Négy elem - "kalkogén" (azaz "rezet szül") vezeti a VI. csoport fő alcsoportját (az új besorolás szerint - a 16. csoport) periodikus rendszer. A kén, a tellúr és a szelén mellett oxigént is tartalmaznak. Nézzük meg közelebbről ennek a Földön leggyakrabban előforduló elemnek a tulajdonságait, valamint az oxigén felhasználását és előállítását.
Elembőség
Kötött formában az oxigén benne van a víz kémiai összetételében - százalékos aránya körülbelül 89%, valamint minden élőlény - növények és állatok - sejtjeinek összetételében.
A levegőben az oxigén szabad állapotban van O2 formájában, amely összetételének egyötödét foglalja el, és ózon formájában - O3.
Fizikai tulajdonságok
Az oxigén O2 színtelen, íztelen és szagtalan gáz. Vízben gyengén oldódik. Forráspontja 183 Celsius fok alatt van. Folyékony formában az oxigén kék színű, szilárd formában kék kristályokat képez. Az oxigénkristályok olvadáspontja 218,7 Celsius-fok alatt van.
Kémiai tulajdonságok
Melegítéskor ez az elem sok egyszerű anyaggal, fémekkel és nemfémekkel reagál, miközben úgynevezett oxidokat képez - az elemek oxigénnel alkotott vegyületeit. amelyben az elemek oxigénnel együtt belépnek, oxidációnak nevezzük.
Például,
4Na + O2= 2Na2O
2. A hidrogén-peroxid bomlása révén, amikor mangán-oxid jelenlétében hevítik, amely katalizátorként működik.
3. A kálium-permanganát bomlása révén.
Az ipari oxigéntermelés a következő módokon történik:
1. Technikai célokra az oxigént levegőből nyerik, amelyben szokásos tartalma körülbelül 20%, azaz. ötödik rész. Ehhez a levegőt először elégetik, és körülbelül 54% folyékony oxigéntartalmú keveréket kapnak, 44% folyékony nitrogént és 2% folyékony argont. Ezeket a gázokat ezután desztillációs eljárással választják el, a folyékony oxigén és a folyékony nitrogén forráspontja közötti viszonylag kis időközzel - mínusz 183 és mínusz 198,5 fok. Kiderült, hogy a nitrogén az oxigén előtt elpárolog.
A modern berendezések bármilyen tisztaságú oxigén előállítását biztosítják. A folyékony levegő leválasztásával nyert nitrogént nyersanyagként használják származékai szintéziséhez.
2. nagyon tiszta fokon oxigént is ad. Ez a módszer széles körben elterjedt a gazdag erőforrásokkal és olcsó villamos energiával rendelkező országokban.
Oxigén alkalmazása
Az oxigén egész bolygónk életében a legfontosabb elem. Ezt a gázt, amely a légkörben található, a folyamat során az állatok és az emberek fogyasztják.
Az oxigén megszerzése nagyon fontos az emberi tevékenység olyan területein, mint az orvostudomány, a fémek hegesztése és vágása, robbantás, repülés (lélegeztető emberek és motorok üzemeltetése), kohászat.
Folyamatban gazdasági aktivitás az emberi oxigént nagy mennyiségben fogyasztják - például égéskor különféle fajták tüzelőanyagok: földgáz, metán, szén, fa. Mindezen folyamatokban képződik, ugyanakkor a természet gondoskodott ennek a vegyületnek a természetes megkötődésének folyamatáról fotoszintézis útján, amely a zöld növényekben napfény hatására megy végbe. Ennek a folyamatnak az eredményeként glükóz képződik, amelyet aztán a növény felhasznál szövetei felépítésére.
Az oxigén Mengyelejev periodikus rendszerének szinte minden elemével vegyületté lép be.
Bármely anyag reakcióját oxigénnel oxidációnak nevezzük.
A legtöbb ilyen reakció hő felszabadulással jár. Ha egy oxidációs reakció során fény szabadul fel, azt égésnek nevezzük. A felszabaduló hőt és fényt azonban nem mindig lehet észrevenni, mivel egyes esetekben az oxidáció rendkívül lassan megy végbe. Ha az oxidációs reakció gyorsan végbemegy, akkor észrevehető a hőleadás.
Bármilyen oxidáció eredményeként - gyors vagy lassú - a legtöbb esetben oxidok képződnek: fémek, szén, kén, foszfor és egyéb elemek vegyületei oxigénnel.
Valószínűleg nem egyszer láttad már, hogyan borítják a vastetőket. Mielőtt új vassal fedné le őket, a régit ledobják. A barna pikkelyek - rozsda - a vassal együtt a földre esnek. Ez egy vas-oxid-hidrát, amely lassan, több év alatt, oxigén, nedvesség és szén-dioxid hatására a vason képződik.
A rozsda úgy fogható fel, mint a vas-oxid és a vízmolekula kombinációja. Laza szerkezetű, nem védi a vasat a pusztulástól.
A vas pusztulástól - korróziótól - való védelmére általában festékkel vagy más korrózióálló anyaggal vonják be: cink, króm, nikkel és egyéb fémek. Ezeknek a fémeknek az alumíniumhoz hasonlóan védő tulajdonságai azon a tényen alapulnak, hogy oxidjaikból vékony, stabil filmréteg borítja őket, amely megvédi a bevonatot a további tönkremeneteltől.
A védőbevonatok jelentősen lelassítják a fémoxidáció folyamatát.
A természetben állandóan az égéshez hasonló lassú oxidációs folyamatok mennek végbe.
