, atom numarası 8 ile. O sembolüyle gösterilir (enlem. Oksijenyum) . Oksijen kimyasal olarak aktif bir metal olmayan elementtir ve kalkojenler grubunun en hafif elementidir. Basit madde oksijen(CAS numarası: 7782-44-7) normal şartlarda molekülü iki oksijen atomundan oluşan (formül O 2) renksiz, tatsız ve kokusuz bir gazdır ve bu nedenle dioksijen olarak da adlandırılır.Sıvı oksijen hafif bir yapıya sahiptir. mavi renktedir ve katı kristaller açık mavi renktedir.
Oksijenin başka allotropik formları da vardır, örneğin ozon (CAS numarası: 10028-15-6) - normal koşullar altında, molekülü üç oksijen atomundan oluşan (formül O3) belirli bir kokuya sahip mavi bir gazdır.
Keşif tarihi
Oksijenin, 1 Ağustos 1774'te İngiliz kimyager Joseph Priestley tarafından hava geçirmez şekilde kapatılmış bir kapta cıva oksidi ayrıştırarak keşfedildiğine resmen inanılıyor (Priestley, güçlü bir mercek kullanarak güneş ışığını bu bileşiğe yönlendirdi).
Ancak Priestley başlangıçta yeni ve basit bir madde keşfettiğinin farkında değildi; havayı oluşturan parçalardan birini izole ettiğine inanıyordu (ve bu gazı "flojistondan arındırılmış hava" olarak adlandırıyordu). Priestley keşfini seçkin Fransız kimyager Antoine Lavoisier'e bildirdi. 1775 yılında A. Lavoisier, oksijenin havanın, asitlerin bir bileşeni olduğunu ve birçok maddede bulunduğunu tespit etti.
Birkaç yıl önce (1771'de) İsveçli kimyager Karl Scheele tarafından oksijen elde edildi. Güherçileyi sülfürik asitle kalsine etti ve ardından elde edilen nitrik oksidi ayrıştırdı. Scheele bu gazı "ateş havası" olarak adlandırdı ve keşfini 1777'de yayınlanan bir kitapta anlattı (tam da kitabın Priestley'in keşfini duyurduğu tarihten sonra basılması nedeniyle, Priestley oksijenin kaşifi olarak kabul ediliyor). Scheele ayrıca deneyimini Lavoisier'e bildirdi.
Oksijenin keşfine katkıda bulunan önemli bir adım, cıvanın oksidasyonu ve ardından oksidin ayrışması üzerine çalışmalar yayınlayan Fransız kimyager Pierre Bayen'in çalışmasıydı.
Sonunda A. Lavoisier, Priestley ve Scheele'den gelen bilgileri kullanarak ortaya çıkan gazın doğasını nihayet anladı. Çalışması çok büyük önem taşıyordu, çünkü o dönemde egemen olan ve kimyanın gelişmesine engel olan flojiston teorisi devrilmişti. Lavoisier, çeşitli maddelerin yanması üzerine deneyler yaptı ve yanan elementlerin ağırlığına ilişkin sonuçları yayınlayarak flojiston teorisini çürüttü. Külün ağırlığı, elementin orijinal ağırlığını aştı; bu, Lavoisier'e, yanma sırasında maddenin kimyasal reaksiyonunun (oksidasyonunun) meydana geldiğini ve dolayısıyla orijinal maddenin kütlesinin arttığını, bu da flojiston teorisini çürüttüğünü iddia etme hakkını verdi. .
Dolayısıyla oksijenin keşfindeki başarı aslında Priestley, Scheele ve Lavoisier arasında paylaşılıyor.
İsmin kökeni
Oksijen kelimesi (olarak anılır) XIX'in başı yüzyılda, hatta “asit çözeltisi”), Rus dilindeki görünümü bir dereceye kadar diğer neolojizmlerle birlikte “asit” kelimesini kullanıma sokan M.V. Lomonosov'dan kaynaklanmaktadır; Dolayısıyla, "oksijen" kelimesi, A. Lavoisier (eski Yunanca ὀξύς - "ekşi" ve γεννάω - "doğum yapmak") tarafından önerilen "oksijen" (Fransızca oxygène) teriminin bir kopyasıydı. orijinal anlamı ile ilişkili olan "asit üreten" olarak tercüme edilmiştir - daha önce modern uluslararası terminolojiye göre oksitler olarak adlandırılan maddeler anlamına gelen "asit".
Doğada olmak
Oksijen Dünya üzerindeki en yaygın elementtir; onun payı (çoğunlukla silikatlar olmak üzere çeşitli bileşiklerde) katı yer kabuğunun kütlesinin yaklaşık %47,4'ünü oluşturur. Deniz ve tatlı sular büyük miktarda bağlı oksijen içerir - %88,8 (kütlece), atmosferde serbest oksijen içeriği hacimce %20,95 ve kütlece %23,12'dir. Yer kabuğunda 1.500'den fazla bileşik oksijen içerir.
Oksijen birçok organik maddenin bir parçasıdır ve tüm canlı hücrelerde bulunur. Canlı hücrelerdeki atom sayısı açısından yaklaşık% 25, kütle oranı açısından ise yaklaşık% 65'tir.
Fiş
Şu anda endüstride oksijen havadan elde edilmektedir. Oksijen üretmenin ana endüstriyel yöntemi kriyojenik arıtmadır. Membran teknolojisine dayalı olarak çalışan oksijen tesisleri de endüstride iyi bilinmekte ve başarıyla kullanılmaktadır.
Laboratuvarlar, yaklaşık 15 MPa basınç altında çelik silindirlerde sağlanan, endüstriyel olarak üretilen oksijeni kullanır.
Potasyum permanganat KMnO 4 ısıtılarak az miktarda oksijen elde edilebilir:
Manganez(IV) oksit varlığında hidrojen peroksit H2O2'nin katalitik ayrışmasının reaksiyonu da kullanılır:
Oksijen, potasyum kloratın (Berthollet tuzu) KClO3'ün katalitik ayrışmasıyla elde edilebilir:
Oksijen üretmeye yönelik laboratuvar yöntemleri arasında alkalilerin sulu çözeltilerinin elektrolizi yönteminin yanı sıra cıva(II) oksidin ayrışması (t = 100 °C'de) yer alır:
Denizaltılarda genellikle insanlar tarafından solunan sodyum peroksit ve karbondioksitin reaksiyonuyla elde edilir:
Fiziki ozellikleri
Dünya okyanuslarında çözünmüş O2 içeriği daha yüksektir. soğuk su ve daha az - sıcakta.
