Oksigen dimasukkan sebagai unsur kimia. Oksigen: sifat kimia unsur

DEFINISI

Oksigen- unsur kelapan jadual berkala. Merujuk kepada bukan logam. Terletak dalam tempoh kedua subkumpulan VI kumpulan A.

Nombor siri ialah 8. Caj nuklear ialah +8. Berat atom - 15.999 amu. Terdapat tiga isotop oksigen yang terdapat di alam semula jadi: 16 O, 17 O dan 18 O, yang mana yang paling biasa ialah 16 O (99.762%).

Struktur elektronik atom oksigen

Atom oksigen mempunyai dua cangkerang, seperti semua unsur yang terletak dalam tempoh kedua. Nombor kumpulan -VI (chalcogens) - menunjukkan bahawa paras elektronik luar atom nitrogen mengandungi 6 elektron valens. Ia mempunyai keupayaan pengoksidaan yang tinggi (lebih tinggi hanya untuk fluorin).

nasi. 1. Perwakilan skematik struktur atom oksigen.

Konfigurasi elektronik keadaan dasar ditulis seperti berikut:

1s 2 2s 2 2p 4 .

Oksigen ialah unsur keluarga p. Gambar rajah tenaga bagi elektron valens dalam keadaan tidak teruja adalah seperti berikut:

Oksigen mempunyai 2 pasang elektron berpasangan dan dua elektron tidak berpasangan. Dalam semua sebatiannya, oksigen mempamerkan valensi II.

nasi. 2. Perwakilan ruang bagi struktur atom oksigen.

Contoh penyelesaian masalah

CONTOH 1

Pelan:

Sejarah penemuan

Asal usul nama

Berada di alam semula jadi

resit

Sifat fizikal

Sifat kimia

Permohonan

10. Isotop

Oksigen

Oksigen- unsur kumpulan ke-16 (mengikut klasifikasi ketinggalan zaman - subkumpulan utama kumpulan VI), tempoh kedua sistem berkala unsur kimia D.I Mendeleev, dengan nombor atom 8. Ditandakan dengan simbol O (lat. Oxygenium) . Oksigen ialah bukan logam yang aktif secara kimia dan merupakan unsur paling ringan daripada kumpulan chalcogens. Bahan mudah oksigen(Nombor CAS: 7782-44-7) dalam keadaan biasa adalah gas tidak berwarna, tidak berasa dan tidak berbau, molekul yang terdiri daripada dua atom oksigen (formula O 2), dan oleh itu ia juga dipanggil dioksigen cecair mempunyai cahaya warna biru, dan kristal pepejal berwarna biru muda.

Terdapat bentuk alotropik oksigen lain, contohnya ozon (nombor CAS: 10028-15-6) - apabila keadaan biasa gas biru dengan bau tertentu, molekulnya terdiri daripada tiga atom oksigen (formula O 3).

Sejarah penemuan

Secara rasmi dipercayai bahawa oksigen telah ditemui oleh ahli kimia Inggeris Joseph Priestley pada 1 Ogos 1774 dengan mengurai oksida merkuri dalam bekas yang tertutup rapat (Priestley mengarahkan cahaya matahari ke sebatian ini menggunakan kanta yang berkuasa).

Walau bagaimanapun, Priestley pada mulanya tidak menyedari bahawa dia telah menemui bahan mudah yang baru; komponen udara (dan memanggil gas ini "udara dephlogisticated"). Priestley melaporkan penemuannya kepada ahli kimia Perancis yang terkenal Antoine Lavoisier. Pada tahun 1775, A. Lavoisier menetapkan bahawa oksigen adalah bahagian integral udara, asid dan terdapat dalam banyak bahan.

Beberapa tahun sebelumnya (pada 1771), oksigen telah diperolehi ahli kimia Sweden Karl Scheele. Dia mengkalsinkan saltpeter dengan asid sulfurik dan kemudian menguraikan nitrik oksida yang terhasil. Scheele memanggil gas ini "udara api" dan menerangkan penemuannya dalam sebuah buku yang diterbitkan pada tahun 1777 (tepat kerana buku itu diterbitkan lebih lewat daripada Priestley mengumumkan penemuannya, yang kedua dianggap sebagai penemu oksigen). Scheele juga melaporkan pengalamannya kepada Lavoisier.

Satu langkah penting yang menyumbang kepada penemuan oksigen ialah kerja ahli kimia Perancis Pierre Bayen, yang menerbitkan karya mengenai pengoksidaan merkuri dan penguraian oksidanya yang seterusnya.

