Kimyasal bir element olarak oksijen, bileşime dahil edilir. Oksijen, genel özellikleri

Oksijen – kimyasal element, özellikleri sonraki birkaç paragrafta tartışılacak. D.I.'nin kimyasal elementlerinin Periyodik Sistemine dönelim. Mendeleyev. Oksijen elementi, ana alt grup olan 2. periyot, grup VI'da bulunur.

Ayrıca oksijenin bağıl atom kütlesinin 16 olduğunu belirtir.

Periyodik Sistemdeki oksijenin seri numarasıyla, atomunda bulunan elektronların sayısı, oksijen atomunun nükleer yükü, protonların sayısı kolayca belirlenebilir.

Çoğu bileşikte oksijenin değeri II'dir. Bir oksijen atomu iki elektron bağlayabilir ve bir iyona dönüşebilir: O0 + 2ē = O−2.

Oksijenin gezegenimizdeki en yaygın element olduğunu belirtmekte fayda var. Oksijen suyun bir parçasıdır. Deniz ve tatlı sular kütlece %89 oksijendir. Oksijen birçok mineral ve kayada bulunur. Yerkabuğundaki oksijenin kütle oranı yaklaşık %47'dir. Hava kütlece yaklaşık %23 oksijen içerir.

Oksijenin fiziksel özellikleri

İki oksijen atomu etkileşime girdiğinde, basit bir oksijen maddesi olan O2'nin kararlı bir molekülü oluşur. Element gibi bu basit maddeye oksijen denir. Bir element olarak oksijeni ve basit bir madde olarak oksijeni karıştırmayın!

Oksijenin fiziksel özellikleri Renksiz, kokusuz ve tatsız bir gazdır. Suda pratik olarak çözünmez (oda sıcaklığında ve normal atmosfer basıncında, oksijenin çözünürlüğü litre su başına yaklaşık 8 mg'dır).

Oksijen suda çözünür - 31 ml oksijen (kütlece %0,004) 20 °C sıcaklıkta 1 litre suda çözünür. Ancak bu miktar su kütlelerinde yaşayan balıkların solunumu için yeterlidir. Gaz halindeki oksijen havadan biraz daha ağırdır: 0°C'de ve normal basınçta 1 litre hava 1,29 g, 1 litre oksijen ise 1,43 g ağırlığındadır.

Oksijen, güçlü bir şekilde soğutulduğunda ilginç özellikler sergiler. Yani, bir sıcaklıkta -183°С oksijen, soluk mavi renkte berrak bir mobil sıvı halinde yoğunlaşır.

Sıvı oksijen daha da soğutulursa, o zaman bir sıcaklıkta -218°С oksijen mavi kristaller şeklinde "donar". Sıcaklık kademeli olarak yükseltilirse, o zaman -218°С, katı oksijen erimeye başlayacak ve ne zaman -183°С- kaynama. Bu nedenle maddelerin kaynama ve yoğunlaşma noktaları ile donma ve erime noktaları aynıdır.

Dewar gemileri sıvı oksijeni depolamak ve taşımak için kullanılır.. Dewar gemileri, sıcaklığı uzun süre sabit kalması gereken sıvıların depolanması ve taşınması için kullanılır. Dewar gemisi, mucidi İskoç fizikçi ve kimyager James Dewar'ın adını taşıyor.

En basit Dewar gemisi bir ev termosudur. Kabın cihazı oldukça basittir: büyük bir şişeye yerleştirilmiş bir şişedir. Şişeler arasındaki sızdırmaz boşluktan hava boşaltılır. Şişelerin duvarları arasında hava olmaması nedeniyle, sıvı iç şişeye dökülür. uzun zaman soğumaz veya ısınmaz.

Oksijen paramanyetik bir maddedir, yani sıvı ve katı haldeyken bir mıknatıs tarafından çekilir.

Doğada oksijen atomlarından oluşan başka bir basit madde vardır. Bu ozon. Kimyasal formül ozon O3. Ozon da oksijen gibi normal şartlar altında bir gazdır. Yıldırım deşarjları sırasında atmosferde ozon oluşur. Fırtına sonrası tazeliğin karakteristik kokusu ozon kokusudur.

Ozon laboratuvarda elde edilir ve önemli bir miktarı toplanırsa, yüksek konsantrasyonlarda ozon keskin ve hoş olmayan bir kokuya sahip olacaktır. Ozon laboratuvarda özel cihazlarda elde edilir - ozonatörler. ozonatör- içine bir oksijen akımının sağlandığı ve bir elektrik boşalmasının yaratıldığı bir cam tüp. Bir elektrik boşalması oksijeni ozona dönüştürür:

Renksiz oksijenin aksine ozon mavi bir gazdır. Ozonun sudaki çözünürlüğü, oksijenden çok daha yüksek olan 1 litre su başına yaklaşık 0,5 litre gazdır. Bu özelliğinden dolayı dezenfeksiyon için ozon kullanılmaktadır. içme suyu Patojenler üzerinde zararlı bir etkisi olduğu için.

saat Düşük sıcaklık, ozon oksijene benzer şekilde davranır.-112°C sıcaklıkta yoğuşarak mor bir sıvıya dönüşür ve -97°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

Anlamına geliyor, oksijen ve ozon, oksijen kimyasal elementinin allotropik modifikasyonlarıdır. Ultra düşük sıcaklıklarda, sıvı veya katı halde oksijenin O4 ve O8 molekülleri şeklinde bulunabileceğine dair kanıtlar vardır.

Doğadaki oksijen döngüsü

Atmosferdeki oksijen miktarı sabittir. Sonuç olarak, harcanan oksijen sürekli olarak yenisiyle doldurulur.

Doğadaki en önemli oksijen kaynakları karbondioksit ve sudur. Oksijen atmosfere esas olarak bitkilerde meydana gelen fotosentez sürecinin bir sonucu olarak, reaksiyon şemasına göre girer:

CO2 + H2O → C6H12O6 + O2.

Oksijen, Dünya atmosferinin üst katmanlarında da oluşabilir: güneş ışınlarına maruz kalma nedeniyle, su buharı oksijen oluşumuyla kısmen ayrışır.

Oksijen, solunum sırasında tüketilir, yakıtın yanması, canlı organizmalardaki çeşitli maddelerin oksidasyonu, oksidasyon inorganik maddeler doğada bulunur. Örneğin çelik eritme gibi teknolojik işlemlerde büyük miktarda oksijen tüketilir.