Normal şartlarda oksijen rengi, tadı ve kokusu olmayan bir gazdır.
1 litresi 1.429 gr kütleye sahiptir ve havadan biraz ağırdır. Suda (0 °C'de 4,9 ml/100 g, 50 °C'de 2,09 ml/100 g) ve alkolde (25 °C'de 2,78 ml/100 g) hafifçe çözünür. Erimiş gümüşte iyi çözünür (961 ° C'de 1 hacim Ag'de 22 hacim O2). Atomlar arası mesafe - 0,12074 nm. Paramanyetiktir.
Gaz halindeki oksijen ısıtıldığında, atomlara tersinir ayrışması meydana gelir: 2000 °C - %0,03, 2600 °C - %1, 4000 °C - %59, 6000 °C - %99,5.
Sıvı oksijen (kaynama noktası -182,98 °C) soluk mavi bir sıvıdır.
O2 faz diyagramı
Katı oksijen (erime noktası -218,35°C) - mavi kristaller. Bilinen 6 kristal faz vardır ve bunlardan üçü 1 atm basınçta mevcuttur:
α-O2 - 23,65 K'nin altındaki sıcaklıklarda bulunur; parlak mavi kristaller monoklinik sisteme aittir, hücre parametreleri a=5,403 Å, b=3,429 Å, c=5,086 Å; β=132,53°.
β-O2 - 23,65 ila 43,65 K sıcaklık aralığında bulunur; soluk mavi kristaller (basınç arttıkça renk pembeye döner) eşkenar dörtgen bir kafese sahiptir, hücre parametreleri a=4.21 Å, α=46.25°.
γ-O2 - 43,65 ila 54,21 K arasındaki sıcaklıklarda bulunur; soluk mavi kristaller kübik simetriye sahiptir, kafes parametresi a=6,83 Å.
Yüksek basınçlarda üç faz daha oluşur:
δ-O2 sıcaklık aralığı 20-240 K ve basınç 6-8 GPa, turuncu kristaller;
ε-O4 basıncı 10'dan 96 GPa'ya, kristal rengi koyu kırmızıdan siyaha, monoklinik sistem;
ζ-On basıncı 96 GPa'dan fazla olan, karakteristik metalik parlaklığa sahip metalik bir durum, düşük sıcaklıklarda süper iletken bir duruma dönüşür.
Kimyasal özellikler
Güçlü bir oksitleyici madde, hemen hemen tüm elementlerle etkileşime girerek oksitler oluşturur. Oksidasyon durumu −2. Kural olarak, oksidasyon reaksiyonu ısının açığa çıkmasıyla ilerler ve sıcaklığın artmasıyla hızlanır (bkz. Yanma). Oda sıcaklığında meydana gelen reaksiyonlara örnek:
Maksimum oksidasyon durumundan daha düşük elementler içeren bileşikleri oksitler:
Çoğu organik bileşiği oksitler:
Belirli koşullar altında bir organik bileşiğin hafif oksidasyonunu gerçekleştirmek mümkündür:
Oksijen, Au ve inert gazlar (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) dışındaki tüm basit maddelerle doğrudan (normal koşullar altında, ısıtılarak ve/veya katalizörlerin varlığında) reaksiyona girer; halojenlerle reaksiyonlar, bir elektrik deşarjının veya ultraviyole radyasyonun etkisi altında meydana gelir. Altın oksitler ve ağır inert gazlar (Xe, Rn) dolaylı olarak elde edildi. Oksijenin diğer elementlerle olan tüm iki elementli bileşiklerinde, florlu bileşikler hariç, oksijen oksitleyici bir ajanın rolünü oynar.
Oksijen, oksijen atomunun oksidasyon durumu resmi olarak -1'e eşit olan peroksitler oluşturur.
Örneğin peroksitler, alkali metallerin oksijende yanmasıyla üretilir:
Bazı oksitler oksijeni emer:
A. N. Bach ve K. O. Engler tarafından geliştirilen yanma teorisine göre oksidasyon, bir ara peroksit bileşiğinin oluşmasıyla iki aşamada gerçekleşir. Bu ara bileşik izole edilebilir, örneğin, yanan bir hidrojen alevi buzla soğutulduğunda, su ile birlikte hidrojen peroksit oluşur:
Süperoksitlerde, oksijenin resmi olarak oksidasyon durumu -½'dir, yani iki oksijen atomu (O - 2 iyonu) başına bir elektron. Peroksitlerin yüksek basınç ve sıcaklıkta oksijenle reaksiyona sokulmasıyla elde edilir:
Potasyum K, rubidyum Rb ve sezyum Cs, süperoksitler oluşturmak üzere oksijenle reaksiyona girer:
Dioksijenil iyonu O2+'da oksijen resmi olarak +½ oksidasyon durumuna sahiptir. Reaksiyonla elde edilen:
Oksijen florürler
Oksijen +2'nin OF 2 oksidasyon durumu olan oksijen diflorür, florinin bir alkali çözeltiden geçirilmesiyle hazırlanır:
Oksijen monoflorür (dioksidiflorür), O2F2 kararsızdır, oksijenin oksidasyon durumu +1'dir. -196 °C sıcaklıkta akkor deşarjda flor ve oksijen karışımından elde edildi:
Belirli bir basınç ve sıcaklıkta bir flor ve oksijen karışımından bir akkor deşarjının geçirilmesiyle, daha yüksek oksijen florürleri O3F2, O4F2, O5F2 ve O6F2 karışımları elde edilir.
Kuantum mekaniği hesaplamaları, triflorohidroksonyum iyonu OF3+'nın kararlı varlığını öngörüyor. Bu iyon gerçekten mevcutsa, içindeki oksijenin oksidasyon durumu +4'e eşit olacaktır.
Oksijen solunum, yanma ve çürüme süreçlerini destekler.
Serbest formunda elementin iki allotropik modifikasyonu vardır: O2 ve O3 (ozon). Pierre Curie ve Marie Skłodowska-Curie'nin 1899'da kurduğu gibi, iyonlaştırıcı radyasyonun etkisi altında O2, O3'e dönüşür.
Başvuru
Oksijenin yaygın endüstriyel kullanımı, sıvı havayı sıvılaştırmak ve ayırmak için kullanılan turbo genişleticilerin icat edilmesinden sonra 20. yüzyılın ortalarında başladı.
İÇİNDEmetalurji
Çelik üretiminin veya mat işlemenin dönüştürücü yöntemi, oksijen kullanımını içerir. Birçok metalurji ünitesinde yakıtın daha verimli yanması için brülörlerde hava yerine oksijen-hava karışımı kullanılır.