Rothadó fa, szalma, levelek és egyéb szerves anyag vannak folyamatok a szén oxidációjában, amely ezeknek az anyagoknak a része. A hő rendkívül lassan szabadul fel, ezért általában észrevétlen marad.
De néha ez a fajta oxidatív folyamatokönmaguk felgyorsulnak és égnek.
Nedves szénakazalban spontán égés figyelhető meg.
A nagy mennyiségű hő és fény felszabadulásával járó gyors oxidáció nemcsak fa, kerozin, gyertya, olaj és egyéb széntartalmú éghető anyagok égésekor figyelhető meg, hanem a vas égése során is.
Öntsön egy kis vizet az edénybe, és töltse meg oxigénnel. Ezután tegyünk az üvegbe egy vasspirált, aminek a végén parázsló szilánkot rögzítünk. A szilánk és mögötte a spirál fényes lánggal világít, csillag alakú szikrákat szórva minden irányba.
Ez a vas oxigén általi gyors oxidációjának folyamata. Magas hőmérsékleten kezdődött, ami égő szilánkot adott, és a vas égése során felszabaduló hő hatására a spirál teljes égéséig tart.
Ebből annyi hő keletkezik, hogy az égés során keletkező oxidált vas részecskéi fehéren világítanak, erősen megvilágítva az üveget.
A vas égése során keletkező vízkő összetétele némileg eltér a vas nedvesség jelenlétében történő lassú oxidációja során rozsda formájában képződő oxid összetételétől.
Az első esetben az oxidáció vas-oxidra (Fe 3 O 4) megy át, amely a mágneses vasérc része; a másodikban egy oxid képződik, amely nagyon hasonlít a barna vasérchez, amelynek képlete 2Fe 2 O 3 ∙ H 2 O.
Így attól függően, hogy az oxidáció milyen körülmények között megy végbe, különböző oxidok képződnek, amelyek oxigéntartalomban különböznek egymástól.
Így például a szén oxigénnel kombinálva két oxidot ad - szén-monoxidot és szén-dioxidot. Oxigénhiány esetén a szén tökéletlen égése következik be, szén-monoxid (CO) képződésével, amelyet a hostelben szén-monoxidnak neveznek. A teljes égés során szén-dioxid keletkezik, ill szén-dioxid(CO2).
Az oxigénhiányos körülmények között égő foszfor foszfor-anhidridet (P 2 O 3), felesleggel pedig foszfor-anhidridet (P 2 O 5) képez. A kén különböző égési körülmények között kénsav (SO 2) vagy kénsav (SO 3) anhidridet is eredményezhet.
Tiszta oxigénben az égés és egyéb oxidációs reakciók gyorsabban mennek végbe és érnek véget.
Miért megy végbe erőteljesebben az égés oxigénben, mint levegőben?
Van-e a tiszta oxigénnek speciális tulajdonságok hogy a levegő oxigénje nem rendelkezik? Természetesen nem. Mindkét esetben azonos oxigénnel, azonos tulajdonságokkal rendelkezünk. Csak a levegő ötször kevesebb oxigént tartalmaz, mint az azonos térfogatú tiszta oxigén, ráadásul az oxigén a levegő oxigénjével keveredik. Nagy mennyiségű nitrogén, amely nemcsak hogy nem égeti el magát, de nem is támogatja az égést. Ezért, ha a levegő oxigénje már közvetlenül a láng közelében elhasználódott, akkor annak egy másik részének át kell törnie a nitrogént és az égéstermékeket. Következésképpen az intenzívebb égés oxigénatmoszférában azzal magyarázható, hogy gyorsabban jut el az égés helyére. Ebben az esetben az oxigén és az égő anyag kombinálásának folyamata energikusabb, és több hő szabadul fel. Minél több oxigén jut az égő anyaghoz egységnyi idő alatt, annál fényesebb a láng, annál magasabb a hőmérséklet és annál erősebb az égés.
Maga az oxigén ég?
Fogja meg a hengert és fordítsa fejjel lefelé. Helyezzen egy hidrogéncsövet a henger alá. Mivel a hidrogén könnyebb a levegőnél, teljesen kitölti a hengert.
Gyújtsa meg a hidrogént a henger nyitott részének közelében, és helyezzen bele a lángon keresztül egy üvegcsövet, amelyen gáz halmazállapotú oxigén áramlik át. A cső vége közelében tűz lobban fel, amely csendesen ég egy hidrogénnel töltött hengerben. Nem oxigén ég, hanem hidrogén a csőből kilépő kis mennyiségű oxigén jelenlétében.
Mi keletkezik a hidrogén égésének eredményeként? Mi a keletkező oxid?
A hidrogén vízzé oxidálódik. Valójában a kondenzált vízgőz cseppjei fokozatosan elkezdenek leülepedni a henger falán. 1 oxigénmolekula 2 hidrogénmolekula oxidációjához megy, és 2 vízmolekula keletkezik (2H 2 + O 2 → 2H 2 O).
Ha az oxigén lassan áramlik ki a csőből, akkor a hidrogénatmoszférában teljesen kiég, és a kísérlet gördülékenyen megy.
Az oxigénellátást csak annyira kell növelni, hogy ne legyen ideje teljesen kiégni, egy része túlmegy a lángon, ahol hidrogén és oxigén keverékének zsebei képződnek, és külön kis villanások jelennek meg, hasonló a robbanásokhoz.
