Չորս տարր՝ «քալկոգենը» (այսինքն՝ «պղինձ ծնելը») գլխավորում է VI խմբի հիմնական ենթախումբը (նոր դասակարգման համաձայն՝ 16-րդ խումբ) պարբերական համակարգ. Բացի ծծմբից, թելուրից և սելենից, դրանք ներառում են նաև թթվածին։ Եկեք մանրամասն քննարկենք Երկրի վրա այս ամենատարածված տարրի հատկությունները, ինչպես նաև թթվածնի օգտագործումն ու արտադրությունը:

Տարրերի առատություն

Կապված ձևով թթվածինը ներառված է ջրի քիմիական բաղադրության մեջ՝ դրա տոկոսը կազմում է մոտ 89%, ինչպես նաև բոլոր կենդանի էակների՝ բույսերի և կենդանիների բջիջների կազմի մեջ։

Օդում թթվածինը գտնվում է ազատ վիճակում՝ O2-ի տեսքով՝ զբաղեցնում է նրա բաղադրության հինգերորդ մասը, իսկ օզոնի տեսքով՝ O3։

Ֆիզիկական հատկություններ

Թթվածին O2-ը անգույն, անհամ և հոտ չունեցող գազ է։ Այն փոքր-ինչ լուծելի է ջրի մեջ։ Եռման կետը Ցելսիուսի զրոյից 183 աստիճան է: Հեղուկ ձևով թթվածինը կապույտ գույն ունի, իսկ պինդ ձևով՝ կապույտ բյուրեղներ։ Թթվածնի բյուրեղների հալման կետը Ցելսիուսի զրոյից ցածր է 218,7 աստիճան:

Քիմիական հատկություններ

Տաքանալիս այս տարրը փոխազդում է բազմաթիվ պարզ նյութերի հետ՝ և՛ մետաղների, և՛ ոչ մետաղների, միաժամանակ ձևավորելով այսպես կոչված օքսիդներ՝ տարրերի միացություններ թթվածնով։ որի տարրերը մտնում են թթվածնի հետ, կոչվում է օքսիդացում:

Օրինակ,

4Na + O2= 2Na2O

2. Ջրածնի պերօքսիդի տարրալուծման միջոցով, երբ այն տաքացվում է մանգանի օքսիդի առկայությամբ, որը հանդես է գալիս որպես կատալիզատոր:

3. Կալիումի պերմանգանատի տարրալուծման միջոցով:

Արդյունաբերությունում թթվածնի արտադրությունն իրականացվում է հետևյալ եղանակներով.

1. Տեխնիկական նպատակներով թթվածինը ստացվում է օդից, որում նրա սովորական պարունակությունը կազմում է մոտ 20%, այսինքն. հինգերորդ մասը. Դրա համար նախ այրում են օդը՝ ստանալով մոտ 54% հեղուկ թթվածնի պարունակությամբ խառնուրդ, հեղուկ ազոտ՝ 44% և հեղուկ արգոն՝ 2%։ Այդ գազերն այնուհետև բաժանվում են թորման գործընթացով՝ օգտագործելով համեմատաբար փոքր ընդմիջում հեղուկ թթվածնի և հեղուկ ազոտի եռման կետերի միջև՝ համապատասխանաբար մինուս 183 և մինուս 198,5 աստիճան: Պարզվում է, որ ազոտը գոլորշիանում է թթվածնից առաջ։

Ժամանակակից սարքավորումներն ապահովում են մաքրության ցանկացած աստիճանի թթվածնի արտադրություն։ Ազոտը, որը ստացվում է հեղուկ օդի անջատմամբ, օգտագործվում է որպես հումք նրա ածանցյալների սինթեզում։

2. նաև տալիս է թթվածին շատ մաքուր աստիճանի։ Այս մեթոդը լայն տարածում է գտել հարուստ ռեսուրսներով և էժան էլեկտրաէներգիա ունեցող երկրներում։

Թթվածնի կիրառում

Թթվածինը մեր ողջ մոլորակի կյանքի ամենակարեւոր տարրն է: Այս գազը, որը պարունակվում է մթնոլորտում, այդ գործընթացում սպառվում է կենդանիների և մարդկանց կողմից:

Թթվածին ստանալը շատ կարևոր է մարդու գործունեության այնպիսի ոլորտների համար, ինչպիսիք են բժշկությունը, մետաղների եռակցումն ու կտրումը, պայթեցումը, ավիացիան (մարդկանց շնչելու և շարժիչների շահագործման համար), մետալուրգիան:

Ընթացքի մեջ է տնտեսական գործունեությունմարդկային թթվածինը սպառվում է մեծ քանակությամբ, օրինակ՝ այրման ժամանակ տարբեր տեսակներվառելանյութեր՝ բնական գազ, մեթան, քարածուխ, փայտ։ Այս բոլոր պրոցեսներում այն ​​ձևավորվում է։Միևնույն ժամանակ բնությունը նախատեսել է ֆոտոսինթեզի միջոցով այս միացության բնական միացման գործընթացը, որը տեղի է ունենում կանաչ բույսերում արևի լույսի ազդեցության տակ։ Այս գործընթացի արդյունքում ձևավորվում է գլյուկոզա, որն այնուհետև բույսն օգտագործում է իր հյուսվածքները կառուցելու համար:

Թթվածինը մտնում է Մենդելեևի պարբերական համակարգի գրեթե բոլոր տարրերի միացությունների մեջ։

Ցանկացած նյութի ռեակցիան թթվածնի հետ կոչվում է օքսիդացում։

Այս ռեակցիաների մեծ մասը ներառում է ջերմության ազատում: Երբ օքսիդացման ռեակցիայի ժամանակ լույս է արձակվում, դա կոչվում է այրում: Այնուամենայնիվ, միշտ չէ, որ հնարավոր է նկատել արձակված ջերմությունն ու լույսը, քանի որ որոշ դեպքերում օքսիդացումն ընթանում է չափազանց դանդաղ։ Հնարավոր է նկատել ջերմության արտազատում, երբ օքսիդացման ռեակցիան արագ է տեղի ունենում:

Ցանկացած օքսիդացման արդյունքում՝ արագ կամ դանդաղ, շատ դեպքերում առաջանում են օքսիդներ՝ մետաղների, ածխածնի, ծծմբի, ֆոսֆորի և այլ տարրերի միացություններ թթվածնով։

Հավանաբար մեկ անգամ չէ, որ տեսել եք, թե ինչպես են ծածկված երկաթյա տանիքները։ Նոր երկաթով ծածկելուց առաջ հինը ցած են գցում։ Դարչնագույն թեփուկները՝ ժանգը, երկաթի հետ միասին ընկնում են գետնին։ Սա երկաթի օքսիդի հիդրատ է, որը դանդաղորեն, մի քանի տարիների ընթացքում, ձևավորվել է երկաթի վրա թթվածնի, խոնավության և ածխաթթու գազի ազդեցության տակ:

Ժանգը կարելի է համարել որպես երկաթի օքսիդի համակցություն ջրի մոլեկուլի հետ։ Այն ունի չամրացված կառուցվածք և չի պաշտպանում երկաթը ոչնչացումից։

Երկաթը ոչնչացումից՝ կոռոզիայից պաշտպանելու համար այն սովորաբար պատում են ներկով կամ կոռոզիոն դիմացկուն այլ նյութերով՝ ցինկ, քրոմ, նիկել և այլ մետաղներ: Այս մետաղների պաշտպանիչ հատկությունները, ինչպես ալյումինը, հիմնված են այն փաստի վրա, որ դրանք ծածկված են իրենց օքսիդների բարակ կայուն թաղանթով, որը պաշտպանում է ծածկույթը հետագա ոչնչացումից:

Պաշտպանիչ ծածկույթները զգալիորեն դանդաղեցնում են մետաղի օքսիդացման գործընթացը:

Բնության մեջ անընդհատ տեղի են ունենում դանդաղ օքսիդացման գործընթացներ, որոնք նման են այրմանը:

Երբ փտում են փայտը, ծղոտը, տերևները և այլն օրգանական նյութերկան ածխածնի օքսիդացման գործընթացներ, որոնք այդ նյութերի մի մասն են կազմում։ Ջերմությունն արտազատվում է չափազանց դանդաղ, և, հետևաբար, սովորաբար աննկատ է մնում:

Բայց երբեմն այս տեսակ օքսիդատիվ գործընթացներիրենք արագանում են և անցնում այրման:

Ինքնաբուխ այրումը կարող է դիտվել թաց խոտի դեզում:

Արագ օքսիդացում մեծ քանակությամբ ջերմության և լույսի արտազատմամբ կարելի է դիտել ոչ միայն փայտի, կերոսինի, մոմերի, նավթի և ածխածին պարունակող այլ այրվող նյութերի այրման ժամանակ, այլ նաև երկաթի այրման ժամանակ։

Մի քիչ ջուր լցրեք տարայի մեջ և լցրեք թթվածնով։ Այնուհետև տարայի մեջ դրեք երկաթե պարույր, որի ծայրին ամրացվում է մխացող բեկոր։ Ճեղքվածքը, իսկ նրա հետևում պարույրը կլուսավորվի վառ բոցով, աստղակերպ կայծեր ցրելով բոլոր ուղղություններով:

Սա թթվածնով երկաթի արագ օքսիդացման գործընթացն է: Այն սկսվել է բարձր ջերմաստիճանից, որը տվել է այրվող բեկոր և շարունակվում է մինչև պարույրի ամբողջական այրումը երկաթի այրման ժամանակ արտանետվող ջերմության պատճառով։

Դրանից այնքան ջերմություն կա, որ այրման ժամանակ առաջացած օքսիդացված երկաթի մասնիկները սպիտակ են փայլում՝ վառ լուսավորելով սափորը:

Երկաթի այրման ժամանակ առաջացած կշեռքի բաղադրությունը որոշ չափով տարբերվում է խոնավության առկայության դեպքում օդում երկաթի դանդաղ օքսիդացման ժամանակ ժանգի տեսքով առաջացած օքսիդի բաղադրությունից։

Առաջին դեպքում օքսիդացումը գնում է դեպի երկաթի օքսիդ (Fe 3 O 4), որը մագնիսական երկաթի հանքաքարի մի մասն է. երկրորդում ձևավորվում է օքսիդ, որը շատ նման է շագանակագույն երկաթի հանքաքարին, որն ունի 2Fe 2 O 3 ∙ H 2 O բանաձևը:

Այսպիսով, կախված այն հանգամանքից, թե ինչ պայմաններում է ընթանում օքսիդացումը, առաջանում են տարբեր օքսիդներ, որոնք տարբերվում են միմյանցից թթվածնի պարունակությամբ։

Այսպիսով, օրինակ, ածխածինը թթվածնի հետ համատեղ տալիս է երկու օքսիդ՝ ածխածնի օքսիդ և ածխածնի երկօքսիդ։ Թթվածնի պակասի դեպքում ածխածնի թերի այրումը տեղի է ունենում ածխածնի երկօքսիդի (CO) ձևավորմամբ, որը հանրակացարանում կոչվում է ածխածնի օքսիդ: Ամբողջական այրումից առաջանում է ածխաթթու գազ, կամ ածխաթթու գազ(CO2):

Ֆոսֆորը, այրվելով թթվածնի պակասի պայմաններում, ձևավորում է ֆոսֆորի անհիդրիդ (P 2 O 3), իսկ ավելցուկով ՝ ֆոսֆորի անհիդրիդ (P 2 O 5): Տարբեր այրման պայմաններում ծծումբը կարող է տալ նաև ծծմբային (SO 2) կամ ծծմբային (SO 3) անհիդրիդ:

Մաքուր թթվածնի դեպքում այրումը և օքսիդացման այլ ռեակցիաներն ընթանում են ավելի արագ և հասնում ավարտին:

Ինչու՞ է այրումը թթվածնում ավելի ինտենսիվ, քան օդում:

Մաքուր թթվածին ունի՞ հատուկ հատկություններոր օդի թթվածինը չունի՞։ Իհարկե ոչ. Երկու դեպքում էլ մենք ունենք նույն թթվածինը՝ նույն հատկություններով։ Միայն օդը պարունակում է 5 անգամ ավելի քիչ թթվածին, քան նույն ծավալով մաքուր թթվածինը, և, բացի այդ, թթվածինը խառնվում է օդում թթվածնի հետ: մեծ քանակությամբազոտ, որը ոչ միայն ինքն իրեն չի այրում, այլև չի աջակցում այրմանը: Հետևաբար, եթե օդի թթվածինն արդեն սպառվում է անմիջապես կրակի մոտ, ապա դրա մեկ այլ մասը պետք է ճեղքի ազոտի և այրման արտադրանքի միջով: Հետևաբար, թթվածնի մթնոլորտում ավելի ուժեղ այրումը կարելի է բացատրել այրման վայրի ավելի արագ մատակարարմամբ: Այս դեպքում թթվածինը այրվող նյութի հետ միացնելու գործընթացն ավելի եռանդուն է և ավելի շատ ջերմություն է արտանետվում։ Որքան ավելի շատ թթվածին է մատակարարվում այրվող նյութին մեկ միավոր ժամանակում, այնքան ավելի պայծառ է բոցը, այնքան բարձր է ջերմաստիճանը և այնքան ուժեղ է այրումը:

Արդյո՞ք թթվածինը ինքնին այրվում է:

Վերցրեք մխոցը և շրջեք այն գլխիվայր: Մխոցի տակ դրեք ջրածնի խողովակ: Քանի որ ջրածինը օդից թեթև է, այն ամբողջությամբ կլցնի մխոցը:

Մխոցի բաց հատվածի մոտ այրեք ջրածինը և կրակի միջով մտցրեք դրա մեջ ապակե խողովակ, որով հոսում է գազային թթվածին։ Խողովակի ծայրին մոտ կրակ կբռնկվի, որը հանգիստ կվառվի ջրածնով լցված մխոցի ներսում։ Այրվում է ոչ թե թթվածինը, այլ ջրածինը խողովակից փոքր քանակությամբ թթվածնի առկայության դեպքում:

Ի՞նչ է առաջանում ջրածնի այրման արդյունքում. Ի՞նչ է ստացված օքսիդը:

Ջրածինը օքսիդացվում է ջրի մեջ: Իրոք, խտացրած ջրի գոլորշիների կաթիլները աստիճանաբար սկսում են նստել բալոնի պատերին: Թթվածնի 1 մոլեկուլ անցնում է 2 ջրածնի մոլեկուլների օքսիդացման, և առաջանում է ջրի 2 մոլեկուլ (2H 2 + O 2 → 2H 2 O):

Եթե ​​թթվածինը դանդաղորեն դուրս է հոսում խողովակից, այն ամբողջությամբ այրվում է ջրածնի մթնոլորտում, և փորձն անցնում է հարթ:

Մնում է միայն այնքան մեծացնել թթվածնի պաշարը, որ ժամանակ չունենա ամբողջությամբ այրվել, դրա մի մասը կգնա բոցից այն կողմ, որտեղ ձևավորվում են ջրածնի և թթվածնի խառնուրդի գրպաններ, և կհայտնվեն առանձին փոքրիկ փայլատակումներ, նման է պայթյուններին.

