Ano ang oxygen? Mga compound ng oxygen

2024 May -akda: Angel Austin | [email protected]. Huling binago: 2023-12-17 05:44

Ang

Oxygen (O) ay isang non-metallic na kemikal na elemento ng pangkat 16 (VIa) ng periodic table. Ito ay isang walang kulay, walang amoy at walang lasa na gas na mahalaga para sa mga buhay na organismo – mga hayop na ginagawa itong carbon dioxide at mga halaman na gumagamit ng CO₂ bilang pinagmumulan ng carbon at nagbabalik ng O ₂ sa kapaligiran. Ang oxygen ay bumubuo ng mga compound sa pamamagitan ng pagtugon sa halos anumang iba pang elemento, at inilipat din ang mga elemento ng kemikal mula sa pagbubuklod sa isa't isa. Sa maraming mga kaso, ang mga prosesong ito ay sinamahan ng paglabas ng init at liwanag. Ang pinakamahalagang oxygen compound ay tubig.

Kasaysayan ng pagtuklas

Noong 1772, unang nagpakita ng oxygen ang Swedish chemist na si Carl Wilhelm Scheele sa pamamagitan ng pag-init ng potassium nitrate, mercury oxide, at marami pang ibang substance. Malaya sa kanya, noong 1774, natuklasan ng English chemist na si Joseph Priestley ang kemikal na elementong ito sa pamamagitan ng thermal decomposition ng mercury oxide at inilathala ang kanyang mga natuklasan sa parehong taon, tatlong taon bago ang publikasyon. Scheele. Noong 1775-1780, binigyang-kahulugan ng Pranses na chemist na si Antoine Lavoisier ang papel ng oxygen sa paghinga at pagkasunog, na tinatanggihan ang teorya ng phlogiston na karaniwang tinatanggap noong panahong iyon. Napansin niya ang hilig nitong bumuo ng mga acid kapag pinagsama sa iba't ibang mga sangkap at pinangalanan ang elementong oxygène, na sa Griyego ay nangangahulugang "paggawa ng acid".

Prevalence

Ano ang oxygen? Binubuo ang 46% ng masa ng crust ng lupa, ito ang pinakakaraniwang elemento nito. Ang dami ng oxygen sa atmospera ay 21% sa dami, at sa bigat sa tubig dagat ito ay 89%.

Sa mga bato, ang elemento ay pinagsama sa mga metal at non-metal sa anyo ng mga oxide, na acidic (halimbawa, sulfur, carbon, aluminum at phosphorus) o basic (mga asin ng calcium, magnesium at iron), at bilang mga compound na tulad ng asin na maaaring ituring na nabuo mula sa acidic at basic oxides tulad ng sulfates, carbonates, silicates, aluminates at phosphates. Bagama't marami ang mga ito, ang mga solidong ito ay hindi maaaring magsilbi bilang mga pinagmumulan ng oxygen, dahil ang pagkasira ng bono ng isang elemento na may mga metal na atom ay masyadong nakakaubos ng enerhiya.

Mga Tampok

Kung ang temperatura ng oxygen ay mas mababa sa -183 °C, ito ay magiging isang maputlang asul na likido, at sa -218 °C - solid. Ang pure O₂ ay 1.1 beses na mas mabigat kaysa sa hangin.

Sa panahon ng paghinga, ang mga hayop at ilang bakterya ay kumokonsumo ng oxygen mula sa atmospera at nagbabalik ng carbon dioxide, habang sa panahon ng photosynthesis, ang mga berdeng halaman sa presensya ng sikat ng araw ay sumisipsip ng carbon dioxide at naglalabas ng libreng oxygen. haloslahat ng O₂ sa atmospera ay ginawa ng photosynthesis.

Sa 20 °C, humigit-kumulang 3 volume na bahagi ng oxygen ang natutunaw sa 100 bahagi ng sariwang tubig, bahagyang mas mababa sa tubig dagat. Ito ay kinakailangan para sa paghinga ng isda at iba pang buhay sa dagat.

Ang

Natural na oxygen ay pinaghalong tatlong stable isotopes: ¹⁶O (99.759%), ¹⁷O (0.037 %) at¹⁸O (0.204%). Kilala ang ilang artipisyal na ginawang radioactive isotopes. Ang pinakamatagal na buhay sa mga ito ay ¹⁵O (na may kalahating buhay na 124 s), na ginagamit upang pag-aralan ang paghinga ng mga mammal.

Allotropes

Ang isang mas malinaw na ideya kung ano ang oxygen, ay nagbibigay-daan sa iyong makuha ang dalawang allotropic form nito, diatomic (O₂) at triatomic (O₃ , ozone). Ang mga katangian ng diatomic na anyo ay nagmumungkahi na anim na electron ang nagbubuklod sa mga atomo at dalawa ang nananatiling hindi magkapares, na nagiging sanhi ng oxygen paramagnetism. Ang tatlong atom sa molekula ng ozone ay wala sa isang tuwid na linya.

