Oksigen adalah unsur kimia yang paling melimpah di planet ini. Fraksi massanya di kerak bumi adalah 47,3%, fraksi volumenya di atmosfer adalah 20,95%, dan fraksi massanya pada organisme hidup adalah sekitar 65%. Apa gas ini, dan sifat fisik dan kimia apa yang dimiliki oksigen?

Oksigen: informasi umum

Oksigen adalah non-logam yang dalam kondisi normal tidak memiliki warna, rasa atau bau.

Beras. 1. Formula oksigen.

Di hampir semua senyawa, kecuali senyawa dengan fluor dan peroksida, ia menunjukkan valensi II yang konstan dan bilangan oksidasi -2. Atom oksigen tidak memiliki keadaan tereksitasi, karena tidak ada orbital bebas pada tingkat terluar kedua. Sebagai zat sederhana, oksigen ada dalam bentuk dua modifikasi alotropik - gas oksigen O2 dan ozon O3.

dalam kondisi tertentu, oksigen bisa dalam keadaan cair atau padat. mereka, tidak seperti gas, memiliki warna: cair - biru muda, dan oksigen padat memiliki warna biru muda.

Beras. 2. Oksigen padat.

Oksigen dalam industri diperoleh dengan mencairkan udara, diikuti dengan pemisahan nitrogen karena penguapannya (ada perbedaan titik didih: -183 derajat untuk oksigen cair dan -196 derajat untuk nitrogen cair).

Sifat kimia interaksi oksigen

Oksigen adalah non-logam aktif. Oksigen dapat bereaksi dengan semua unsur kecuali neon, helium dan argon. biasanya reaksi gas ini dengan zat lain bersifat eksoterm. Proses oksidasi, yang berlangsung dengan pelepasan energi secara simultan dalam bentuk panas dan cahaya, disebut pembakaran. Sangat penting untuk menggunakan senyawa organik, khususnya alkana, sebagai bahan bakar, karena sejumlah besar panas dilepaskan selama reaksi pembakaran radikal bebas:

CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O + 880 kJ.

Dengan non-logam, oksigen biasanya bereaksi ketika dipanaskan, membentuk oksida. Jadi, reaksi dengan nitrogen hanya dimulai pada suhu di atas 1200 derajat atau dalam pelepasan listrik:

Oksigen juga bereaksi dengan logam:

3Fe + 2O 2 \u003d Fe 3 O 4 (sebagai hasil reaksi, terbentuk senyawa - oksida besi)

Di alam, ada zat pengoksidasi yang lebih kuat dari oksigen, yaitu ozon. Ia mampu mengoksidasi emas dan platinum. Dalam kondisi alami, ozon terbentuk dari oksigen atmosfer selama pelepasan petir, dan di laboratorium - dengan melewatkan pelepasan listrik melalui oksigen: 3O 2 \u003d 2O 3 - 285 kJ (reaksi endotermik)

Beras. 3. Ozon.

Senyawa oksigen yang paling signifikan adalah air. Sekitar 71% permukaan bumi ditempati oleh cangkang air. Molekul air sudut bersifat polar, masing-masing membentuk empat ikatan hidrogen: dua sebagai donor proton dan dua sebagai akseptor proton. (H 2 O)x asosiasi terbentuk, di mana x bervariasi dari 2 hingga 5. Uap air mengandung (H 2 O) 2 dimer, dan dalam fase terkondensasi, sebuah molekul air dapat berada dalam lingkungan tetrahedral dari empat molekul lain. jika molekul air tidak terkait, maka titik didihnya tidak akan 100 derajat, tetapi sekitar 80 derajat .. Total peringkat yang diterima: 104.

Kementerian Pendidikan dan Ilmu Pengetahuan Federasi Rusia

"OKSIGEN"

Lengkap:

Diperiksa:

Karakteristik umum oksigen.

OKSIGEN (lat. Oxygenium), O (baca "o"), unsur kimia dengan nomor atom 8, massa atom 15.9994. Dalam tabel periodik unsur Mendeleev, oksigen terletak pada periode kedua dalam golongan VIA.