Թթվածնի և ջրածնի խառնուրդը պայթուցիկ գազ է։ Եթե ​​վառեք պայթուցիկ գազը, ապա ուժեղ պայթյուն կլինի՝ երբ թթվածինը միանում է ջրածնի հետ, ջուր է ստացվում և բարձր ջերմաստիճան է առաջանում։ Ջրային գոլորշիները և շրջակա գազերը մեծապես ընդլայնվում են՝ ստեղծելով մեծ ճնշում, որի ժամանակ ոչ միայն ապակե գլան, այլև ավելի դիմացկուն անոթ կարող է հեշտությամբ պայթել։ Հետեւաբար, պայթուցիկ խառնուրդի հետ աշխատելը հատուկ խնամք է պահանջում:

Թթվածինը ևս մեկ հետաքրքիր հատկություն ունի. Այն զուգակցվում է որոշ տարրերի հետ՝ առաջացնելով պերօքսիդային միացություններ։

Եկեք բերենք բնորոշ օրինակ. Ջրածինը, ինչպես գիտեք, միավալենտ է, թթվածինը երկվալենտ է՝ ջրածնի 2 ատոմ կարող է միանալ 1 թթվածնի ատոմի հետ։ Սա ջուր է արտադրում: Ջրի մոլեկուլի կառուցվածքը սովորաբար պատկերվում է որպես H - O - H: Եթե ջրի մոլեկուլին կցված է ևս 1 թթվածնի ատոմ, ապա առաջանում է ջրածնի պերօքսիդ, որի բանաձևը H 2 O 2 է:

Որտե՞ղ է մտնում թթվածնի երկրորդ ատոմը այս միացության մեջ և ի՞նչ կապերով է այն պահվում: Երկրորդ թթվածնի ատոմը, այսպես ասած, խզում է առաջինի կապը ջրածնի ատոմներից մեկի հետ և դառնում նրանց միջև՝ այդպիսով առաջանալով. H-O-O-N կապ. Նույն կառուցվածքն ունի նատրիումի պերօքսիդ (Na-O-O-Na), բարիումի պերօքսիդ։

Պերօքսիդի միացություններին բնորոշ է թթվածնի 2 ատոմների առկայությունը՝ փոխկապակցված մեկ վալենտով։ Հետևաբար, ջրածնի 2 ատոմ, նատրիումի 2 ատոմ կամ բարիումի 1 ատոմ կարող են իրենց կցել ոչ թե 1 թթվածնի ատոմ երկու վալենտությամբ (-O-), այլ 2 ատոմ, որոնք իրենց միջև կապի արդյունքում նույնպես ունեն ընդամենը երկու ազատ։ valences (-O- ՄԱՍԻՆ-).

Ջրածնի պերօքսիդ կարելի է ստանալ նոսր ծծմբաթթվի ազդեցությամբ նատրիումի պերօքսիդի (Na 2 O 2) կամ բարիումի պերօքսիդի (BaO 2) վրա։ Ավելի հարմար է օգտագործել բարիումի պերօքսիդ, քանի որ երբ ծծմբաթթուն գործում է դրա վրա, առաջանում է բարիումի սուլֆատի չլուծվող նստվածք, որից ջրածնի պերօքսիդը հեշտությամբ բաժանվում է ֆիլտրման միջոցով (BaO 2 + H 2 SO 4 → BaSO 4 + H 2 O 2).

Ջրածնի պերօքսիդը, ինչպես օզոնը, անկայուն միացություն է և քայքայվում է ջրի և թթվածնի ատոմի, որն արտանետման պահին ունի բարձր օքսիդացնող ուժ։ Ցածր ջերմաստիճանում և մթության մեջ ջրածնի պերօքսիդի տարրալուծումը դանդաղ է ընթանում: Իսկ երբ տաքացվում է և լույսի ներքո, դա շատ ավելի արագ է տեղի ունենում։ Ավազը, փոշիացված մանգանի երկօքսիդը, արծաթը կամ պլատինը նույնպես արագացնում են ջրածնի պերօքսիդի տարրալուծումը, մինչդեռ դրանք իրենք են մնում անփոփոխ: Այն նյութերը, որոնք ազդում են միայն քիմիական ռեակցիայի արագության վրա, մինչդեռ իրենք մնում են անփոփոխ, կոչվում են կատալիզատորներ:

Եթե ​​մի շշի մեջ մի քիչ ջրածնի պերօքսիդ լցնեք, որի ներքևում կա կատալիզատոր՝ մանգանի երկօքսիդի փոշի, ջրածնի պերօքսիդի քայքայումը կշարունակվի այնպիսի արագությամբ, որ կարող եք նկատել թթվածնի փուչիկների արտազատումը։

Տարբեր միացություններ օքսիդացնելու հատկություն ունի ոչ միայն գազային թթվածինը, այլ նաև որոշ միացություններ, որոնց մեջ այն ներառված է։

Ջրածնի պերօքսիդը լավ օքսիդացնող նյութ է: Այն սպիտակեցնում է տարբեր ներկանյութեր և, հետևաբար, օգտագործվում է մետաքսի, մորթի և այլ ապրանքների սպիտակեցման տեխնոլոգիայում:

Ջրածնի պերօքսիդի՝ տարբեր մանրէներ սպանելու ունակությունը թույլ է տալիս այն օգտագործել որպես ախտահանիչ: Ջրածնի պերօքսիդը օգտագործվում է վերքերը լվանալու, ողողելու և ատամնաբուժական պրակտիկայում:

Ունի ուժեղ օքսիդացնող հատկություն Ազոտական ​​թթու(HNO3): Եթե ​​ազոտաթթվին ավելացվում է սկիպիդարի մի կաթիլ, առաջանում է պայծառ փայլ՝ ածխածինը և ջրածինը, որոնք մաս են կազմում տորպենտինին, արագորեն օքսիդանում են մեծ քանակությամբ ջերմության արձակմամբ։

Ազոտական ​​թթուով թրջված թուղթն ու գործվածքները արագորեն ոչնչացվում են։ Օրգանական նյութերը, որոնցից պատրաստվում են այդ նյութերը, օքսիդանում են ազոտաթթվով և կորցնում իրենց հատկությունները։ Եթե ​​ազոտաթթվի մեջ թաթախված թուղթը կամ կտորը տաքացնեն, օքսիդացման գործընթացն այնքան կարագանա, որ կարող է բռնկվել:

Ազոտական ​​թթուն օքսիդացնում է ոչ միայն օրգանական միացությունները, այլեւ որոշ մետաղներ։ Պղինձը, երբ ենթարկվում է կենտրոնացված ազոտական ​​թթվին, օքսիդացվում է սկզբում պղնձի օքսիդի, ազոտի երկօքսիդը ազատելով ազոտաթթվից, իսկ հետո պղնձի օքսիդը վերածվում է պղնձի նիտրատի։

Ոչ միայն ազոտական ​​թթուն, այլեւ դրա որոշ աղեր ունեն ուժեղ օքսիդացնող հատկություն։

Կալիումի, նատրիումի, կալցիումի և ամոնիումի ազոտաթթվի աղերը, որոնք տեխնոլոգիայում կոչվում են սելիտրա, տաքացնելիս քայքայվում են՝ ազատելով թթվածին։ Հալած սելիտրայի բարձր ջերմաստիճանի դեպքում ածխը այնքան ուժգին է այրվում, որ վառ սպիտակ լույս է հայտնվում։ Եթե, այնուամենայնիվ, ծծմբի կտորը հալած սելիտրայի հետ շաղախվող ածխի հետ միասին գցեն փորձանոթի մեջ, այրումը կշարունակվի այնպիսի ինտենսիվությամբ, և ջերմաստիճանն այնքան կբարձրանա, որ ապակին կսկսի հալվել։ Սելիտրայի այս հատկությունները վաղուց հայտնի են մարդուն. նա օգտվել է այդ հատկություններից՝ վառոդ պատրաստելու համար:

Սև կամ ծխագույն վառոդը պատրաստվում է սելիտրայից, ածուխից և ծծմբից։ Այս խառնուրդում ածուխը և ծծումբը այրվող նյութեր են: Այրվելիս դրանք վերածվում են գազային ածխածնի երկօքսիդի (CO 2) և կալիումի պինդ սուլֆիդի (K 2 S)։ Սելիտրը, քայքայվելով, ազատում է մեծ քանակությամբ թթվածին և գազային ազոտ։ Ազատված թթվածինը ուժեղացնում է ածխի և ծծմբի այրումը:

Այրման արդյունքում այնպիսի բարձր ջերմաստիճան է զարգանում, որ գոյացած գազերը կարող են ընդլայնվել և հասնել այն ծավալի, որը 2000 անգամ գերազանցում է վերցված վառոդի ծավալը։ Բայց փակ նավի պատերը, որտեղ սովորաբար վառոդ են այրում, թույլ չեն տալիս գազերին հեշտությամբ և ազատորեն ընդարձակվել։ Ստեղծվում է հսկայական ճնշում, որը կոտրում է անոթը ամենաթույլ կետում։ Լսվում է խլացուցիչ պայթյուն, աղմուկից գազեր են պայթում՝ իրենց հետ տանելով ծխի տեսքով մանրացված պինդ մասնիկներ։

Այսպիսով, կալիումի նիտրատից, ածուխից և ծծումբից առաջանում է մի խառնուրդ, որն ունի ահռելի կործանարար ուժ։

Ուժեղ օքսիդացնող հատկություն ունեցող միացությունները ներառում են նաև թթվածին պարունակող քլորաթթուների աղեր։ Բերտոլեի աղը տաքացնելիս քայքայվում է կալիումի քլորիդի և ատոմային թթվածնի։

Նույնիսկ ավելի հեշտ է, քան Բերտոլեի աղը, քլորիդը կամ սպիտակեցնող նյութը, կրաքարը թողնում է իր թթվածինը: Սպիտակ կրաքարը օգտագործվում է բամբակի, սպիտակեղենի, թղթի և այլ նյութերի սպիտակեցման համար։ Քլորային կրաքարը օգտագործվում է նաև որպես թունավոր նյութերի դեմ դեղամիջոց. թունավոր նյութերը, ինչպես շատ այլ բարդ միացություններ, ոչնչացվում են ուժեղ օքսիդացնող նյութերի միջոցով:

Թթվածնի օքսիդացնող հատկությունները, տարբեր տարրերի հետ հեշտությամբ համակցվելու և այրումը ակտիվորեն աջակցելու ունակությունը, միաժամանակ բարձր ջերմաստիճան զարգացնելով, վաղուց են գրավել գիտնականների ուշադրությունը: տարբեր ոլորտներգիտություններ. Սա հատկապես հետաքրքրում էր քիմիկոսներին ու մետաղագործներին։ Բայց թթվածնի օգտագործումը սահմանափակ էր, քանի որ օդից և ջրից այն ստանալու հեշտ և էժան միջոց չկար։

Քիմիկոսներին ու մետալուրգներին օգնության հասան ֆիզիկոսները։ Նրանք գտել են օդից թթվածին հանելու շատ հարմար միջոց, և ֆիզիկաքիմիկոսները սովորել են, թե ինչպես այն հսկայական քանակությամբ ստանալ ջրից:

Թթվածինը 16-րդ խմբի տարր է (ըստ հնացած դասակարգման՝ VI խմբի հիմնական ենթախումբ), Դ. Ի. Մենդելեևի քիմիական տարրերի պարբերական համակարգի երկրորդ շրջանը՝ ատոմային համարով 8։ Նշվում է O նշանով։ Թթվածինը ռեակտիվ ոչ մետաղ է և քալկոգեն խմբի ամենաթեթև տարրն է։ Պարզ նյութ թթվածին նորմալ պայմաններ- գազ առանց գույնի, համի և հոտի, որի մոլեկուլը բաղկացած է թթվածնի երկու ատոմից (բանաձև O2), որի կապակցությամբ այն կոչվում է նաև երկթթվածին]։ Հեղուկ թթվածինն ունի բաց կապույտ գույն, իսկ պինդ թթվածինը բաց կապույտ բյուրեղներ են։

Կան թթվածնի այլ ալոտրոպ ձևեր, օրինակ՝ նորմալ պայմաններում գազ կապույտ գույնհատուկ հոտով, որի մոլեկուլը բաղկացած է թթվածնի երեք ատոմներից (բանաձև O3)։

Գտածո բնության մեջ Բնական թթվածինը բաղկացած է 3 կայուն իզոտոպներից o16, o17, o18:

Օ2 պարզ նյութի տեսքով թթվածինը մթնոլորտային օդի մի մասն է = 21% Կապված ձևով թթվածնի տարրը շատ օրգանական նյութերի տարբեր հանքանյութերի ջրի անբաժանելի մասն է։

ՍՏԱՆԱԼՈՒՄ. Ներկայումս արդյունաբերության մեջ թթվածին ստանում են օդից։ Թթվածնի ստացման հիմնական արդյունաբերական մեթոդը կրիոգեն թորումն է։ Թաղանթային տեխնոլոգիայի վրա հիմնված թթվածնային կայանները նույնպես լավ հայտնի են և հաջողությամբ օգտագործվում արդյունաբերության մեջ:

Լաբորատորիաներում օգտագործվում է արդյունաբերական թթվածին, որը մատակարարվում է պողպատե բալոններում մոտ 15 ՄՊա ճնշման տակ:

Փոքր քանակությամբ թթվածին կարելի է ստանալ՝ տաքացնելով կալիումի պերմանգանատ KMnO4.

2KMNO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2

Օգտագործվում է նաև ջրածնի պերօքսիդի H2O2 կատալիտիկ տարրալուծման ռեակցիան մանգանի(IV) օքսիդի առկայությամբ.

2H2O2 =MnO2=2H2O + O2

Թթվածին կարելի է ստանալ կալիումի քլորատի (բերտոլե աղ) KClO3-ի կատալիտիկ տարրալուծմամբ.

2KClO3 = 2KCl + 3O2

Թթվածնի արտադրության լաբորատոր մեթոդները ներառում են ալկալիների ջրային լուծույթների էլեկտրոլիզի մեթոդը, ինչպես նաև սնդիկի (II) օքսիդի տարրալուծումը (t = 100 ° C):

Սուզանավերի վրա այն սովորաբար ստացվում է մարդու կողմից արտաշնչված նատրիումի պերօքսիդի և ածխածնի երկօքսիդի ռեակցիայի միջոցով.

2Na2O2 + 2CO2 = 2Na2CO3 + O2

ՔԻՄԻԱԿԱՆ ST_VA. Ուժեղ օքսիդացնող նյութ, փոխազդում է գրեթե բոլոր տարրերի հետ՝ առաջացնելով օքսիդներ։ Օքսիդացման վիճակը −2 է։ Որպես կանոն, օքսիդացման ռեակցիան ընթանում է ջերմության արտազատմամբ և արագանում է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ (տես Այրում)։ Սենյակային ջերմաստիճանում տեղի ունեցող ռեակցիաների օրինակ.

