O oxigênio é o elemento químico mais abundante do planeta. Sua fração de massa na crosta terrestre é de 47,3%, sua fração de volume na atmosfera é de 20,95% e sua fração de massa em organismos vivos é de cerca de 65%. O que é esse gás e quais propriedades físicas e químicas o oxigênio possui?

Oxigênio: informações gerais

O oxigênio é um não metal que em condições normais não tem cor, sabor ou cheiro.

Arroz. 1. Fórmula do oxigênio.

Em quase todos os compostos, exceto nos compostos com flúor e peróxidos, exibe uma valência constante II e um estado de oxidação de -2. O átomo de oxigênio não possui estados excitados, pois não há orbitais livres no segundo nível externo. Como uma substância simples, o oxigênio existe na forma de duas modificações alotrópicas - gases oxigênio O 2 e ozônio O 3.

sob certas condições, o oxigênio pode estar no estado líquido ou sólido. eles, ao contrário dos gases, têm uma cor: líquido - azul claro e o oxigênio sólido tem um tom azul claro.

Arroz. 2. Oxigênio sólido.

O oxigênio na indústria é obtido pela liquefação do ar, seguida da separação do nitrogênio devido à sua evaporação (há diferença de pontos de ebulição: -183 graus para oxigênio líquido e -196 graus para nitrogênio líquido).

Propriedades químicas da interação com o oxigênio

O oxigênio é um não metal ativo. O oxigênio é capaz de reagir com todos os elementos, exceto neon, hélio e argônio. geralmente as reações deste gás com outras substâncias são exotérmicas. O processo de oxidação, que ocorre com a liberação simultânea de energia na forma de calor e luz, é chamado de combustão. É muito importante usar compostos orgânicos, em particular alcanos, como combustível, pois uma grande quantidade de calor é liberada durante a reação de combustão dos radicais livres:

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

Com não-metais, o oxigênio geralmente reage quando aquecido, formando um óxido. Assim, a reação com o nitrogênio começa apenas em temperaturas acima de 1200 graus ou em uma descarga elétrica:

O oxigênio também reage com metais:

3Fe + 2O 2 \u003d Fe 3 O 4 (como resultado da reação, um composto é formado - óxido de ferro)

Na natureza, existe um agente oxidante ainda mais forte que o oxigênio, este é o ozônio. É capaz de oxidar ouro e platina. Sob condições naturais, o ozônio é formado a partir do oxigênio atmosférico durante descargas atmosféricas e no laboratório - passando uma descarga elétrica através do oxigênio: 3O 2 \u003d 2O 3 - 285 kJ (reação endotérmica)

Arroz. 3. Ozônio.

O composto mais significativo de oxigênio é a água. Cerca de 71% da superfície da Terra é ocupada por uma concha de água. As moléculas de água de canto são polares, cada uma delas forma quatro ligações de hidrogênio: duas como doadoras de prótons e duas como aceptoras de prótons. Formam-se associados (H 2 O)x, onde x varia de 2 a 5. O vapor de água contém (H 2 O) 2 dímeros, e em fases condensadas, uma molécula de água pode estar em um ambiente tetraédrico de quatro outras moléculas. se as moléculas de água não estivessem associadas, seu ponto de ebulição não seria 100 graus, mas cerca de 80 graus .. Total de classificações recebidas: 104.

Ministério da Educação e Ciência da Federação Russa

"OXIGÊNIO"

Concluído:

Verificado:

Características gerais do oxigênio.

OXIGÊNIO (lat. Oxigênio), O (leia-se "o"), elemento químico com número atômico 8, massa atômica 15,9994. Na tabela periódica de elementos de Mendeleev, o oxigênio está localizado no segundo período no grupo VIA.

O oxigênio natural consiste em uma mistura de três nuclídeos estáveis ​​com números de massa 16 (domina na mistura, é 99,759% em massa), 17 (0,037%) e 18 (0,204%). O raio do átomo de oxigênio neutro é 0,066 nm. A configuração da camada eletrônica externa do átomo de oxigênio neutro não excitado é 2s2р4. As energias de ionização sequencial do átomo de oxigênio são 13,61819 e 35,118 eV, a afinidade eletrônica é 1,467 eV. O raio do íon O 2 está em diferentes números de coordenação de 0,121 nm (número de coordenação 2) a 0,128 nm (número de coordenação 8). Em compostos, exibe um estado de oxidação de -2 (valência II) e, menos comumente, -1 (valência I). De acordo com a escala de Pauling, a eletronegatividade do oxigênio é de 3,5 (segundo lugar entre os não metais depois do flúor).

Na sua forma livre, o oxigênio é um gás incolor, inodoro e insípido.

Características da estrutura da molécula de O 2: o oxigênio atmosférico consiste em moléculas diatômicas. A distância interatômica na molécula de O 2 é 0,12074 nm. O oxigênio molecular (gasoso e líquido) é uma substância paramagnética, cada molécula de O 2 possui 2 elétrons desemparelhados. Este fato pode ser explicado pelo fato de que cada um dos dois orbitais antiligantes na molécula contém um elétron desemparelhado.

A energia de dissociação da molécula de O 2 em átomos é bastante alta e chega a 493,57 kJ/mol.