Oksigen alami terdiri dari campuran tiga nuklida stabil dengan nomor massa 16 (mendominasi dalam campuran, yaitu 99,759% massa), 17 (0,037%) dan 18 (0,204%). Jari-jari atom oksigen netral adalah 0,066 nm. Konfigurasi lapisan elektron terluar dari atom oksigen netral yang tidak tereksitasi adalah 2s2р4. Energi ionisasi berturut-turut atom oksigen adalah 13,61819 dan 35,118 eV, afinitas elektron 1,467 eV. Jari-jari ion O2 berada pada bilangan koordinasi yang berbeda dari 0,121 nm (bilangan koordinasi 2) hingga 0,128 nm (bilangan koordinasi 8). Dalam senyawa, ia menunjukkan keadaan oksidasi -2 (valensi II) dan, lebih jarang, -1 (valensi I). Pada skala Pauling, keelektronegatifan oksigen adalah 3,5 (tempat kedua di antara non-logam setelah fluor).

Dalam bentuk bebasnya, oksigen adalah gas yang tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa.

Fitur struktur molekul O2: oksigen atmosfer terdiri dari molekul diatomik. Jarak antar atom dalam molekul O2 adalah 0,12074 nm. Oksigen molekuler (gas dan cair) adalah zat paramagnetik, setiap molekul O2 memiliki 2 elektron yang tidak berpasangan. Fakta ini dapat dijelaskan dengan fakta bahwa masing-masing dari dua orbital antiikatan dalam molekul mengandung satu elektron tidak berpasangan.

Energi disosiasi molekul O 2 menjadi atom cukup tinggi yaitu sebesar 493,57 kJ/mol.

Sifat fisik dan kimia

Sifat fisik dan kimia: dalam bentuk bebas terjadi dalam bentuk dua modifikasi O 2 (oksigen "biasa") dan O 3 (ozon). O2 adalah gas yang tidak berwarna dan tidak berbau. Dalam kondisi normal, kerapatan gas oksigen adalah 1,42897 kg/m 3 . Titik didih oksigen cair (cairan berwarna biru) adalah -182,9°C. Pada suhu dari -218,7°C hingga -229,4°C terdapat oksigen padat dengan kisi kubik (-modifikasi), pada suhu dari -229,4°C hingga -249,3°C - modifikasi dengan kisi heksagonal dan pada suhu di bawah -249,3 ° C - kubik - modifikasi. Modifikasi lain dari oksigen padat juga telah diperoleh pada tekanan tinggi dan suhu rendah.

Pada 20°C, kelarutan gas O2 adalah: 3,1 ml per 100 ml air, 22 ml per 100 ml etanol, 23,1 ml per 100 ml aseton. Ada cairan organik yang mengandung fluor (misalnya, perfluorobutyltetrahydrofuran) di mana kelarutan oksigen jauh lebih tinggi.

Kekuatan ikatan kimia yang tinggi antara atom-atom dalam molekul O2 mengarah pada fakta bahwa pada suhu kamar oksigen gas agak tidak aktif secara kimia. Di alam, ia perlahan-lahan masuk ke dalam transformasi selama proses pembusukan. Selain itu, oksigen pada suhu kamar mampu bereaksi dengan hemoglobin darah (lebih tepatnya, dengan besi heme II), yang memastikan transfer oksigen dari sistem pernapasan ke organ lain.

Oksigen berinteraksi dengan banyak zat tanpa pemanasan, misalnya, dengan logam alkali dan alkali tanah (oksida yang sesuai seperti Li 2 O, CaO, dll., peroksida seperti Na 2 O2, BaO 2, dll. dan superoksida seperti KO 2, RbO2 terbentuk).dll), menyebabkan terbentuknya karat pada permukaan produk baja. Tanpa pemanasan, oksigen bereaksi dengan fosfor putih, dengan beberapa aldehida dan zat organik lainnya.