4Li + O2 = 2Li2O

Օքսիդացնում է միացությունները, որոնք պարունակում են ոչ առավելագույն օքսիդացման աստիճան ունեցող տարրեր.

Օքսիդացնում է օրգանական միացությունների մեծ մասը.

CH3CH2OH + 3O2 = 2CO2 + 3H2O

Որոշակի պայմաններում հնարավոր է օրգանական միացության մեղմ օքսիդացում.

CH3CH2OH +O2 = CH3COOH + H2O

Թթվածինն ուղղակիորեն (նորմալ պայմաններում, երբ տաքացվում է և/կամ կատալիզատորների առկայությամբ) արձագանքում է բոլոր պարզ նյութերին, բացառությամբ Au-ի և իներտ գազերի (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn); հալոգենների հետ ռեակցիաները տեղի են ունենում էլեկտրական լիցքաթափման կամ ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման ազդեցության տակ: Անուղղակիորեն ստացվել են ոսկու օքսիդներ և ծանր իներտ գազեր (Xe, Rn)։ Այլ տարրերի հետ թթվածնի բոլոր երկտարր ​​ունեցող միացություններում թթվածինը խաղում է օքսիդացնող նյութի դեր, բացառությամբ ֆտորով միացությունների (տես ստորև #թթվածնի ֆտորիդներ):

Թթվածինը ձևավորում է պերօքսիդներ, որոնց օքսիդացման աստիճանը թթվածնի ատոմի ձևականորեն հավասար է -1-ի:

Օրինակ, պերօքսիդները արտադրվում են այրման միջոցով ալկալիական մետաղներթթվածնի մեջ.

2Na + O2 = Na2O2

Որոշ օքսիդներ կլանում են թթվածինը.

2BaO + O2 = 2BaO2

Ա. Ն. Բախի և Կ. Օ. Էնգլերի կողմից մշակված այրման տեսության համաձայն, օքսիդացումը տեղի է ունենում երկու փուլով՝ միջանկյալ պերօքսիդի միացության ձևավորմամբ։ Այս միջանկյալ միացությունը կարող է մեկուսացվել, օրինակ, երբ այրվող ջրածնի բոցը սառչում է սառույցով, ջրի հետ միասին ձևավորվում է ջրածնի պերօքսիդ.

Սուպերօքսիդներում թթվածինը պաշտոնապես ունի −½ օքսիդացման վիճակ, այսինքն՝ մեկ էլեկտրոն թթվածնի երկու ատոմի համար (O−2 իոն)։ Ստացվում է պերօքսիդների և թթվածնի փոխազդեցությամբ բարձր ճնշման և ջերմաստիճանի դեպքում.

Na2O2 + O2 = 2NaO2

Կալիումի K-ն, ռուբիդիումի Rb-ն և ցեզիումը C-ները փոխազդում են թթվածնի հետ՝ առաջացնելով սուպերօքսիդներ.

Անօրգանական օզոնիդները պարունակում են O-3 իոն, որի թթվածնի օքսիդացման աստիճանը պաշտոնապես հավասար է –1/3-ի: Ստացվում է ալկալիական մետաղների հիդրօքսիդների վրա օզոնի ազդեցությամբ.

2KOH + 3O3 = 2KO3 + H2O +2O2

O2+ երկօքսիգենիլ իոնում թթվածինը պաշտոնապես ունի +½ օքսիդացման աստիճան: Ստացեք արձագանքով.

PtF6 +O2 = O2PtF6

Թթվածնի ֆտորիդներ Թթվածնի դիֆտորիդը, OF2 թթվածնի օքսիդացման աստիճանը +2, ստացվում է ալկալային լուծույթով ֆտորն անցկացնելով.

2F2 + 2NaOH = 2NaF + H2O + OF2

Թթվածնի մոնոֆտորիդը (Dioxydifluoride), O2F2, անկայուն է, թթվածնի օքսիդացման աստիճանը +1 է։ Ստացվում է ֆտորի և թթվածնի խառնուրդից −196 C ջերմաստիճանում փայլուն արտանետման մեջ.

Ֆտորի և թթվածնի խառնուրդի միջով անցնելով փայլուն արտանետում՝ որոշակի ճնշման և ջերմաստիճանի դեպքում ստացվում են ավելի բարձր թթվածնի ֆտորիդների O3F2, O4F2, O5F2 և O6F2 խառնուրդներ։

Քվանտային մեխանիկական հաշվարկները կանխատեսում են trifluorohydroxonium իոնի (անգլերեն) OF3+ կայուն գոյությունը։ Եթե ​​այս իոնն իսկապես գոյություն ունի, ապա դրանում թթվածնի օքսիդացման աստիճանը կլինի +4։

Թթվածինը աջակցում է շնչառության, այրման և քայքայման գործընթացներին:

Իր ազատ տեսքով տարրը գոյություն ունի երկու ալոտրոպ մոդիֆիկացիաներով՝ O2 և O3 (օզոն): Ինչպես հաստատվել է 1899 թվականին Պիեռ Կյուրիի և Մարիա Սկլոդովսկա-Կյուրիի կողմից, իոնացնող ճառագայթման ազդեցության տակ O2-ն անցնում է O3 ՕԶՈՆ: Օզոնը թթվածնի ալոտրոպ մոդիֆիկացիան է, որը բաղկացած է եռատոմային O3 մոլեկուլներից: Նորմալ պայմաններում՝ կապույտ գազ։ Երբ հեղուկացվում է, այն վերածվում է ինդիգո հեղուկի։ Պինդ վիճակում այն ​​մուգ կապույտ է, գրեթե սև բյուրեղներով։

CHEM.CB-VA Օզոնը հզոր օքսիդացնող նյութ է, որը շատ ավելի ռեակտիվ է, քան երկատոմային թթվածինը: Օքսիդացնում է գրեթե բոլոր մետաղները (բացառությամբ ոսկու, պլատինի և իրիդիումի) դրանց ավելի բարձր աստիճաններօքսիդացում. Օքսիդացնում է բազմաթիվ ոչ մետաղներ։ Ռեակցիայի արտադրանքը հիմնականում թթվածին է:

2Cu2+ + 2H3O+ + O3 = 2Cu3+ + 3H2O + O2

Օզոնը մեծացնում է օքսիդների օքսիդացման վիճակը.

NO + O3 = NO2 + O2

Այս ռեակցիան ուղեկցվում է քիմիլյումինեսցենտությամբ։ Ազոտի երկօքսիդը կարող է օքսիդացվել մինչև ազոտային անհիդրիդ.

2NO2 + O3 = N2O5 + O2

Օզոնը նորմալ ջերմաստիճանում արձագանքում է ածխածնի հետ՝ առաջացնելով ածխաթթու գազ.

2C +2O3 = 2CO2 + O2

Օզոնը չի փոխազդում ամոնիումի աղերի հետ, բայց փոխազդում է ամոնիակի հետ՝ ձևավորելով ամոնիումի նիտրատ.

2NH3 + 4O3 = NH4NO3 + 4O2 + H2O

Օզոնը փոխազդում է ջրածնի հետ՝ առաջացնելով ջուր և թթվածին.

O3 + H2 = O2 + H2O

Օզոնը փոխազդում է սուլֆիդների հետ՝ առաջացնելով սուլֆատներ.

PbS + 4O3 = PbSO4 + 4O2

Օզոնը կարող է օգտագործվել ծծմբաթթուև՛ տարրական ծծմբից, և՛ ծծմբի երկօքսիդից.

S + H2O + O3 = H2SO4

3SO2 + 3H2O + O3 = 3H2SO4

Օզոնի բոլոր երեք թթվածնի ատոմները կարող են առանձին արձագանքել անագի քլորիդի հետ աղաթթուև օզոն.

