Dalam Pelajaran 17" Mendapatkan oksigen» dari kursus « Kimia untuk boneka» cari tahu bagaimana oksigen diperoleh di laboratorium; pelajari apa itu katalis dan bagaimana tanaman memengaruhi produksi oksigen di planet kita.
Zat terpenting bagi manusia dan makhluk hidup lainnya yang merupakan bagian dari udara adalah oksigen. Sejumlah besar oksigen digunakan dalam industri, jadi penting untuk mengetahui cara mendapatkannya.
Di laboratorium kimia, oksigen dapat diperoleh dengan memanaskan beberapa zat kompleks, yang meliputi atom oksigen. Di antara zat tersebut adalah zat KMnO 4, yang tersedia di kotak P3K rumah Anda yang disebut "kalium permanganat".
Anda sudah familiar dengan perangkat paling sederhana untuk mendapatkan gas. Jika sedikit bubuk KMnO 4 ditempatkan di salah satu perangkat ini dan dipanaskan, oksigen akan dilepaskan (Gbr. 76):
Oksigen juga dapat diperoleh dengan dekomposisi hidrogen peroksida H 2 O 2 . Untuk melakukan ini, sejumlah kecil zat khusus harus ditambahkan ke tabung reaksi dengan H 2 O 2 - katalisator- dan tutup tabung reaksi dengan sumbat dengan tabung outlet gas (Gbr. 77).
Untuk reaksi ini, katalis adalah zat yang rumusnya adalah MnO 2. Reaksi kimia berikut terjadi:
Perhatikan bahwa tidak ada rumus katalis di sisi kiri atau kanan persamaan. Rumusnya biasanya ditulis dalam persamaan reaksi di atas tanda sama dengan. Mengapa katalis ditambahkan? Proses penguraian H 2 O 2 dalam kondisi ruangan berlangsung sangat lambat. Oleh karena itu, dibutuhkan waktu yang lama untuk mendapatkan oksigen dalam jumlah yang cukup banyak. Namun, reaksi ini dapat dipercepat secara drastis dengan penambahan katalis.
Katalisator Suatu zat yang mempercepat reaksi kimia tetapi tidak dikonsumsi sendiri di dalamnya.
Justru karena katalis tidak digunakan dalam reaksi, kami tidak menuliskan rumusnya di bagian mana pun dari persamaan reaksi.
Cara lain untuk mendapatkan oksigen adalah penguraian air di bawah aksi arus listrik searah. Proses ini disebut elektrolisa air. Anda bisa mendapatkan oksigen di perangkat, secara skematis ditunjukkan pada Gambar 78.
Reaksi kimia berikut terjadi:
Oksigen di alam
Sejumlah besar gas oksigen terkandung di atmosfer, terlarut di perairan laut dan samudera. Oksigen sangat penting bagi semua organisme hidup untuk bernafas. Tanpa oksigen, tidak mungkin memperoleh energi dengan membakar berbagai jenis bahan bakar. Sekitar 2% oksigen atmosfer dikonsumsi setiap tahun untuk kebutuhan ini.
Dari mana asal oksigen di Bumi, dan mengapa jumlahnya tetap konstan meskipun dikonsumsi seperti itu? Satu-satunya sumber oksigen di planet kita adalah tumbuhan hijau, yang memproduksinya di bawah pengaruh sinar matahari melalui proses fotosintesis. Ini adalah proses yang sangat kompleks dengan banyak langkah. Sebagai hasil fotosintesis di bagian hijau tanaman, karbon dioksida dan air diubah menjadi glukosa C 6 H 12 O 6 dan oksigen. Total
persamaan reaksi yang terjadi dalam proses fotosintesis dapat direpresentasikan sebagai berikut:
Telah ditetapkan bahwa sekitar sepersepuluh (11%) oksigen yang dihasilkan oleh tumbuhan hijau disediakan oleh tumbuhan darat, dan sembilan persepuluh (89%) sisanya disediakan oleh tumbuhan air.
Mendapatkan oksigen dan nitrogen dari udara
Cadangan oksigen yang sangat besar di atmosfer memungkinkan untuk memperoleh dan menggunakannya di berbagai industri. Dalam kondisi industri, oksigen, nitrogen dan beberapa gas lainnya (argon, neon) diperoleh dari udara.
Untuk melakukan ini, udara pertama-tama diubah menjadi cairan (Gbr. 79) dengan pendinginan hingga suhu rendah di mana semua komponennya masuk ke keadaan agregasi cair.
Kemudian cairan ini perlahan-lahan dipanaskan, akibatnya, pada suhu yang berbeda, zat-zat yang terkandung di udara direbus secara berurutan (yaitu, transisi ke keadaan gas). Dengan mengumpulkan gas yang mendidih pada suhu yang berbeda, nitrogen, oksigen, dan zat lain diperoleh secara terpisah.
Ringkasan pelajaran:
- Di bawah kondisi laboratorium, oksigen diperoleh dengan dekomposisi beberapa zat kompleks, yang meliputi atom oksigen.
