Oxigênio (O) situa-se no período 1, grupo VI, no subgrupo principal. elemento p. Configuração eletronica 1s22s22p4 . O número de elétrons no nível externo é 6. O oxigênio pode aceitar 2 elétrons e, em casos raros, doá-los. Valência de oxigênio 2, estado de oxidação -2.

Propriedades físicas: oxigênio ( O2 ) – gás incolor, inodoro e insípido; ligeiramente solúvel em água, ligeiramente mais pesado que o ar. A -183 °C e 101,325 Pa, o oxigênio se liquefaz, tornando-se de cor azulada. Estrutura da molécula: A molécula de oxigênio é diatômica, forte em condições normais e possui propriedades magnéticas. A ligação na molécula é covalente apolar. O oxigênio tem uma modificação alotrópica - ozônio(O3 ) – um agente oxidante mais forte que o oxigênio.

Propriedades quimicas: antes da conclusão do nível de energia, o oxigênio precisa de 2 elétrons, que aceita mostrando um estado de oxidação de -2, mas em combinação com flúor, oxigênio OF2 -2 e O2F2 -1. Devido à sua atividade química, o oxigênio interage com quase todas as substâncias simples. Forma óxidos e peróxidos com metais:

O oxigênio não reage apenas com a platina. Em temperaturas elevadas e altas, reage com muitos não-metais:

O oxigênio não interage diretamente com halogênios. O oxigênio reage com muitas substâncias complexas:

O oxigênio é caracterizado por reações de combustão:

Muitas substâncias orgânicas queimam em oxigênio:

Quando o acetaldeído é oxidado com oxigênio, o ácido acético é obtido:

Recibo: no laboratório: 1) por eletrólise de uma solução aquosa de álcali: neste caso, o hidrogênio é liberado no cátodo e o oxigênio no ânodo; 2) decomposição do sal de berthollet quando aquecido: 2KSlO3? 2KSl + 3O2?; 3) obtém-se oxigénio muito puro: 2KMnO4?K2MnO4 + MnO2 + O2?.

Encontrando na natureza: o oxigênio compõe 47,2% da massa da crosta terrestre. No estado livre, está contido no ar atmosférico - 21%. Faz parte de muitos minerais naturais, uma grande quantidade é encontrada nos organismos de plantas e animais. O oxigênio natural consiste em 3 isótopos: O(16), O(17), O(18).

Inscrição: usado na indústria química, metalúrgica, na medicina.

24. Ozônio e suas propriedades

No estado sólido, o oxigênio tem três modificações: ?-, ?- e ?- modificações. Ozônio ( O3 ) – uma das modificações alotrópicas do oxigênio . Estrutura da molécula: ozônio tem uma estrutura molecular não linear com um ângulo entre os átomos de 117°. A molécula de ozônio tem uma certa polaridade (apesar dos átomos do mesmo tipo que formam a molécula de ozônio), é diamagnética, pois não possui elétrons desemparelhados.

Propriedades físicas: o ozônio é um gás azul com odor característico; peso molecular = 48, ponto de fusão (sólido) = 192,7°C, ponto de ebulição = 111,9°C. O ozônio líquido e sólido são explosivos, tóxicos e altamente solúveis em água: a 0 °C, até 49 volumes de ozônio se dissolvem em 100 volumes de água.

Propriedades quimicas: O ozônio é um forte agente oxidante, oxida todos os metais, incluindo ouro - Au e platina - Pt (e metais do grupo da platina). O ozônio atua em uma placa de prata brilhante, que é instantaneamente coberta com peróxido de prata preto - Ag2O2; papel umedecido com terebintina inflama, compostos de enxofre de metais são oxidados em sais de ácido sulfúrico; muitos corantes estão descoloridos; destrói a matéria orgânica - enquanto a molécula de ozônio separa um átomo de oxigênio, e o ozônio se transforma em oxigênio comum. Assim como a maioria dos não metais, converte óxidos inferiores em superiores e os sulfetos de seus metais em sulfatos:

O ozônio oxida o iodeto de potássio em iodo molecular:

Mas com o peróxido de hidrogênio H2O2, o ozônio atua como agente redutor:

Quimicamente, as moléculas de ozônio são instáveis ​​- o ozônio é capaz de se decompor espontaneamente em oxigênio molecular:

Recibo: O ozônio é produzido em ozonizadores passando faíscas elétricas através do oxigênio ou do ar. Formação de ozônio a partir do oxigênio:

O ozônio pode ser formado durante a oxidação do fósforo úmido, substâncias resinosas. Detector de ozônio: para identificar a presença de ozônio no ar, é necessário mergulhar no ar um pedaço de papel impregnado com uma solução de iodeto de potássio e pasta de amido - se o pedaço de papel ficou azul, significa que o ozônio está presente no ar. Encontrando na natureza: Na atmosfera, o ozônio é formado durante as descargas elétricas. Inscrição: sendo um forte agente oxidante, o ozônio destrói vários tipos de bactérias, por isso é amplamente utilizado para purificar a água e desinfetar o ar, e é usado como agente clareador.

Onipresente, onipotente e invisível - é tudo sobre ele. Também não tem sabor nem cheiro. Parece que a conversa é sobre algo que não existe. No entanto, essa substância existe, aliás: sem ela, a humanidade simplesmente sufocaria. Portanto, provavelmente, Lavoisier imediatamente chamou esse gás de "gás vital".

