خواص شیمیایی اکسیژن اکسیدها - هایپر مارکت دانش

اکسیژن (لاتین Oxygenium)، O، یک عنصر شیمیایی از گروه VI از فرم کوتاه (گروه شانزدهم فرم بلند) سیستم تناوبی، متعلق به کالکوژن ها است. عدد اتمی 8، جرم اتمی 15.9994. اکسیژن طبیعی از سه ایزوتوپ تشکیل شده است: 16 O (99.757٪)، 17 O (0.038٪) و 18 O (0.205٪). غلبه سبک ترین ایزوتوپ های 16 O در مخلوط به این دلیل است که هسته اتم 16 O از 8 پروتون و 8 نوترون تشکیل شده است. تعداد مساوی پروتون و نوترون، انرژی بالای اتصال آنها در هسته و بیشترین پایداری 16 هسته O را در مقایسه با بقیه تعیین می کند. رادیوایزوتوپ هایی با اعداد جرمی 12-26 به طور مصنوعی به دست می آیند.

مرجع تاریخیاکسیژن به طور مستقل در سال 1774 توسط K. Scheele (با کلسینه کردن نیترات پتاسیم KNO 3 و سدیم NaNO 3، دی اکسید منگنز MnO 2 و سایر مواد) و J. Priestley (با حرارت دادن تتروکسید سرب Pb 3 O 4 و اکسید جیوه HgO) به دست آمد. بعدها، وقتی مشخص شد که اکسیژن بخشی از اسیدها است، A. Lavoisier نام oxygène را پیشنهاد کرد (از یونانی όχύς - ترش و γεννάω - من به دنیا می‌آورم، از این رو. نام روسی"اکسیژن").

توزیع در طبیعتاکسیژن رایج ترین عنصر شیمیایی روی زمین است: محتوای اکسیژن متصل به شیمیایی در هیدروسفر 85.82٪ (عمدتا به شکل آب)، در پوسته زمین - 49٪ وزنی است. بیش از 1400 ماده معدنی حاوی اکسیژن شناخته شده است. در میان آنها، مواد معدنی تشکیل شده توسط نمک های اسیدهای حاوی اکسیژن غالب هستند (مهم ترین کلاس ها کربنات های طبیعی، سیلیکات های طبیعی، سولفات های طبیعی، فسفات های طبیعی) و سنگ های مبتنی بر آنها (به عنوان مثال، سنگ آهک، سنگ مرمر) و همچنین انواع مختلف اکسیدهای طبیعی، هیدروکسیدهای طبیعی و سنگها، سنگها (مثلاً بازالت). اکسیژن مولکولی 20.95 درصد حجمی (23.10 درصد جرمی) است. اتمسفر زمین. اکسیژن اتمسفر منشا بیولوژیکی دارد و در آن تشکیل می شود گیاهان سبزحاوی کلروفیل از آب و دی اکسید کربن در طول فتوسنتز. مقدار اکسیژن آزاد شده توسط گیاهان، مقدار اکسیژن مصرف شده در فرآیندهای پوسیدگی، احتراق و تنفس را جبران می کند.

اکسیژن - یک عنصر بیوژن - بخشی از مهم ترین طبقات ترکیبات آلی طبیعی (پروتئین ها، چربی ها، اسیدهای نوکلئیک، کربوهیدرات ها و غیره) و بخشی از ترکیبات معدنی اسکلت است.

خواص. ساختار لایه الکترونی بیرونی اتم اکسیژن 2s 2 2p 4; در ترکیبات حالت های اکسیداسیون -2، -1، به ندرت +1، +2 را نشان می دهد. الکترونگاتیوی پاولینگ 3.44 (الکترونگاتیوترین عنصر بعد از فلوئور). شعاع اتمی 60 بعد از ظهر; شعاع یون O 2 - 121 pm است (هماهنگی شماره 2). در حالت های گازی، مایع و جامد، اکسیژن به شکل مولکول های O 2 دو اتمی وجود دارد. مولکول های O 2 پارامغناطیس هستند. همچنین یک اصلاح آلوتروپیک اکسیژن - ازن، متشکل از مولکول های O 3 سه اتمی وجود دارد.

در حالت پایه، اتم اکسیژن دارای تعداد زوج الکترون ظرفیتی است که دو عدد از آنها جفت نشده اند. بنابراین، اکسیژن، که دارای d-opbital خالی کم انرژی نیست، در بیشتر موارد ترکیبات شیمیاییدو ظرفیتی بسته به طبیعت پیوند شیمیاییو نوع ساختار بلوری ترکیب، تعداد هماهنگی اکسیژن می تواند متفاوت باشد: O (اکسیژن اتمی)، 1 (به عنوان مثال، O 2، CO 2)، 2 (به عنوان مثال، H 2 O، H 2 O 2 )، 3 (به عنوان مثال، H 3 O +)، 4 (مثلاً اگزوااستات های Be و Zn)، 6 (مثلاً MgO، CdO)، 8 (مثلا Na2O، Cs2O). با توجه به شعاع کوچک اتم، اکسیژن قادر به ایجاد پیوندهای π قوی با اتم های دیگر، به عنوان مثال، با اتم های اکسیژن (O 2، O 3)، کربن، نیتروژن، گوگرد و فسفر است. بنابراین، برای اکسیژن، یک پیوند دوگانه (494 کیلوژول بر مول) از نظر انرژی مطلوب تر از دو پیوند ساده (146 کیلوژول بر مول) است.