- Katalis adalah zat yang mempercepat reaksi kimia tanpa dikonsumsi.
- Sumber oksigen di planet kita adalah tumbuhan hijau tempat berlangsungnya proses fotosintesis.
- Dalam industri, oksigen diperoleh dari udara.
semoga pelajaran 17" Mendapatkan oksigen' jelas dan informatif. Jika Anda memiliki pertanyaan, tulis di komentar.
Saat memotong logam, itu dilakukan dengan nyala gas suhu tinggi yang diperoleh dengan membakar gas yang mudah terbakar atau uap cair yang dicampur dengan oksigen murni komersial.
Oksigen adalah unsur yang paling melimpah di bumi ditemukan dalam bentuk senyawa kimia dengan berbagai zat: di bumi - hingga 50% massa, dalam kombinasi dengan hidrogen dalam air - sekitar 86% massa dan di udara - hingga 21% volume dan 23% massa.
Oksigen dalam kondisi normal (suhu 20 ° C, tekanan 0,1 MPa) adalah gas tidak berwarna, tidak mudah terbakar, sedikit lebih berat dari udara, tidak berbau, tetapi aktif mendukung pembakaran. Pada tekanan atmosfer normal dan suhu 0 ° C, massa 1 m 3 oksigen adalah 1,43 kg, dan pada suhu 20 ° C dan tekanan atmosfer normal - 1,33 kg.
Oksigen memiliki reaktivitas yang tinggi, membentuk senyawa dengan semua unsur kimia, kecuali (argon, helium, xenon, kripton dan neon). Reaksi senyawa dengan oksigen berlanjut dengan pelepasan sejumlah besar panas, yaitu, bersifat eksotermik.
Ketika oksigen gas terkompresi bersentuhan dengan zat organik, minyak, lemak, debu batu bara, plastik yang mudah terbakar, mereka dapat secara spontan menyala sebagai akibat dari pelepasan panas selama kompresi oksigen yang cepat, gesekan dan dampak partikel padat pada logam, serta percikan elektrostatik memulangkan. Oleh karena itu, saat menggunakan oksigen, perawatan harus dilakukan untuk memastikan bahwa oksigen tidak bersentuhan dengan zat yang mudah terbakar dan mudah terbakar.
Semua peralatan oksigen, saluran oksigen dan silinder harus benar-benar diturunkan. ia mampu membentuk campuran eksplosif dengan gas yang mudah terbakar atau uap cair yang mudah terbakar dalam rentang yang luas, yang juga dapat menyebabkan ledakan dengan adanya nyala api terbuka atau bahkan percikan api.
Fitur oksigen yang dicatat harus selalu diingat saat menggunakannya dalam proses perawatan api.
Udara atmosfer terutama merupakan campuran mekanis dari tiga gas dengan kandungan volume berikut: nitrogen - 78,08%, oksigen - 20,95%, argon - 0,94%, sisanya adalah karbon dioksida, nitrous oxide, dll. Oksigen diperoleh dengan memisahkan udara pada oksigen dan dengan metode deep cooling (pencairan), seiring dengan pemisahan argon, yang penggunaannya terus meningkat di. Nitrogen digunakan sebagai gas pelindung saat mengelas tembaga.
Oksigen dapat diperoleh secara kimia atau dengan elektrolisis air. Metode kimia tidak produktif dan tidak ekonomis. Pada elektrolisis air oksigen arus searah diperoleh sebagai produk sampingan dalam produksi hidrogen murni.
Oksigen diproduksi di industri dari udara atmosfer dengan pendinginan dan perbaikan yang dalam. Dalam instalasi untuk produksi oksigen dan nitrogen dari udara, yang terakhir dibersihkan dari kotoran berbahaya, dikompresi dalam kompresor dengan tekanan yang sesuai dari siklus pendinginan 0,6-20 MPa dan didinginkan dalam penukar panas ke suhu pencairan, perbedaan dalam suhu pencairan oksigen dan nitrogen adalah 13 ° C, yang cukup untuk pemisahan lengkap mereka dalam fase cair.
Oksigen murni cair terakumulasi dalam peralatan pemisahan udara, menguap dan terkumpul dalam penampung gas, dari mana ia dipompa ke dalam silinder oleh kompresor pada tekanan hingga 20 MPa.
Oksigen teknis juga diangkut melalui pipa. Tekanan oksigen yang diangkut melalui pipa harus disepakati antara produsen dan konsumen. Oksigen dikirim ke tempat di tabung oksigen, dan dalam bentuk cair - di bejana khusus dengan insulasi termal yang baik.
Untuk mengubah oksigen cair menjadi gas, digunakan gasifier atau pompa dengan evaporator oksigen cair. Pada tekanan atmosfer normal dan suhu 20 ° C, 1 dm 3 oksigen cair selama penguapan memberikan 860 dm 3 oksigen gas. Oleh karena itu, disarankan untuk mengirimkan oksigen ke lokasi pengelasan dalam keadaan cair, karena ini mengurangi berat tara sebanyak 10 kali, yang menghemat logam untuk pembuatan silinder, dan mengurangi biaya transportasi dan penyimpanan silinder.