Doğadaki oksijen döngüsü bir diyagram olarak gösterilebilir:

  • Oksijen- grup VI'nın bir unsuru, ana alt grup, D.I.'nin Periyodik Sisteminin 2 periyodu Mendeleyev
  • Oksijen elementi doğada iki allotropik modifikasyon oluşturur: oksijen O2 ve ozon O3
  • Birkaç basit madde şeklinde bir kimyasal elementin varlığı olgusuna allotropi denir.
  • Basit maddelere allotropik modifikasyonlar denir
  • Oksijen ve ozon farklı fiziksel özellikler
  • Oksijen- renksiz bir gaz, kokusuz, tatsız, suda pratik olarak çözünmez, -183 °C sıcaklıkta yoğuşarak uçuk mavi bir sıvıya dönüşür. -218°C'de mavi kristaller şeklinde kristalleşir
  • Ozon- keskin bir mavi gaz kötü koku. İyice suda eritelim. -112°С'de mor bir sıvıya yoğunlaşır, koyu mor olarak kristalleşir, -197°С'de neredeyse siyah kristaller
  • Sıvı oksijen, ozon ve diğer gazlar Dewar şişelerinde depolanır.

Plan:

    keşif geçmişi

    adın kökeni

    doğada olmak

    Fiş

    Fiziksel özellikler

    Kimyasal özellikler

    Başvuru

10. İzotoplar

Oksijen

Oksijen- 16. grubun bir elementi (eski sınıflandırmaya göre - grup VI'nın ana alt grubu), D. I. Mendeleev'in periyodik kimyasal elementler sisteminin ikinci periyodu, atom numarası 8 ile gösterilir. O (lat. . Oksijen). Oksijen reaktif bir ametaldir ve kalkojen grubunun en hafif elementidir. basit madde oksijen(CAS numarası: 7782-44-7) normal şartlar altında - molekülü iki oksijen atomundan (formül O 2) oluşan ve bu nedenle dioksijen olarak da adlandırılan renk, tat ve kokusu olmayan bir gazdır. açık mavi ve katı, açık mavi kristallerdir.

Oksijenin başka allotropik formları vardır, örneğin, ozon (CAS numarası: 10028-15-6) - normal koşullar altında, molekülü üç oksijen atomundan oluşan (formül O 3) belirli bir kokuya sahip mavi bir gaz.

    keşif geçmişi

Resmen oksijenin İngiliz kimyager Joseph Priestley tarafından 1 Ağustos 1774'te cıva oksidi hava geçirmez şekilde kapatılmış bir kapta parçalayarak keşfettiğine inanılmaktadır (Priestley, güneş ışınlarını güçlü bir mercek kullanarak bu bileşiğe yönlendirmiştir).

Bununla birlikte, Priestley başlangıçta yeni bir basit madde keşfettiğini anlamadı, havanın bileşenlerinden birini izole ettiğine inanıyordu (ve bu gaza "flojistiği giderilmiş hava" adını verdi). Priestley, keşfini seçkin Fransız kimyager Antoine Lavoisier'e bildirdi. 1775'te A. Lavoisier, oksijenin havanın, asitlerin ayrılmaz bir parçası olduğunu ve birçok maddede bulunduğunu tespit etti.

Birkaç yıl önce (1771'de), İsveçli kimyager Carl Scheele oksijen elde etmişti. Güherçileyi sülfürik asitle kalsine etti ve ardından ortaya çıkan nitrik oksidi parçaladı. Scheele bu gazı "ateşli hava" olarak adlandırdı ve keşfini 1777'de yayınlanan bir kitapta anlattı (tam olarak kitap Priestley'in keşfini duyurmasından sonra yayınlandığı için, ikincisi oksijenin keşfi olarak kabul edilir). Scheele, deneyimlerini Lavoisier'e de bildirdi.

Oksijenin keşfine katkıda bulunan önemli bir aşama, cıva oksidasyonu ve ardından oksitinin ayrışması üzerine çalışmalar yayınlayan Fransız kimyager Pierre Bayen'in çalışmasıydı.

Sonunda, A. Lavoisier, Priestley ve Scheele'den gelen bilgileri kullanarak sonuçta ortaya çıkan gazın doğasını anladı. Çalışmaları büyük önem taşıyordu, çünkü onun sayesinde o dönemde hakim olan ve kimyanın gelişimini engelleyen flojiston teorisi yıkıldı. Lavoisier, çeşitli maddelerin yanması üzerine bir deney yaptı ve yanmış elementlerin ağırlığına ilişkin sonuçları yayınlayarak flojiston teorisini çürüttü. Külün ağırlığı, elementin ilk ağırlığını aştı, bu da Lavoisier'e yanma sırasında maddenin kimyasal reaksiyonunun (oksidasyon) meydana geldiğini iddia etme hakkı verdi, bununla bağlantılı olarak, orijinal maddenin kütlesi artar, bu da onu reddeder. flojiston teorisi.

Böylece oksijenin keşfinin itibarı aslında Priestley, Scheele ve Lavoisier tarafından paylaşılıyor.

    adın kökeni

Oksijen kelimesi (adlandırılmış erken XIX yüzyıllarda hala “asitlik”), Rus dilindeki görünümü bir dereceye kadar diğer neolojizmlerle birlikte “asit” kelimesini tanıtan M.V. Lomonosov'dan kaynaklanmaktadır; bu nedenle "oksijen" kelimesi, A. Lavoisier (diğer Yunanca ὀξύς - "ekşi" ve γεννάω - "Doğuruyorum") tarafından önerilen "oksijen" (Fransızca oksijen) teriminin bir aydınger kağıdıydı, orijinal anlamı ile ilişkili olan “üretici asit” olarak tercüme edilir - daha önce modern uluslararası terminolojiye göre oksit olarak adlandırılan maddeler anlamına gelen “asit”.

    doğada olmak

Oksijen, dünyadaki en yaygın elementtir, payı (çeşitli bileşiklerin, özellikle silikatların bir parçası olarak), 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. Yerkabuğunun 1500'den fazla bileşiği, bileşimlerinde oksijen içerir.

Oksijen birçok organik maddenin bir bileşenidir ve tüm canlı hücrelerde bulunur. Canlı hücrelerdeki atom sayısı açısından, kütle oranı açısından yaklaşık %25 - yaklaşık %65'tir.

    Fiş

Günümüzde sanayide oksijen havadan elde edilmektedir. Oksijen elde etmek için ana endüstriyel yöntem kriyojenik damıtmadır. Membran teknolojisine dayalı oksijen tesisleri de iyi bilinmekte ve endüstride başarıyla kullanılmaktadır.

Laboratuvarlarda, yaklaşık 15 MPa basınç altında çelik silindirlerde sağlanan endüstriyel oksijen kullanılır.

Potasyum permanganat KMnO 4 ısıtılarak az miktarda oksijen elde edilebilir:

Manganez (IV) oksit varlığında hidrojen peroksit H202'nin katalitik ayrışmasının reaksiyonu da kullanılır:

Oksijen, potasyum kloratın (bertolet tuzu) KClO 3'ün katalitik ayrışmasıyla elde edilebilir:

Oksijen elde etmek için laboratuvar yöntemleri, sulu alkali çözeltilerinin elektroliz yöntemini ve ayrıca cıva (II) oksidin (t = 100 ° C'de) ayrışmasını içerir:

Denizaltılarda, genellikle bir kişi tarafından solunan sodyum peroksit ve karbondioksitin reaksiyonuyla elde edilir:

    Fiziksel özellikler

Okyanuslarda, çözünmüş O 2 içeriği daha fazladır. soğuk su, ve daha az - sıcak.