Ketika dipanaskan, bahkan sedikit, aktivitas kimia oksigen meningkat secara dramatis. Ketika dinyalakan, ia bereaksi dengan ledakan dengan hidrogen, metana, gas mudah terbakar lainnya, dengan sejumlah besar zat sederhana dan kompleks. Diketahui bahwa ketika dipanaskan dalam atmosfer oksigen atau di udara, banyak zat sederhana dan kompleks terbakar, dan berbagai oksida terbentuk, misalnya:

S + O 2 \u003d SO 2; C + O 2 \u003d CO 2

4Fe + 3O 2 \u003d 2Fe 2 O 3; 2Cu + O 2 \u003d 2CuO

4NH 3 + 3O 2 = 2N 2 + 6H 2 O; 2H 2 S + 3O 2 \u003d 2H 2 O + 2SO 2

Jika campuran oksigen dan hidrogen disimpan dalam bejana kaca pada suhu kamar, maka reaksi eksotermik pembentukan air

2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O + 571 kJ

berlangsung sangat lambat; dengan perhitungan, tetesan air pertama akan muncul di kapal dalam waktu sekitar satu juta tahun. Tetapi ketika platinum atau paladium (yang berperan sebagai katalis) dimasukkan ke dalam wadah dengan campuran gas-gas ini, serta ketika dinyalakan, reaksi berlanjut dengan ledakan.

Oksigen bereaksi dengan nitrogen N 2 baik pada suhu tinggi (sekitar 1500-2000 °C) atau dengan melewatkan pelepasan listrik melalui campuran nitrogen dan oksigen. Dalam kondisi ini, oksida nitrat (II) terbentuk secara reversibel:

N 2 + O 2 \u003d 2NO

NO yang dihasilkan kemudian bereaksi dengan oksigen membentuk gas coklat (nitrogen dioksida):

2NO + O2 = 2NO2

Dari non-logam, oksigen dalam keadaan apa pun tidak berinteraksi langsung dengan halogen, dari logam - dengan logam mulia - perak, emas, platinum, dll.

Senyawa biner oksigen, di mana keadaan oksidasi atom oksigen adalah -2, disebut oksida (nama sebelumnya adalah oksida). Contoh oksida: karbon monoksida (IV) CO 2, oksida belerang (VI) SO 3, oksida tembaga (I) Cu 2 O, aluminium oksida Al 2 O 3, oksida mangan (VII) Mn 2 O 7.

Oksigen juga membentuk senyawa yang bilangan oksidasinya adalah -1. Ini adalah peroksida (nama lama adalah peroksida), misalnya hidrogen peroksida H 2 O 2, barium peroksida BaO 2, natrium peroksida Na 2 O 2 dan lainnya. Senyawa ini mengandung gugus peroksida - O - O -. Dengan logam alkali aktif, misalnya dengan kalium, oksigen juga dapat membentuk superoksida, misalnya, KO 2 (kalium superoksida), RbO 2 (rubidium superoksida). Dalam superoksida, keadaan oksidasi oksigen adalah -1/2. Dapat dicatat bahwa formula superoksida sering ditulis sebagai K 2 O 4 , Rb 2 O 4 , dll.

Dengan fluor non-logam yang paling aktif, oksigen membentuk senyawa dalam keadaan oksidasi positif. Jadi, pada senyawa O 2 F 2, bilangan oksidasi oksigen adalah +1, dan pada senyawa O 2 F - +2. Senyawa ini bukan milik oksida, tetapi milik fluorida. Fluorida oksigen dapat disintesis hanya secara tidak langsung, misalnya, dengan bertindak dengan fluor F2 pada larutan encer KOH.

