Oksigen (O) berdiri di periode 1, grup VI, di subgrup utama. p-elemen. Konfigurasi elektronik 1s22s22p4 . Jumlah elektron di tingkat terluar adalah 6. Oksigen dapat menerima 2 elektron dan, dalam kasus yang jarang terjadi, memberikannya. Valensi oksigen 2, keadaan oksidasi -2.

Properti fisik: oksigen ( O2 ) – gas tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa; sedikit larut dalam air, sedikit lebih berat dari udara. Pada -183 °C dan 101,325 Pa, oksigen mencair, menjadi berwarna kebiruan. Struktur molekul: Molekul oksigen bersifat diatomik, kuat dalam kondisi normal, dan memiliki sifat magnetik. Ikatan dalam molekul adalah kovalen non-polar. Oksigen memiliki modifikasi alotropik - ozon(O3 ) – oksidator yang lebih kuat dari oksigen.

Sifat kimia: sebelum penyelesaian tingkat energi, oksigen membutuhkan 2 elektron, yang diterimanya menunjukkan keadaan oksidasi -2, tetapi dalam kombinasi dengan fluor, oksigen OF2 -2 dan O2F2 -1. Karena aktivitas kimianya, oksigen berinteraksi dengan hampir semua zat sederhana. Membentuk oksida dan peroksida dengan logam:

Oksigen tidak hanya bereaksi dengan platinum. Pada suhu tinggi dan tinggi, ia bereaksi dengan banyak non-logam:

Oksigen tidak berinteraksi langsung dengan halogen. Oksigen bereaksi dengan banyak zat kompleks:

Oksigen dicirikan oleh reaksi pembakaran:

Banyak zat organik terbakar dalam oksigen:

Ketika asetaldehida dioksidasi dengan oksigen, asam asetat diperoleh:

Resi: di laboratorium: 1) dengan elektrolisis larutan alkali berair: dalam hal ini, hidrogen dilepaskan di katoda, dan oksigen di anoda; 2) penguraian garam berthollet saat dipanaskan: 2KSlO3?2KSl + 3O2?; 3) diperoleh oksigen yang sangat murni : 2KMnO4?K2MnO4 + MnO2 + O2?.

Menemukan di alam: oksigen membentuk 47,2% dari massa kerak bumi. Dalam keadaan bebas, itu terkandung di udara atmosfer - 21%. Ini adalah bagian dari banyak mineral alami, sejumlah besar ditemukan dalam organisme tumbuhan dan hewan. Oksigen alami terdiri dari 3 isotop: O(16), O(17), O(18).

Aplikasi: digunakan dalam kimia, industri metalurgi, dalam pengobatan.

24. Ozon dan Sifatnya

Dalam keadaan padat, oksigen memiliki tiga modifikasi: ?-, ?- dan ?- modifikasi. Ozon ( O3 ) – salah satu modifikasi alotropik oksigen . Struktur molekul: ozon memiliki struktur molekul non-linier dengan sudut antar atom 117°. Molekul ozon memiliki polaritas tertentu (meskipun atom dari jenis yang sama yang membentuk molekul ozon), itu diamagnetik, karena tidak memiliki elektron yang tidak berpasangan.

Properti fisik: ozon adalah gas biru dengan bau khas; berat molekul = 48, titik leleh (padat) = 192,7 °C, titik didih = 111,9 °C. Ozon cair dan padat bersifat eksplosif, beracun, dan sangat larut dalam air: pada 0 °C, hingga 49 volume ozon larut dalam 100 volume air.

Sifat kimia: Ozon adalah oksidator kuat, mengoksidasi semua logam, termasuk emas - Au dan platinum - Pt (dan logam golongan platinum). Ozon bekerja pada pelat perak mengkilap, yang langsung ditutupi dengan peroksida perak hitam - Ag2O2; kertas yang dibasahi dengan penyalaan terpentin, senyawa belerang dari logam dioksidasi menjadi garam asam sulfat; banyak pewarna berubah warna; menghancurkan bahan organik - sementara molekul ozon membelah satu atom oksigen, dan ozon berubah menjadi oksigen biasa. Seperti kebanyakan non-logam, ia mengubah oksida yang lebih rendah menjadi yang lebih tinggi, dan sulfida logamnya menjadi sulfatnya:

Ozon mengoksidasi kalium iodida menjadi yodium molekul:

Tetapi dengan hidrogen peroksida H2O2, ozon bertindak sebagai zat pereduksi:

Secara kimiawi, molekul ozon tidak stabil - ozon dapat terurai secara spontan menjadi molekul oksigen:

Resi: Ozon diproduksi di ozonizers dengan melewatkan percikan listrik melalui oksigen atau udara. Pembentukan ozon dari oksigen:

Ozon dapat terbentuk selama oksidasi fosfor basah, zat resin. Detektor Ozon: untuk mengidentifikasi keberadaan ozon di udara, perlu mencelupkan selembar kertas yang direndam dalam larutan kalium iodida dan pasta kanji ke udara - jika selembar kertas telah membiru, itu berarti ozon ada di udara. udara. Menemukan di alam: Di atmosfer, ozon terbentuk selama pelepasan listrik. Aplikasi: Menjadi oksidator kuat, ozon menghancurkan berbagai jenis bakteri, oleh karena itu banyak digunakan untuk menjernihkan air dan mendisinfeksi udara, dan digunakan sebagai zat pemutih.