Oxigênio onipotente

Segundo os religiosos, somente Deus pode ser onipresente, onipotente e ao mesmo tempo invisível. De fato, todos esses três epítetos podem ser atribuídos ao elemento químico com número atômico 8 - oxigênio. Se as plantas não convertessem água e dióxido de carbono em compostos orgânicos durante a fotossíntese, e esse processo não fosse acompanhado pela liberação de oxigênio ligado, então, tendo esgotado o oxigênio atmosférico rapidamente, todo o mundo animal, incluindo a humanidade, logo sufocaria.

O oxigênio é onipresente: não apenas o ar, a água e a terra, mas também você e eu, nossa comida, bebida, roupas são em grande parte compostas dele; A maioria das substâncias ao nosso redor contém oxigênio. O poder do oxigênio já se manifesta no fato de que o respiramos, e respirar é sinônimo de vida. E o oxigênio também pode ser considerado onipotente porque o poderoso elemento fogo, via de regra, é altamente dependente de nosso candidato a onipotente e onipotente.

Quanto ao terceiro epíteto - "invisível", provavelmente não há necessidade de prova. Sob condições comuns, o oxigênio elementar não é apenas incolor e, portanto, invisível, mas também não é perceptível, não é perceptível por nenhum órgão dos sentidos. É verdade que a falta, e mais ainda a falta de oxigênio, nos sentiríamos instantaneamente ...

Descoberta: século 18

O fato de o oxigênio ser invisível, insípido, inodoro e gasoso em condições normais atrasou sua descoberta por muito tempo. Muitos cientistas do passado adivinharam que havia uma substância com propriedades que, como sabemos agora, são inerentes ao oxigênio.

Abertura oxigênio (Inglês oxigênio, Francês oxigênio, Alemão Sauerstoff) marcou o início do período moderno no desenvolvimento da química. Desde os tempos antigos, sabe-se que o ar é necessário para a combustão, mas por muitos séculos o processo de combustão permaneceu incompreensível. Somente no século XVII. Mayow e Boyle, independentemente um do outro, sugeriram que existe alguma substância no ar que suporta a combustão.

O oxigênio foi descoberto quase simultaneamente e independentemente um do outro por dois destacados químicos da segunda metade do século XVIII, o sueco Carl Wilhelm Scheele e o inglês Joseph Priestley. Scheele recebeu oxigênio antes, mas seu tratado On Air and Fire, que continha informações sobre oxigênio, foi publicado depois da descoberta de Priestley.

Joseph
Priestley

“Em 1º de agosto de 1774, tentei extrair ar da escama de mercúrio e descobri que o ar pode ser facilmente expelido por meio de uma lente. Este ar não foi absorvido pela água. Imagine meu espanto quando descobri que a vela estava queimando neste ar com uma chama extraordinariamente brilhante. Tentei em vão encontrar uma explicação para esse fenômeno.

E, no entanto, a principal figura na história da descoberta do oxigênio não é Scheele ou Priestley. Eles descobriram um novo gás - e nada mais. Friedrich Engels escreveria mais tarde sobre isso: “Ambos nunca descobriram o que estava em suas mãos. O elemento que estava destinado a revolucionar a química desapareceu sem deixar vestígios em suas mãos... Portanto, resta Lavoisier quem realmente descobriu o oxigênio, e não aqueles dois que apenas descreveram o oxigênio, nem mesmo adivinhando o que estão descrevendo.

Um estudo detalhado das propriedades do oxigênio e seu papel nos processos de combustão e formação de óxidos levou Lavoisier à conclusão equivocada de que esse gás é um princípio formador de ácido. Em 1779, Lavoisier introduziu o nome de oxigênio Oxigênio(a partir de grego“óxido” - “azedo” e “gennao” - eu dou à luz) - “dando à luz ácidos”.

Elemento "oxidativo"

O oxigênio é um gás incolor (em uma camada espessa - azul) sem sabor e cheiro. É ligeiramente mais pesado que o ar e ligeiramente solúvel em água. Quando resfriado a -183°C, o oxigênio se transforma em um líquido azul móvel e, a -219°C, congela.

Como deve ser para um elemento que ocupa um lugar no canto superior direito da tabela periódica, o oxigênio é um dos elementos não metálicos mais ativos e possui propriedades oxidantes pronunciadas. Se assim posso dizer, apenas um elemento, o flúor, é mais oxidante do que o oxigênio. É por isso que os tanques de oxigênio líquido são um acessório necessário para a maioria dos motores de foguetes líquidos. Um composto de oxigênio foi obtido mesmo com um gás quimicamente passivo como o xenônio.

Para o desenvolvimento de uma reação ativa do oxigênio com a maioria das substâncias simples e complexas, o aquecimento é necessário - para superar a barreira potencial que impede o processo químico. Com a ajuda de catalisadores que reduzem a energia de ativação, os processos podem prosseguir sem aquecimento, em particular, a combinação de oxigênio com hidrogênio.

O alto poder oxidante do oxigênio está subjacente à combustão de todos os tipos de combustível, incluindo a pólvora, que não requerem oxigênio atmosférico para combustão: no processo de combustão de tais substâncias, o oxigênio é liberado por si mesmos.

Os processos de oxidação lenta de várias substâncias a temperaturas normais não são menos importantes para a vida do que a combustão é para a energia.

A lenta oxidação de substâncias alimentares em nosso corpo é a “base energética” da vida. Notamos de passagem que nosso corpo não utiliza o oxigênio inalado de forma muito econômica: no ar exalado, o oxigênio é de aproximadamente 16%. O calor do feno podre é resultado da lenta oxidação da matéria orgânica de origem vegetal. A lenta oxidação do estrume e do húmus aquece as estufas.