Akhirnya, A. Lavoisier akhirnya mengetahui sifat gas yang terhasil, menggunakan maklumat daripada Priestley dan Scheele. Karya beliau adalah sangat penting kerana terima kasih kepada teori phlogiston, yang dominan pada masa itu dan menghalang perkembangan kimia, telah digulingkan. Lavoisier menjalankan eksperimen pembakaran pelbagai bahan dan menafikan teori phlogiston dengan menerbitkan keputusan mengenai berat unsur yang dibakar. Berat abu melebihi berat asal unsur, yang memberikan Lavoisier hak untuk mendakwa bahawa semasa pembakaran tindak balas kimia (pengoksidaan) bahan berlaku, dan oleh itu jisim bahan asal meningkat, yang menyangkal teori phlogiston .

Oleh itu, kredit untuk penemuan oksigen sebenarnya dikongsi antara Priestley, Scheele dan Lavoisier.

Asal usul nama

Perkataan oksigen (dipanggil masuk awal XIX abad, malah "penyelesaian asid"), penampilannya dalam bahasa Rusia sedikit sebanyak disebabkan oleh M.V Lomonosov, yang memperkenalkan perkataan "asid" untuk digunakan, bersama-sama dengan neologisme lain; Oleh itu, perkataan "oksigen", pada gilirannya, adalah pengesanan istilah "oksigen" (oxygène Perancis), yang dicadangkan oleh A. Lavoisier (dari bahasa Yunani kuno ὀξύς - "masam" dan γεννάω - "melahirkan"), yang diterjemahkan sebagai "asid penjanaan", yang berkaitan dengan makna asalnya - "asid", yang sebelum ini bermaksud bahan yang dipanggil oksida mengikut tatanama antarabangsa moden.

Berada di alam semula jadi

Oksigen ialah unsur yang paling biasa di Bumi; bahagiannya (dalam pelbagai sebatian, terutamanya silikat) menyumbang kira-kira 47.4% daripada jisim kerak bumi pepejal. Marin dan air tawar mengandungi sejumlah besar oksigen terikat - 88.8% (mengikut jisim), di atmosfera kandungan oksigen bebas adalah 20.95% mengikut isipadu dan 23.12% mengikut jisim. Lebih daripada 1,500 sebatian dalam kerak bumi mengandungi oksigen.

Oksigen adalah sebahagian daripada banyak bahan organik dan terdapat dalam semua sel hidup. Dari segi bilangan atom dalam sel hidup, ia adalah kira-kira 25%, menurut pecahan jisim- kira-kira 65%.

resit

Pada masa ini, dalam industri, oksigen diperoleh daripada udara. Kaedah perindustrian utama untuk menghasilkan oksigen ialah pembetulan kriogenik. Loji oksigen yang beroperasi berdasarkan teknologi membran juga terkenal dan berjaya digunakan dalam industri.

Makmal menggunakan oksigen yang dihasilkan secara industri, dibekalkan dalam silinder keluli di bawah tekanan kira-kira 15 MPa.

Sebilangan kecil oksigen boleh diperolehi dengan memanaskan kalium permanganat KMnO 4:

Tindak balas penguraian katalitik hidrogen peroksida H2O2 dengan kehadiran mangan(IV) oksida juga digunakan:

Oksigen boleh diperolehi melalui penguraian katalitik kalium klorat ( garam bertholet) KClO 3:

Kaedah makmal untuk menghasilkan oksigen termasuk kaedah elektrolisis larutan akueus alkali, serta penguraian merkuri(II) oksida (pada t = 100 °C):

Dalam kapal selam ia biasanya diperoleh melalui tindak balas natrium peroksida dan karbon dioksida yang dihembus oleh manusia:

Sifat fizikal

Di lautan dunia, kandungan O 2 terlarut lebih tinggi dalam air sejuk, dan kurang - dalam keadaan hangat.

Dalam keadaan biasa, oksigen adalah gas tanpa warna, rasa atau bau.

1 liter daripadanya mempunyai jisim 1.429 g lebih berat sedikit daripada udara. Larut sedikit dalam air (4.9 ml/100 g pada 0 °C, 2.09 ml/100 g pada 50 °C) dan alkohol (2.78 ml/100 g pada 25 °C). Ia larut dengan baik dalam perak cair (22 jilid O 2 dalam 1 isipadu Ag pada 961 ° C). Jarak antara atom - 0.12074 nm. bersifat paramagnet.

Apabila oksigen gas dipanaskan, pemisahan boleh baliknya menjadi atom berlaku: pada 2000 °C - 0.03%, pada 2600 °C - 1%, 4000 °C - 59%, 6000 °C - 99.5%.

Oksigen cecair(takat didih −182.98 °C) ialah cecair biru pucat.

Gambar rajah fasa O2

Oksigen pepejal (takat lebur −218.35°C) - hablur biru. Terdapat 6 fasa kristal yang diketahui, tiga daripadanya wujud pada tekanan 1 atm:

α-O 2 - wujud pada suhu di bawah 23.65 K; kristal biru terang tergolong dalam sistem monoklinik, parameter sel a=5.403 Å, b=3.429 Å, c=5.086 Å; β=132.53°.

