Oksygen finnes i naturen. Oksygen – grunnstoffets egenskaper, utbredelse i naturen, fysiske og kjemiske egenskaper, tilberedning

Kjemitime 8. klasse

Tema: Oksygen, dets generelle egenskaper. Å være i naturen. Produksjon av oksygen og dets fysiske egenskaper.

Mål for leksjonen: fortsett dannelsen av begrepene "kjemisk element", "enkel substans", "kjemisk reaksjon". Utvikle ideer om metoder for å produsere oksygen i laboratoriet. Introduser konseptet med en katalysator, fysiske egenskaper, karakteriser elementet i henhold til tabellen D.I. Mendeleev. Forbedre ferdighetene dine interaktiv tavle.

Grunnleggende konsepter. Katalysatorer.

Planlagte læringsutbytte

Tema. Kunne skille mellom begrepene «kjemisk grunnstoff» og «enkel substans» ved å bruke oksygen som eksempel. Kunne karakterisere fysiske egenskaper og metoder for oppsamling av oksygen.

Metasubjekt. Utvikle evnen til å arbeide etter en plan, formulere, argumentere, organisere utdanningssamarbeid og felles aktiviteter med lærer og jevnaldrende.

Personlig.Å danne en ansvarlig holdning til læring, beredskap for egenutdanning.

Hovedtyper av studentaktiviteter. Beskriv et kjemisk grunnstoff i henhold til planforslaget. Beskriv de kjemiske reaksjonene observert i demonstrasjonseksperimentet. Delta i en felles diskusjon av resultatene. Trekk konklusjoner fra resultatene av eksperimenter.

Demonstrasjoner. Innhenting av oksygen fra hydrogenperoksid.

Leksjonsfremgang

Lære nytt stoff.

1. Frontal samtale:

Hvilken gass støtter åndedrett og forbrenning?

Hvilken informasjon om oksygen kjenner du allerede fra naturhistorie og botanikkkurs?

Hvilke stoffer inneholder oksygen? (vann, sand, steiner, mineraler, proteiner, fett, karbohydrater).

Generelle egenskaper kjemisk element oksygen:

Kjemisk tegn(OM).

Slektning atommasse (16).

Valens (II).

Kjemisk formel enkelt stoff (O2).

Slektning molekylvekt enkelt stoff (32).

Gi en beskrivelse av element nr. 8 basert på dets plassering i periodisk system kjemiske elementer D.I. Mendeleev. (løpenummer – 8, atommasse – 16, IV – gruppenummer, periodenummer – 2).

Å være i naturen.

Oksygen er det vanligste kjemiske elementet i jordskorpen(49 %). Luft inneholder 21 % oksygengass. Oksygen er viktig del organiske forbindelser som har stor verdi for levende organismer.

Fysiske egenskaper: oksygen er en fargeløs gass, smakløs og luktfri, lett løselig i vann (i 100 volumer vann – 3,1 volumer oksygen). Oksygen er litt tyngre enn luft (Mr (O2) = 2x16 = 32, p luft = 29).

2. Forsøk på oksygenproduksjon.

Fås i laboratoriet.

Oksygengass ble først oppnådd i 1774. vitenskapsmann Joseph Priestley. Da kvikksølv(II)oksid ble kalsinert, oppnådde Priestley "luft":

Forskeren bestemte seg for å studere effekten av den resulterende gassen på en lysflamme: under påvirkning av denne gassen ble lysflammen blendende lys, og jerntråden brant i strømmen av den resulterende gassen. Mus plassert i et kar med denne gassen pustet lett. Forskeren prøvde selv å inhalere denne gassen og bemerket at det var lett å puste.

I skolelaboratoriet skal vi hente denne gassen fra hydrogenperoksid. For å observere de fysiske egenskapene til oksygen, gjentar vi reglene sikkerhetstiltak.

Vi legger litt mangan (IV) oksid MnO2 i et reagensrør med en løsning av hydrogenperoksid, en voldsom reaksjon begynner med frigjøring av oksygen. Vi bekrefter frigjøringen av oksygen med en ulmende splint (den blusser opp og brenner). På slutten av reaksjonen legger mangan (IV) oksid seg til bunnen og kan brukes igjen. Følgelig akselererer mangan (IV) oksid nedbrytningsreaksjonen av hydrogenperoksid, men forbrukes ikke.

Definisjon:

Stoffer som akselererer kjemiske reaksjoner, men som ikke forbrukes og ikke er en del av reaksjonsproduktene, kalles katalysatorer.

2H2O2 MnO2 2H2O+O2

I skolelaboratoriet oppnås oksygen på en annen måte:

Ved å varme opp kaliumpermanganat

2КМnO4=К2MnO4+MnO2+О2

Mangan (IV) oksid akselererer en annen oksygenproduksjonsreaksjon - nedbrytningsreaksjonen ved oppvarming av kaliumklorat KClO3 (Bertholletsalt): 2КlO3 MnO2 2Кl+3О2

3. Arbeide med læreboken:

Oss. 75 lese om bruken av katalysatorer i industrien.

I fig. 25 og fig. 26 viser metoder for oppsamling av oksygen. Hvilke fysiske egenskaper er kjent for deg basert på metodene for å samle oksygen ved luftfortrengning? (oksygen er tyngre enn luft: 32 29), ved vannfortrengningsmetode? (oksygen er lett løselig i vann). Hvordan sette sammen en enhet for å samle oksygen ved hjelp av luftfortrengningsmetoden? (Fig. 25) Svar: reagensrøret for oppsamling av oksygen skal plasseres bunnen ned. Hvordan kan du oppdage eller bevise tilstedeværelsen av oksygen i et kar? (ved glimtet av en ulmende splint).