Untuk pengelasan dan pemotongan menurut -78 oksigen teknis diproduksi dalam tiga kelas:
- 1 - kemurnian tidak kurang dari 99,7%
- 2 - tidak kurang dari 99,5%
- 3 - tidak kurang dari 99,2% berdasarkan volume
Kemurnian oksigen sangat penting untuk pemotongan oxyfuel. Semakin sedikit kotoran gas yang dikandungnya, semakin tinggi kecepatan potong, lebih bersih dan konsumsi oksigen lebih sedikit.
Kami akan memperkuat tabung reaksi kaca tahan api pada tripod dan menambahkan 5 g bubuk nitrat (kalium nitrat KNO 3 atau natrium nitrat NaNO 3) ke dalamnya. Mari kita letakkan cangkir bahan tahan api yang diisi dengan pasir di bawah tabung reaksi, karena dalam percobaan ini gelas sering meleleh dan massa panas mengalir keluar. Karena itu, saat memanaskan, kami akan menjaga kompor tetap di samping. Ketika kita memanaskan sendawa dengan kuat, sendawa akan meleleh dan oksigen akan dilepaskan darinya (kita akan mendeteksi ini dengan bantuan obor yang membara - ia akan menyala dalam tabung reaksi). Dalam hal ini, kalium nitrat akan berubah menjadi KNO2 nitrit. Kemudian, dengan penjepit wadah atau pinset, kami membuang potongan belerang ke dalam lelehan (jangan pernah mendekatkan wajah Anda ke tabung reaksi).
Belerang akan menyala dan terbakar dengan pelepasan sejumlah besar panas. Percobaan harus dilakukan dengan jendela terbuka (karena oksida belerang yang dihasilkan). Natrium nitrit yang dihasilkan akan disimpan untuk percobaan selanjutnya.
Proses berlangsung sebagai berikut (melalui pemanasan):
2KNO3 → 2KNO2 + O2
Anda bisa mendapatkan oksigen dengan cara lain.
Kalium permanganat KMnO 4 (garam kalium dari asam mangan) melepaskan oksigen ketika dipanaskan dan berubah menjadi mangan (IV) oksida:
4KMnO 4 → 4Mn 2 + 2K 2 O + 3O 2
atau 4KMnO 4 → MnO 2 + K 2 MnO 4 + O 2
Dari 10 g kalium permanganat, Anda bisa mendapatkan sekitar satu liter oksigen, jadi dua gram cukup untuk mengisi lima tabung reaksi ukuran normal dengan oksigen. Kalium permanganat dapat dibeli di apotek mana pun jika tidak tersedia di kotak P3K rumah.
Kami memanaskan sejumlah kalium permanganat dalam tabung reaksi tahan api dan menangkap oksigen yang dilepaskan dalam tabung reaksi menggunakan penangas pneumatik. Kristal retak dan hancur, dan, seringkali, sejumlah permanganat berdebu ikut terbawa bersama gas. Air di bak pneumatik dan pipa outlet akan berubah menjadi merah dalam kasus ini. Setelah akhir percobaan, kami membersihkan bak dan tabung dengan larutan natrium tiosulfat (hiposulfit) - pemecah foto, yang sedikit kami asamkan dengan asam klorida encer.
Dalam jumlah banyak, oksigen juga dapat diperoleh dari hidrogen peroksida (peroksida) H 2 O 2 . Kami akan membeli larutan tiga persen di apotek - desinfektan atau persiapan untuk mengobati luka. Hidrogen peroksida tidak terlalu stabil. Sudah ketika berdiri di udara, itu terurai menjadi oksigen dan air:
2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2
Dekomposisi dapat dipercepat secara signifikan dengan menambahkan sedikit mangan dioksida MnO 2 (pirolusit), karbon aktif, bubuk logam, darah (terkoagulasi atau segar), air liur ke peroksida. Zat-zat ini bertindak sebagai katalis.
Kita dapat yakin akan hal ini jika kita menempatkan sekitar 1 ml hidrogen peroksida dengan salah satu zat di atas ke dalam tabung reaksi kecil, dan kita menetapkan adanya oksigen yang berkembang menggunakan tes dengan serpihan. Jika jumlah yang sama darah hewan ditambahkan ke 5 ml larutan hidrogen peroksida 3% dalam gelas kimia, campuran akan berbusa kuat, busa akan mengeras dan membengkak akibat pelepasan gelembung oksigen.
Kemudian kita akan menguji efek katalitik larutan 10% tembaga (II) sulfat dengan penambahan kalium hidroksida (kalium kaustik), larutan besi sulfat (P), larutan besi (III) klorida (dengan dan tanpa penambahan bubuk besi), natrium karbonat, natrium klorida dan zat organik (susu, gula, daun tanaman hijau yang dihancurkan, dll.). Sekarang kita telah melihat dari pengalaman bahwa berbagai zat secara katalitik mempercepat penguraian hidrogen peroksida.