β-O 2 - wujud dalam julat suhu dari 23.65 hingga 43.65 K; kristal biru pucat (dengan peningkatan tekanan warna menjadi merah jambu) mempunyai kekisi rombohedral, parameter sel a=4.21 Å, α=46.25°.

γ-O 2 - wujud pada suhu dari 43.65 hingga 54.21 K; hablur biru pucat mempunyai simetri padu, parameter kekisi a=6.83 Å.

Tiga lagi fasa terbentuk pada tekanan tinggi:

δ-O 2 julat suhu 20-240 K dan tekanan 6-8 GPa, hablur oren;

Tekanan ε-O 4 dari 10 hingga 96 GPa, warna kristal dari merah gelap kepada hitam, sistem monoklinik;

ζ-О n tekanan lebih daripada 96 GPa, keadaan logam dengan kilauan logam ciri, dengan suhu rendah masuk ke dalam keadaan superkonduktor.

Sifat kimia

Agen pengoksidaan yang kuat, ia berinteraksi dengan hampir semua unsur, membentuk oksida. Keadaan pengoksidaan −2. Sebagai peraturan, tindak balas pengoksidaan diteruskan dengan pembebasan haba dan memecut dengan peningkatan suhu (lihat Pembakaran). Contoh tindak balas yang berlaku pada suhu bilik:

Mengoksidakan sebatian yang mengandungi unsur yang kurang daripada keadaan pengoksidaan maksimum:

Mengoksidakan kebanyakan sebatian organik:

Di bawah keadaan tertentu, adalah mungkin untuk menjalankan pengoksidaan ringan sebatian organik:

Oksigen bertindak balas secara langsung (dalam keadaan biasa, dengan pemanasan dan/atau dengan kehadiran pemangkin) dengan semua bahan ringkas kecuali Au dan gas lengai (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn); tindak balas dengan halogen berlaku di bawah pengaruh nyahcas elektrik atau sinaran ultraungu. Oksida emas dan gas lengai berat (Xe, Rn) diperoleh secara tidak langsung. Dalam semua sebatian dua unsur oksigen dengan unsur lain, oksigen memainkan peranan sebagai agen pengoksida, kecuali sebatian dengan fluorin.

Oksigen membentuk peroksida dengan keadaan pengoksidaan atom oksigen secara rasmi sama dengan -1.

Sebagai contoh, peroksida dihasilkan melalui pembakaran logam alkali dalam oksigen:

Beberapa oksida menyerap oksigen:

Menurut teori pembakaran yang dibangunkan oleh A. N. Bach dan K. O. Engler, pengoksidaan berlaku dalam dua peringkat dengan pembentukan sebatian peroksida perantaraan. Kompaun perantaraan ini boleh diasingkan, sebagai contoh, apabila nyalaan pembakaran hidrogen disejukkan dengan ais, hidrogen peroksida terbentuk bersama-sama dengan air:

Dalam superoksida, oksigen secara rasmi mempunyai keadaan pengoksidaan −½, iaitu, satu elektron setiap dua atom oksigen (O − 2 ion). Diperolehi dengan bertindak balas peroksida dengan oksigen pada tekanan dan suhu tinggi:

Kalium K, rubidium Rb dan cesium Cs bertindak balas dengan oksigen untuk membentuk superoksida:

Dalam ion dioksigenil O 2 +, oksigen secara formal mempunyai keadaan pengoksidaan +½. Diperolehi oleh tindak balas:

Oksigen fluorida

Oksigen difluorida, DARI 2 keadaan pengoksidaan oksigen +2, disediakan dengan menghantar fluorin melalui larutan alkali:

Oksigen monofluorida (dioxydifluoride), O 2 F 2, tidak stabil, keadaan pengoksidaan oksigen ialah +1. Diperolehi daripada campuran fluorin dan oksigen dalam nyahcas cahaya pada suhu -196 °C:

Dengan melepasi nyahcas cahaya melalui campuran fluorin dan oksigen pada tekanan dan suhu tertentu, campuran fluorida oksigen yang lebih tinggi O 3 F 2, O 4 F 2, O 5 F 2 dan O 6 F 2 diperolehi.

Pengiraan mekanikal kuantum meramalkan kewujudan stabil ion trifluorohidroksonium OF 3 +. Jika ion ini benar-benar wujud, maka keadaan pengoksidaan oksigen di dalamnya akan sama dengan +4.

Oksigen menyokong proses pernafasan, pembakaran, dan pereputan.

Dalam bentuk bebasnya, unsur itu wujud dalam dua pengubahsuaian alotropik: O 2 dan O 3 (ozon). Sebagai Pierre Curie dan Marie Skłodowska-Curie ditubuhkan pada tahun 1899, di bawah pengaruh sinaran mengion O 2 bertukar menjadi O 3 .