Med. 75 leste lærebokartikkelen «å komme inn i industrien». Hvilken fysisk egenskap ved oksygen er denne metoden for produksjon basert på? (flytende oksygen har høyere kokepunkt enn flytende nitrogen, så nitrogenet vil fordampe og oksygenet forblir).

II.Konsolidering av kunnskap og ferdigheter.

Hvilke stoffer kalles katalysatorer?

Med. 76 testoppgaver.

Arbeid i par. Velg to riktige svar:

Kjemisk element oksygen:

1. fargeløs gass

2. har serienummer 8 (+)

3. del av luften

4. er en del av vann (+)

5. litt tyngre enn luft.

4. Enkelt stoff oksygen:

1. har en atommasse på 16

2. del av vann

3. støtter pust og forbrenning (+)

4. dannet under dekomponering av hydrogenperoksid (+).

5. Fyll ut tabellen:

Generelle egenskaper for oksygen
Å være i naturen
Kvittering a) i laboratoriet b) i industrien
Fysiske egenskaper

Beregn massefraksjonen av det kjemiske elementet oksygen i svoveloksid (VI). SO3

W= (nхAr):Mr x 100 %

W (O)= (3x16): 80x100%=60%

Hvordan gjenkjenne hvilken flaske den er i karbondioksid og oksygen? (ved hjelp av en ulmende splint: i oksygen blinker det sterkt, i karbondioksid går det ut).

Fire "kalkogen"-elementer (dvs. "føder kobber") leder hovedundergruppen til gruppe VI (iht. ny klassifisering- 16. gruppe) i det periodiske systemet. Disse inkluderer i tillegg til svovel, tellur og selen også oksygen. La oss se nærmere på egenskapene til dette elementet, det vanligste på jorden, samt bruk og produksjon av oksygen.

Elementprevalens

I bundet form oksygen kommer inn kjemisk sammensetning vann - hans prosentdel utgjør omtrent 89%, så vel som i sammensetningen av cellene til alle levende vesener - planter og dyr.

I luften er oksygen i en fri tilstand i form av O2, som opptar en femtedel av sammensetningen, og i form av ozon - O3.

Fysiske egenskaper

Oksygen O2 er en gass som er fargeløs, smakløs og luktfri. Lite løselig i vann. Kokepunktet er 183 grader under null celsius. I flytende form er oksygen blått, og i fast form danner det blå krystaller. Smeltepunktet for oksygenkrystaller er 218,7 grader under null Celsius.

Kjemiske egenskaper

Ved oppvarming reagerer dette elementet med mange enkle stoffer, både metaller og ikke-metaller, og danner såkalte oksider - forbindelser av grunnstoffer med oksygen. hvor grunnstoffer kommer inn med oksygen kalles oksidasjon.

For eksempel

4Na + O2= 2Na2O

2. Gjennom dekomponering av hydrogenperoksid når det varmes opp i nærvær av manganoksid, som fungerer som en katalysator.

3. Gjennom nedbrytning av kaliumpermanganat.

Oksygen produseres i industrien på følgende måter:

1. For tekniske formål hentes oksygen fra luft, hvor dets vanlige innhold er omtrent 20 %, dvs. femte del. For å gjøre dette blir luften først brent, og oppnår en blanding med et flytende oksygeninnhold på omtrent 54%, flytende nitrogen- 44% og flytende argon - 2%. Disse gassene separeres deretter ved hjelp av en destillasjonsprosess, ved bruk av det relativt lille området mellom kokepunktene for flytende oksygen og flytende nitrogen - henholdsvis minus 183 og minus 198,5 grader. Det viser seg at nitrogen fordamper tidligere enn oksygen.

Moderne utstyr sikrer produksjon av oksygen av enhver grad av renhet. Nitrogen, som oppnås ved å separere flytende luft, brukes som et råmateriale i syntesen av dets derivater.

2. Produserer også veldig rent oksygen. Denne metoden har blitt utbredt i land med rike ressurser og billig strøm.

Påføring av oksygen

Oksygen er det viktigste elementet i livet til hele planeten vår. Denne gassen, som finnes i atmosfæren, konsumeres i prosessen av dyr og mennesker.

Å skaffe oksygen er svært viktig for slike områder av menneskelig aktivitet som medisin, sveising og skjæring av metaller, sprengning, luftfart (for menneskelig pust og for motordrift) og metallurgi.

Pågår økonomisk aktivitet menneskelig oksygen forbrukes i store mengder- for eksempel ved brenning ulike typer brensel: naturgass, metan, kull, tre. I alle disse prosessene dannes det. Samtidig har naturen sørget for prosessen med naturlig binding av denne forbindelsen ved hjelp av fotosyntese, som foregår i grønne planter under påvirkning. sollys. Som et resultat av denne prosessen dannes det glukose, som planten deretter bruker til å bygge vevet sitt.

Innholdet i artikkelen

OKSYGEN, O (oksygenium), et kjemisk element i VIA-undergruppen av det periodiske systemet: O, S, Se, Te, Po - et medlem av kalkogenfamilien. Dette er det vanligste grunnstoffet i naturen, innholdet i jordens atmosfære er 21% (vol.), i jordskorpen i form av forbindelser på ca. 50 % (vekt) og i hydrosfæren 88,8 % (vekt).

Oksygen er nødvendig for eksistensen av liv på jorden: dyr og planter forbruker oksygen under respirasjon, og planter frigjør oksygen gjennom fotosyntese. Levende materie inneholder bundet oksygen ikke bare i kroppsvæsker (i blodceller osv.), men også i karbohydrater (sukker, cellulose, stivelse, glykogen), fett og proteiner. Leire, bergarter sammensatt av silikater og andre oksygenholdige uorganiske forbindelser, slik som oksider, hydroksyder, karbonater, sulfater og nitrater.

Historisk informasjon.