پارامغناطیس مولکول‌های O 2 با حضور دو الکترون جفت نشده با اسپین‌های موازی در اوربیتال‌های ضدپیوندی π* دوبرابر منحط توضیح داده می‌شود. از آنجایی که چهار الکترون در اوربیتال های پیوندی مولکول بیشتر از اوربیتال های شل کننده وجود دارد، ترتیب پیوند در O 2 برابر 2 است، یعنی پیوند بین اتم های اکسیژن دو برابر است. اگر تحت یک عمل فتوشیمیایی یا شیمیایی، دو الکترون با اسپین های مخالف در یک اوربیتال π * ظاهر شوند، اولین حالت برانگیخته ایجاد می شود که 92 کیلوژول بر مول انرژی بیشتری نسبت به حالت پایه دارد. اگر با تحریک یک اتم اکسیژن، دو الکترون دو اوربیتال π* متفاوت را اشغال کنند و دارای اسپین های مخالف باشند، حالت برانگیخته دوم ایجاد می شود که انرژی آن 155 کیلوژول بر مول بیشتر از حالت پایه است. تحریک با افزایش بین اتمی همراه است فواصل O-O: از ساعت 120.74 بعد از ظهر در حالت پایه تا ساعت 121.55 برای حالت اول و تا ساعت 122.77 برای حالت هیجانی دوم که به نوبه خود منجر به تضعیف می شود. اتصالات O-Oو به افزایش واکنش پذیری اکسیژن. هر دو حالت برانگیخته مولکول O 2 نقش مهمی در واکنش های اکسیداسیون در فاز گاز دارند.

اکسیژن گازی بی رنگ، بی بو و بی مزه است. t pl -218.3 ° C، t kip -182.9 ° C، چگالی اکسیژن گازی 1428.97 کیلوگرم در dm 3 (در 0 ° C و فشار معمولی). اکسیژن مایع یک مایع آبی کم رنگ است، اکسیژن جامد یک ماده کریستالی آبی است. در دمای صفر درجه سانتی گراد، هدایت حرارتی 24.65-10-3 W/(mK)، ظرفیت گرمایی مولی در فشار ثابت 29.27 J/(mol K)، گذردهی اکسیژن گازی 1.000547 و اکسیژن مایع است. 1.491. اکسیژن در آب کم محلول است (3.1٪ اکسیژن حجمی در 20 درجه سانتیگراد)، به راحتی در برخی از حلالهای آلی فلوئور مانند پرفلورودکالین (4500٪ اکسیژن حجمی در 0 درجه سانتیگراد) محلول است. مقدار قابل توجهی از اکسیژن توسط فلزات نجیب حل می شود: نقره، طلا و پلاتین. حلالیت گاز در نقره مذاب (2200٪ حجمی در 962 درجه سانتیگراد) با کاهش دما به شدت کاهش می یابد، بنابراین، هنگامی که در هوا سرد می شود، مذاب نقره به دلیل آزاد شدن شدید اکسیژن محلول "جوش" و پاشیده می شود.

اکسیژن بسیار واکنش پذیر است، یک عامل اکسید کننده قوی: با اکثر مواد ساده در تعامل است. شرایط عادی، عمدتاً با تشکیل اکسیدهای مربوطه (بسیاری از واکنش هایی که در دمای اتاق و دمای پایین به کندی انجام می شود با انفجار و آزاد شدن مقدار زیادی گرما هنگام گرم شدن همراه است). اکسیژن در شرایط عادی با هیدروژن برهمکنش می‌کند (آب H 2 O تشکیل می‌شود؛ مخلوط‌های اکسیژن با هیدروژن قابل انفجار هستند - به گاز انفجاری مراجعه کنید)، هنگامی که گرم می‌شود - با گوگرد (سولفور دی اکسید SO 2 و تری اکسید گوگرد SO 3)، کربن (اکسید کربن CO ) ، دی اکسید کربن CO 2)، فسفر (اکسیدهای فسفر)، بسیاری از فلزات (اکسیدهای فلزی)، به ویژه به راحتی با فلزات قلیایی و قلیایی خاکی (عمدتا پراکسیدهای فلزی و سوپراکسیدها، مانند پراکسید باریم BaO 2، سوپراکسید پتاسیم KO 2). اکسیژن در دماهای بالاتر از 1200 درجه سانتیگراد یا هنگامی که در معرض تخلیه الکتریکی قرار می گیرد با نیتروژن برهمکنش می کند (نیتروژن مونوکسید NO تشکیل می شود). ترکیبات اکسیژن با زنون، کریپتون، هالوژن، طلا و پلاتین به طور غیر مستقیم به دست می آیند. اکسیژن با هلیوم، نئون و آرگون ترکیبات شیمیایی ایجاد نمی کند. اکسیژن مایع همچنین یک عامل اکسید کننده قوی است: پشم پنبه آغشته به آن بلافاصله هنگام احتراق می سوزد، برخی از مواد آلی فرار زمانی که در فاصله چند متری از یک ظرف باز با اکسیژن مایع قرار دارند، قادر به خودسوزی هستند.

اکسیژن سه شکل یونی را تشکیل می دهد که هر کدام خواص یک کلاس جداگانه از ترکیبات شیمیایی را تعیین می کند: O 2 - سوپراکسیدها (وضعیت اکسیداسیون رسمی اتم اکسیژن 0.5- است)، O 2 - - ترکیبات پراکسید (وضعیت اکسیداسیون اتم اکسیژن -1 است، به عنوان مثال، پراکسید هیدروژن H 2 O 2)، اکسیدهای O 2- - (وضعیت اکسیداسیون اتم اکسیژن -2). حالت های اکسیداسیون مثبت +1 و +2 اکسیژن به ترتیب در فلوراید О 2 F 2 و OF 2 نشان می دهد. فلوریدهای اکسیژن ناپایدار هستند، آنها عوامل اکسید کننده قوی و معرفهای فلوئور کننده هستند.