Metallerin kaynaklanması ve kesilmesi
Mavi silindirlerdeki oksijen, metallerin alevle kesilmesi ve kaynaklanması için yaygın olarak kullanılır.
Roket yakıtı
Roket yakıtı için oksitleyici olarak sıvı oksijen, hidrojen peroksit, nitrik asit ve diğer oksijen açısından zengin bileşikler kullanılır. Sıvı oksijen ve sıvı ozon karışımı, roket yakıtının en güçlü oksitleyicilerinden biridir (hidrojen-ozon karışımının spesifik dürtüsü, hidrojen-flor ve hidrojen-oksijen florür çiftlerinin spesifik dürtüsünü aşar).
İÇİNDEilaç
Tıbbi oksijen, 1,2 ila 10,0 litre arasında çeşitli kapasitelerdeki mavi renkli yüksek basınçlı metal gaz tüplerinde (sıkıştırılmış veya sıvılaştırılmış gazlar için) 15 MPa'ya (150 atm) kadar basınç altında depolanır ve anestezi ekipmanlarındaki solunum gazı karışımlarını zenginleştirmek için kullanılır. Solunum bozukluklarında, bronşiyal astım krizini hafifletmek, herhangi bir kaynaktan gelen hipoksiyi ortadan kaldırmak, dekompresyon hastalığı için, gastrointestinal sistem patolojilerini oksijen kokteylleri şeklinde tedavi etmek için. Bireysel kullanım için, özel kauçuk kaplar - oksijen yastıkları - tıbbi oksijen içeren silindirlerle doldurulur. Çeşitli model ve modifikasyonlara sahip oksijen inhalatörleri, sahada veya hastane ortamında bir veya iki kazazedeye aynı anda oksijen veya oksijen-hava karışımı sağlamak için kullanılır. Bir oksijen inhalatörünün avantajı, verilen havanın nemini kullanan gaz karışımının bir yoğunlaştırıcı-nemlendiricisinin varlığıdır. Silindirde kalan oksijen miktarını litre cinsinden hesaplamak için, atmosfer cinsinden silindirdeki basınç (redüktörün basınç göstergesine göre) genellikle litre cinsinden silindir kapasitesi ile çarpılır. Örneğin 2 litre kapasiteli bir silindirde manometre 100 atm oksijen basıncını gösterir. Bu durumda oksijenin hacmi 100 × 2 = 200 litredir.
İÇİNDEGıda endüstrisi
Gıda endüstrisinde oksijen, gıda katkı maddesi E948, itici gaz ve ambalaj gazı olarak kayıtlıdır.
İÇİNDEkimyasal endüstri
İÇİNDE kimyasal endüstri oksijen, çok sayıda sentezde oksitleyici bir madde olarak kullanılır; örneğin, hidrokarbonların oksijen içeren bileşiklere (alkoller, aldehitler, asitler) oksidasyonu, nitrik asit üretiminde amonyağın nitrojen oksitlere oksidasyonu. Oksidasyon sırasında gelişen yüksek sıcaklıklar nedeniyle, oksidasyon genellikle yanma modunda gerçekleştirilir.
İÇİNDEtarım
Seracılıkta, oksijen kokteyli yapımında, hayvanlarda kilo alımında, balık yetiştiriciliğinde su ortamının oksijenle zenginleştirilmesinde.
Oksijenin biyolojik rolü
Bomba sığınağında acil oksijen kaynağı
Çoğu canlı (aerob) havadan oksijen solur. Oksijen tıpta yaygın olarak kullanılmaktadır. Kardiyovasküler hastalıklarda metabolik süreçleri iyileştirmek için mideye oksijen köpüğü (“oksijen kokteyli”) enjekte edilir. Trofik ülserler, fil hastalığı, kangren ve diğer ciddi hastalıklarda deri altı oksijen uygulaması kullanılır. Yapay ozon zenginleştirmesi, havayı dezenfekte etmek ve kokuyu gidermek ve içme suyunu arıtmak için kullanılır. Radyoaktif oksijen izotopu 15 O, kan akış hızını ve pulmoner ventilasyonu incelemek için kullanılır.
Zehirli oksijen türevleri
Singlet oksijen, hidrojen peroksit, süperoksit, ozon ve hidroksil radikali gibi bazı oksijen türevleri (reaktif oksijen türleri olarak adlandırılır) oldukça toksiktir. Oksijenin aktivasyonu veya kısmi indirgenmesi işlemi sırasında oluşurlar. Süperoksit (süperoksit radikali), hidrojen peroksit ve hidroksil radikali insan ve hayvanların hücre ve dokularında oluşarak oksidatif strese neden olabilir.
İzotoplar
Oksijenin üç kararlı izotopu vardır: 16 O, 17 O ve 18 O; ortalama içeriği Dünya'daki toplam oksijen atomu sayısının sırasıyla %99,759, %0,037 ve %0,204'üdür. Bunların en hafifi olan 16 O'nun izotop karışımındaki keskin üstünlüğü, 16 O atomunun çekirdeğinin 8 proton ve 8 nötrondan (dolu nötron ve proton kabuklarına sahip çift sihirli bir çekirdek) oluşmasından kaynaklanmaktadır. Ve atom çekirdeğinin yapısı teorisinden de anlaşılacağı gibi bu tür çekirdekler özellikle kararlıdır.
Kütle numaraları 12 O'dan 24 O'ya kadar olan oksijenin radyoaktif izotopları da bilinmektedir. Oksijenin tüm radyoaktif izotopları kısa bir yarı ömre sahiptir, bunların en uzun ömürlüsü ~120 saniyelik bir yarı ömre sahip 15 O'dur. En kısa ömürlü izotop 12 O'nun yarı ömrü 5,8·10−22 s'dir.
Oksijen, eski kısa versiyonun VI. ana grubunun ikinci periyodundadır. periyodik tablo. Yeni numaralandırma standartlarına göre bu 16. gruptur. İlgili karar 1988'de IUPAC tarafından verildi. Basit bir madde olarak oksijenin formülü O2'dir. Ana özelliklerini, doğadaki ve ekonomideki rolünü ele alalım. Tüm grubun özellikleriyle başlayalım periyodik tablo oksijen tarafından yönetilmektedir. Element, ilgili kalkojenlerden farklıdır ve su, hidrojen selenyum ve tellürden farklıdır. Herkese açıklama ayırt edici özellikleri ancak atomun yapısı ve özellikleri öğrenilerek bulunabilir.