Sejarah penemuan

Sejarah penemuan oksigen, seperti nitrogen, terkait dengan studi tentang udara atmosfer yang berlangsung beberapa abad. Fakta bahwa udara tidak homogen di alam, tetapi mencakup bagian-bagian, salah satunya mendukung pembakaran dan pernapasan, dan yang lainnya tidak, diketahui kembali pada abad ke-8 oleh alkemis Cina Mao Hoa, dan kemudian di Eropa oleh Leonardo da Vinci. . Pada tahun 1665, naturalis Inggris R. Hooke menulis bahwa udara terdiri dari gas yang terkandung dalam sendawa, serta gas tidak aktif, yang menyusun sebagian besar udara. Fakta bahwa udara mengandung unsur yang mendukung kehidupan telah diketahui banyak ahli kimia pada abad ke-18. Apoteker dan ahli kimia Swedia Karl Scheele mulai mempelajari komposisi udara pada tahun 1768. Selama tiga tahun, ia menguraikan sendawa (KNO 3 , NaNO 3) dan zat lain dengan memanaskan dan menerima "udara berapi" yang mendukung pernapasan dan pembakaran. Tetapi Scheele menerbitkan hasil eksperimennya hanya pada tahun 1777 dalam buku "Chemical Treatise on Air and Fire". Pada tahun 1774, pendeta dan naturalis Inggris J. Priestley memperoleh gas pendukung pembakaran dengan memanaskan "merkuri yang terbakar" (merkuri oksida HgO). Selama di Paris, Priestley yang tidak mengetahui bahwa gas yang diterimanya adalah bagian dari udara, melaporkan penemuannya kepada A. Lavoisier dan ilmuwan lainnya. Pada saat ini, nitrogen juga ditemukan. Pada 1775, Lavoisier sampai pada kesimpulan bahwa udara biasa terdiri dari dua gas - gas yang diperlukan untuk bernapas dan mendukung pembakaran, dan gas "berlawanan" - nitrogen. Lavoisier menyebut gas yang mendukung pembakaran oksigen - "asam pembentuk" (dari bahasa Yunani oxys - asam dan gennao - saya melahirkan; karenanya nama Rusia "oksigen"), karena ia kemudian percaya bahwa semua asam mengandung oksigen. Telah lama diketahui bahwa asam dapat mengandung oksigen dan anoksik, tetapi nama yang diberikan kepada unsur oleh Lavoisier tetap tidak berubah. Selama hampir satu setengah abad, 1/16 massa atom oksigen berfungsi sebagai unit untuk membandingkan massa berbagai atom satu sama lain dan digunakan dalam karakterisasi numerik massa atom berbagai unsur (seperti -disebut skala oksigen massa atom).

Terjadi 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% (berdasarkan volume). Unsur oksigen merupakan bagian dari lebih dari 1500 senyawa kerak bumi.

Resi:

Saat ini, oksigen dalam industri diperoleh dengan pemisahan udara pada suhu rendah. Pertama, udara dikompresi oleh kompresor, sedangkan udara dipanaskan. Gas terkompresi dibiarkan dingin sampai suhu kamar dan kemudian dibiarkan mengembang dengan bebas. Saat gas mengembang, suhu turun tajam. Udara yang didinginkan, yang suhunya beberapa puluh derajat lebih rendah dari suhu sekitar, sekali lagi mengalami kompresi hingga 10-15 MPa. Kemudian panas yang dilepaskan kembali diambil. Setelah beberapa siklus "kompresi-ekspansi" suhu turun di bawah titik didih oksigen dan nitrogen. Udara cair yang terbentuk, yang kemudian mengalami destilasi (penyulingan). Titik didih oksigen (-182,9°C) lebih dari 10 derajat lebih tinggi dari titik didih nitrogen (-195,8°C). Oleh karena itu, nitrogen menguap pertama dari cairan, dan oksigen terakumulasi di sisanya. Karena distilasi lambat (fraksional), dimungkinkan untuk memperoleh oksigen murni, di mana kandungan pengotor nitrogen kurang dari 0,1 persen volume.

properti fisik. Dalam kondisi normal, oksigen adalah gas yang tidak berwarna dan tidak berbau, sedikit larut dalam air (5 volume oksigen larut dalam 1 volume air pada 0 derajat C, dan 3 volume oksigen pada 20 derajat C). Dalam pelarut lain, kelarutannya juga dapat diabaikan.