Permohonan

Penggunaan oksigen industri yang meluas bermula pada pertengahan abad ke-20, selepas penciptaan turboexpander - peranti untuk mencairkan dan memisahkan udara cecair.

DALAMmetalurgi

Kaedah penukar pengeluaran keluli atau pemprosesan matte melibatkan penggunaan oksigen. Dalam banyak unit metalurgi, untuk pembakaran bahan api yang lebih cekap, campuran oksigen-udara digunakan sebagai ganti udara dalam penunu.

Kimpalan dan pemotongan logam

Oksigen dalam silinder biru digunakan secara meluas untuk memotong nyalaan dan mengimpal logam.

Propelan

Sebagai agen pengoksidaan untuk bahan api roket oksigen cecair, hidrogen peroksida, asid nitrik dan sebatian kaya oksigen lain digunakan. Campuran oksigen cecair dan ozon cecair adalah salah satu pengoksida bahan api roket yang paling berkuasa (impuls khusus campuran hidrogen-ozon melebihi impuls khusus untuk pasangan hidrogen-fluorin dan hidrogen-oksigen fluorida).

DALAMubat

Oksigen perubatan disimpan dalam silinder gas logam tekanan tinggi(untuk dimampatkan atau gas cecair) biru dalam pelbagai kapasiti daripada 1.2 hingga 10.0 liter di bawah tekanan sehingga 15 MPa (150 atm) dan digunakan untuk memperkayakan pernafasan campuran gas dalam peralatan anestesia, dalam kes masalah pernafasan, untuk melegakan serangan asma bronkial, menghapuskan hipoksia dari mana-mana asal, untuk penyakit penyahmampatan, untuk merawat patologi saluran gastrousus dalam bentuk koktel oksigen. Untuk kegunaan individu, bekas bergetah khas - kusyen oksigen - diisi dari silinder dengan oksigen perubatan. Penyedut oksigen pelbagai model dan pengubahsuaian digunakan untuk membekalkan oksigen atau campuran oksigen-udara secara serentak kepada satu atau dua mangsa di lapangan atau dalam persekitaran hospital. Kelebihan penyedut oksigen ialah kehadiran pelembap kondenser campuran gas, yang menggunakan kelembapan udara yang dihembus. Untuk mengira jumlah oksigen yang tinggal dalam silinder dalam liter, tekanan dalam silinder dalam atmosfera (mengikut tolok tekanan pengurang) biasanya didarab dengan kapasiti silinder dalam liter. Sebagai contoh, dalam silinder dengan kapasiti 2 liter, tolok tekanan menunjukkan tekanan oksigen 100 atm. Isipadu oksigen dalam kes ini ialah 100 × 2 = 200 liter.

DALAMindustri makanan

DALAM industri makanan oksigen didaftarkan sebagai bahan tambahan makanan E948, sebagai gas propelan dan pembungkus.

DALAMindustri kimia

Dalam industri kimia, oksigen digunakan sebagai agen pengoksidaan dalam pelbagai sintesis, contohnya, pengoksidaan hidrokarbon kepada sebatian yang mengandungi oksigen (alkohol, aldehid, asid), ammonia menjadi nitrogen oksida dalam penghasilan asid nitrik. Disebabkan oleh suhu tinggi yang berkembang semasa pengoksidaan, yang terakhir sering dijalankan dalam mod pembakaran.

DALAMpertanian

Dalam pertanian rumah hijau, untuk membuat koktel oksigen, untuk penambahan berat badan pada haiwan, untuk memperkayakan persekitaran akuatik dengan oksigen dalam penternakan ikan.

Peranan biologi oksigen

Bekalan oksigen kecemasan di tempat perlindungan bom

Kebanyakan makhluk hidup (aerob) menghirup oksigen dari udara. Oksigen digunakan secara meluas dalam perubatan. Pada penyakit kardiovaskular Untuk meningkatkan proses metabolik, buih oksigen ("koktel oksigen") disuntik ke dalam perut. Pentadbiran subkutaneus oksigen digunakan untuk ulser trofik, kaki gajah, gangren dan penyakit serius lain. Untuk pembasmian kuman udara dan penyahbauan dan pembersihan air minuman pengayaan ozon tiruan digunakan. Isotop oksigen radioaktif 15 O digunakan untuk mengkaji kelajuan aliran darah dan pengudaraan pulmonari.

Derivatif oksigen toksik

Beberapa derivatif oksigen (yang dipanggil spesies oksigen reaktif), seperti oksigen singlet, hidrogen peroksida, superoksida, ozon dan radikal hidroksil, adalah sangat toksik. Mereka terbentuk semasa proses pengaktifan atau pengurangan separa oksigen. Superoksida (radikal superoksida), hidrogen peroksida dan radikal hidroksil boleh terbentuk dalam sel dan tisu manusia dan haiwan dan menyebabkan tekanan oksidatif.