3SnCl2 + 6HCl + O3 = 3SnCl4 + 3H2O

Գազային փուլում օզոնը փոխազդում է ջրածնի սուլֆիդի հետ՝ առաջացնելով ծծմբի երկօքսիդ.

H2S + O3 = SO2 + H2O

IN ջրային լուծույթՋրածնի սուլֆիդի հետ տեղի են ունենում երկու մրցակցային ռեակցիաներ՝ մեկը տարրական ծծմբի, մյուսը՝ ծծմբաթթվի ձևավորմամբ.

H2S + O3 = S + O2 + H2O

3H2S + 4O3 = 3H2SO4

Սառը անջուր պերքլորաթթվի մեջ յոդի լուծույթը օզոնով մշակելով՝ յոդ (III) պերքլորատ կարելի է ստանալ.

I2 + 6HClO4 +O3 = 2I(ClO4)3 + 3H2O

Պինդ նիտրիլային պերքլորատ կարելի է ստանալ գազային NO2, ClO2 և O3 ռեակցիայի միջոցով.

2NO2 + 2ClO2 + 2O2 = 2NO2ClO4 + O2

Օզոնը կարող է մասնակցել այրման ռեակցիաներին, մինչդեռ այրման ջերմաստիճանը ավելի բարձր է, քան երկատոմային թթվածնի դեպքում.

3C3N2 + 4O3 = 12CO + 3N2

Օզոնը կարող է մտնել քիմիական ռեակցիաներև ցածր ջերմաստիճաններում: 77 Կ (-196 °C) ատոմային ջրածինը փոխազդում է օզոնի հետ՝ ձևավորելով սուպերօքսիդի ռադիկալ՝ վերջինիս դիմերիզացմամբ.

H + O3 = HO2: + Օ

2HO2. = H2O2 +O2

Օզոնը կարող է առաջացնել անօրգանական օզոնիդներ, որոնք պարունակում են O3− անիոն: Այս միացությունները պայթուցիկ են և կարող են պահպանվել միայն ցածր ջերմաստիճանում: Հայտնի են բոլոր ալկալիական մետաղների (բացառությամբ Ֆրանսիայի) օզոնիդները։ KO3, RbO3 և CsO3 կարելի է ստանալ համապատասխան գերօքսիդներից.

KO2 + O3 = KO3 + O2

Կալիումի օզոնիդը կարելի է ձեռք բերել կալիումի հիդրօքսիդից մեկ այլ եղանակով.

2KOH + 5O3 = 2KO3 + 5O2 + H2O

NaO3 և LiO3 կարելի է ստանալ CsO3-ի ազդեցությամբ հեղուկ ամոնիակ NH3-ում Na+ կամ Li+ իոններ պարունակող իոնափոխանակման խեժերի վրա.

CsO3 + Na+ = Cs+ + NaO3

Ամոնիակում կալցիումի լուծույթի օզոնով բուժումը հանգեցնում է ամոնիումի օզոնիդի ձևավորմանը, այլ ոչ կալցիումի.

3Ca + 10NH3 + 7O3 = Ca * 6NH3 + Ca(OH)2 + Ca(NO3)2 + 2NH4O3 + 3O2 + 2H2O

Օզոնը կարող է օգտագործվել ջրից մանգան հեռացնելու համար, որպեսզի ձևավորվի նստվածք, որը կարող է առանձնացվել զտման միջոցով.

2Mn2+ + 2O3 + 4H2O = 2MnO(OH)2 + 2O2 + 4H+

Օզոնը թունավոր ցիանիդները վերածում է ոչ այնքան վտանգավոր ցիանատների.

CN- + O3 = CNO- + O2

Օզոնը կարող է ամբողջությամբ քայքայել միզանյութը.

(NH2)2CO + O3 = N2 + CO2 + 2H2O

Օզոնի փոխազդեցությունը օրգանական միացություններցածր ջերմաստիճաններում ակտիվացված կամ երրորդական ածխածնի ատոմով հանգեցնում է համապատասխան հիդրոտրիօքսիդների:

ՍՏԱՆԱԼՈՒՄ. Օզոնը ձևավորվում է բազմաթիվ գործընթացներում, որոնք ուղեկցվում են ատոմային թթվածնի արտազատմամբ, օրինակ՝ պերօքսիդների քայքայման, ֆոսֆորի օքսիդացման և այլնի ժամանակ։

Արդյունաբերության մեջ այն ստացվում է օդից կամ օզոնիզատորների թթվածնից՝ էլեկտրական լիցքաթափման ազդեցությամբ։ O3-ն ավելի հեշտ է հեղուկանում, քան O2-ը և, հետևաբար, հեշտ է առանձնացնել: Բժշկության մեջ օզոնային թերապիայի համար օզոնը ստացվում է միայն մաքուր թթվածնից: Երբ օդը ճառագայթվում է կոշտ ուլտրամանուշակագույն ճառագայթմամբ, առաջանում է օզոն: Նույն գործընթացը տեղի է ունենում մթնոլորտի վերին շերտերում, որտեղ, ազդեցության տակ արեւային ճառագայթումօզոնային շերտի ձևավորում և պահպանում.

Լաբորատորիայում օզոնը կարելի է ստանալ՝ սառեցված խտացված ծծմբաթթվին բարիումի պերօքսիդի հետ արձագանքելով.

3H2SO4 + 3BaO2 = 3BaSO4 + O3 + 3H2O

Պերօքսիդները բարդ նյութեր են, որոնցում թթվածնի ատոմները միացված են միմյանց: Պերօքսիդները հեշտությամբ ազատում են թթվածին: Անօրգանական նյութերի համար խորհուրդ է տրվում օգտագործել պերօքսիդ տերմինը, օրգանական նյութերի համար այսօր ռուսերենում հաճախ օգտագործվում է պերօքսիդ տերմինը։ Շատ օրգանական նյութերի պերօքսիդները պայթյունավտանգ են (ացետոնի պերօքսիդ), մասնավորապես, դրանք հեշտությամբ ձևավորվում են ֆոտոքիմիապես, երբ եթերները երկար ժամանակ լուսավորվում են թթվածնի առկայությամբ: Հետևաբար, թորումից առաջ շատ եթերներ (դիէթիլային եթեր, տետրահիդրոֆուրան) պահանջում են պերօքսիդների բացակայության փորձարկում:

Պերօքսիդները դանդաղեցնում են սպիտակուցի սինթեզը բջջում:

Կախված կառուցվածքից՝ առանձնանում են պատշաճ պերօքսիդներ, գերօքսիդներ և անօրգանական օզոնիդներ։ Անօրգանական պերօքսիդներ երկուական կամ բարդ միացություններհայտնի է գրեթե բոլոր տարրերով: Ալկալային պերօքսիդներ և հողալկալային մետաղներարձագանքում է ջրի հետ՝ առաջացնելով համապատասխան հիդրօքսիդ և ջրածնի պերօքսիդ։

Օրգանական պերօքսիդները բաժանվում են դիալկիլ պերօքսիդների, ալկիլ հիդրոպերօքսիդների, դիացիլ պերօքսիդների, ացիլ հիդրոպերօքսիդների (պերօքսոկարբոքսիլաթթուներ) և ցիկլային պերօքսիդների։ Օրգանական պերօքսիդները ջերմային առումով անկայուն են և հաճախ պայթյունավտանգ: Օգտագործվում է որպես ազատ ռադիկալների աղբյուր օրգանական սինթեզի և արդյունաբերության մեջ