Aplicação: "mar de energia"

O oxigênio é usado em prática médica, e não apenas com doenças pulmonares e cardíacas, quando a respiração é difícil. A administração subcutânea de oxigênio provou ser um tratamento eficaz para doenças tão graves como gangrena, tromboflebite, elefantíase e úlceras tróficas.

Não é menos importante para indústria. O enriquecimento do ar com oxigênio torna muitos processos tecnológicos baseados na oxidação mais eficientes, mais rápidos, mais econômicos. E até agora, quase toda a energia térmica é baseada em tais processos. Transformando ferro em aço também impossível sem oxigênio. É o oxigênio que “remove” o excesso de carbono do ferro fundido. Ao mesmo tempo, a qualidade do aço também é melhorada. Precisa de oxigênio e metalurgia não ferrosa. O oxigênio líquido serve oxidante propulsor.

Quando o hidrogênio é queimado em uma corrente de oxigênio, uma substância muito comum é formada - H 2 O. obtido da água). O objetivo deste processo é diferente, ficará claro se a mesma reação for escrita na íntegra, levando em consideração não apenas os produtos químicos, mas também a energia liberada durante a reação: H 2 + 0,5 O 2 \u003d H 2 O + 68317 calorias.

Quase setenta grandes calorias por grama-molécula! Assim, você pode obter não apenas um “mar de água”, mas também um “mar de energia”. Para isso, a água é obtida em motores a jato movidos a hidrogênio e oxigênio.

A mesma reação é usada para soldagem e corte de metais. É verdade que nesta região o hidrogênio pode ser substituído por acetileno. A propósito, o acetileno é cada vez mais produzido em larga escala precisamente com a ajuda do oxigênio, nos processos de craqueamento termo-oxidativo: 6CH 4 + 4O 2 = C 2 H 2 + 8H 2 + ZCO + CO 2 + ZH 2 O .

Isso é apenas um exemplo uso de oxigênio na indústria química. O oxigênio é necessário para a produção de muitas substâncias (basta pensar em ácido nítrico), para a gaseificação de carvão, petróleo, óleo combustível ...

Qualquer substância combustível porosa, por exemplo, serragem, impregnada com um líquido frio azulado - oxigênio líquido, torna-se um explosivo. Tais substâncias são chamadas oxilíquidos e, se necessário, pode substituir a dinamite no desenvolvimento de jazidas de minério.

A produção mundial anual (e consumo) de oxigênio é medida em milhões de toneladas. Além do oxigênio que respiramos.

Produção de oxigênio

Tentativas de criar uma indústria de oxigênio mais ou menos poderosa foram feitas no século passado em muitos países. Mas de uma ideia a uma implementação técnica muitas vezes há uma “distância colossal”...

O desenvolvimento particularmente rápido da indústria de oxigênio começou após a invenção de um turboexpansor pelo acadêmico P.L. Kapitsa e a criação de poderosas plantas de separação de ar.

A maneira mais fácil de obter oxigênio é do ar, pois o ar não é um composto e não é tão difícil separar o ar. Os pontos de ebulição do nitrogênio e do oxigênio diferem (à pressão atmosférica) em 12,8°C. Portanto, o ar líquido pode ser separado em componentes em colunas de destilação da mesma forma que, por exemplo, o óleo é dividido. Mas para transformar o ar em líquido, ele deve ser resfriado a menos 196°C. Podemos dizer que o problema de obter oxigênio é o problema de esfriar.

Para obter frio com a ajuda do ar comum, este deve ser comprimido e depois permitido expandir e, ao mesmo tempo, fazer o trabalho mecânico. Então, de acordo com as leis da física, o ar deve ser resfriado. As máquinas que fazem isso são chamadas de expansores.

Para obter ar líquido usando expansores de pistão, foram necessárias pressões da ordem de 200 atmosferas. A eficiência da instalação foi ligeiramente superior à de um motor a vapor. A instalação acabou sendo complicada, incômoda, cara. No final dos anos trinta, o físico soviético acadêmico P.L. Kapitsa sugeriu o uso de uma turbina como expansor. A principal característica do turboexpansor Kapitza é que o ar nele se expande não apenas no aparelho do bico, mas também nas pás do impulsor. Nesse caso, o gás se move da periferia da roda para o centro, atuando contra as forças centrífugas.

O turboexpansor "faz" o frio com ar comprimido para apenas algumas atmosferas. A energia liberada pelo ar em expansão não é desperdiçada, é utilizada para girar o rotor do gerador de corrente elétrica.

As modernas plantas de separação de ar, nas quais o frio é obtido com a ajuda de turboexpansores, fornecem às indústrias, principalmente metalurgia e química, centenas de milhares de metros cúbicos de oxigênio gasoso.

Ao cortar o metal, é realizado por uma chama de gás de alta temperatura obtida pela queima de um gás combustível ou vapor líquido misturado com oxigênio comercialmente puro.

O oxigênio é o elemento mais abundante na Terra encontrado na forma de compostos químicos com várias substâncias: na terra - até 50% em massa, em combinação com hidrogênio na água - cerca de 86% em massa e no ar - até 21% em volume e 23% em massa.

O oxigênio em condições normais (temperatura 20 ° C, pressão 0,1 MPa) é um gás incolor e não combustível, ligeiramente mais pesado que o ar, inodoro, mas que suporta ativamente a combustão. À pressão atmosférica normal e temperatura de 0 ° C, a massa de 1 m 3 de oxigênio é de 1,43 kg, e a uma temperatura de 20 ° C e pressão atmosférica normal - 1,33 kg.