Normal şartlar altında oksijen renksiz, tatsız ve kokusuz bir gazdır.

1 litresi 1.429 g kütleye sahiptir.Havadan biraz daha ağırdır. Suda (0°C'de 4.9 ml/100 g, 50°C'de 2.09 ml/100 g) ve alkolde (2.78 ml/100 g 25°C'de) az 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 geri dönüşümlü ayrışması meydana gelir: 2000 °C'de - %0.03, 2600 °C'de - %1, 4000 °C - %59, 6000 °C - %99,5.

Sıvı oksijen (kaynama noktası -182.98 °C) soluk mavi bir sıvıdır.

O 2 faz diyagramı

Katı oksijen (erime noktası -218.35°C) - mavi kristaller. Üçü 1 atm basınçta bulunan altı kristal faz bilinmektedir:

    α-O 2 - 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-O 2 - 23.65 ila 43.65 K sıcaklık aralığında bulunur; uçuk mavi kristaller (artan basınçla 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 periyodu 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-O 4 basıncı 10 ila 96 GPa, kristal rengi koyu kırmızıdan siyaha, monoklinik sistem;

    ζ-O n basıncı 96 GPa'dan fazla, karakteristik metalik parlaklığa sahip metalik durum, düşük sıcaklıklarda süper iletken duruma geçer.

    Kimyasal özellikler

Güçlü bir oksitleyici ajan, hemen hemen tüm elementlerle etkileşime girerek oksitler oluşturur. Oksidasyon durumu -2'dir. Kural olarak, oksidasyon reaksiyonu, ısı salınımı ile ilerler ve artan sıcaklıkla hızlanır (bkz. Yanma). Oda sıcaklığında meydana gelen reaksiyonlara bir örnek:

Maksimum olmayan oksidasyon durumuna sahip elementler içeren bileşikleri oksitler:

Çoğu organik bileşiği oksitler:

Belirli koşullar altında, bir organik bileşiğin hafif oksidasyonunu gerçekleştirmek mümkündür:

Oksijen, Au ve soy gazlar (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) hariç tüm basit maddelerle (normal koşullar altında, ısıtıldığında ve/veya katalizörlerin varlığında) doğrudan reaksiyona girer; halojenlerle reaksiyonlar, bir elektrik boşalmasının veya ultraviyole radyasyonun etkisi altında meydana gelir. Altın oksitleri ve ağır inert gazlar (Xe, Rn) dolaylı olarak elde edildi. Oksijenin diğer elementlerle birlikte tüm iki elementli bileşiklerinde oksijen, florlu bileşikler hariç, oksitleyici bir ajan rolünü oynar.

Oksijen, oksijen atomunun oksidasyon durumu resmi olarak -1'e eşit olan peroksitler oluşturur.

Örneğin, alkali metallerin oksijende yakılmasıyla peroksitler elde edilir:

Bazı oksitler oksijeni emer:

A. N. Bach ve K. O. Engler tarafından geliştirilen yanma teorisine göre oksidasyon, bir ara peroksit bileşiğinin oluşumu ile iki aşamada gerçekleşir. Bu ara bileşik, örneğin, su ile birlikte yanan bir hidrojen alevi buzla soğutulduğunda izole edilebilir, hidrojen peroksit oluşur:

Süperoksitlerde oksijen resmi olarak −½ oksidasyon durumuna, yani iki oksijen atomu başına bir elektrona (O − 2 iyonu) sahiptir. Peroksitlerin oksijen ile yüksek basınç ve sıcaklıkta etkileşimi ile elde edilir:

Potasyum K, rubidyum Rb ve sezyum Cs oksijenle reaksiyona girerek süperoksitler oluşturur:

Dioksijenil iyonu 02+'da oksijen, resmi olarak +½ oksidasyon durumuna sahiptir. Reaksiyona göre alın:

oksijen florürleri

Oksijen diflorür, OF 2 oksijen oksidasyon durumu +2, florin bir alkali çözeltisinden geçirilmesiyle elde edilir:

Oksijen monoflorür (Dioksidiflorür), O 2 F 2 kararsızdır, oksijen oksidasyon durumu +1'dir. -196 ° C sıcaklıkta bir kızdırma deşarjında ​​bir flor ve oksijen karışımından elde edilir:

Belirli bir basınç ve sıcaklıkta bir florin oksijen ile bir karışımından bir parıltı deşarjı geçirilerek, daha yüksek oksijen florürleri O 3 F 2, O 4 F 2, O 5 F 2 ve O 6 F 2 karışımları elde edilir.

Kuantum mekanik hesaplamaları, OF 3 + triflorohidroksonyum iyonunun kararlı varlığını tahmin eder. Bu iyon gerçekten varsa, içindeki oksijenin oksidasyon durumu +4 olacaktır.

Oksijen, solunum, yanma ve çürüme süreçlerini destekler.

Serbest formunda, element iki allotropik modifikasyonda bulunur: O 2 ve O 3 (ozon). 1899'da Pierre Curie ve Maria Sklodowska-Curie tarafından kurulduğu gibi, iyonlaştırıcı radyasyonun etkisi altında O2, O3'e dönüşür.

    Başvuru

Oksijenin yaygın endüstriyel kullanımı, sıvı havayı sıvılaştırma ve ayırma cihazları olan turbo genişleticilerin icadından sonra, 20. yüzyılın ortalarında başladı.

ATmetalurji

Çelik üretimi veya mat işlemenin dönüştürücü yöntemi, oksijen kullanımı ile ilişkilidir. Birçok metalürjik ünitede yakıtın daha verimli yanması için brülörlerde hava yerine oksijen-hava karışımı kullanılır.

Metallerin kaynaklanması ve kesilmesi

Mavi silindirlerdeki oksijen, metallerin alevle kesilmesi ve kaynağı için yaygın olarak kullanılmaktadır.

Roket yakıtı

Sıvı oksijen, hidrojen peroksit, nitrik asit ve diğer oksijen açısından zengin bileşikler, roket yakıtı için oksitleyici bir madde olarak kullanılır. Sıvı oksijen ve sıvı ozon karışımı, en güçlü roket yakıt oksitleyicilerinden biridir (bir hidrojen-ozon karışımının özgül darbesi, bir hidrojen-florin ve hidrojen-oksijen florür çifti için özgül darbeyi aşmaktadır).