Mahahadir, mahakuasa, dan tidak terlihat - semuanya tentang dia. Itu juga tidak memiliki rasa atau bau. Sepertinya percakapan itu tentang sesuatu yang tidak ada sama sekali. Namun, zat ini ada, apalagi: tanpanya, umat manusia akan mati lemas. Karena itu, mungkin, Lavoisier segera menyebut gas ini "gas vital".

oksigen mahakuasa

Menurut orang-orang beragama, hanya Tuhan yang bisa mahahadir, mahakuasa dan sekaligus tidak terlihat. Faktanya, ketiga julukan ini dapat dikaitkan dengan unsur kimia dengan nomor atom 8 - oksigen. Jika tanaman tidak mengubah air dan karbon dioksida menjadi senyawa organik selama fotosintesis, dan proses ini tidak disertai dengan pelepasan oksigen terikat, maka, setelah kehabisan oksigen atmosfer dengan agak cepat, seluruh dunia hewan, termasuk manusia, akan segera mati lemas.

Oksigen ada di mana-mana: tidak hanya udara, air dan bumi, tetapi juga Anda dan saya, makanan, minuman, pakaian kita sebagian besar terdiri darinya; Sebagian besar zat di sekitar kita mengandung oksigen. Kekuatan oksigen sudah dimanifestasikan dalam kenyataan bahwa kita menghirupnya, dan bernafas adalah sinonim untuk kehidupan. Dan oksigen juga dapat dianggap mahakuasa karena unsur api yang kuat, sebagai suatu peraturan, sangat bergantung pada kandidat kita untuk ada di mana-mana dan mahakuasa.

Adapun julukan ketiga - "tidak terlihat", maka mungkin tidak perlu bukti. Dalam kondisi biasa, oksigen unsur tidak hanya tidak berwarna dan karena itu tidak terlihat, tetapi juga tidak terlihat, tidak terlihat oleh organ indera manapun. Benar, kekurangan, dan terlebih lagi kekurangan oksigen, akan kita rasakan seketika...

Penemuan: abad ke-18

Fakta bahwa oksigen tidak terlihat, tidak berasa, tidak berbau, berbentuk gas dalam kondisi biasa, menunda penemuannya untuk waktu yang lama. Banyak ilmuwan di masa lalu menduga bahwa ada zat dengan sifat yang, seperti yang kita ketahui sekarang, melekat pada oksigen.

Pembukaan oksigen (Bahasa inggris oksigen, Perancis oksigen, Jerman Sauerstoff) menandai awal periode modern dalam perkembangan kimia. Sejak zaman kuno, telah diketahui bahwa udara diperlukan untuk pembakaran, tetapi selama berabad-abad proses pembakaran tetap tidak dapat dipahami. Hanya di abad XVII. Mayow dan Boyle, independen satu sama lain, menyarankan bahwa ada beberapa zat di udara yang mendukung pembakaran.

Oksigen ditemukan hampir secara bersamaan dan independen satu sama lain oleh dua ahli kimia terkemuka pada paruh kedua abad ke-18, Carl Wilhelm Scheele dari Swedia dan Joseph Priestley dari Inggris. Scheele menerima oksigen lebih awal, tetapi risalahnya On Air and Fire, yang berisi informasi tentang oksigen, diterbitkan lebih lambat dari penemuan Priestley.

Yusuf
Pendeta

“1 Agustus 1774, saya mencoba mengekstrak udara dari skala merkuri dan menemukan bahwa udara dapat dengan mudah dikeluarkan darinya melalui lensa. Udara ini tidak diserap oleh air. Bayangkan keheranan saya ketika saya menemukan bahwa lilin menyala di udara ini dengan nyala api yang luar biasa terang. Saya mencoba dengan sia-sia untuk menemukan penjelasan untuk fenomena ini.

Namun tokoh utama dalam sejarah penemuan oksigen bukanlah Scheele atau Priestley. Mereka menemukan gas baru - dan tidak lebih. Friedrich Engels kemudian menulis tentang ini: “Keduanya tidak pernah tahu apa yang ada di tangan mereka. Elemen yang ditakdirkan untuk merevolusi kimia menghilang tanpa jejak di tangan mereka ... Oleh karena itu, tetap Lavoisier yang benar-benar menemukan oksigen, dan bukan keduanya yang hanya mendeskripsikan oksigen, bahkan tidak menebak apa yang mereka gambarkan.

Sebuah studi rinci tentang sifat-sifat oksigen dan perannya dalam proses pembakaran dan pembentukan oksida membawa Lavoisier ke kesimpulan yang salah bahwa gas ini adalah prinsip pembentuk asam. Pada tahun 1779, Lavoisier memperkenalkan nama oksigen oksigenium(dari Orang yunani"oksida" - "asam" dan "gennao" - saya melahirkan) - "melahirkan asam".

Elemen "Oksidatif"

Oksigen adalah gas tidak berwarna (dalam lapisan tebal - biru) tanpa rasa dan bau. Ini sedikit lebih berat dari udara dan sedikit larut dalam air. Ketika didinginkan hingga -183°C, oksigen berubah menjadi cairan biru bergerak, dan pada -219°C ia membeku.

Sebagaimana seharusnya untuk unsur yang menempati tempat di sudut kanan atas tabel periodik, oksigen adalah salah satu unsur non-logam yang paling aktif dan memiliki sifat pengoksidasi yang nyata. Jika boleh saya katakan demikian, hanya satu elemen, fluor, yang lebih mengoksidasi daripada oksigen. Itulah sebabnya tangki oksigen cair adalah aksesori yang diperlukan untuk sebagian besar mesin roket cair. Senyawa oksigen telah diperoleh bahkan dengan gas pasif kimia seperti xenon.