Isotop

Oksigen mempunyai tiga isotop stabil: 16 O, 17 O dan 18 O, kandungan puratanya ialah 99.759%, 0.037% dan 0.204%, masing-masing. jumlah bilangan atom oksigen di Bumi. Penguasaan tajam yang paling ringan daripada mereka, 16 O, dalam campuran isotop adalah disebabkan oleh fakta bahawa nukleus atom 16 O terdiri daripada 8 proton dan 8 neutron (nukleus ajaib berganda dengan neutron terisi dan kulit proton). Dan nukleus sedemikian, seperti berikut dari teori struktur nukleus atom, mempunyai kestabilan khas.

Isotop radioaktif oksigen dengan nombor jisim dari 12 O hingga 24 O juga diketahui isotop radioaktif oksigen mempunyai separuh hayat yang pendek, yang paling lama hayatnya ialah 15 O dengan separuh hayat ~120 s. Isotop terpendek 12 O mempunyai separuh hayat 5.8·10−22 s.

Empat unsur "kalkogen" (iaitu, "melahirkan tembaga") mengetuai subkumpulan utama kumpulan VI (mengikut klasifikasi baru- kumpulan ke-16) jadual berkala. Selain sulfur, telurium dan selenium, ini juga termasuk oksigen. Mari kita lihat dengan lebih dekat sifat unsur ini, yang paling biasa di Bumi, serta penggunaan dan pengeluaran oksigen.

Kelaziman unsur

DALAM bentuk terikat oksigen masuk komposisi kimia air - miliknya peratusan membentuk kira-kira 89%, serta dalam komposisi sel semua makhluk hidup - tumbuh-tumbuhan dan haiwan.

Di udara, oksigen berada dalam keadaan bebas dalam bentuk O2, menduduki seperlima komposisinya, dan dalam bentuk ozon - O3.

Sifat fizikal

Oksigen O2 ialah gas yang tidak berwarna, tidak berasa dan tidak berbau. Sedikit larut dalam air. Takat didih ialah 183 darjah di bawah sifar Celsius. Dalam bentuk cecair, oksigen berwarna biru, dan dalam bentuk pepejal ia membentuk kristal biru. Takat lebur hablur oksigen ialah 218.7 darjah di bawah sifar Celsius.

Sifat kimia

Apabila dipanaskan, unsur ini bertindak balas dengan banyak bahan mudah, kedua-dua logam dan bukan logam, membentuk apa yang dipanggil oksida - sebatian unsur dengan oksigen. di mana unsur masuk dengan oksigen dipanggil pengoksidaan.

Sebagai contoh,

4Na + O2= 2Na2O

2. Melalui penguraian hidrogen peroksida apabila ia dipanaskan dengan kehadiran oksida mangan, yang bertindak sebagai pemangkin.

3. Melalui penguraian kalium permanganat.

Oksigen dihasilkan dalam industri dengan cara berikut:

1. Untuk tujuan teknikal, oksigen diperoleh daripada udara, di mana kandungan biasa adalah kira-kira 20%, i.e. bahagian kelima. Untuk melakukan ini, udara dibakar terlebih dahulu, memperoleh campuran dengan kandungan oksigen cecair kira-kira 54%, nitrogen cecair- 44% dan argon cecair - 2%. Gas-gas ini kemudiannya diasingkan menggunakan proses penyulingan, menggunakan julat yang agak kecil antara takat didih oksigen cecair dan nitrogen cecair - masing-masing tolak 183 dan tolak 198.5 darjah. Ternyata nitrogen menyejat lebih awal daripada oksigen.

Peralatan moden memastikan pengeluaran oksigen dari mana-mana tahap ketulenan. Nitrogen, yang diperoleh dengan mengasingkan udara cecair, digunakan sebagai bahan mentah dalam sintesis derivatifnya.

2. Juga menghasilkan oksigen yang sangat tulen. Kaedah ini telah meluas di negara yang mempunyai sumber yang kaya dan elektrik yang murah.

Penggunaan oksigen

Oksigen adalah unsur terpenting dalam kehidupan seluruh planet kita. Gas ini, yang terkandung dalam atmosfera, dimakan dalam proses oleh haiwan dan manusia.

Mendapatkan oksigen adalah sangat penting untuk bidang aktiviti manusia seperti perubatan, kimpalan dan pemotongan logam, letupan, penerbangan (untuk pernafasan manusia dan untuk operasi enjin), dan metalurgi.