Propriedades físicas e químicas

Propriedades físicas e químicas: na forma livre ocorre na forma de duas modificações de O 2 (oxigênio “comum”) e O 3 (ozônio). O 2 é um gás incolor e inodoro. Em condições normais, a densidade do gás oxigênio é 1,42897 kg/m3. O ponto de ebulição do oxigênio líquido (o líquido é azul) é -182,9°C. Em temperaturas de –218,7°C a –229,4°C há oxigênio sólido com uma rede cúbica (-modificação), em temperaturas de –229,4°C a –249,3°C - uma modificação com uma rede hexagonal e em temperaturas abaixo de -249,3 ° C - cúbico - modificação. Outras modificações de oxigênio sólido também foram obtidas em pressão elevada e temperaturas baixas.

A 20°C, a solubilidade do gás O 2 é: 3,1 ml por 100 ml de água, 22 ml por 100 ml de etanol, 23,1 ml por 100 ml de acetona. Existem líquidos orgânicos contendo flúor (por exemplo, perfluorobutiltetrahidrofurano) nos quais a solubilidade do oxigênio é muito maior.

A alta força da ligação química entre os átomos na molécula de O2 leva ao fato de que, à temperatura ambiente, o oxigênio gasoso é bastante inativo quimicamente. Na natureza, lentamente entra em transformações durante os processos de decomposição. Além disso, o oxigênio à temperatura ambiente é capaz de reagir com a hemoglobina do sangue (mais precisamente, com o ferro heme II), o que garante a transferência de oxigênio do sistema respiratório para outros órgãos.

O oxigênio interage com muitas substâncias sem aquecimento, por exemplo, com metais alcalinos e alcalino-terrosos (óxidos correspondentes como Li 2 O, CaO, etc., peróxidos como Na 2 O2, BaO 2, etc. e superóxidos como KO 2, RbO 2 são formados) etc.), provoca a formação de ferrugem na superfície dos produtos de aço. Sem aquecimento, o oxigênio reage com o fósforo branco, com alguns aldeídos e outras substâncias orgânicas.

Quando aquecido, mesmo que um pouco, a atividade química do oxigênio aumenta drasticamente. Quando inflamado, reage com uma explosão com hidrogênio, metano, outros gases combustíveis, com um grande número de substâncias simples e complexas. Sabe-se que quando aquecido em uma atmosfera de oxigênio ou no ar, muitas substâncias simples e complexas queimam e vários óxidos são formados, por exemplo:

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

4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O; 2H 2 S + 3O 2 \u003d 2H 2 O + 2SO 2

Se uma mistura de oxigênio e hidrogênio é armazenada em um recipiente de vidro à temperatura ambiente, então a reação exotérmica de formação de água

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

procede extremamente lentamente; pelo cálculo, as primeiras gotas de água devem aparecer na embarcação em cerca de um milhão de anos. Mas quando a platina ou o paládio (que desempenham o papel de catalisador) é introduzido em um recipiente com uma mistura desses gases, assim como quando inflamado, a reação prossegue com uma explosão.

O oxigênio reage com o nitrogênio N 2 em alta temperatura (cerca de 1500-2000°C) ou passando uma descarga elétrica através de uma mistura de nitrogênio e oxigênio. Nestas condições, o óxido nítrico (II) é formado reversivelmente:

N 2 + O 2 \u003d 2 NÃO

O NO resultante então reage com o oxigênio para formar um gás marrom (dióxido de nitrogênio):

2NO + O2 = 2NO2

De não metais, o oxigênio em nenhuma circunstância interage diretamente com halogênios, de metais - com metais nobres prata, ouro, platina, etc.

Compostos binários de oxigênio, nos quais o estado de oxidação dos átomos de oxigênio é -2, são chamados de óxidos (o primeiro nome é óxidos). Exemplos de óxidos: monóxido de carbono (IV) CO 2, óxido de enxofre (VI) SO 3, óxido de cobre (I) Cu 2 O, óxido de alumínio Al 2 O 3, óxido de manganês (VII) Mn 2 O 7.

O oxigênio também forma compostos em que seu estado de oxidação é -1. São peróxidos (o antigo nome é peróxidos), por exemplo, peróxido de hidrogênio H 2 O 2, peróxido de bário BaO 2, peróxido de sódio Na 2 O 2 e outros. Esses compostos contêm um grupo peróxido - O - O -. Com metais alcalinos ativos, por exemplo, com potássio, o oxigênio também pode formar superóxidos, por exemplo, KO 2 (superóxido de potássio), RbO 2 (superóxido de rubídio). Nos superóxidos, o estado de oxidação do oxigênio é –1/2. Pode-se notar que as fórmulas de superóxido são frequentemente escritas como K 2 O 4 , Rb 2 O 4 , etc.

Com o flúor não metálico mais ativo, o oxigênio forma compostos em estados de oxidação positivos. Assim, no composto O 2 F 2, o estado de oxidação do oxigênio é +1, e no composto O 2 F - +2. Esses compostos não pertencem aos óxidos, mas aos fluoretos. Os fluoretos de oxigênio podem ser sintetizados apenas indiretamente, por exemplo, agindo com flúor F 2 em soluções aquosas diluídas de KOH.