Untuk pengembangan reaksi aktif oksigen dengan zat yang paling sederhana dan kompleks, pemanasan diperlukan - untuk mengatasi penghalang potensial yang mencegah proses kimia. Dengan bantuan katalis yang mengurangi energi aktivasi, proses dapat berlangsung tanpa pemanasan, khususnya kombinasi oksigen dengan hidrogen.

Kekuatan pengoksidasi oksigen yang tinggi mendasari pembakaran semua jenis bahan bakar, termasuk bubuk mesiu, yang tidak memerlukan oksigen atmosfer untuk pembakaran: dalam proses pembakaran zat tersebut, oksigen dilepaskan dari dirinya sendiri.

Proses oksidasi lambat berbagai zat pada suhu biasa tidak kalah pentingnya bagi kehidupan daripada pembakaran untuk energi.

Oksidasi lambat zat makanan dalam tubuh kita adalah "basis energi" kehidupan. Kami mencatat secara sepintas bahwa tubuh kita tidak menggunakan oksigen yang dihirup dengan sangat ekonomis: di udara yang dihembuskan, oksigen kira-kira 16%. Kehangatan jerami yang membusuk adalah hasil dari oksidasi lambat bahan organik yang berasal dari tumbuhan. Oksidasi lambat pupuk kandang dan humus menghangatkan rumah kaca.

Aplikasi: "lautan energi"

Oksigen digunakan dalam praktek medis, dan tidak hanya dengan penyakit paru-paru dan jantung, saat sulit bernafas. Pemberian oksigen subkutan terbukti menjadi pengobatan yang efektif untuk penyakit serius seperti gangren, tromboflebitis, kaki gajah, dan tukak trofik.

Tidak kalah pentingnya untuk industri. Pengayaan udara dengan oksigen membuat banyak proses teknologi berbasis oksidasi lebih efisien, lebih cepat, lebih ekonomis. Dan sejauh ini, hampir semua energi panas didasarkan pada proses seperti itu. Mengubah besi menjadi baja juga tidak mungkin tanpa oksigen. Ini adalah oksigen yang "menghilangkan" kelebihan karbon dari besi cor. Pada saat yang sama, kualitas baja juga ditingkatkan. Butuh oksigen dan metalurgi non-ferrous. Oksigen cair berfungsi pengoksidasi propelan.

Ketika hidrogen dibakar dalam aliran oksigen, zat yang sangat biasa terbentuk - H 2 O. Tentu saja, untuk mendapatkan zat ini, seseorang tidak boleh terlibat dalam pembakaran hidrogen (yang, omong-omong, sering diperoleh dari air). Tujuan dari proses ini berbeda, akan menjadi jelas jika reaksi yang sama dituliskan secara lengkap, dengan mempertimbangkan tidak hanya produk kimia, tetapi juga energi yang dilepaskan selama reaksi: H 2 + 0,5 O 2 \u003d H 2 O +68317 kalori.

Hampir tujuh puluh kalori besar per gram-molekul! Jadi Anda tidak hanya bisa mendapatkan "lautan air", tetapi juga "lautan energi". Untuk ini, air diperoleh di mesin jet yang menggunakan hidrogen dan oksigen.

Reaksi yang sama digunakan untuk pengelasan dan pemotongan logam. Benar, di wilayah ini, hidrogen dapat digantikan oleh asetilen. Omong-omong, asetilena semakin diproduksi dalam skala besar justru dengan bantuan oksigen, dalam proses perengkahan termal-oksidatif: 6CH 4 + 4O 2 = C 2 H 2 + 8H 2 + ZCO + CO 2 + ZH 2 O .

Ini hanya salah satu contoh penggunaan oksigen dalam industri kimia. Oksigen diperlukan untuk produksi banyak zat (pikirkan saja asam nitrat), untuk gasifikasi batu bara, minyak, bahan bakar minyak ...

Setiap zat mudah terbakar berpori, misalnya, serbuk gergaji, yang diresapi dengan cairan dingin kebiruan - oksigen cair, menjadi bahan peledak. Zat seperti itu disebut oxyliquites dan, jika perlu, dapat menggantikan dinamit dalam pengembangan deposit bijih.

Produksi (dan konsumsi) oksigen dunia tahunan diukur dalam jutaan ton. Selain oksigen yang kita hirup.

Produksi oksigen

Upaya untuk menciptakan industri oksigen yang kurang lebih kuat dilakukan pada abad terakhir di banyak negara. Namun dari sebuah ide hingga implementasi teknis seringkali ada “jarak yang sangat jauh”...

Perkembangan industri oksigen yang sangat pesat dimulai setelah penemuan turboexpander oleh Akademisi P.L. Kapitsa dan penciptaan pabrik pemisahan udara yang kuat.

Cara termudah untuk mendapatkan oksigen adalah dari udara, karena udara bukan senyawa, dan tidak begitu sulit untuk memisahkan udara. Titik didih nitrogen dan oksigen berbeda (pada tekanan atmosfer) sebesar 12,8°C. Oleh karena itu, udara cair dapat dipisahkan menjadi komponen-komponen dalam kolom distilasi dengan cara yang sama seperti, misalnya, minyak dibagi. Tetapi untuk mengubah udara menjadi cair, ia harus didinginkan hingga minus 196°C. Kita dapat mengatakan bahwa masalah mendapatkan oksigen adalah masalah kedinginan.

