Թթվածինն ունի բարձր քիմիական ակտիվություն։ Շատ նյութեր սենյակային ջերմաստիճանում արձագանքում են թթվածնի հետ։ Այսպիսով, օրինակ, խնձորի թարմ կտրվածքը արագորեն ձեռք է բերում շագանակագույն գույն, դա պայմանավորված է խնձորի մեջ պարունակվող օրգանական նյութերի և օդում պարունակվող թթվածնի միջև քիմիական ռեակցիաներով:

Պարզ նյութերի հետ թթվածինը, որպես կանոն, արձագանքում է տաքացնելիս։ Նյութերը այրելու համար մետաղական գդալի մեջ դնում ենք ածուխի կտոր, շիկացած տաքացնում սպիրտային լամպի կրակի մեջ և իջեցնում թթվածնով տարայի մեջ։ Մենք դիտում ենք թթվածնի մեջ ածխի վառ այրումը: Ածուխը պարզ նյութ է, որը կազմված է ածխածնի տարրից։ Թթվածնի ռեակցիան ածխածնի հետ առաջացնում է ածխաթթու գազ:

C + O2 = CO2

Հարկ է նշել, որ շատ քիմիական նյութեր ունեն չնչին անուններ: Ածխածնի երկօքսիդը նյութի աննշան անուն է: Օգտագործվում են նյութերի աննշան անուններ Առօրյա կյանք, որոնցից շատերը հնագույն են։ Օրինակ՝ խմորի սոդա, Բերտոլե աղ։ Սակայն յուրաքանչյուր քիմիական նյութ ունի նաև սիստեմատիկ քիմիական անվանում, որի կազմումը կարգավորվում է միջազգային կանոններով՝ սիստեմատիկ քիմիական նոմենկլատուրա։ Այսպիսով, ածխաթթու գազը ունի համակարգված անվանում ածխածնի երկօքսիդ (IV):

Ածխածնի երկօքսիդը բարդ նյութ է, երկուական միացություն, որը ներառում է թթվածին։

Նյութեր այրելու համար գդալի մեջ ծծումբ ենք լցնում և տաքացնում։ Ծծումբը հալվում է, հետո բռնկվում։ Օդում ծծումբը այրվում է գունատ, գրեթե աննկատ կապույտ բոցով։ Մենք ծծումբ ենք ներմուծում թթվածնով անոթի մեջ - ծծումբը այրվում է վառ կապույտ բոցով: Ծծմբի և թթվածնի արձագանքում առաջանում է ծծմբի երկօքսիդ.

S + O2 = SO2

Ծծմբի երկօքսիդը, ինչպես ածխաթթու գազը, պատկանում է օքսիդների խմբին։ Դա ծծմբի օքսիդ է(IV) անգույն գազ է՝ սուր սուր հոտով։

Հիմա եկեք թթվածնով անոթի մեջ ավելացնենք վառված կարմիր ֆոսֆոր։ Ֆոսֆորն այրվում է վառ, շլացուցիչ բոցով։ Անոթը լցված է սպիտակ ծխով։ Սպիտակ ծուխը ռեակցիայի արտադրանք է, մանր մասնիկ ֆոսֆորի (V) օքսիդ:

4P + 5O2 = 2P2O5

Ոչ միայն ոչ մետաղները կարող են այրվել թթվածնի մեջ։ Մետաղները նույնպես ակտիվորեն փոխազդում են թթվածնի հետ։ Օրինակ՝ մագնեզիումը այրվում է թթվածնում և օդում՝ շլացուցիչ սպիտակ բոցով։ Ռեակցիայի արտադրանքն է մագնեզիումի օքսիդ.

2Mg + O2 = 2MgO

Փորձենք այրել երկաթը թթվածնի մեջ։ Սպիրտային լամպի բոցի մեջ պողպատե մետաղալար ենք տաքացնում և արագ իջեցնում թթվածնով անոթի մեջ։ Երկաթը այրվում է թթվածնի մեջ՝ առաջացնելով բազմաթիվ կայծեր։ Ռեակցիայի արդյունքում առաջացող նյութը կոչվում է երկաթի օքսիդ.

3Fe + 2O2 = Fe3O4:

Բենգալյան կրակի այրման ժամանակ առաջացած կայծերի շղթաները բացատրվում են երկաթի փոշու այրմամբ, որը հանդիսանում է այս պիրոտեխնիկական արտադրանքի մի մասը:

Դիտարկված ռեակցիաներից հետո կարելի է կարևոր եզրակացություններ անել. թթվածինը փոխազդում է ինչպես մետաղների, այնպես էլ ոչ մետաղների հետ. հաճախ այդ ռեակցիաները ուղեկցվում են նյութերի այրմամբ։ Պարզ նյութերով թթվածնի ռեակցիայի արգասիքներն են օքսիդներ.

Խնդրում ենք նկատի ունենալ, որ երբ թթվածինը փոխազդում է պարզ նյութերի` մետաղների և ոչ մետաղների հետ, առաջանում են բարդ նյութեր` օքսիդներ: Այս տեսակի քիմիական ռեակցիան կոչվում է կապի ռեակցիաներ.

Միացման ռեակցիա - ռեակցիա, որի ժամանակ առաջանում են երկու կամ ավելի քիչ բարդ նյութեր, որոնց արդյունքում առաջանում են ավելի բարդ նյութեր.

Թթվածնի փոխազդեցությունը բարդ նյութերի հետ

Թթվածինն ընդունակ է արձագանքել բարդ նյութերի հետ։ Որպես օրինակ դիտարկենք կենցաղային գազի այրման ժամանակ տեղի ունեցող ռեակցիան, որը բաղկացած է մեթան CH4.

Ըստ վառարանի այրիչում մեթանի այրման՝ կարելի է եզրակացնել, որ ռեակցիան ընթանում է էներգիայի արտազատմամբ՝ ջերմության և լույսի տեսքով։ Որոնք են այս ռեակցիայի արտադրանքը:

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O:

Ռեակցիայի արտադրանքները օքսիդներ են՝ ածխածնի երկօքսիդ (ածխածնի (IV) օքսիդ) և ջուր (ջրածնի օքսիդ):

Թթվածնի ռեակցիայի մեջ պիրիտ FeS2 (երկաթի և ծծմբի կարևոր միներալ) հետ ստացվում են ծծմբի և երկաթի օքսիդներ։ Ռեակցիան տեղի է ունենում, երբ տաքացվում է.

4FeS2 + 11O2 = 8SO2 + 2Fe2O3

Օքսիդացում - այրում և դանդաղ օքսիդացում

Այրում- սա առաջինն է քիմիական ռեակցիաոր անձը հանդիպել է. Կրակ... Հնարավո՞ր է պատկերացնել մեր գոյությունն առանց կրակի։ Նա մտավ մեր կյանք, դարձավ անբաժան նրանից։ Առանց կրակի մարդը չի կարող ուտելիք, պողպատ պատրաստել, առանց դրա տրանսպորտն անհնար է։ Կրակը դարձել է մեր ընկերն ու դաշնակիցը, փառավոր գործերի, բարի գործերի խորհրդանիշը, անցյալի հիշողությունը։

Քիմիական տեսակետից՝ այրումը- Սա քիմիական ռեակցիա է, որն ուղեկցվում է տաք գազերի հոսքի և էներգիայի արտազատմամբ՝ ջերմության և լույսի տեսքով։ Կարելի է ասել, որ թթվածինը, արձագանքելով պարզ նյութերի հետ, օքսիդացնում է դրանք.

Պարզ նյութ + Թթվածնի օքսիդացում → Օքսիդացման արտադրանք (օքսիդներ) + Էներգիա.

Նյութերի օքսիդացումը չի կարող ուղեկցվել այրմամբ, այսինքն՝ բոցի արձակմամբ։ Նման գործընթացները կոչվում են դանդաղ օքսիդացում: Դանդաղ օքսիդացումը թթվածնի հետ նյութերի աստիճանական փոխազդեցության գործընթաց է, ջերմության դանդաղ արտազատմամբ, որը չի ուղեկցվում այրմամբ։ Այսպիսով, օրինակ, ածխածնի երկօքսիդը ձևավորվում է ոչ միայն թթվածնի մեջ ածխածնի այրման, այլև դանդաղ օքսիդացման ժամանակ. օրգանական նյութերօդի թթվածին (փտում, քայքայում):

• Թթվածնի հետ պարզ նյութերի արձագանքում. օքսիդներ
• Պարզ նյութերի ռեակցիաները թթվածնի հետ, որպես կանոն, ընթանում են տաքացնելիս
• Պարզ նյութերի ռեակցիաները թթվածնի հետբարդ ռեակցիաներ են
• Չնչին անուններ քիմիական նյութերչեն արտացոլում նյութերի քիմիական բաղադրությունը, օգտագործվում են առօրյա պրակտիկայում, դրանցից շատերը պատմականորեն զարգացել են
• Քիմիական նյութերի համակարգային անվանումները արտացոլում են նյութի քիմիական բաղադրությունը, համապատասխանում են միջազգային համակարգային անվանացանկին
• Միացման ռեակցիա- ռեակցիա, որի ժամանակ երկու կամ ավելի քիչ բարդ նյութերից առաջանում են ավելի բարդ նյութեր
• Թթվածինն ընդունակ է արձագանքել բարդ նյութերի հետ
• Այրում- քիմիական ռեակցիա, որն ուղեկցվում է էներգիայի արտազատմամբ ջերմության և լույսի տեսքով
• դանդաղ օքսիդացում- նյութերի աստիճանական փոխազդեցության գործընթացը թթվածնի հետ, ջերմության դանդաղ արտանետմամբ, որը չի ուղեկցվում այրմամբ.

