Oxigen (O) se află în perioada 1, grupa VI, în subgrupa principală. p-element. Configuratie electronica 1s22s22p4 . Numărul de electroni din nivelul exterior este de 6. Oxigenul poate accepta 2 electroni și, în cazuri rare, îi poate da. Valenta oxigenului 2, starea de oxidare -2.

Proprietăți fizice: oxigen ( O2 ) – gaz incolor, inodor și insipid; usor solubil in apa, putin mai greu decat aerul. La -183 °C și 101,325 Pa, oxigenul se lichefiază, devenind albăstrui la culoare. Structura moleculei: Molecula de oxigen este diatomică, puternică în condiții normale și are proprietăți magnetice. Legătura din moleculă este covalentă nepolară. Oxigenul are o modificare alotropică - ozon(O3 ) – un agent oxidant mai puternic decât oxigenul.

Proprietăți chimice:înainte de finalizarea nivelului energetic, oxigenul are nevoie de 2 electroni, pe care îi acceptă prezentând o stare de oxidare de -2, dar în combinație cu fluor, oxigen OF2 -2 și O2F2 -1. Datorită activității sale chimice, oxigenul interacționează cu aproape toate substanțele simple. Formează oxizi și peroxizi cu metalele:

Oxigenul nu reacționează doar cu platina. La temperaturi ridicate și ridicate, reacționează cu multe nemetale:

Oxigenul nu interacționează direct cu halogenii. Oxigenul reacționează cu multe substanțe complexe:

Oxigenul se caracterizează prin reacții de ardere:

Multe substanțe organice ard în oxigen:

Când acetaldehida este oxidată cu oxigen, se obține acid acetic:

Chitanță:în laborator: 1) prin electroliza unei soluții apoase de alcali: în acest caz, se eliberează hidrogen la catod, iar oxigenul la anod; 2) descompunerea sării berthollet la încălzire: 2KSlO3? 2KSl + 3O2?; 3) se obţine oxigen foarte pur: 2KMnO4?K2MnO4 + MnO2 + O2?.

Găsirea în natură: oxigenul reprezintă 47,2% din masa scoarței terestre. În stare liberă, este conținut în aerul atmosferic - 21%. Face parte din multe minerale naturale, o cantitate imensă se găsește în organismele plantelor și animalelor. Oxigenul natural este format din 3 izotopi: O(16), O(17), O(18).

Aplicație: folosit în industria chimică, metalurgică, în medicină.

24. Ozonul și proprietățile sale

În stare solidă, oxigenul are trei modificări: modificări a-, a- și a-. ozon ( O3 ) – una dintre modificările alotrope ale oxigenului . Structura moleculei: ozonul are o structură moleculară neliniară cu un unghi între atomi de 117°. Molecula de ozon are o anumită polaritate (în ciuda atomilor de același fel care formează molecula de ozon), este diamagnetică, deoarece nu are electroni nepereche.

Proprietăți fizice: ozonul este un gaz albastru cu un miros caracteristic; greutate moleculară = 48, punctul de topire (solid) = 192,7 °C, punctul de fierbere = 111,9 °C. Ozonul lichid și solid este exploziv, toxic și foarte solubil în apă: la 0 °C, până la 49 de volume de ozon se dizolvă în 100 de volume de apă.

Proprietăți chimice: Ozonul este un agent oxidant puternic, oxidează toate metalele, inclusiv aurul - Au și platina - Pt (și metalele din grupa platinei). Ozonul acționează pe o placă de argint lucioasă, care este acoperită instantaneu cu peroxid de argint negru - Ag2O2; hârtia umezită cu terebentină se aprinde, compușii de sulf ai metalelor sunt oxidați în săruri de acid sulfuric; mulți coloranți sunt decolorați; distruge materia organică - în timp ce molecula de ozon desparte un atom de oxigen, iar ozonul se transformă în oxigen obișnuit. La fel ca majoritatea nemetalelor, transformă oxizii inferiori în alții superiori, iar sulfurile metalelor lor în sulfați:

Ozonul oxidează iodura de potasiu la iod molecular:

Dar cu peroxidul de hidrogen H2O2, ozonul acționează ca un agent reducător:

Din punct de vedere chimic, moleculele de ozon sunt instabile - ozonul este capabil să se descompună spontan în oxigen molecular:

Chitanță: Ozonul este produs în ozonizatoare prin trecerea scânteilor electrice prin oxigen sau aer. Formarea ozonului din oxigen:

Ozonul se poate forma în timpul oxidării fosforului umed, a substanțelor rășinoase. Detector de ozon: pentru a identifica prezența ozonului în aer, este necesar să scufundați în aer o bucată de hârtie înmuiată într-o soluție de iodură de potasiu și pastă de amidon - dacă bucata de hârtie a devenit albastră, înseamnă că ozonul este prezent în aer. Găsirea în natură:În atmosferă, ozonul se formează în timpul descărcărilor electrice. Aplicație: Fiind un agent oxidant puternic, ozonul distruge diferite tipuri de bacterii, prin urmare este utilizat pe scară largă pentru a purifica apa și a dezinfecta aerul și este folosit ca agent de albire.

Omniprezent, omnipotent și invizibil - totul este despre el. De asemenea, nu are gust sau miros. Se pare că conversația este despre ceva ce nu există deloc. Totuși, această substanță există, în plus: fără ea, omenirea pur și simplu s-ar sufoca. Prin urmare, probabil, Lavoisier a numit imediat acest gaz „gaz vital”.

Oxigen omnipotent

Potrivit oamenilor religioși, numai Dumnezeu poate fi omniprezent, omnipotent și în același timp invizibil. De fapt, toate aceste trei epitete pot fi atribuite elementului chimic cu număr atomic 8 - oxigen. Dacă plantele nu ar transforma apa și dioxidul de carbon în compuși organici în timpul fotosintezei, iar acest proces nu a fost însoțit de eliberarea de oxigen legat, atunci, după epuizarea oxigenului atmosferic destul de repede, întreaga lume animală, inclusiv umanitatea, s-ar sufoca în curând.