Kalkojenler - oksijenle ilgili elementler
Benzer özelliklere sahip atomlar periyodik tabloda bir grup oluşturur. Oksijen, kalkojen ailesinin başında gelir, ancak bir takım özellikler bakımından onlardan farklıdır.
Grubun atası olan oksijenin atom kütlesi 16a'dır. e.m. Kalkojenler, hidrojen ve metallerle bileşikler oluştururken olağan oksidasyon durumlarını sergilerler: -2. Örneğin suyun (H2O) bileşiminde oksijenin oksidasyon sayısı -2'dir.
Kalkojenlerin tipik hidrojen bileşiklerinin bileşimi genel formüle karşılık gelir: H2R. Bu maddeler çözündüğünde asitler oluşur. Yalnızca oksijenin hidrojen bileşiği olan suyun özel özellikleri vardır. Bilim insanları bu olağandışı maddenin hem çok zayıf bir asit hem de çok zayıf bir baz olduğu sonucuna vardılar.
Kükürt, selenyum ve tellür, oksijen ve diğer yüksek elektronegatif (EO) ametallerle birleştirildiğinde tipik pozitif oksidasyon durumlarına (+4, +6) sahiptir. Kalkojen oksitlerin bileşimi genel formüllerle yansıtılır: RO 2, RO 3. Karşılık gelen asitler şu bileşime sahiptir: H2RO3, H2RO4.
Elementler basit maddelere karşılık gelir: oksijen, kükürt, selenyum, tellür ve polonyum. İlk üç temsilci metalik olmayan özellikler sergiliyor. Oksijenin formülü O2'dir. Aynı elementin allotropik bir modifikasyonu ozondur (O3). Her iki modifikasyon da gazdır. Kükürt ve selenyum katı metal olmayanlardır. Tellür metaloid bir maddedir, elektrik akımını iletir, polonyum bir metaldir.
Oksijen en yaygın elementtir
Aynı kimyasal elementin basit bir madde biçiminde varlığının başka bir versiyonunun olduğunu zaten biliyoruz. Bu, genellikle ozon perdesi olarak adlandırılan, dünya yüzeyinden yaklaşık 30 km yükseklikte bir katman oluşturan bir gaz olan ozondur. Bağlı oksijen, su moleküllerinde, birçok kaya ve mineralin bileşiminde ve organik bileşiklerde bulunur.
Oksijen atomunun yapısı
Mendeleev'in periyodik tablosu oksijen hakkında tam bilgi içerir:
- Elemanın seri numarası 8'dir.
- Çekirdek yükü - +8.
- Toplam elektron sayısı 8'dir.
- Oksijenin elektronik formülü 1s 2 2s 2 2p 4'tür.
Doğada, periyodik tabloda aynı seri numarasına sahip, proton ve elektronların aynı bileşimine sahip üç kararlı izotop vardır, ancak farklı numara nötronlar. İzotoplar aynı sembolle (O) gösterilir. Karşılaştırma için burada üç oksijen izotopunun bileşimini gösteren bir şema verilmiştir:
Oksijenin özellikleri - kimyasal bir element
Atomun 2p alt seviyesinde iki eşleşmemiş elektron vardır, bu da -2 ve +2 oksidasyon durumlarının görünümünü açıklar. Kükürt ve diğer kalkojenlerde olduğu gibi oksidasyon durumunun +4'e yükselmesi için iki eşleştirilmiş elektron ayrılamaz. Bunun nedeni, ücretsiz bir alt seviyenin olmamasıdır. Bu nedenle bileşiklerde kimyasal element olan oksijen, periyodik tablonun (6) kısa versiyonundaki grup numarasına eşit bir değerlik ve oksidasyon durumu sergilemez. Normal oksidasyon numarası -2'dir.
Yalnızca florlu bileşiklerde oksijen, +2 gibi karakteristik olmayan bir pozitif oksidasyon durumu sergiler. İki güçlü ametalin EO değeri farklıdır: EO (O) = 3,5; EO (F) = 4. Daha elektronegatif bir kimyasal element olan flor, elektronlarını daha kuvvetli tutar ve değerlik parçacıklarını oksijen atomlarına çeker. Bu nedenle flor ile reaksiyonda oksijen indirgeyici bir maddedir ve elektronları bağışlar.
Oksijen basit bir maddedir
1774'teki deneyler sırasında İngiliz araştırmacı D. Priestley, cıva oksidin ayrışması sırasında gazı izole etti. İki yıl önce aynı madde K. Scheele tarafından saf haliyle elde edilmişti. Sadece birkaç yıl sonra Fransız kimyager A. Lavoisier, havanın bir parçası olan gazın türünü tespit etti ve özelliklerini inceledi. Oksijenin kimyasal formülü O2'dir. Polar olmayan bir kovalent bağın - O::O oluşumunda rol oynayan elektronları maddenin bileşimine yansıtalım. Her bir bağ elektron çiftini bir satırla değiştirelim: O=O. Oksijene ilişkin bu formül, moleküldeki atomların ortak iki elektron çifti arasında bağlandığını açıkça göstermektedir.
Basit hesaplamalar yapalım ve oksijenin bağıl moleküler kütlesinin ne olduğunu belirleyelim: Mr(O 2) = Ar(O) x 2 = 16 x 2 = 32. Karşılaştırma için: Mr(hava) = 29. Oksijenin kimyasal formülü farklıdır. bir oksijen atomundan. Bu da Mr(O 3) = Ar(O) x 3 = 48 anlamına gelir. Ozon oksijenden 1,5 kat daha ağırdır.
Fiziki ozellikleri
Oksijen renksiz, tatsız ve kokusuz bir gazdır (normal sıcaklık ve atmosfer basıncına eşit basınçta). Madde havadan biraz daha ağırdır; Suda çözünür, ancak küçük miktarlarda. Oksijenin erime noktası negatif bir değerdir ve -218,3 °C'dir. Sıvı oksijenin tekrar gaz halindeki oksijene dönüştüğü nokta kaynama noktasıdır. O 2 molekülleri için bunun değeri fiziksel miktar-182,96 °C'ye ulaşır. Sıvı ve katı hallerde oksijen açık mavi bir renk alır.
Laboratuvarda oksijen alma
Potasyum permanganat gibi oksijen içeren maddeler ısıtıldığında, bir şişede veya test tüpünde toplanabilen renksiz bir gaz açığa çıkar. Yanan bir kıymığı saf oksijene sokarsanız, havadakinden daha parlak bir şekilde yanar. Oksijen üretmek için diğer iki laboratuvar yöntemi, hidrojen peroksit ve potasyum kloratın (Berthollet tuzu) ayrışmasıdır. Termal ayrışma için kullanılan bir cihazın diyagramını ele alalım.