Sedang berlangsung aktiviti ekonomi oksigen manusia digunakan dalam kuantiti yang banyak- contohnya, apabila terbakar pelbagai jenis bahan api: gas asli, metana, arang batu, kayu. Dalam semua proses ini, ia terbentuk Pada masa yang sama, alam semula jadi telah menyediakan proses pengikatan semula jadi sebatian ini menggunakan fotosintesis, yang berlaku dalam tumbuhan hijau di bawah pengaruh. cahaya matahari. Hasil daripada proses ini, glukosa terbentuk, yang kemudiannya digunakan oleh tumbuhan untuk membina tisunya.

pengenalan

Setiap hari kita menghirup udara yang kita perlukan. Pernahkah anda terfikir tentang apa, atau lebih tepatnya bahan apa, udara terdiri daripada? Kebanyakannya mengandungi nitrogen (78%), diikuti oleh oksigen (21%) dan gas lengai (1%). Walaupun oksigen bukan bahagian udara yang paling asas, tanpanya atmosfera tidak boleh didiami. Terima kasih kepadanya, kehidupan wujud di Bumi, kerana nitrogen, kedua-duanya bersama-sama dan secara berasingan, merosakkan manusia. Mari kita lihat sifat-sifat oksigen.

Sifat fizikal oksigen

Anda tidak boleh membezakan oksigen di udara, kerana dalam keadaan biasa ia adalah gas tanpa rasa, warna atau bau. Tetapi oksigen boleh ditukar secara buatan kepada yang lain keadaan pengagregatan. Jadi, pada -183 o C ia menjadi cecair, dan pada -219 o C ia mengeras. Tetapi hanya manusia yang boleh mendapatkan oksigen pepejal dan cecair, dan dalam alam semula jadi ia hanya wujud dalam keadaan gas. kelihatan seperti ini (foto). Dan yang keras kelihatan seperti ais.

Sifat fizikal oksigen juga merupakan struktur molekul bahan mudah. Atom oksigen membentuk dua bahan tersebut: oksigen (O 2) dan ozon (O 3). Di bawah ialah model molekul oksigen.

Oksigen. Sifat kimia

Perkara pertama untuk dimulakan pencirian kimia elemen - kedudukannya dalam jadual berkala D. I. Mendeleev. Jadi, oksigen berada dalam tempoh ke-2 kumpulan ke-6 subkumpulan utama di nombor 8. Nya jisim atom- 16 amu, ia adalah bukan logam.

DALAM kimia tak organik miliknya sebatian binari digabungkan dengan unsur lain menjadi satu yang berasingan - oksida. Oksigen boleh terbentuk sebatian kimia dengan kedua-dua logam dan bukan logam.

Mari kita bercakap tentang mendapatkannya di makmal.

Secara kimia, oksigen boleh diperolehi melalui penguraian kalium permanganat, hidrogen peroksida, garam bertholite, nitrat. logam aktif dan oksida logam berat. Mari kita pertimbangkan persamaan tindak balas apabila menggunakan setiap kaedah ini.

1. Elektrolisis air:

H 2 O 2 = H 2 O + O 2

5. Penguraian oksida logam berat (contohnya, merkuri oksida):

2HgO = 2Hg + O2

6. Penguraian nitrat logam aktif (contohnya, natrium nitrat):

2NaNO3 = 2NaNO2 + O2

Penggunaan oksigen

Kami selesai dengan sifat kimia. Kini tiba masanya untuk bercakap tentang penggunaan oksigen dalam kehidupan manusia. Ia diperlukan untuk membakar bahan api dalam loji kuasa elektrik dan haba. Ia digunakan untuk mendapatkan keluli daripada besi tuang dan besi buruk, untuk mengimpal dan memotong logam. Oksigen diperlukan untuk topeng bomba, untuk silinder penyelam, ia digunakan dalam metalurgi ferus dan bukan ferus, dan juga dalam pembuatan. bahan letupan. Oksigen juga dikenali dalam industri makanan sebagai bahan tambahan makanan E948. Nampaknya tidak ada industri yang tidak digunakan, tetapi peranannya yang paling penting adalah dalam bidang perubatan. Di sana ia dipanggil "oksigen perubatan". Agar oksigen sesuai untuk digunakan, ia dimampatkan terlebih dahulu. Sifat fizikal oksigen bermakna ia boleh dimampatkan. Dalam bentuk ini ia disimpan di dalam silinder yang serupa dengan ini.

Ia digunakan dalam penjagaan rapi dan semasa operasi dalam peralatan untuk menyelenggara proses kehidupan dalam badan pesakit yang sakit, serta dalam rawatan penyakit tertentu: penyahmampatan, patologi saluran gastrousus. Dengan bantuannya, doktor menyelamatkan banyak nyawa setiap hari. kimia dan sifat fizikal oksigen menyumbang kepada penggunaannya secara meluas.