Oxigenul este omniprezent: nu numai aerul, apa și pământul, ci și tu și cu mine, mâncarea, băutura, hainele noastre sunt în mare parte compuse din el; Majoritatea substanțelor din jurul nostru conțin oxigen. Puterea oxigenului se manifestă deja prin faptul că îl respirăm, iar respirația este sinonim pentru viață. Și oxigenul poate fi considerat omnipotent, deoarece elementul puternic al focului, de regulă, este foarte dependent de candidatul nostru pentru omnipotență și omnipotență.

În ceea ce privește al treilea epitet - „invizibil”, atunci probabil că nu este nevoie de dovezi. În condiții obișnuite, oxigenul elementar nu este doar incolor și, prin urmare, invizibil, ci și nu este perceptibil, nu este perceptibil de niciun organ de simț. Adevărat, lipsa, și cu atât mai mult lipsa de oxigen, am simți instantaneu...

Descoperire: secolul al XVIII-lea

Faptul că oxigenul este invizibil, insipid, inodor, gazos în condiții obișnuite, a întârziat mult timp descoperirea sa. Mulți oameni de știință din trecut au ghicit că a existat o substanță cu proprietăți care, după cum știm acum, sunt inerente oxigenului.

Deschidere oxigen (Engleză oxigen, limba franceza oxigen, limba germana Sauerstoff) a marcat începutul perioadei moderne în dezvoltarea chimiei. Din cele mai vechi timpuri, se știe că aerul este necesar pentru ardere, dar timp de multe secole procesul de ardere a rămas de neînțeles. Abia în secolul al XVII-lea. Mayow și Boyle, independent unul de celălalt, au sugerat că există o substanță în aer care susține arderea.

Oxigenul a fost descoperit aproape simultan și independent unul de celălalt de doi chimiști remarcabili din a doua jumătate a secolului al XVIII-lea, suedezul Carl Wilhelm Scheele și englezul Joseph Priestley. Scheele a primit oxigen mai devreme, dar tratatul său Despre aer și foc, care conținea informații despre oxigen, a fost publicat mai târziu decât descoperirea lui Priestley.

Iosif
Priestley

„La 1 august 1774, am încercat să extrag aer din sol de mercur și am constatat că aerul poate fi expulzat cu ușurință din acesta cu ajutorul unei lentile. Acest aer nu a fost absorbit de apă. Imaginează-ți uimirea mea când am descoperit că lumânarea ardea în acest aer cu o flacără neobișnuit de strălucitoare. În zadar am încercat să găsesc o explicație pentru acest fenomen.

Și totuși, figura principală din istoria descoperirii oxigenului nu este Scheele sau Priestley. Au descoperit un gaz nou - și nimic mai mult. Friedrich Engels avea să scrie mai târziu despre asta: „Amândoi nu au aflat niciodată ce era în mâinile lor. Elementul care era menit să revoluționeze chimia a dispărut în mâinile lor fără urmă... Prin urmare, rămâne Lavoisier cel care a descoperit efectiv oxigenul, și nu cei doi care au descris doar oxigenul, fără să ghicească măcar ce descriu.

Un studiu detaliat al proprietăților oxigenului și al rolului acestuia în procesele de ardere și formarea oxizilor l-a condus pe Lavoisier la concluzia greșită că acest gaz este un principiu de formare a acidului. În 1779, Lavoisier a introdus numele pentru oxigen Oxigeniu(din greacă„oxid” - „acru” și „gennao” - nasc) - „născ acizi”.

Element „oxidant”.

Oxigenul este un gaz incolor (în strat gros - albastru) fără gust și miros. Este puțin mai greu decât aerul și ușor solubil în apă. Când este răcit la -183°C, oxigenul se transformă într-un lichid albastru mobil, iar la -219°C îngheață.

Așa cum ar trebui să fie pentru un element care ocupă un loc în colțul din dreapta sus al tabelului periodic, oxigenul este unul dintre cele mai active elemente nemetalice și are proprietăți oxidante pronunțate. Dacă pot să spun așa, un singur element, fluorul, este mai oxidant decât oxigenul. De aceea rezervoarele de oxigen lichid sunt un accesoriu necesar pentru majoritatea motoarelor de rachete lichide. Un compus de oxigen a fost obținut chiar și cu un astfel de gaz pasiv din punct de vedere chimic precum xenonul.

Pentru dezvoltarea unei reacții active a oxigenului cu cele mai multe substanțe simple și complexe, este necesară încălzirea - pentru a depăși bariera potențială care împiedică procesul chimic. Cu ajutorul catalizatorilor care reduc energia de activare, procesele pot continua fără încălzire, în special, combinația de oxigen cu hidrogen.

Puterea mare de oxidare a oxigenului stă la baza arderii tuturor tipurilor de combustibil, inclusiv a prafului de pușcă, care nu necesită oxigen atmosferic pentru ardere: în procesul de ardere a unor astfel de substanțe, oxigenul este eliberat de la sine.

Procesele de oxidare lentă a diferitelor substanțe la temperaturi obișnuite nu sunt mai puțin importante pentru viață decât arderea este pentru energie.

Oxidarea lentă a substanțelor alimentare din corpul nostru este „baza energetică” a vieții. Remarcăm în treacăt că organismul nostru nu folosește oxigenul inhalat foarte economic: în aerul expirat, oxigenul este de aproximativ 16%. Căldura fânului putrezit este rezultatul oxidării lente a materiei organice de origine vegetală. Oxidarea lentă a gunoiului de grajd și a humusului încălzește serele.