Bir test tüpüne veya yuvarlak tabanlı bir şişeye biraz Berthollet tuzu dökün ve gaz çıkış tüplü bir tıpayla kapatın. Karşı ucu (su altında) ters çevrilmiş şişeye yönlendirilmelidir. Boyun, suyla dolu geniş bir bardağa veya kristalleştiriciye indirilmelidir. Berthollet tuzu içeren bir test tüpü ısıtıldığında oksijen açığa çıkar. Şişeye gaz çıkış borusundan girerek suyun yerini değiştirir. Şişe gazla doldurulunca su altında bir tıpa ile kapatılır ve ters çevrilir. Bu laboratuvar deneyinde elde edilen oksijen, basit bir maddenin kimyasal özelliklerini incelemek için kullanılabilir.
Yanma
Laboratuvar oksijendeki maddeleri yakarsa, yangın güvenliği kurallarını bilmeniz ve bunlara uymanız gerekir. Hidrojen havada anında yanar ve oksijenle 2:1 oranında karıştığında patlayıcıdır. Maddelerin saf oksijende yanması havaya göre çok daha yoğun gerçekleşir. Bu fenomen havanın bileşimi ile açıklanmaktadır. Atmosferdeki oksijen bu kısmın 1/5'inden biraz fazlasını (%21) oluşturur. Yanma, maddelerin oksijenle reaksiyonudur ve başta metal ve metal olmayan oksitler olmak üzere çeşitli ürünlerin oluşumuyla sonuçlanır. O2'nin yanıcı maddelerle karışımı yangın tehlikesi oluşturur; ayrıca ortaya çıkan bileşikler toksik olabilir.
Sıradan bir mumun (veya kibritin) yanmasına karbondioksit oluşumu eşlik eder. Aşağıdaki deney evde yapılabilir. Bir maddeyi cam kavanozun veya büyük bir camın altında yakarsanız, oksijenin tamamı tükendiğinde yanma duracaktır. Azot solunumu veya yanmayı desteklemez. Oksidasyonun bir ürünü olan karbondioksit artık oksijenle reaksiyona girmez. Şeffaf, mum yandıktan sonra varlığını tespit etmenizi sağlar. Yanma ürünleri kalsiyum hidroksitten geçirilirse çözelti bulanıklaşır. Çözünmeyen kalsiyum karbonat üretmek için kireç suyu ve karbondioksit arasında kimyasal bir reaksiyon meydana gelir.
Endüstriyel ölçekte oksijen üretimi
Havasız O2 molekülleri üreten en ucuz süreç, kimyasal reaksiyonları içermez. Endüstride, örneğin metalurji tesislerinde, düşük sıcaklıktaki hava ve yüksek tansiyon sıvılaştırmak. Atmosferin en önemli bileşenleri olan nitrojen ve oksijen farklı sıcaklıklarda kaynar. Hava karışımı yavaş yavaş normal sıcaklığa ısıtılarak ayrılır. Önce nitrojen molekülleri, ardından oksijen molekülleri salınır. Ayırma yöntemi basit maddelerin farklı fiziksel özelliklerine dayanmaktadır. Basit oksijen maddesinin formülü, havanın - O2 soğutulması ve sıvılaştırılmasından önceki ile aynıdır.
Bazı elektroliz reaksiyonları sonucunda ilgili elektrot üzerinde toplanan oksijen de açığa çıkar. Sanayi ve inşaat işletmelerinin büyük miktarlarda gaza ihtiyacı vardır. Oksijene olan talep sürekli artıyor ve özellikle kimya endüstrisinin buna ihtiyacı var. Ortaya çıkan gaz, endüstriyel ve tıbbi amaçlar için işaretlenmiş çelik silindirlerde depolanır. Oksijen kapları, onları diğer sıvılaştırılmış gazlardan (azot, metan, amonyak) ayırmak için mavi veya maviye boyanır.
O2 moleküllerini içeren reaksiyonların formülünü ve denklemlerini kullanan kimyasal hesaplamalar
Oksijenin molar kütlesinin sayısal değeri başka bir değerle, yani bağıl moleküler kütleyle çakışır. Yalnızca ilk durumda ölçü birimleri mevcuttur. Kısaca oksijen maddesinin formülü ve molar kütlesi şu şekilde yazılmalıdır: M(O 2) = 32 g/mol. Normal koşullar altında herhangi bir gazın bir molü 22,4 litre hacme karşılık gelir. Bu, 1 mol O2'nin 22,4 litre madde, 2 mol O2'nin ise 44,8 litre madde olduğu anlamına gelir. Oksijen ve hidrojen arasındaki reaksiyon denklemine göre 2 mol hidrojen ile 1 mol oksijenin etkileşime girdiğini görebilirsiniz:
Reaksiyona 1 mol hidrojen katılırsa oksijenin hacmi 0,5 mol olacaktır. 22,4 l/mol = 11,2 l.
O 2 moleküllerinin doğa ve insan yaşamındaki rolü
Oksijen, Dünya üzerindeki canlı organizmalar tarafından tüketilmektedir ve 3 milyar yılı aşkın bir süredir maddelerin döngüsünde yer almaktadır. Bu, solunum ve metabolizmanın ana maddesidir, onun yardımıyla moleküllerin ayrışması meydana gelir. besinler Organizmalar için gerekli olan enerji sentezlenir. Oksijen Dünya'da sürekli olarak tüketilir, ancak rezervleri fotosentez yoluyla yenilenir. Rus bilim adamı K. Timiryazev, bu süreç sayesinde gezegenimizde yaşamın hala var olduğuna inanıyordu.
Oksijenin doğadaki ve tarımdaki rolü büyüktür:
- canlı organizmalar tarafından solunum sırasında emilir;
- bitkilerde fotosentez reaksiyonlarına katılır;
- organik moleküllerin bir kısmı;
- oksitleyici bir madde olarak görev yapan oksijenin katılımıyla çürüme, fermantasyon ve paslanma süreçleri meydana gelir;
- Değerli organik sentez ürünleri elde etmek için kullanılır.