Den første informasjonen om oksygen ble kjent i Europa fra kinesiske manuskripter fra 800-tallet. På begynnelsen av 1500-tallet. Leonardo da Vinci publiserte data relatert til kjemien til oksygen, uten å vite at oksygen var et grunnstoff. Oksygentilsetningsreaksjoner er beskrevet i vitenskapelige arbeider S. Geils (1731) og P. Bayen (1774). Fortjene spesiell oppmerksomhet K. Scheeles forskning i 1771–1773 på samspillet mellom metaller og fosfor med oksygen. J. Priestley rapporterte om oppdagelsen av oksygen som et grunnstoff i 1774, noen måneder etter Bayens rapport om reaksjoner med luft. Navnet oksygenium ("oksygen") ble gitt til dette grunnstoffet kort tid etter oppdagelsen av Priestley og kommer fra greske ord, som betyr "syregenererende"; dette skyldes misforståelsen om at oksygen er tilstede i alle syrer. Forklaringen på oksygenets rolle i respirasjons- og forbrenningsprosessene tilhører imidlertid A. Lavoisier (1777).

Strukturen til atomet.

Ethvert naturlig forekommende oksygenatom inneholder 8 protoner i kjernen, men antallet nøytroner kan være 8, 9 eller 10. Den vanligste av de tre isotopene av oksygen (99,76 %) er 16 8 O (8 protoner og 8 nøytroner) . Innholdet av en annen isotop, 18 8 O (8 protoner og 10 nøytroner), er bare 0,2 %. Denne isotopen brukes som et merke eller for å identifisere visse molekyler, samt for å utføre biokjemiske og medisinsk-kjemiske studier (en metode for å studere ikke-radioaktive spor). Den tredje ikke-radioaktive isotopen av oksygen, 17 8 O (0,04%), inneholder 9 nøytroner og har et massetall på 17. Etter at massen til karbonisotopen 12 6 C ble vedtatt som standard atommasse av Den internasjonale kommisjonen i I 1961 ble den veide gjennomsnittlige atommassen av oksygen 15,9994. Inntil 1961 anså kjemikere standardenheten for atommasse for å være atommassen til oksygen, tatt for en blanding av tre naturlige isotoper oksygen lik 16.000. Fysikere tok massetallet til oksygenisotopen 16 8 O som standardenhet for atommasse, så på den fysiske skalaen var den gjennomsnittlige atommassen av oksygen 16,0044.

Et oksygenatom har 8 elektroner, med 2 elektroner på indre nivå og 6 elektroner på ytre nivå. Derfor, i kjemiske reaksjoner, kan oksygen akseptere opptil to elektroner fra givere, bygge opp det ytre skallet til 8 elektroner og danne en overflødig negativ ladning.

Molekylært oksygen.

Som de fleste andre grunnstoffer, hvis atomer mangler 1-2 elektroner for å fullføre det ytre skallet på 8 elektroner, danner oksygen et diatomisk molekyl. Denne prosessen frigjør mye energi (~490 kJ/mol), og følgelig må samme mengde energi brukes for den omvendte prosessen med dissosiasjon av molekylet til atomer. Styrken til O–O-bindingen er så høy at ved 2300 ° C bare 1 % av oksygenmolekylene dissosieres til atomer. (Det er bemerkelsesverdig at under dannelsen av nitrogenmolekylet N2 er styrken til N–N-bindingen enda høyere, ~710 kJ/mol.)

Elektronisk struktur.

I den elektroniske strukturen til oksygenmolekylet, som man kunne forvente, realiseres ikke fordelingen av elektroner i en oktett rundt hvert atom, men det er uparrede elektroner, og oksygen viser egenskaper som er typiske for en slik struktur (det samhandler for eksempel med magnetisk felt, som er paramagnetisk).

Reaksjoner.

Under passende forhold reagerer molekylært oksygen med nesten hvilket som helst element bortsett fra edle gasser. Men under romforhold reagerer bare de mest aktive elementene med oksygen raskt nok. Det er sannsynlig at de fleste reaksjoner skjer først etter dissosiasjonen av oksygen til atomer, og dissosiasjonen skjer bare ved svært høye temperaturer. Imidlertid kan katalysatorer eller andre stoffer i det reagerende systemet fremme dissosiasjonen av O 2 . Det er kjent at alkalimetaller (Li, Na, K) og jordalkalimetaller (Ca, Sr, Ba) reagerer med molekylært oksygen for å danne peroksider:

Kvittering og søknad.

På grunn av tilstedeværelsen av fritt oksygen i atmosfæren, mest effektiv metode dens utvinning er flytendegjøring av luft, hvorfra urenheter, CO 2, støv osv. fjernes. kjemisk og ved fysiske metoder. Den sykliske prosessen inkluderer kompresjon, avkjøling og ekspansjon, noe som fører til flytende luft. Med en langsom temperaturøkning (fraksjonert destillasjonsmetode) fordamper først edelgasser (de vanskeligste å gjøre flytende) fra flytende luft, deretter forblir nitrogen og flytende oksygen. Som et resultat inneholder flytende oksygen spor av edelgasser og en relativt stor prosentandel nitrogen. For mange bruksområder er ikke disse urenhetene et problem. Men for å oppnå oksygen med ekstrem renhet, må destillasjonsprosessen gjentas. Oksygen lagres i tanker og sylindere. Det brukes i store mengder som oksidasjonsmiddel for parafin og annet drivstoff i raketter og romfartøy. Stålindustrien bruker oksygengass for å blåse gjennom det smeltede jernet ved hjelp av Bessemer-metoden for raskt og effektivt å fjerne C, S og P urenheter Oksygenblåsing produserer stål raskere og av høyere kvalitet enn luftblåsing. Oksygen brukes også til sveising og skjæring av metaller (oksy-acetylenflamme). Oksygen brukes også i medisin, for eksempel for å berike luftveismiljøet til pasienter med pustevansker. Oksygen kan fås på forskjellige måter kjemiske metoder, og noen av dem brukes til å skaffe små mengder rent oksygen i laboratoriepraksis.