Aplicație: „mare de energie”

Oxigenul este utilizat în practică medicală, și nu numai cu boli pulmonare și cardiace, când respirația este dificilă. Administrarea subcutanată de oxigen s-a dovedit a fi un tratament eficient pentru boli atât de grave precum gangrena, tromboflebita, elefantiaza și ulcerele trofice.

Nu este mai puțin important pentru industrie. Îmbogățirea aerului cu oxigen face ca multe procese tehnologice bazate pe oxidare să fie mai eficiente, mai rapide, mai economice. Și până acum, aproape toată energia termică se bazează pe astfel de procese. Transformarea fierului în oțel imposibil de asemenea fără oxigen. Oxigenul este cel care „elimină” excesul de carbon din fontă. În același timp, calitatea oțelului este de asemenea îmbunătățită. Aveți nevoie de oxigen și metalurgia neferoasă. Oxigenul lichid servește oxidant propulsor.

Când hidrogenul este ars într-un curent de oxigen, se formează o substanță foarte obișnuită - H 2 O. Desigur, pentru a obține această substanță, nu trebuie să fii angajat în arderea hidrogenului (care, apropo, este adesea obtinut din apa). Scopul acestui proces este diferit, va fi clar dacă aceeași reacție este scrisă în întregime, luând în considerare nu numai produsele chimice, ci și energia eliberată în timpul reacției: H 2 + 0,5 O 2 \u003d H 2 O + 68317 calorii.

Aproape șaptezeci de calorii mari pe gram-moleculă! Deci, puteți obține nu numai o „mare de apă”, ci și o „mare de energie”. Pentru aceasta, se obține apă în motoarele cu reacție care funcționează pe hidrogen și oxigen.

Se folosește aceeași reacție pentru sudarea și tăierea metalelor. Adevărat, în această regiune, hidrogenul poate fi înlocuit cu acetilenă. Apropo, acetilena este produsă din ce în ce mai mult pe scară largă tocmai cu ajutorul oxigenului, în procesele de cracare termic-oxidativă: 6CH 4 + 4O 2 \u003d C 2 H 2 + 8H 2 + ZSO + CO 2 + ZH 2 O.

Acesta este doar un exemplu utilizarea oxigenului în industria chimică. Oxigenul este necesar pentru producerea multor substanțe (gândiți-vă doar la acidul azotic), pentru gazeificarea cărbunelui, petrolului, păcurului...

Orice substanță combustibilă poroasă, de exemplu, rumegușul, fiind impregnată cu un lichid rece albăstrui - oxigen lichid, devine exploziv. Astfel de substanțe sunt numite oxiliciteși, dacă este necesar, poate înlocui dinamita în dezvoltarea zăcămintelor de minereu.

Producția (și consumul) mondial anual de oxigen este măsurată în milioane de tone. În afară de oxigenul pe care îl respirăm.

Producția de oxigen

Încercările de a crea o industrie a oxigenului mai mult sau mai puțin puternică au fost făcute în ultimul secol în multe țări. Dar de la o idee la o implementare tehnică există adesea o „distanță colosală”...

Dezvoltarea deosebit de rapidă a industriei oxigenului a început după inventarea unui turboexpansor de către academicianul P.L. Kapitsa și crearea unor instalații puternice de separare a aerului.

Cel mai simplu mod de a obține oxigen este din aer, deoarece aerul nu este un compus și nu este atât de dificil să se separe aerul. Punctele de fierbere ale azotului și oxigenului diferă (la presiunea atmosferică) cu 12,8°C. Prin urmare, aerul lichid poate fi separat în componente în coloanele de distilare în același mod în care, de exemplu, uleiul este împărțit. Dar pentru a transforma aerul într-un lichid, acesta trebuie să fie răcit la minus 196°C. Putem spune că problema obținerii oxigenului este problema răcelii.

Pentru a obține frig cu ajutorul aerului obișnuit, acesta din urmă trebuie comprimat, apoi lăsat să se extindă și, în același timp, să îl facă să facă lucrări mecanice. Apoi, în conformitate cu legile fizicii, aerul trebuie răcit. Mașinile care fac acest lucru sunt numite expansoare.

Pentru a obține aer lichid cu ajutorul expansoarelor cu piston au fost necesare presiuni de ordinul a 200 de atmosfere. Eficiența instalației a fost puțin mai mare decât cea a unui motor cu abur. Instalarea s-a dovedit a fi complicată, greoaie, costisitoare. La sfârșitul anilor treizeci, fizicianul sovietic academicianul P.L. Kapitsa a sugerat folosirea unei turbine ca expansor. Principala caracteristică a turboexpansorului Kapitza este că aerul din acesta se extinde nu numai în aparatul duzei, ci și pe paletele rotorului. În acest caz, gazul se deplasează de la periferia roții spre centru, lucrând împotriva forțelor centrifuge.

Turboexpansorul „face” frigul cu aer comprimat la doar câteva atmosfere. Energia emisă de aerul în expansiune nu este irosită, este folosită pentru a roti rotorul generatorului de curent electric.

Instalațiile moderne de separare a aerului, în care frigul se obține cu ajutorul turbo-expansoarelor, asigură industriilor, în primul rând metalurgiei și chimiei, sute de mii de metri cubi de oxigen gazos.

La tăierea metalului, se realizează printr-o flacără de gaz la temperatură înaltă obținută prin arderea unui gaz combustibil sau vapori lichidi amestecați cu oxigen pur comercial.

Oxigenul este cel mai abundent element de pe pământ găsit sub formă de compuși chimici cu diverse substanțe: în pământ - până la 50% din masă, în combinație cu hidrogenul din apă - aproximativ 86% din masă și în aer - până la 21% din volum și 23% din masă.