Katalis meningkatkan laju reaksi kimia tanpa dikonsumsi. Pada akhirnya, mereka mengurangi energi aktivasi yang dibutuhkan untuk menggairahkan reaksi. Tetapi ada juga zat yang bertindak sebaliknya. Mereka disebut katalis negatif, anti-katalis, stabilisator atau inhibitor. Misalnya, asam fosfat mencegah dekomposisi hidrogen peroksida. Oleh karena itu, larutan hidrogen peroksida komersial biasanya distabilkan dengan fosfat atau asam urat.
Katalis sangat penting untuk banyak proses kimia-teknologi. Tetapi bahkan di alam liar, apa yang disebut biokatalis (enzim, enzim, hormon) terlibat dalam banyak proses. Karena katalis tidak dikonsumsi dalam reaksi, mereka dapat bertindak bahkan dalam jumlah kecil. Satu gram rennet cukup untuk mengentalkan 400-800 kg protein susu.
Yang sangat penting untuk pengoperasian katalis adalah luas permukaannya. Untuk meningkatkan permukaan, bahan berpori, retak dengan permukaan bagian dalam yang dikembangkan digunakan, zat padat atau logam disemprotkan ke apa yang disebut pembawa. Misalnya, 100 g katalis platina yang didukung hanya mengandung sekitar 200 mg platina; 1 g nikel padat memiliki luas permukaan 0,8 cm 2 dan 1 g bubuk nikel memiliki 10 mg. Ini sesuai dengan rasio 1: 100.000; 1 g alumina aktif memiliki luas permukaan 200 hingga 300 m2, untuk 1 g karbon aktif nilainya genap 1000 m2. Di beberapa instalasi katalis - beberapa juta mark. Jadi, tungku kontak bensin setinggi 18 m di Belen mengandung 9-10 ton katalis.
Rencana:
Sejarah penemuan
Asal nama
Berada di alam
Resi
Properti fisik
Sifat kimia
Aplikasi
10. Isotop
Oksigen
Oksigen- elemen dari kelompok ke-16 (menurut klasifikasi yang sudah ketinggalan zaman - subkelompok utama kelompok VI), periode kedua dari sistem periodik unsur kimia D. I. Mendeleev, dengan nomor atom 8. Ini ditunjuk oleh simbol O (lat .Oksigenium). Oksigen adalah non-logam reaktif dan merupakan unsur paling ringan dari kelompok kalkogen. bahan sederhana oksigen(Nomor CAS: 7782-44-7) dalam kondisi normal - gas tidak berwarna, tidak berasa dan tidak berbau, yang molekulnya terdiri dari dua atom oksigen (rumus O 2), sehubungan dengan itu ia juga disebut dioksigen. Oksigen cair memiliki biru muda, dan padatannya adalah kristal biru muda.
Ada bentuk oksigen alotropik lainnya, misalnya, ozon (nomor CAS: 10028-15-6) - dalam kondisi normal, gas biru dengan bau tertentu, yang molekulnya terdiri dari tiga atom oksigen (rumus O 3).
Sejarah penemuan
Secara resmi diyakini bahwa oksigen ditemukan oleh ahli kimia Inggris Joseph Priestley pada 1 Agustus 1774 dengan menguraikan merkuri oksida dalam wadah tertutup rapat (Priestley mengarahkan sinar matahari ke senyawa ini menggunakan lensa yang kuat).
Namun, Priestley pada awalnya tidak menyadari bahwa dia telah menemukan zat sederhana yang baru, dia percaya bahwa dia mengisolasi salah satu bagian penyusun udara (dan menyebut gas ini "udara terdephlogistikasi"). Priestley melaporkan penemuannya kepada ahli kimia Prancis terkemuka Antoine Lavoisier. Pada tahun 1775, A. Lavoisier menetapkan bahwa oksigen merupakan bagian integral dari udara, asam dan ditemukan dalam banyak zat.
Beberapa tahun sebelumnya (tahun 1771), ahli kimia Swedia Carl Scheele telah memperoleh oksigen. Dia dikalsinasi sendawa dengan asam sulfat dan kemudian terurai oksida nitrat yang dihasilkan. Scheele menyebut gas ini "udara berapi-api" dan menggambarkan penemuannya dalam sebuah buku yang diterbitkan pada tahun 1777 (tepatnya karena buku itu diterbitkan lebih lambat daripada Priestley mengumumkan penemuannya, yang terakhir dianggap sebagai penemu oksigen). Scheele juga melaporkan pengalamannya ke Lavoisier.
Tahap penting yang berkontribusi pada penemuan oksigen adalah karya kimiawan Prancis Pierre Bayen, yang menerbitkan karya tentang oksidasi merkuri dan dekomposisi oksida selanjutnya.