8 O 1s 2 2s 2 2p 4; A r = 15.999 Իզոտոպներ՝ 16 O (99.759%); 17 O (0.037%); 18 O (0.204%); EO - 3.5

Քլարկը ներս երկրի ընդերքը 47% քաշով; հիդրոսֆերայում 85,82% քաշով; մթնոլորտում 20,95% ծավալով։

Ամենատարածված տարրը.

Տարրը գտնելու ձևերը՝ ա) ազատ ձևով՝ O 2, O 3;

բ) կապված ձևով՝ O 2- անիոններ (հիմնականում)

Թթվածինը տիպիկ ոչ մետաղական, p-տարր է: Վալենտություն = II; օքսիդացման վիճակ -2 (բացառությամբ H 2 O 2, OF 2, O 2 F 2)

O 2-ի ֆիզիկական հատկությունները

Մոլեկուլային թթվածին O 2 at նորմալ պայմաններգտնվում է գազային վիճակում, չունի գույն, հոտ և համ, փոքր-ինչ լուծելի է ջրում։ Ճնշման տակ խորը սառչելիս այն խտանում է գունատ կապույտ հեղուկի (Tbp - 183 ° C), որը -219 ° C-ում վերածվում է կապույտ բյուրեղների. կապույտ գույն.

Ինչպես կարելի է ստանալ

1. Բնության մեջ թթվածին առաջանում է ֆոտոսինթեզի գործընթացում mCO 2 + nH 2 O → mO 2 + Cm (H 2 O) n.

2. Արդյունաբերական արտադրություն

ա) հեղուկ օդի ուղղում (N 2-ից անջատում).

բ) ջրի էլեկտրոլիզ՝ 2H 2 O → 2H 2 + O 2

3. Լաբորատորիայում ստացվում են աղերի ջերմային ռեդոքսային տարրալուծմամբ.

ա) 2KSlO 3 \u003d 3O 2 + 2KCI

բ) 2KMnO 4 \u003d O 2 + MnO 2 + K 2 MnO 4

գ) 2KNO 3 \u003d O 2 + 2KNO 2

դ) 2Cu (NO 3) O 2 \u003d O 2 + 4NO 2 + 2CuO

ե) 2AgNO 3 \u003d O 2 + 2NO 2 + 2Ag

4. Հերմետիկ փակ սենյակներում և ինքնավար շնչառական ապարատներում թթվածին ստացվում է ռեակցիայի միջոցով.

2Na 2 O 2 + 2СO 2 \u003d O 2 + 2Na 2 CO 3

Թթվածնի քիմիական հատկությունները

Թթվածինը ուժեղ օքսիդացնող նյութ է: Քիմիական ակտիվությամբ այն զիջում է միայն ֆտորին։ Միացություններ է կազմում բոլոր տարրերով, բացի He-ից, Ne-ից և Ar-ից: Ուղղակիորեն փոխազդում է պարզ նյութերի մեծ մասի հետ նորմալ պայմաններում կամ տաքացնելիս, ինչպես նաև կատալիզատորների առկայության դեպքում (բացառությամբ Au, Pt, Hal 2, ազնիվ գազերի): O 2-ի հետ կապված ռեակցիաները շատ դեպքերում էկզոթերմիկ են, հաճախ ընթանում են այրման ռեժիմով, երբեմն՝ պայթյունով: Ռեակցիաների արդյունքում առաջանում են միացություններ, որոնցում թթվածնի ատոմները, որպես կանոն, ունեն C.O. -2:

Ալկալիական մետաղների օքսիդացում

4Li + O 2 = 2Li 2 O լիթիումի օքսիդ

2Na + O 2 \u003d Na 2 O 2 նատրիումի պերօքսիդ

K + O 2 \u003d KO 2 կալիումի սուպերօքսիդ

Բոլոր մետաղների օքսիդացում, բացի Au, Pt

Me + O 2 = Me x O y օքսիդներ

Ոչ մետաղների օքսիդացում, բացառությամբ հալոգենների և ազնիվ գազերի

N 2 + O 2 \u003d 2NO - Ք

S + O 2 \u003d SO 2;

C + O 2 \u003d CO 2;

4P + 5O 2 \u003d 2P 2 O 5

Si + O 2 \u003d SiO 2

Օքսիդացում ջրածնի միացություններոչ մետաղներ և մետաղներ

4HI + O 2 \u003d 2I 2 + 2H 2 O

2H 2 S + 3O 2 \u003d 2SO 2 + 2H 2 O

4NH 3 + 3O 2 \u003d 2N 2 + 6H 2 O

4NH 3 + 5O 2 \u003d 4NO + 6H 2 O

2PH 3 + 4O 2 \u003d P 2 O 5 + 3H 2 O

SiH 4 + 2O 2 \u003d SiO 2 + 2H 2 O

C x H y + O 2 = CO 2 + H 2 O

MeH x + 3O 2 \u003d Me x O y + H 2 O

Բազմվալենտ մետաղների և ոչ մետաղների ստորին օքսիդների և հիդրօքսիդների օքսիդացում

4FeO + O 2 \u003d 2Fe 2 O 3

4Fe(OH) 2 + O 2 + 2H 2 O = 4Fe (OH) 3

2SO 2 + O 2 = 2SO 3

4NO 2 + O 2 + 2H 2 O \u003d 4HNO 3

Մետաղների սուլֆիդների օքսիդացում

4FeS 2 + 11О 2 = 8SO 2 + 2Fe 2 О 3

Օրգանական նյութերի օքսիդացում

Բոլորը օրգանական միացություններայրվում է, երբ օքսիդանում է մթնոլորտային թթվածնով:

Նրանց մոլեկուլներում ներառված տարբեր տարրերի օքսիդացման արտադրանքներն են.

Բացի ամբողջական օքսիդացման (այրման) ռեակցիաներից, հնարավոր են նաև մասնակի օքսիդացման ռեակցիաներ։

Օրգանական նյութերի ոչ լրիվ օքսիդացման ռեակցիաների օրինակներ.

1) ալկանների կատալիտիկ օքսիդացում

2) ալկենների կատալիտիկ օքսիդացում

3) սպիրտների օքսիդացում

2R-CH 2 OH + O 2 → 2RCOH + 2H 2 O

4) ալդեհիդների օքսիդացում

Օզոն

Օզոն O 3-ն ավելի ուժեղ օքսիդացնող նյութ է, քան O 2-ը, քանի որ ռեակցիայի ընթացքում նրա մոլեկուլները քայքայվում են՝ առաջացնելով ատոմային թթվածին:

Մաքուր O 3-ը կապույտ գազ է, շատ թունավոր:

K + O 3 \u003d KO 3 կալիումի օզոնիդ, կարմիր:

PbS + 2O 3 \u003d PbSO 4 + O 2

2KI + O 3 + H 2 O \u003d I 2 + 2KOH + O 2

Վերջին ռեակցիան օգտագործվում է օզոնի որակական և քանակական որոշման համար։

Ռուսաստանի Դաշնության կրթության և գիտության նախարարություն

«ԹԹՎԱԾԻՆ»

Ավարտված:

Ստուգվում:

Թթվածնի ընդհանուր բնութագրերը.