Silindirlerdeki sıvılaştırılmış oksijen, metallerin kesilmesi ve kaynaklanması için kullanılır. yüksek sıcaklıklar. Bu işlemler makine imalat tesislerinde, ulaştırma ve inşaat işletmelerinde gerçekleştirilmektedir. Su altında, yeraltında, havasız alanda yüksek irtifalarda iş yapabilmek için insanların O 2 moleküllerine de ihtiyacı vardır. tıpta hasta kişilerin soluduğu havanın bileşimini zenginleştirmek için kullanılır. Tıbbi amaçlı gaz, yabancı yabancı maddelerin ve kokunun neredeyse tamamen yokluğunda teknik gazdan farklıdır.
Oksijen ideal bir oksitleyici ajandır
Oksijen bileşikleri, soy gazlar ailesinin ilk temsilcileri hariç, periyodik tablonun tüm kimyasal elementleriyle bilinmektedir. Halojenler, altın ve platin hariç pek çok madde doğrudan O atomlarıyla reaksiyona girer. Işık ve ısı salınımının eşlik ettiği oksijenle ilgili olaylar büyük önem taşıyor. Bu tür işlemler günlük yaşamda ve endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır. Metalurjide cevherlerin oksijenle etkileşimine kavurma denir. Önceden kırılmış cevher oksijenle zenginleştirilmiş hava ile karıştırılır. Yüksek sıcaklıklarda metaller sülfitlerden basit maddelere indirgenir. Demir ve bazı demir dışı metaller bu şekilde elde edilir. Saf oksijenin varlığı hızı artırır teknolojik süreçler V farklı endüstriler kimya, teknoloji ve metalurji.
Havayı düşük sıcaklıklarda bileşenlerine ayırarak oksijen üretmeye yönelik ucuz bir yöntemin ortaya çıkması, endüstriyel üretimin birçok alanının gelişmesini teşvik etti. Kimyacılar O2 moleküllerini ve O atomlarını ideal oksitleyici maddeler olarak görürler. Bunlar doğal malzemelerdir, doğada sürekli yenilenirler, kirletmezler. çevre. Ayrıca, kimyasal reaksiyonlar Oksijenin katılımıyla çoğu zaman başka bir doğal ve güvenli ürünün (su) senteziyle sonuçlanır. O2'nin toksik endüstriyel atıkların nötralizasyonunda ve suyun kirletici maddelerden arındırılmasında rolü büyüktür. Oksijene ek olarak allotropik modifikasyonu olan ozon da dezenfeksiyon için kullanılır. Bu basit madde yüksek oksitleyici aktiviteye sahiptir. Su ozonlandığında kirletici maddeler ayrışır. Ozonun patojenik mikroflora üzerinde de zararlı etkisi vardır.
giriiş
Her gün ihtiyacımız olan havayı soluyoruz. Havanın neyden, daha doğrusu hangi maddelerden oluştuğunu hiç düşündünüz mü? Çoğu nitrojen (%78), ardından oksijen (%21) ve inert gazlar (%1) içerir. Her ne kadar oksijen havanın en temel kısmı olmasa da, o olmasaydı atmosfer yaşanmaz olurdu. Onun sayesinde Dünya'da yaşam var çünkü nitrojen hem birlikte hem de ayrı ayrı insanlar için yıkıcıdır. Oksijenin özelliklerine bakalım.
Oksijenin fiziksel özellikleri
Normal şartlarda tadı, rengi ve kokusu olmayan bir gaz olduğundan havadaki oksijeni ayırt edemezsiniz. Ancak oksijen yapay olarak diğer toplanma durumlarına dönüştürülebilir. Yani -183 o C'de sıvı hale gelir, -219 o C'de ise sertleşir. Ancak katı ve sıvı oksijeni yalnızca insanlar elde edebilir ve doğada yalnızca gaz halinde bulunur. buna benziyor (fotoğraf). Ve sert olan buza benziyor.
Oksijenin fiziksel özellikleri aynı zamanda basit bir maddenin molekülünün yapısıdır. Oksijen atomları bu tür iki maddeyi oluşturur: oksijen (O2) ve ozon (O3). Aşağıda bir oksijen molekülünün bir modeli bulunmaktadır.
Oksijen. Kimyasal özellikler
Bir elementin kimyasal karakterizasyonunun başladığı ilk şey onun D.I. Mendeleev'in periyodik tablosundaki konumudur. Yani oksijen 8 numaradaki ana alt grubun 6. grubunun 2. periyodundadır. Atom kütlesi 16 amu'dur, metal değildir.
İnorganik kimyada, diğer elementlerle ikili bileşikleri ayrı bir oksit halinde birleştirildi. Oksijen hem metallerle hem de metal olmayanlarla kimyasal bileşikler oluşturabilir.
Laboratuvarlarda elde edilmesi hakkında konuşalım.
Kimyasal olarak oksijen, potasyum permanganat, hidrojen peroksit, bertolit tuzu, aktif metal nitratları ve ağır metal oksitlerinin ayrışmasıyla elde edilebilir. Bu yöntemlerin her birini kullanırken reaksiyon denklemlerini ele alalım.
1. Suyun elektrolizi:
H 2 Ö 2 = H 2 Ö + Ö 2
5. Ağır metal oksitlerin (örneğin cıva oksit) ayrışması:
2HgO = 2Hg + O2
6. Aktif metal nitratların (örneğin sodyum nitrat) ayrışması:
2NaNO3 = 2NaNO2 + O2
Oksijen uygulaması
İLE kimyasal özellikler yapılmıştı. Artık oksijenin insan yaşamında kullanımından bahsetmenin zamanı geldi. Elektrik ve termik santrallerde yakıt yakmak için gereklidir. Dökme demir ve hurda metalden çelik elde etmek, metal kaynak yapmak ve kesmek için kullanılır. İtfaiyeci maskeleri, dalgıçların tüpleri için oksijene ihtiyaç duyulur ve demir ve demir dışı metalurjide ve hatta patlayıcı imalatında kullanılır. Oksijen aynı zamanda gıda endüstrisinde şu şekilde de bilinir: Gıda desteği E948. Kullanılmadığı sanayi yok gibi görünüyor ama en önemli rolü tıptadır. Orada buna “tıbbi oksijen” deniyor. Oksijenin kullanıma uygun olması için önceden sıkıştırılır. Oksijenin fiziksel özellikleri sıkıştırılabileceği anlamına gelir. Bu haliyle bunlara benzer silindirlerin içinde depolanır.
Yoğun bakımda ve hasta bir hastanın vücudundaki hayati süreçleri sürdürmek için ekipman operasyonları sırasında ve ayrıca bazı hastalıkların tedavisinde kullanılır: dekompresyon, gastrointestinal sistem patolojileri. Onun yardımıyla doktorlar her gün birçok hayat kurtarıyor. Oksijenin kimyasal ve fiziksel özellikleri bu kadar yaygın kullanımına katkıda bulunur.