Az oxigén és a hidrogén keveréke robbanásveszélyes gáz. Ha robbanásveszélyes gázt gyújt fel, erős robbanás következik be: amikor az oxigén hidrogénnel egyesül, víz keletkezik, és magas hőmérséklet alakul ki. A vízgőz és a környező gázok nagymértékben kitágulnak, nagy nyomást hozva létre, amelynél nem csak egy üveghenger, hanem egy tartósabb edény is könnyen szétrobbanhat. Ezért a robbanásveszélyes keverékkel végzett munka különös körültekintést igényel.
Az oxigénnek van egy másik érdekes tulajdonsága. Néhány elemmel kombinálva peroxidvegyületeket képez.
hozzuk jellemző példa. A hidrogén, mint tudják, egyértékű, az oxigén kétértékű: 2 hidrogénatom egyesülhet 1 oxigénatommal. Ez vizet termel. A vízmolekula szerkezetét általában H - O - H képletekkel ábrázolják. Ha egy vízmolekulához még 1 oxigénatom kapcsolódik, akkor hidrogén-peroxid keletkezik, melynek képlete H 2 O 2.
Hol lép be a második oxigénatom ebben a vegyületben, és milyen kötések tartják fenn? A második oxigénatom mintegy megszakítja az első kötését az egyik hidrogénatommal, és közéjük kerül, így képződik H-O-O-N csatlakozás. Ugyanez a szerkezet nátrium-peroxidot (Na-O-O-Na), bárium-peroxidot tartalmaz.
A peroxidvegyületekre jellemző a 2 oxigénatom jelenléte, amelyeket egy vegyérték köt össze. Ezért 2 hidrogénatom, 2 nátriumatom vagy 1 báriumatom nem 1 két vegyértékű oxigénatomot (-O-), hanem 2 atomot tud magához kapcsolódni, amelyeknek az egymás közötti kötés eredményeként szintén csak kettő szabad. vegyértékek (-O- AZ-).
A hidrogén-peroxidot híg kénsav nátrium-peroxidon (Na 2 O 2) vagy bárium-peroxidon (BaO 2) történő reagáltatásával lehet előállítani. Kényelmesebb a bárium-peroxid használata, mivel amikor a kénsav hat rá, oldhatatlan bárium-szulfát csapadék képződik, amelyből a hidrogén-peroxid szűréssel könnyen elválasztható (BaO 2 + H 2 SO 4 → BaSO 4 + H 2 O 2).
A hidrogén-peroxid az ózonhoz hasonlóan instabil vegyület, vízzé és oxigénatommá bomlik, amely a felszabadulás időpontjában nagy oxidálóképességgel rendelkezik. Alacsony hőmérsékleten és sötétben a hidrogén-peroxid bomlása lassú. Fűtve és fényben pedig sokkal gyorsabban történik. A homok, a porított mangán-dioxid, az ezüst vagy a platina szintén felgyorsítja a hidrogén-peroxid bomlását, miközben maguk változatlanok maradnak. Azokat az anyagokat, amelyek csak a kémiai reakció sebességét befolyásolják, miközben maguk változatlanok maradnak, katalizátoroknak nevezzük.
Ha egy kis hidrogén-peroxidot önt egy palackba, amelynek alján katalizátor - mangán-dioxid por van, akkor a hidrogén-peroxid bomlása olyan sebességgel megy végbe, hogy észreveheti az oxigénbuborékok felszabadulását.
A különféle vegyületek oxidációs képessége nemcsak a gáz halmazállapotú oxigénnel rendelkezik, hanem néhány olyan vegyület is, amelyben szerepel.
A hidrogén-peroxid jó oxidálószer. Különféle színezékeket fehérít, ezért a selyem, szőrme és egyéb termékek fehérítésének technológiájában használják.
A hidrogén-peroxid azon képessége, hogy elpusztítja a különböző mikrobákat, lehetővé teszi fertőtlenítőszerként való használatát. A hidrogén-peroxidot sebek mosására, gargarizálásra és a fogorvosi gyakorlatban használják.
Erős oxidáló tulajdonságokkal rendelkezik Salétromsav(HNO3). Ha egy csepp terpentint adunk a salétromsavhoz, fényes villanás keletkezik: a terpentin részét képező szén és hidrogén gyorsan oxidálódik, nagy mennyiségű hő felszabadulásával.
A salétromsavval megnedvesített papírok és szövetek gyorsan tönkremennek. A szerves anyagok, amelyekből ezek az anyagok készülnek, a salétromsav hatására oxidálódnak, és elvesztik tulajdonságaikat. Ha salétromsavval átitatott papírt vagy ruhát felmelegítenek, az oxidációs folyamat annyira felgyorsul, hogy felvillanhat.
A salétromsav nemcsak a szerves vegyületeket oxidálja, hanem egyes fémeket is. A réz, ha tömény salétromsavnak van kitéve, először réz-oxiddá oxidálódik, nitrogén-dioxid szabadul fel a salétromsavból, majd a réz-oxid réz-nitráttá alakul.
Nemcsak a salétromsav, hanem egyes sói is erős oxidáló tulajdonságokkal rendelkeznek.
A technológiában salétromsavnak nevezett kálium-, nátrium-, kalcium- és ammónium-sói hevítés hatására lebomlanak, oxigént szabadítanak fel. Az olvadt salétromban magas hőmérsékleten a parázs olyan hevesen ég, hogy ragyogó fehér fény jelenik meg. Ha azonban egy darab ként beledobunk egy kémcsőbe olvadt salétrom és parázsló szén mellett, akkor az égés olyan intenzitással megy végbe, és annyira megemelkedik a hőmérséklet, hogy az üveg olvadni kezd. A salétrom ezen tulajdonságait régóta ismeri az ember; ezeket a tulajdonságokat kihasználva lőport készített.