ATilaç

Tıbbi oksijen, 15 MPa'ya (150 atm) kadar basınç altında 1,2 ila 10,0 litre çeşitli kapasitelerde mavi yüksek basınçlı metal gaz tüplerinde (sıkıştırılmış veya sıvılaştırılmış gazlar için) depolanır ve anestezi ekipmanındaki solunum gazı karışımlarını zenginleştirmek için kullanılır. solunum yetmezliği, bronşiyal astım atağını durdurmak için, oksijen kokteylleri şeklinde gastrointestinal sistem patolojisinin tedavisi için dekompresyon hastalığı ile herhangi bir kaynaktan gelen hipoksiyi ortadan kaldırır. Bireysel kullanım için, tüplerden gelen tıbbi oksijen, özel kauçuk kaplar - oksijen yastıkları ile doldurulur. Sahada veya hastanede bir veya iki kurbana aynı anda oksijen veya oksijen-hava karışımı sağlamak için çeşitli model ve modifikasyonlarda oksijen inhalatörleri kullanılır. Oksijen soluma cihazının avantajı, solunan havanın nemini kullanan gaz karışımının yoğunlaştırıcı-nemlendiricisinin bulunmasıdır. Silindirde kalan oksijen miktarını litre olarak hesaplamak için, atmosferdeki silindirdeki basınç (redüktörün basınç göstergesine göre) genellikle litre cinsinden silindir kapasitesi ile çarpılır. Örneğin, 2 litre kapasiteli bir silindirde, basınç göstergesi 100 atm'lik bir oksijen basıncını gösterir. Bu durumda oksijen hacmi 100 × 2 = 200 litredir.

ATGıda endüstrisi

Gıda endüstrisinde oksijen, bir itici gaz ve ambalaj gazı olarak gıda katkı maddesi E948 olarak kayıtlıdır.

ATkimyasal endüstri

AT kimyasal endüstri oksijen, örneğin hidrokarbonların oksijen içeren bileşiklere (alkoller, aldehitler, asitler), amonyağın nitrik asit üretiminde nitrojen oksitlere oksidasyonu gibi birçok sentezde oksitleyici bir ajan olarak kullanılır. Oksidasyon sırasında gelişen yüksek sıcaklıklar nedeniyle, ikincisi genellikle yanma modunda gerçekleştirilir.

ATtarım

Seralarda, oksijen kokteyli imalatında, hayvanlarda kilo alımında, balık yetiştiriciliğinde su ortamının oksijenle zenginleştirilmesinde kullanılır.

    Oksijenin biyolojik rolü

Bir bomba sığınağında acil oksijen kaynağı

Çoğu canlı (aerob) havadaki oksijeni solur. Oksijen tıpta yaygın olarak kullanılmaktadır. Kardiyovasküler hastalıklarda, metabolik süreçleri iyileştirmek için mideye oksijen köpüğü (“oksijen kokteyli”) verilir. Subkutan oksijen uygulaması, trofik ülserler, fil hastalığı, kangren ve diğer ciddi hastalıklar için kullanılır. Ozonla yapay zenginleştirme, havayı dezenfekte etmek ve kokusunu gidermek ve içme suyunu arıtmak için kullanılır. Oksijen 15 O'nun radyoaktif izotopu, kan akış hızını, pulmoner ventilasyonu incelemek için kullanılır.

    Toksik oksijen türevleri

Singlet oksijen, hidrojen peroksit, süperoksit, ozon ve hidroksil radikali gibi bazı oksijen türevleri (reaktif oksijen türleri olarak adlandırılır), oldukça toksik ürünlerdir. Oksijenin aktivasyonu veya kısmi indirgenmesi sürecinde oluşurlar. Süperoksit (süperoksit radikali), hidrojen peroksit ve hidroksil radikali insan ve hayvan vücudunun hücre ve dokularında oluşarak oksidatif strese neden olabilir.

    izotoplar

Oksijenin üç kararlı izotopu vardır: 16 O, 17 O ve 18 O, ortalama içeriği Dünya'daki toplam oksijen atomu sayısının sırasıyla %99.759'u, %0.037'si ve %0.204'üdür. İzotopların karışımındaki en hafif 16 O'nun keskin baskınlığı, 16 O atomunun çekirdeğinin 8 proton ve 8 nötrondan (dolu nötron ve proton kabukları olan çift sihirli çekirdek) oluşmasından kaynaklanmaktadır. Ve bu tür çekirdekler, atom çekirdeğinin yapısı teorisinden aşağıdaki gibi özel bir kararlılığa sahiptir.

12 O ila 24 O arasında kütle numaralarına sahip radyoaktif oksijen izotopları da bilinmektedir.Tüm radyoaktif oksijen izotoplarının yarı ömrü kısadır, bunların en uzun ömürlüsü ~120 s yarılanma ömrü ile 15 O'dur. En kısa ömürlü 12 O izotopunun yarı ömrü 5.8·10 −22 s'dir.

Oksijen, eski kısa versiyonun VI. ana grubunun ikinci dönemindedir. periyodik tablo. Yeni numaralandırma standartlarına göre bu 16. gruptur. İlgili karar IUPAC tarafından 1988 yılında alınmıştır. Oksijenin basit bir madde olarak formülü O2'dir. Ana özelliklerini, doğadaki ve ekonomideki rolünü düşünün. Tüm grubun özellikleriyle başlayalım periyodik sistem oksijen tarafından yönetilir. Element, ilgili kalkojenlerden farklıdır ve su, hidrojen selenyum ve tellürden farklıdır. Herkes için açıklama ayırt edici özellikleri ancak atomun yapısını ve özelliklerini öğrenerek bulunabilir.

Kalkojenler oksijenle ilgili elementlerdir.

Benzer özelliklere sahip atomlar periyodik sistemde bir grup oluşturur. Oksijen, kalkojen ailesini yönetir, ancak bir takım özelliklerde onlardan farklıdır.

Grubun atası olan oksijenin atom kütlesi 16 amu'dur. m Hidrojen ve metallerle bileşiklerin oluşumundaki kalkojenler, olağan oksidasyon durumlarını gösterir: -2. Örneğin, suyun bileşiminde (H 2 O), oksijenin oksidasyon sayısı -2'dir.

Kalkojenlerin tipik hidrojen bileşiklerinin bileşimi, genel formüle karşılık gelir: H2R. Bu maddeler çözüldüğünde asitler oluşur. Sadece oksijenin hidrojen bileşiği - su - özel özelliklere sahiptir. Bilim adamlarına göre bu olağandışı madde hem çok zayıf bir asit hem de çok zayıf bir bazdır.

Sülfür, selenyum ve tellür, oksijen ve diğer yüksek elektronegatifliğe (EO) sahip metal olmayan bileşiklerde tipik pozitif oksidasyon durumlarına (+4, +6) sahiptir. Kalkojen oksitlerin bileşimi genel formülleri yansıtır: 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 sergiler. Oksijen formülü O2'dir. Aynı elementin allotropik bir modifikasyonu ozondur (O 3). Her iki modifikasyon da gazdır. Kükürt ve selenyum katı metal olmayan maddelerdir. Tellür, metaloid bir maddedir, elektrik akımı iletkenidir, polonyum bir metaldir.

Oksijen en yaygın elementtir

Aynı kimyasal elementin basit bir madde biçiminde başka bir varoluş türü olduğunu zaten biliyoruz. Bu, dünya yüzeyinden yaklaşık 30 km yükseklikte bir tabaka oluşturan ve genellikle ozon tabakası olarak adlandırılan bir gaz olan ozondur. Bağlı oksijen, su moleküllerinde, birçok kaya ve mineralin, organik bileşiklerin bileşiminde bulunur.