Histórico de descobertas

A história da descoberta do oxigênio, como o nitrogênio, está ligada ao estudo do ar atmosférico que durou vários séculos. O fato de que o ar não é de natureza homogênea, mas inclui partes, uma das quais suporta a combustão e a respiração, e a outra não, foi conhecido no século VIII pelo alquimista chinês Mao Hoa, e mais tarde na Europa por Leonardo da Vinci . Em 1665, o naturalista inglês R. Hooke escreveu que o ar consiste em um gás contido no salitre, além de um gás inativo, que compõe a maior parte do ar. O fato de o ar conter um elemento que sustenta a vida era conhecido por muitos químicos no século XVIII. O farmacêutico e químico sueco Karl Scheele começou a estudar a composição do ar em 1768. Durante três anos, ele decompôs salitre (KNO 3 , NaNO 3) e outras substâncias por aquecimento e recebeu "ar ardente" que sustentava a respiração e a combustão. Mas Scheele publicou os resultados de seus experimentos apenas em 1777 no livro “Chemical Treatise on Air and Fire”. Em 1774, o padre e naturalista inglês J. Priestley obteve um gás de apoio à combustão aquecendo "mercúrio queimado" (óxido de mercúrio HgO). Enquanto estava em Paris, Priestley, que não sabia que o gás que recebeu era parte do ar, relatou sua descoberta a A. Lavoisier e outros cientistas. Por esta altura, o azoto também foi descoberto. Em 1775, Lavoisier chegou à conclusão de que o ar comum consiste em dois gases - um gás necessário para respirar e sustentar a combustão, e um gás de "natureza oposta" - nitrogênio. Lavoisier chamou o gás oxigênio de suporte à combustão - "formando ácidos" (do grego oxys - azedo e gennao - eu dou à luz; daí o nome russo "oxigênio"), pois ele acreditava que todos os ácidos continham oxigênio. Há muito se sabe que os ácidos podem conter oxigênio e anóxicos, mas o nome dado ao elemento por Lavoisier permaneceu inalterado. Por quase um século e meio, 1/16 da massa de um átomo de oxigênio serviu como unidade para comparar as massas de vários átomos entre si e foi usado na caracterização numérica das massas dos átomos de vários elementos (o -chamada escala de oxigênio de massas atômicas).

Ocorrência na natureza: o oxigênio é o elemento mais comum na Terra, sua participação (como parte de vários compostos, principalmente silicatos), responde por cerca de 47,4% da massa da crosta terrestre sólida. O mar e as águas doces contêm uma enorme quantidade de oxigênio ligado - 88,8% (em massa), na atmosfera o conteúdo de oxigênio livre é de 20,95% (em volume). O elemento oxigênio faz parte de mais de 1500 compostos da crosta terrestre.

Recibo:

Atualmente, o oxigênio na indústria é obtido por separação do ar a baixas temperaturas. Primeiro, o ar é comprimido pelo compressor, enquanto o ar é aquecido. O gás comprimido é resfriado até a temperatura ambiente e depois expandido livremente. À medida que o gás se expande, a temperatura cai drasticamente. O ar resfriado, cuja temperatura é várias dezenas de graus abaixo da temperatura ambiente, é novamente submetido à compressão de 10 a 15 MPa. Em seguida, o calor liberado é novamente retirado. Após vários ciclos de "expansão por compressão", a temperatura cai abaixo do ponto de ebulição do oxigênio e do nitrogênio. O ar líquido é formado, que é então submetido à destilação (destilação). O ponto de ebulição do oxigênio (-182,9°C) é mais de 10 graus mais alto que o ponto de ebulição do nitrogênio (-195,8°C). Portanto, o nitrogênio evapora primeiro do líquido e o oxigênio se acumula no restante. Devido à destilação lenta (fracionada), é possível obter oxigênio puro, no qual o teor de impurezas de nitrogênio é inferior a 0,1 por cento em volume.

propriedades físicas. Em condições normais, o oxigênio é um gás incolor e inodoro, ligeiramente solúvel em água (5 volumes de oxigênio se dissolvem em 1 volume de água a 0°C e 3 volumes de oxigênio a 20°C). Em outros solventes, sua solubilidade também é desprezível.

À pressão atmosférica, o oxigênio se liquefaz a -183 graus. C, e endurece a -219 graus. C. Nos estados líquido e sólido, o oxigênio é de cor azul e possui propriedades magnéticas.

Propriedades quimicas. O oxigênio é um não metal ativo. Em todos os compostos, exceto para compostos com flúor e peróxidos, tem um estado de oxidação de -2, (em compostos com flúor, o oxigênio exibe um estado de oxidação de +2, e em compostos de peróxido, seu estado de oxidação é -1 ou mesmo um número fracionário. Isso se deve ao fato de que nos peróxidos, 2 ou mais átomos de oxigênio estão conectados entre si).