A fekete vagy füstös lőport salétromból, szénből és kénből készítik. Ebben a keverékben a szén és a kén éghető anyagok. Égéskor gáznemű szén-dioxiddá (CO 2) és szilárd kálium-szulfiddá (K 2 S) alakulnak. A salétrom lebomlása során nagy mennyiségű oxigén és gáznemű nitrogén szabadul fel. A felszabaduló oxigén fokozza a szén és a kén égését.
Az égés következtében olyan magas hőmérséklet alakul ki, hogy a keletkező gázok a kivett lőpor térfogatának 2000-szeresére tágulhatnak. De egy zárt edény falai, ahol általában lőport égnek, nem engedik, hogy a gázok könnyen és szabadon táguljanak. Óriási nyomás keletkezik, amely a leggyengébb pontján eltöri az edényt. Fülsiketítő robbanás hallatszik, a gázok zajjal törnek ki, és füst formájában zúzott szilárd részecskéket visznek magukkal.
Tehát a kálium-nitrátból, a szénből és a kénből olyan keverék keletkezik, amelynek óriási pusztító ereje van.
Az erős oxidáló tulajdonságokkal rendelkező vegyületek közé tartoznak az oxigéntartalmú klórsavak sói is. A Bertolet-só hevítés hatására kálium-kloridra és atomoxigénre bomlik.
A klór vagy meszelő mész még könnyebben adja le oxigénjét, mint a Berthollet-só. A fehér meszet pamut, len, papír és egyéb anyagok fehérítésére használják. A klórt mérgező anyagok elleni szerként is használják: a mérgező anyagokat, mint sok más összetett vegyületet, az erős oxidálószerek elpusztítják.
Az oxigén oxidáló tulajdonságai, az a képessége, hogy könnyen kombinálható különféle elemekkel, és erőteljesen támogatja az égést, miközben magas hőmérsékletet alakít ki, régóta felkeltette a tudósok figyelmét. különböző területeken Tudományok. Ez különösen a vegyészeket és a kohászokat érdekelte. De az oxigén felhasználása korlátozott volt, mert nem volt egyszerű és olcsó módja annak, hogy levegőből és vízből szerezzék be.
A fizikusok a vegyészek és kohászok segítségére voltak. Találtak egy nagyon kényelmes módszert az oxigén kinyerésére a levegőből, és a fizikai kémikusok megtanulták, hogyan lehet azt hatalmas mennyiségben a vízből nyerni.
Az oxigén a 16. csoport eleme (az elavult besorolás szerint - a VI. csoport fő alcsoportja), D. I. Mengyelejev kémiai elemeinek periodikus rendszerének második periódusa, 8-as rendszámmal. O szimbólummal jelöljük. Az oxigén egy reaktív nemfém, és a kalkogéncsoport legkönnyebb eleme. Az egyszerű anyag oxigén normál körülmények között- szín-, íz- és szagtalan gáz, melynek molekulája két oxigénatomból áll (O2 képlet), amellyel kapcsolatban dioxigénnek is nevezik]. A folyékony oxigén világoskék színű, a szilárd oxigén világoskék kristályok.
Vannak más allotróp oxigénformák is, például - normál körülmények között gáz kék szín sajátos szagú, melynek molekulája három oxigénatomból áll (O3 képlet).
A természetben található természetes oxigén 3 stabil izotópból áll: o16, o17, o18.
Az oxigén egyszerű anyag formájában o2 a légköri levegő része = 21% Kötött formában az oxigén elem a víz szerves része számos szerves anyag különféle ásványi anyagaiból.
FOGADÁS. Jelenleg az iparban az oxigént a levegőből nyerik. Az oxigén előállításának fő ipari módszere a kriogén desztilláció. Az iparban is jól ismertek és sikeresen alkalmazzák a membrántechnológián alapuló oxigénüzemeket.
A laboratóriumokban ipari oxigént használnak, amelyet acélhengerekben szállítanak körülbelül 15 MPa nyomáson.
Kis mennyiségű oxigén nyerhető a KMnO4 kálium-permanganát melegítésével:
2KMNO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2
A hidrogén-peroxid H2O2 katalitikus lebontásának reakcióját mangán(IV)-oxid jelenlétében is alkalmazzák:
2H2O2 =MnO2=2H2O + O2
Oxigén nyerhető a kálium-klorát (bertolet-só) KClO3 katalitikus lebontásával:
2KClO3 = 2KCl + 3O2
Az oxigén előállítására szolgáló laboratóriumi módszerek közé tartozik a lúgok vizes oldatainak elektrolízise, valamint a higany(II)-oxid lebontása (t = 100 ° C-on):
A tengeralattjárókon általában az ember által kilélegzett nátrium-peroxid és szén-dioxid reakciójával nyerik:
2Na2O2 + 2CO2 = 2Na2CO3 + O2
VEGYI ST_VA. Erős oxidálószer, szinte minden elemmel kölcsönhatásba lép, oxidokat képezve. Az oxidációs állapot -2. Az oxidációs reakció általában a hő felszabadulásával megy végbe, és a hőmérséklet emelkedésével felgyorsul (lásd Égés). Példa szobahőmérsékleten végbemenő reakciókra:
4Li + O2 = 2Li2O
Oxidálja azokat a vegyületeket, amelyek nem-maximális oxidációs állapotú elemeket tartalmaznak:
Oxidálja a legtöbb szerves vegyületet:
CH3CH2OH + 3O2 = 2CO2 + 3H2O
Bizonyos körülmények között lehetséges egy szerves vegyület enyhe oxidációja:
CH3CH2OH +O2 = CH3COOH + H2O
Az oxigén közvetlenül (normál körülmények között, hevítéskor és/vagy katalizátorok jelenlétében) reagál minden egyszerű anyaggal, kivéve az Au-t és az inert gázokat (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn); a halogénekkel való reakciók elektromos kisülés vagy ultraibolya sugárzás hatására lépnek fel. Az arany oxidjait és a nehéz inert gázokat (Xe, Rn) közvetetten nyerték. Az oxigén és más elemekkel alkotott két elemből álló összes vegyületben az oxigén oxidálószer szerepet játszik, kivéve a fluort tartalmazó vegyületeket (lásd alább #oxigén-fluoridok).