اکسیژن مولکولی یک لیگاند ضعیف است و به برخی از کمپلکس های Fe، Co، Mn، Cu اضافه می کند. در میان چنین کمپلکس هایی، مهمترین آنها پورفیرین آهن است که بخشی از هموگلوبین است، پروتئینی که انتقال اکسیژن را در بدن حیوانات خونگرم انجام می دهد.

نقش بیولوژیکی. اکسیژن، هم به صورت آزاد و هم به عنوان بخشی از مواد مختلف (به عنوان مثال، آنزیم های اکسیداز و اکسیدوردوکتاز)، در تمام فرآیندهای اکسیداتیو موجود در موجودات زنده شرکت می کند. در نتیجه مقدار زیادی انرژی در فرآیند زندگی صرف می شود.

اعلام وصول. در مقیاس صنعتی، اکسیژن با مایع سازی و تقطیر جزئی هوا (به جداسازی هوا در مقاله مراجعه کنید)، و همچنین با الکترولیز آب تولید می شود. در شرایط آزمایشگاهی، اکسیژن با حرارت دادن پراکسید هیدروژن (2P 2 O 2 \u003d 2H 2 O + O 2)، اکسیدهای فلزی (به عنوان مثال، اکسید جیوه: 2HgO \u003d 2Hg + O 2)، نمک های اکسیژن به دست می آید. حاوی اسیدهای اکسید کننده (به عنوان مثال، کلرات پتاسیم: 2KlO 3 \u003d 2KCl + 3O 2، پرمنگنات پتاسیم: 2KMnO 4 \u003d K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2)، با الکترولیز محلول NaOH. اکسیژن گازی در سیلندرهای فولادی، با رنگ آبی، با فشار 15 و 42 مگاپاسکال، اکسیژن مایع - در مخازن فلزی Dewar یا در مخازن مخازن مخصوص ذخیره و حمل می شود.

کاربرد. اکسیژن فنی به عنوان یک عامل اکسید کننده در متالورژی استفاده می شود (به عنوان مثال، به فرآیند تبدیل کننده اکسیژن مراجعه کنید)، در پردازش فلزات با شعله گاز (به عنوان مثال، برش با سوخت اکسیژن را ببینید)، در صنایع شیمیاییدر تولید سوخت های مایع مصنوعی، روغن های روان کننده، اسیدهای نیتریک و سولفوریک، متانول، کودهای آمونیاک و آمونیاکی، پراکسیدهای فلزی و غیره. از اکسیژن خالص در دستگاه های تنفسی اکسیژن استفاده می شود. سفینه های فضایی, زیردریایی ها، هنگام صعود به ارتفاعات زیاد، انجام کارهای زیر آب، برای اهداف دارویی در پزشکی (به مقاله اکسیژن درمانی مراجعه کنید). اکسیژن مایع به عنوان یک عامل اکسید کننده برای سوخت موشک در هنگام انفجار استفاده می شود. امولسیون های آبی محلول های اکسیژن گازی در برخی از حلال های آلی فلوئور پیشنهاد شده است که به عنوان جایگزین های خون مصنوعی (به عنوان مثال، پرفتوران) استفاده شود.

روشن: ساندرز N. اکسیژن وعناصر گروه 16. Oxf., 2003; Drozdov A. A.، Zlomanov V. P.، Mazo G. N.، Spiridonov F. M. شیمی معدنی. M., 2004. T. 2; شرایور دی.، اتکینز پی. شیمی معدنی. M., 2004. T. 1-2.

اکسیژن عنصری از زیرگروه اصلی گروه ششم، دوره دوم سیستم تناوبی عناصر شیمیایی، با عدد اتمی 8 است که با نماد O (lat. Oxygenium) نشان داده می شود. اکسیژن یک نافلز فعال است و سبک ترین عنصر از گروه کالکوژن است. ماده ساده اکسیژن (شماره CAS: 7782-44-7) در شرایط عادی گازی بی رنگ، بی مزه و بی بو است که مولکول آن از دو اتم اکسیژن (فرمول O 2) تشکیل شده است و به همین دلیل به آن دی اکسیژن نیز می گویند. اکسیژن مایع دارای رنگ آبی روشن است و اکسیژن جامد بلورهای آبی روشن است.
اشکال آلوتروپیک دیگری از اکسیژن وجود دارد، به عنوان مثال، ازن (شماره CAS: 10028-15-6) - در شرایط عادی، گاز رنگ آبیبا بوی خاصی که مولکول آن از سه اتم اکسیژن تشکیل شده است (فرمول O 3).

تاریخچه کشف

رسماً اعتقاد بر این است که اکسیژن توسط شیمیدان انگلیسی جوزف پریستلی در 1 اوت 1774 با تجزیه اکسید جیوه در یک ظرف مهر و موم شده کشف شد (پریستلی پرتوهای خورشید را با استفاده از یک عدسی قدرتمند به سمت این ترکیب هدایت کرد).
2HgO (t) → 2Hg + O 2