Oxigenul în condiții normale (temperatura 20 ° C, presiune 0,1 MPa) este un gaz incolor, incombustibil, puțin mai greu decât aerul, inodor, dar susținând activ arderea. La presiunea atmosferică normală și o temperatură de 0 ° C, masa de 1 m 3 de oxigen este de 1,43 kg, iar la o temperatură de 20 ° C și presiunea atmosferică normală - 1,33 kg.

Oxigenul are o reactivitate ridicată, formând compuși cu toate elementele chimice, cu excepția (argon, heliu, xenon, cripton și neon). Reacțiile compusului cu oxigen au loc cu eliberarea unei cantități mari de căldură, adică sunt de natură exotermă.

Când oxigenul gazos comprimat intră în contact cu substanțe organice, uleiuri, grăsimi, praf de cărbune, materiale plastice combustibile, acestea se pot aprinde spontan ca urmare a degajării de căldură în timpul comprimării rapide a oxigenului, frecarea și impactul particulelor solide asupra metalului, precum și scântei electrostatice. deversare. Prin urmare, atunci când utilizați oxigen, trebuie avut grijă să vă asigurați că acesta nu intră în contact cu substanțe inflamabile și combustibile.

Toate echipamentele de oxigen, liniile de oxigen și buteliile trebuie degresate temeinic. este capabil să formeze amestecuri explozive cu gaze combustibile sau vapori combustibili lichizi pe o gamă largă, care pot duce și la explozii în prezența unei flăcări deschise sau chiar a unei scântei.

Caracteristicile observate ale oxigenului ar trebui să fie întotdeauna reținute atunci când îl utilizați în procesele de tratare cu flacără.

Aerul atmosferic este în principal un amestec mecanic de trei gaze cu următorul conținut de volum: azot - 78,08%, oxigen - 20,95%, argon - 0,94%, restul este dioxid de carbon, protoxid de azot etc. Oxigenul se obține prin separarea aerului pe oxigen și prin metoda de răcire profundă (lichefiere), împreună cu separarea argonului, a cărui utilizare este în continuă creștere la. Azotul este folosit ca gaz de protecție la sudarea cuprului.

Oxigenul poate fi obținut chimic sau prin electroliza apei. Metode chimice neproductive și neeconomice. La electroliza apei oxigenul de curent continuu se obține ca produs secundar în producerea hidrogenului pur.

Oxigenul este produs în industrie din aerul atmosferic prin răcire profundă și rectificare. În instalațiile pentru producerea de oxigen și azot din aer, acesta din urmă este curățat de impuritățile nocive, comprimat într-un compresor la presiunea corespunzătoare a ciclului frigorific de 0,6-20 MPa și răcit în schimbătoare de căldură la o temperatură de lichefiere, diferența de temperatura de lichefiere a oxigenului și a azotului este de 13 ° C, ceea ce este suficient pentru separarea lor completă în faza lichidă.

Oxigenul pur lichid se acumulează în aparatul de separare a aerului, se evaporă și se adună într-un suport de gaz, de unde este pompat în butelii de către un compresor la o presiune de până la 20 MPa.

Oxigenul tehnic este de asemenea transportat prin conductă. Presiunea oxigenului transportat prin conductă trebuie convenită între producător și consumator. Oxigenul este livrat la loc în butelii de oxigen, iar sub formă lichidă - în vase speciale cu o bună izolare termică.

Pentru a transforma oxigenul lichid în gaz, se folosesc gazeificatoare sau pompe cu evaporatoare de oxigen lichid. La presiunea atmosferică normală și o temperatură de 20 ° C, 1 dm 3 de oxigen lichid în timpul evaporării dă 860 dm 3 de oxigen gazos. Prin urmare, este recomandabil să se livreze oxigen la locul de sudare în stare lichidă, deoarece aceasta reduce greutatea tară de 10 ori, ceea ce economisește metal pentru fabricarea cilindrilor și reduce costurile de transport și depozitare a cilindrilor.

Pentru sudare și tăiere conform -78 oxigenul tehnic este produs în trei grade:

• 1 - puritate nu mai puțin de 99,7%
• Al doilea - nu mai puțin de 99,5%
• Al treilea - nu mai puțin de 99,2% din volum

Puritatea oxigenului este de mare importanță pentru tăierea cu oxicombustibil. Cu cât conține mai puține impurități de gaz, cu atât viteza de tăiere este mai mare, este mai curat și consumă mai puțin oxigen.

Conținutul articolului

OXIGEN, O (oxigeniu), un element chimic al subgrupului VIA din Tabelul Periodic al Elementelor: O, S, Se, Te, Po, este un membru al familiei calcogenului. Acesta este elementul cel mai des întâlnit în natură, conținutul său în atmosfera Pământului este de 21% (vol.), în scoarța terestră sub formă de compuși de cca. 50% (greutate) și în hidrosferă 88,8% (greutate).

Oxigenul este esențial pentru viața pe pământ: animalele și plantele consumă oxigen prin respirație, iar plantele eliberează oxigen prin fotosinteză. Materia vie conține oxigen legat nu numai în fluidele corpului (celule sanguine etc.), ci și în carbohidrați (zahăr, celuloză, amidon, glicogen), grăsimi și proteine. Argilele, rocile sunt compuse din silicați și alți compuși anorganici care conțin oxigen, cum ar fi oxizi, hidroxizi, carbonați, sulfați și nitrați.

Referință istorică.

Primele informații despre oxigen au devenit cunoscute în Europa din manuscrisele chinezești din secolul al VIII-lea. La începutul secolului al XVI-lea Leonardo da Vinci a publicat date legate de chimia oxigenului, neștiind încă că oxigenul este un element. Reacțiile de adiție de oxigen sunt descrise în lucrările științifice ale lui S. Gales (1731) și P. Bayen (1774). Studiile lui K. Scheele în 1771–1773 despre interacțiunea metalelor și fosforului cu oxigenul merită o atenție deosebită. J. Priestley a raportat descoperirea oxigenului ca element în 1774, la câteva luni după ce Bayen a raportat despre reacțiile cu aerul. Numele de oxigen („oxigen”) a fost dat acestui element la scurt timp după descoperirea lui Priestley și provine din cuvintele grecești pentru „producător de acid”; acest lucru se datorează concepției greșite că oxigenul este prezent în toți acizii. Explicaţia rolului oxigenului în procesele de respiraţie şi ardere îi aparţine însă lui A. Lavoisier (1777).