Maaaring gumawa ng ozone ayon sa equation: 3O₂ → 2O₃.

Ang proseso ay endothermic (nangangailangan ng enerhiya); ang conversion ng ozone pabalik sa diatomic oxygen ay pinadali ng pagkakaroon ng mga transition metal o ang kanilang mga oxide. Ang purong oxygen ay na-convert sa ozone sa pamamagitan ng isang kumikinang na electric discharge. Ang reaksyon ay nangyayari din sa pagsipsip ng ultraviolet light na may wavelength na humigit-kumulang 250 nm. Ang paglitaw ng prosesong ito sa itaas na kapaligiran ay nag-aalis ng radiation na maaaring magdulotpinsala sa buhay sa ibabaw ng Earth. Ang masangsang na amoy ng ozone ay naroroon sa mga nakapaloob na espasyo na may mga sparking electrical equipment tulad ng mga generator. Ito ay isang mapusyaw na asul na gas. Ang density nito ay 1.658 beses kaysa sa hangin, at mayroon itong boiling point na -112°C sa atmospheric pressure.

Ang

Ozone ay isang malakas na oxidizing agent, na may kakayahang mag-convert ng sulfur dioxide sa trioxide, sulfide sa sulfate, iodide sa iodine (nagbibigay ng analytical method para sa pagsusuri nito), at maraming organic compounds sa oxygenated derivatives gaya ng aldehydes at acids. Ang conversion ng mga hydrocarbon mula sa tambutso ng kotse sa mga acid at aldehydes na ito ng ozone ang nagiging sanhi ng smog. Sa industriya, ang ozone ay ginagamit bilang kemikal na ahente, disinfectant, waste water treatment, water purification at fabric bleaching.

Pagkuha ng Mga Paraan

Ang paraan ng paggawa ng oxygen ay depende sa kung gaano karaming gas ang kailangan. Ang mga pamamaraan sa laboratoryo ay ang mga sumusunod:

1. Thermal decomposition ng ilang asin gaya ng potassium chlorate o potassium nitrate:

2KClO₃ → 2KCl + 3O₂.
2KNO₃ → 2KNO₂ + O₂.

Ang agnas ng potassium chlorate ay na-catalyzed ng transition metal oxides. Ang manganese dioxide (pyrolusite, MnO₂) ay kadalasang ginagamit para dito. Pinapababa ng catalyst ang temperatura na kailangan para mag-evolve ng oxygen mula 400 hanggang 250°C.

2. Temperatura na pagkabulok ng mga metal oxide:

2HgO → 2Hg +O₂.
2Ag₂O → 4Ag + O₂.

Gumamit sina Scheele at Priestley ng compound (oxide) ng oxygen at mercury (II) para makuha ang kemikal na elementong ito.

3. Thermal decomposition ng mga metal peroxide o hydrogen peroxide:

2BaO + O₂ → 2BaO₂.
2BaO₂ → 2BaO +O₂.
BaO₂ + H₂SO₄ → H₂ O₂ + BaSO₄.
2H₂O₂ → 2H₂O +O _2.

Ang unang pang-industriya na pamamaraan para sa paghihiwalay ng oxygen mula sa atmospera o para sa paggawa ng hydrogen peroxide ay nakasalalay sa pagbuo ng barium peroxide mula sa oxide.

4. Electrolysis ng tubig na may maliliit na impurities ng mga s alts o acids, na nagbibigay ng conductivity ng electric current:

2H₂O → 2H₂ + O₂

Industrial production

Kung kinakailangan upang makakuha ng malalaking volume ng oxygen, ginagamit ang fractional distillation ng likidong hangin. Sa mga pangunahing sangkap ng hangin, ito ang may pinakamataas na punto ng kumukulo at samakatuwid ay hindi gaanong pabagu-bago kaysa nitrogen at argon. Ang proseso ay gumagamit ng paglamig ng gas habang ito ay lumalawak. Ang mga pangunahing hakbang ng operasyon ay ang mga sumusunod:

ang hangin ay sinasala upang alisin ang particulate matter;
moisture at carbon dioxide ay inaalis sa pamamagitan ng pagsipsip sa alkali;
ang hangin ay na-compress at ang init ng compression ay tinanggal sa pamamagitan ng normal na mga pamamaraan ng paglamig;
pagkatapos ay pumasok ito sa coil na matatagpuan sacamera;
bahagi ng compressed gas (sa presyon na humigit-kumulang 200 atm) ay lumalawak sa chamber, na nagpapalamig sa coil;
pinalawak na gas ay babalik sa compressor at dumaan sa ilang yugto ng kasunod na pagpapalawak at compression, na nagreresulta sa isang likido sa -196 °C na hangin ay nagiging likido;

Ang

liquid ay pinainit upang matunaw ang mga unang magaan na inert gas, pagkatapos ay ang nitrogen, at ang likidong oxygen ay nananatili. Ang maramihang fractionation ay gumagawa ng isang produkto na sapat na dalisay (99.5%) para sa karamihan ng mga layuning pang-industriya.