با این حال، پریستلی در ابتدا متوجه نشد که یک ماده ساده جدید کشف کرده است، او معتقد بود که یکی از اجزای تشکیل دهنده هوا را جدا کرده است (و این گاز را "هوای دفلوژیستیک" نامید). پریستلی کشف خود را به شیمیدان برجسته فرانسوی Antoine Lavoisier گزارش داد. در سال 1775، A. Lavoisier ثابت کرد که اکسیژن است بخشی جدایی ناپذیرهوا، اسیدها و در بسیاری از مواد یافت می شود.
چند سال قبل (در سال 1771) شیمیدان سوئدی کارل شیله اکسیژن بدست آورده بود. او نمک نمک را با اسید سولفوریک کلسینه کرد و سپس اکسید نیتریک حاصل را تجزیه کرد. شیل این گاز را "هوای آتشین" نامید و کشف خود را در کتابی که در سال 1777 منتشر شد توصیف کرد (دقیقاً به دلیل اینکه کتاب دیرتر از اعلام کشف خود پریستلی منتشر شد، دومی کاشف اکسیژن در نظر گرفته می شود). Scheele همچنین تجربه خود را به Lavoisier گزارش کرد.
مرحله مهمی که به کشف اکسیژن کمک کرد، کار شیمیدان فرانسوی پیتر باین بود که کارهایی را در مورد اکسیداسیون جیوه و تجزیه بعدی اکسید آن منتشر کرد.
سرانجام، A. Lavoisier سرانجام با استفاده از اطلاعات Priestley و Scheele به ماهیت گاز حاصل پی برد. کار او از اهمیت زیادی برخوردار بود، زیرا به لطف آن، نظریه فلوژیستون که در آن زمان غالب بود و مانع توسعه شیمی می شد، سرنگون شد. لاووازیه آزمایشی بر روی احتراق مواد مختلف انجام داد و با انتشار نتایج مربوط به وزن عناصر سوخته، نظریه فلوژیستون را رد کرد. وزن خاکستر بیشتر از وزن اولیه عنصر بود که به لاووازیه این حق را داد که در حین احتراق، واکنش شیمیایی(اکسیداسیون) ماده، در ارتباط با این، جرم ماده اصلی افزایش می یابد، که نظریه فلوژیستون را رد می کند.
بنابراین، اعتبار کشف اکسیژن در واقع متعلق به پریستلی، شیل و لاووازیه است.

منشاء نام

کلمه اکسیژن (نامگذاری شده در اوایل XIXقرن هنوز "اسیدیتی")، ظهور آن در زبان روسی تا حدودی به دلیل M.V. Lomonosov است که همراه با سایر نئولوژیسم ها، کلمه "اسید" را معرفی کرد. بنابراین کلمه "اکسیژن" به نوبه خود مقاله ردیابی اصطلاح "اکسیژن" (به فرانسوی oxygène) بود که توسط A. Lavoisier (از دیگر یونانی ὀξύς - "ترش" و γεννάω - "من زایمان می کنم") پیشنهاد شده بود. که به عنوان "تولید اسید" ترجمه می شود که با معنای اصلی آن مرتبط است - "اسید" که قبلاً به معنای اکسیدها بود که طبق نامگذاری بین المللی مدرن اکسید نامیده می شود.

اعلام وصول

در حال حاضر در صنعت، اکسیژن از هوا به دست می آید. روش اصلی صنعتی برای به دست آوردن اکسیژن، تقطیر برودتی است. کارخانه های اکسیژن بر اساس تکنولوژی غشایی نیز به خوبی شناخته شده و با موفقیت در صنعت مورد استفاده قرار می گیرند.
در آزمایشگاه ها از اکسیژن صنعتی استفاده می شود که در سیلندرهای فولادی تحت فشار حدود 15 مگاپاسکال عرضه می شود.
با حرارت دادن پرمنگنات پتاسیم KMnO 4 می توان مقادیر کمی اکسیژن به دست آورد:
2KMnO 4 → K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2

از واکنش تجزیه کاتالیزوری پراکسید هیدروژن H 2 O 2 نیز استفاده می شود:
2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2

کاتالیزور دی اکسید منگنز (MnO 2) یا یک تکه سبزیجات خام است (آنزیم هایی دارند که تجزیه پراکسید هیدروژن را تسریع می کنند).
اکسیژن را می توان با تجزیه کاتالیزوری کلرات پتاسیم (نمک برتوله) KClO 3 به دست آورد:
2KClO 3 → 2KCl + 3O 2

از روش های آزمایشگاهی برای به دست آوردن اکسیژن می توان به روش الکترولیز محلول های آبی قلیایی ها اشاره کرد.

مشخصات فیزیکی

در شرایط عادی، اکسیژن گازی بی رنگ، بی مزه و بی بو است.
1 لیتر از آن 1.429 گرم جرم دارد و کمی از هوا سنگین تر است. کمی در آب (4.9 ml/100g در 0°C، 2.09ml/100g در 50°C) و الکل (2.78ml/100g در دمای 25°C) محلول است. در نقره مذاب به خوبی حل می شود (22 حجم O 2 در 1 حجم Ag در دمای 961 درجه سانتی گراد). پارامغناطیس است.
هنگامی که اکسیژن گازی گرم می شود، تفکیک برگشت پذیر آن به اتم ها اتفاق می افتد: در 2000 درجه سانتیگراد - 0.03٪، در 2600 درجه سانتیگراد - 1٪، 4000 درجه سانتیگراد - 59٪، 6000 درجه سانتیگراد - 99.5٪.
اکسیژن مایع (نقطه جوش 182.98- درجه سانتیگراد) یک مایع آبی کم رنگ است.
اکسیژن جامد (نقطه ذوب -218.79 درجه سانتیگراد) - بلورهای آبی.

عنصر شیمیایی اکسیژن می تواند به شکل دو تغییر آلوتروپیک وجود داشته باشد، یعنی. دو ماده ساده را تشکیل می دهد. هر دوی این مواد دارای ساختار مولکولی هستند. یکی از آنها فرمول O 2 دارد و اکسیژن نامیده می شود. همان نام عنصر شیمیایی که با آن تشکیل شده است.

ماده ساده دیگری که توسط اکسیژن تشکیل می شود، ازن نام دارد. ازن بر خلاف اکسیژن از مولکول های سه اتمی تشکیل شده است. دارای فرمول O 3 است.
از آنجایی که اصلی ترین و رایج ترین شکل اکسیژن، اکسیژن مولکولی O 2 است، ابتدا آن را بررسی می کنیم. خواص شیمیایی.