Untuk mendapatkan dingin dengan bantuan udara biasa, yang terakhir harus dikompresi, dan kemudian dibiarkan mengembang dan pada saat yang sama membuatnya melakukan pekerjaan mekanis. Kemudian, sesuai dengan hukum fisika, udara harus didinginkan. Mesin yang melakukan ini disebut ekspander.

Untuk mendapatkan udara cair menggunakan piston expander, diperlukan tekanan orde 200 atmosfer. Efisiensi instalasi sedikit lebih tinggi daripada mesin uap. Pemasangannya ternyata ribet, ribet, mahal. Pada akhir tahun tiga puluhan, fisikawan Soviet Akademisi P.L. Kapitsa menyarankan untuk menggunakan turbin sebagai ekspander. Fitur utama turboexpander Kapitza adalah bahwa udara di dalamnya mengembang tidak hanya di peralatan nosel, tetapi juga pada bilah impeller. Dalam hal ini, gas bergerak dari pinggiran roda ke pusat, bekerja melawan gaya sentrifugal.

Turboexpander "membuat" dingin dengan udara yang dikompresi ke beberapa atmosfer saja. Energi yang dikeluarkan oleh udara yang mengembang tidak terbuang percuma, melainkan digunakan untuk memutar rotor generator arus listrik.

Pabrik pemisahan udara modern, di mana dingin diperoleh dengan bantuan turbo-ekspander, menyediakan industri, terutama metalurgi dan kimia, dengan ratusan ribu meter kubik oksigen gas.

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.

Isi artikel

OKSIGEN, O (oksigenium), unsur kimia dari subkelompok VIA dari Tabel Periodik Unsur: O, S, Se, Te, Po, adalah anggota dari keluarga chalcogen. Ini adalah unsur yang paling umum di alam, kandungannya di atmosfer bumi adalah 21% (vol.), di kerak bumi dalam bentuk senyawa sekitar. 50% (berat) dan di hidrosfer 88,8% (berat).

Oksigen sangat penting untuk kehidupan di bumi: hewan dan tumbuhan mengkonsumsi oksigen melalui respirasi, dan tumbuhan melepaskan oksigen melalui fotosintesis. Benda hidup mengandung oksigen terikat tidak hanya dalam cairan tubuh (sel darah, dll), tetapi juga dalam karbohidrat (gula, selulosa, pati, glikogen), lemak, dan protein. Tanah liat, batuan terdiri dari silikat dan senyawa anorganik yang mengandung oksigen lainnya, seperti oksida, hidroksida, karbonat, sulfat, dan nitrat.

Referensi sejarah.

Informasi pertama tentang oksigen diketahui di Eropa dari manuskrip Cina abad ke-8. Pada awal abad ke-16 Leonardo da Vinci menerbitkan data yang berkaitan dengan kimia oksigen, belum mengetahui bahwa oksigen adalah sebuah elemen. Reaksi adisi oksigen dijelaskan dalam karya ilmiah S. Gales (1731) dan P. Bayen (1774). Studi K. Scheele pada 1771-1773 tentang interaksi logam dan fosfor dengan oksigen patut mendapat perhatian khusus. J. Priestley melaporkan penemuan oksigen sebagai unsur pada tahun 1774, beberapa bulan setelah Bayen melaporkan reaksinya dengan udara. Nama oksigenium ("oksigen") diberikan kepada unsur ini tidak lama setelah penemuan Priestley, dan berasal dari kata Yunani untuk "penghasil asam"; ini karena kesalahpahaman bahwa oksigen ada di semua asam. Penjelasan tentang peran oksigen dalam proses respirasi dan pembakaran, bagaimanapun, milik A. Lavoisier (1777).

Struktur atom.

Setiap atom oksigen alami mengandung 8 proton dalam nukleus, tetapi jumlah neutron bisa 8, 9 atau 10. Yang paling umum dari tiga isotop oksigen (99,76%) adalah 16 8 O (8 proton dan 8 neutron). Kandungan isotop lain, 18 8 O (8 proton dan 10 neutron), hanya 0,2%. Isotop ini digunakan sebagai label atau untuk identifikasi molekul tertentu, serta untuk studi biokimia dan medis-kimia (metode untuk mempelajari jejak non-radioaktif). Isotop oksigen non-radioaktif ketiga 17 8 O (0,04%) mengandung 9 neutron dan memiliki nomor massa 17. Setelah massa isotop karbon 12 6 C diterima oleh Komisi Internasional sebagai massa atom standar pada tahun 1961, massa atom rata-rata tertimbang oksigen menjadi 15,9994. Sampai tahun 1961, ahli kimia menganggap satuan standar massa atom sebagai massa atom oksigen, yang diasumsikan 16.000 untuk campuran tiga isotop oksigen alami. Fisikawan mengambil nomor massa isotop oksigen 16 8 O sebagai satuan standar massa atom, oleh karena itu, menurut skala fisik, massa atom rata-rata oksigen adalah 16.0044.

Ada 8 elektron dalam atom oksigen, dengan 2 elektron di tingkat dalam dan 6 elektron di luar. Oleh karena itu, dalam reaksi kimia, oksigen dapat menerima dari donor hingga dua elektron, melengkapi kulit terluarnya hingga 8 elektron dan membentuk muatan negatif berlebih.

oksigen molekuler.

Seperti kebanyakan unsur lain, atom yang kekurangan 1-2 elektron untuk melengkapi kulit terluar dari 8 elektron, oksigen membentuk molekul diatomik. Proses ini melepaskan banyak energi (~490 kJ/mol) dan, oleh karena itu, jumlah energi yang sama harus dikeluarkan untuk proses kebalikan dari disosiasi molekul menjadi atom. Kekuatan ikatan O–O sangat tinggi sehingga pada 2300 °C hanya 1% molekul oksigen yang terdisosiasi menjadi atom. (Perlu dicatat bahwa dalam pembentukan molekul nitrogen N2, kekuatan ikatan N–N bahkan lebih tinggi, ~710 kJ/mol.)