Pada tekanan atmosfer, oksigen mencair pada -183 derajat. C, dan mengeras pada -219 derajat. C. Dalam keadaan cair dan padat, oksigen berwarna biru dan memiliki sifat magnetik.

Sifat kimia. Oksigen adalah non-logam aktif. Dalam semua senyawa, kecuali senyawa dengan fluor dan peroksida, ia memiliki bilangan oksidasi -2, (dalam senyawa dengan fluor, oksigen menunjukkan bilangan oksidasi +2, dan dalam senyawa peroksida, bilangan oksidasinya adalah -1 atau bahkan a bilangan pecahan Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa dalam peroksida, 2 atau lebih atom oksigen terhubung satu sama lain).

Oksigen berinteraksi dengan semua logam, kecuali logam emas dan platinum (kecuali osmium), membentuk oksida:

2 Mg + O 2 = 2 MgO (magnesium oksida);

4 Al + 3 O 2 \u003d 2 Al 2 O 3 (aluminium oksida).

Sejumlah logam, selain oksida basa, membentuk amfoter (ZnO, Cr 2 O 3, Al 2 O 3, dll.) dan bahkan asam (CrO 3 , Mn 2 O 7, dll.) oksida.

Ia juga berinteraksi dengan semua, kecuali untuk halogen, non-logam, membentuk oksida asam atau non-garam (tidak peduli):

S + O 2 \u003d SO 2 (sulfur oksida (IV));

4 P + 5 O 2 \u003d 2 P 2 O 5 (fosfor (V) oksida);

N 2 + O 2 \u003d 2 NO (nitrat oksida (II)).

Oksida logam emas dan platinum diperoleh dengan dekomposisi mereka (hidroksida, dan senyawa oksigen halogen - dengan dehidrasi asam yang mengandung oksigen secara hati-hati).

Dalam oksigen dan udara, banyak zat anorganik dan organik mudah teroksidasi (terbakar atau membara). Dari zat anorganik, kecuali logam dan non-logam, semua senyawa logam dengan non-logam bereaksi dengan oksigen, kecuali klorida dan bromida:

CaH 2 + O 2 \u003d CaO + H 2 O;

2 ZnS + 3 O 2 \u003d 2 ZnO + 2 SO 2;

Mg 3 P 2 + 4 O 2 \u003d Mg 3 (PO 4) 2;

Ca 2 Si + 2 O 2 \u003d Ca 2 SiO 4;

4 KI + O 2 + 2 H 2 O \u003d 4 KOH + I 2.

Dari senyawa organik, hampir semuanya berinteraksi dengan oksigen, kecuali hidrokarbon terfluorinasi penuh (freon), serta turunan klorin dan bromo dengan kandungan klorin atau bromin yang tinggi (kloroform, karbon tetraklorida, polikloroetana, dan turunan bromo serupa):

C 3 H 8 + 5 O 2 \u003d 3 CO 2 + 4 H 2 O;

2 C 2 H 5 OH + O 2 \u003d 2 CH 3 CHO + 2 H 2 O;

2 CH 3 CHO + O 2 \u003d 2 CH 3 COOH;

C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 \u003d 6 CO 2 + 6 H 2 O;

2 C 6 H 6 + 15 O 2 \u003d 12 CO 2 + 6 H 2 O.

Dalam keadaan atom, oksigen lebih aktif daripada dalam keadaan molekuler. Sifat ini digunakan untuk memutihkan berbagai bahan (pewarna zat organik lebih mudah hancur). Dalam keadaan molekuler, oksigen dapat berada dalam bentuk oksigen (O 2) dan ozon (O 3), yaitu ditandai dengan fenomena alotropi.

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 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 terdephlogisticated"). 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 percobaan pembakaran berbagai zat dan menyangkal teori phlogiston dengan mempublikasikan hasil 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), 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 unsur yang 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 ion OF 3 + trifluorohydroxonium yang stabil. 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 menghentikan 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") dimasukkan 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.

Atom oksigen dapat membentuk dua jenis molekul: O2 - oksigen dan O3 - ozon.