OXYGEN (lat. Oxygenium), O (կարդալ «o»), քիմիական տարրատոմային համարով 8, ատոմային զանգված 15,9994։ IN պարբերական համակարգՄենդելեևի թթվածնի տարրերը գտնվում են VIA խմբում երկրորդ շրջանում:

Բնական թթվածինը բաղկացած է երեք կայուն նուկլիդների խառնուրդից՝ 16 զանգվածով (խառնուրդում գերակշռում է, զանգվածով 99,759%), 17 (0,037%) և 18 (0,204%) համարներով։ Չեզոք թթվածնի ատոմի շառավիղը 0,066 նմ է։ Չեզոք չգրգռված թթվածնի ատոմի արտաքին էլեկտրոնային շերտի կոնֆիգուրացիան 2s2р4 է։ Թթվածնի ատոմի հաջորդական իոնացման էներգիաները կազմում են 13,61819 և 35,118 ԷՎ, էլեկտրոնների մերձեցությունը՝ 1,467 ԷՎ։ O 2 իոնի շառավիղը գտնվում է տարբեր կոորդինացիոն թվերի վրա՝ 0,121 նմ (կոորդինացիոն թիվ 2) մինչև 0,128 նմ (կոորդինացիոն թիվ 8): Միացություններում այն ​​ցուցադրում է -2 (վալենտություն II) և ավելի հազվադեպ -1 (վալենտություն I) օքսիդացման վիճակ: Ըստ Պաուլինգի սանդղակի՝ թթվածնի էլեկտրաբացասականությունը 3,5 է (երկրորդ տեղը ոչ մետաղների մեջ ֆտորից հետո)։

Թթվածինն իր ազատ տեսքով անգույն, անհոտ և անհամ գազ է։

O 2 մոլեկուլի կառուցվածքի առանձնահատկությունները՝ մթնոլորտային թթվածինը բաղկացած է երկատոմային մոլեկուլներից։ O 2 մոլեկուլում միջատոմային հեռավորությունը 0,12074 նմ է։ Մոլեկուլային թթվածինը (գազային և հեղուկ) պարամագնիսական նյութ է, յուրաքանչյուր O 2 մոլեկուլում կա 2. չզույգված էլեկտրոն. Այս փաստը կարելի է բացատրել նրանով, որ մոլեկուլի երկու հակակապակցման օրբիտալներից յուրաքանչյուրը պարունակում է մեկ չզույգված էլեկտրոն։

O 2 մոլեկուլի ատոմների տարանջատման էներգիան բավականին բարձր է և կազմում է 493,57 կՋ/մոլ։

Ֆիզիկական և Քիմիական հատկություններ

Ֆիզիկական և քիմիական հատկություններ. ազատ ձևով այն տեղի է ունենում O 2 («սովորական» թթվածին) և O 3 (օզոն) երկու ձևափոխությունների տեսքով: O 2-ը անգույն և անհոտ գազ է: ժամը նորմալ պայմաններթթվածնի գազի խտությունը 1,42897 կգ/մ 3: Հեղուկ թթվածնի եռման կետը (հեղուկը կապույտ է) -182,9°C է։ –218,7°C-ից –229,4°C ջերմաստիճանում առկա է պինդ թթվածին խորանարդ ցանցով (-ձևափոխում), –229,4°C-ից –249,3°C ջերմաստիճանում` վեցանկյուն վանդակով և -249,3-ից ցածր ջերմաստիճաններում: ° C - խորանարդ - փոփոխություն: Պինդ թթվածնի այլ փոփոխություններ նույնպես ստացվել են բարձր ճնշման և ցածր ջերմաստիճանի դեպքում:

20°C-ում գազի O 2 լուծելիությունը կազմում է՝ 3,1 մլ 100 մլ ջրին, 22 մլ 100 մլ էթանոլին, 23,1 մլ՝ 100 մլ ացետոնի դիմաց։ Կան օրգանական ֆտոր պարունակող հեղուկներ (օրինակ՝ պերֆտորոբուտիլտետրահիդրոֆուրան), որոնցում թթվածնի լուծելիությունը շատ ավելի բարձր է։

Բարձր ուժ քիմիական կապ O2 մոլեկուլի ատոմների միջև հանգեցնում է նրան, որ սենյակային ջերմաստիճանում գազային թթվածինը քիմիապես բավականին անգործուն է: Բնության մեջ այն կամաց-կամաց փոխակերպումների մեջ է մտնում քայքայման գործընթացների ժամանակ։ Բացի այդ, սենյակային ջերմաստիճանում թթվածինը ի վիճակի է արձագանքել արյան հեմոգլոբինին (ավելի ճիշտ՝ հեմ երկաթի II-ի հետ), որն ապահովում է թթվածնի փոխանցումը շնչառական համակարգից այլ օրգաններ։

Թթվածինը առանց տաքացման փոխազդում է բազմաթիվ նյութերի հետ, օրինակ՝ ալկալային և հողալկալային մետաղներ(առաջանում են համապատասխան օքսիդներ, ինչպիսիք են Li 2 O, CaO և այլն, պերօքսիդներ, ինչպիսիք են Na 2 O2, BaO 2 և այլն, և գերօքսիդներ, ինչպիսիք են KO 2, RbO 2 և այլն), առաջացնում է ժանգի ձևավորում մակերևույթի վրա: պողպատե արտադրանք. Առանց տաքացման, թթվածինը փոխազդում է սպիտակ ֆոսֆորի, որոշ ալդեհիդների և այլ օրգանական նյութերի հետ։

Երբ տաքացվում է, թեկուզ մի փոքր, թթվածնի քիմիական ակտիվությունը կտրուկ աճում է։ Երբ բռնկվում է, այն պայթուցիկ կերպով արձագանքում է ջրածնի, մեթանի, այլ այրվող գազերի հետ, մեծ թվովպարզ և բարդ նյութեր. Հայտնի է, որ թթվածնի մթնոլորտում կամ օդում տաքացնելիս այրվում են շատ պարզ և բարդ նյութեր, և առաջանում են տարբեր օքսիդներ, օրինակ.

S + O 2 \u003d SO 2; C + O 2 \u003d CO 2

4Fe + 3O 2 \u003d 2Fe 2 O 3; 2Cu + O 2 \u003d 2CuO

4NH 3 + 3O 2 = 2N 2 + 6H 2 O; 2H 2 S + 3O 2 \u003d 2H 2 O + 2SO 2

Եթե ​​թթվածնի և ջրածնի խառնուրդը պահվում է ապակե տարայի մեջ սենյակային ջերմաստիճանում, ապա ջրի առաջացման էկզոթերմիկ ռեակցիան.

2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O + 571 կՋ

ընթանում է չափազանց դանդաղ; հաշվարկով ջրի առաջին կաթիլները պետք է հայտնվեն նավի մեջ մոտ մեկ միլիոն տարի անց: Բայց երբ պլատինը կամ պալադիումը (որոնք կատալիզատորի դեր են խաղում) ներմուծվում են այդ գազերի խառնուրդով անոթի մեջ, ինչպես նաև բռնկվելիս, ռեակցիան ընթանում է պայթյունով։

Թթվածինը փոխազդում է N 2 ազոտի հետ կա՛մ բարձր ջերմաստիճանում (մոտ 1500-2000°C), կա՛մ էլեկտրական լիցքաթափում ազոտի և թթվածնի խառնուրդի միջով: Այս պայմաններում ազոտի օքսիդը (II) շրջելիորեն ձևավորվում է.

N 2 + O 2 \u003d 2NO

Ստացված NO-ն այնուհետև փոխազդում է թթվածնի հետ՝ ձևավորելով շագանակագույն գազ (ազոտի երկօքսիդ).

2NO + O 2 = 2NO2

Ոչ մետաղներից թթվածինը ոչ մի դեպքում ուղղակիորեն չի փոխազդում հալոգենների հետ, մետաղներից՝ ազնիվ մետաղների՝ արծաթի, ոսկու, պլատինի և այլն։

Թթվածնի երկուական միացությունները, որոնցում թթվածնի ատոմների օքսիդացման աստիճանը -2 է, կոչվում են օքսիդներ (նախկին անվանումը՝ օքսիդներ)։ Օքսիդների օրինակներ՝ ածխածնի մոնօքսիդ (IV) CO 2, ծծմբի օքսիդ (VI) SO 3, պղնձի օքսիդ (I) Cu 2 O, ալյումինի օքսիդ Al 2 O 3, մանգանի օքսիդ (VII) Mn 2 O 7։

Թթվածինը նաև միացություններ է առաջացնում, որոնցում նրա օքսիդացման աստիճանը -1 է։ Սրանք պերօքսիդներ են (հին անունը պերօքսիդ է), օրինակ՝ ջրածնի պերօքսիդ H 2 O 2, բարիումի պերօքսիդ BaO 2, նատրիումի պերօքսիդ Na 2 O 2 և այլն։ Այս միացությունները պարունակում են պերօքսիդ խումբ - O - O -: Ակտիվ հետ ալկալիական մետաղներՕրինակ, կալիումի հետ թթվածինը կարող է ձևավորել նաև սուպերօքսիդներ, օրինակ՝ KO 2 (կալիումի սուպերօքսիդ), RbO 2 (ռուբիդիումի սուպերօքսիդ)։ Սուպերօքսիդներում թթվածնի օքսիդացման աստիճանը –1/2 է։ Կարելի է նշել, որ սուպերօքսիդի բանաձևերը հաճախ գրվում են K 2 O 4, Rb 2 O 4 և այլն:

Առավել ակտիվ ոչ մետաղական ֆտորով թթվածինը միացություններ է առաջացնում դրական օքսիդացման վիճակում: Այսպիսով, O 2 F 2 միացությունում թթվածնի օքսիդացման վիճակը +1 է, իսկ O 2 F միացության մեջ՝ +2։ Այս միացությունները պատկանում են ոչ թե օքսիդներին, այլ ֆտորիդներին։ Թթվածնի ֆտորիդները կարող են սինթեզվել միայն անուղղակիորեն, օրինակ՝ F 2 ֆտորով ազդելով KOH-ի նոսր ջրային լուծույթների վրա։