Az oxigén peroxidokat képez, amelyekben az oxigénatom oxidációs állapota formálisan -1.
Például peroxidokat égetéssel állítanak elő alkálifémek oxigénben:
2Na + O2 = Na2O2
Néhány oxid elnyeli az oxigént:
2BaO + O2 = 2BaO2
Az A. N. Bach és K. O. Engler által kidolgozott égéselmélet szerint az oxidáció két szakaszban megy végbe, közbenső peroxidvegyület képződésével. Ez az intermedier vegyület izolálható például, amikor az égő hidrogén lángját jéggel hűtjük, vízzel együtt hidrogén-peroxid képződik:
A szuperoxidokban az oxigén formálisan −½ oxidációs állapotú, azaz két oxigénatomonként egy elektron (O−2 ion). A peroxidok és az oxigén kölcsönhatása révén, megemelt nyomáson és hőmérsékleten:
Na2O2 + O2 = 2NaO2
A kálium-K, a rubídium Rb és a cézium-Cs oxigénnel reagálva szuperoxidokat képeznek:
A szervetlen ózonidok O–3 iont tartalmaznak, amelynek oxigén oxidációs foka formálisan –1/3. Az ózon alkálifém-hidroxidok hatására keletkezik:
2KOH + 3O3 = 2KO3 + H2O +2O2
Az O2+ dioxigenil-ionban az oxigén formálisan +½ oxidációs állapotú. A reakció alapján:
PtF6 +O2 = O2PtF6
Oxigén-fluoridok Az oxigén-difluoridot, az OF2 oxigénoxidációs foka +2, fluor lúgos oldaton való átvezetésével nyerik:
2F2 + 2NaOH = 2NaF + H2O + OF2
Az oxigén-monofluorid (dioxidifluorid), az O2F2 instabil, az oxigén oxidációs állapota +1. Fluor és oxigén keverékéből nyert izzítókisülésben –196 C hőmérsékleten:
Fluor és oxigén keverékén bizonyos nyomáson és hőmérsékleten izzó kisülést vezetve magasabb oxigénfluoridok O3F2, O4F2, O5F2 és O6F2 keverékét kapjuk.
A kvantummechanikai számítások a trifluor-hidroxóniumion (angolul) OF3+ stabil létezését jósolják. Ha ez az ion valóban létezik, akkor az oxigén oxidációs állapota +4 lesz.
Az oxigén támogatja a légzési, égési és bomlási folyamatokat.
Szabad formájában az elem két allotróp módosulatban létezik: O2 és O3 (ózon). Pierre Curie és Maria Sklodowska-Curie 1899-ben megállapította, hogy az ionizáló sugárzás hatására az O2 O3 ÓZONBA megy át. Az ózon az oxigén allotróp módosulata, amely háromatomos O3 molekulákból áll. Normál körülmények között - kék gáz. Cseppfolyósításkor indigó folyadékká alakul. Szilárd formában sötétkék, majdnem fekete kristályok.
A CHEM.CB-VA Az ózon erős oxidálószer, sokkal reaktívabb, mint a kétatomos oxigén. Szinte minden fémet (az arany, platina és irídium kivételével) a fémekké oxidál magasabb fokozatok oxidáció. Sok nem fémet oxidál. A reakciótermék főként oxigén.