Elektrolyse.

En av metodene for å produsere oksygen er elektrolyse av vann som inneholder små tilsetninger av NaOH eller H 2 SO 4 som katalysator: 2H 2 O ® 2H 2 + O 2. I dette tilfellet dannes det små hydrogenurenheter. Ved hjelp av en utladningsanordning blir spor av hydrogen i gassblandingen igjen omdannet til vann, hvis damp fjernes ved frysing eller adsorpsjon.

Termisk dissosiasjon.

En viktig laboratoriemetode for å produsere oksygen, foreslått av J. Priestley, er termisk dekomponering av oksider tungmetaller: 2HgO® 2Hg + O2. Priestley fokuserte på dette solstråler for kvikksølvoksidpulver. En velkjent laboratoriemetode er også termisk dissosiasjon av oksosalter, for eksempel kaliumklorat i nærvær av en katalysator - mangandioksid:

Mangandioksid, tilsatt i små mengder før kalsinering, gjør det mulig å opprettholde den nødvendige temperaturen og dissosiasjonshastigheten, og selve MnO 2 endres ikke under prosessen.

Metoder brukes også termisk nedbrytning nitrater:

samt peroksider av noen aktive metaller, for eksempel:

2BaO 2® 2BaO + O 2

Sistnevnte metode ble i sin tid mye brukt for å trekke ut oksygen fra atmosfæren og bestod i oppvarming av BaO i luft til BaO 2 ble dannet, etterfulgt av termisk dekomponering av peroksidet. Den termiske nedbrytningsmetoden er fortsatt viktig for produksjonen av hydrogenperoksid.

NOEN FYSISKE EGENSKAPER TIL OKSYGEN
Atomnummer	8
Atommasse	15,9994
Smeltepunkt, °C	–218,4
Kokepunkt, °C	–183,0
Tetthet
hard, g/cm 3 (at t pl)	1,27
væske g/cm 3 (kl t kip)	1,14
gassformig, g/dm 3 (ved 0°C)	1,429
luft slektning	1,105
kritisk a, g/cm 3	0,430
Kritisk temperatur a, °C	–118,8
Kritisk trykk a, atm	49,7
Løselighet, cm 3 /100 ml løsemiddel
i vann (0°C)	4,89
i vann (100°C)	1,7
i alkohol (25°C)	2,78
Radius, Å	0,74
kovalent	0,66
ionisk (O 2–)	1,40
Ioniseringspotensial, V
først	13,614
sekund	35,146
Elektronegativitet (F=4)	3,5
a Temperatur og trykk hvor tettheten av gass og væske er den samme.

Fysiske egenskaper.

Oksygen under normale forhold er en fargeløs, luktfri og smakløs gass. Flytende oksygen har en lyseblå farge. Fast oksygen eksisterer i minst tre krystallinske modifikasjoner. Oksygengass løselig i vann og danner sannsynligvis svake forbindelser som O 2 H 2 O, og muligens O 2 H 2H 2 O.

Kjemiske egenskaper.

Som allerede nevnt, er den kjemiske aktiviteten til oksygen bestemt av dens evne til å dissosiere til O-atomer, som er svært reaktive. Bare det meste aktive metaller og mineraler reagerer med O 2 med høy hastighet kl lave temperaturer. De mest aktive alkalimetallene (IA-undergrupper) og noen jordalkalimetaller (IIA-undergrupper) danner peroksider som NaO 2 og BaO 2 med O 2 . Andre grunnstoffer og forbindelser reagerer kun med dissosiasjonsproduktet O2. Under passende forhold reagerer alle grunnstoffer, unntatt edelgassene og metallene Pt, Ag, Au, med oksygen. Disse metallene danner også oksider, men under spesielle forhold.

Den elektroniske strukturen til oksygen (1s 2 2s 2 2p 4) er slik at O-atomet danner et stabilt ytre elektronskall to elektroner pr ytre nivå, og danner et O 2– ion. I oksider alkalimetaller dannes hovedsakelig ionisk binding. Det kan antas at elektronene til disse metallene nesten utelukkende trekkes til oksygen. I oksider av mindre aktive metaller og ikke-metaller er elektronoverføringen ufullstendig, og den negative ladningstettheten på oksygen er mindre uttalt, så bindingen er mindre ionisk eller mer kovalent.

Når metaller oksideres med oksygen, frigjøres varme, hvis størrelse korrelerer med styrken til M–O-bindingen. Under oksidasjonen av noen ikke-metaller absorberes varme, noe som indikerer deres svakere bindinger med oksygen. Slike oksider er termisk ustabile (eller mindre stabile enn oksider med ioniske bindinger) og er ofte svært reaktive. Tabellen viser for sammenligning verdiene av entalpiene for dannelse av oksider av de mest typiske metaller, overgangsmetaller og ikke-metaller, elementer i A- og B-undergruppene (minustegnet betyr frigjøring av varme).

Det kan trekkes flere generelle konklusjoner om egenskapene til oksider:

1. Smeltetemperaturer for alkalimetalloksider avtar med økende atomradius til metallet; Så, t pl (Cs20) tpl (Na20). Oksider der ionisk binding dominerer har mer høye temperaturer smeltetemperatur enn smeltepunktet for kovalente oksider: t pl (Na20) > t pl (SO 2).

2. Oksider av reaktive metaller (IA–IIIA undergrupper) er mer termisk stabile enn oksider av overgangsmetaller og ikke-metaller. Oksider av tungmetaller i høyeste oksidasjonstilstand ved termisk dissosiasjon danner oksider med lavere oksidasjonstilstander (for eksempel 2Hg 2+ O ® (Hg +) 2 O + 0,5O 2 ® 2Hg 0 + O 2). Slike oksider i høye oksidasjonstilstander kan være gode oksidasjonsmidler.