O oxigênio interage com todos os metais, com exceção dos metais ouro e platina (exceto ósmio), formando óxidos:

2 Mg + O 2 = 2 MgO (óxido de magnésio);

4 Al + 3 O 2 \u003d 2 Al 2 O 3 (óxido de alumínio).

Vários metais, além dos óxidos básicos, formam óxidos anfotéricos (ZnO, Cr 2 O 3, Al 2 O 3, etc.) e até ácidos (CrO 3 , Mn 2 O 7, etc.).

Também interage com todos, exceto halogênios, não metais, formando óxidos ácidos ou não formadores de sal (indiferentes):

S + O 2 \u003d SO 2 (óxido de enxofre (IV));

4 P + 5 O 2 \u003d 2 P 2 O 5 (óxido de fósforo (V));

N 2 + O 2 \u003d 2 NO (óxido nítrico (II)).

Óxidos de metais de ouro e platina são obtidos pela decomposição deles (hidróxidos e compostos de oxigênio de halogênios - por desidratação cuidadosa de seus ácidos contendo oxigênio).

No oxigênio e no ar, muitas substâncias inorgânicas e orgânicas oxidam facilmente (queimar ou arder). De substâncias inorgânicas, exceto metais e não metais, todos os compostos de metais com não metais reagem com oxigênio, com exceção de cloretos e brometos:

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.

Dos compostos orgânicos, quase tudo interage com o oxigênio, exceto hidrocarbonetos totalmente fluorados (freons), bem como derivados de cloro e bromo com alto teor de cloro ou bromo (clorofórmio, tetracloreto de carbono, policloroetanos e derivados semelhantes de bromo):

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.

No estado atômico, o oxigênio é mais ativo do que no estado molecular. Esta propriedade é usada para branquear vários materiais (as substâncias orgânicas corantes são mais facilmente destruídas). No estado molecular, o oxigênio pode existir na forma de oxigênio (O 2) e ozônio (O 3), ou seja, é caracterizado pelo fenômeno da alotropia.

Plano:

Histórico de descobertas

Origem do nome

Estar na natureza

Recibo

Propriedades físicas

Propriedades quimicas

Inscrição

10. Isótopos

Oxigênio

Oxigênio- um elemento do 16º grupo (de acordo com a classificação desatualizada - o principal subgrupo do grupo VI), o segundo período do sistema periódico de elementos químicos de D. I. Mendeleev, com número atômico 8. É designado pelo símbolo O (lat . Oxigênio). O oxigênio é um não metal reativo e é o elemento mais leve do grupo calcogênio. substância simples oxigênio(número CAS: 7782-44-7) em condições normais - um gás incolor, insípido e inodoro, cuja molécula consiste em dois átomos de oxigênio (fórmula O 2), em conexão com o qual também é chamado de dioxigênio. um azul claro, e o sólido são cristais azuis claros.

Existem outras formas alotrópicas de oxigênio, por exemplo, ozônio (número CAS: 10028-15-6) - em condições normais, um gás azul com um odor específico, cuja molécula consiste em três átomos de oxigênio (fórmula O 3).

Histórico de descobertas

Acredita-se oficialmente que o oxigênio foi descoberto pelo químico inglês Joseph Priestley em 1º de agosto de 1774 pela decomposição do óxido de mercúrio em um recipiente hermeticamente fechado (Priestley dirigiu os raios do sol para este composto usando uma lente poderosa).

No entanto, Priestley não percebeu inicialmente que havia descoberto uma nova substância simples, ele acreditava que isolou uma das partes constituintes do ar (e chamou esse gás de "ar deflogisticado"). Priestley relatou sua descoberta ao notável químico francês Antoine Lavoisier. Em 1775, A. Lavoisier estabeleceu que o oxigênio é parte integrante do ar, ácidos e está contido em muitas substâncias.

Alguns anos antes (em 1771), o químico sueco Carl Scheele havia obtido oxigênio. Calcinou o salitre com ácido sulfúrico e depois decompôs o óxido nítrico resultante. Scheele chamou esse gás de "ar de fogo" e descreveu sua descoberta em um livro publicado em 1777 (exatamente porque o livro foi publicado mais tarde do que Priestley anunciou sua descoberta, este último é considerado o descobridor do oxigênio). Scheele também relatou sua experiência a Lavoisier.

Uma etapa importante que contribuiu para a descoberta do oxigênio foi o trabalho do químico francês Pierre Bayen, que publicou trabalhos sobre a oxidação do mercúrio e a posterior decomposição de seu óxido.

Finalmente, A. Lavoisier finalmente descobriu a natureza do gás resultante, usando informações de Priestley e Scheele. Seu trabalho foi de grande importância, pois graças a ele, a teoria do flogisto que dominava na época e impedia o desenvolvimento da química foi derrubada. Lavoisier realizou um experimento sobre a combustão de várias substâncias e refutou a teoria do flogisto publicando os resultados sobre o peso dos elementos queimados. O peso da cinza excedeu o peso inicial do elemento, o que deu a Lavoisier o direito de afirmar que durante a combustão ocorre uma reação química (oxidação) da substância, em conexão com isso, a massa da substância original aumenta, o que refuta a teoria do flogisto.

Assim, o crédito pela descoberta do oxigênio é, na verdade, compartilhado por Priestley, Scheele e Lavoisier.