Struktur elektronik.

Dalam struktur elektronik molekul oksigen, seperti yang mungkin diharapkan, distribusi elektron oleh oktet di sekitar setiap atom tidak terwujud, tetapi ada elektron yang tidak berpasangan, dan oksigen menunjukkan sifat khas dari struktur seperti itu (misalnya, berinteraksi dengan medan magnet, menjadi paramagnet).

Reaksi.

Dalam kondisi yang sesuai, oksigen molekuler bereaksi dengan hampir semua elemen kecuali gas mulia. Namun, dalam kondisi ruangan, hanya elemen yang paling aktif yang bereaksi dengan oksigen lebih cepat. Kemungkinan sebagian besar reaksi hanya berlangsung setelah disosiasi oksigen menjadi atom, dan disosiasi hanya terjadi pada suhu yang sangat tinggi. Namun, katalis atau zat lain dalam sistem reaksi dapat meningkatkan disosiasi O 2 . Diketahui bahwa logam alkali (Li, Na, K) dan alkali tanah (Ca, Sr, Ba) bereaksi dengan molekul oksigen membentuk peroksida:

Penerimaan dan aplikasi.

Karena adanya oksigen bebas di atmosfer, metode ekstraksi yang paling efektif adalah pencairan udara, dari mana kotoran, CO 2 , debu, dll. dihilangkan. metode kimia dan fisika. Proses siklik meliputi kompresi, pendinginan dan ekspansi, yang mengarah pada pencairan udara. Dengan kenaikan suhu yang lambat (distilasi fraksional), udara cair menguapkan gas mulia pertama (yang paling sulit untuk dicairkan), kemudian nitrogen, dan oksigen cair tetap ada. Akibatnya, oksigen cair mengandung jejak gas mulia dan persentase nitrogen yang relatif tinggi. Untuk banyak aplikasi, kotoran ini tidak mengganggu. Namun, untuk mendapatkan oksigen dengan kemurnian tinggi, proses distilasi harus diulang. Oksigen disimpan dalam tangki dan silinder. Ini digunakan dalam jumlah besar sebagai pengoksidasi untuk minyak tanah dan bahan bakar lainnya di roket dan pesawat ruang angkasa. Industri baja menggunakan gas oksigen untuk meniup besi melalui proses Bessemer untuk menghilangkan kotoran C, S dan P dengan cepat dan efisien. Ledakan oksigen menghasilkan baja lebih cepat dan lebih baik daripada semburan udara. Oksigen juga digunakan untuk pengelasan dan pemotongan logam (api oxy-acetylene). Oksigen juga digunakan dalam pengobatan, misalnya, untuk memperkaya lingkungan pernapasan pasien dengan kesulitan bernapas. Oksigen dapat diperoleh dengan berbagai metode kimia, dan beberapa di antaranya digunakan untuk memperoleh sejumlah kecil oksigen murni dalam praktik laboratorium.

Elektrolisa.

Salah satu cara untuk memperoleh oksigen adalah dengan elektrolisis air yang mengandung sedikit penambahan NaOH atau H 2 SO 4 sebagai katalis : 2H 2 O ® 2H 2 + O 2. Dalam hal ini, pengotor kecil hidrogen terbentuk. Dengan bantuan perangkat pelepasan, jejak hidrogen dalam campuran gas diubah lagi menjadi air, yang uapnya dihilangkan dengan pembekuan atau adsorpsi.

Disosiasi termal.

Metode laboratorium yang penting untuk memperoleh oksigen, diusulkan oleh J. Priestley, adalah dekomposisi termal oksida logam berat: 2HgO ® 2Hg + O 2 . Untuk ini, Priestley memfokuskan sinar matahari pada bubuk oksida merkuri. Metode laboratorium yang terkenal juga merupakan disosiasi termal oksosalt, misalnya, kalium klorat dengan adanya katalis - mangan dioksida:

Mangan dioksida, ditambahkan dalam jumlah kecil sebelum kalsinasi, memungkinkan untuk mempertahankan suhu dan laju disosiasi yang diperlukan, dan MnO 2 itu sendiri tidak berubah selama proses.

Metode dekomposisi termal nitrat juga digunakan:

serta peroksida dari beberapa logam aktif, misalnya:

2BaO 2 ® 2BaO + O 2

Metode terakhir pada suatu waktu banyak digunakan untuk mengekstrak oksigen dari atmosfer dan terdiri dari pemanasan BaO di udara sampai BaO 2 terbentuk, diikuti dengan dekomposisi termal peroksida. Metode dekomposisi termal mempertahankan pentingnya untuk produksi hidrogen peroksida.

BEBERAPA SIFAT FISIK OKSIGEN
nomor atom	8
Massa atom	15,9994
Titik leleh, °С	–218,4
Titik didih, °C	–183,0
Kepadatan
padat, g / cm 3 (at t tolong)	1,27
cair g / cm 3 (at t tidur)	1,14
gas, g / dm 3 (pada 0 ° C)	1,429
relatif terhadap udara	1,105
kritis a, g / cm 3	0,430
Suhu kritis a, °С	–118,8
Tekanan kritis a, atm	49,7
Kelarutan, cm3/100 ml pelarut
dalam air (0 °C)	4,89
dalam air (100 °C)	1,7
dalam alkohol (25 ° C)	2,78
Jari-jari,	0,74
kovalen	0,66
ionik (O 2–)	1,40
Potensi ionisasi, V
pertama	13,614
kedua	35,146
Keelektronegatifan (F=4)	3,5
a.Suhu dan tekanan di mana massa jenis gas dan cairan adalah sama.

properti fisik.