Structura atomului.

Orice atom de oxigen natural conține 8 protoni în nucleu, dar numărul de neutroni poate fi 8, 9 sau 10. Cel mai comun dintre cei trei izotopi de oxigen (99,76%) este 16 8 O (8 protoni și 8 neutroni). Conținutul unui alt izotop, 18 8 O (8 protoni și 10 neutroni), este de doar 0,2%. Acest izotop este folosit ca etichetă sau pentru identificarea anumitor molecule, precum și pentru studii biochimice și medico-chimice (o metodă de studiere a urmelor neradioactive). Al treilea izotop neradioactiv de oxigen 17 8 O (0,04%) conține 9 neutroni și are un număr de masă de 17. După ce masa izotopului de carbon 12 6 C a fost acceptată de Comisia Internațională ca masă atomică standard în 1961, masa atomică medie ponderată a oxigenului a devenit 15, 9994. Până în 1961, chimiștii considerau unitatea standard de masă atomică ca fiind masa atomică a oxigenului, care se presupunea a fi 16.000 pentru un amestec de trei izotopi naturali de oxigen. Fizicienii au luat numărul de masă al izotopului de oxigen 16 8 O ca unitate standard de masă atomică, prin urmare, conform scalei fizice, masa atomică medie a oxigenului a fost 16,0044.

Există 8 electroni într-un atom de oxigen, cu 2 electroni la nivelul interior și 6 electroni la nivelul exterior. Prin urmare, în reacțiile chimice, oxigenul poate accepta de la donatori până la doi electroni, completându-și învelișul exterior până la 8 electroni și formând o sarcină negativă în exces.

Oxigenul molecular.

La fel ca majoritatea celorlalte elemente, cărora le lipsesc 1-2 electroni atomii pentru a completa învelișul exterior de 8 electroni, oxigenul formează o moleculă diatomică. Acest proces eliberează multă energie (~490 kJ/mol) și, în consecință, aceeași cantitate de energie trebuie cheltuită pentru procesul invers de disociere a moleculei în atomi. Puterea legăturii O-O este atât de mare încât la 2300°C doar 1% din moleculele de oxigen se disociază în atomi. (Este de remarcat faptul că în formarea moleculei de azot N 2 puterea legăturii N–N este chiar mai mare, ~710 kJ/mol.)

Structura electronică.

În structura electronică a moleculei de oxigen, așa cum era de așteptat, distribuția electronilor cu un octet în jurul fiecărui atom nu este realizată, dar există electroni nepereche, iar oxigenul prezintă proprietăți tipice unei astfel de structuri (de exemplu, interacționează cu un câmp magnetic, fiind un paramagnet).

Reacții.

În condiții adecvate, oxigenul molecular reacționează cu aproape orice element, cu excepția gazelor nobile. Cu toate acestea, în condiții de cameră, doar cele mai active elemente reacționează cu oxigenul destul de repede. Este probabil ca majoritatea reacțiilor să aibă loc numai după disociarea oxigenului în atomi, iar disocierea are loc numai la temperaturi foarte ridicate. Totuşi, catalizatorii sau alte substanţe din sistemul de reacţie pot favoriza disocierea O2. Se știe că metalele alcaline (Li, Na, K) și alcalino-pământoase (Ca, Sr, Ba) reacţionează cu oxigenul molecular pentru a forma peroxizi:

Chitanța și cererea.

Datorită prezenței oxigenului liber în atmosferă, cea mai eficientă metodă de extracție a acestuia este lichefierea aerului, din care se îndepărtează impuritățile, CO 2 , praful etc. metode chimice și fizice. Procesul ciclic include compresia, răcirea și expansiunea, ceea ce duce la lichefierea aerului. Cu o creștere lentă a temperaturii (distilarea fracționată), aerul lichid evaporă mai întâi gazele nobile (cele mai greu de lichefiat), apoi rămâne azotul și oxigenul lichid. Ca urmare, oxigenul lichid conține urme de gaze nobile și un procent relativ mare de azot. Pentru multe aplicații, aceste impurități nu interferează. Cu toate acestea, pentru a obține oxigen de înaltă puritate, procesul de distilare trebuie repetat. Oxigenul este stocat în rezervoare și cilindri. Este folosit în cantități mari ca oxidant pentru kerosen și alți combustibili în rachete și nave spațiale. Industria siderurgică folosește oxigen gazos pentru a sufla fierul prin procesul Bessemer pentru a îndepărta rapid și eficient impuritățile C, S și P. Oxigenul produce oțel mai rapid și mai bine decât cu aer. Oxigenul este folosit și pentru sudarea și tăierea metalelor (flacără oxiacetilenă). Oxigenul este folosit și în medicină, de exemplu, pentru a îmbogăți mediul respirator al pacienților cu dificultăți de respirație. Oxigenul poate fi obținut prin diferite metode chimice, iar unele dintre ele sunt folosite pentru a obține cantități mici de oxigen pur în practica de laborator.

Electroliză.

Una dintre metodele de obținere a oxigenului este electroliza apei care conține mici adaosuri de NaOH sau H 2 SO 4 ca catalizator: 2H 2 O ® 2H 2 + O 2. În acest caz, se formează mici impurități de hidrogen. Cu ajutorul unui dispozitiv de descărcare, urmele de hidrogen din amestecul de gaze sunt din nou transformate în apă, ai cărei vapori sunt îndepărtați prin înghețare sau adsorbție.