Origem do nome

A palavra oxigênio (no início do século 19 ainda era chamada de "ácido"), seu aparecimento na língua russa se deve, em certa medida, a M.V. Lomonosov, que introduziu, junto com outros neologismos, a palavra "ácido"; assim a palavra "oxigênio", por sua vez, foi um papel vegetal do termo "oxigênio" (francês oxygène), proposto por A. Lavoisier (do outro grego ὀξύς - "azedo" e γεννάω - "eu dou à luz"), que se traduz como "gerador de ácido", que está associado ao seu significado original - "ácido", que anteriormente significava substâncias chamadas óxidos de acordo com a nomenclatura internacional moderna.

Estar na natureza

O oxigênio é o elemento mais comum na Terra; sua participação (como parte de vários compostos, principalmente silicatos) representa cerca de 47,4% da massa da crosta terrestre sólida. As águas do mar e doces contêm uma enorme quantidade de oxigênio ligado - 88,8% (em massa), na atmosfera o conteúdo de oxigênio livre é de 20,95% em volume e 23,12% em massa. Mais de 1500 compostos da crosta terrestre contêm oxigênio em sua composição.

O oxigênio é um constituinte de muitas substâncias orgânicas e está presente em todas as células vivas. Em termos do número de átomos nas células vivas, é cerca de 25%, em termos de fração de massa - cerca de 65%.

Recibo

Atualmente, na indústria, o oxigênio é obtido do ar. O principal método industrial para obtenção de oxigênio é a destilação criogênica. As plantas de oxigênio baseadas na tecnologia de membranas também são bem conhecidas e utilizadas com sucesso na indústria.

Nos laboratórios, é utilizado oxigênio industrial, fornecido em cilindros de aço sob pressão de cerca de 15 MPa.

Pequenas quantidades de oxigênio podem ser obtidas aquecendo o permanganato de potássio KMnO 4:

A reação da decomposição catalítica do peróxido de hidrogênio H 2 O 2 na presença de óxido de manganês (IV) também é usada:

O oxigênio pode ser obtido pela decomposição catalítica do clorato de potássio (sal de bertolet) KClO 3:

Os métodos laboratoriais para a produção de oxigênio incluem o método de eletrólise de soluções aquosas de álcalis, bem como a decomposição de óxido de mercúrio (II) (em t = 100 ° C):

Em submarinos, geralmente é obtido pela reação de peróxido de sódio e dióxido de carbono exalado por uma pessoa:

Propriedades físicas

Nos oceanos, o conteúdo de O 2 dissolvido é maior em água fria e menor em água quente.

Em condições normais, o oxigênio é um gás incolor, insípido e inodoro.

1 litro dele tem uma massa de 1,429 g. É um pouco mais pesado que o ar. Ligeiramente solúvel em água (4,9 ml/100 g a 0°C, 2,09 ml/100 g a 50°C) e álcool (2,78 ml/100 g a 25°C). Dissolve-se bem em prata fundida (22 volumes de O 2 em 1 volume de Ag a 961°C). Distância interatômica - 0,12074 nm. É paramagnético.

Quando o oxigênio gasoso é aquecido, ocorre sua dissociação reversível em átomos: a 2000 °C - 0,03%, a 2600 °C - 1%, 4000 °C - 59%, 6000 °C - 99,5%.

O oxigênio líquido (ponto de ebulição -182,98 ° C) é um líquido azul pálido.

Diagrama de fase O 2

Oxigênio sólido (ponto de fusão -218,35°C) - cristais azuis. Seis fases cristalinas são conhecidas, das quais três existem a uma pressão de 1 atm.:

α-O 2 - existe em temperaturas abaixo de 23,65 K; cristais azuis brilhantes pertencem ao sistema monoclínico, parâmetros celulares a=5,403 Å, b=3,429 Å, c=5,086 Å; β=132,53°.

β-O 2 - existe na faixa de temperatura de 23,65 a 43,65 K; cristais azuis pálidos (com o aumento da pressão, a cor se transforma em rosa) têm uma rede romboédrica, parâmetros de célula a = 4,21 Å, α = 46,25 °.

γ-O 2 - existe em temperaturas de 43,65 a 54,21 K; cristais azuis pálidos têm simetria cúbica, período de rede a = 6,83 Å.

Mais três fases são formadas em altas pressões:

δ-O 2 faixa de temperatura 20-240 K e pressão 6-8 GPa, cristais laranja;

pressão de ε-O 4 de 10 a 96 GPa, cor do cristal de vermelho escuro a preto, sistema monoclínico;

ζ-O n pressão superior a 96 GPa, estado metálico com brilho metálico característico, a baixas temperaturas passa para um estado supercondutor.

Propriedades quimicas

Um forte agente oxidante, interage com quase todos os elementos, formando óxidos. O estado de oxidação é -2. Como regra, a reação de oxidação prossegue com a liberação de calor e acelera com o aumento da temperatura (veja Combustão). Um exemplo de reações que ocorrem à temperatura ambiente:

Oxida compostos que contêm elementos com um estado de oxidação não máximo:

Oxida a maioria dos compostos orgânicos:

Sob certas condições, é possível realizar uma oxidação leve de um composto orgânico:

O oxigênio reage diretamente (em condições normais, quando aquecido e/ou na presença de catalisadores) com todas as substâncias simples, exceto Au e gases inertes (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn); reações com halogênios ocorrem sob a influência de uma descarga elétrica ou radiação ultravioleta. Óxidos de ouro e gases inertes pesados ​​(Xe, Rn) foram obtidos indiretamente. Em todos os compostos de dois elementos de oxigênio com outros elementos, o oxigênio desempenha o papel de um agente oxidante, exceto para compostos com flúor

O oxigênio forma peróxidos com o estado de oxidação do átomo de oxigênio formalmente igual a -1.