Paggamit sa industriya

Ang metalurhiya ay ang pinakamalaking mamimili ng purong oxygen para sa paggawa ng high-carbon steel: alisin ang carbon dioxide at iba pang non-metal na dumi nang mas mabilis at mas madali kaysa sa paggamit ng hangin.

Oxygen wastewater treatment ay may pangako para sa paggamot ng likidong effluent nang mas mahusay kaysa sa iba pang mga kemikal na proseso. Ang pagsunog ng basura sa mga saradong sistema gamit ang purong O₂.

. ay lalong nagiging mahalaga

Ang tinatawag na rocket oxidizer ay likidong oxygen. Pure O₂ Ginagamit sa mga submarino at diving bells.

Sa industriya ng kemikal, pinalitan ng oxygen ang normal na hangin sa paggawa ng mga sangkap gaya ng acetylene, ethylene oxide at methanol. Kasama sa mga medikal na aplikasyon ang paggamit ng gas sa mga silid ng oxygen, mga inhaler, at mga incubator ng sanggol. Ang isang oxygen-enriched anesthetic gas ay nagbibigay ng suporta sa buhay sa panahon ng general anesthesia. Kung wala itong kemikal na elemento, isang bilang ngmga industriya na gumagamit ng mga melting furnaces. Ganyan ang oxygen.

Mga katangian ng kemikal at reaksyon

Ang mataas na electronegativity at electron affinity ng oxygen ay tipikal ng mga elementong nagpapakita ng mga di-metal na katangian. Ang lahat ng mga compound ng oxygen ay may negatibong estado ng oksihenasyon. Kapag ang dalawang orbital ay napuno ng mga electron, isang O^2- ion ay nabuo. Sa peroxides (O₂^2-) ang bawat atom ay ipinapalagay na may singil na -1. Ang pag-aari na ito ng pagtanggap ng mga electron sa pamamagitan ng kabuuan o bahagyang paglipat ay tumutukoy sa oxidizing agent. Kapag ang naturang ahente ay tumutugon sa isang sangkap ng donor ng elektron, ang sarili nitong estado ng oksihenasyon ay binabaan. Ang pagbabago (pagbaba) sa estado ng oksihenasyon ng oxygen mula zero hanggang -2 ay tinatawag na pagbabawas.

Sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ang elemento ay bumubuo ng diatomic at triatomic compound. Bilang karagdagan, mayroong mga hindi matatag na apat na atom na molekula. Sa diatomic form, dalawang hindi magkapares na mga electron ay matatagpuan sa nonbonding orbitals. Kinumpirma ito ng paramagnetic na pag-uugali ng gas.

Ang matinding reaktibiti ng ozone ay minsan ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng pagpapalagay na ang isa sa tatlong atomo ay nasa "atomic" na estado. Pagpasok sa reaksyon, ang atom na ito ay humihiwalay mula sa O₃, na nag-iiwan ng molecular oxygen.

Ang molekula ng O₂ ay mahinang reaktibo sa normal na temperatura at pressure sa paligid. Ang atomic oxygen ay mas aktibo. Ang dissociation energy (O₂ → 2O) ay makabuluhan atay 117.2 kcal bawat nunal.

Mga Koneksyon

Sa mga non-metal gaya ng hydrogen, carbon at sulfur, ang oxygen ay bumubuo ng malawak na hanay ng mga covalently bonded compound, kabilang ang mga oxide ng non-metal gaya ng tubig (H₂O), sulfur dioxide (SO₂) at carbon dioxide (CO₂); mga organikong compound tulad ng mga alkohol, aldehydes at carboxylic acid; mga karaniwang acid gaya ng carbonic (H₂CO₃), sulfuric (H₂SO4_{) at nitrogen (HNO}3_{); at mga katumbas na asin gaya ng sodium sulfate (Na}2_SO4_{), sodium carbonate (Na}2 _CO 3_{) at sodium nitrate (NaNO}3_{). Ang oxygen ay naroroon sa anyo ng O}2- ^{ion sa kristal na istraktura ng solid metal oxides, gaya ng compound (oxide) ng oxygen at calcium CaO. Ang mga metal superoxide (KO}2_{) ay naglalaman ng O}2- ^{ion, habang ang mga metal peroxide (BaO2}), naglalaman ng ion O₂_2-. Ang mga compound ng oxygen ay pangunahing may oxidation state na -2.