Disocierea termică.

O metodă importantă de laborator pentru obținerea oxigenului, propusă de J. Priestley, este descompunerea termică a oxizilor de metale grele: 2HgO ® 2Hg + O 2 . Pentru aceasta, Priestley a concentrat razele soarelui asupra pulberii de oxid de mercur. O metodă de laborator binecunoscută este, de asemenea, disocierea termică a oxosărurilor, de exemplu, cloratul de potasiu în prezența unui catalizator - dioxid de mangan:

Dioxidul de mangan, adăugat în cantități mici înainte de calcinare, face posibilă menținerea temperaturii și vitezei de disociere necesare, iar MnO2 în sine nu se modifică în timpul procesului.

De asemenea, se folosesc metode de descompunere termică a nitraților:

precum și peroxizii unor metale active, de exemplu:

2BaO2® 2BaO + O2

Ultima metodă a fost la un moment dat pe scară largă pentru extragerea oxigenului din atmosferă și a constat în încălzirea BaO în aer până la formarea BaO2, urmată de descompunerea termică a peroxidului. Metoda de descompunere termică își păstrează importanța pentru producerea de peroxid de hidrogen.

UNELE PROPRIETĂȚI FIZICE ALE OXIGENULUI
numar atomic	8
Masă atomică	15,9994
Punct de topire, °С	–218,4
Punct de fierbere, °С	–183,0
Densitate
solid, g/cm 3 (at t pl)	1,27
lichid g / cm 3 (at t kip)	1,14
gazos, g / dm 3 (la 0 ° C)	1,429
relativ la aer	1,105
a critică, g / cm 3	0,430
Temperatura critică a, °C	–118,8
Presiune critică a, atm	49,7
Solubilitate, cm 3 /100 ml solvent
în apă (0°C)	4,89
în apă (100°C)	1,7
în alcool (25°C)	2,78
Raza, Å	0,74
covalent	0,66
ionic (O 2–)	1,40
Potențial de ionizare, V
primul	13,614
al doilea	35,146
Electronegativitate (F=4)	3,5
a Temperatura și presiunea la care densitatea unui gaz și a unui lichid este aceeași.

proprietăți fizice.

Oxigenul în condiții normale este un gaz incolor, inodor și fără gust. Oxigenul lichid are o culoare albastru pal. Oxigenul solid există în cel puțin trei modificări cristaline. Oxigenul gazos este solubil în apă și formează probabil compuși instabili, cum ar fi O 2 H H 2 O și posibil O 2 H 2H 2 O.

Proprietăți chimice.

După cum sa menționat deja, activitatea chimică a oxigenului este determinată de capacitatea sa de a se disocia în atomi de O, care sunt foarte reactivi. Doar cele mai active metale și minerale reacționează cu O 2 la o rată mare la temperaturi scăzute. Cele mai active metale alcaline (subgrupe IA) și unele metale alcalino-pământoase (subgrupe IIA) formează peroxizi precum NaO2 și BaO2 cu O2. Alte elemente şi compuşi reacţionează numai cu produsul de disociere O 2 . În condiții adecvate, toate elementele, cu excepția gazelor nobile și a metalelor Pt, Ag, Au, reacţionează cu oxigenul. Aceste metale formează și oxizi, dar în condiții speciale.

Structura electronică a oxigenului (1s 2 2s 2 2p 4) este astfel încât atomul de O acceptă doi electroni la nivelul exterior pentru a forma un înveliș de electroni extern stabil, formând un ion O 2–. În oxizii de metale alcaline se formează predominant legături ionice. Se poate presupune că electronii acestor metale sunt aproape în întregime atrași de oxigen. În oxizii de metale și nemetale mai puțin active, tranziția electronilor este incompletă, iar densitatea de sarcină negativă a oxigenului este mai puțin pronunțată, astfel încât legătura este mai puțin ionică sau mai covalentă.

În timpul oxidării metalelor cu oxigen, se eliberează căldură, a cărei mărime se corelează cu puterea legăturii M-O. În timpul oxidării unor nemetale, căldura este absorbită, ceea ce indică legăturile lor mai slabe cu oxigenul. Astfel de oxizi sunt instabili termic (sau mai puțin stabili decât oxizii legați ionic) și sunt adesea foarte reactivi. Tabelul prezintă pentru comparație valorile entalpiilor de formare a oxizilor celor mai tipice metale, metale de tranziție și nemetale, elemente ale subgrupurilor A și B (semnul minus înseamnă eliberare de căldură).

Se pot trage mai multe concluzii generale despre proprietățile oxizilor:

1. Punctele de topire ale oxizilor metalelor alcaline scad odata cu cresterea razei atomice a metalului; Asa de, t pl (Cs 2 O) t pl (Na 2 O). Oxizii dominați de legături ionice au puncte de topire mai mari decât punctele de topire ale oxizilor covalenti: t pl (Na2O) > t pl (SO 2).

2. Oxizii metalelor reactive (subgrupele IA–IIIA) sunt mai stabili termic decât oxizii metalelor de tranziție și nemetalelor. Oxizii de metale grele în cea mai mare stare de oxidare în timpul disocierii termice formează oxizi cu stări de oxidare inferioare (de exemplu, 2Hg 2+ O ® (Hg +) 2 O + 0,5O 2 ® 2Hg 0 + O 2). Astfel de oxizi în stări de oxidare ridicate pot fi buni oxidanți.

3. Cele mai active metale interacționează cu oxigenul molecular la temperaturi ridicate pentru a forma peroxizi:

Sr + O2® Sr02.

4. Oxizii metalelor active formează soluții incolore, în timp ce oxizii majorității metalelor de tranziție sunt colorați și practic insolubili. Soluțiile apoase de oxizi metalici prezintă proprietăți de bază și sunt hidroxizi care conțin grupări OH, în timp ce oxizii nemetalici din soluții apoase formează acizi care conțin un ion H +.