Հայտնաբերման պատմություն

Թթվածնի հայտնաբերման պատմությունը, ինչպես ազոտը, կապված է մի քանի դար տևած մթնոլորտային օդի ուսումնասիրության հետ։ Այն, որ օդն իր բնույթով միատարր չէ, այլ ներառում է մասեր, որոնցից մեկը ապահովում է այրումը և շնչառությունը, իսկ մյուսը՝ ոչ, հայտնի է եղել դեռևս 8-րդ դարում չինացի ալքիմիկոս Մաո Հոայի կողմից, իսկ ավելի ուշ՝ Եվրոպայում՝ Լեոնարդո դա Վինչիի կողմից։ . 1665 թվականին անգլիացի բնագետ Ռ. Հուկը գրել է, որ օդը բաղկացած է սելիտրայի մեջ պարունակվող գազից, ինչպես նաև ոչ ակտիվ գազից, որը կազմում է օդի մեծ մասը։ Այն փաստը, որ օդը պարունակում է մի տարր, որն ապահովում է կյանքը, հայտնի էր 18-րդ դարում շատ քիմիկոսների համար: Շվեդ դեղագործ և քիմիկոս Կարլ Շելեն սկսեց ուսումնասիրել օդի բաղադրությունը 1768 թվականին: Երեք տարի նա տաքացնելով քայքայեց սելիտրան (KNO 3, NaNO 3) և այլ նյութեր և ստացավ «կրակոտ օդ», որն ապահովում էր շնչառությունն ու այրումը: Բայց Շեյլին իր փորձերի արդյունքները հրապարակեց միայն 1777 թվականին «Քիմիական տրակտատ օդի և կրակի մասին» գրքում: 1774 թվականին անգլիացի քահանա և բնագետ Ջ. Փրիսթլին ստացավ այրմանը նպաստող գազ՝ տաքացնելով «այրված սնդիկը» (սնդիկի օքսիդ HgO): Փարիզում եղած ժամանակ Փրիսթլին, ով չգիտեր, որ իր ստացած գազը օդի մի մասն է, իր հայտնագործությունը զեկուցեց Ա.Լավուազիեին և այլ գիտնականների։ Այս պահին հայտնաբերվեց նաև ազոտ: 1775 թվականին Լավուազյեն եկել է այն եզրակացության, որ սովորական օդը բաղկացած է երկու գազից՝ գազից, որն անհրաժեշտ է շնչառության և այրման համար, և «հակառակ բնույթի» գազից՝ ազոտից։ Լավուազյեն այրմանն աջակցող գազը անվանել է «թթուներ առաջացնող» (հունարեն oxys- թթու և gennao - ես ծնում եմ, հետևաբար. Ռուսական անուն«թթվածին»), քանի որ այն ժամանակ նա հավատում էր, որ բոլոր թթուները պարունակում են թթվածին: Վաղուց հայտնի է, որ թթուները կարող են լինել և՛ թթվածին պարունակող, և՛ անօքսիդ, սակայն Լավուազիեի կողմից տարրին տրված անվանումը մնացել է անփոփոխ։ Գրեթե մեկուկես դար թթվածնի ատոմի զանգվածի 1/16-ը ծառայել է որպես տարբեր ատոմների զանգվածները միմյանց հետ համեմատելու միավոր և օգտագործվել տարբեր տարրերի ատոմների զանգվածների թվային բնութագրման մեջ (այդպես. - կոչվում է ատոմային զանգվածների թթվածնի սանդղակ):

Հայտնվելը բնության մեջ. թթվածինը Երկրի վրա ամենատարածված տարրն է, նրա բաժինը (որպես տարբեր միացությունների մաս, հիմնականում սիլիկատներ), կազմում է պինդ երկրակեղևի զանգվածի մոտ 47,4%-ը։ Մարինե և քաղցրահամ ջուրպարունակում են հսկայական քանակությամբ կապված թթվածին՝ 88,8% (ըստ զանգվածի), մթնոլորտում ազատ թթվածնի պարունակությունը կազմում է 20,95% (ըստ ծավալի)։ Թթվածին տարրը երկրակեղևի ավելի քան 1500 միացությունների մի մասն է։

Անդորրագիր:

Ներկայումս արդյունաբերության մեջ թթվածինը ստացվում է ցածր ջերմաստիճաններում օդի բաժանման միջոցով: Նախ, օդը սեղմվում է կոմպրեսորով, մինչդեռ օդը տաքացվում է: Սեղմված գազը թույլ է տալիս սառչել մինչև սենյակային ջերմաստիճանը, այնուհետև թողնում են ազատորեն ընդարձակվել: Քանի որ գազը ընդլայնվում է, ջերմաստիճանը կտրուկ նվազում է: Սառեցված օդ, որի ջերմաստիճանը մի քանի տասնյակ աստիճանով ցածր է ջերմաստիճանից միջավայրը, կրկին ենթարկվում է սեղմման մինչև 10-15 ՄՊա։ Այնուհետև արձակված ջերմությունը կրկին հանվում է: «Կոմպրեսիոն-ընդլայնման» մի քանի ցիկլերից հետո ջերմաստիճանը իջնում ​​է և՛ թթվածնի, և՛ ազոտի եռման կետից: Ձևավորվում է հեղուկ օդ, որն այնուհետեւ ենթարկվում է թորման (թորման)։ Թթվածնի եռման կետը (-182,9°C) ավելի քան 10 աստիճանով բարձր է ազոտի եռման կետից (-195,8°C)։ Հետևաբար, հեղուկից սկզբում ազոտը գոլորշիանում է, իսկ մնացածում թթվածինը կուտակվում է։ Դանդաղ (կոտորակային) թորման շնորհիվ հնարավոր է ստանալ մաքուր թթվածին, որի մեջ ազոտի խառնուրդի պարունակությունը 0,1 ծավալային տոկոսից պակաս է։

Թթվածինքիմիական տարր է, որի հատկությունները կքննարկվեն հաջորդ մի քանի պարբերություններում։ Եկեք դիմենք Դ.Ի.-ի քիմիական տարրերի պարբերական համակարգին. Մենդելեևը. Թթվածին տարրը գտնվում է 2-րդ շրջանում՝ VI խումբ, հիմնական ենթախումբ։

Այն նաև նշում է, որ թթվածնի հարաբերական ատոմային զանգվածը 16 է։

Պարբերական համակարգում թթվածնի սերիական համարով կարելի է հեշտությամբ որոշել նրա ատոմում պարունակվող էլեկտրոնների քանակը, թթվածնի ատոմի միջուկային լիցքը, պրոտոնների թիվը։

Միացությունների մեծ մասում թթվածնի վալենտությունը II է։ Թթվածնի ատոմը կարող է կցել երկու էլեկտրոն և վերածվել իոնի. O0 + 2ē = O−2.

Հարկ է նշել, որ թթվածինը մեր մոլորակի ամենատարածված տարրն է։ Թթվածինը ջրի մի մասն է: Ծովային և քաղցրահամ ջրերը զանգվածով 89% թթվածին են։ Թթվածինը հայտնաբերված է բազմաթիվ հանքանյութերում և ապարներում: Երկրակեղևում թթվածնի զանգվածային բաժինը կազմում է մոտ 47%: Օդը զանգվածով պարունակում է մոտ 23% թթվածին։

Թթվածնի ֆիզիկական հատկությունները

Երբ թթվածնի երկու ատոմները փոխազդում են, առաջանում է O2 պարզ թթվածնային նյութի կայուն մոլեկուլ։ Այս պարզ նյութը, ինչպես տարրը, կոչվում է թթվածին: Մի շփոթեք թթվածինը որպես տարր և թթվածինը որպես պարզ նյութ:

Ըստ ֆիզիկական հատկություններթթվածինԱնգույն, անհոտ ու անհամ գազ է։ Գործնականում անլուծելի է ջրում (սենյակային ջերմաստիճանում և նորմալ մթնոլորտային ճնշման դեպքում թթվածնի լուծելիությունը կազմում է մոտ 8 մգ մեկ լիտր ջրի համար):

Թթվածինը լուծելի է ջրում - 31 մլ թթվածին (0,004% զանգվածով) լուծվում է 1 լիտր ջրի մեջ 20 ° C ջերմաստիճանում։ Սակայն այս քանակությունը բավարար է ջրային մարմիններում ապրող ձկների շնչառության համար։ Գազային թթվածինը մի փոքր ավելի ծանր է, քան օդը. 1 լիտր օդը 0°C-ում և նորմալ ճնշման դեպքում կշռում է 1,29 գ, իսկ 1 լիտր թթվածինը կշռում է 1,43 գ:

Թթվածինը հետաքրքիր հատկություններ է ցուցաբերում, երբ ուժեղ սառչում է: Այսպիսով, ջերմաստիճանում -183°Cթթվածինը խտանում է գունատ կապույտ գույնի թափանցիկ շարժական հեղուկի մեջ:

Եթե ​​հեղուկ թթվածինն էլ ավելի է սառչում, ապա ջերմաստիճանում -218°Cթթվածինը «սառչում» է կապույտ բյուրեղների տեսքով։ Եթե ​​ջերմաստիճանը աստիճանաբար բարձրացվի, ապա -218°С,պինդ թթվածինը կսկսի հալվել, իսկ երբ -183°C- բարկանալ. Հետևաբար, եռման և խտացման կետերը, ինչպես նաև նյութերի սառեցման և հալման կետերը նույնն են:

Dewar անոթները օգտագործվում են հեղուկ թթվածին պահելու և տեղափոխելու համար:. Հեղուկների պահեստավորման և փոխադրման համար օգտագործվում են դյուարի կոլբայներ, որոնց ջերմաստիճանը պետք է երկար ժամանակմշտական ​​մնալ. Dewar անոթը կրում է իր գյուտարարի՝ շոտլանդացի ֆիզիկոս և քիմիկոս Ջեյմս Դյուարի անունը։

Ամենապարզ Dewar անոթը կենցաղային թերմոսն է:Անոթի սարքը բավականին պարզ է՝ այն մեծ կոլբայի մեջ դրված կոլբ է։ Օդը տարհանվում է կոլբայի միջև փակ տարածությունից: Կոլբայի պատերի միջև օդի բացակայության պատճառով ներքին կոլբայի մեջ լցված հեղուկը երկար ժամանակ չի սառչում և չի տաքանում։

Թթվածինը պարամագնիսական նյութ է, այսինքն՝ հեղուկ և պինդ վիճակներում այն ​​ձգվում է մագնիսի միջոցով։

Բնության մեջ կա ևս մեկ պարզ նյութ՝ բաղկացած թթվածնի ատոմներից։ Սա օզոն է: Քիմիական բանաձևօզոն O3.Օզոնը, ինչպես թթվածինը, սովորական պայմաններում գազ է: Օզոնը ձևավորվում է մթնոլորտում կայծակնային արտանետումների ժամանակ։ Ամպրոպից հետո թարմության բնորոշ հոտը օզոնի հոտն է:

Եթե ​​լաբորատորիայում օզոն է ստացվում և դրա զգալի քանակություն է հավաքվում, ապա բարձր կոնցենտրացիաներում օզոնը սուր տհաճ հոտ կունենա։ Օզոնը ձեռք է բերվում լաբորատորիայում հատուկ սարքերում. օզոնատորներ. Օզոնատոր- ապակե խողովակ, որի մեջ թթվածնի հոսանք է մատակարարվում, և առաջանում է էլեկտրական լիցքաթափում: Էլեկտրական լիցքաթափումը թթվածինը վերածում է օզոնի.

Ի տարբերություն անգույն թթվածնի, օզոնը կապույտ գազ է: Ջրում օզոնի լուծելիությունը կազմում է մոտ 0,5 լիտր գազ 1 լիտր ջրի դիմաց, ինչը շատ ավելի բարձր է, քան թթվածինը: Հաշվի առնելով այս հատկությունը՝ օզոնն օգտագործվում է ախտահանման համար խմելու ջուր, քանի որ այն վնասակար ազդեցություն ունի պաթոգենների վրա։

Ցածր ջերմաստիճանի դեպքում օզոնն իրեն պահում է թթվածնի նման:-112°C ջերմաստիճանում խտանում է մանուշակագույն հեղուկի, իսկ -197°C ջերմաստիճանի դեպքում բյուրեղանում է մուգ մանուշակագույն, համարյա սեւ բյուրեղների տեսքով։

Այսպիսով, մենք կարող ենք եզրակացնել, որ նույն քիմիական տարրի ատոմները կարող են ձևավորել տարբեր պարզ նյութեր:

Մի քանի պարզ նյութերի տեսքով քիմիական տարրի գոյության երեւույթը կոչվում է ալոտրոպիա.

Նույն տարրից առաջացած պարզ նյութերը կոչվում են ալոտրոպիկ փոփոխություններ

Նշանակում է, թթվածինը և օզոնը թթվածնի քիմիական տարրի ալոտրոպային փոփոխություններն են:Կա ապացույց, որ ծայրահեղ ցածր ջերմաստիճանի դեպքում, հեղուկ կամ պինդ վիճակում, թթվածինը կարող է գոյություն ունենալ O4 և O8 մոլեկուլների տեսքով:

Թթվածնի ցիկլը բնության մեջ

Մթնոլորտում թթվածնի քանակը մշտական ​​է։ Հետեւաբար, ծախսված թթվածինը մշտապես համալրվում է նորով։

Բնության մեջ թթվածնի ամենակարևոր աղբյուրներն են ածխաթթու գազը և ջուրը։ Թթվածինը մտնում է մթնոլորտ հիմնականում բույսերում տեղի ունեցող ֆոտոսինթեզի գործընթացի արդյունքում՝ ըստ ռեակցիայի սխեմայի.

CO2 + H2O → C6H12O6 + O2.

Թթվածին կարող է ձևավորվել նաև Երկրի մթնոլորտի վերին շերտերում՝ հարվածի հետևանքով արեւային ճառագայթում, ջրային գոլորշին մասնակիորեն քայքայվում է թթվածնի առաջացմամբ։

Թթվածինը սպառվում է շնչառության, վառելիքի այրման, կենդանի օրգանիզմների տարբեր նյութերի օքսիդացման և բնության մեջ հայտնաբերված անօրգանական նյութերի օքսիդացման ժամանակ։ Մեծ քանակությամբ թթվածին սպառվում է տեխնոլոգիական գործընթացներում, ինչպիսիք են, օրինակ, պողպատի ձուլումը։

Բնության մեջ թթվածնի ցիկլը կարող է ներկայացվել որպես դիագրամ.

• Թթվածին- VI խմբի տարր, հիմնական ենթախումբ, D.I-ի պարբերական համակարգի 2 ժամանակաշրջան: Մենդելեևը
• Թթվածին տարրը բնության մեջ ձևավորում է երկու ալոտրոպ մոդիֆիկացիա. թթվածին O2 և օզոն O3
• Քիմիական տարրի գոյության երեւույթը մի քանի պարզ նյութերի տեսքով կոչվում է ալոտրոպիա
• Պարզ նյութերը կոչվում են ալոտրոպային փոփոխություններ
• Թթվածինը և օզոնը ունեն տարբեր ֆիզիկական հատկություններ
• Թթվածին- անգույն գազ, անհոտ, անհամ, ջրի մեջ գործնականում չլուծվող, -183 ° C ջերմաստիճանում այն ​​խտանում է գունատ կապույտ հեղուկի մեջ: -218°C-ում բյուրեղանում է կապույտ բյուրեղների տեսքով
• Օզոն- կապույտ գազ՝ սուր հոտով: Լավ լուծենք ջրի մեջ։ -112°С-ում խտանում է մանուշակագույն հեղուկի, բյուրեղանում որպես մուգ մանուշակագույն, գրեթե սև բյուրեղներ, -197°С-ում։
• Հեղուկ թթվածինը, օզոնը և այլ գազերը պահվում են Dewar կոլբայի մեջ

Թթվածին (լատ. Oxygenium), Օ, Մենդելեևի պարբերական համակարգի VI խմբի քիմիական տարր; ատոմային համարը՝ 8, ատոմային զանգվածը՝ 15,9994։ Նորմալ պայմաններում թթվածինը անգույն, հոտ ու անհամ գազ է։ Դժվար է նշել մեկ այլ տարր, որը նման դեր կունենա մեր մոլորակի վրա։ կարևոր դերթթվածնի նման:

Պատմական անդրադարձ. Այրման և շնչառության գործընթացները վաղուց են գրավել գիտնականների ուշադրությունը։ Առաջին ցուցումները, որ ոչ բոլոր օդը, այլ միայն նրա «ակտիվ» մասը ապահովում է այրումը, հայտնաբերվել են 8-րդ դարի չինական ձեռագրերում: Շատ ավելի ուշ Լեոնարդո դա Վինչին (1452-1519) օդը համարեց երկու գազերի խառնուրդ, որոնցից միայն մեկն է սպառվում այրման և շնչառության ժամանակ։ Օդի երկու հիմնական բաղադրիչների` ազոտի և թթվածնի վերջնական բացահայտումը, որոնք դարաշրջան դարձրին գիտության մեջ, տեղի ունեցավ միայն 18-րդ դարի վերջին: Թթվածինը գրեթե միաժամանակ ստացել է Կ. Շելեն (1769-70) սելիտրայի (KNO3, NaNO3), մանգանի երկօքսիդի MnO2 և այլ նյութերի կալցինացման միջոցով և Ջ. Պրիստլին (1774) կարմիր կապարի Pb3O4 և սնդիկի օքսիդի HgO տաքացնելով։ 1772 թվականին Դ.Ռադերֆորդը հայտնաբերեց ազոտը։ 1775 թվականին Ա.Լավուազեն, կատարելով օդի քանակական վերլուծություն, պարզեց, որ այն «կազմված է տարբեր և, այսպես ասած, հակառակ բնույթի երկու (գազերից), այսինքն՝ թթվածնից և ազոտից։ Հիմնվելով լայն փորձարարական ուսումնասիրություններԼավուազեն ճիշտ բացատրեց այրումը և շնչառությունը որպես նյութերի և թթվածնի փոխազդեցության գործընթացներ։ Քանի որ թթվածինը թթուների մի մասն է, Լավուազեն այն անվանել է թթուներ, այսինքն՝ «թթուների նախկին» (հունարեն oxys - թթու և gennao - ես ծնում եմ, այստեղից էլ ռուսերեն անվանումը «թթվածին»):