Por exemplo, os peróxidos são obtidos pela queima de metais alcalinos em oxigênio:

Alguns óxidos absorvem oxigênio:

De acordo com a teoria da combustão desenvolvida por A. N. Bach e K. O. Engler, a oxidação ocorre em duas etapas com a formação de um composto intermediário de peróxido. Este composto intermediário pode ser isolado, por exemplo, quando a chama da queima de hidrogênio é resfriada com gelo, juntamente com água, o peróxido de hidrogênio é formado:

Nos superóxidos, o oxigênio formalmente tem um estado de oxidação de −½, ou seja, um elétron por dois átomos de oxigênio (o íon O − 2). Obtido pela interação de peróxidos com oxigênio a pressão e temperatura elevadas:

Potássio K, rubídio Rb e césio Cs reagem com o oxigênio para formar superóxidos:

No íon dioxigenil O 2 +, o oxigênio formalmente tem um estado de oxidação de +½. Obter por reação:

Fluoretos de oxigênio

O difluoreto de oxigênio, OF 2 oxigênio estado de oxidação +2, é obtido pela passagem de flúor através de uma solução alcalina:

O monofluoreto de oxigênio (Dioxidifluoreto), O 2 F 2 , é instável, o estado de oxidação do oxigênio é +1. Obtido a partir de uma mistura de flúor e oxigênio em uma descarga incandescente a uma temperatura de -196 ° C:

Passando uma descarga incandescente através de uma mistura de flúor com oxigênio a uma certa pressão e temperatura, são obtidas misturas de fluoretos de oxigênio superiores O 3 F 2, O 4 F 2, O 5 F 2 e O 6 F 2.

Cálculos de mecânica quântica prevêem a existência estável do íon OF 3 + trifluorohidroxônio. Se este íon realmente existe, então o estado de oxidação do oxigênio nele será +4.

O oxigênio suporta os processos de respiração, combustão e decomposição.

Na sua forma livre, o elemento existe em duas modificações alotrópicas: O 2 e O 3 (ozônio). Conforme estabelecido em 1899 por Pierre Curie e Maria Sklodowska-Curie, sob a influência da radiação ionizante, O 2 se transforma em O 3.

Inscrição

O uso industrial generalizado do oxigênio começou em meados do século 20, após a invenção dos turboexpansores - dispositivos para liquefazer e separar o ar líquido.

NOmetalurgia

O método de conversão de produção de aço ou processamento de fosco está associado ao uso de oxigênio. Em muitas unidades metalúrgicas, para uma combustão mais eficiente do combustível, uma mistura oxigênio-ar é usada nos queimadores em vez de ar.

Soldagem e corte de metais

O oxigênio em cilindros azuis é amplamente utilizado para corte por chama e soldagem de metais.

Combustível de foguete

Oxigênio líquido, peróxido de hidrogênio, ácido nítrico e outros compostos ricos em oxigênio são usados ​​como agente oxidante para combustível de foguete. Uma mistura de oxigênio líquido e ozônio líquido é um dos mais poderosos oxidantes de combustível de foguete (o impulso específico de uma mistura de hidrogênio-ozônio excede o impulso específico de um par hidrogênio-flúor e hidrogênio-fluoreto de oxigênio).

NOmedicamento

O oxigênio medicinal é armazenado em cilindros de gás metálico azul de alta pressão (para gases comprimidos ou liquefeitos) de várias capacidades de 1,2 a 10,0 litros sob pressão de até 15 MPa (150 atm) e é usado para enriquecer misturas de gases respiratórios em equipamentos de anestesia, com insuficiência respiratória, para parar um ataque de asma brônquica, eliminar a hipóxia de qualquer origem, com doença descompressiva, para o tratamento de patologia do trato gastrointestinal na forma de coquetéis de oxigênio. Para uso individual, o oxigênio médico dos cilindros é preenchido com recipientes especiais de borracha - travesseiros de oxigênio. Para fornecer oxigênio ou uma mistura oxigênio-ar simultaneamente a uma ou duas vítimas no campo ou em um hospital, são utilizados inaladores de oxigênio de vários modelos e modificações. A vantagem de um inalador de oxigênio é a presença de um condensador-umidificador da mistura gasosa, que utiliza a umidade do ar exalado. Para calcular a quantidade de oxigênio restante no cilindro em litros, a pressão no cilindro em atmosferas (de acordo com o manômetro do redutor) geralmente é multiplicada pela capacidade do cilindro em litros. Por exemplo, em um cilindro com capacidade de 2 litros, o manômetro mostra uma pressão de oxigênio de 100 atm. O volume de oxigênio neste caso é 100 × 2 = 200 litros.