3. De mest aktive metallene reagerer med molekylært oksygen ved forhøyede temperaturer for å danne peroksider:

Sr + O2® Sr02.

4. Oksider av aktive metaller danner fargeløse løsninger, mens oksidene til de fleste overgangsmetaller er fargede og praktisk talt uløselige. Vandige løsninger av metalloksider viser grunnleggende egenskaper og er hydroksyder som inneholder OH-grupper, og oksider av ikke-metaller i vandige løsninger danner syrer som inneholder H+-ionet.

5. Metaller og ikke-metaller fra A-undergrupper danner oksider med en oksidasjonstilstand som tilsvarer gruppenummeret, for eksempel Na, Be og B danner Na 1 2 O, Be II O og B 2 III O 3, og ikke- metaller IVA–VIIA av undergrupper C, N , S, Cl danner C IV O 2, N V 2 O 5, S VI O 3, Cl VII 2 O 7. Gruppenummeret til et element korrelerer bare med den maksimale oksidasjonstilstanden, siden oksider med lavere oksidasjonstilstander av grunnstoffer er mulige. I forbrenningsprosesser av forbindelser er typiske produkter oksider, for eksempel:

2H2S + 3O2® 2SO2 + 2H2O

Karbonholdige stoffer og hydrokarboner oksiderer (forbrennes) ved lett oppvarming til CO 2 og H 2 O. Eksempler på slike stoffer er brensel - ved, olje, alkoholer (samt karbon - kull, koks og kull). Varmen fra forbrenningsprosessen brukes til å produsere damp (og deretter strøm eller går til kraftverk), samt for oppvarming av hus. Typiske ligninger for forbrenningsprosesser er:

a) tre (cellulose):

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

b) olje eller gass (bensin C 8 H 18 eller naturgass CH 4):

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

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

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

d) karbon (kull eller trekull, koks):

2C + O 2 ® 2CO + termisk energi

2CO + O 2 ® 2CO 2 + termisk energi

En rekke C-, H-, N-, O-holdige forbindelser med høy energireserve er også utsatt for forbrenning. Oksygen for oksidasjon kan brukes ikke bare fra atmosfæren (som i tidligere reaksjoner), men også fra selve stoffet. For å sette i gang en reaksjon er en liten aktivering av reaksjonen, for eksempel et slag eller risting, tilstrekkelig. I disse reaksjonene er forbrenningsprodukter også oksider, men de er alle gassformede og ekspanderer raskt ved prosessens høye slutttemperatur. Derfor er slike stoffer eksplosive. Eksempler eksplosiver Trinitroglycerin (eller nitroglyserin) C 3 H 5 (NO 3) 3 og trinitrotoluen (eller TNT) C 7 H 5 (NO 2) 3 brukes.

Oksider av metaller eller ikke-metaller med lavere oksidasjonstilstander av elementet reagerer med oksygen for å danne oksider høye grader oksidasjon av dette elementet:

Naturlige oksider, hentet fra malm eller syntetisert, tjener som råmateriale for produksjon av mange viktige metaller for eksempel jern fra Fe 2 O 3 (hematitt) og Fe 3 O 4 (magnetitt), aluminium fra Al 2 O 3 (aluminiumoksyd), magnesium fra MgO (magnesia). Lettmetalloksider brukes i kjemisk industri for å oppnå alkalier eller baser. Kaliumperoksid KO 2 funn uvanlig bruk, siden i nærvær av fuktighet og som et resultat av reaksjon med det, frigjør det oksygen. Derfor brukes KO 2 i respiratorer for å produsere oksygen. Fuktighet fra utåndingsluften frigjør oksygen i respiratoren, og KOH absorberer CO 2. Produksjon av CaO-oksid og kalsiumhydroksid Ca(OH) 2 - storskala produksjon innen keramikk og sementteknologi.

Vann (hydrogenoksid).

Betydningen av vann H 2 O både i laboratoriepraksis for kjemiske reaksjoner og i livsprosesser krever spesiell vurdering av dette stoffet VANN, IS OG DAMP). Som allerede nevnt, under den direkte vekselvirkningen mellom oksygen og hydrogen under forhold oppstår for eksempel en gnistutladning, en eksplosjon og dannelse av vann, og 143 kJ/(mol H 2 O) frigjøres.

Vannmolekylet har en nesten tetraedrisk struktur, H–O–H-vinkelen er 104° 30°. Bindingene i molekylet er delvis ioniske (30%) og delvis kovalente med høy tetthet negativ ladning på oksygen og følgelig positive ladninger på hydrogen:

På grunn av den høye styrken til H–O-bindinger, er hydrogen vanskelig å spalte fra oksygen og vannet er svært svakt syreegenskaper. Mange egenskaper til vann bestemmes av fordelingen av ladninger. For eksempel danner et vannmolekyl et hydrat med et metallion:

En elektronpar vann gir opp til en akseptor, som kan være H +:

Oksoanioner og oksokasjoner

– oksygenholdige partikler som har en gjenværende negativ (oksoanioner) eller gjenværende positiv (oksokasjons) ladning. O 2-ionet har høy affinitet (høy reaktivitet) til positivt ladede partikler av H+-typen. Den enkleste representanten for stabile oksoanioner er hydroksidionet OH -. Dette forklarer ustabiliteten til atomer med høy ladningstetthet og deres delvise stabilisering som et resultat av tilsetning av en partikkel med positiv ladning. Derfor, når et aktivt metall (eller dets oksid) virker på vann, dannes OH–, og ikke O 2–:

2Na + 2H2O® 2Na + + 2OH – + H2

Na 2 O + H 2 O ® 2Na + + 2OH –

Mer komplekse oksoanioner dannes fra oksygen med et metallion eller ikke-metallisk partikkel som har en stor positiv ladning, er resultatet en partikkel med lav ladning som er mer stabil, for eksempel:

°C dannes en mørk lilla fast fase. Flytende ozon er lett løselig i flytende oksygen, og 49 cm 3 O 3 løses opp i 100 g vann ved 0 ° C. Når det gjelder kjemiske egenskaper, er ozon mye mer aktivt enn oksygen og er nest etter O, F 2 og OF 2 (oksygendifluorid) i oksiderende egenskaper. Ved normal oksidasjon dannes oksid og molekylært oksygen O 2. Når ozon virker på aktive metaller under spesielle forhold, dannes ozonider av sammensetningen K + O 3 –. Ozon produseres industrielt for spesielle formål det er et godt desinfeksjonsmiddel og brukes til å rense vann og som blekemiddel, forbedrer atmosfærens tilstand i lukkede systemer, desinfiserer gjenstander og matvarer, og fremskynder modningen av korn og frukt. I kjemisk laboratorium En ozonisator brukes ofte til å produsere ozon som er nødvendig for visse metoder for kjemisk analyse og syntese. Gummi blir lett ødelagt selv når det utsettes for lave konsentrasjoner av ozon. I noen industribyer fører betydelige konsentrasjoner av ozon i luften til rask forringelse av gummiprodukter dersom de ikke er beskyttet av antioksidanter. Ozon er veldig giftig. Konstant innånding av luft, selv med svært lave konsentrasjoner av ozon, forårsaker hodepine, kvalme og andre ubehagelige tilstander.

Oksygen– et kjemisk grunnstoff hvis egenskaper vil bli diskutert i de neste avsnittene. La oss gå til det periodiske systemet for kjemiske grunnstoffer av D.I. Mendeleev. Grunnstoffet oksygen befinner seg i periode 2, gruppe VI, hovedundergruppen.

Den sier også at den relative atommassen til oksygen er 16.

Ved serienummer oksygen i det periodiske systemet, kan du enkelt bestemme antall elektroner i atomet, ladningen til kjernen til oksygenatomet og antall protoner.

Valensen av oksygen i de fleste forbindelser er II. Et oksygenatom kan få to elektroner og bli et ion: O0 + 2ē = O−2.

Det er verdt å merke seg at oksygen er det vanligste elementet på planeten vår. Oksygen er en del av vannet. Marine og ferskvann 89 vekt% består av oksygen. Oksygen finnes i mange mineraler og steiner. Massefraksjon oksygen i jordskorpen er omtrent 47 %. Luft inneholder ca. 23 vekt% oksygen.

Fysiske egenskaper til oksygen

Når to oksygenatomer samhandler, dannes et stabilt molekyl av det enkle stoffet oksygen O2. Dette enkle stoffet, som grunnstoffet, kalles oksygen. Ikke forveksle oksygen som et grunnstoff og oksygen som et enkelt stoff!

Ved fysiske egenskaper oksygen– en fargeløs, luktfri og smakløs gass. Praktisk talt uløselig i vann (ved romtemperatur og normal atmosfærisk trykk Oppløseligheten av oksygen er ca. 8 mg per liter vann).

Oksygen er løselig i vann - 31 ml oksygen (0,004 vekt%) løses opp i 1 liter vann ved en temperatur på 20°C. Imidlertid er denne mengden tilstrekkelig for å puste fisk som lever i reservoarer. Oksygengass er litt tyngre enn luft: 1 liter luft ved 0°C og normalt trykk veier 1,29 g, og 1 liter oksygen veier 1,43 g.

Oksygen viser interessante egenskaper når det er sterkt avkjølt. Altså ved en temperatur –183°С oksygen kondenserer til en klar, mobil, blek væske blå farge.

Hvis flytende oksygen avkjøles ytterligere, da ved en temperatur –218°С oksygen "fryser" til blå krystaller. Hvis temperaturen gradvis økes, da –218°С, fast oksygen vil begynne å smelte, og når –183°С- vil koke. Følgelig er koke- og kondensasjonspunktene, samt fryse- og smeltepunktene for stoffer de samme.

Såkalte Dewar-flasker brukes til å lagre og transportere flytende oksygen.. Dewar-kolber brukes til lagring og transport av væsker hvis temperatur må holde seg konstant i lang tid. Dewar-kolben er oppkalt etter oppfinneren, den skotske fysikeren og kjemikeren James Dewar.

Det enkleste Dewar-karet er en husholdningstermos. Strukturen til fartøyet er ganske enkel: det er en kolbe plassert i en stor kolbe. Luft pumpes ut fra det forseglede rommet mellom kolbene. På grunn av fraværet av luft mellom veggene i flaskene, helles væsken inn i den indre kolben i lang tid kjøles ikke ned eller varmes opp.

Oksygen er et paramagnetisk stoff, det vil si at det i flytende og fast tilstand tiltrekkes av en magnet

I naturen er det et annet enkelt stoff som består av oksygenatomer. Dette er ozon. Den kjemiske formelen til ozon er O3. Ozon, som oksygen, er normale forhold– gass. Ozon dannes i atmosfæren under lynnedslag. Den karakteristiske lukten av friskhet etter et tordenvær er lukten av ozon.

Hvis ozon oppnås i et laboratorium og en betydelig mengde av det samles opp, vil ozon i høye konsentrasjoner ha en skarp, ubehagelig lukt. Ozon oppnås i laboratoriet ved hjelp av spesielle enheter - ozonisatorer. Ozonator- et glassrør der det tilføres en strøm av oksygen og det dannes en elektrisk utladning. En elektrisk utladning konverterer oksygen til ozon:

I motsetning til fargeløst oksygen er ozon en blå gass. Løseligheten av ozon i vann er omtrent 0,5 liter gass per 1 liter vann, som er betydelig mer enn oksygen. Med hensyn til denne egenskapen brukes ozon til desinfeksjon drikkevann, da det har en skadelig effekt på patogene mikroorganismer.