Oksigen dalam kondisi normal adalah gas yang tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa. Oksigen cair memiliki warna biru pucat. Oksigen padat ada dalam setidaknya tiga modifikasi kristal. Gas oksigen larut dalam air dan mungkin membentuk senyawa yang tidak stabil seperti O 2 H H 2 O, dan mungkin O 2 H 2H 2 O.

Sifat kimia.

Seperti yang telah disebutkan, aktivitas kimia oksigen ditentukan oleh kemampuannya untuk berdisosiasi menjadi atom O, yang sangat reaktif. Hanya logam dan mineral paling aktif yang bereaksi dengan O 2 pada kecepatan tinggi pada suhu rendah. Alkali (subkelompok IA) yang paling aktif dan beberapa logam alkali tanah (subkelompok IIA) membentuk peroksida seperti NaO 2 dan BaO 2 dengan O 2 . Unsur dan senyawa lain hanya bereaksi dengan produk disosiasi O 2 . Dalam kondisi yang sesuai, semua unsur, kecuali gas mulia dan logam Pt, Ag, Au, bereaksi dengan oksigen. Logam-logam ini juga membentuk oksida, tetapi dalam kondisi khusus.

Struktur elektronik oksigen (1s 2 2s 2 2p 4) sedemikian rupa sehingga atom O menerima dua elektron ke tingkat terluar untuk membentuk kulit elektron terluar yang stabil, membentuk ion O 2–. Dalam oksida logam alkali, sebagian besar ikatan ion terbentuk. Dapat diasumsikan bahwa elektron dari logam-logam ini hampir seluruhnya tertarik pada oksigen. Dalam oksida dari logam dan non-logam yang kurang aktif, transisi elektron tidak lengkap, dan kerapatan muatan negatif pada oksigen kurang jelas, sehingga ikatannya kurang ionik atau lebih kovalen.

Selama oksidasi logam dengan oksigen, panas dilepaskan, yang besarnya berkorelasi dengan kekuatan ikatan M–O. Selama oksidasi beberapa non-logam, panas diserap, yang menunjukkan ikatannya yang lebih lemah dengan oksigen. Oksida-oksida tersebut secara termal tidak stabil (atau kurang stabil dibandingkan oksida yang terikat secara ionik) dan seringkali sangat reaktif. Tabel menunjukkan perbandingan nilai entalpi pembentukan oksida dari logam yang paling khas, logam transisi dan non-logam, elemen subkelompok A- dan B (tanda minus berarti pelepasan panas).

Beberapa kesimpulan umum dapat ditarik tentang sifat-sifat oksida:

1. Titik leleh oksida logam alkali menurun dengan meningkatnya jari-jari atom logam; Jadi, t pl (Cs 2 O) t pl (Na 2 O). Oksida yang didominasi oleh ikatan ionik memiliki titik leleh yang lebih tinggi daripada titik leleh oksida kovalen: t pl (Na 2 O) > t pl (SO 2).

2. Oksida logam reaktif (subkelompok IA–IIIA) lebih stabil secara termal daripada oksida logam transisi dan nonlogam. Oksida logam berat dalam keadaan oksidasi tertinggi selama disosiasi termal membentuk oksida dengan bilangan oksidasi yang lebih rendah (misalnya, 2Hg 2+ O ® (Hg +) 2 O + 0.5O 2 ® 2Hg 0 + O 2). Oksida seperti itu dalam keadaan oksidasi tinggi dapat menjadi pengoksidasi yang baik.

3. Logam yang paling aktif berinteraksi dengan oksigen molekuler pada suhu tinggi untuk membentuk peroksida:

Sr + O 2 ® SrO 2 .

4. Oksida dari logam aktif membentuk larutan tidak berwarna, sedangkan oksida dari sebagian besar logam transisi berwarna dan praktis tidak larut. Larutan berair dari oksida logam menunjukkan sifat dasar dan merupakan hidroksida yang mengandung gugus OH, sedangkan oksida nonlogam dalam larutan berair membentuk asam yang mengandung ion H +.

5. Logam dan nonlogam dari subgugus A membentuk oksida dengan bilangan oksidasi sesuai dengan nomor golongannya, misalnya Na, Be dan B membentuk Na 1 2 O, Be II O dan B 2 III O 3, dan non- logam IVA-VIIA dari subgrup C, N , S, Cl membentuk C IV O 2 , N V 2 O 5 , S VI O 3 , Cl VII 2 O 7 . Nomor golongan suatu unsur hanya berkorelasi dengan bilangan oksidasi maksimum, karena oksida dengan bilangan oksidasi yang lebih rendah dari unsur-unsur juga dimungkinkan. Dalam proses pembakaran senyawa, oksida adalah produk khas, misalnya:

2H 2 S + 3O 2 ® 2SO 2 + 2H 2 O

Zat yang mengandung karbon dan hidrokarbon dioksidasi (dibakar) menjadi CO 2 dan H 2 O ketika sedikit dipanaskan Contoh zat tersebut adalah bahan bakar - kayu, minyak, alkohol (serta karbon - batu bara, kokas dan arang). Panas dari proses pembakaran dimanfaatkan untuk produksi uap (kemudian listrik atau untuk pembangkit listrik), serta untuk pemanas rumah. Persamaan umum untuk proses pembakaran adalah:

a) kayu (selulosa):