عنصر شیمیایی اکسیژن از نظر الکترونگاتیوی در بین تمام عناصر در رتبه دوم قرار دارد و پس از فلوئور در رتبه دوم قرار دارد. در این رابطه، منطقی است که فعالیت بالای اکسیژن و وجود خواص تقریباً منحصراً اکسید کننده در آن را فرض کنیم. در واقع، فهرست مواد ساده و پیچیده ای که اکسیژن می تواند با آنها واکنش نشان دهد، بسیار زیاد است. با این حال، باید توجه داشت که از آنجایی که یک پیوند دوگانه قوی در مولکول اکسیژن وجود دارد، اکثر واکنش‌ها با اکسیژن نیاز به استفاده از گرما دارند. بیشتر اوقات ، در همان ابتدای واکنش (اشتعال) به گرمایش قوی نیاز است ، پس از آن بسیاری از واکنش ها به طور مستقل بدون تامین گرما از خارج انجام می شوند.

در میان مواد ساده، فقط فلزات نجیب (Ag، Pt، Au)، هالوژن ها و گازهای بی اثر با اکسیژن اکسید نمی شوند.

گوگرد در اکسیژن می سوزد و دی اکسید گوگرد را تشکیل می دهد:

فسفر، بسته به مقدار اضافی یا کمبود اکسیژن، می تواند هم اکسید فسفر (V) و هم اکسید فسفر (III) را تشکیل دهد:

تعامل اکسیژن با نیتروژن در شرایط بسیار سخت انجام می شود، زیرا انرژی های اتصال در اکسیژن و به ویژه مولکول های نیتروژن بسیار زیاد است. الکترونگاتیوی بالای هر دو عنصر نیز به پیچیدگی واکنش کمک می کند. واکنش فقط در دمای بالای 2000 درجه سانتیگراد شروع می شود و برگشت پذیر است:

نه همه مواد سادهواکنش با اکسیژن برای تشکیل اکسید. بنابراین، به عنوان مثال، سدیم، سوختن در اکسیژن، یک پراکسید تشکیل می دهد:

و پتاسیم سوپراکسید است:

اغلب، هنگامی که مواد پیچیده در اکسیژن سوزانده می شوند، مخلوطی از اکسیدهای عناصر تشکیل دهنده ماده اصلی تشکیل می شود. مثلا:

با این حال، هنگامی که مواد آلی حاوی نیتروژن در اکسیژن سوزانده می شوند، نیتروژن مولکولی N2 به جای اکسید نیتروژن تشکیل می شود. مثلا:

هنگامی که مشتقات کلر در اکسیژن می سوزند، به جای اکسیدهای کلر، کلرید هیدروژن تشکیل می شود:

خواص شیمیایی گوگرد

گوگرد به عنوان یک عنصر شیمیایی می تواند در چندین تغییر آلوتروپیک وجود داشته باشد. تفکیک گوگرد لوزی، مونوکلینیک و پلاستیک. گوگرد مونوکلینیک را می توان با خنک کردن آهسته مذاب گوگرد لوزی به دست آورد، در حالی که پلاستیک، برعکس، با خنک کردن شدید مذاب گوگردی که قبلاً به جوش آمده است، به دست می آید. گوگرد پلاستیکی دارای خاصیت کشسانی نادری برای مواد معدنی است - می تواند تحت تأثیر یک نیروی خارجی به طور برگشت پذیر کشیده شود و با پایان یافتن این اثر به شکل اولیه خود بازگردد. گوگرد لوزی در شرایط عادی پایدارترین گوگرد است و سایر تغییرات آلوتروپیک در طول زمان به آن منتقل می شوند.

مولکول های لوزی شکل گوگرد از هشت اتم تشکیل شده اند. فرمول آن را می توان به صورت S 8 نوشت. با این حال، از آنجایی که خواص شیمیایی همه اصلاحات کاملاً مشابه است، به طوری که نوشتن معادلات واکنش دشوار نباشد، هر گوگردی به سادگی با نماد S نشان داده می شود.

گوگرد می تواند هم با مواد ساده و هم با مواد پیچیده تعامل داشته باشد. در واکنش های شیمیایی، هم خاصیت اکسید کننده و هم خاصیت کاهنده از خود نشان می دهد.

خواص اکسید کننده گوگرد هنگام تعامل با فلزات و همچنین غیرفلزات تشکیل شده توسط اتم های یک عنصر الکترونگاتیو کمتر (هیدروژن، کربن، فسفر) آشکار می شود:

به عنوان یک عامل کاهنده، گوگرد در تعامل با غیر فلزات تشکیل شده توسط عناصر الکترونگاتیو بیشتر (اکسیژن، هالوژن)، و همچنین مواد پیچیده با عملکرد اکسید کننده مشخص، به عنوان مثال، اسیدهای سولفوریک و نیتریک غلیظ عمل می کند:

گوگرد همچنین در هنگام جوشیدن با محلول های آبی غلیظ قلیایی ها برهم کنش می کند. تعامل با توجه به نوع عدم تناسب، یعنی. گوگرد هم حالت اکسیداسیون آن را کاهش و هم افزایش می دهد.

یکی از عناصر ضروریدر سیاره ما اکسیژن است. خواص شیمیایی این ماده به آن اجازه می دهد تا در فرآیندهای بیولوژیکی شرکت کند و افزایش فعالیت باعث می شود که اکسیژن در تمام واکنش های شیمیایی شناخته شده شرکت کننده قابل توجهی باشد. در حالت آزاد، این ماده در جو وجود دارد. در حالت محدود، اکسیژن بخشی از مواد معدنی، سنگ ها و مواد پیچیده ای است که موجودات زنده مختلف را تشکیل می دهند. مقدار کل اکسیژن روی زمین 47 درصد از کل جرم سیاره ما تخمین زده می شود.

نامگذاری اکسیژن

در سیستم تناوبی، اکسیژن سلول هشتم این جدول را اشغال می کند. نام بین المللی آن اکسیژنیوم است. در پرونده های شیمیایی با حرف لاتین "O" نشان داده می شود. در محیط طبیعی، اکسیژن اتمی رخ نمی دهد، ذرات آن ترکیب می شوند تا مولکول های گاز جفتی را تشکیل دهند که وزن مولکولی آن 32 گرم در مول است.

هوا و اکسیژن

هوا مخلوطی از چند گاز رایج روی زمین است. بیشتر از همه در توده هوا نیتروژن - 78.2٪ حجم و 75.5٪ وزن. اکسیژن از نظر حجم - 20.9٪ و از نظر جرم - 23.2٪ در جایگاه دوم قرار می گیرد. جایگاه سوم به گازهای نجیب اختصاص دارد. ناخالصی های باقی مانده - دی اکسید کربن، بخار آب، گرد و غبار و غیره - تنها کسری از درصد را در کل توده هوا اشغال می کنند.

کل جرم اکسیژن طبیعی مخلوطی از سه ایزوتوپ - 16 O، 17 O، 18 O است. درصد این ایزوتوپ ها در جرم کل اکسیژن به ترتیب 99.76٪، 0.04٪ و 0.2٪ است.

خواص فیزیکی و شیمیایی اکسیژن

یک لیتر هوا در شرایط عادی 1.293 گرم وزن دارد و وقتی دما به -140⁰С می رسد، هوا به مایع شفاف بی رنگ تبدیل می شود. با وجود نقطه جوش کم، هوا می تواند در آن ذخیره شود حالت مایعحتی در دمای اتاق برای این کار باید مایع را در ظرف به اصطلاح Dewar قرار داد. غوطه ور شدن در اکسیژن مایع به شدت تغییر می کند خواص منظمموارد.

اکسیژن در آب حل می شود، اگرچه در مقادیر کم - آب دریا حاوی 3-5٪ اکسیژن است. اما حتی چنین مقدار کمی از این گاز پایه و اساس وجود ماهی ها، صدف ها و موجودات دریایی مختلف را ایجاد کرد که اکسیژن را از آب دریافت می کنند تا فرآیندهای حمایت از حیات خود را حفظ کنند.

ساختار اتم اکسیژن

خواص توصیف شده اکسیژن در درجه اول با ساختار داخلی این عنصر توضیح داده می شود.

اکسیژن به زیرگروه اصلی گروه ششم از عناصر سیستم تناوبی تعلق دارد. شش الکترون در ابر الکترونی بیرونی عنصر وجود دارد که چهار الکترون آن اوربیتال‌های p را اشغال می‌کنند و دو الکترون باقی‌مانده در اوربیتال‌های s قرار دارند. چنین ساختار داخلیباعث هزینه های انرژی زیادی با هدف شکستن پیوندهای الکترونیکی می شود - برای یک اتم اکسیژن آسان تر است که دو الکترون از دست رفته را به یک اوربیتال بیرونی قرض دهد تا اینکه شش الکترون خود را رها کند. بنابراین کووالانسی اکسیژن در اکثر موارد برابر با دو است. به لطف دو الکترون آزاد، اکسیژن به راحتی مولکول های دو اتمی را تشکیل می دهد که با استحکام پیوند بالا مشخص می شود. فقط در انرژی اعمال شده بالاتر از 498 ژول بر مول، مولکول ها متلاشی می شوند و اکسیژن اتمی تشکیل می شود. خواص شیمیایی این عنصر به آن اجازه می دهد تا با تمام مواد شناخته شده، به استثنای هلیوم، نئون و آرگون واکنش نشان دهد. سرعت برهمکنش به دمای واکنش و ماهیت ماده بستگی دارد.

خواص شیمیایی اکسیژن

با مواد مختلفاکسیژن وارد واکنش های تشکیل اکسید می شود و این واکنش ها هم برای فلزات و هم برای غیر فلزات مشخص می شود. ترکیبات اکسیژن با فلزات اکسیدهای پایه نامیده می شوند - اکسید منیزیم و اکسید کلسیم نمونه های کلاسیک هستند. برهمکنش اکسیدهای فلزی با آب منجر به تشکیل هیدروکسیدها می شود که خواص شیمیایی فعال اکسیژن را تأیید می کند. با غیر فلزات، این ماده اکسیدهای اسیدی را تشکیل می دهد - به عنوان مثال، تری اکسید گوگرد SO 3. هنگامی که این عنصر با آب تعامل می کند، اسید سولفوریک به دست می آید.

فعالیت شیمیایی

اکسیژن به طور مستقیم با اکثریت قریب به اتفاق عناصر تعامل دارد. طلا، هالوژن و پلاتین استثنا هستند. برهمکنش اکسیژن با مواد خاصی در حضور کاتالیزورها بسیار تسریع می شود. به عنوان مثال، مخلوطی از هیدروژن و اکسیژن در حضور پلاتین حتی در دمای اتاق واکنش می دهد. با یک انفجار کر کننده، مخلوط به آب معمولی تبدیل می شود که بخش مهمی از آن اکسیژن است. خواص شیمیایی و فعالیت زیاد عنصر، انتشار مقدار زیادی نور و گرما را توضیح می دهد، بنابراین واکنش های شیمیایی با اکسیژن اغلب احتراق نامیده می شود.

احتراق در اکسیژن خالص بسیار شدیدتر از هوا است، اگرچه مقدار گرمای آزاد شده در طول واکنش تقریباً یکسان خواهد بود، اما به دلیل عدم وجود نیتروژن، فرآیند بسیار سریعتر پیش می رود و دمای احتراق بالاتر می رود.

به دست آوردن اکسیژن

در سال 1774، دانشمند انگلیسی D. Priestley یک گاز ناشناخته را از واکنش تجزیه اکسید جیوه جدا کرد. اما دانشمند گاز آزاد شده را با ماده ای که قبلاً شناخته شده است که بخشی از هوا است وصل نکرد. تنها چند سال بعد لاووازیه بزرگ تحصیل کرد ویژگی های فیزیکوشیمیاییدر این واکنش اکسیژن به دست آمد و هویت خود را با گازی که بخشی از هوا است ثابت کرد. که در دنیای مدرناکسیژن از هوا بدست می آید. در آزمایشگاه ها از اکسیژن صنعتی استفاده می کنم که به صورت سیلندر با فشار حدود 15 مگاپاسکال عرضه می شود. اکسیژن خالص را می توان در آزمایشگاه نیز به دست آورد، روش استاندارد برای تولید آن، تجزیه حرارتی پرمنگنات پتاسیم است که طبق فرمول انجام می شود:

گرفتن ازن

اگر الکتریسیته از طریق اکسیژن یا هوا عبور کند، بوی مشخصی در جو ظاهر می شود که ظاهر یک ماده جدید - ازن را نشان می دهد. ازن را می توان از اکسیژن خالص شیمیایی نیز به دست آورد. شکل گیری این ماده را می توان با فرمول بیان کرد:

این واکنش نمی تواند به طور مستقل ادامه یابد - انرژی خارجی برای تکمیل موفقیت آمیز آن مورد نیاز است. اما تبدیل معکوس ازن به اکسیژن خود به خود اتفاق می افتد. خواص شیمیایی اکسیژن و ازن از بسیاری جهات متفاوت است. ازن از نظر چگالی، نقطه ذوب و نقطه جوش با اکسیژن متفاوت است. در شرایط عادی این گاز به رنگ آبی است و بوی مشخصی دارد. ازن رسانایی الکتریکی بالاتری دارد و در آب بیشتر از اکسیژن محلول است. خواص شیمیایی ازن با فرآیند فروپاشی آن توضیح داده می شود - هنگامی که یک مولکول از این ماده تجزیه می شود، یک مولکول اکسیژن دو اتمی به اضافه یک اتم آزاد این عنصر تشکیل می شود که به شدت با مواد دیگر واکنش می دهد. به عنوان مثال، واکنش متقابل ازن و اکسیژن شناخته شده است: 6Ag + O 3 \u003d 3Ag 2 O

اما اکسیژن معمولی حتی در دماهای بالا با نقره ترکیب نمی شود.

در طبیعت، پوسیدگی فعال ازن مملو از تشکیل به اصطلاح سوراخ های ازن است که فرآیندهای زندگی در سیاره ما را تهدید می کند.

شاید در میان تمام عناصر شیمیایی شناخته شده، این اکسیژن است که نقش اصلی را ایفا می کند، زیرا بدون آن، ظهور حیات در سیاره ما به سادگی غیرممکن خواهد بود. اکسیژن رایج ترین عنصر شیمیایی روی زمین است که 49 درصد از کل جرم را تشکیل می دهد پوسته زمین. همچنین بخشی از جو زمین، ترکیب آب و ترکیب بیش از 1400 ماده معدنی مختلف مانند بازالت، مرمر، سیلیکات، سیلیس و غیره است. تقریباً 50-80٪ از کل جرم بافت ها، اعم از حیوانات و ... گیاهان، از اکسیژن تشکیل شده است. و البته نقش آن برای تنفس همه موجودات زنده کاملاً مشخص است.

تاریخچه کشف اکسیژن

مردم فوراً ماهیت اکسیژن را درک نکردند، اگرچه اولین حدس ها مبنی بر اینکه برخی از عناصر شیمیایی اساس هوا است در اوایل قرن هشتم ظاهر شد. با این حال، در آن زمان دور نه ابزار فنی مناسب برای مطالعه آن وجود داشت و نه امکان اثبات وجود اکسیژن به عنوان گازی که از جمله موارد دیگر، برای فرآیندهای احتراق مسئول است.

کشف اکسیژن تنها یک هزار سال بعد، در قرن 18، به لطف کار مشترکچندین دانشمند

• در سال 1771، کارل شیلی، شیمیدان سوئدی، ترکیب هوا را به طور تجربی بررسی کرد و تشخیص داد که هوا از دو گاز اصلی تشکیل شده است: یکی از این گازها نیتروژن و دیگری خود اکسیژن بود، اگرچه در آن زمان خود "اکسیژن" نام داشت. هنوز در علم ظاهر نشده است.
• در سال 1775، دانشمند فرانسوی A. Louvazier نام گاز کشف شده Scheele را داد - اکسیژن، که در لاتین نیز اکسیژن است، کلمه "اکسیژن" خود به معنای "تولید اسید" است.
• یک سال قبل از نامگذاری رسمی «روز اکسیژن»، در سال 1774، شیمیدان انگلیسی پریستلی برای اولین بار با تجزیه اکسید جیوه، اکسیژن خالص به دست آورد. آزمایشات او کشف شیل را تقویت می کند. به هر حال، خود شیل نیز سعی کرد با حرارت دادن نمک نمک، اکسیژن خالص به دست آورد، اما موفق نشد.
• بیش از یک قرن بعد، در سال 1898، فیزیکدان انگلیسی، جوزف تامپسون، برای اولین بار افکار عمومی را به این فکر انداخت که به دلیل انتشار شدید دی اکسید کربن در جو، ذخایر اکسیژن ممکن است تمام شود.
• در همان سال، زیست شناس روسی، کلیمنت تیمریازف، محقق، خاصیت گیاهان را در آزادسازی اکسیژن کشف کرد.

اگرچه گیاهان اکسیژن را در اتمسفر آزاد می کنند، مشکلی که توسط تامپسون در مورد کمبود احتمالی اکسیژن در آینده مطرح می شود، در زمان ما همچنان مرتبط است، به ویژه در ارتباط با جنگل زدایی شدید (تامین کنندگان اکسیژن)، آلودگی. محیط، سوزاندن زباله و غیره. در شماره قبلی بیشتر در این مورد نوشتیم. مسائل زیست محیطیمدرنیته

اهمیت اکسیژن در طبیعت

این وجود اکسیژن همراه با آب بود که منجر به این واقعیت شد که زندگی در سیاره ما امکان پذیر شد. همانطور که در بالا اشاره کردیم، تامین کنندگان اصلی این گاز منحصر به فرد گیاهان مختلف هستند، از جمله بیشترین میزان اکسیژن آزاد شده توسط جلبک های زیر آب. آنها اکسیژن و برخی از انواع باکتری ها را تولید می کنند. اکسیژن در اتمسفر فوقانی یک لایه ازن را تشکیل می دهد که از تمام ساکنان زمین در برابر تابش مضر فرابنفش خورشید محافظت می کند.

ساختار مولکول اکسیژن

مولکول اکسیژن از دو اتم تشکیل شده است که فرمول شیمیایی آن O 2 است. چگونه یک مولکول اکسیژن تشکیل می شود؟ مکانیسم تشکیل آن غیر قطبی است، به عبارت دیگر، به دلیل اجتماعی شدن هر اتم توسط یک الکترون. پیوند بین مولکول های اکسیژن نیز کووالانسی و غیرقطبی است، در حالی که دو برابر است، زیرا هر یک از اتم های اکسیژن دارای دو الکترون جفت نشده در سطح بیرونی است.

این چیزی است که یک مولکول اکسیژن به نظر می رسد، به دلیل ویژگی های آن بسیار پایدار است. برای بسیاری با مشارکت او، شرایط خاصی مورد نیاز است: گرمایش، فشار بالا، استفاده از کاتالیزور.

خواص فیزیکی اکسیژن

• اول از همه، اکسیژن گازی است که 21 درصد هوا را تشکیل می دهد.
• اکسیژن رنگ، طعم و بو ندارد.
• می تواند در آن حل شود مواد آلی، توسط زغال سنگ و پودرها جذب شود.
• - نقطه جوش اکسیژن 183- درجه سانتیگراد است.
• چگالی اکسیژن 0.0014 گرم بر سانتی متر مکعب است

خواص شیمیایی اکسیژن

خاصیت شیمیایی اصلی اکسیژن، البته پشتیبانی آن از احتراق است. یعنی در خلاء که اکسیژن نباشد آتش امکان پذیر نیست. با این حال، اگر یک مشعل در حال سوختن به اکسیژن خالص پایین بیاید، آنگاه با قدرتی تازه روشن می شود. احتراق مواد مختلف یک فرآیند شیمیایی ردوکس است که در آن اکسیژن نقش یک عامل اکسید کننده را ایفا می کند. عوامل اکسید کننده موادی هستند که الکترون‌ها را از مواد احیاکننده می‌گیرند. عالی خواص اکسید کنندهاکسیژن به دلیل پوسته الکترونی بیرونی آن است.

لایه ظرفیتی اکسیژن نزدیک به هسته قرار دارد و در نتیجه هسته الکترون ها را به سمت خود جذب می کند. همچنین اکسیژن پس از فلوئور در مقیاس الکترونگاتیوی پاولینگ رتبه دوم را دارد، به همین دلیل با وارد شدن به واکنش های شیمیایی با سایر عناصر (به استثنای فلوئور)، اکسیژن به عنوان یک عامل اکسید کننده منفی عمل می کند. و تنها با واکنش با فلوئور، اکسیژن اثر اکسیداتیو مثبتی دارد.

و از آنجایی که اکسیژن دومین عامل اکسید کننده قوی در بین تمام عناصر شیمیایی جدول تناوبی است، این ویژگی خواص شیمیایی آن را نیز تعیین می کند.

به دست آوردن اکسیژن

برای به دست آوردن اکسیژن در شرایط آزمایشگاهی از روش عملیات حرارتی پراکسیدها یا نمک اسیدهای اسیدی استفاده می شود. تحت تأثیر دمای بالا، با آزاد شدن اکسیژن خالص تجزیه می شوند. اکسیژن را می توان با استفاده از پراکسید هیدروژن نیز به دست آورد، حتی یک محلول پراکسید 3٪ فوراً تحت تأثیر یک کاتالیزور تجزیه می شود و اکسیژن آزاد می کند.

2KC l O 3 \u003d 2KC l + 3O 2 - واکنش شیمیایی بدست آوردن اکسیژن به این شکل است.

همچنین در صنعت از الکترولیز آب به عنوان روش دیگری برای تولید اکسیژن استفاده می شود که طی آن مولکول های آب تجزیه می شوند و دوباره اکسیژن خالص آزاد می شود.

استفاده از اکسیژن در صنعت

در صنعت، اکسیژن به طور فعال در موارد زیر استفاده می شود:

• متالورژی (هنگام جوشکاری و برش فلزات).
• دارو.
• کشاورزی.
• مثل سوخت موشک.
• برای تصفیه و ضد عفونی آب
• سنتز برخی از ترکیبات شیمیایی از جمله مواد منفجره.

ویدئوی اکسیژن

و در خاتمه فیلم آموزشیدر مورد اکسیژن