Հալոգեններ (հալիդներ) - հալոգենների միացություններ այլ քիմիական տարրերի կամ ռադիկալների հետ: Այս դեպքում միացության մեջ ներառված հալոգենը պետք է լինի էլեկտրաբացասական; Այսպիսով, բրոմի օքսիդը հալոգեն չէ:

Համաձայն միացության մեջ ներգրավված հալոգենի՝ հալոգենիդները կոչվում են նաև ֆտորիդներ, քլորիդներ, բրոմիդներ, յոդիդներ և աստատիդներ։ Արծաթի հալոգենիդները առավել հայտնի են այս անունով՝ ֆիլմի արծաթի հալոգենային լուսանկարչության զանգվածային տարածման շնորհիվ:

Հալոգենների միացությունները միմյանց միջև կոչվում են ինտերհալիդներ կամ միջհալոգեն միացություններ (օրինակ՝ յոդի պենտաֆտորիդ IF5):

Հալոգեններում հալոգենն ունի բացասական աստիճանօքսիդացում, և տարրը դրական է:

Հալոգեն իոնը բացասաբար լիցքավորված հալոգենի ատոմ է։

ՍԱՀՄԱՆՈՒՄ

Թթվածին- Պարբերական աղյուսակի ութերորդ տարրը: Նշումը - O լատիներեն «oxygenium» բառից: Գտնվում է երկրորդ շրջանում՝ VIA խումբ. Վերաբերում է ոչ մետաղներին։ Միջուկային լիցքը 8 է։

Թթվածինը երկրակեղևի ամենաառատ տարրն է: Ազատ վիճակում այն ​​գտնվում է մթնոլորտային օդում, կապակցված վիճակում այն ​​ջրի, հանքանյութերի, ապարների և բոլոր այն նյութերի մի մասն է, որոնցից կառուցված են բուսական և կենդանական օրգանիզմները։ Թթվածնի զանգվածային բաժինը երկրի ընդերքըկազմում է մոտ 47%:

Որպես պարզ նյութ՝ թթվածինը անգույն, առանց հոտի գազ է։ Այն օդից մի փոքր ավելի ծանր է. 1 լիտր թթվածնի զանգվածը նորմալ պայմաններում կազմում է 1,43 գ, իսկ օդի 1 լիտրը՝ 1,293 գ։ Թթվածինը լուծվում է ջրում, թեև փոքր քանակությամբ՝ 100 ծավալ ջուրը 0 o C-ում լուծում է 4,9, իսկ 20 o C-ում՝ 3,1 ծավալ թթվածին։

Թթվածնի ատոմային և մոլեկուլային քաշը

ՍԱՀՄԱՆՈՒՄ

Հարաբերական ատոմային զանգվածԱ ռնյութի ատոմի մոլային զանգվածն է՝ բաժանված 1/12-ի մոլային զանգվածածխածնի ատոմ-12 (12 C):

Ատոմային թթվածնի հարաբերական ատոմային զանգվածը 15,999 ամու է։

ՍԱՀՄԱՆՈՒՄ

Հարաբերական մոլեկուլային քաշը M rմոլեկուլի մոլային զանգվածն է, որը վերաբերում է ածխածնի 12 ատոմի մոլային զանգվածի 1/12-ին (12 C):

Սա անչափ մեծություն է, հայտնի է, որ թթվածնի մոլեկուլը երկատոմիկ է՝ O 2 ։ Թթվածնի մոլեկուլի հարաբերական մոլեկուլային քաշը հավասար կլինի.

M r (O 2) \u003d 15,999 × 2 ≈32:

Ալոտրոպիա և թթվածնի ալոտրոպային փոփոխություններ

Թթվածինը կարող է գոյություն ունենալ երկու ալոտրոպ մոդիֆիկացիաների տեսքով՝ թթվածին O 2 և օզոն O 3 ( ֆիզիկական հատկություններվերը նկարագրված թթվածին):

ժամը նորմալ պայմաններօզոնը գազ է. Այն կարող է առանձնացվել թթվածնից ուժեղ սառեցման միջոցով; օզոնը խտանում է կապույտ հեղուկի մեջ, որը եռում է (-111,9 o C):

Ջրում օզոնի լուծելիությունը շատ ավելի մեծ է, քան թթվածինը. 100 ծավալ ջուրը 0 o C-ում լուծում է 49 ծավալ օզոն:

Թթվածնից օզոնի ձևավորումը կարող է արտահայտվել հետևյալ հավասարմամբ.

3O 2 \u003d 2O 3 - 285 կՋ:

Թթվածնի իզոտոպներ

Հայտնի է, որ բնության մեջ թթվածինը կարող է լինել երեք իզոտոպների տեսքով՝ 16 O (99,76%), 17 O (0,04%) և 18 O (0,2%)։ Նրանց զանգվածային թիվը համապատասխանաբար 16, 17 և 18 է։ Թթվածնի 16 O իզոտոպի ատոմի միջուկը պարունակում է ութ պրոտոն և ութ նեյտրոն, իսկ 17 O և 18 O իզոտոպները պարունակում են նույն թվով պրոտոններ՝ համապատասխանաբար ինը և տասը նեյտրոններ։

Կան թթվածնի տասներկու ռադիոակտիվ իզոտոպներ՝ 12-ից 24 զանգվածային թվերով, որոնցից ամենակայուն իզոտոպը 15 O-ն է՝ 120 վրկ կիսամյակ։

թթվածնի իոններ

Թթվածնի ատոմի արտաքին էներգիայի մակարդակում կան վեց էլեկտրոններ, որոնք վալենտ են.

1s 2 2s 2 2p 4.

Թթվածնի ատոմի կառուցվածքը ներկայացված է ստորև.

Քիմիական փոխազդեցության արդյունքում թթվածինը կարող է կորցնել իր վալենտային էլեկտրոնները, այսինքն. լինել նրանց դոնոր, և վերածվել դրական լիցքավորված իոնների կամ ընդունել էլեկտրոններ մեկ այլ ատոմից, այսինքն. լինել դրանց ընդունող և վերածվել բացասական լիցքավորված իոնների.

O 0 +2e → O 2-;

Մոտ 0 -1e → Մոտ 1+։

Թթվածնի մոլեկուլ և ատոմ

Թթվածնի մոլեկուլը բաղկացած է երկու ատոմից՝ O 2 ։ Ահա մի քանի հատկություններ, որոնք բնութագրում են թթվածնի ատոմը և մոլեկուլը.

Խնդիրների լուծման օրինակներ

ՕՐԻՆԱԿ 1

Երկրի ընդերքը 50% թթվածին է։ Տարրը առկա է նաև հանքանյութերում՝ աղերի և օքսիդների տեսքով։ Թթվածինը կապված ձևով ներառված է կազմի մեջ (տարրի տոկոսը կազմում է մոտ 89%)։ Թթվածինը առկա է նաև բոլոր կենդանի օրգանիզմների և բույսերի բջիջներում։ Թթվածինը օդում գտնվում է ազատ վիճակում՝ O2-ի և նրա ալոտրոպային ձևափոխման՝ օզոնի O3-ի տեսքով և զբաղեցնում է նրա բաղադրության հինգերորդ մասը,

Թթվածնի ֆիզիկական և քիմիական հատկությունները

Oxygen O2-ը անգույն, անհամ և հոտ չունեցող գազ է։ Մի փոքր լուծվում է ջրում, եռում է (-183) °C ջերմաստիճանում։ Հեղուկի տեսքով թթվածինը կապույտ գույն ունի, պինդ վիճակում տարրը կազմում է կապույտ բյուրեղներ։ Թթվածինը հալվում է (-218,7) °C ջերմաստիճանում։

Հեղուկ թթվածին սենյակային ջերմաստիճանում

Երբ տաքանում է, թթվածինը փոխազդում է տարբեր պարզ նյութերի (մետաղների և ոչ մետաղների) հետ, որի արդյունքում առաջանում են օքսիդներ՝ թթվածնով տարրերի միացություններ։ Քիմիական տարրերի փոխազդեցությունը թթվածնի հետ կոչվում է օքսիդացման ռեակցիա։ Ռեակցիայի հավասարումների օրինակներ.