Akhirnya, A. Lavoisier akhirnya menemukan sifat gas yang dihasilkan, menggunakan informasi dari Priestley dan Scheele. Karyanya sangat penting, karena berkat itu, teori flogiston yang mendominasi pada waktu itu dan menghambat perkembangan kimia digulingkan. Lavoisier melakukan eksperimen tentang pembakaran berbagai zat dan membantah teori phlogiston dengan menerbitkan hasil tentang berat elemen yang terbakar. Berat abu melebihi berat awal elemen, yang memberi Lavoisier hak untuk menyatakan bahwa selama pembakaran terjadi reaksi kimia (oksidasi) zat, sehubungan dengan ini, massa zat asli meningkat, yang menyangkal teori flogiston.
Jadi, penghargaan atas penemuan oksigen sebenarnya dimiliki oleh Priestley, Scheele, dan Lavoisier.
Asal nama
Kata oksigen (pada awal abad ke-19 masih disebut "asam"), kemunculannya dalam bahasa Rusia sampai batas tertentu disebabkan oleh M.V. Lomonosov, yang memperkenalkan, bersama dengan neologisme lain, kata "asam"; dengan demikian kata "oksigen", pada gilirannya, adalah kertas kalkir dari istilah "oksigen" (oxygène Prancis), yang diusulkan oleh A. Lavoisier (dari bahasa Yunani lainnya - "asam" dan - "Saya melahirkan"), yang diterjemahkan sebagai "asam penghasil", yang dikaitkan dengan makna aslinya - "asam", yang sebelumnya berarti zat yang disebut oksida menurut nomenklatur internasional modern.
Berada di alam
Oksigen adalah elemen paling umum di Bumi, bagiannya (sebagai bagian dari berbagai senyawa, terutama silikat) menyumbang sekitar 47,4% dari massa kerak bumi yang padat. Laut dan air tawar mengandung sejumlah besar oksigen terikat - 88,8% (berdasarkan massa), di atmosfer kandungan oksigen bebas adalah 20,95% volume dan 23,12% massa. Lebih dari 1500 senyawa kerak bumi mengandung oksigen dalam komposisinya.
Oksigen adalah konstituen dari banyak zat organik dan hadir di semua sel hidup. Dalam hal jumlah atom dalam sel hidup, sekitar 25%, dalam hal fraksi massa - sekitar 65%.
Resi
Saat ini, dalam industri, oksigen diperoleh dari udara. Metode industri utama untuk memperoleh oksigen adalah distilasi kriogenik. Pabrik oksigen berbasis teknologi membran juga terkenal dan berhasil digunakan dalam industri.
Di laboratorium, oksigen industri digunakan, dipasok dalam silinder baja di bawah tekanan sekitar 15 MPa.
Sejumlah kecil oksigen dapat diperoleh dengan memanaskan kalium permanganat KMnO 4:
Reaksi dekomposisi katalitik hidrogen peroksida H 2 O 2 dengan adanya mangan (IV) oksida juga digunakan:
Oksigen dapat diperoleh dengan dekomposisi katalitik kalium klorat (garam bertolet) KClO 3:
Metode laboratorium untuk menghasilkan oksigen meliputi metode elektrolisis larutan alkali berair, serta dekomposisi merkuri (II) oksida (pada t = 100 ° C):
Di kapal selam, biasanya diperoleh dengan reaksi natrium peroksida dan karbon dioksida yang dihembuskan oleh seseorang:
Properti fisik
Di lautan, kandungan O2 terlarut lebih besar di air dingin, dan lebih sedikit di air hangat.
Dalam kondisi normal, oksigen adalah gas yang tidak berwarna, tidak berasa dan tidak berbau.
1 liternya memiliki massa 1,429 g, sedikit lebih berat dari udara. Sedikit larut dalam air (4,9 ml/100 g pada 0 °C, 2,09 ml/100 g pada 50 °C) dan alkohol (2,78 ml/100 g pada 25 °C). Ini larut dengan baik dalam perak cair (22 volume O 2 dalam 1 volume Ag pada 961 ° C). Jarak antar atom - 0,12074 nm. Ini adalah paramagnetik.
Ketika oksigen gas dipanaskan, disosiasi reversibelnya menjadi atom terjadi: pada 2000 °C - 0,03%, pada 2600 °C - 1%, 4000 °C - 59%, 6000 °C - 99,5%.
Oksigen cair (titik didih 182,98 °C) adalah cairan biru pucat.
O2 diagram fase
Oksigen padat (titik leleh 218,35 °C) - kristal biru. Enam fase kristal diketahui, tiga di antaranya ada pada tekanan 1 atm.:
-O 2 - ada pada suhu di bawah 23,65 K; kristal biru cerah milik sistem monoklinik, parameter sel a=5.403 , b=3.429 , c=5.086 ; =132,53°.
-O 2 - ada dalam kisaran suhu dari 23,65 hingga 43,65 K; kristal biru pucat (dengan meningkatnya tekanan, warnanya berubah menjadi merah muda) memiliki kisi belah ketupat, parameter sel a=4.21 , =46.25 °.
-O 2 - ada pada suhu dari 43,65 hingga 54,21 K; kristal biru pucat memiliki simetri kubik, periode kisi a=6.83 .