2Cu2+ + 2H3O+ + O3 = 2Cu3+ + 3H2O + O2
Az ózon növeli az oxidok oxidációs állapotát:
NO + O3 = NO2 + O2
Ezt a reakciót kemilumineszcencia kíséri. A nitrogén-dioxid nitrogén-anhidriddé oxidálható:
2NO2 + O3 = N2O5 + O2
Az ózon normál hőmérsékleten reagál szénnel szén-dioxidot képezve:
2C +2O3 = 2CO2 + O2
Az ózon nem lép reakcióba ammóniumsókkal, de reakcióba lép az ammóniával, és ammónium-nitrátot képez:
2NH3 + 4O3 = NH4NO3 + 4O2 + H2O
Az ózon a hidrogénnel reagálva vizet és oxigént képez:
O3 + H2 = O2 + H2O
Az ózon szulfidokkal reagálva szulfátokat képez:
PbS + 4O3 = PbSO4 + 4O2
Az ózon használható kénsav elemi kénből és kén-dioxidból egyaránt:
S + H2O + O3 = H2SO4
3SO2 + 3H2O + O3 = 3H2SO4
Az ózonban mindhárom oxigénatom egyénileg reagálhat az ón-klorid reakciójában sósavés ózon:
3SnCl2 + 6HCl + O3 = 3SnCl4 + 3H2O
A gázfázisban az ózon hidrogén-szulfiddal reagál, és kén-dioxidot képez:
H2S + O3 = SO2 + H2O
BAN BEN vizesoldat két versengő reakció megy végbe hidrogén-szulfiddal, az egyik elemi kén, a másik pedig kénsav képződésével:
H2S + O3 = S + O2 + H2O
3H2S + 4O3 = 3H2SO4
Jód hideg vízmentes perklórsavban készült oldatának ózonnal történő kezelésével jód(III)-perklorát állítható elő:
I2 + 6HClO4 +O3 = 2I(ClO4)3 + 3H2O
Szilárd nitril-perklorát gáznemű NO2, ClO2 és O3 reakciójával állítható elő:
2NO2 + 2ClO2 + 2O2 = 2NO2ClO4 + O2
Az ózon részt vehet az égési reakciókban, miközben az égési hőmérséklet magasabb, mint a kétatomos oxigéné:
3C3N2 + 4O3 = 12CO + 3N2
Az ózon bejuthat kémiai reakciókés alacsony hőmérsékleten. 77 K (-196 °C) hőmérsékleten az atomos hidrogén reakcióba lép az ózonnal, és szuperoxid gyök keletkezik, amely utóbbi dimerizálódik:
H + O3 = HO2. + O
2HO2. = H2O2 +O2
Az ózon O3-aniont tartalmazó szervetlen ózonidokat képezhet. Ezek a vegyületek robbanásveszélyesek, és csak alacsony hőmérsékleten tárolhatók. Az összes alkálifém (Franciaország kivételével) ózonidjai ismertek. A KO3, RbO3 és CsO3 a megfelelő szuperoxidokból nyerhető:
KO2 + O3 = KO3 + O2
A kálium-ózonid más módon is előállítható kálium-hidroxidból:
2KOH + 5O3 = 2KO3 + 5O2 + H2O
A NaO3 és LiO3 folyékony ammónia NH3-ban lévő CsO3 hatására Na+ vagy Li+ ionokat tartalmazó ioncserélő gyantákon állítható elő:
CsO3 + Na+ = Cs+ + NaO3
A kalcium ammóniás oldatának ózonnal történő kezelése ammónium-ozonid képződéséhez vezet, nem kalciumhoz:
3Ca + 10NH3 + 7O3 = Ca * 6NH3 + Ca(OH)2 + Ca(NO3)2 + 2NH4O3 + 3O2 + 2H2O
Az ózon segítségével eltávolítható a vízből a mangán, és csapadék képződik, amely szűréssel elválasztható:
2Mn2+ + 2O3 + 4H2O = 2MnO(OH)2 + 2O2 + 4H+
Az ózon a mérgező cianidokat kevésbé veszélyes cianátokká alakítja át:
CN- + O3 = CNO- + O2
Az ózon teljesen le tudja bontani a karbamidot:
(NH2)2CO + O3 = N2 + CO2 + 2H2O
Az ózon kölcsönhatása a szerves vegyületek aktivált vagy tercier szénatommal alacsony hőmérsékleten a megfelelő hidrotrioxidokhoz vezet.
FOGADÁS. Az ózon számos folyamatban képződik, amihez atomi oxigén felszabadul, például peroxidok bomlása, foszfor oxidációja során stb.
Az iparban az ózonizátorokban lévő levegőből vagy oxigénből nyerik elektromos kisülés hatására. Az O3 könnyebben cseppfolyósodik, mint az O2, ezért könnyen szétválasztható. Az ózont az ózonterápiához az orvostudományban csak tiszta oxigénből nyerik. Ha a levegőt kemény ultraibolya sugárzással sugározzuk be, ózon képződik. Ugyanez a folyamat megy végbe az atmoszféra felső rétegeiben is, ahol a hatása alatt napsugárzás az ózonréteg kialakulását és fenntartását.
A laboratóriumban az ózon előállítható hűtött tömény kénsav és bárium-peroxid reagáltatásával:
3H2SO4 + 3BaO2 = 3BaSO4 + O3 + 3H2O
A peroxidok összetett anyagok, amelyekben oxigénatomok kapcsolódnak egymáshoz. A peroxidok könnyen oxigént bocsátanak ki. A szervetlen anyagoknál javasolt a peroxid kifejezés használata, a szerves anyagoknál a peroxid kifejezést ma gyakran használják oroszul. Számos szerves anyag peroxidjai robbanásveszélyesek (aceton-peroxid), különösen könnyen képződnek fotokémiai úton, ha az étereket oxigén jelenlétében hosszú ideig megvilágítják. Ezért a desztilláció előtt sok éter (dietil-éter, tetrahidrofurán) esetében meg kell vizsgálni a peroxidok hiányát.
A peroxidok lelassítják a fehérjeszintézist a sejtben.
Szerkezettől függően megkülönböztetik a peroxidokat, a szuperoxidokat és a szervetlen ózonidokat. A szervetlen peroxidok bináris vagy összetett vegyületek szinte minden eleméről ismert. Lúgos peroxidok és alkáliföldfémek vízzel reagálva a megfelelő hidroxidot és hidrogén-peroxidot képezik.
A szerves peroxidokat dialkil-peroxidokra, alkil-hidroperoxidokra, diacil-peroxidokra, acil-hidroperoxidokra (peroxokarbonsavak) és ciklusos peroxidokra osztják. A szerves peroxidok termikusan instabilak és gyakran robbanásveszélyesek. Szabad gyökök forrásaként használják a szerves szintézisben és az iparban
Halogenidek (halogenidek) - halogénvegyületek más kémiai elemekkel vagy gyökökkel. Ebben az esetben a vegyületben lévő halogénnek elektronegatívnak kell lennie; Így a bróm-oxid nem halogenid.