Oksijen atomunun yapısı

Mendeleev'in periyodik tablosu oksijen hakkında tam bilgi içerir:

  1. Elemanın sıra numarası 8'dir.
  2. Çekirdek şarj - +8.
  3. Toplam elektron sayısı 8'dir.
  4. 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 sembol - O ile gösterilir. Karşılaştırma için, üç oksijen izotopunun bileşimini yansıtan bir diyagram sunuyoruz:

Oksijenin özellikleri - kimyasal bir element

Atomun 2p alt seviyesinde, -2 ve +2 oksidasyon durumlarının görünümünü açıklayan iki eşleşmemiş elektron vardır. İki çift elektron, kükürt ve diğer kalkojenlerde olduğu gibi oksidasyon durumunu +4'e yükseltmek için ayrılamaz. Nedeni, ücretsiz bir alt seviyenin olmamasıdır. Bu nedenle bileşiklerde oksijen kimyasal elementi, periyodik sistemin (6) kısa versiyonundaki grup numarasına eşit değerlik ve oksidasyon durumu göstermez. Her zamanki oksidasyon numarası -2'dir.

Sadece florlu bileşiklerde oksijen, onun için karakteristik olmayan +2'lik bir pozitif oksidasyon durumu sergiler. İki güçlü ametalin EO değeri farklıdır: EO(O) = 3.5; EO (F) = 4. Daha elektronegatif bir kimyasal element olarak flor, elektronlarını daha güçlü tutar ve değerlik parçacıklarını oksijen atomlarına çeker. Bu nedenle, flor ile reaksiyonda oksijen indirgeyici bir ajandır, elektron verir.

Oksijen basit bir maddedir

İngiliz araştırmacı D. Priestley, 1774'te deneyler sırasında cıva oksidin ayrışması sırasında gaz çıkardı. İki yıl önce, K. Scheele aynı maddeyi saf haliyle elde etti. Sadece birkaç yıl sonra, Fransız kimyager A. Lavoisier, havanın ne tür bir gaz olduğunu belirledi ve özelliklerini inceledi. Oksijenin kimyasal formülü O 2'dir. Polar olmayan bir kovalent bağ - O::O oluşumunda yer alan elektronları maddenin bileşiminin kaydına yansıtalım. Her bağ elektron çiftini bir satırla değiştirelim: O=O. Bu oksijen formülü, moleküldeki atomların iki ortak elektron çifti arasında bağlı olduğunu açıkça göstermektedir.

Basit hesaplamalar yapalım ve oksijenin bağıl moleküler ağırlığının ne olduğunu belirleyelim: Bay (O 2) \u003d Ar (O) x 2 \u003d 16 x 2 \u003d 32. Karşılaştırma için: Bay (hava) \u003d 29. Kimyasal oksijen formülü bir oksijen atomundan farklıdır. Bu, Bay (O 3) \u003d Ar (O) x 3 \u003d 48 olduğu anlamına gelir. Ozon, oksijenden 1,5 kat daha ağırdır.

Fiziksel özellikler

Oksijen renksiz, tatsız ve kokusuz bir gazdır (normal sıcaklık ve atmosfer basıncında). Madde havadan biraz daha ağırdır; suda çözünür, ancak küçük miktarlarda. Oksijenin erime noktası negatiftir ve -218.3 °C'dir. Sıvı oksijenin tekrar gaz halinde oksijene dönüştüğü nokta kaynama noktasıdır. O 2 molekülleri için bu fiziksel miktarın değeri -182.96 ° C'ye ulaşır. Sıvı ve katı halde oksijen açık mavi bir renk alır.

Laboratuvarda oksijen alınması

Potasyum permanganat gibi oksijen içeren maddeler ısıtıldığında, bir şişe veya test tüpü içinde toplanabilen renksiz bir gaz açığa çıkar. Saf oksijene yanan bir meşale getirirseniz, havadakinden daha parlak bir şekilde yanar. Oksijen elde etmek için diğer iki laboratuvar yöntemi, hidrojen peroksit ve potasyum kloratın (berthollet tuzu) ayrıştırılmasıdır. Termal ayrışma için kullanılan cihazın şemasını düşünün.

Bir test tüpüne veya yuvarlak tabanlı bir şişeye biraz berthollet tuzu dökün, gaz çıkış tüplü bir mantarla 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. Gaz çıkış borusundan şişeye girerek suyu ondan uzaklaştırır. Şişe gazla dolduğunda su altında bir mantarla kapatılır ve ters çevrilir. Bu laboratuvar deneyinde elde edilen oksijen, basit bir maddenin kimyasal özelliklerini incelemek için kullanılabilir.

Yanma

Laboratuar oksijen içindeki maddeleri yakıyorsa, yangın kurallarını bilmeniz ve bunlara uymanız gerekir. Hidrojen havada anında yanar ve oksijenle 2:1 oranında karışır, patlayıcıdır. Maddelerin saf oksijende yanması havadakinden çok daha yoğundur. Bu fenomen havanın bileşimi ile açıklanmaktadır. Atmosferdeki oksijen kısmın 1/5'inden biraz fazladır (%21). Yanma, maddelerin oksijenle reaksiyona girmesidir, bunun sonucunda çeşitli ürünlerin, özellikle metallerin ve metal olmayanların oksitleri oluşur. O 2'nin yanıcı maddelerle karışımları yanıcıdır, ayrıca ortaya çıkan bileşikler toksik olabilir.

Sıradan bir mumun (veya kibritin) yanmasına karbondioksit oluşumu eşlik eder. Aşağıdaki deneyim evde yapılabilir. Bir cam kavanozun veya büyük bir bardağın altında bir madde yakarsanız, tüm oksijen tükenir bitmez yanma duracaktır. Azot, solunum ve yanmayı desteklemez. Bir oksidasyon ürünü olan karbondioksit artık oksijenle reaksiyona girmez. Şeffaf, mumun yanmasından sonra varlığını tespit etmenizi sağlar. Yanma ürünleri kalsiyum hidroksitten geçirilirse çözelti bulanıklaşır. Kireç suyu ile karbondioksit arasında kimyasal bir reaksiyon meydana gelir ve bu da çözünmeyen kalsiyum karbonat ile sonuçlanır.

Endüstriyel ölçekte oksijen üretimi

Havasız O2 molekülleri ile sonuçlanan en ucuz süreç, kimyasal reaksiyonları içermez. Endüstride, örneğin metalurji tesislerinde, düşük sıcaklıkta hava ve yüksek basınç sıvılaştırmak. Azot ve oksijen gibi atmosferin en önemli bileşenleri farklı sıcaklıklarda kaynar. Yavaş yavaş normal sıcaklığa ısıtırken hava karışımını ayırın. Önce nitrojen molekülleri, ardından oksijen salınır. Ayırma yöntemi, basit maddelerin farklı fiziksel özelliklerine dayanmaktadır. Basit bir oksijen maddesinin formülü, havayı soğutmadan ve sıvılaştırmadan öncekiyle aynıdır - O2.