Tiga fase lagi terbentuk pada tekanan tinggi:
-O 2 kisaran suhu 20-240 K dan tekanan 6-8 GPa, kristal oranye;
-O 4 tekanan dari 10 hingga 96 GPa, warna kristal dari merah tua menjadi hitam, sistem monoklinik;
-O n tekanan lebih dari 96 GPa, keadaan logam dengan kilau logam yang khas, pada suhu rendah berubah menjadi keadaan superkonduktor.
Sifat kimia
Agen pengoksidasi kuat, berinteraksi dengan hampir semua elemen, membentuk oksida. Bilangan oksidasinya adalah 2. Sebagai aturan, reaksi oksidasi berlangsung dengan pelepasan panas dan dipercepat dengan meningkatnya suhu (lihat Pembakaran). Contoh reaksi yang terjadi pada suhu kamar:
Mengoksidasi senyawa yang mengandung unsur-unsur dengan keadaan oksidasi non-maksimum:
Mengoksidasi sebagian besar senyawa organik:
Dalam kondisi tertentu, dimungkinkan untuk melakukan oksidasi ringan senyawa organik:
Oksigen bereaksi secara langsung (dalam kondisi normal, ketika dipanaskan dan/atau dengan adanya katalis) dengan semua zat sederhana, kecuali Au dan gas inert (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn); reaksi dengan halogen terjadi di bawah pengaruh pelepasan listrik atau radiasi ultraviolet. Oksida emas dan gas inert berat (Xe, Rn) diperoleh secara tidak langsung. Dalam semua senyawa dua unsur oksigen dengan unsur lain, oksigen berperan sebagai oksidator, kecuali senyawa dengan fluor.
Oksigen membentuk peroksida dengan keadaan oksidasi atom oksigen secara formal sama dengan 1.
Misalnya, peroksida diperoleh dengan membakar logam alkali dalam oksigen:
Beberapa oksida menyerap oksigen:
Menurut teori pembakaran yang dikembangkan oleh A. N. Bach dan K. O. Engler, oksidasi terjadi dalam dua tahap dengan terbentuknya senyawa antara peroksida. Senyawa antara ini dapat diisolasi, misalnya, ketika nyala hidrogen yang terbakar didinginkan dengan es, bersama dengan air, hidrogen peroksida terbentuk:
Dalam superoksida, oksigen secara formal memiliki keadaan oksidasi , yaitu, satu elektron per dua atom oksigen (ion O 2). Diperoleh dengan interaksi peroksida dengan oksigen pada tekanan dan suhu tinggi:
Kalium K, rubidium Rb dan sesium Cs bereaksi dengan oksigen membentuk superoksida:
Dalam ion dioksigenil O 2 +, oksigen secara formal memiliki keadaan oksidasi +½. Dapatkan dengan reaksi:
Oksigen fluorida
Oksigen difluorida, OF 2 keadaan oksidasi oksigen +2, diperoleh dengan melewatkan fluor melalui larutan alkali:
Oksigen monofluorida (Dioxydifluoride), O 2 F 2 , tidak stabil, keadaan oksidasi oksigen adalah +1. Diperoleh dari campuran fluor dan oksigen dalam pelepasan pijar pada suhu 196 ° C:
Melewati pelepasan pijar melalui campuran fluor dengan oksigen pada tekanan dan suhu tertentu, diperoleh campuran fluorida oksigen yang lebih tinggi O 3 F 2, O 4 F 2, O 5 F 2 dan O 6 F 2.
Perhitungan mekanika kuantum memprediksi keberadaan stabil ion OF 3 + trifluorohydroxonium. Jika ion ini benar-benar ada, maka bilangan oksidasi oksigen di dalamnya adalah +4.
Oksigen mendukung proses respirasi, pembakaran, dan pembusukan.
Dalam bentuk bebasnya, unsur tersebut ada dalam dua modifikasi alotropik: O 2 dan O 3 (ozon). Sebagaimana didirikan pada tahun 1899 oleh Pierre Curie dan Maria Sklodowska-Curie, di bawah pengaruh radiasi pengion, O 2 berubah menjadi O 3.
Aplikasi
Penggunaan oksigen secara industri secara luas dimulai pada pertengahan abad ke-20, setelah penemuan turboexpander - perangkat untuk mencairkan dan memisahkan udara cair.
PADAmetalurgi
Metode konverter produksi baja atau pemrosesan matte dikaitkan dengan penggunaan oksigen. Di banyak unit metalurgi, untuk pembakaran bahan bakar yang lebih efisien, campuran oksigen-udara digunakan dalam pembakar, bukan udara.
Pengelasan dan pemotongan logam
Oksigen dalam silinder biru banyak digunakan untuk pemotongan api dan pengelasan logam.
Bahan bakar roket
Oksigen cair, hidrogen peroksida, asam nitrat dan senyawa kaya oksigen lainnya digunakan sebagai zat pengoksidasi untuk bahan bakar roket. Campuran oksigen cair dan ozon cair adalah salah satu pengoksidasi bahan bakar roket yang paling kuat (dorongan spesifik campuran hidrogen-ozon melebihi impuls spesifik untuk pasangan hidrogen-fluor dan hidrogen-oksigen fluorida).