OKSİJEN (Latin Oksijen), O, grup VI kısa formunun kimyasal elementi (grup 16) uzun şekil) periyodik tablo, kalkojenleri ifade eder; atom numarası 8, atom kütlesi 15,9994. Doğal oksijen üç izotoptan oluşur: 16 O (%99,757), 17 O (%0,038) ve 18 O (%0,205). Karışımda en hafif 16 O izotoplarının baskınlığı, 16 O atomunun çekirdeğinin 8 proton ve 8 nötrondan oluşmasından kaynaklanmaktadır. Eşit sayı Protonlar ve nötronlar, çekirdekteki yüksek bağlanma enerjilerini ve 16 O çekirdeğinin diğerlerine kıyasla en yüksek stabilitesini belirler. Kütle numaraları 12-26 olan radyoizotoplar yapay olarak elde edilmiştir.
Tarihsel referans. Oksijen, 1774 yılında bağımsız olarak K. Scheele (potasyum nitratlar KNO3 ve sodyum NaN03, manganez dioksit Mn02 ve diğer maddeleri kalsine ederek) ve J. Priestley (kurşun tetroksit Pb304 ve cıva oksit HgO'yu ısıtarak) tarafından elde edildi. Daha sonra, oksijenin asitlerin bir parçası olduğu tespit edildiğinde, A. Lavoisier oxygène adını önerdi (Yunanca όχύς - ekşi ve γεννάω - doğururum, dolayısıyla Rus adı"oksijen").
Doğada yaygınlık. Oksijen, dünyadaki en yaygın kimyasal elementtir: hidrosferdeki kimyasal olarak bağlı oksijenin içeriği, yer kabuğunda% 85,82 (çoğunlukla su formunda), kütle olarak% 49'dur. 1.400'den fazla mineralin oksijen içerdiği bilinmektedir. Bunlar arasında mineraller çoğunluktadır. tuzların oluşturduğu oksijen içeren asitler (en önemli sınıflar doğal karbonatlar, doğal silikatlar, doğal sülfatlar, doğal fosfatlardır) ve bunlara dayalı kayalar (örneğin kireçtaşı, mermer) ve ayrıca çeşitli doğal oksitler, doğal hidroksitler ve kayalar(örneğin bazalt). Moleküler oksijen, dünya atmosferinin hacimce %20,95'ini (kütlece %23,10) oluşturur. Atmosferdeki oksijen biyolojik kökenlidir ve fotosentez sırasında su ve karbondioksitten klorofil içeren yeşil bitkilerde oluşur. Bitkiler tarafından salınan oksijen miktarı, çürüme, yanma ve solunum süreçlerinde tüketilen oksijen miktarını telafi eder.
Biyojenik bir element olan oksijen, doğal organik bileşiklerin (proteinler, yağlar, nükleik asitler, karbonhidratlar vb.) en önemli sınıflarının bir parçasıdır ve iskeletin inorganik bileşiklerinin bileşiminde bulunur.
Özellikler. Oksijen atomunun dış elektron kabuğunun yapısı 2s 2 2p 4; bileşiklerde -2, -1, nadiren +1, +2 oksidasyon durumları sergilenir; Pauling elektronegatifliği 3.44 (flordan sonra en elektronegatif element); atom yarıçapı 60 pm; O2 iyonunun yarıçapı 121 pm'dir (koordinasyon numarası 2). Gaz, sıvı ve katı hallerde oksijen, diatomik O2 molekülleri formunda bulunur. O2 molekülleri paramanyetiktir. Ayrıca triatomik O3 moleküllerinden oluşan oksijen - ozonun allotropik bir modifikasyonu da vardır.
Temel durumda, oksijen atomu çift sayıda değerlik elektronuna sahiptir ve bunlardan ikisi eşleşmemiştir. Bu nedenle, düşük enerjili boş bir d-opbitali olmayan oksijen çoğu kimyasal bileşikte iki değerlidir. Kimyasal bağın doğasına ve bileşiğin kristal yapısının türüne bağlı olarak oksijenin koordinasyon sayısı farklı olabilir: O (atomik oksijen), 1 (örneğin, O 2, CO 2), 2 (örneğin, H 2 O, H 2 O 2), 3 (örneğin, H 3 O +), 4 (örneğin, Be ve Zn oksoasetatlar), 6 (örneğin, MgO, CdO), 8 (örneğin, Na 2 O) , Cs20). Atomun küçük yarıçapı nedeniyle oksijen, diğer atomlarla, örneğin oksijen atomlarıyla (O2, O3), karbon, nitrojen, kükürt ve fosforla güçlü π bağları oluşturabilir. Bu nedenle oksijen için bir çift bağ (494 kJ/mol), iki tekli bağdan (146 kJ/mol) enerji açısından daha uygundur.
O2 moleküllerinin paramanyetizması, çift dejenere antibağ π* yörüngelerinde paralel dönüşlere sahip iki eşleşmemiş elektronun varlığıyla açıklanır. Molekülün bağlanma yörüngeleri, karşıt bağ yörüngelerinden dört daha fazla elektron içerdiğinden, O2'deki bağ sırası 2'dir, yani oksijen atomları arasındaki bağ iki katıdır. Bir fotokimyasal veya kimyasal etki sırasında, bir π* yörüngesinde zıt spinlere sahip iki elektron belirirse, temel durumun 92 kJ/mol üzerinde enerjide bulunan ilk uyarılmış durum ortaya çıkar. Bir oksijen atomu uyarıldığında, iki elektron iki farklı π* yörüngesini işgal ederse ve zıt dönüşlere sahipse, enerjisi temel durumdan 155 kJ/mol daha yüksek olan ikinci bir uyarılmış durum ortaya çıkar. Uyarma atomlar arası bir artışla birlikte olur O-O mesafeleri: Temel durumda 120,74 pm'den birinci uyarılmış durumda 121,55 pm'ye ve ikinci uyarılmış durumda 122,77 pm'ye kadar, bu da zayıflamaya yol açar O-O iletişimleri ve oksijenin kimyasal aktivitesinin artmasına neden olur. O2 molekülünün her iki uyarılmış durumu da gaz fazındaki oksidasyon reaksiyonlarında önemli bir rol oynar.