Bentuk oksigenperoksida dengan keadaan pengoksidaan −1.
— Sebagai contoh, peroksida dihasilkan oleh pembakaran logam alkali dalam oksigen:
2Na + O 2 → Na 2 O 2

— Beberapa oksida menyerap oksigen:
2BaO + O 2 → 2BaO 2

— Menurut prinsip pembakaran yang dibangunkan oleh A. N. Bach dan K. O. Engler, pengoksidaan berlaku dalam dua peringkat dengan pembentukan sebatian peroksida perantaraan. Kompaun perantaraan ini boleh diasingkan, sebagai contoh, apabila nyalaan pembakaran hidrogen disejukkan dengan ais, hidrogen peroksida terbentuk bersama-sama dengan air:
H 2 + O 2 → H 2 O 2

Superoksida mempunyai keadaan pengoksidaan −1/2, iaitu satu elektron setiap dua atom oksigen (O 2 - ion). Diperolehi dengan bertindak balas peroksida dengan oksigen pada tekanan dan suhu tinggi:
Na 2 O 2 + O 2 → 2NaO 2

Ozonida mengandungi ion O 3 - dengan keadaan pengoksidaan −1/3. Diperolehi oleh tindakan ozon pada hidroksida logam alkali:
KOH(tv) + O 3 → KO 3 + KOH + O 2

Ion dioksigenil O 2 + mempunyai keadaan pengoksidaan +1/2. Diperolehi oleh tindak balas:
PtF 6 + O 2 → O 2 PtF 6

Oksigen fluorida
Oksigen difluorida, DARI 2 keadaan pengoksidaan +2, diperolehi dengan menghantar fluorin melalui larutan alkali:
2F 2 + 2NaOH → OF 2 + 2NaF + H 2 O

Oksigen monofluorida (Dioxydifluoride), O 2 F 2, tidak stabil, keadaan pengoksidaan +1. Ia diperoleh daripada campuran fluorin dan oksigen dalam nyahcas cahaya pada suhu -196 °C.

Dengan melepasi nyahcas cahaya melalui campuran fluorin dan oksigen pada tekanan dan suhu tertentu, campuran fluorida oksigen yang lebih tinggi O 3 F 2, O 4 F 2, O 5 F 2 dan O 6 F 2 diperolehi.
Oksigen menyokong proses pernafasan, pembakaran, dan pereputan. Dalam bentuk bebasnya, unsur itu wujud dalam dua pengubahsuaian alotropik: O 2 dan O 3 (ozon).

Penggunaan oksigen

lebar aplikasi perindustrian oksigen bermula pada pertengahan abad ke-20, selepas penciptaan turboexpander - peranti untuk mencairkan dan memisahkan udara cecair.

Dalam metalurgi

Kaedah penukar pengeluaran keluli melibatkan penggunaan oksigen.

Kimpalan dan pemotongan logam

Oksigen dalam silinder digunakan secara meluas untuk memotong nyalaan dan mengimpal logam.

Propelan

Oksigen cecair, hidrogen peroksida, dan asid nitrik dan sebatian lain yang kaya dengan oksigen. Campuran oksigen cecair dan ozon cecair adalah salah satu pengoksida bahan api roket yang paling berkuasa (impuls khusus campuran hidrogen-ozon melebihi impuls khusus untuk pasangan hidrogen-fluorin dan hidrogen-oksigen fluorida).

Dalam perubatan

Oksigen digunakan untuk memperkayakan campuran gas pernafasan untuk masalah pernafasan, untuk rawatan asma, dalam bentuk koktel oksigen, bantal oksigen, dll.

Dalam industri makanan

Dalam industri makanan, oksigen didaftarkan sebagai bahan tambahan makanan E948, sebagai gas propelan dan pembungkusan.

Peranan biologi oksigen

Benda hidup menghirup oksigen dari udara. Oksigen digunakan secara meluas dalam perubatan. Dalam kes penyakit kardiovaskular, untuk meningkatkan proses metabolik, buih oksigen ("koktel oksigen") disuntik ke dalam perut. Pentadbiran subkutaneus oksigen digunakan untuk ulser trofik, kaki gajah, gangren dan penyakit serius lain. Pengayaan ozon tiruan digunakan untuk membasmi kuman dan menghilangkan bau udara serta membersihkan air minuman. Isotop oksigen radioaktif 15 O digunakan untuk mengkaji kelajuan aliran darah dan pengudaraan pulmonari.

Derivatif oksigen toksik

Beberapa derivatif oksigen (yang dipanggil spesies oksigen reaktif), seperti oksigen singlet, hidrogen peroksida, superoksida, ozon dan radikal hidroksil, adalah sangat toksik. Mereka terbentuk semasa proses pengaktifan atau pengurangan separa oksigen. Superoksida (radikal superoksida), hidrogen peroksida dan radikal hidroksil boleh terbentuk dalam sel dan tisu badan manusia dan haiwan dan menyebabkan tekanan oksidatif.