5. Metalele și nemetalele subgrupurilor A formează oxizi cu o stare de oxidare corespunzătoare numărului grupului, de exemplu, Na, Be și B formează Na 1 2 O, Be II O și B 2 III O 3 și non- metalele IVA–VIIA din subgrupele C, N , S, Cl forma C IV O 2 , N V 2 O 5 , S VI O 3 , Cl VII 2 O 7 . Numărul de grup al unui element se corelează numai cu starea maximă de oxidare, deoarece sunt posibili și oxizi cu stări de oxidare mai mici ale elementelor. În procesele de ardere a compușilor, oxizii sunt produse tipice, de exemplu:

2H2S + 3O2® 2SO2 + 2H2O

Substanțele care conțin carbon și hidrocarburile sunt oxidate (arse) la CO 2 și H 2 O când sunt ușor încălzite. Exemple de astfel de substanțe sunt combustibilii - lemn, ulei, alcooli (precum și carbon - cărbune, cocs și cărbune). Căldura din procesul de ardere este utilizată pentru producerea de abur (și apoi de energie electrică sau merge către centralele electrice), precum și pentru încălzirea caselor. Ecuațiile tipice pentru procesele de ardere sunt:

a) lemn (celuloză):

(C6H10O5) n + 6n O2®6 n CO2+5 n H 2 O + energie termică

b) petrol sau gaze (benzină C 8 H 18 sau gaz natural CH 4):

2C 8 H 18 + 25O 2 ® 16CO 2 + 18H 2 O + energie termică

CH 4 + 2O 2 ® CO 2 + 2H 2 O + energie termică

C 2 H 5 OH + 3O 2 ® 2CO 2 + 3H 2 O + energie termică

d) carbon (piatră sau cărbune, cocs):

2C + O 2 ® 2CO + energie termică

2CO + O 2 ® 2CO 2 + energie termică

O serie de compuși care conțin C-, H-, N-, O cu o rezervă mare de energie sunt, de asemenea, supuși arderii. Oxigenul pentru oxidare poate fi folosit nu numai din atmosferă (ca și în reacțiile anterioare), ci și din substanța în sine. Pentru a iniția o reacție, este suficientă o ușoară activare a reacției, cum ar fi o lovitură sau o agitare. În aceste reacții, oxizii sunt, de asemenea, produse de combustie, dar toți sunt gazoși și se extind rapid la o temperatură finală ridicată a procesului. Prin urmare, astfel de substanțe sunt explozive. Exemple de explozivi sunt trinitroglicerina (sau nitroglicerina) C3H5 (NO3)3 şi trinitrotoluenul (sau TNT) C7H5 (NO2)3.

Oxizii metalelor sau nemetalelor cu stări de oxidare inferioare ale unui element reacționează cu oxigenul pentru a forma oxizi cu stări de oxidare ridicate ale acestui element:

Oxizii naturali, obținuți din minereuri sau sintetizați, servesc drept materii prime pentru producerea multor metale importante, de exemplu, fier din Fe 2 O 3 (hematit) și Fe 3 O 4 (magnetit), aluminiu din Al 2 O 3 (alumină). ), magneziu din MgO (magnezie). Oxizii de metale ușori sunt utilizați în industria chimică pentru a produce alcalii sau baze. Peroxidul de potasiu KO 2 își găsește o utilizare neobișnuită, deoarece în prezența umidității și ca urmare a reacției cu aceasta, eliberează oxigen. Prin urmare, KO 2 este utilizat în aparatele respiratorii pentru a produce oxigen. Umiditatea din aerul expirat eliberează oxigen în aparatul respirator, iar KOH absoarbe CO 2 . Producția de oxid de CaO și hidroxid de calciu Ca(OH) 2 este o producție pe scară largă în tehnologia ceramicii și a cimentului.

Apă (oxid de hidrogen).

Importanța apei H 2 O atât în ​​practica de laborator pentru reacțiile chimice, cât și în procesele de viață necesită o atenție deosebită a acestei substanțe APA, GHEAZĂ ȘI ABUR). După cum sa menționat deja, în interacțiunea directă a oxigenului și hidrogenului în condițiile, de exemplu, de descărcare de scânteie, au loc o explozie și formarea apei, cu eliberarea de 143 kJ/(mol H 2 O).

Molecula de apă are o structură aproape tetraedrică, unghiul H–O–H este de 104° 30°. Legăturile din moleculă sunt parțial ionice (30%) și parțial covalente cu o densitate mare de sarcină negativă pentru oxigen și, în consecință, sarcini pozitive pentru hidrogen:

Datorită rezistenței ridicate a legăturilor H-O, hidrogenul este greu de separat de oxigen, iar apa prezintă proprietăți acide foarte slabe. Multe proprietăți ale apei sunt determinate de distribuția sarcinilor. De exemplu, o moleculă de apă formează un hidrat cu un ion metalic:

Apa dă o pereche de electroni unui acceptor, care poate fi H +:

Oxoanioni și oxocații

- particule care conțin oxigen având o sarcină reziduală negativă (oxoanioni) sau reziduală pozitivă (oxocații). Ionul O 2– are o afinitate mare (reactivitate mare) pentru particulele încărcate pozitiv de tip H +. Cel mai simplu reprezentant al oxoanionilor stabili este ionul hidroxid OH - . Aceasta explică instabilitatea atomilor cu o densitate mare de sarcină și stabilizarea parțială a acestora ca urmare a adăugării unei particule cu sarcină pozitivă. Prin urmare, atunci când metalul activ (sau oxidul său) acționează asupra apei, se formează OH, și nu O 2–:

2Na + 2H2O® 2Na + + 2OH - + H2

Na 2 O + H 2 O ® 2Na + + 2OH -

Oxoanionii mai complecși se formează din oxigen cu un ion metalic sau o particulă nemetală care are o sarcină pozitivă mare, rezultând o particulă cu încărcare scăzută care este mai stabilă, de exemplu:

°C se formează un solid violet închis. Ozonul lichid este ușor solubil în oxigen lichid, iar 49 cm 3 O 3 se dizolvă în 100 g de apă la 0 ° C. Din punct de vedere al proprietăților chimice, ozonul este mult mai activ decât oxigenul, iar din punct de vedere al proprietăților oxidante este al doilea după O, F 2 și OF 2 (difluorura de oxigen). Oxidarea normală produce un oxid și oxigen molecular O 2 . Sub acțiunea ozonului asupra metalelor active în condiții speciale se formează ozonide din compoziția K + O 3 -. Ozonul se obtine in industrie in scopuri speciale, este un bun dezinfectant si este folosit pentru purificarea apei si ca inalbitor, imbunatateste starea atmosferei in sisteme inchise, dezinfecteaza obiectele si alimentele, accelereaza coacerea cerealelor si fructelor. Într-un laborator chimic, un ozonator este adesea folosit pentru a produce ozon, care este necesar pentru unele metode de analiză și sinteză chimică. Cauciucul este ușor distrus chiar și sub influența concentrațiilor scăzute de ozon. În unele orașe industriale, o concentrație semnificativă de ozon în aer duce la deteriorarea rapidă a produselor din cauciuc dacă nu sunt protejate cu antioxidanți. Ozonul este foarte toxic. Inhalarea constantă a aerului chiar și cu concentrații foarte scăzute de ozon provoacă dureri de cap, greață și alte condiții neplăcute.

OXIGEN, O (a. oxigen; și. Sauerstoff; f. oxigen; și. oxigen), este un element chimic din grupa VI a sistemului periodic Mendeleev, număr atomic 8, masă atomică 15,9994. În natură, este format din trei izotopi stabili: 16 O (99,754%), 17 O (0,0374%), 18 O (0,2039%). A fost descoperit independent de chimistul suedez K. V. Scheele (1770) și exploratorul englez J. Priestley (1774). În 1775, chimistul francez A. Lavoisier a descoperit că aerul este format din două gaze, oxigen și azot, și ia dat celui dintâi numele.

Mai mult de 99,9% din oxigenul Pământului este în stare legată. Oxigenul este principalul factor care reglează distribuția elementelor la scară planetară. Conținutul său scade în mod natural odată cu adâncimea. Cantitatea de oxigen din rocile magmatice variază de la 49% în rocile vulcanice acide până la 38-42% în dunite și kimberlite. Conținutul de oxigen din rocile metamorfice corespunde adâncimii formării lor: de la 44% la eclogite la 48% la șisturile cristaline. Oxigenul maxim din rocile sedimentare este de 49-51%. Când sedimentele se cedează, se produce deshidratarea lor și reducerea parțială a oxidului de fier, însoțită de o scădere a cantității de oxigen din rocă. Când rocile se ridică de la adâncimi la condiții de aproape de suprafață, procesele de schimbare a acestora încep cu introducerea apei și a dioxidului de carbon, iar conținutul de oxigen crește. Un rol excepțional în procesele geochimice îl joacă oxigenul liber, a cărui valoare este determinată de activitatea sa chimică ridicată, capacitatea mare de migrare și conținutul constant, relativ ridicat, în biosferă, unde nu este doar consumat, ci și reprodus.

oxigen liber

Se crede că oxigenul liber a apărut în Proterozoic ca urmare a fotosintezei. În procesele hipergene, oxigenul este unul dintre agenții principali; oxidează hidrogenul sulfurat și oxizii inferiori. Oxigenul determină comportamentul multor elemente: crește capacitatea de migrare a calcofililor, oxidând sulfurile la sulfați mobili, reduce mobilitatea fierului și , precipitându-le sub formă de hidroxizi și provocând astfel separarea lor etc. În apele oceanice, oxigenul se modifică conținutul: vara, oceanul dă oxigen atmosferei, îl absoarbe iarna. Regiunile polare sunt îmbogățite cu oxigen. Compușii de oxigen și dioxid de carbon sunt de mare importanță geochimică.

Compoziția izotopică primară a oxigenului Pământului corespundea compoziției izotopice a meteoriților și rocilor ultrabazice (18O = 5,9-6,4%). Procesele de sedimentare au dus la fracţionarea izotopilor între sedimente şi apă şi epuizarea oxigenului greu din apele oceanice. Oxigenul atmosferic este epuizat cu 18 O în comparație cu oxigenul oceanic, care este luat ca standard. Rocile alcaline, granitele, rocile metamorfice și sedimentare sunt îmbogățite cu oxigen greu. Variațiile în compoziția izotopică a obiectelor terestre sunt determinate în principal de temperatura procesului. Aceasta este baza termometriei izotopice a formării carbonatului și a altor procese geochimice.

Obținerea oxigenului

Principala metodă industrială de producere a oxigenului este separarea aerului prin răcire profundă. Ca produs secundar, oxigenul este obținut din electroliza apei. S-a dezvoltat o metodă de producere a oxigenului prin metoda difuziei selective a gazelor prin site moleculare.

oxigen gazos

Oxigenul gazos este utilizat în metalurgie pentru intensificarea proceselor de furnal și de topire a oțelului, pentru topirea metalelor neferoase în cuptoare, pentru îndepărtarea matelor etc. (peste 60% din oxigenul consumat); ca agent oxidant în multe industrii chimice; în tehnologie - la sudarea și tăierea metalelor; la gazificarea subterană a cărbunelui etc.; ozon - în sterilizarea apei alimentare și dezinfectarea spațiilor. Oxigenul lichid este folosit ca agent oxidant pentru combustibilii pentru rachete.