Oksijen renksiz, kokusuz ve tatsız bir gazdır; t erime -218,3 °C, t kaynama -182,9 °C, gaz halindeki oksijen yoğunluğu 1428,97 kg/dm3 (0 °C'de ve normal basınç). Sıvı oksijen soluk mavi bir sıvıdır, katı oksijen ise mavi kristalli bir maddedir. 0 °C'de ısı iletkenliği 24,65-10 -3 W/(mK), sabit basınçta molar ısı kapasitesi 29,27 J/(mol K), gaz halindeki oksijenin dielektrik sabiti 1,000547, sıvı oksijen 1,491'dir. Oksijen suda az çözünür (20°C'de hacimce %3,1 oksijen), perflorodekalin gibi bazı organoflüorin solventlerde oldukça çözünür (0°C'de hacimce %4500 oksijen). Önemli miktarda oksijen asil metaller tarafından çözülür: gümüş, altın ve platin. Gazın erimiş gümüş içindeki çözünürlüğü (962 °C'de hacimce %2200) sıcaklık düştükçe keskin bir şekilde azalır, bu nedenle havada soğutulduğunda gümüş eriyiği "kaynar" ve çözünmüş oksijenin yoğun salınımı nedeniyle sıçrar.
Oksijen oldukça reaktiftir, güçlü bir oksitleyici maddedir: normal koşullar altında çoğu basit maddeyle, esas olarak karşılık gelen oksitlerin oluşumuyla reaksiyona girer (odada ve daha düşük sıcaklıklarda yavaşça meydana gelen birçok reaksiyona bir patlama ve büyük bir gazın salınması eşlik eder). ısıtıldığında ısı miktarı). Oksijen normal koşullar altında hidrojenle reaksiyona girer (su H2O oluşur; oksijenin hidrojenle karışımları patlayıcıdır - bkz. Patlayıcı gaz), ısıtıldığında - kükürt (kükürt dioksit SO2 ve kükürt trioksit SO3), karbon (karbon oksit CO) ile reaksiyona girer , karbondioksit CO2), fosfor (fosfor oksitler), birçok metal (metal oksitler), özellikle alkali ve alkalin toprak metalleri (esas olarak metal peroksitler ve süperoksitler, örneğin baryum peroksit BaO2, potasyum süperoksit KO2) ile kolayca. Oksijen, 1200 °C'nin üzerindeki sıcaklıklarda veya elektrik deşarjına maruz kaldığında nitrojenle reaksiyona girer (nitrojen monoksit NO oluşur). Ksenon, kripton, halojenler, altın ve platin içeren oksijen bileşikleri dolaylı olarak elde edilir. Oksijen helyum, neon ve argon ile kimyasal bileşikler oluşturmaz. Sıvı oksijen aynı zamanda güçlü bir oksitleyici maddedir: İçine batırılmış pamuk tutuşturulduğunda anında yanar, bir kısmı uçucudur. organik madde açık bir sıvı oksijen kabından birkaç metre uzakta olduklarında kendiliğinden tutuşma özelliğine sahiptirler.
Oksijen, her biri ayrı bir kimyasal bileşik sınıfının özelliklerini belirleyen üç iyonik form oluşturur: O2 - süperoksitler (oksijen atomunun resmi oksidasyon durumu -0,5), O2 - peroksit bileşikleri (oksijen atomunun oksidasyon durumu -1) örneğin hidrojen peroksit H202), O2- - oksitler (oksijen atomunun oksidasyon durumu -2). Oksijen, O2F2 ve OF2 florürlerinde sırasıyla +1 ve +2 pozitif oksidasyon durumları sergiler. Oksijen florürler kararsızdır, güçlü oksitleyici maddeler ve florlayıcı reaktiflerdir.
Moleküler oksijen zayıf bir liganddır ve bazı Fe, Co, Mn, Cu komplekslerine bağlanır. Bu tür kompleksler arasında en önemlisi, sıcak kanlı hayvanların vücudunda oksijeni taşıyan bir protein olan hemoglobinin bir parçası olan demir porfirindir.
Biyolojik rol. Hem serbest formda hem de çeşitli maddelerin bileşiminde (örneğin, oksidaz ve oksidoredüktaz enzimleri) oksijen, canlı organizmalarda meydana gelen tüm oksidatif süreçlerde yer alır. Sonuç olarak öne çıkıyor çok sayıda Yaşam sürecinde tüketilen enerji.
Fiş. Endüstriyel ölçekte oksijen, havanın sıvılaştırılması ve ayrımsal damıtılmasıyla (Hava ayırma makalesine bakın) ve suyun elektrolizi yoluyla üretilir. Laboratuvar koşullarında oksijen, hidrojen peroksitin (2P 2 O 2 = 2H 2 O + O 2), metal oksitlerin (örneğin cıva oksit: 2HgO = 2Hg + O 2), oksijen içeren oksitleyici tuzların ısıtılmasıyla ayrıştırılmasıyla elde edilir. asitler (örneğin, potasyum klorat: 2KlO3 = 2KCl + 3O2, potasyum permanganat: 2KMnO4 = K2MnO4 + Mn02 + O2), sulu bir NaOH çözeltisinin elektrolizi ile. Gaz halindeki oksijen, 15 ve 42 MPa basınçta mavi boyalı çelik silindirlerde, sıvı oksijen - metal Dewar kaplarında veya özel tank tanklarında depolanır ve taşınır.
Başvuru. Teknik oksijen, metalurjide (örneğin, Oksijen dönüştürücü işlemine bakınız), metallerin gaz aleviyle işlenmesinde (örneğin, Oksijenle kesmeye bakınız), kimya endüstrisinde yapay sıvı yakıtların üretiminde oksitleyici bir madde olarak kullanılır. , yağlama yağları, nitrik ve sülfürik asitler, metanol, amonyak ve amonyak gübreleri, metal peroksitler vb. Saf oksijen, uzay gemilerinde, denizaltılarda, yüksek irtifalara tırmanırken, su altı çalışmalarında, tıpta tıbbi amaçlar için oksijen soluma aparatlarında kullanılır ( Oksijen terapisi makalesine bakın). Patlatma operasyonları sırasında roket yakıtları için oksitleyici olarak sıvı oksijen kullanılır. Bazı organoflorin çözücüler içindeki oksijen gazı çözeltilerinin sulu emülsiyonlarının, yapay kan ikameleri (örneğin perftoran) olarak kullanılması önerilmiştir.
Kaynak: Saunders N. Oksijen ve grup 16'nın elementleri. Oxf., 2003; Drozdov A.A., Zlomanov V.P., Mazo G.N., Spiridonov F.M. İnorganik kimya. M., 2004.T.2; Shriver D., Atkins P. İnorganik kimya. M., 2004.T.1-2.