PADAobat
Oksigen medis disimpan dalam tabung gas logam bertekanan tinggi berwarna biru (untuk gas terkompresi atau cair) dengan berbagai kapasitas dari 1,2 hingga 10,0 liter di bawah tekanan hingga 15 MPa (150 atm) dan digunakan untuk memperkaya campuran gas pernapasan dalam peralatan anestesi, dengan kegagalan pernapasan, untuk menghilangkan serangan asma bronkial, menghilangkan hipoksia asal apa pun, dengan penyakit dekompresi, untuk pengobatan patologi saluran pencernaan dalam bentuk koktail oksigen. Untuk penggunaan individu, oksigen medis dari silinder diisi dengan wadah karet khusus - bantal oksigen. Untuk memasok oksigen atau campuran oksigen-udara secara bersamaan ke satu atau dua korban di lapangan atau di rumah sakit, digunakan penghirup oksigen berbagai model dan modifikasi. Keuntungan dari inhaler oksigen adalah adanya kondensor-humidifier dari campuran gas, yang menggunakan kelembaban udara yang dihembuskan. Untuk menghitung jumlah oksigen yang tersisa di dalam silinder dalam liter, tekanan di dalam silinder di atmosfer (menurut pengukur tekanan peredam) biasanya dikalikan dengan kapasitas silinder dalam liter. Misalnya, dalam silinder dengan kapasitas 2 liter, pengukur tekanan menunjukkan tekanan oksigen 100 atm. Volume oksigen dalam hal ini adalah 100 × 2 = 200 liter.
PADAIndustri makanan
Dalam industri makanan, oksigen terdaftar sebagai aditif makanan E948, sebagai propelan dan gas pengemasan.
PADAindustri kimia
Dalam industri kimia, oksigen digunakan sebagai zat pengoksidasi dalam berbagai sintesis, misalnya, oksidasi hidrokarbon menjadi senyawa yang mengandung oksigen (alkohol, aldehida, asam), amonia menjadi nitrogen oksida dalam produksi asam nitrat. Karena suhu tinggi yang dikembangkan selama oksidasi, yang terakhir sering dilakukan dalam mode pembakaran.
PADApertanian
Di rumah kaca, untuk pembuatan koktail oksigen, untuk penambahan berat badan pada hewan, untuk memperkaya lingkungan akuatik dengan oksigen dalam budidaya ikan.
Peran biologis oksigen
Pasokan oksigen darurat di tempat perlindungan bom
Sebagian besar makhluk hidup (aerob) menghirup oksigen dari udara. Oksigen banyak digunakan dalam pengobatan. Pada penyakit kardiovaskular, untuk meningkatkan proses metabolisme, busa oksigen ("koktail oksigen") disuntikkan ke dalam perut. Pemberian oksigen subkutan digunakan untuk ulkus trofik, kaki gajah, gangren dan penyakit serius lainnya. Pengayaan ozon buatan digunakan untuk mendisinfeksi dan menghilangkan bau udara dan memurnikan air minum. Isotop radioaktif oksigen 15 O digunakan untuk mempelajari laju aliran darah, ventilasi paru.
Turunan oksigen beracun
Beberapa turunan oksigen (disebut spesies oksigen reaktif), seperti oksigen singlet, hidrogen peroksida, superoksida, ozon, dan radikal hidroksil, adalah produk yang sangat beracun. Mereka terbentuk dalam proses aktivasi atau reduksi parsial oksigen. Superoksida (radikal superoksida), hidrogen peroksida dan radikal hidroksil dapat terbentuk di dalam sel dan jaringan tubuh manusia dan hewan dan menyebabkan stres oksidatif.
isotop
Oksigen memiliki tiga isotop stabil: 16 O, 17 O dan 18 O, yang kandungan rata-ratanya masing-masing adalah 99,759%, 0,037%, dan 0,204% dari total jumlah atom oksigen di Bumi. Dominasi yang tajam dari yang paling ringan, 16 O, dalam campuran isotop disebabkan oleh fakta bahwa inti atom 16 O terdiri dari 8 proton dan 8 neutron (nukleus ajaib ganda dengan kulit neutron dan proton yang terisi). Dan inti seperti itu, sebagai berikut dari teori struktur inti atom, memiliki stabilitas khusus.
Isotop oksigen radioaktif dengan nomor massa dari 12 O hingga 24 O juga diketahui. Semua isotop oksigen radioaktif memiliki waktu paruh yang pendek, yang paling lama adalah 15 O dengan waktu paruh ~120 detik. Isotop 12 O yang berumur pendek memiliki waktu paruh 5,8·10 22 s.
Halo. Anda telah membaca artikel saya di blog Tutoronline.ru. Hari ini saya akan memberi tahu Anda tentang oksigen dan cara mendapatkannya. Saya ingatkan Anda, jika Anda memiliki pertanyaan untuk saya, Anda dapat menuliskannya di komentar artikel. Jika Anda memerlukan bantuan dalam kimia, daftar untuk kelas saya di jadwal. Saya akan dengan senang hati membantu Anda.