Bazı elektroliz reaksiyonları sonucunda oksijen de açığa çıkar, ilgili elektrot üzerinde toplanır. Gaz, sanayi ve inşaat işletmeleri tarafından büyük hacimlerde ihtiyaç duyulmaktadır. Oksijen talebi, özellikle kimya endüstrisinde sürekli olarak artmaktadır. Ortaya çıkan gaz, endüstriyel ve tıbbi amaçlar için işaretli çelik silindirlerde depolanır. Oksijenli tanklar, onları diğer sıvılaştırılmış gazlardan - nitrojen, metan, amonyak - ayırt etmek için mavi veya maviye boyanmıştır.

O 2 moleküllerini içeren reaksiyonların formül ve denklemlerine göre kimyasal hesaplamalar

Molar oksijen kütlesinin sayısal değeri, başka bir değerle - bağıl moleküler ağırlıkla - çakışır. Sadece ilk durumda ölçü birimleri vardır. Kısaca, oksijen maddesi ve molar kütlesi için formül aşağıdaki gibi yazılmalıdır: M (O 2) \u003d 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 bir madde, 2 mol O2'nin 44,8 litre olduğu anlamına gelir. Oksijen ve hidrojen arasındaki reaksiyon denklemine göre, 2 mol hidrojen ve 1 mol oksijenin etkileştiği görülebilir:

Reaksiyona 1 mol hidrojen katılırsa, oksijen hacmi 0,5 mol olacaktır. 22.4 l / mol \u003d 11,2 l.

O 2 moleküllerinin doğadaki ve insan yaşamındaki rolü

Oksijen, Dünya'daki canlı organizmalar tarafından tüketilmektedir ve 3 milyar yıldan fazla bir süredir maddenin döngüsünde yer almaktadır. Bu, solunum ve metabolizma için ana maddedir, yardımı ile moleküllerin ayrışması gerçekleşir. besinler, organizmalar için gerekli enerji sentezlenir. Oksijen Dünya'da sürekli tüketilir, ancak rezervleri fotosentez yoluyla yenilenir. Rus bilim adamı K. Timiryazev, bu süreç sayesinde gezegenimizde yaşamın hala var olduğuna inanıyordu.

Oksijenin doğada ve ekonomideki rolü büyüktür:

  • canlı organizmalar tarafından solunum sürecinde emilir;
  • bitkilerde fotosentez reaksiyonlarına katılır;
  • organik moleküllerin bir parçasıdır;
  • çürüme, fermantasyon, paslanma süreçleri, oksitleyici bir madde olarak işlev gören oksijenin katılımıyla ilerler;
  • değerli organik sentez ürünleri elde etmek için kullanılır.

Silindirlerdeki sıvılaştırılmış oksijen, metallerin kesilmesi ve kaynaklanması için kullanılır. yüksek sıcaklıklar. Bu işlemler makine yapım tesislerinde, nakliye ve inşaat işletmelerinde gerçekleştirilir. Su altında, yeraltında, yüksek irtifada bir vakumda çalışmak için insanların da O 2 moleküllerine ihtiyacı vardır. tıpta hasta insanlar tarafından solunan havanın bileşimini zenginleştirmek için kullanılır. Tıbbi amaçlı gaz, neredeyse tamamen kirlilik ve koku yokluğunda teknik gazdan farklıdır.

Oksijen ideal oksitleyici ajandır

Oksijen bileşikleri, soy gaz ailesinin ilk temsilcileri dışında, periyodik tablonun tüm kimyasal elementleriyle bilinir. Halojenler, altın ve platin hariç birçok madde doğrudan O atomlarıyla reaksiyona girer. Büyük önem taşıyan, ışık ve ısı salınımının eşlik ettiği oksijen içeren olaylardır. Bu tür süreçler günlük yaşamda ve endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır. Metalurjide cevherlerin oksijenle etkileşimine kavurma denir. Önceden ezilmiş cevher oksijenle zenginleştirilmiş hava ile karıştırılır. Yüksek sıcaklıklarda metaller sülfürlerden basit maddelere indirgenir. Demir ve bazı demir dışı metaller bu şekilde elde edilir. Saf oksijenin varlığı hızı arttırır. teknolojik süreçler kimya, teknoloji ve metalurjinin çeşitli dallarında

Düşük sıcaklıklarda bileşenlere ayırarak havadan oksijen elde etmenin ucuz bir yönteminin ortaya çıkması, endüstriyel üretimin birçok alanının gelişimini teşvik etti. Kimyacılar, O2 moleküllerini ve O atomlarını ideal oksitleyici ajanlar olarak görürler. Bunlar doğal malzemelerdir, doğada sürekli yenilenirler, kirletmezler. çevre. Ayrıca, kimyasal reaksiyonlar oksijenin katılımıyla, çoğunlukla başka bir doğal ve güvenli ürünün sentezi ile sona erer - su. Toksik endüstriyel atıkların nötralizasyonunda, suyun kirlilikten arındırılmasında O 2'nin rolü büyüktür. Oksijene ek olarak, dezenfeksiyon için allotropik modifikasyonu olan ozon kullanılır. Bu basit madde yüksek oksitleyici aktiviteye sahiptir. Su ozonlandığında, kirleticiler ayrışır. Ozon ayrıca patojenik mikroflora üzerinde zararlı bir etkiye sahiptir.

Tanıtım

Her gün ihtiyacımız olan havayı soluyoruz. Daha doğrusu havanın hangi maddelerden oluştuğunu hiç düşündünüz mü? En çok nitrojen (%78), ardından oksijen (%21) ve inert gazlar (%1) içerir. Oksijen havanın en temel kısmını oluşturmasa da, oksijen olmadan atmosfer yaşanamaz olurdu. Onun sayesinde Dünya'da yaşam var, çünkü azot hem birlikte hem de bireysel olarak insanlara zararlı. Oksijenin özelliklerine bakalım.

Oksijenin fiziksel özellikleri

Havada oksijen basitçe ayırt edilemez, çünkü normal şartlar altında tadı, rengi ve kokusu olmayan bir gazdır. Ancak oksijen yapay olarak diğer kümelenme durumlarına aktarılabilir. Böylece -183 o C'de sıvı hale gelir ve -219 o C'de sertleşir. Ancak katı ve sıvı oksijen sadece bir kişi tarafından elde edilebilir ve doğada sadece gaz halinde bulunur. şuna benziyor (fotoğraf). Ve buz gibi sert.

Oksijenin fiziksel özellikleri aynı zamanda basit bir maddenin molekülünün yapısıdır. Oksijen atomları bu tür iki madde oluşturur: oksijen (O 2) ve ozon (O 3). Bir oksijen molekülünün modeli aşağıda gösterilmiştir.