(C6H10O5) n + 6n O 2 ® 6 n CO2+5 n H 2 O + energi panas

b) minyak atau gas (bensin C 8 H 18 atau gas alam CH 4):

2C 8 H 18 + 25O 2 ® 16CO 2 + 18H 2 O + energi panas

CH 4 + 2O 2 ® CO 2 + 2H 2 O + energi panas

C 2 H 5 OH + 3O 2 ® 2CO 2 + 3H 2 O + energi panas

d) karbon (batu atau arang, kokas):

2C + O 2 ® 2CO + energi panas

2CO + O 2 ® 2CO 2 + energi panas

Sejumlah senyawa yang mengandung C-, H-, N-, O dengan cadangan energi tinggi juga dapat mengalami pembakaran. Oksigen untuk oksidasi dapat digunakan tidak hanya dari atmosfer (seperti pada reaksi sebelumnya), tetapi juga dari zat itu sendiri. Untuk memulai reaksi, aktivasi sedikit reaksi, seperti pukulan atau goyangan, sudah cukup. Dalam reaksi ini, oksida juga merupakan produk pembakaran, tetapi semuanya berbentuk gas dan mengembang dengan cepat pada suhu akhir proses yang tinggi. Oleh karena itu, zat tersebut bersifat eksplosif. Contoh bahan peledak adalah trinitrogliserin (atau nitrogliserin) C 3 H 5 (NO 3) 3 dan trinitrotoluena (atau TNT) C 7 H 5 (NO 2) 3 .

Oksida logam atau non-logam dengan bilangan oksidasi yang lebih rendah dari suatu unsur bereaksi dengan oksigen untuk membentuk oksida dengan bilangan oksidasi tinggi dari unsur ini:

Oksida alam, diperoleh dari bijih atau disintesis, berfungsi sebagai bahan baku untuk produksi banyak logam penting, misalnya, besi dari Fe 2 O 3 (hematit) dan Fe 3 O 4 (magnetit), aluminium dari Al 2 O 3 (alumina ), magnesium dari MgO (magnesia). Oksida logam ringan digunakan dalam industri kimia untuk menghasilkan alkali atau basa. Kalium peroksida KO 2 menemukan penggunaan yang tidak biasa, karena dengan adanya uap air dan sebagai hasil reaksi dengannya, ia melepaskan oksigen. Oleh karena itu, KO 2 digunakan dalam respirator untuk menghasilkan oksigen. Kelembaban dari udara yang dihembuskan melepaskan oksigen di respirator, dan KOH menyerap CO 2 . Produksi CaO oksida dan kalsium hidroksida Ca(OH) 2 merupakan produksi skala besar dalam teknologi keramik dan semen.

Air (hidrogen oksida).

Pentingnya air H 2 O baik dalam praktek laboratorium untuk reaksi kimia dan dalam proses kehidupan memerlukan pertimbangan khusus dari zat ini AIR, ES DAN UAP) . Seperti telah disebutkan, dalam interaksi langsung oksigen dan hidrogen di bawah kondisi, misalnya, pelepasan percikan, ledakan dan pembentukan air terjadi, dengan pelepasan 143 kJ/(mol H 2 O).

Molekul air memiliki struktur hampir tetrahedral, sudut H–O–H adalah 104° 30°. Ikatan dalam molekul sebagian ionik (30%) dan sebagian kovalen dengan kepadatan tinggi muatan negatif untuk oksigen dan, dengan demikian, muatan positif untuk hidrogen:

Karena kekuatan ikatan H–O yang tinggi, hidrogen hampir tidak dapat dipisahkan dari oksigen, dan air menunjukkan sifat asam yang sangat lemah. Banyak sifat air ditentukan oleh distribusi muatan. Misalnya, molekul air membentuk hidrat dengan ion logam:

Air memberikan satu pasangan elektron ke akseptor, yang dapat berupa H +:

Oksoanion dan oksokasi

- partikel yang mengandung oksigen yang memiliki muatan negatif residu (oksoanion) atau muatan positif residu (oksokasi). Ion O2– memiliki afinitas tinggi (reaktivitas tinggi) untuk partikel bermuatan positif tipe H+. Perwakilan paling sederhana dari oksoanion stabil adalah ion hidroksida OH-. Ini menjelaskan ketidakstabilan atom dengan kerapatan muatan tinggi dan stabilisasi parsialnya sebagai akibat dari penambahan partikel dengan muatan positif. Oleh karena itu, ketika logam aktif (atau oksidanya) bekerja pada air, OH terbentuk, dan bukan O 2–:

2Na + 2H 2 O ® 2Na + + 2OH - + H 2

Na 2 O + H 2 O ® 2Na + + 2OH -

Oksoanion yang lebih kompleks terbentuk dari oksigen dengan ion logam atau partikel non-logam yang memiliki muatan positif besar, sehingga menghasilkan partikel bermuatan rendah yang lebih stabil, misalnya:

°C terbentuk padatan berwarna ungu tua. Ozon cair sedikit larut dalam oksigen cair, dan 49 cm 3 O 3 larut dalam 100 g air pada 0 ° C. Dalam hal sifat kimia, ozon jauh lebih aktif daripada oksigen, dan dalam hal sifat pengoksidasi, ozon adalah yang kedua setelah O, F 2 dan OF 2 (oksigen difluorida). Oksidasi normal menghasilkan oksida dan molekul oksigen O 2 . Di bawah aksi ozon pada logam aktif dalam kondisi khusus, ozonida dengan komposisi K + O 3 - terbentuk. Ozon diperoleh dalam industri untuk tujuan khusus, itu adalah desinfektan yang baik dan digunakan untuk memurnikan air dan sebagai pemutih, memperbaiki kondisi atmosfer dalam sistem tertutup, mendisinfeksi benda dan makanan, mempercepat pematangan biji-bijian dan buah-buahan. Di laboratorium kimia, ozonator sering digunakan untuk menghasilkan ozon, yang diperlukan untuk beberapa metode analisis dan sintesis kimia. Karet mudah hancur bahkan di bawah pengaruh konsentrasi ozon yang rendah. Di beberapa kota industri, konsentrasi ozon yang signifikan di udara menyebabkan produk karet cepat rusak jika tidak dilindungi dengan antioksidan. Ozon sangat beracun. Menghirup udara secara konstan bahkan dengan konsentrasi ozon yang sangat rendah menyebabkan sakit kepala, mual dan kondisi tidak menyenangkan lainnya.

OKSIGEN, O (a. oksigen; dan. Sauerstoff; f. oxygene; dan. oxygeno), adalah unsur kimia Golongan VI dari sistem periodik Mendeleev, nomor atom 8, massa atom 15.9994. Di alam, ia terdiri dari tiga isotop stabil: 16 O (99,754%), 17 O (0,0374%), 18 O (0,2039%). Itu ditemukan secara independen oleh ahli kimia Swedia K. V. Scheele (1770) dan penjelajah Inggris J. Priestley (1774). Pada tahun 1775, ahli kimia Perancis A. Lavoisier menemukan bahwa udara terdiri dari dua gas, oksigen dan nitrogen, dan memberikan yang pertama namanya.

Lebih dari 99,9% oksigen Bumi berada dalam keadaan terikat. Oksigen adalah faktor utama yang mengatur distribusi unsur-unsur dalam skala planet. Isinya secara alami berkurang dengan kedalaman. Jumlah oksigen dalam batuan beku bervariasi dari 49% di batuan vulkanik asam hingga 38-42% di dunit dan kimberlite. Kandungan oksigen dalam batuan metamorf sesuai dengan kedalaman pembentukannya: dari 44% di eklogit hingga 48% di sekis kristal. Oksigen maksimum dalam batuan sedimen adalah 49-51%. Ketika sedimen mereda, dehidrasi dan reduksi parsial besi oksida terjadi, disertai dengan penurunan jumlah oksigen dalam batuan. Ketika batuan naik dari kedalaman ke kondisi dekat permukaan, proses perubahannya dimulai dengan masuknya air dan karbon dioksida, dan kandungan oksigen meningkat. Peran luar biasa dalam proses geokimia dimainkan oleh oksigen bebas, yang nilainya ditentukan oleh aktivitas kimianya yang tinggi, kemampuan migrasi yang tinggi, dan kandungan yang konstan dan relatif tinggi di biosfer, di mana ia tidak hanya dikonsumsi, tetapi juga direproduksi.

oksigen bebas

Dipercaya bahwa oksigen bebas muncul di Proterozoikum sebagai hasil fotosintesis. Dalam proses hipergen, oksigen adalah salah satu agen utama; itu mengoksidasi hidrogen sulfida dan oksida yang lebih rendah. Oksigen menentukan perilaku banyak elemen: oksigen meningkatkan kemampuan migrasi kalkofil, mengoksidasi sulfida menjadi sulfat bergerak, mengurangi mobilitas besi dan, mengendapkannya dalam bentuk hidroksida dan dengan demikian menyebabkan pemisahannya, dll. Di perairan laut, oksigen perubahan konten: di musim panas, laut memberikan oksigen ke atmosfer, menyerapnya di musim dingin. Daerah kutub diperkaya dengan oksigen. Senyawa oksigen dan karbon dioksida sangat penting secara geokimia.

Komposisi isotop utama oksigen Bumi berhubungan dengan komposisi isotop meteorit dan batuan ultrabasa (18O = 5,9-6,4%). Proses sedimentasi menyebabkan fraksinasi isotop antara sedimen dan air dan penipisan oksigen berat di perairan laut. Oksigen atmosfer habis 18 O dibandingkan dengan oksigen laut, yang diambil sebagai standar. Batuan alkali, granit, batuan metamorf dan batuan sedimen diperkaya dengan oksigen berat. Variasi komposisi isotop dalam objek terestrial ditentukan terutama oleh suhu proses. Ini adalah dasar untuk termometri isotop pembentukan karbonat dan proses geokimia lainnya.

Mendapatkan oksigen

Metode industri utama untuk memperoleh oksigen adalah pemisahan udara dengan pendinginan dalam. Sebagai produk sampingan, oksigen diperoleh dari elektrolisis air. Sebuah metode telah dikembangkan untuk memproduksi oksigen dengan metode difusi selektif gas melalui saringan molekuler.

oksigen gas

Oksigen gas digunakan dalam metalurgi untuk intensifikasi proses blast-furnace dan peleburan baja, untuk peleburan logam non-ferrous dalam tungku, untuk menghilangkan matte, dll. (lebih dari 60% oksigen yang dikonsumsi); sebagai agen pengoksidasi di banyak industri kimia; dalam teknologi - saat mengelas dan memotong logam; di bawah tanah gasifikasi batubara, dll; ozon - dalam sterilisasi air makanan dan desinfeksi tempat. Oksigen cair digunakan sebagai zat pengoksidasi untuk bahan bakar roket.