ما هو الأوكسجين؟ مركبات الأكسجين

عنصر كيميائي غير المعدنية من مجموعة 16 (فيا) من الجدول الدوري - الأكسجين (O). وهو غاز عديم اللون والطعم والرائحة اللازمة للكائنات الحية - الحيوانات التي تحويله إلى غاز ثاني أكسيد الكربون، والنباتات التي تستخدم CO ₂ كمصدر الكربون، ويتم إرجاع O ₂ إلى الغلاف الجوي. الأكسجين يشكل مجمع التفاعل مع أي عنصر آخر تقريبا، ونزوح العناصر الكيميائية من التواصل مع بعضهم البعض. في كثير من الحالات، ويرافق هذه العمليات من قبل الافراج عن الحرارة والضوء. مجمع أهم من الأكسجين هو الماء.

تاريخ الاكتشاف

في 1772، الكيميائي السويدي كارل فيلهيلم شيل أظهرت لأول مرة أن هذا الأكسجين تلقي من قبل نترات التدفئة أكسيد البوتاسيوم، الزئبق، فضلا عن العديد من المواد الأخرى. بشكل مستقل عنه في 1774، الكيميائي الإنجليزي Dzhozef Pristli اكتشفت عنصر كيميائي من التحلل الحراري من أكسيد الزئبق، ونشرت النتائج التي توصل إليها في العام نفسه، قبل ثلاث سنوات نشر سكيل. في السنوات 1775-1780 الكيميائي الفرنسي Antuan Lavuaze تفسير دور الأكسجين في التنفس وحرق، التخلص من فلوجستون، المقبولة عموما في ذلك الوقت. ومن الملاحظ لميلها لتشكيل الأحماض عندما جنبا إلى جنب مع مختلف المواد، ودعا عنصر الأكسجين، والذي في وسائل اليونانية "ولدت حمض".

انتشار

ما هو الأوكسجين؟ وهو ما يمثل 46٪ من وزن القشرة، هو العنصر الأكثر شيوعا منه. كمية الأوكسجين في الغلاف الجوي هو 21٪ من حجم ووزن لها 89٪ في مياه البحر.

في عنصر الصخور جنبا إلى جنب مع المعادن وغير المعادن مثل أكاسيد التي هي الحمضية (مثل والكبريت والكربون والألومنيوم، والفوسفور) أو الأساسي (الكالسيوم والمغنيسيوم والحديد) ونتيجة لمركبات تشبه الملح الذي يمكن اعتباره شكل من حمض وأكاسيد الأساسية مثل الكبريتات والكربونات، السيليكات والفوسفات وألومينات. على الرغم من أنها عديدة، ولكن هذه المواد الصلبة لا يمكن أن تكون مصادر الأكسجين، وانشقاق السندات مع عنصر معدني ذرات استهلاك الطاقة أيضا.

ملامح

إذا كانت درجة الحرارة أقل من الأكسجين -183 ° C، يصبح السائل الأزرق الشاحب، وفي -218 ° C - الصلبة. O النقي ₂ هو 1.1 مرات أثقل من الهواء.

أثناء التنفس الحيوانات وبعض أنواع البكتيريا تستهلك الأكسجين من الجو وثاني أكسيد الكربون المعاد تدويرها، في حين أن التمثيل الضوئي للنبات الأخضر في وجود ضوء الشمس تمتص ثاني أكسيد الكربون وإطلاق الأكسجين الحر. تقريبا يتم إنتاج O كله ₂ في الغلاف الجوي عن طريق التمثيل الضوئي.

عند 20 درجة مئوية لمدة 3 أجزاء من حجم الأوكسجين المذاب في 100 أجزاء من المياه العذبة، وأقل قليلا من - في مياه البحر. ومن الضروري للتنفس من الأسماك والأحياء البحرية الأخرى.

الأكسجين الطبيعي هو خليط من ثلاثة نظائر مستقرة ¹⁶ O (99759٪)، و ¹⁷ O ^(0037٪)، و ¹⁸ O (0204٪). هناك العديد من النظائر المشعة المنتجة اصطناعيا. معظمهم يعيشون منذ فترة طويلة هو ¹⁵ O (نصف العمر 124) الذي يستخدم لدراسة التنفس في الثدييات.

متآصل

وهناك فكرة واضحة عما الأكسجين، والسماح للحصول على اثنين أشكاله تآصلي، ثنائي الذرة (O ₂₎ وثلاثي الذرات (O _{3، والأوزون).} خصائص النموذج ثنائي الذرة تشير إلى أن الإلكترونات ستة ربط الذرات ويبقى اثنان أونبايريد، مما تسبب في بارامغناطيسية من الأوكسجين. لا توجد ثلاث جزيئات الذرة الأوزون على خط مستقيم واحد.

الأوزون يمكن أن تنتج وفقا للمعادلة: 3O ₂ → 2O _3.

هذه العملية هي ماص للحرارة (يتطلب طاقة)؛ تحويل الى الوراء الأوزون إلى أكسجين ثنائي الذرة يسهم في وجود الفلزات الانتقالية أو أكاسيد بهم. يتم تحويل الأكسجين النقي إلى أوزون بفعل عملية تفريغ توهج الكهربائية. يحدث رد فعل أيضا على امتصاص الأشعة فوق البنفسجية مع طول موجة حوالي 250 نانومتر. وقوع هذه العملية في الغلاف الجوي العلوي يلغي الإشعاع التي من شأنها أن تكون ضارة للحياة على سطح الأرض. رائحة نفاذة من الأوزون في الداخل الحالية مع المعدات الكهربائية مما أثار مثل المولدات الكهربائية. هذا الغاز هو اللون الأزرق الفاتح. كثافته في 1658 مرة أكبر من الهواء، ولها درجة غليان -112 ° C في الضغط الجوي.

الأوزون - أكسدة قوية قادرة على تحويل ثاني أكسيد الكبريت، أكسيد، كبريتيد إلى كبريتات، يوديد واليود (المنهج التحليلي لتوفير تقييمها) فضلا عن العديد من مشتقات مركب العضوية المحتوية على الأوكسجين مثل الألدهيدات والأحماض. تحويل الهيدروكربونات مع الأوزون من غازات عوادم السيارات في هذه الأحماض والألدهيدات هو سبب الضباب الدخاني. في الصناعة، ويستخدم الأوزون باعتباره المتفاعلة الكيميائية، مطهر لمعالجة مياه الصرف الصحي وتنقية المياه وتبييض الأقمشة.

طرق التحضير

عملية لإنتاج الأوكسجين تعتمد على كمية الغاز المطلوبة لتلقي. طرق مختبرية على ما يلي:

1. التحلل الحراري لبعض الأملاح مثل كلوريد البوتاسيوم أو نترات البوتاسيوم:

• 2KClO ₃ → 2KCl + 3O _2.
• 2KNO ₃ → 2KNO ₂ + O _2.

كلورات البوتاسيوم التحلل يحفزه أكاسيد المعادن الانتقالية. لهذا ثاني أكسيد المنغنيز غالبا ما تستخدم (بيرولوزيت، MNO _2). المحفز يقلل من درجة الحرارة المطلوبة لتطور الأكسجين، 400-250 درجة مئوية.

2. تدهور أكاسيد المعادن في إطار العمل درجة الحرارة:

• 2HgO → 2HG + O _2.
• 2Ag ₂ O → 4AG + O _2.

سكيل وبريستلي لهذا عنصر كيميائي يستخدم مركب (أكسيد)، والأكسجين والزئبق (II).

3. التحلل الحراري للالبيروكسيدات المعادن أو بيروكسيد الهيدروجين:

• 2BaO + O ₂ → 2BaO _2.
• ₂ 2BaO → 2BaO + O _2.
• باو ₂ + H ₂ SO ₄ → H ₂ O ₂ + _{4 باسو.}
• 2H ₂ O ₂ → 2H ₂ O + O _2.

الأساليب الصناعية الأولى لفصل الأكسجين من الجو أو لإنتاج بيروكسيد الهيدروجين تعتمد على تشكيل أكسيد الباريوم بيروكسيد.

4. التحليل الكهربائي للماء مع الخلطات صغيرة من الأملاح والأحماض التي توفر توصيل التيار الكهربائي:

2H ₂ O → 2H ₂ + O ₂

الإنتاج الصناعي

إذا لزم الأمر للحصول على وتستخدم كميات كبيرة من الأكسجين التقطير التجزيئي للهواء المسال. من المكونات الرئيسية للهواء أنه يحتوي على أعلى نقطة الغليان، وبالتالي، بالمقارنة مع النيتروجين والأرجون أقل تقلبا. تستخدم عملية غاز التبريد خلال توسعها. المراحل الرئيسية من العملية على النحو التالي:

• يتم تصفية الهواء لإزالة الجسيمات الصلبة.
• تتم إزالة الرطوبة وثاني أكسيد الكربون عن طريق امتصاص في القلويات.
• يتم ضغط الهواء وإزالة الحرارة ضغط من الإجراءات التقليدية التبريد.
• ثم كان يدخل في الملف الموجود داخل الغرفة؛
• جزء من الغاز المضغوط (عند ضغط حوالي 200 ضغط جوي) في توسع غرفة تبريد لفائف.
• توسيع عوائد الغاز إلى الضاغط ويمر عبر عدة مراحل من الضغط وتوسع لاحقة، حيث في -196 ° C، يصبح الهواء السائل.
• السائل التقطير أول ضوء الغازات الخاملة ساخنة، ثم النيتروجين والأكسجين السائل لا يزال قائما. تجزئة متعددة تنتج منتج نقي بما فيه الكفاية (99.5٪) بالنسبة لمعظم التطبيقات الصناعية.

استخدام في الصناعة

تعدين هو أكبر مستهلك للأكسجين النقي لإنتاج الصلب عالي الكربون: التخلص من ثاني أكسيد الكربون والشوائب الأخرى افلزات ذلك أسرع وأسهل من الهواء.

مياه الصرف الصحي وعد الأكسجين لعلاج أكثر فعالية من النفايات السائلة من في العمليات الكيميائية الأخرى. يصبح من المهم على نحو متزايد في أنظمة حرق النفايات المغلقة باستخدام O النقي _2.

ما يسمى مؤكسد الصاروخي الأكسجين السائل. يستخدم O النقي ₂ هذا في الغواصات وفي جرس الغوص.

في الصناعة الكيميائية، محل الأوكسجين الهواء العادي في إنتاج مواد مثل الأسيتيلين، وأكسيد الإثيلين والميثانول. وتشمل التطبيقات الطبية استخدام غاز الأكسجين في أجهزة الاستنشاق غرف وحاضنات للأطفال. غاز مخدر المخصب مع الأكسجين يوفر دعم الحياة أثناء التخدير العام. وقد دون هذا العنصر الكيميائي قادرة على الوجود عدد من الصناعات التي تستخدم الأفران. هذا ما الأوكسجين.

الخصائص الكيميائية وردود الفعل

قيم كبيرة من الألفة الإلكترونية والكهربية من الأكسجين من العناصر النموذجية التي تظهر خصائص المعدنية. جميع المركبات لديها حالة الأكسدة الأكسجين السلبية. عندما ملأت اثنين مدارات الإلكترون، شكلت O ^2- أيون. الأكاسيد الفوقية (O ₂ ^2-) تفترض أن كل ذرة لها تهمة -1. هذا العقار قبول الإلكترونات من قبل انتقال الكلي أو الجزئي ويحدد عامل مؤكسد. عندما يتفاعل الوكيل مع جوهر والجهات المانحة الإلكترون، ويقلل حالة الأكسدة الخاصة بها. التغيير (النقص) في حالة الأكسدة الأكسجين من صفر إلى -2 دعا الانتعاش.

في ظل ظروف طبيعية العنصر يشكل مركبات ثنائي الهيدروجين وثلاثي الهيدروكسيل. وبالإضافة إلى ذلك، هناك جزيئات غير مستقرة للغاية chetyrehatomnye. في شكل ثنائي الذرة وتقع اثنين من الإلكترونات المفردة في المدارات غير ملزمة. وهذا ما تؤكده السلوك ممغطس الغاز.

ويفسر التفاعل الشديد في بعض الأحيان افتراض الأوزون أن واحدة من ثلاث ذرات في الدولة "ذرية". رد فعل هذه الذرة وفصلها من O _3، وترك الأكسجين الجزيئي.

O ₂ جزيء في درجات الحرارة العادية والضغط المحيط رد الفعل ضعيفة. الأكسجين الذري هو أكثر نشاطا. الطاقة التفكك (O ₂ → 2O) هي كبيرة و117.2 مول سعر حراري.

روابط

C مثل هذه اللافلزات مثل الهيدروجين والكربون والكبريت والأكسجين، ويشكل مجموعة كبيرة من المركبات ملزمة تساهميا، بما في ذلك أكاسيد اللافلزية مثل الماء (H ₂ O)، وثاني أكسيد الكبريت (SO ₂₎ وثاني أكسيد الكربون (CO _2)؛ المركبات العضوية مثل الكحول، والألدهيدات والأحماض الكربوكسيلية. الأحماض الشائعة مثل فحمي _{(CO3 H2)،} وحمض الكبريتيك (H ₂ SO ₄₎ والنيتريك (HNO _3)؛ وأملاح المقابلة مثل كبريتات الصوديوم (نا ₂ SO _4)، وكربونات الصوديوم (نا ₂ CO ₃₎ ونترات الصوديوم (نانو _3). الأكسجين موجود في شكل O ^2- أيون في التركيب البلوري من أكاسيد المعادن الصلبة، مثل مجمع (أكسيد) والأكسجين وأكسيد الكالسيوم الكالسيوم. الفائق المعدنية (KO ₂₎ يحتوي على أيون O ₂ ^-، في حين البيروكسيدات المعادن (باو ₂₎ تحتوي على أيون O ₂ ^2-. يكون مركبات الأكسجين عموما حالة -2 الأكسدة.

الخصائص الرئيسية

وأخيرا نحن في قائمة الخصائص الرئيسية للأكسجين:

• التوزيع الإلكتروني: 1S 2S ^{2 2} 2P ^4.
• العدد الذري: 8.
• الكتلة الذرية: 15.9994.
• نقطة الغليان: -183،0 درجة مئوية.
• نقطة انصهار: -218،4 درجة مئوية.
• الكثافة (إذا كان ضغط الأكسجين هو 1 أجهزة الصراف الآلي في 0 ° C): 1429 غرام / لتر.
• الدولة أكسدة -1، -2، +2 (في المركبات مع الفلور).