Oksigen didistribusikan di alam dalam bentuk isotop 16 O, 17 O, 18 O, yang memiliki persentase berikut di Bumi - masing-masing 99,76%, 0,048%, 0,192%.
Dalam keadaan bebas, oksigen berbentuk tiga modifikasi alotropik : atom oksigen - O o, dioksigen - O 2 dan ozon - O 3. Selain itu, oksigen atom dapat diperoleh sebagai berikut:
KClO 3 \u003d KCl + 3O 0
KNO3 = KNO2 + O0
Oksigen adalah bagian dari lebih dari 1400 mineral dan zat organik yang berbeda, di atmosfer kandungannya adalah 21% volume. Tubuh manusia mengandung hingga 65% oksigen. Oksigen adalah gas tidak berwarna dan tidak berbau, sedikit larut dalam air (3 volume oksigen larut dalam 100 volume air pada 20 ° C).
Di laboratorium, oksigen diperoleh dengan pemanasan moderat zat tertentu:
1) Saat menguraikan senyawa mangan (+7) dan (+4):
2KMnO 4 → K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2
permanganat manganat
kalium kalium
2MnO 2 → 2MnO + O 2
2) Ketika perklorat terurai:
2KClO 4 → KClO 2 + KCl + 3O 2
perklorat
kalium
3) Saat menguraikan garam berthollet (kalium klorat).
Dalam hal ini, oksigen atom terbentuk:
2KClO 3 → 2KCl + 6O 0
klorat
kalium
4) Ketika garam asam hipoklorit terurai dalam cahaya- hipoklorit:
2NaClO → 2NaCl + O 2
Ca(ClO) 2 → CaCl 2 + O 2
5) Saat memanaskan nitrat.
Ini menghasilkan oksigen atom. Bergantung pada posisi apa yang ditempati logam nitrat dalam rangkaian aktivitas, berbagai produk reaksi terbentuk:
2NaNO 3 → 2NaNO 2 + O 2
Ca(NO 3) 2 → CaO + 2NO 2 + O 2
2AgNO 3 → 2 Ag + 2NO 2 + O 2
6) Saat menguraikan peroksida:
2H 2 O 2 2H 2 O + O 2
7) Saat memanaskan oksida logam tidak aktif:
2Ag 2 O 4Ag + O 2
Proses ini relevan dalam kehidupan sehari-hari. Faktanya adalah piring yang terbuat dari tembaga atau perak, yang memiliki lapisan alami film oksida, membentuk oksigen aktif saat dipanaskan, yang merupakan efek antibakteri. Pembubaran garam logam tidak aktif, terutama nitrat, juga mengarah pada pembentukan oksigen. Misalnya, keseluruhan proses melarutkan perak nitrat dapat direpresentasikan secara bertahap:
AgNO 3 + H 2 O → AgOH + HNO 3
2AgOH → Ag2O + O2
2Ag 2 O → 4Ag + O 2
atau dalam bentuk ringkasan:
4AgNO 3 + 2H 2 O → 4Ag + 4HNO 3 + 7O 2
8) Saat memanaskan garam kromium dengan tingkat oksidasi tertinggi:
4K 2 Cr 2 O 7 → 4K 2 CrO 4 + 2Cr 2 O 3 + 3 O 2
dikromat kromat
kalium kalium
Dalam industri, oksigen diperoleh:
1) Dekomposisi elektrolitik air:
2H 2 O → 2H 2 + O 2
2) Interaksi karbon dioksida dengan peroksida:
CO 2 + K 2 O 2 → K 2 CO 3 + O 2
Metode ini merupakan solusi teknis yang sangat diperlukan untuk masalah pernapasan dalam sistem yang terisolasi: kapal selam, ranjau, pesawat ruang angkasa.
3) Ketika ozon berinteraksi dengan zat pereduksi:
O 3 + 2KJ + H 2 O → J 2 + 2KOH + O 2
Yang paling penting adalah produksi oksigen dalam proses fotosintesis. terjadi pada tumbuhan. Semua kehidupan di Bumi pada dasarnya bergantung pada proses ini. Fotosintesis adalah proses multi-langkah yang kompleks. Awal memberinya cahaya. Fotosintesis itu sendiri terdiri dari dua fase: terang dan gelap. Pada fase cahaya, pigmen klorofil yang terkandung dalam daun tanaman membentuk apa yang disebut kompleks "penyerap cahaya", yang mengambil elektron dari air, dan dengan demikian membaginya menjadi ion hidrogen dan oksigen:
2H 2 O \u003d 4e + 4H + O 2
Akumulasi proton berkontribusi pada sintesis ATP:
ADP + F = ATP
Pada fase gelap, karbon dioksida dan air diubah menjadi glukosa. Dan oksigen dilepaskan sebagai produk sampingan:
6CO 2 + 6H 2 O \u003d C 6 H 12 O 6 + O 2
situs, dengan penyalinan materi secara penuh atau sebagian, tautan ke sumber diperlukan.