O oxigênio tem uma alta reatividade, formando compostos com todos os elementos químicos, exceto (argônio, hélio, xenônio, criptônio e neônio). As reações do composto com o oxigênio prosseguem com a liberação de uma grande quantidade de calor, ou seja, são de natureza exotérmica.

Quando o oxigênio gasoso comprimido entra em contato com substâncias orgânicas, óleos, gorduras, pó de carvão, plásticos combustíveis, eles podem se inflamar espontaneamente como resultado da liberação de calor durante a rápida compressão do oxigênio, atrito e impacto de partículas sólidas no metal, bem como faísca eletrostática descarga. Portanto, ao usar oxigênio, deve-se tomar cuidado para que não entre em contato com substâncias inflamáveis ​​e combustíveis.

Todos os equipamentos de oxigênio, linhas de oxigênio e cilindros devem ser completamente desengordurados.é capaz de formar misturas explosivas com gases combustíveis ou vapores combustíveis líquidos em uma ampla faixa, o que também pode levar a explosões na presença de uma chama aberta ou mesmo de uma faísca.

As características observadas do oxigênio devem sempre ser lembradas ao usá-lo em processos de tratamento por chama.

O ar atmosférico é principalmente uma mistura mecânica de três gases com o seguinte teor de volume: nitrogênio - 78,08%, oxigênio - 20,95%, argônio - 0,94%, o resto é dióxido de carbono, óxido nitroso, etc. O oxigênio é obtido pela separação do ar em oxigênio e pelo método de resfriamento profundo (liquefação), juntamente com a separação de argônio, cujo uso está aumentando continuamente em. O nitrogênio é usado como gás de proteção ao soldar cobre.

O oxigênio pode ser obtido quimicamente ou por eletrólise da água. Métodos químicos improdutivo e antieconômico. No eletrólise da água O oxigênio de corrente contínua é obtido como subproduto na produção de hidrogênio puro.

O oxigênio é produzido na indústria do ar atmosférico por resfriamento profundo e retificação. Nas instalações para a produção de oxigênio e nitrogênio a partir do ar, este último é limpo de impurezas nocivas, comprimido em um compressor à pressão correspondente do ciclo de refrigeração de 0,6-20 MPa e resfriado em trocadores de calor a uma temperatura de liquefação, a diferença de a temperatura de liquefação de oxigênio e nitrogênio é de 13°C, o que é suficiente para sua completa separação na fase líquida.

O oxigênio puro líquido se acumula no aparelho de separação de ar, evapora e é coletado em um reservatório de gás, de onde é bombeado para os cilindros por um compressor a uma pressão de até 20 MPa.

O oxigênio técnico também é transportado pela tubulação. A pressão do oxigênio transportado pela tubulação deve ser acordada entre o fabricante e o consumidor. O oxigênio é entregue no local em cilindros de oxigênio e na forma líquida - em recipientes especiais com bom isolamento térmico.

Para converter oxigênio líquido em gás, são utilizados gaseificadores ou bombas com evaporadores de oxigênio líquido. À pressão atmosférica normal e a uma temperatura de 20 ° C, 1 dm 3 de oxigênio líquido durante a evaporação dá 860 dm 3 de oxigênio gasoso. Portanto, é aconselhável fornecer oxigênio ao local de soldagem em estado líquido, pois isso reduz o peso da tara por um fator de 10, o que economiza metal para a fabricação de cilindros e reduz o custo de transporte e armazenamento de cilindros.

Para soldagem e corte de acordo com -78 técnico de oxigênio é produzido em três graus:

• 1º - pureza não inferior a 99,7%
• 2º - não inferior a 99,5%
• 3º - não inferior a 99,2% em volume

A pureza do oxigênio é de grande importância para o corte a oxicorte. Quanto menos impurezas de gás ele contém, maior a velocidade de corte, mais limpo e menor consumo de oxigênio.

O conteúdo do artigo

OXIGÊNIO, O (oxigênio), um elemento químico do subgrupo VIA da Tabela Periódica dos Elementos: O, S, Se, Te, Po, é um membro da família dos calcogênios. Este é o elemento mais comum na natureza, seu conteúdo na atmosfera terrestre é de 21% (vol.), na crosta terrestre na forma de compostos de aprox. 50% (peso) e na hidrosfera 88,8% (peso).

O oxigênio é essencial para a vida na Terra: animais e plantas consomem oxigênio através da respiração e as plantas liberam oxigênio através da fotossíntese. A matéria viva contém oxigênio ligado não apenas em fluidos corporais (células do sangue, etc.), mas também em carboidratos (açúcar, celulose, amido, glicogênio), gorduras e proteínas. Argilas, rochas são compostas de silicatos e outros compostos inorgânicos contendo oxigênio, como óxidos, hidróxidos, carbonatos, sulfatos e nitratos.

Referência histórica.

As primeiras informações sobre o oxigênio tornaram-se conhecidas na Europa a partir de manuscritos chineses do século VIII. No início do século XVI Leonardo da Vinci publicou dados relacionados à química do oxigênio, ainda sem saber que o oxigênio era um elemento. As reações de adição de oxigênio são descritas nos trabalhos científicos de S. Gales (1731) e P. Bayen (1774). Os estudos de K. Scheele em 1771-1773 da interação de metais e fósforo com oxigênio merecem atenção especial. J. Priestley relatou a descoberta do oxigênio como elemento em 1774, alguns meses depois de Bayen relatar as reações com o ar. O nome oxigenium ("oxigênio") foi dado a este elemento logo após a descoberta de Priestley, e é derivado das palavras gregas para "produtor de ácido"; isso se deve ao equívoco de que o oxigênio está presente em todos os ácidos. A explicação do papel do oxigênio nos processos de respiração e combustão, porém, pertence a A. Lavoisier (1777).