Oksijen. Kimyasal özellikler

Bir elementin kimyasal özelliğinin başladığı ilk şey, D. I. Mendeleev'in periyodik sistemindeki konumudur. Yani oksijen, 8 numaralı ana alt grubun 6. grubunun 2. periyodundadır. Atom kütlesi 16 amu'dur, metal değildir.

İnorganik kimyada, diğer elementlerle ikili bileşikleri ayrı bir oksitler halinde birleştirildi. Oksijen, hem metallerle hem de metal olmayanlarla kimyasal bileşikler oluşturabilir.

Laboratuvarlarda almak hakkında konuşalım.

Oksijen, potasyum permanganat, hidrojen peroksit, berthollet tuzu, aktif metal nitratlar ve ağır metal oksitlerin ayrışmasıyla kimyasal olarak üretilebilir. Bu yöntemlerin her biri için reaksiyon denklemlerini göz önünde bulundurun.

1. Su elektrolizi:

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

5. Ağır metal oksitlerin ayrışması (örn. cıva oksit):

2HgO \u003d 2Hg + O 2

6. Aktif metallerin nitratlarının ayrışması (örneğin, sodyum nitrat):

2NaNO 3 \u003d 2NaNO 2 + O 2

Oksijen uygulaması

İle kimyasal özellikler yapılmıştı. Şimdi sıra oksijenin insan hayatındaki kullanımından bahsetmeye geldi. Elektrik ve termik santrallerde yakıtın yanması için gereklidir. Dökme demir ve hurda metalden çelik üretmek, metalleri kaynaklamak ve kesmek için kullanılır. İtfaiyecilerin maskeleri, dalgıçların silindirleri için oksijen gereklidir, demirli ve demirsiz metalurjide ve hatta patlayıcı üretiminde kullanılır. Ayrıca gıda endüstrisinde oksijen olarak bilinir. besin takviyesi E948. Görünen o ki, kullanılmadığı bir sektör yok ama tıpta en önemli rolü oynuyor. Orada ona "tıbbi oksijen" denir. Oksijenin kullanılabilir olması için önceden sıkıştırılmıştır. Oksijenin fiziksel özellikleri, sıkıştırılabilmesine katkıda bulunur. Bu formda bunlara benzer silindirlerin içinde depolanır.

Hasta bir hastanın vücudundaki yaşam süreçlerini sürdürmek için ekipmandaki resüsitasyon ve operasyonlarda ve ayrıca bazı hastalıkların tedavisinde kullanılır: dekompresyon, gastrointestinal sistem patolojileri. Onun yardımıyla doktorlar her gün birçok hayat kurtarıyor. Oksijenin kimyasal ve fiziksel özellikleri, yaygın kullanımına katkıda bulunur.

OKSİJEN (Latin Oxygenium), O, kısa form grup VI kimyasal element (grup 16 uzun biçim) periyodik sistem, 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). Karışımdaki en hafif 16 O izotoplarının baskınlığı, 16 O atomunun çekirdeğinin 8 proton ve 8 nötrondan oluşmasından kaynaklanmaktadır. eşit sayı protonlar ve nötronlar, çekirdeğe bağlanmalarının yüksek enerjisini ve diğerlerine kıyasla 16 O çekirdeğinin en büyük kararlılığını belirler. 12-26 kütle numaralı radyoizotoplar yapay olarak elde edilir.

Tarih referansı. Oksijen, 1774'te K. Scheele (potasyum nitratlar KNO3 ve sodyum NaNO3 , manganez dioksit Mn02 ve diğer maddelerin kalsine edilmesiyle) ve J. Priestley (kurşun tetroksit Pb3O4 ve cıva oksit HgO'nun ısıtılmasıyla) tarafından bağımsız olarak elde edildi. Daha sonra, oksijenin asitlerin bir parçası olduğu bulunduğunda, A. Lavoisier oxygène adını önerdi (Yunanca όχύς - ekşi ve γεννάω - doğuruyorum, dolayısıyla Rus adı"oksijen").

doğada dağılım. Oksijen, Dünya'daki en yaygın kimyasal elementtir: hidrosferdeki kimyasal olarak bağlı oksijenin içeriği, yer kabuğunda % 85.82'dir (esas olarak su şeklinde), ağırlıkça % 49'dur. Oksijen içeren 1400'den fazla mineral bilinmektedir. Bunlar arasında mineraller baskındır. tuzlardan oluşur oksijen içeren asitler (en önemli sınıflar doğal karbonatlar, doğal silikatlar, doğal sülfatlar, doğal fosfatlardır) ve bunlara dayalı kayaçlar (örneğin kireçtaşı, mermer), ayrıca çeşitli doğal oksitler, doğal hidroksitler ve kayalar(örneğin, bazalt). Moleküler oksijen, dünya atmosferinin hacimce %20,95'ini (kütlece %23,10'unu) oluşturur. Atmosferik 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.

Oksijen - biyojenik bir element - doğal organik bileşiklerin (proteinler, yağlar, nükleik asitler, karbonhidratlar vb.) En önemli sınıflarının ve iskeletin inorganik bileşiklerinin bir parçasıdır.

Özellikleri. Oksijen atomunun dış elektron kabuğunun yapısı 2s 2 2p 4; bileşiklerde -2, -1, nadiren +1, +2 oksidasyon durumlarını gösterir; Pauling elektronegatifliği 3.44 (flordan sonra en elektronegatif element); atom yarıçapı 60 pm; O 2 iyonunun yarıçapı -121 pm'dir (koordinasyon numarası 2). Gaz, sıvı ve katı halde oksijen, iki atomlu O 2 molekülleri şeklinde bulunur. O 2 molekülleri paramanyetiktir. Ayrıca, triatomik O3 moleküllerinden oluşan oksijen - ozonun allotropik bir modifikasyonu vardır.

Temel durumda, oksijen atomunun, ikisi eşleşmemiş çift sayıda değerlik elektronu vardır. Bu nedenle, düşük enerjili boş bir d-opbital'e sahip olmayan oksijen, çoğu kimyasal bileşikte iki değerlidir. Kimyasal bağın doğasına ve bileşiğin kristal yapısının tipine bağlı olarak, oksijenin koordinasyon sayısı farklı olabilir: O (atomik oksijen), 1 (örneğin, O2, CO2), 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, Cs 2 O). Atomun küçük yarıçapı nedeniyle oksijen, diğer atomlarla, örneğin oksijen atomları (O 2, O 3), karbon, azot, kükürt ve fosfor ile güçlü π-bağları oluşturabilir. Bu nedenle oksijen için bir çift bağ (494 kJ/mol), iki basit bağdan (146 kJ/mol) enerjik olarak daha uygundur.