NOIndústria alimentícia

Na indústria alimentícia, o oxigênio é registrado como aditivo alimentar E948, como gás propulsor e de embalagem.

NOindústria química

Na indústria química, o oxigênio é usado como agente oxidante em inúmeras sínteses, por exemplo, a oxidação de hidrocarbonetos em compostos contendo oxigênio (álcoois, aldeídos, ácidos), amônia em óxidos de nitrogênio na produção de ácido nítrico. Devido às altas temperaturas desenvolvidas durante a oxidação, estas últimas são frequentemente realizadas no modo de combustão.

NOagricultura

Em estufas, para fabricação de coquetéis de oxigênio, para ganho de peso em animais, para enriquecimento do ambiente aquático com oxigênio na piscicultura.

O papel biológico do oxigênio

Fornecimento de emergência de oxigênio em um abrigo antiaéreo

A maioria dos seres vivos (aeróbios) respira oxigênio do ar. O oxigênio é amplamente utilizado na medicina. Nas doenças cardiovasculares, para melhorar os processos metabólicos, a espuma de oxigênio (“coquetel de oxigênio”) é introduzida no estômago. A administração subcutânea de oxigênio é usada para úlceras tróficas, elefantíase, gangrena e outras doenças graves. O enriquecimento artificial com ozônio é usado para desinfetar e desodorizar o ar e purificar a água potável. O isótopo radioativo de oxigênio 15 O é usado para estudar a taxa de fluxo sanguíneo, ventilação pulmonar.

Derivados de oxigênio tóxicos

Alguns derivados de oxigênio (as chamadas espécies reativas de oxigênio), como oxigênio singlete, peróxido de hidrogênio, superóxido, ozônio e o radical hidroxila, são produtos altamente tóxicos. Eles são formados no processo de ativação ou redução parcial do oxigênio. Superóxido (radical superóxido), peróxido de hidrogênio e radical hidroxila podem ser formados nas células e tecidos do corpo humano e animal e causar estresse oxidativo.

isótopos

O oxigênio possui três isótopos estáveis: 16 O, 17 O e 18 O, cujo conteúdo médio é respectivamente 99,759%, 0,037% e 0,204% do número total de átomos de oxigênio na Terra. A forte predominância do mais leve deles, 16 O, na mistura de isótopos se deve ao fato de que o núcleo do átomo de 16 O é composto por 8 prótons e 8 nêutrons (núcleo mágico duplo com conchas de nêutrons e prótons preenchidas). E esses núcleos, como segue a teoria da estrutura do núcleo atômico, têm uma estabilidade especial.

Também são conhecidos isótopos de oxigênio radioativos com números de massa de 12 O a 24 O. Todos os isótopos de oxigênio radioativos têm uma meia-vida curta, o mais longo deles é 15 O com meia-vida de ~ 120 s. O isótopo 12 O de vida mais curta tem uma meia-vida de 5,8,10 -22 s.

Os átomos de oxigênio podem formar dois tipos de moléculas: O 2 - oxigênio e O 3 - ozônio.

O fenômeno da existência de várias substâncias simples formadas por átomos de um elemento químico é chamado de alotropia. E substâncias simples formadas por um elemento são chamadas de modificações alotrópicas.

Portanto, ozônio e oxigênio são modificações alotrópicas do elemento Oxigênio.

Propriedades	Oxigênio	Ozônio
Fórmula composta	O2	O 3
Aparência em condições normais	Gás	Gás
Cor	O oxigênio é incolor em vapor. Líquido - azul pálido e sólido - azul	O vapor de ozônio é de cor azul clara. Líquido - azul e sólido é um cristal roxo escuro
Cheiro e sabor	Sem cheiro e sem sabor	Odor característico pungente (em pequenas concentrações dá ao ar o cheiro de frescor)
Temperatura de fusão	219 °С	192 °С
Temperatura de ebulição	183 °С	112 °С
Densidade em n. sim	1,43 g/l	2,14 g/l
Solubilidade	4 volumes de oxigênio em 100 volumes de água	45 volumes de ozônio em 100 volumes de água
Propriedades magneticas	O oxigênio líquido e sólido são substâncias paramagnéticas, ou seja, são atraídos para um campo magnético	Possui propriedades diamagnéticas, ou seja, não interage com um campo magnético
Papel biológico	Necessário para a respiração de plantas e animais (misturado com nitrogênio ou gás inerte). A inalação de oxigênio puro leva a envenenamento grave	Na atmosfera, forma a chamada camada de ozônio, que protege a biosfera dos efeitos nocivos da radiação ultravioleta. Venenoso

Propriedades químicas do oxigênio e do ozônio

Interação do oxigênio com os metais

O oxigênio molecular é um agente oxidante bastante forte. Oxida quase todos os metais (exceto ouro e platina). Muitos metais oxidam lentamente no ar, mas em uma atmosfera de oxigênio puro eles queimam muito rapidamente, e um óxido é formado:

No entanto, alguns metais durante a combustão não formam óxidos, mas peróxidos (em tais compostos, o estado de oxidação do oxigênio é -1) ou superóxido (o estado de oxidação do átomo de oxigênio é fracionário). Exemplos de tais metais são bário, sódio e potássio:

Interação do oxigênio com não metais

O oxigênio exibe um estado de oxidação de -2 em compostos que são formados com todos os não metais, exceto flúor, hélio, néon e argônio. Quando aquecidas, as moléculas de oxigênio interagem diretamente com todos os não metais, exceto halogênios e gases inertes. Em uma atmosfera de oxigênio, o fósforo inflama espontaneamente e alguns outros não metais:

Quando o oxigênio interage com o flúor, forma-se fluoreto de oxigênio, e não óxido de flúor, pois o átomo de flúor tem uma eletronegatividade maior que o átomo de oxigênio. O fluoreto de oxigênio é um gás amarelo pálido. É usado como um muito forteum agente oxidante e um agente fluorescente. Neste composto, o estado de oxidação do oxigênio é +2.

Em excesso de flúor, pode ser formado difluoreto de dioxigênio, no qual o estado de oxidação do oxigênio é +1. Na estrutura, tal molécula é semelhante à molécula de peróxido de hidrogênio.

O uso de oxigênio e ozônio. Significado camada de ozônio

O oxigênio é usado por todos os seres vivos aeróbicos para a respiração. Durante a fotossíntese, as plantas liberam oxigênio e absorvem dióxido de carbono.

O oxigênio molecular é utilizado para a chamada intensificação, ou seja, a aceleração dos processos oxidativos na indústria metalúrgica. O oxigênio também é usado para produzir uma chama com alta temperatura. Quando o acetileno (C 2 H 2) queima em oxigênio, a temperatura da chama atinge 3500 °C. Na medicina, o oxigênio é usado para facilitar a respiração dos pacientes. Também é usado em aparelhos respiratórios para pessoas que trabalham em atmosferas difíceis de respirar. O oxigênio líquido é usado como oxidante para combustível de foguete.

O ozônio é usado na prática de laboratório como um agente oxidante muito forte. Na indústria, é usado para desinfetar a água, pois possui um forte efeito oxidante, que destrói vários microrganismos.

Peróxidos de metais alcalinos, superóxidos e ozonídeos são usados ​​para regenerar oxigênio em naves espaciais e submarinos. Tal aplicação é baseada na reação dessas substâncias com dióxido de carbono CO 2 :

Na natureza, o ozônio é encontrado nas altas camadas da atmosfera a uma altitude de cerca de 20 a 25 km, na chamada camada de ozônio, que protege a Terra da forte radiação solar. Uma diminuição da concentração de ozônio na estratosfera em pelo menos 1 pode levar a consequências graves, como o aumento do número de cânceres de pele em humanos e animais, o aumento do número de doenças associadas à supressão do sistema imunológico humano , uma desaceleração no crescimento de plantas terrestres, uma diminuição na taxa de crescimento do fitoplâncton, etc.

Sem a vida da camada de ozônio no planeta seria impossível. Enquanto isso, a poluição atmosférica de várias emissões industriais leva à destruição da camada de ozônio. As substâncias mais perigosas para o ozônio são os freons (eles são usados ​​como refrigerantes em geladeiras, bem como enchimentos de latas de desodorantes) e resíduos de combustível de foguete.

A comunidade mundial está muito preocupada com a formação de um buraco na camada de ozônio nos polos do nosso planeta, em conexão com o qual em 1987 foi adotado o "Protocolo de Montreal sobre Substâncias que Destroem a Camada de Ozônio", que limitava o uso de substâncias prejudiciais à camada de ozônio.

Propriedades físicas das substâncias formadas pelo elemento Enxofre

Átomos de enxofre, assim como átomos de oxigênio, podem formar várias modificações alotrópicas. S∞ ; S12; S8; S6; S2 e outros). À temperatura ambiente, o enxofre está na formaα -enxofre (ou enxofre rômbico), que são cristais frágeis amarelos, inodoros, insolúveis em água. Em temperaturas acima de +96 °C há uma transição lentaα-enxofre para β -enxofre (ou enxofre monoclínico), que é placas quase brancas. Se o enxofre derretido é derramado na água, ocorre o super-resfriamento do enxofre líquido e o enxofre plástico amarelo-amarronzado, semelhante a borracha, é formado, que mais tarde se transforma em enxofre novamente. O enxofre ferve a uma temperatura igual a +445 ° C, formando vapores castanhos escuros.

Todas as modificações de enxofre não se dissolvem em água, mas sim se dissolvem bem em dissulfeto de carbono(CS2) e alguns outros solventes não polares.

Aplicação de enxofre

O principal produto da indústria de enxofre é o ácido sulfato. Sua produção responde por cerca de 60% do enxofre que é extraído. Na indústria química, o enxofre é usado para converter a borracha em borracha de alta qualidade, ou seja, para vulcanizar a borracha. O enxofre é um componente essencial de qualquer mistura pirotécnica. Por exemplo, as cabeças de fósforo contêm cerca de 5% e, na caixa, cerca de 20% de enxofre em peso. Na agricultura, o enxofre é usado para controlar pragas nas vinhas. Na medicina, o enxofre é usado na fabricação de várias pomadas para o tratamento de doenças da pele.