Ved lave temperaturer oppfører ozon seg på samme måte som oksygen. Ved en temperatur på –112°C kondenserer den til væske lilla, og ved en temperatur på –197°C krystalliserer det i form av mørke lilla, nesten svarte krystaller

Dermed kan vi konkludere med at atomer av samme kjemiske element kan danne forskjellige enkle stoffer.

Fenomenet med eksistensen av et kjemisk element i form av flere enkle stoffer kalles allotropi.

Enkle stoffer dannet av samme grunnstoff kalles allotropiske modifikasjoner

Betyr, oksygen og ozon - allotropiske modifikasjoner kjemisk element oksygen. Det er bevis på at ved ultralave temperaturer, i flytende eller fast tilstand, kan oksygen eksistere i form av O4- og O8-molekyler.

Oksygen syklus i naturen

Mengden oksygen i atmosfæren er konstant. Følgelig fylles det forbrukte oksygenet stadig på med nytt oksygen.

De viktigste kildene til oksygen i naturen er karbondioksid og vann. Oksygen kommer inn i atmosfæren hovedsakelig som et resultat av prosessen med fotosyntese som forekommer i planter, i henhold til reaksjonsskjemaet:

CO2 + H2O → C6H12O6 + O2.

Oksygen kan også dannes i de øvre lagene av jordens atmosfære: på grunn av eksponering solstråling, brytes vanndamp delvis ned for å danne oksygen.

Oksygen forbrukes under respirasjon, drivstoffforbrenning, oksidasjon ulike stoffer i levende organismer, oksidasjon uorganiske stoffer inneholdt i naturen. Stor mengde oksygen forbrukes i teknologiske prosesser, for eksempel stålproduksjon.

Oksygensyklusen i naturen kan representeres som et diagram:

Oksygen– element i gruppe VI, hovedundergruppe, 2 perioder Periodisk system DI. Mendeleev
Grunnstoffet oksygen danner to allotropiske modifikasjoner i naturen: oksygen O2 og ozon O3
Fenomenet med eksistensen av et kjemisk element i form av flere enkle stoffer kalles allotropi
Enkle stoffer kalles allotropiske modifikasjoner
Oksygen og ozon har forskjellige fysiske egenskaper
Oksygen– en fargeløs gass, luktfri, smakløs, praktisk talt uløselig i vann, ved en temperatur på –183°C kondenserer den til en blekblå væske. Ved en temperatur på –218°C krystalliserer det i form av krystaller blå
Ozon- blå gass med en skarp ubehagelig lukt. La oss løse godt opp i vann. Ved en temperatur på –112 ° С kondenserer den til en fiolett væske, krystalliserer i form av mørke lilla, nesten svarte krystaller, ved en temperatur på –197 ° С
Flytende oksygen, ozon og andre gasser lagres i Dewar-kolber

Oksygen dannesperoksider med oksidasjonstilstand −1.
— For eksempel produseres peroksider ved forbrenning av alkalimetaller i oksygen:
2Na + O 2 → Na 2 O 2

- Noen oksider absorberer oksygen:
2BaO + O 2 → 2BaO 2

— I henhold til forbrenningsprinsippene utviklet av A. N. Bach og K. O. Engler skjer oksidasjon i to trinn med dannelse av en intermediær peroksidforbindelse. Denne mellomforbindelsen kan isoleres, for eksempel når en flamme av brennende hydrogen avkjøles med is, dannes hydrogenperoksid sammen med vann:
H 2 + O 2 → H 2 O 2

Superoksider har en oksidasjonstilstand på −1/2, det vil si ett elektron per to oksygenatomer (O 2 - ion). Oppnådd ved å reagere peroksider med oksygen ved forhøyet trykk og temperatur:
Na 2 O 2 + O 2 → 2 NaO 2

Ozonider inneholde O 3 - ion med en oksidasjonstilstand på -1/3. Oppnådd ved virkningen av ozon på alkalimetallhydroksider:
KOH(tv) + O 3 → KO 3 + KOH + O 2

Ion dioksygenyl O 2 + har en oksidasjonstilstand på +1/2. Oppnådd av reaksjonen:
PtF 6 + O 2 → O 2 PtF 6

Oksygenfluorider
Oksygen difluorid, OF 2 oksidasjonstilstand +2, oppnås ved å føre fluor gjennom en alkaliløsning:
2F 2 + 2 NaOH → AV 2 + 2 NaF + H 2 O

Oksygen monofluorid (Dioksydifluorid), O 2 F 2, ustabil, oksidasjonstilstand +1. Det er oppnådd fra en blanding av fluor og oksygen i en glødeutslipp ved en temperatur på -196 °C.

Ved å føre en glødeutslipp gjennom en blanding av fluor og oksygen ved et visst trykk og temperatur, oppnås blandinger av høyere oksygenfluorider O 3 F 2, O 4 F 2, O 5 F 2 og O 6 F 2.
Oksygen støtter prosessene med respirasjon, forbrenning og forfall. I sin frie form eksisterer grunnstoffet i to allotropiske modifikasjoner: O 2 og O 3 (ozon).

Påføring av oksygen

Bred industriell applikasjon oksygen begynte på midten av 1900-tallet, etter oppfinnelsen av turboekspandere - enheter for flytende og separering av flytende luft.

I metallurgi

Konvertermetoden for stålproduksjon innebærer bruk av oksygen.

Sveising og skjæring av metaller

Oksygen i sylindere er mye brukt til flammeskjæring og sveising av metaller.

Drivmiddel

Som oksidasjonsmiddel for rakettdrivstoff flytende oksygen, hydrogenperoksid, salpetersyre og andre oksygenrike forbindelser. En blanding av flytende oksygen og flytende ozon er en av de kraftigste oksidantene av rakettdrivstoff (den spesifikke impulsen til hydrogen-ozonblandingen overstiger den spesifikke impulsen for hydrogen-fluor- og hydrogen-oksygen-fluorid-parene).