Fenomena adanya beberapa zat sederhana yang dibentuk oleh atom-atom dari satu unsur kimia disebut alotropi. Dan zat sederhana yang dibentuk oleh satu unsur disebut modifikasi alotropik.

Oleh karena itu, ozon dan oksigen adalah modifikasi alotropik dari unsur Oksigen.

Properti	Oksigen	Ozon
Rumus senyawa	O2	O 3
Penampilan dalam kondisi normal	Gas	Gas
Warna	Oksigen tidak berwarna dalam uap. Cairan - biru pucat, dan padat - biru	Uap ozon berwarna biru muda. Cairan - biru, dan padat adalah kristal ungu tua
Bau dan rasa	Tidak berbau dan tidak berasa	Bau khas yang menyengat (dalam konsentrasi kecil memberikan aroma kesegaran pada udara)
Suhu leleh	219 °С	192 °С
Suhu didih	183 °С	112 °С
Kepadatan di n. y.	1,43 g/l	2,14 g/l
Kelarutan	4 volume oksigen dalam 100 volume air	45 volume ozon dalam 100 volume air
Sifat magnetik	Oksigen cair dan padat adalah zat paramagnetik, yaitu ditarik ke dalam medan magnet	Ini memiliki sifat diamagnetik, yaitu, tidak berinteraksi dengan medan magnet
Peran biologis	Diperlukan untuk respirasi tumbuhan dan hewan (dicampur dengan nitrogen atau gas inert). Menghirup oksigen murni menyebabkan keracunan parah	Di atmosfer, ia membentuk apa yang disebut lapisan ozon, yang melindungi biosfer dari efek berbahaya radiasi ultraviolet. Beracun

Sifat kimia oksigen dan ozon

Interaksi oksigen dengan logam

Oksigen molekuler adalah zat pengoksidasi yang cukup kuat. Ini mengoksidasi hampir semua logam (kecuali emas dan platinum). Banyak logam perlahan teroksidasi di udara, tetapi dalam atmosfer oksigen murni mereka terbakar dengan sangat cepat, dan oksida terbentuk:

Namun, beberapa logam selama pembakaran tidak membentuk oksida, tetapi peroksida (dalam senyawa tersebut, keadaan oksidasi oksigen adalah -1) atau superoksida (keadaan oksidasi atom oksigen adalah fraksional). Contoh logam tersebut adalah barium, natrium dan kalium:

Interaksi oksigen dengan non-logam

Oksigen menunjukkan keadaan oksidasi -2 dalam senyawa yang terbentuk dengan semua nonlogam kecuali Fluor, Helium, Neon, dan Argon. Ketika dipanaskan, molekul oksigen langsung berinteraksi dengan semua non-logam, kecuali halogen dan gas inert. Dalam atmosfer oksigen, fosfor menyala secara spontan dan beberapa non-logam lainnya:

Ketika oksigen berinteraksi dengan fluor, oksigen fluorida terbentuk, dan bukan oksida fluor, karena atom fluor memiliki elektronegativitas yang lebih tinggi daripada atom oksigen. Oksigen fluorida adalah gas kuning pucat. Ini digunakan sebagai yang sangat kuatagen pengoksidasi, dan agen fluoresen. Dalam senyawa ini, bilangan oksidasi Oksigen adalah +2.

Lebih dari fluor, dioksigen difluorida dapat terbentuk, di mana keadaan oksidasi oksigen adalah +1. Secara struktur, molekul seperti itu mirip dengan molekul hidrogen peroksida.

Penggunaan oksigen dan ozon. Berarti lapisan ozon

Oksigen digunakan oleh semua makhluk hidup aerobik untuk respirasi. Selama fotosintesis, tanaman melepaskan oksigen dan mengambil karbon dioksida.