O2 moleküllerinin paramanyetizması, çifte dejenere antibağ π* orbitallerinde paralel dönüşlü iki eşleşmemiş elektronun varlığı ile açıklanır. Molekülün bağlanma orbitallerinde gevşeyen orbitallere göre dört elektron daha fazla olduğundan, O 2'deki bağ sırası 2'dir, yani oksijen atomları arasındaki bağ çifttir. Fotokimyasal veya kimyasal bir etki altında, aynı π * orbitalinde zıt dönüşlere sahip iki elektron belirirse, enerjide temel durumdan 92 kJ / mol daha yüksek olan ilk uyarılmış durum ortaya çıkar. Bir oksijen atomunun uyarılması üzerine, iki elektron iki farklı π* orbitalini işgal ederse ve zıt spinlere sahipse, enerjisi temel durumdan 155 kJ/mol daha yüksek olan ikinci bir uyarılmış durum ortaya çıkar. Uyarma, atomlar arası bir artış eşlik eder. O-O mesafeleri: temel durumda 120.74 pm'den birinci uyarılmış durum için 121.55 pm'ye ve ikinci uyarılmış durum için 122.77 pm'ye kadar, bu da zayıflamaya yol açar O-O bağlantıları ve oksijenin reaktivitesinde bir artışa. O2 molekülünün her iki uyarılmış hali, gaz fazındaki oksidasyon reaksiyonlarında önemli bir rol oynar.

Oksijen renksiz, kokusuz ve tatsız bir gazdır; t pl -218.3 ° С, t kip -182.9 ° С, gaz halinde oksijen yoğunluğu 1428.97 kg / dm 3 (0 ° С'de ve normal basınç). Sıvı oksijen soluk mavi bir sıvıdır, katı oksijen mavi kristal bir maddedir. 0 °C'de termal iletkenlik 24.65-10 -3 W/(mK), sabit basınçta molar ısı kapasitesi 29.27 J/(mol K), gaz halindeki oksijenin geçirgenliği 1.000547 ve sıvı oksijeninki 1.491. Oksijen suda az çözünür (20°C'de hacimce %3.1 oksijen), perflorodekalin gibi bazı organoflorin çözücülerde (0°C'de hacimce %4500 oksijen) kolayca çözünür. Önemli miktarda oksijen asil metaller tarafından çözülür: gümüş, altın ve platin. Gazın erimiş gümüş içindeki çözünürlüğü (962 ° C'de hacimce %2200), azalan sıcaklıkla keskin bir şekilde azalır, bu nedenle havada soğutulduğunda, gümüş eriyiği yoğun çözünmüş oksijen salınımı nedeniyle “kaynar” ve sıçrar.

Oksijen son derece reaktiftir, güçlü bir oksitleyici ajandır: normal koşullar altında çoğu basit maddeyle, esas olarak karşılık gelen oksitlerin oluşumu ile etkileşime girer (oda ve daha düşük sıcaklıklarda yavaş ilerleyen birçok reaksiyona, bir patlama ve büyük miktarda salınması eşlik eder). ısıtıldığında ısı). Oksijen normal koşullar altında hidrojen ile etkileşime girer (su H2O oluşur; oksijen ile hidrojen karışımları patlayıcıdır - bkz. Patlayıcı gaz), ısıtıldığında - kükürt (kükürt dioksit S02 ve kükürt trioksit S03), karbon (karbon oksit CO) ile , karbon dioksit CO 2), fosfor (fosfor oksitler), birçok metal (metal oksitler), özellikle alkali ve toprak alkali metaller (esas olarak metal peroksitler ve baryum peroksit BaO 2, potasyum süperoksit KO 2) gibi süperoksitler ile kolayca. Oksijen, 1200 °C'nin üzerindeki sıcaklıklarda veya bir elektrik deşarjına maruz kaldığında (nitrojen monoksit NO oluşur) nitrojen ile etkileşime girer. 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 ajandır: onunla emprenye edilmiş pamuk yünü tutuşturulduğunda anında yanar, bazı uçucu maddeler organik madde sıvı oksijenli açık bir kaptan birkaç metre uzaklıkta olduklarında kendiliğinden tutuşabilirler.

Oksijen, her biri ayrı bir kimyasal bileşik sınıfının özelliklerini belirleyen üç iyonik form oluşturur: O 2 - süperoksitler (oksijen atomunun resmi oksidasyon durumu -0.5'tir), O 2 - - peroksit bileşikleri (oksidasyon durumu oksijen atomu -1'dir, örneğin hidrojen peroksit H20 2), O 2- - oksitler (oksijen atomunun oksidasyon durumu -2). Pozitif oksidasyon durumları +1 ve +2 oksijen sırasıyla florürlerde О 2 F 2 ve OF 2 sergiler. Oksijen florürleri kararsızdır, güçlü oksitleyici ajanlar ve florlayıcı reaktiflerdir.

Moleküler oksijen zayıf bir liganddır ve bazı Fe, Co, Mn, Cu komplekslerine eklenir. Bu tür kompleksler arasında en önemlisi, sıcak kanlı hayvanların vücudunda oksijen transferini gerçekleştiren bir protein olan hemoglobinin bir parçası olan demir porfirindir.

biyolojik rol. Oksijen, hem serbest formda hem de çeşitli maddelerin bir parçası olarak (örneğin, oksidaz ve oksidoredüktaz enzimleri), canlı organizmalarda meydana gelen tüm oksidatif süreçlerde yer alır. Sonuç olarak öne çıkıyor çok sayıda yaşam sürecinde harcanan enerji.

Fiş. Endüstriyel ölçekte oksijen, havanın sıvılaştırılması ve fraksiyonel damıtılmasıyla (makaledeki Hava ayrımına bakın) ve ayrıca suyun elektrolizi ile üretilir. Laboratuvar koşullarında oksijen, hidrojen peroksit (2P 2 O 2 \u003d 2H 2 O + O 2), metal oksitler (örneğin, cıva oksit: 2HgO \u003d 2Hg + O 2), oksijen tuzlarının ısıtılmasıyla ayrıştırılarak elde edilir. oksitleyici asitler içeren (örneğin, potasyum klorat : 2KlO 3 \u003d 2KCl + 3O 2, potasyum permanganat: 2KMnO 4 \u003d K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2), sulu bir NaOH çözeltisinin elektrolizi ile. Gaz halindeki oksijen, mavi boyalı çelik silindirlerde, 15 ve 42 MPa basınçta, sıvı oksijen - metal Dewar kaplarında veya özel tank tanklarında depolanır ve taşınır.

Başvuru. Teknik oksijen, metalurjide (örneğin, Oksijen dönüştürücü işlemine bakın), metallerin gaz alevli işlenmesinde (örneğin, Oksijenle kesmeye bakın), kimya endüstrisinde yapay sıvı üretiminde oksitleyici bir madde olarak kullanılır. yakıtlar, 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 ve tıbbi amaçlar için oksijen solunum cihazlarında kullanılır. ilaç (oksijen tedavisi makalesine bakın). Sıvı oksijen, patlatma sırasında roket yakıtları için oksitleyici bir ajan olarak kullanılır. Bazı organoflorin çözücülerdeki gazlı oksijen çözeltilerinin sulu emülsiyonlarının, yapay kan ikame maddeleri (örneğin perftoran) olarak kullanılması önerilmektedir.

Lif.: Saunders N. Oksijen ve 16. grubun 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.

benzer gönderiler