A estrutura do átomo.

Qualquer átomo de oxigênio natural contém 8 prótons no núcleo, mas o número de nêutrons pode ser 8, 9 ou 10. O mais comum dos três isótopos de oxigênio (99,76%) é 16 8 O (8 prótons e 8 nêutrons). O conteúdo de outro isótopo, 18 8 O (8 prótons e 10 nêutrons), é de apenas 0,2%. Este isótopo é utilizado como marcador ou para a identificação de certas moléculas, bem como para estudos bioquímicos e médico-químicos (um método para estudar traços não radioativos). O terceiro isótopo de oxigênio não radioativo 17 8 O (0,04%) contém 9 nêutrons e tem um número de massa de 17. Depois que a massa do isótopo de carbono 12 6 C foi aceita pela Comissão Internacional como a massa atômica padrão em 1961, o massa atômica média ponderada de oxigênio tornou-se 15, 9994. Até 1961, os químicos consideravam a unidade padrão de massa atômica como sendo a massa atômica do oxigênio, que se supunha ser 16.000 para uma mistura de três isótopos naturais de oxigênio. Os físicos tomaram o número de massa do isótopo de oxigênio 16 8 O como uma unidade padrão de massa atômica, portanto, de acordo com a escala física, a massa atômica média do oxigênio era 16,0044.

Existem 8 elétrons em um átomo de oxigênio, com 2 elétrons no nível interno e 6 elétrons no externo. Portanto, em reações químicas, o oxigênio pode aceitar de doadores até dois elétrons, completando sua camada externa até 8 elétrons e formando um excesso de carga negativa.

Oxigênio molecular.

Como a maioria dos outros elementos, cujos átomos carecem de 1 a 2 elétrons para completar a camada externa de 8 elétrons, o oxigênio forma uma molécula diatômica. Este processo libera muita energia (~490 kJ/mol) e, consequentemente, a mesma quantidade de energia deve ser gasta para o processo reverso de dissociação da molécula em átomos. A força da ligação O-O é tão alta que a 2300°C apenas 1% das moléculas de oxigênio se dissociam em átomos. (É digno de nota que na formação da molécula de nitrogênio N 2 a força da ligação N–N é ainda maior, ~710 kJ/mol.)

Estrutura eletrônica.

Na estrutura eletrônica da molécula de oxigênio, como se poderia esperar, a distribuição de elétrons por um octeto ao redor de cada átomo não é realizada, mas há elétrons desemparelhados, e o oxigênio exibe propriedades típicas de tal estrutura (por exemplo, ele interage com um campo magnético, sendo um paraímã).

Reações.

Sob condições apropriadas, o oxigênio molecular reage com quase qualquer elemento, exceto os gases nobres. No entanto, em condições ambientes, apenas os elementos mais ativos reagem com o oxigênio rapidamente. É provável que a maioria das reações ocorra apenas após a dissociação do oxigênio em átomos, e a dissociação ocorre apenas em temperaturas muito altas. No entanto, catalisadores ou outras substâncias no sistema reagente podem promover a dissociação do O 2 . Sabe-se que os metais alcalinos (Li, Na, K) e alcalino-terrosos (Ca, Sr, Ba) reagem com o oxigênio molecular para formar peróxidos:

Recebimento e aplicação.

Devido à presença de oxigênio livre na atmosfera, o método mais eficaz de sua extração é a liquefação do ar, do qual são removidas impurezas, CO 2 , poeira, etc. métodos químicos e físicos. O processo cíclico inclui compressão, resfriamento e expansão, o que leva à liquefação do ar. Com um aumento lento da temperatura (destilação fracionada), o ar líquido evapora primeiro os gases nobres (os mais difíceis de liquefazer), depois o nitrogênio e o oxigênio líquido permanece. Como resultado, o oxigênio líquido contém traços de gases nobres e uma porcentagem relativamente alta de nitrogênio. Para muitas aplicações, essas impurezas não interferem. No entanto, para obter oxigênio de alta pureza, o processo de destilação deve ser repetido. O oxigênio é armazenado em tanques e cilindros. É usado em grandes quantidades como oxidante de querosene e outros combustíveis em foguetes e naves espaciais. A indústria siderúrgica usa gás oxigênio para soprar ferro através do processo Bessemer para remover impurezas C, S e P de forma rápida e eficiente. O jato de oxigênio produz aço mais rápido e melhor do que o jato de ar. O oxigênio também é usado para soldagem e corte de metais (chama oxi-acetileno). O oxigênio também é usado na medicina, por exemplo, para enriquecer o ambiente respiratório de pacientes com dificuldade para respirar. O oxigênio pode ser obtido por vários métodos químicos, e alguns deles são usados ​​para obter pequenas quantidades de oxigênio puro na prática laboratorial.

Eletrólise.

Um dos métodos para obtenção de oxigênio é a eletrólise da água contendo pequenas adições de NaOH ou H 2 SO 4 como catalisador: 2H 2 O ® 2H 2 + O 2. Nesse caso, pequenas impurezas de hidrogênio são formadas. Com a ajuda de um dispositivo de descarga, vestígios de hidrogênio na mistura gasosa são novamente convertidos em água, cujos vapores são removidos por congelamento ou adsorção.

Dissociação térmica.