Թթվածնի բաշխումը բնության մեջ. Թթվածինը Երկրի վրա ամենատարածված քիմիական տարրն է: Կապված թթվածինը կազմում է Երկրի ջրային թաղանթի զանգվածի մոտ 6/7-ը` հիդրոսֆերան (85,82% զանգվածով), լիթոսֆերայի գրեթե կեսը (47% զանգվածով) և միայն մթնոլորտում, որտեղ թթվածինը գտնվում է ազատ վիճակում: պետություն, ազոտից հետո զբաղեցնում է երկրորդ տեղը (23 .15% կշռով):

Թթվածինը նաև առաջին տեղում է իր գոյացած միներալների քանակով (1364); Թթվածին պարունակող միներալներից գերակշռում են սիլիկատները (ֆելդսպաթներ, միկա և այլն), քվարցը, երկաթի օքսիդները, կարբոնատները, սուլֆատները։ Կենդանի օրգանիզմներում միջինում մոտ 70% թթվածին; այն մտնում է կարևոր օրգանական միացությունների մեծ մասի (սպիտակուցներ, ճարպեր, ածխաջրեր և այլն) և կմախքի անօրգանական միացությունների կազմի մեջ։ Բացառիկ կարևոր է ազատ թթվածնի դերը կենսաքիմիական և ֆիզիոլոգիական գործընթացներում, հատկապես շնչառության մեջ։ Բացառությամբ որոշ անաէրոբ միկրոօրգանիզմների, բոլոր կենդանիները և բույսերը ստանում են իրենց կենսագործունեության համար անհրաժեշտ էներգիան տարբեր նյութերի կենսաբանական օքսիդացման շնորհիվ թթվածնի օգնությամբ:

Երկրի ազատ թթվածնի ողջ զանգվածը առաջացել և պահպանվում է ցամաքի և Համաշխարհային օվկիանոսի կանաչ բույսերի կենսագործունեության շնորհիվ, որոնք ֆոտոսինթեզի գործընթացում թթվածին են թողնում: Վրա երկրի մակերեսըորտեղ ընթանում է ֆոտոսինթեզը և գերակշռում է ազատ թթվածինը, ձևավորվում են կտրուկ օքսիդացման պայմաններ։ Ընդհակառակը, մագմայում, ինչպես նաև ստորգետնյա ջրերի խոր հորիզոններում, ծովերի և լճերի տիղմերում, ճահիճներում, որտեղ բացակայում է ազատ թթվածինը, ձևավորվում է կրճատող միջավայր։ Օքսիդացման-վերականգնման գործընթացները, որոնք ներառում են թթվածին, որոշում են բազմաթիվ տարրերի կոնցենտրացիան և հանքային հանքավայրերի ձևավորումը՝ ածուխ, նավթ, ծծումբ, երկաթի հանքաքար, պղինձ և այլն: Թթվածնի ցիկլի փոփոխությունները ներմուծվում են տնտեսական գործունեությունմարդ. Որոշ արդյունաբերական երկրներՎառելիքի այրման ժամանակ ավելի շատ թթվածին է սպառվում, քան այն ազատվում է բույսերի կողմից ֆոտոսինթեզի ժամանակ: Ընդհանուր առմամբ, աշխարհում վառելիքի այրման համար տարեկան սպառվում է մոտ 9,109 տոննա թթվածին։

Իզոտոպներ, թթվածնի ատոմ և մոլեկուլ: Թթվածինն ունի երեք կայուն իզոտոպ՝ 16O, 17O և 18O, որոնց միջին պարունակությունը կազմում է համապատասխանաբար 99,759%, 0,037% և 0,204%։ ընդհանուր թիվըթթվածնի ատոմները երկրի վրա. Դրանցից ամենաթեթևի՝ 16O-ի կտրուկ գերակշռությունը իզոտոպների խառնուրդում պայմանավորված է նրանով, որ 16O ատոմի միջուկը բաղկացած է 8 պրոտոնից և 8 նեյտրոնից։ Եվ այնպիսի միջուկներ, ինչպես հետևում է տեսությունից ատոմային միջուկ, հատկապես կայուն են։

Մենդելեևի տարրերի պարբերական համակարգում թթվածնի դիրքին համապատասխան՝ թթվածնի ատոմի էլեկտրոնները տեղակայված են երկու թաղանթների վրա՝ 2-ը ներքին և 6-ը՝ արտաքին (կոնֆիգուրացիա 1s22s22p4): Քանի որ թթվածնի ատոմի արտաքին թաղանթը լցված չէ, և իոնացման պոտենցիալը և էլեկտրոնային մերձավորությունը համապատասխանաբար 13,61 և 1,46 էՎ են, քիմիական միացություններում թթվածնի ատոմը սովորաբար ձեռք է բերում էլեկտրոններ և ունի բացասական արդյունավետ լիցք: Ընդհակառակը, կան չափազանց հազվագյուտ միացություններ, որոնցում էլեկտրոնները անջատվում են (ավելի ճիշտ՝ հեռանում) թթվածնի ատոմից (օրինակ՝ F2O, F2O3)։ Նախկինում, հիմնվելով միայն պարբերական համակարգում թթվածնի դիրքի վրա, թթվածնի ատոմին օքսիդներում և շատ այլ միացություններում վերագրվում էր բացասական լիցք (-2): Այնուամենայնիվ, ինչպես ցույց են տալիս փորձարարական տվյալները, O2-իոնը գոյություն չունի ոչ ազատ վիճակում, ոչ միացություններում, և թթվածնի ատոմի բացասական արդյունավետ լիցքը գրեթե երբեք էապես չի գերազանցում միասնությունը:

Նորմալ պայմաններում թթվածնի մոլեկուլը երկատոմիկ է (O2); Հանգիստ էլեկտրական լիցքաթափման մեջ ձևավորվում է նաև եռատոմային O3 մոլեկուլ՝ օզոն; բարձր ճնշման դեպքում O4 մոլեկուլները հայտնաբերվում են փոքր քանակությամբ: Էլեկտրոնային կառուցվածք O2-ը մեծ տեսական հետաքրքրություն է ներկայացնում: Հիմնական վիճակում O2 մոլեկուլն ունի երկու չզույգված էլեկտրոն. «սովորական» դասական կառուցվածքային բանաձեւը O=O երկու երկէլեկտրոնային կապերով անկիրառելի է դրա համար։ Տեսության շրջանակներում տրված է այս փաստի սպառիչ բացատրությունը մոլեկուլային օրբիտալներ. Թթվածնի մոլեկուլի իոնացման էներգիան (O2 - e > O2+) 12,2 էՎ է, իսկ էլեկտրոնների հարաբերակցությունը (O2 + e > O2-) 0,94 էՎ է։ Մոլեկուլային թթվածնի տարանջատումը ատոմների սովորական ջերմաստիճանում աննշան է, այն նկատելի է դառնում միայն 1500°C-ում; 5000°C-ում թթվածնի մոլեկուլները գրեթե ամբողջությամբ տարանջատվում են ատոմների:

Թթվածնի ֆիզիկական հատկությունները. Թթվածինը անգույն գազ է, որը խտանում է -182,9°C-ում և նորմալ ճնշումից վերածվում գունատ կապույտ հեղուկի, որը կարծրանում է -218,7°C-ում՝ ձևավորելով կապույտ բյուրեղներ։ Գազային թթվածնի խտությունը (0°C և նորմալ ճնշման դեպքում) 1,42897 գ/լ է։ Թթվածնի կրիտիկական ջերմաստիճանը բավականին ցածր է (Tcrit = -118,84°C), այսինքն՝ ցածր Cl2, CO2, SO2 և որոշ այլ գազերի ջերմաստիճանից; Tcrit = 4,97 MN/m2 (49,71 atm): Ջերմահաղորդականություն (0°C-ում) 23,86 10-3 Վտ/(մ Կ): Մոլային ջերմային հզորությունը (0°C-ում) j/(մոլ K) Cp = 28,9, Cv = 20,5, Cp/Cv = 1,403: Գազային թթվածնի դիէլեկտրական հաստատունը 1,000547 է (0°C), հեղուկը՝ 1,491։ Մածուցիկություն 189 mpoise (0°C): Թթվածինը փոքր-ինչ լուծելի է ջրի մեջ՝ 20°C և 1 ատմ 0,031 մ 3 լուծվում է 1 մ 3 ջրի մեջ, իսկ 0°C – 0,049 մ 3 թթվածին։ Լավ պինդ թթվածնի կլանիչները պլատինե սև են և ակտիվացված փայտածուխ:

Թթվածնի քիմիական հատկությունները. Թթվածին ձևավորվում է քիմիական միացություններբոլոր տարրերով, բացառությամբ թեթև իներտ գազերի։ Լինելով ամենաակտիվ (ֆտորից հետո) ոչ մետաղը, թթվածինը ուղղակիորեն փոխազդում է տարրերի մեծ մասի հետ. Բացառություն են կազմում ծանր իներտ գազերը, հալոգենները, ոսկին և պլատինը. դրանց միացությունները թթվածնի հետ ստացվում են անուղղակիորեն։ Թթվածնի գրեթե բոլոր ռեակցիաները այլ նյութերի հետ՝ օքսիդացման ռեակցիաները էկզոթերմիկ են, այսինքն՝ ուղեկցվում են էներգիայի արտազատմամբ։ Սովորական ջերմաստիճաններում թթվածինը չափազանց դանդաղ է արձագանքում ջրածնի հետ, 550°C-ից բարձր այս ռեակցիան ընթանում է 2H2 + O2 = 2H2O պայթյունով:

Նորմալ պայմաններում թթվածինը շատ դանդաղ է արձագանքում ծծմբի, ածխածնի, ազոտի և ֆոսֆորի հետ։ Ջերմաստիճանի բարձրացմամբ, ռեակցիայի արագությունը մեծանում է և յուրաքանչյուր տարրին բնորոշ բոցավառման որոշակի ջերմաստիճանում սկսվում է այրումը: N2 մոլեկուլի հատուկ ուժի շնորհիվ ազոտի և թթվածնի ռեակցիան էնդոթերմիկ է և նկատելի է դառնում միայն 1200°C-ից բարձր կամ էլեկտրական լիցքաթափման դեպքում՝ N2 + O2 = 2NO: Թթվածինը ակտիվորեն օքսիդացնում է գրեթե բոլոր մետաղները, հատկապես ալկալային և հողալկալիական մետաղները: Թթվածնի հետ մետաղի փոխազդեցության ակտիվությունը կախված է բազմաթիվ գործոններից՝ մետաղի մակերեսի վիճակից, մանրացման աստիճանից, կեղտերի առկայությունից։

Թթվածնի հետ նյութի փոխազդեցության գործընթացում չափազանց կարևոր է ջրի դերը։ Օրինակ, նույնիսկ այնպիսի ակտիվ մետաղը, ինչպիսին կալիումն է, չի արձագանքում թթվածնի հետ, որը լիովին զուրկ է խոնավությունից, բայց բոցավառվում է թթվածնի մեջ սովորական ջերմաստիճանում նույնիսկ աննշան քանակությամբ ջրային գոլորշիների առկայության դեպքում: Ենթադրվում է, որ կոռոզիայի հետևանքով տարեկան կորչում է արտադրված ամբողջ մետաղի մինչև 10%-ը:

Որոշ մետաղների օքսիդները, ավելացնելով թթվածինը, առաջացնում են պերօքսիդի միացություններ, որոնք պարունակում են միմյանց հետ կապված թթվածնի 2 կամ ավելի ատոմներ։ Այսպիսով, Na2O2 և BaO2 պերօքսիդները ներառում են պերօքսիդ իոն O22-, գերօքսիդներ NaO2 և KO2 - իոն O2-, իսկ օզոնիդները NaO3, KO3, RbO3 և CsO3 - իոն O3- Թթվածինը էկզոտերմորեն փոխազդում է բազմաթիվ բարդ նյութերի հետ: Այսպիսով, ամոնիակն այրվում է թթվածնում կատալիզատորների բացակայության դեպքում, ռեակցիան ընթանում է ըստ հավասարման՝ 4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O: Կատալիզատորի առկայության դեպքում ամոնիակի օքսիդացումը թթվածնով տալիս է NO (այս գործընթացն օգտագործվում է ստանալու համար. ազոտական ​​թթու) Հատկապես կարևոր է ածխաջրածինների (բնական գազ, բենզին, կերոսին) այրումը. ամենակարևոր աղբյուրըջերմություն առօրյա կյանքում և արդյունաբերության մեջ, օրինակ՝ CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O: Ածխաջրածինների փոխազդեցությունը թթվածնի հետ ընկած է ամենակարևոր արտադրական պրոցեսների հիմքում, օրինակ, մեթանի այսպես կոչված փոխակերպումն է ջրածնի՝ 2CH4 + O2 + 2H2O = 2CO2 + 6H2: Շատ օրգանական միացություններ (կրկնակի կամ եռակի կապերով ածխաջրածիններ, ալդեհիդներ, ֆենոլներ, ինչպես նաև տորպենտին, չորացնող յուղեր և այլն) ակտիվորեն ավելացնում են թթվածին։ Բջիջներում սննդանյութերի օքսիդացումը թթվածնով ծառայում է որպես էներգիայի աղբյուր կենդանի օրգանիզմների համար։

Թթվածին ստանալը. Թթվածին ստանալու 3 հիմնական եղանակ կա՝ քիմիական, էլեկտրոլիզ (ջրի էլեկտրոլիզ) և ֆիզիկական (օդի անջատում)։

Քիմիական մեթոդը հորինվել է ավելի վաղ, քան մյուսները։ Թթվածին կարելի է ստանալ, օրինակ, Բերտոլե աղ KClOz-ից, որը տաքացնելիս քայքայվում է՝ 1 կգ աղի դիմաց 0,27 մ 3 քանակով O2 ազատելով։ Բարիումի օքսիդը BaO, երբ տաքացվում է մինչև 540°C, սկզբում կլանում է օդից թթվածինը՝ առաջացնելով BaO2 պերօքսիդ, իսկ հետո մինչև 870°C տաքացնելիս BaO2-ը քայքայվում է՝ ազատելով մաքուր թթվածին։ Այն կարելի է ստանալ նաև KMnO4, Ca2PbO4, K2Cr2O7 և այլ նյութերից՝ տաքացնելով և ավելացնելով կատալիզատորներ։ Թթվածնի ստացման քիմիական մեթոդն անարդյունավետ է և թանկ, չունի արդյունաբերական նշանակություն և կիրառվում է միայն լաբորատոր պրակտիկայում։

Էլեկտրոլիզի մեթոդը բաղկացած է հաստատուն անցնելուց էլեկտրական հոսանքջրի միջոցով, որին ավելացվում է կաուստիկ սոդայի NaOH լուծույթ՝ դրա էլեկտրական հաղորդունակությունը բարձրացնելու համար։ Այս դեպքում ջուրը քայքայվում է թթվածնի և ջրածնի: Թթվածինը հավաքվում է բջջի դրական էլեկտրոդի մոտ, իսկ ջրածինը` բացասականի մոտ: Այս կերպ թթվածինը արդյունահանվում է որպես ջրածնի արտադրության կողմնակի արտադրանք։ 2 մ3 ջրածին և 1 մ3 թթվածին ստանալու համար ծախսվում է 12-15 կՎտժ էլեկտրաէներգիա։

Օդի բաժանումը ժամանակակից տեխնոլոգիաների մեջ թթվածին ստանալու հիմնական միջոցն է: Շատ դժվար է օդի տարանջատումն իրականացնել նորմալ գազային վիճակում, հետևաբար, օդը սկզբում հեղուկացվում է, այնուհետև միայն բաժանվում է իր բաղադրիչ մասերի։ Թթվածին ստանալու այս մեթոդը կոչվում է օդի բաժանում խորը սառեցմամբ։ Սկզբում օդը սեղմվում է կոմպրեսորով, այնուհետև ջերմափոխանակիչներով անցնելուց հետո այն ընդլայնվում է ընդլայնիչ մեքենայի կամ շնչափողի փականի մեջ, որի արդյունքում այն ​​սառչում է մինչև 93 Կ (-180 ° C) ջերմաստիճանի: և վերածվում է հեղուկ օդի։ Հեղուկ օդի հետագա տարանջատումը, որը բաղկացած է հիմնականում հեղուկ ազոտից և հեղուկ թթվածնից, հիմնված է դրա բաղադրիչների եռման կետերի տարբերության վրա [Եփել O2 90,18 K (-182,9°C), N2 Եռել 77,36 Կ (-195,8° ՀԵՏ) ]. Հեղուկ օդի աստիճանական գոլորշիացմամբ ազոտը սկզբում գոլորշիացվում է, իսկ մնացած հեղուկն ավելի ու ավելի է հարստանում թթվածնով։ Այս գործընթացը բազմիցս կրկնելով օդի բաժանարար սյուների թորման թիթեղների վրա՝ ստացվում է անհրաժեշտ մաքրության (խտացման) հեղուկ թթվածին։ ԽՍՀՄ-ն արտադրում է փոքր (մի քանի լիտր) և աշխարհում ամենամեծ թթվածնի օդի տարանջատման կայանները (35000 մ 3/ժ թթվածին)։ Այս ստորաբաժանումները արտադրում են տեխնոլոգիական թթվածին՝ 95-98,5%, տեխնիկական թթվածին 99,2-99,9% կոնցենտրացիայով և ավելի մաքուր, բժշկական թթվածին, հեղուկ և գազային ձևով արտադրանքներ տրամադրելով: Էլեկտրական էներգիայի սպառումը կազմում է 0,41-ից մինչև 1,6 կՎտժ/մ3:

Թթվածին կարելի է ստանալ նաև թաղանթային միջնորմների միջոցով ընտրովի ներթափանցման (դիֆուզիոն) եղանակով օդը բաժանելու միջոցով։ Բարձր ճնշման տակ օդն անցնում է ֆտորոպլաստիկ, ապակյա կամ պլաստիկ միջնորմներով, որոնց կառուցվածքային վանդակը ունակ է անցնելու որոշ բաղադրիչների մոլեկուլները և պահպանել մյուսները։

Գազային թթվածինը պահվում և տեղափոխվում է պողպատե բալոններում և ընդունիչներում 15 և 42 ՄՆ/մ2 (համապատասխանաբար 150 և 420 բար, կամ 150 և 420 ատմ), հեղուկ թթվածին մետաղական Dewar անոթներում կամ հատուկ տանկերում: Հեղուկ և գազային թթվածին տեղափոխելու համար օգտագործվում են նաև հատուկ խողովակաշարեր։ Թթվածնի բալոնները ներկված են կապույտ գույնով և ունեն «թթվածին» սև մակագրություն։

Թթվածնի օգտագործումը. Տեխնիկական թթվածինն օգտագործվում է մետաղների բոցավառման գործընթացներում, եռակցման, թթվածնի կտրման, մակերեսի կարծրացման, մետաղացման և այլ գործընթացներում, ինչպես նաև ավիացիայում, սուզանավերի վրա և այլն։ Տեխնոլոգիական թթվածինն օգտագործվում է քիմիական արդյունաբերության մեջ արհեստական ​​հեղուկ վառելիքի, քսայուղերի, ազոտական ​​և ծծմբական թթուների, մեթանոլի, ամոնիակային և ամոնիակային պարարտանյութերի, մետաղական պերօքսիդների և այլ քիմիական արտադրանքների արտադրության մեջ: Հեղուկ թթվածինը օգտագործվում է պայթեցման, ռեակտիվ շարժիչների և լաբորատոր պրակտիկայում որպես սառնագենտ:

Մաքուր թթվածինը, որը պարփակված է բալոններում, օգտագործվում է բարձր բարձրություններում շնչելու համար, տիեզերական թռիչքների ժամանակ, սկուբա սուզվելու ժամանակ և այլն:

Թթվածինը լայնորեն օգտագործվում է մետալուրգիայում՝ պիրոմետալուրգիական մի շարք պրոցեսների ակտիվացման համար։ Մետաղագործական ագրեգատներ մտնող օդի լրիվ կամ մասնակի փոխարինումը թթվածնով փոխել է պրոցեսների քիմիան, դրանց ջերմային պարամետրերը և տեխնիկատնտեսական ցուցանիշները։ Թթվածնային պայթյունը հնարավորություն տվեց նվազեցնել ջերմային կորուստները ելքային գազերով, որոնց զգալի մասը օդային պայթյունի ժամանակ կազմում էր ազոտը։ էական մասնակցություն չունենալով քիմիական գործընթացներ, ազոտը դանդաղեցրել է ռեակցիաների ընթացքը՝ նվազեցնելով ակտիվ ռեակտիվների կոնցենտրացիան ռեդոքս միջավայրում։ Թթվածնով մաքրելիս վառելիքի սպառումը նվազում է, մետաղի որակը բարելավվում է, մետաղագործական ստորաբաժանումներում հնարավոր է ձեռք բերել նոր տեսակի ապրանքներ (օրինակ՝ այս գործընթացի համար անսովոր բաղադրության խարամներ և գազեր, որոնք գտնում են հատուկ տեխնիկական կիրառումներ։ ), և այլն:

Խոզի երկաթի և ֆերոմանգանի ձուլման համար թթվածնով հարստացված պայթուցիկի կիրառման առաջին փորձերը պայթեցման վառարաններում իրականացվել են միաժամանակ ԽՍՀՄ-ում և Գերմանիայում 1932-33 թթ. Բովանդակության ավելացումԹթվածինը պայթեցման վառարանում ուղեկցվում է վերջինիս սպառման մեծ կրճատմամբ, մինչդեռ պայթեցման գազում ավելանում է ածխածնի օքսիդի պարունակությունը և բարձրանում դրա ջերմային արժեքը։ Պայթյունի թթվածնով հարստացումը հնարավորություն է տալիս բարձրացնել պայթուցիկ վառարանի արտադրողականությունը, իսկ օջախին մատակարարվող գազային և հեղուկ վառելիքի հետ համատեղ՝ հանգեցնում է կոքսի սպառման նվազմանը։ Այս դեպքում պայթեցման մեջ թթվածնի յուրաքանչյուր հավելյալ տոկոսի դեպքում արտադրողականությունն ավելանում է մոտ 2,5%-ով, իսկ կոքսի սպառումը նվազում է 1%-ով։

ԽՍՀՄ-ում բաց օջախների արտադրության մեջ թթվածինը առաջին անգամ օգտագործվել է վառելիքի այրումը ուժեղացնելու համար (արդյունաբերական մասշտաբով թթվածինը առաջին անգամ այդ նպատակով օգտագործվել է Sickle and Hammer և Krasnoye Sormovo գործարաններում 1932-33 թթ.): 1933 թվականին նրանք սկսեցին թթվածին փչել անմիջապես հեղուկ բաղնիքի մեջ, որպեսզի ավարտի ժամանակ օքսիդացնեն կեղտերը: Հալոցքի փչման ինտենսիվության աճով 1 ժամում 1 մ 3 / տ-ով, վառարանի արտադրողականությունը մեծանում է 5-10% -ով, վառելիքի սպառումը կրճատվում է 4-5% -ով: Այնուամենայնիվ, փչելը մեծացնում է մետաղի կորուստը: 1 ժամվա ընթացքում մինչև 10 մ 3 / տ թթվածնի սպառման դեպքում պողպատի ելքը փոքր-ինչ նվազում է (մինչև 1%): Թթվածինը գնալով ավելի է տարածվում բաց օջախների արտադրության մեջ։ Այսպիսով, եթե 1965 թվականին բացօջախ վառարաններում թթվածնի օգտագործմամբ հալվում էր պողպատի 52,1%-ը, ապա 1970 թվականին այն արդեն 71% էր։

ԽՍՀՄ-ում էլեկտրական պողպատաձուլական վառարաններում թթվածնի օգտագործման փորձերը սկսվել են 1946 թվականին «Էլեկտրոստալ» գործարանում։ Թթվածնային պայթյունի ներդրումը հնարավորություն տվեց բարձրացնել վառարանների արտադրողականությունը 25-30%-ով, նվազեցնել հատուկ էներգիայի սպառումը 20-30%-ով, բարելավել պողպատի որակը և նվազեցնել էլեկտրոդների և որոշ սակավ համաձուլվածքների սպառումը: Էլեկտրական վառարաններին թթվածնի մատակարարումը հատկապես արդյունավետ է եղել ածխածնի ցածր պարունակությամբ չժանգոտվող պողպատների արտադրության մեջ, որոնց ձուլումը շատ դժվար է էլեկտրոդների կարբյուրացնող ազդեցության պատճառով: ԽՍՀՄ-ում թթվածնի օգտագործմամբ արտադրվող էլեկտրական պողպատի մասնաբաժինը շարունակաբար աճում էր և 1970 թվականին կազմում էր պողպատի ընդհանուր արտադրության 74,6%-ը։

Գմբեթի հալման ժամանակ թթվածնով հարստացված պայթյունը հիմնականում օգտագործվում է չուգունի բարձր գերտաքացման համար, որն անհրաժեշտ է բարձրորակ, մասնավորապես՝ բարձր խառնուրդի ձուլվածքների (սիլիկոն, քրոմ և այլն) արտադրության մեջ։ Կախված գմբեթի պայթյունի թթվածնի հարստացման աստիճանից՝ վառելիքի սպառումը կրճատվում է 30-50%-ով, մետաղում ծծմբի պարունակությունը՝ 30-40%-ով, գմբեթի արտադրողականությունը՝ 80-100%-ով, և դրանից արտադրվող չուգունի ջերմաստիճանը զգալիորեն բարձրանում է (մինչև 1500 ° C):

Գունավոր մետալուրգիայում թթվածինը որոշ չափով ավելի ուշ տարածվեց, քան սեւ մետալուրգիայում։ Թթվածնով հարստացված պայթյունն օգտագործվում է փայլատ ձևափոխելու, խարամի սուբլիմացիայի, վալեզացման, ագլոմերացիայի և պղնձի խտանյութերի ռեֆլեկտիվ հալման գործընթացներում։ Կապարի, պղնձի և նիկելի արտադրության մեջ թթվածնային պայթյունը ուժեղացրել է հանքի հալման գործընթացները, հնարավորություն է տվել նվազեցնել կոքսի սպառումը 10-20%-ով, ներթափանցումը մեծացնել 15-20%-ով և որոշ դեպքերում նվազեցնել հոսքերի քանակը 2-3-ով։ անգամ։ Ցինկի սուլֆիդային խտանյութերի թրծման ժամանակ օդի պայթյունի թթվածնով հարստացումը մինչև 30%-ով բարձրացրել է գործընթացի արտադրողականությունը 70%-ով և կրճատել արտանետվող գազերի ծավալը 30%-ով։

թթվածնի տարրի իզոտոպի հատկությունը