Oksigen molekuler digunakan untuk apa yang disebut intensifikasi, yaitu percepatan proses oksidatif dalam industri metalurgi. Oksigen juga digunakan untuk menghasilkan nyala api dengan suhu tinggi. Ketika asetilen (C 2 H 2) terbakar dalam oksigen, suhu nyala mencapai 3500 ° C. Dalam dunia kedokteran, oksigen digunakan untuk memperlancar pernapasan pasien. Ini juga digunakan dalam alat bantu pernapasan untuk orang yang bekerja di atmosfer yang sulit bernapas. Oksigen cair digunakan sebagai oksidator untuk bahan bakar roket.

Ozon digunakan dalam praktik laboratorium sebagai zat pengoksidasi yang sangat kuat. Dalam industri, digunakan untuk mendisinfeksi air, karena memiliki efek pengoksidasi yang kuat, yang menghancurkan berbagai mikroorganisme.

Peroksida logam alkali, superoksida, dan ozonida digunakan untuk meregenerasi oksigen di pesawat ruang angkasa dan kapal selam. Aplikasi semacam itu didasarkan pada reaksi zat-zat ini dengan CO 2 karbon dioksida:

Di alam, ozon ditemukan di lapisan atmosfer yang tinggi pada ketinggian sekitar 20-25 km, di lapisan yang disebut ozon, yang melindungi Bumi dari radiasi matahari yang keras. Penurunan konsentrasi ozon di stratosfer setidaknya 1 dapat menyebabkan konsekuensi serius, seperti peningkatan jumlah kanker kulit pada manusia dan hewan, peningkatan jumlah penyakit yang terkait dengan penekanan sistem kekebalan manusia. , perlambatan pertumbuhan tanaman darat, penurunan laju pertumbuhan fitoplankton, dll. .

Tanpa kehidupan lapisan ozon di planet ini tidak mungkin. Sementara itu, pencemaran atmosfer dari berbagai emisi industri menyebabkan rusaknya lapisan ozon. Zat paling berbahaya untuk ozon adalah freon (digunakan sebagai zat pendingin di lemari es, serta pengisi kaleng deodoran) dan limbah bahan bakar roket.

Masyarakat dunia sangat prihatin dengan terbentuknya lubang pada lapisan ozon di kutub-kutub planet kita, sehubungan dengan itu pada tahun 1987 diadopsi “Montreal Protocol on Substances that Deplete the Ozone Layer”, yang membatasi penggunaan zat berbahaya bagi lapisan ozon.

Sifat fisik zat yang dibentuk oleh unsur Sulfur

Atom belerang, serta atom oksigen, dapat membentuk berbagai modifikasi alotropik ( S ; S12; S8; S6; S2 lainnya). Pada suhu kamar, belerang berbentukα -sulfur (atau belerang belah ketupat), yang merupakan kristal kuning rapuh, tidak berbau, tidak larut dalam air. Pada suhu di atas +96 °C terjadi transisi yang lambat-sulfur menjadi -sulfur (atau belerang monoklinik), yang hampir berwarna putih. Jika belerang cair dituangkan ke dalam air, pendinginan belerang cair terjadi dan belerang plastik seperti karet berwarna kuning-coklat terbentuk, yang kemudian berubah menjadi belerang lagi. Sulfur mendidih pada suhu yang sama dengan +445 ° C, membentuk uap berwarna coklat tua.

Semua modifikasi belerang tidak larut dalam air, melainkan larut dengan baik dalam karbon disulfida(CS2) dan beberapa pelarut non-polar lainnya.

Aplikasi belerang

Produk utama industri belerang adalah asam sulfat. Produksinya menyumbang sekitar 60% dari belerang yang ditambang. Dalam industri kimia, belerang digunakan untuk mengubah karet menjadi karet berkualitas tinggi, yaitu untuk memvulkanisir karet. Sulfur adalah komponen penting dari setiap campuran kembang api. Misalnya, kepala korek api mengandung sekitar 5%, dan dalam penyebaran di kotak - sekitar 20% belerang menurut beratnya. Di bidang pertanian, belerang digunakan untuk mengendalikan hama di kebun anggur. Dalam pengobatan, belerang digunakan dalam pembuatan berbagai salep untuk pengobatan penyakit kulit.