Um importante método laboratorial para obtenção de oxigênio, proposto por J. Priestley, é a decomposição térmica de óxidos de metais pesados: 2HgO ® 2Hg + O 2 . Para isso, Priestley focou os raios do sol no pó de óxido de mercúrio. Um método de laboratório bem conhecido também é a dissociação térmica de oxosais, por exemplo, clorato de potássio na presença de um catalisador - dióxido de manganês:

O dióxido de manganês, adicionado em pequenas quantidades antes da calcinação, permite manter a temperatura e a taxa de dissociação necessárias, e o próprio MnO 2 não se altera durante o processo.

Métodos de decomposição térmica de nitratos também são usados:

bem como peróxidos de alguns metais ativos, por exemplo:

2BaO 2 ® 2BaO + O 2

Este último método já foi amplamente utilizado para extrair oxigênio da atmosfera e consistia em aquecer BaO no ar até a formação de BaO 2, seguido de decomposição térmica do peróxido. O método de decomposição térmica mantém sua importância para a produção de peróxido de hidrogênio.

ALGUMAS PROPRIEDADES FÍSICAS DO OXIGÊNIO
número atômico	8
Massa atômica	15,9994
Ponto de fusão, °С	–218,4
Ponto de ebulição, °C	–183,0
Densidade
sólido, g/cm 3 (em t pl)	1,27
líquido g / cm 3 (em t kip)	1,14
gasoso, g / dm 3 (a 0 ° C)	1,429
em relação ao ar	1,105
crítico a, g / cm 3	0,430
Temperatura crítica a, °C	–118,8
Pressão crítica a, atm	49,7
Solubilidade, cm 3/100 ml de solvente
em água (0°C)	4,89
em água (100°C)	1,7
em álcool (25°C)	2,78
Raio, Å	0,74
covalente	0,66
iônico (O 2–)	1,40
Potencial de ionização, V
o primeiro	13,614
segundo	35,146
Eletronegatividade (F=4)	3,5
a A temperatura e a pressão nas quais a densidade de um gás e de um líquido é a mesma.

propriedades físicas.

O oxigênio em condições normais é um gás incolor, inodoro e insípido. O oxigênio líquido tem uma cor azul pálida. O oxigênio sólido existe em pelo menos três modificações cristalinas. O oxigênio gasoso é solúvel em água e provavelmente forma compostos instáveis ​​como O 2 H H 2 O e possivelmente O 2 H 2H 2 O.

Propriedades quimicas.

Como já mencionado, a atividade química do oxigênio é determinada por sua capacidade de se dissociar em átomos de O, que são altamente reativos. Apenas os metais e minerais mais ativos reagem com O 2 em alta taxa em baixas temperaturas. Os metais alcalinos mais ativos (subgrupos IA) e alguns metais alcalino-terrosos (subgrupos IIA) formam peróxidos como NaO 2 e BaO 2 com O 2 . Outros elementos e compostos reagem apenas com o produto de dissociação O 2 . Em condições adequadas, todos os elementos, exceto os gases nobres e os metais Pt, Ag, Au, reagem com o oxigênio. Esses metais também formam óxidos, mas em condições especiais.

A estrutura eletrônica do oxigênio (1s 2 2s 2 2p 4) é tal que o átomo de O recebe dois elétrons para o nível externo para formar uma camada eletrônica externa estável, formando um íon O 2–. Nos óxidos de metais alcalinos, são formadas predominantemente ligações iônicas. Pode-se supor que os elétrons desses metais são quase inteiramente atraídos pelo oxigênio. Em óxidos de metais e não metais menos ativos, a transição de elétrons é incompleta e a densidade de carga negativa no oxigênio é menos pronunciada, de modo que a ligação é menos iônica ou mais covalente.

Durante a oxidação de metais com oxigênio, o calor é liberado, cuja magnitude se correlaciona com a força da ligação M-O. Durante a oxidação de alguns não metais, o calor é absorvido, o que indica suas ligações mais fracas com o oxigênio. Esses óxidos são termicamente instáveis ​​(ou menos estáveis ​​do que os óxidos ligados ionicamente) e muitas vezes são altamente reativos. A tabela mostra para comparação os valores das entalpias de formação de óxidos dos metais mais típicos, metais de transição e não metais, elementos dos subgrupos A e B (o sinal de menos significa liberação de calor).

Várias conclusões gerais podem ser tiradas sobre as propriedades dos óxidos:

1. Os pontos de fusão dos óxidos de metais alcalinos diminuem com o aumento do raio atômico do metal; Então, t pl (Cs 2 O) t pl (Na 2 O). Óxidos dominados por ligações iônicas têm pontos de fusão mais altos do que os pontos de fusão de óxidos covalentes: t pl (Na 2 O) > t pl (SO2).

2. Óxidos de metais reativos (subgrupos IA–IIIA) são termicamente mais estáveis ​​que óxidos de metais de transição e não metais. Os óxidos de metais pesados ​​no estado de oxidação mais alto durante a dissociação térmica formam óxidos com estados de oxidação mais baixos (por exemplo, 2Hg 2+ O ® (Hg +) 2 O + 0,5O 2 ® 2Hg 0 + O 2). Tais óxidos em altos estados de oxidação podem ser bons oxidantes.

3. Os metais mais ativos interagem com o oxigênio molecular em temperaturas elevadas para formar peróxidos:

Sr + O 2 ® SrO 2 .

4. Os óxidos de metais ativos formam soluções incolores, enquanto os óxidos da maioria dos metais de transição são coloridos e praticamente insolúveis. Soluções aquosas de óxidos metálicos exibem propriedades básicas e são hidróxidos contendo grupos OH, enquanto óxidos não metálicos em soluções aquosas formam ácidos contendo um íon H+.