A vegyületben szereplő halogénatom szerint a halogenideket fluoridoknak, kloridoknak, bromidoknak, jodidoknak és asztatidoknak is nevezik. Az ezüsthalogenideket leginkább ezen a néven ismerik a filmes ezüsthalogenid fotózás tömeges elterjedése miatt.
A halogének vegyületeit egymás között interhalogenideknek vagy interhalogén vegyületeknek nevezzük (például jód-pentafluorid IF5).
A halogenidekben a halogén rendelkezik negatív erő oxidáció, és az elem pozitív.
A halogenidion egy negatív töltésű halogénatom.
MEGHATÁROZÁS
Oxigén- a periódusos rendszer nyolcadik eleme. Megnevezés - O a latin „oxygenium” szóból. A második periódusban található, VIA csoport. Nem fémekre utal. A nukleáris töltés 8.
Az oxigén a legnagyobb mennyiségben előforduló elem a földkéregben. Szabad állapotban a légköri levegőben található, kötött formában része a víznek, ásványoknak, kőzeteknek és minden olyan anyagnak, amelyből növényi és állati szervezetek épülnek fel. Az oxigén tömegrésze földkéreg körülbelül 47%.
Egyszerű anyagként az oxigén színtelen, szagtalan gáz. Valamivel nehezebb a levegőnél: 1 liter oxigén tömege normál körülmények között 1,43 g, 1 liter levegő tömege 1,293 g. Az oxigén vízben oldódik, bár kis mennyiségben: 100 térfogatrész 0 o C-os víz 4,9, 20 o C-on pedig 3,1 térfogatrész oxigén oldódik fel.
Az oxigén atom- és molekulatömege
MEGHATÁROZÁS
Relatív atomtömeg A r egy anyag atomjának moláris tömege osztva 1/12-vel moláris tömeg szénatom-12 (12 C).
Az atomi oxigén relatív atomtömege 15,999 amu.
MEGHATÁROZÁS
Relatív molekulatömeg M r a molekula moláris tömege, a 12 szénatom moláris tömegének 1/12-ére vonatkozik (12 C).
Ez egy dimenzió nélküli mennyiség, ismert, hogy az oxigénmolekula kétatomos - O 2 . Egy oxigénmolekula relatív molekulatömege egyenlő lesz:
M r (O 2) \u003d 15,999 × 2 ≈32.
Az oxigén allotrópiája és allotróp módosulásai
Az oxigén két allotróp módosulat formájában létezhet - oxigén O 2 és ózon O 3 ( fizikai tulajdonságok fent leírt oxigén).
Nál nél normál körülmények között az ózon egy gáz. Erős hűtéssel elválasztható az oxigéntől; az ózon (-111,9 o C) forráspontú kék folyadékká kondenzálódik.
Az ózon oldhatósága vízben sokkal nagyobb, mint az oxigéné: 100 térfogatrész 0 o C-os víz 49 térfogatrész ózont old fel.
Az ózon oxigénből történő képződése a következő egyenlettel fejezhető ki:
3O 2 \u003d 2O 3 - 285 kJ.
Az oxigén izotópjai
Ismeretes, hogy a természetben az oxigén három izotóp formájában lehet: 16 O (99,76%), 17 O (0,04%) és 18 O (0,2%). Tömegszámuk 16, 17 és 18. A 16 O oxigénizotóp atommagja nyolc protont és nyolc neutront tartalmaz, a 17 O és 18 O izotópok pedig ugyanannyi protont, kilenc illetve tíz neutront tartalmaznak.
Az oxigénnek tizenkét radioaktív izotópja létezik, tömegszáma 12-24, ezek közül a legstabilabb izotóp a 15 O, felezési ideje 120 s.
oxigén ionok
Az oxigénatom külső energiaszintjén hat elektron van, amelyek vegyértékek:
1s 2 2s 2 2p 4 .
Az oxigénatom szerkezete az alábbiakban látható:
A kémiai kölcsönhatás következtében az oxigén elveszítheti vegyértékelektronjait, i.e. legyen donoruk, és pozitív töltésű ionokká alakuljanak vagy fogadjanak el elektronokat egy másik atomtól, pl. legyen az elfogadójuk, és negatív töltésű ionokká alakuljanak:
O 0 +2e → O 2-;
Körülbelül 0 -1e → Kb. 1+.
Az oxigén molekulája és atomja
Az oxigénmolekula két atomból áll - O 2 . Íme néhány tulajdonság, amelyek az oxigénatomot és a molekulát jellemzik:
Példák problémamegoldásra
1. PÉLDA
A földkéreg 50%-a oxigén. Az elem ásványi anyagokban is megtalálható sók és oxidok formájában. Az oxigént kötött formában tartalmazza a készítmény (az elem százalékos aránya körülbelül 89%). Az oxigén minden élő szervezet és növény sejtjében is jelen van. Az oxigén a levegőben szabad állapotban O2 formájában, allotróp módosulása pedig ózon O3 formájában van, és összetételének egyötödét foglalja el,
Az oxigén fizikai és kémiai tulajdonságai
Az oxigén O₂ színtelen, íztelen és szagtalan gáz. Vízben gyengén oldódik, (-183) °C-on forr. A folyadék formájában lévő oxigén kék színű, szilárd formában az elem kék kristályokat képez. Az oxigén (-218,7) °C hőmérsékleten megolvad.
Folyékony oxigén szobahőmérsékletenMelegítéskor az oxigén reakcióba lép különféle egyszerű anyagokkal (fémekkel és nemfémekkel), ami oxidok képződését eredményezi - az elemek oxigénnel alkotott vegyületei. A kémiai elemek oxigénnel való kölcsönhatását oxidációs reakciónak nevezzük. Példák a reakcióegyenletekre:
4Na + О₂= 2Na2O
S + O2 = SO2.