Isotop oksigen

Oksigen mempunyai tiga isotop yang stabil: 16 O, 17 O dan 18 O, kandungan puratanya masing-masing adalah 99.759%, 0.037% dan 0.204% daripada jumlah bilangan atom oksigen di Bumi. Penguasaan tajam yang paling ringan daripada mereka, 16 O, dalam campuran isotop adalah disebabkan oleh fakta bahawa nukleus atom 16 O terdiri daripada 8 proton dan 8 neutron. Dan nukleus sedemikian, seperti berikut dari teori struktur nukleus atom, adalah sangat stabil.

Terdapat isotop radioaktif 11 O, 13 O, 14 O (separuh hayat 74 saat), 15 O (T 1/2 = 2.1 min), 19 O (T 1/2 = 29.4 saat), 20 O (separuh masa bercanggah data hayat dari 10 minit hingga 150 tahun).

Maklumat tambahan

Sebatian oksigen
Oksigen cecair
Ozon

Oksigen, Oksigen, O (8)
Penemuan oksigen (Oksigen, Oksigen Perancis, German Sauerstoff) menandakan permulaan zaman moden dalam perkembangan kimia. Telah diketahui sejak zaman purba bahawa pembakaran memerlukan udara, tetapi selama berabad-abad proses pembakaran masih tidak jelas. Hanya pada abad ke-17. Mayow dan Boyle secara bebas menyatakan idea bahawa udara mengandungi beberapa bahan yang menyokong pembakaran, tetapi hipotesis yang sepenuhnya rasional ini tidak dibangunkan pada masa itu, kerana idea pembakaran sebagai proses menggabungkan badan yang terbakar dengan komponen tertentu udara seolah-olah pada masa itu bercanggah dengan tindakan yang jelas seperti fakta bahawa semasa pembakaran penguraian badan yang terbakar menjadi komponen asas berlaku. Atas dasar inilah pada permulaan abad ke-17. Teori phlogiston timbul, dicipta oleh Becher dan Stahl. Dengan kedatangan tempoh kimia-analisis dalam pembangunan kimia (separuh kedua abad ke-18) dan kemunculan "kimia pneumatik" - salah satu cabang utama arah kimia-analisis - pembakaran, serta pernafasan , sekali lagi menarik perhatian penyelidik. Penemuan pelbagai gas dan pengenalannya peranan penting V proses kimia merupakan salah satu insentif utama untuk penyelidikan sistematik ke dalam proses pembakaran bahan yang dilakukan oleh Lavoisier. Oksigen ditemui pada awal 70-an abad ke-18.

Laporan pertama penemuan ini dibuat oleh Priestley pada mesyuarat Inggeris Persatuan Diraja pada tahun 1775, Priestley, memanaskan merkuri oksida merah dengan kaca terbakar yang besar, memperoleh gas di mana lilin itu terbakar lebih terang daripada di udara biasa, dan serpihan yang membara itu menyala. Priestley menentukan beberapa sifat gas baru dan memanggilnya udara daphlogisticated. Walau bagaimanapun, dua tahun lebih awal daripada Priestley (1772), Scheele juga memperoleh oksigen melalui penguraian oksida merkuri dan kaedah lain. Scheele memanggil udara api gas ini (Feuerluft). Scheele dapat melaporkan penemuannya hanya pada tahun 1777.

Pada tahun 1775, Lavoisier bercakap di hadapan Akademi Sains Paris dengan mesej bahawa dia telah berjaya mendapatkan "bahagian udara paling tulen yang mengelilingi kita," dan menerangkan sifat-sifat bahagian udara ini. Pada mulanya, Lavoisier menamakan "udara" ini sebagai empyrean, vital (Air empireal, Air vital) sebagai asas udara penting (Base de l'air vital Penemuan oksigen yang hampir serentak oleh beberapa saintis dalam). negara yang berbeza menimbulkan kontroversi tentang keutamaan. Priestley sangat gigih dalam mencari pengiktirafan sebagai penemu. Pada dasarnya, pertikaian ini masih belum berakhir. Kajian terperinci tentang sifat oksigen dan peranannya dalam proses pembakaran dan pembentukan oksida membawa Lavoisier kepada kesimpulan yang salah bahawa gas ini adalah prinsip pembentuk asid. Pada tahun 1779, Lavoisier, mengikut kesimpulan ini, memperkenalkan nama baru untuk oksigen - prinsip pembentukan asid (principe acidifiant ou principe oxygine). Lavoisier memperoleh perkataan oxygine, yang muncul dalam nama kompleks ini, daripada bahasa Yunani - asid dan "Saya menghasilkan."