5. Metais e não metais dos subgrupos A formam óxidos com um estado de oxidação correspondente ao número do grupo, por exemplo, Na, Be e B formam Na 1 2 O, Be II O e B 2 III O 3, e não- metais IVA-VIIA dos subgrupos C, N, S, Cl formam C IV O 2 , NV 2 O 5 , S VI O 3 , Cl VII 2 O 7 . O número de grupo de um elemento se correlaciona apenas com o estado de oxidação máximo, uma vez que óxidos com estados de oxidação mais baixos dos elementos também são possíveis. Nos processos de combustão de compostos, os óxidos são produtos típicos, por exemplo:

2H 2 S + 3O 2 ® 2SO 2 + 2H 2 O

Substâncias contendo carbono e hidrocarbonetos oxidam (queimam) em CO 2 e H 2 O quando levemente aquecidos, exemplos de tais substâncias são combustíveis - madeira, petróleo, álcoois (assim como carbono - carvão, coque e carvão vegetal). O calor do processo de combustão é utilizado para a produção de vapor (e depois eletricidade ou vai para usinas de energia), bem como para aquecimento de casas. Equações típicas para processos de combustão são:

a) madeira (celulose):

(C6H10O5) n + 6n O 2 ® 6 n CO2+5 n H 2 O + energia térmica

b) óleo ou gás (gasolina C 8 H 18 ou gás natural CH 4):

2C 8 H 18 + 25O 2 ® 16CO 2 + 18H 2 O + energia térmica

CH 4 + 2O 2 ® CO 2 + 2H 2 O + energia térmica

C 2 H 5 OH + 3O 2 ® 2CO 2 + 3H 2 O + energia térmica

d) carbono (pedra ou carvão, coque):

2C + O 2 ® 2CO + energia térmica

2CO + O 2 ® 2CO 2 + energia térmica

Vários compostos contendo C-, H-, N-, O com alta reserva de energia também estão sujeitos à combustão. O oxigênio para oxidação pode ser usado não apenas da atmosfera (como nas reações anteriores), mas também da própria substância. Para iniciar uma reação, uma leve ativação da reação, como um golpe ou uma sacudida, é suficiente. Nessas reações, os óxidos também são produtos de combustão, mas são todos gasosos e se expandem rapidamente a uma alta temperatura final do processo. Portanto, tais substâncias são explosivas. Exemplos de explosivos são trinitroglicerina (ou nitroglicerina) C 3 H 5 (NO 3) 3 e trinitrotolueno (ou TNT) C 7 H 5 (NO 2) 3 .

Óxidos de metais ou não metais com estados de oxidação mais baixos de um elemento reagem com o oxigênio para formar óxidos de altos estados de oxidação desse elemento:

Óxidos naturais, obtidos de minérios ou sintetizados, servem como matéria-prima para a produção de muitos metais importantes, por exemplo, ferro de Fe 2 O 3 (hematita) e Fe 3 O 4 (magnetita), alumínio de Al 2 O 3 (alumina ), magnésio a partir de MgO (magnésia). Óxidos de metais leves são usados ​​na indústria química para produzir álcalis ou bases. O peróxido de potássio KO 2 encontra um uso incomum, pois na presença de umidade e como resultado da reação com ela, libera oxigênio. Portanto, KO 2 é usado em respiradores para produzir oxigênio. A umidade do ar exalado libera oxigênio no respirador e o KOH absorve CO 2 . A produção de óxido de CaO e hidróxido de cálcio Ca(OH) 2 é uma produção em larga escala na tecnologia de cerâmica e cimento.

Água (óxido de hidrogênio).

A importância da água H 2 O tanto na prática laboratorial para reações químicas quanto nos processos da vida requer consideração especial desta substância ÁGUA, GELO E VAPOR) . Como já mencionado, na interação direta de oxigênio e hidrogênio em condições de, por exemplo, uma descarga de faísca, ocorre uma explosão e a formação de água, com a liberação de 143 kJ/(mol H 2 O).

A molécula de água tem uma estrutura quase tetraédrica, o ângulo H–O–H é 104° 30°. As ligações na molécula são parcialmente iônicas (30%) e parcialmente covalentes com alta densidade de carga negativa para oxigênio e, consequentemente, cargas positivas para hidrogênio:

Devido à alta força das ligações H-O, o hidrogênio dificilmente é separado do oxigênio e a água exibe propriedades ácidas muito fracas. Muitas propriedades da água são determinadas pela distribuição de cargas. Por exemplo, uma molécula de água forma um hidrato com um íon metálico:

A água dá um par de elétrons a um aceptor, que pode ser H +:

Oxoânions e oxocátions

- partículas contendo oxigênio com uma carga residual negativa (oxoânions) ou residual positiva (oxocátions). O íon O 2– tem alta afinidade (alta reatividade) para partículas carregadas positivamente do tipo H +. O representante mais simples de oxoanions estáveis ​​é o íon hidróxido OH - . Isso explica a instabilidade de átomos com alta densidade de carga e sua estabilização parcial como resultado da adição de uma partícula com carga positiva. Portanto, quando o metal ativo (ou seu óxido) atua sobre a água, forma-se OH, e não O 2–:

2Na + 2H 2 O ® 2Na + + 2OH - + H 2

Na 2 O + H 2 O ® 2Na + + 2OH -

Oxoânions mais complexos são formados a partir de oxigênio com um íon metálico ou uma partícula não metálica que possui uma grande carga positiva, resultando em uma partícula de baixa carga e mais estável, por exemplo:

°C um sólido roxo escuro é formado. O ozônio líquido é ligeiramente solúvel em oxigênio líquido, e 49 cm 3 O 3 se dissolve em 100 g de água a 0 ° C. Em termos de propriedades químicas, o ozônio é muito mais ativo que o oxigênio e, em termos de propriedades oxidantes, perde apenas para O, F 2 e OF 2 (difluoreto de oxigênio). A oxidação normal produz um óxido e oxigênio molecular O 2 . Sob a ação do ozônio em metais ativos sob condições especiais, são formados ozonídeos da composição K + O 3 -. O ozônio é obtido na indústria para fins especiais, é um bom desinfetante e é usado para purificar a água e como alvejante, melhora a condição da atmosfera em sistemas fechados, desinfeta objetos e alimentos, acelera o amadurecimento de grãos e frutas. Em um laboratório químico, um ozonizador é frequentemente usado para produzir ozônio, que é necessário para alguns métodos de análise química e síntese. A borracha é facilmente destruída mesmo sob a influência de baixas concentrações de ozônio. Em algumas cidades industriais, uma concentração significativa de ozônio no ar leva à rápida deterioração dos produtos de borracha se não forem protegidos com antioxidantes. O ozônio é altamente tóxico. A inalação constante de ar, mesmo com concentrações muito baixas de ozônio, causa dores de cabeça, náuseas e outras condições desagradáveis.

OXIGÊNIO, O (a. oxigênio; e. Sauerstoff; f. oxigênio; e. oxigênio), é um elemento químico do Grupo VI do sistema periódico de Mendeleev, número atômico 8, massa atômica 15,9994. Na natureza, consiste em três isótopos estáveis: 16 O (99,754%), 17 O (0,0374%), 18 O (0,2039%). Foi descoberto independentemente pelo químico sueco K. V. Scheele (1770) e pelo explorador inglês J. Priestley (1774). Em 1775, o químico francês A. Lavoisier descobriu que o ar consiste em dois gases, oxigênio e nitrogênio, e deu ao primeiro seu nome.

Mais de 99,9% do oxigênio da Terra está em um estado ligado. O oxigênio é o principal fator que regula a distribuição dos elementos em escala planetária. Seu conteúdo diminui naturalmente com a profundidade. A quantidade de oxigênio em rochas ígneas varia de 49% em rochas vulcânicas ácidas a 38-42% em dunites e kimberlitos. O teor de oxigênio nas rochas metamórficas corresponde à profundidade de sua formação: de 44% em eclogitos a 48% em xistos cristalinos. O oxigênio máximo em rochas sedimentares é de 49-51%. Quando os sedimentos cedem, ocorre sua desidratação e redução parcial do óxido de ferro, acompanhada por uma diminuição na quantidade de oxigênio na rocha. Quando as rochas sobem das profundezas para as condições próximas à superfície, os processos de sua mudança começam com a introdução de água e dióxido de carbono, e o teor de oxigênio aumenta. Um papel excepcional nos processos geoquímicos é desempenhado pelo oxigênio livre, cujo valor é determinado por sua alta atividade química, alta capacidade de migração e conteúdo constante e relativamente alto na biosfera, onde não é apenas consumido, mas também reproduzido.

oxigênio livre

Acredita-se que o oxigênio livre apareceu no Proterozóico como resultado da fotossíntese. Nos processos hipergênicos, o oxigênio é um dos principais agentes; oxida o sulfeto de hidrogênio e óxidos inferiores. O oxigênio determina o comportamento de muitos elementos: aumenta a capacidade de migração dos calcófilos, oxida sulfetos em sulfatos móveis, reduz a mobilidade do ferro e, precipitando-os na forma de hidróxidos e causando sua separação, etc. Nas águas oceânicas, o oxigênio mudanças de conteúdo: no verão, o oceano dá oxigênio à atmosfera, absorve-o no inverno. As regiões polares são enriquecidas com oxigênio. Compostos de oxigênio e dióxido de carbono são de grande importância geoquímica.

A composição isotópica primária do oxigênio da Terra correspondia à composição isotópica de meteoritos e rochas ultrabásicas (18O = 5,9-6,4%). Os processos de sedimentação levaram ao fracionamento de isótopos entre sedimentos e água e ao esgotamento do oxigênio pesado nas águas oceânicas. O oxigênio atmosférico é empobrecido de 18 O em comparação com o oxigênio do oceano, que é tomado como padrão. Rochas alcalinas, granitos, rochas metamórficas e sedimentares são enriquecidas com oxigênio pesado. As variações na composição isotópica em objetos terrestres são determinadas principalmente pela temperatura do processo. Esta é a base para a termometria isotópica da formação de carbonatos e outros processos geoquímicos.

Obtenção de oxigênio

O principal método industrial para obtenção de oxigênio é a separação do ar por resfriamento profundo. Como subproduto, o oxigênio é obtido da eletrólise da água. Foi desenvolvido um método para a produção de oxigênio pelo método de difusão seletiva de gases através de peneiras moleculares.

oxigênio gasoso

O oxigênio gasoso é utilizado na metalurgia para a intensificação dos processos de alto-forno e siderurgia, na fundição de metais não ferrosos em fornos, na remoção de mattes, etc. (mais de 60% do oxigênio consumido); como agente oxidante em muitas indústrias químicas; em tecnologia - ao soldar e cortar metais; na gaseificação subterrânea de carvão, etc.; ozônio - na esterilização de água alimentar e desinfecção de instalações. O oxigênio líquido é usado como agente oxidante para combustíveis de foguetes.