Egyes összetett anyagok oxigénnel is kölcsönhatásba lépnek, és oxidokat képeznek:
CH₄ + 2O₂ \u003d CO₂ + 2H2O
2СО + О₂ = 2СО₂
oxigén mint kémiai elem laboratóriumokban és ipari vállalkozásokban szerezték be. laboratóriumban többféleképpen:
- bomlás (kálium-klorát);
- a hidrogén-peroxid lebomlása, amikor az anyagot mangán-oxid, mint katalizátor jelenlétében hevítik;
- a kálium-permanganát bomlása.
Az oxigén égésének kémiai reakciója
A tiszta oxigénnek nincsenek olyan különleges tulajdonságai, amelyekkel a légköri oxigén nem rendelkezik, vagyis ugyanazokkal a kémiai és fizikai tulajdonságokkal rendelkezik. A levegő ötször kevesebb oxigént tartalmaz, mint az azonos térfogatú tiszta oxigén. A levegőben az oxigén nagy mennyiségű nitrogénnel keveredik, amely gáz nem égeti el magát, és nem támogatja az égést. Ezért, ha a láng közelében lévő levegő oxigénjét már elhasználták, akkor a következő oxigénrész áttöri a nitrogént és az égéstermékeket. Következésképpen az oxigén erőteljesebb égése a légkörben az égési hely gyorsabb oxigénellátásával magyarázható. A reakció során az oxigén és az égő anyag összekapcsolásának folyamata erőteljesebben megy végbe, és több hő szabadul fel. Minél több oxigén jut az égő anyaghoz egységnyi idő alatt, annál fényesebben ég a láng, annál magasabb a hőmérséklet és annál erősebb az égési folyamat.
Hogyan megy végbe az oxigén égési reakciója? Ez tapasztalattal igazolható. Vegye ki a hengert és fordítsa fejjel lefelé, majd hozzon egy hidrogéncsövet a henger alá. A levegőnél könnyebb hidrogén teljesen kitölti a hengert. A hidrogént meg kell gyújtani a henger nyitott részének közelében, és a lángon keresztül üvegcsövet kell bevezetni, amelyen keresztül gáz halmazállapotú oxigén áramlik. A cső végén tűz lobban fel, míg a láng csendesen ég a hidrogénnel töltött hengerben. A reakció során nem oxigén ég, hanem a csőből kis mennyiségű oxigén jelenlétében a hidrogén.
Mi keletkezik a hidrogén égéséből és milyen oxid keletkezik? A hidrogén vízzé oxidálódik. A kondenzált vízgőz cseppjei fokozatosan lerakódnak a henger falára. Két hidrogénmolekula oxidálódik egy molekula oxigén hatására, és két molekula víz képződik. Reakció egyenlet:
2Н₂ + O₂ → 2Н2O
Ha az oxigén lassan áramlik ki a csőből, az teljesen kiég a hidrogénatmoszférában, és a kísérlet simán megy.
Amint az oxigénellátás annyira megnövekszik, hogy nincs ideje teljesen kiégni, egy része túlmegy a lángon, ahol hidrogén és oxigén keverékéből zsebek képződnek, és szétválnak, robbanásszerű, apró villanások. megjelenik. Az oxigén és a hidrogén keveréke robbanásveszélyes gáz.
A robbanásveszélyes gáz meggyújtásakor erős robbanás következik be: amikor az oxigén hidrogénnel egyesül, víz képződik és magas hőmérséklet alakul ki. A vízgőzök a környező gázokkal erősen kitágulnak, nagy nyomás keletkezik, amelynél nemcsak egy törékeny henger, hanem egy tartósabb edény is felrobbanhat. Ezért a robbanásveszélyes keverékkel rendkívül óvatosan kell dolgozni.
Oxigénfogyasztás égés közben
A kísérlethez egy 3 literes üvegkristályosítót 2/3-ig meg kell tölteni vízzel, és egy evőkanál nátronlúgot vagy káliumot kell hozzáadni. Színezzük ki a vizet fenolftaleinnel vagy más alkalmas festékkel. Öntsön homokot egy kis lombikba, és helyezzen bele függőlegesen egy drótot a végén rögzített vattával. A kúpot vízzel kristályosítóba helyezzük. A vatta 10 cm-rel az oldat felülete felett marad.
Enyhén nedvesítsen meg egy vattakorongot alkohollal, olajjal, hexánnal vagy más gyúlékony folyadékkal, és gyújtsa meg. Óvatosan fedje le az égő vattát egy 3 literes palackkal, és engedje le a lúgos oldat felülete alá. Az égés során az oxigén vízbe jut és. A reakció eredményeként a palackban lévő lúgoldat megemelkedik. A vatta hamarosan kialszik. Az üveget óvatosan a kristályosító aljára kell helyezni. Elméletileg a palacknak 1/5-é kell lennie, mivel a levegő 20,9% oxigént tartalmaz. Az égés során az oxigén vízbe és szén-dioxid CO₂-ba jut, amelyet lúg abszorbeál. Reakció egyenlet:
2NaOH + CO₂ = Na2CO3 + H2O
A gyakorlatban az égés leáll, mielőtt az összes oxigén elfogy; az oxigén egy része szén-monoxiddá megy át, amit a lúg nem szív fel, a levegő egy része pedig a hőtágulás következtében távozik a palackból.
Figyelem! Ne próbálja meg ismételni ezeket a kísérleteket!