I medisin

Oksygen brukes til å berike luftveiene gassblandinger for pusteproblemer, for behandling av astma, i form av oksygencocktailer, oksygenputer m.m.

I næringsmiddelindustrien

I næringsmiddelindustrien oksygen er registrert som mattilsetningsstoffer E948, som drivmiddel og emballasjegass.

Biologisk rolle av oksygen

Levende ting puster oksygen fra luften. Oksygen er mye brukt i medisin. På hjerte- og karsykdommer For å forbedre metabolske prosesser injiseres oksygenskum ("oksygencocktail") i magen. Subkutan administrering av oksygen brukes til trofiske sår, elefantiasis, koldbrann og andre alvorlige sykdommer. Kunstig ozonanriking brukes til å desinfisere og deodorisere luft og rense drikkevann. Den radioaktive oksygenisotopen 15 O brukes til å studere blodstrømhastighet og lungeventilasjon.

Giftige oksygenderivater

Noen oksygenderivater (såkalte reaktive oksygenarter), som singlet oksygen, hydrogenperoksyd, superoksyd, ozon og hydroksylradikal, er svært giftige. De dannes under prosessen med aktivering eller delvis reduksjon av oksygen. Superoksid (superoksidradikal), hydrogenperoksid og hydroksylradikal kan dannes i celler og vev i menneske- og dyrekroppen og forårsake oksidativt stress.

Isotoper av oksygen

Oksygen har tre stabile isotoper: 16 O, 17 O og 18 O, hvor gjennomsnittsinnholdet er henholdsvis 99,759 %, 0,037 % og 0,204 %. totalt antall oksygenatomer på jorden. Den skarpe overvekten av de letteste av dem, 16 O, i blandingen av isotoper skyldes det faktum at kjernen til 16 O-atomet består av 8 protoner og 8 nøytroner. Og slike kjerner, som følger av strukturteorien atomkjernen, har spesiell stabilitet.

Tilgjengelig radioaktive isotoper 11 O, 13 O, 14 O (halveringstid 74 sek), 15 O (T 1/2 = 2,1 min), 19 O (T 1/2 = 29,4 sek), 20 O (motstridende data på perioden halv- liv fra 10 minutter til 150 år).

Ytterligere informasjon

Oksygenforbindelser
Flytende oksygen
Ozon

Oksygen, oksygen, O (8)
Oppdagelsen av oksygen (oksygen, fransk oksygen, tysk sauerstoff) markerte begynnelsen på den moderne perioden i utviklingen av kjemi. Det har vært kjent siden antikken at forbrenning krever luft, men i mange århundrer forble forbrenningsprosessen uklar. Først på 1600-tallet. Mayow og Boyle uttrykte uavhengig ideen om at luften inneholder noe stoff som støtter forbrenning, men denne fullstendig rasjonelle hypotesen ble ikke utviklet da, siden ideen om forbrenning som en prosess for å kombinere en brennende kropp med en viss integrert del luft, syntes på den tiden å motsi en så åpenbar handling som det faktum at under forbrenning finner nedbrytningen av den brennende kroppen til elementære komponenter sted. Det var på dette grunnlaget på begynnelsen av 1600-tallet. Flogistonteorien oppsto, skapt av Becher og Stahl. Med fremveksten av den kjemisk-analytiske perioden i utviklingen av kjemi (andre halvdel av 1700-tallet) og fremveksten av "pneumatisk kjemi" - en av hovedgrenene i den kjemisk-analytiske retningen - forbrenning, så vel som respirasjon , igjen tiltrukket seg oppmerksomheten til forskere. Oppdagelse av ulike gasser og deres identifikasjon viktig rolle V kjemiske prosesser var et av hovedincentivene for systematisk forskning på forbrenningsprosessene til stoffer utført av Lavoisier. Oksygen ble oppdaget på begynnelsen av 70-tallet av 1700-tallet.

Den første rapporten om denne oppdagelsen ble laget av Priestley på et møte med engelskmennene Royal Society i 1775 oppnådde Priestley, som varmet opp rødt kvikksølvoksid med et stort brennende glass, en gass der lyset brant sterkere enn i vanlig luft, og den ulmende splinten blusset opp. Priestley bestemte noen av egenskapene til den nye gassen og kalte den daphlogisticated air. Imidlertid, to år tidligere enn Priestley (1772), oppnådde Scheele også oksygen ved dekomponering av kvikksølvoksid og andre metoder. Scheele kalte denne gassen brannluft (Feuerluft). Scheele var i stand til å rapportere om oppdagelsen sin først i 1777.

I 1775 talte Lavoisier for vitenskapsakademiet i Paris med budskapet om at han hadde lyktes i å oppnå «den reneste delen av luften som omgir oss», og beskrev egenskapene til denne delen av luften. Til å begynne med kalte Lavoisier denne "luft" for empyrisk, vital (Air empireal, Air vital) grunnlaget for vital luft (Base de l'air vital) nesten samtidig oppdagelse av oksygen av flere forskere i forskjellige land skapte kontrovers om prioritering. Priestley var spesielt iherdig med å søke anerkjennelse som en oppdager. I hovedsak er disse tvistene ikke avsluttet ennå. En detaljert studie av egenskapene til oksygen og dens rolle i forbrenningsprosessene og dannelsen av oksider førte Lavoisier til den feilaktige konklusjonen at denne gassen er et syredannende prinsipp. I 1779 introduserte Lavoisier, i samsvar med denne konklusjonen, et nytt navn for oksygen - det syredannende prinsippet (principe acidifiant ou principe oxygine). Lavoisier avledet ordet oksygin, som vises i dette komplekse navnet, fra det greske - syre og "jeg produserer."