4Na + О2= 2Na2O

S + O2 = SO2:

Որոշ բարդ նյութեր նույնպես փոխազդում են թթվածնի հետ՝ ձևավորելով օքսիդներ.

CH4 + 2O2 \u003d CO2 + 2H2O

2СО + О2 = 2СО2

թթվածին որպես քիմիական տարրստացված լաբորատորիաներում և արդյունաբերական ձեռնարկություններում։ լաբորատորիայում մի քանի ձևով.

• տարրալուծում (կալիումի քլորատ);
• ջրածնի պերօքսիդի տարրալուծումը, երբ նյութը ջեռուցվում է մանգանի օքսիդի առկայությամբ որպես կատալիզատոր.
• կալիումի պերմանգանատի տարրալուծում.

Թթվածնի այրման քիմիական ռեակցիա

Մաքուր թթվածինը չունի հատուկ հատկություններ, որոնք չունի մթնոլորտի թթվածինը, այսինքն՝ ունի նույն քիմիական և ֆիզիկական հատկությունները։ Օդը հինգ անգամ ավելի քիչ թթվածին է պարունակում, քան մաքուր թթվածնի նույն ծավալը։ Օդում թթվածինը խառնվում է մեծ քանակությամբ ազոտի հետ՝ գազ, որն ինքն իրեն չի այրում և չի ապահովում այրումը։ Հետևաբար, եթե բոցի մոտ գտնվող օդում թթվածինը արդեն սպառվել է, ապա թթվածնի հաջորդ մասը կճեղքի ազոտի և այրման արտադրանքի միջով: Հետևաբար, մթնոլորտում թթվածնի ավելի բուռն այրումը բացատրվում է այրման վայր թթվածնի ավելի արագ մատակարարմամբ: Ռեակցիայի ընթացքում թթվածինը այրվող նյութի հետ միացնելու գործընթացն իրականացվում է ավելի եռանդուն և ավելի շատ ջերմություն է արտանետվում։ Որքան ավելի շատ թթվածին է մատակարարվում այրվող նյութին մեկ միավոր ժամանակում, այնքան վառվում է բոցը, այնքան բարձր է ջերմաստիճանը և այնքան ուժեղ է այրման գործընթացը:

Ինչպե՞ս է տեղի ունենում թթվածնի այրման ռեակցիան: Սա կարելի է ստուգել փորձով: Հարկավոր է վերցնել գլանն ու տակնուվրա անել, ապա մխոցի տակ դնել ջրածնի խողովակ։ Ջրածինը, որը օդից թեթև է, ամբողջությամբ կլցնի մխոցը։ Մխոցի բաց հատվածի մոտ անհրաժեշտ է բոցավառել ջրածինը և բոցի միջով դրա մեջ մտցնել ապակե խողովակ, որով հոսում է գազային թթվածին։ Խողովակի վերջում կրակ կբռնկվի, մինչդեռ բոցը հանգիստ կվառվի ջրածնով լցված բալոնի ներսում: Ռեակցիայի ընթացքում այրվում է ոչ թե թթվածինը, այլ ջրածինը խողովակից փոքր քանակությամբ թթվածնի առկայության դեպքում:

Ի՞նչ է ստացվում ջրածնի այրումից և ինչպիսի՞ օքսիդ է առաջանում: Ջրածինը օքսիդացվում է ջրի մեջ: Խտացրած ջրի գոլորշիների կաթիլները աստիճանաբար նստում են մխոցի պատերին։ Թթվածնի մեկ մոլեկուլով օքսիդանում է ջրածնի երկու մոլեկուլ, և առաջանում է ջրի երկու մոլեկուլ։ Ռեակցիայի հավասարումը.

2Н2 + O2 → 2Н2O

Եթե ​​թթվածինը դանդաղորեն դուրս է հոսում խողովակից, այն ամբողջությամբ այրվում է ջրածնի մթնոլորտում, և փորձն անցնում է հարթ:

Հենց թթվածնի պաշարն այնքան է մեծանում, որ այն ժամանակ չի ունենում ամբողջությամբ այրվելու, դրա մի մասը դուրս է գալիս բոցից այն կողմ, որտեղ ձևավորվում են ջրածնի և թթվածնի խառնուրդի գրպաններ և առանձին, պայթյունանման փոքրիկ բռնկումներ։ հայտնվել. Թթվածնի և ջրածնի խառնուրդը պայթուցիկ գազ է։

Երբ պայթուցիկ գազը բռնկվում է, տեղի է ունենում ուժեղ պայթյուն՝ երբ թթվածինը միանում է ջրածնի հետ, առաջանում է ջուր և առաջանում է բարձր ջերմաստիճան։ Շրջապատող գազերով ջրի գոլորշիները մեծապես ընդլայնվում են, առաջանում է մեծ ճնշում, որի ժամանակ կարող է պայթել ոչ միայն փխրուն գլան, այլև ավելի դիմացկուն անոթ: Հետեւաբար, անհրաժեշտ է աշխատել պայթուցիկ խառնուրդի հետ ծայրահեղ զգուշությամբ:

Այրման ընթացքում թթվածնի սպառումը

Փորձի համար 3 ​​լիտր ծավալով ապակե բյուրեղացնող սարքը պետք է լցնել 2/3-ով ջրով և ավելացնել մեկ ճաշի գդալ կաուստիկ սոդա կամ կաուստիկ կալիում։ Գունավորեք ջուրը ֆենոլֆթալեինով կամ այլ հարմար ներկով: Ավազը լցնել փոքրիկ կոլբայի մեջ և մեջը ուղղահայաց մետաղալար մտցնել՝ ծայրում ամրացված բամբակյա բուրդով: Կոնը տեղադրվում է ջրով բյուրեղացնողի մեջ։ Բամբակյա բուրդը մնում է լուծույթի մակերեւույթից 10 սմ բարձրության վրա։

Թեթև թրջեք բամբակը սպիրտով, յուղով, հեքսանով կամ այլ դյուրավառ հեղուկով և վառեք այն։ Այրվող բամբակյա բուրդը զգուշորեն ծածկեք 3 լիտրանոց շշով և իջեցրեք այն ալկալային լուծույթի մակերեսից ցած։ Այրման գործընթացում թթվածինը անցնում է ջրի մեջ և. Ռեակցիայի արդյունքում շշի մեջ ալկալային լուծույթը բարձրանում է։ Բամբակյա բուրդը շուտով դուրս կգա: Շիշը պետք է զգուշորեն տեղադրվի բյուրեղացնողի հատակին: Տեսականորեն շիշը պետք է լցված լինի 1/5-ով, քանի որ օդը պարունակում է 20,9% թթվածին։ Այրման ընթացքում թթվածինը անցնում է ջրի մեջ և ածխածնի երկօքսիդ CO2, որը կլանվում է ալկալիներով: Ռեակցիայի հավասարումը.

2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O

Գործնականում այրումը կդադարի մինչև ամբողջ թթվածինը սպառվի. թթվածնի մի մասն անցնում է ածխածնի մոնօքսիդի մեջ, որը չի ներծծվում ալկալիների կողմից, իսկ օդի մի մասը ջերմային ընդարձակման արդյունքում դուրս է գալիս շիշից։

Ուշադրություն. Մի փորձեք ինքներդ կրկնել այս փորձերը: