ออกซิเจนคืออะไร? สารประกอบออกซิเจน

ออกซิเจน (O) - ธาตุเคมีที่ไม่ใช่โลหะของกลุ่มที่ 16 (VIA) ของตารางธาตุ มันเป็นไม่มีสีไม่มีรสจืดและไม่มีกลิ่นก๊าซที่จำเป็นสำหรับสิ่งมีชีวิต - สัตว์ที่แปลงเป็น ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ และพืชที่ใช้ CO ₂ เป็นแหล่งคาร์บอนและ O ₂ จะถูกส่งกลับไปสู่ชั้นบรรยากาศ อ๊อกซิเจนในรูปแบบสารทำปฏิกิริยากับแทบองค์ประกอบอื่น ๆ และแทนที่องค์ประกอบทางเคมีของการสื่อสารกับแต่ละอื่น ๆ ในหลายกรณีกระบวนการเหล่านี้จะมาพร้อมกับการเปิดตัวของความร้อนและแสง สารประกอบที่สำคัญที่สุดของออกซิเจนน้ำ

ประวัติความเป็นมาของการค้นพบ

ใน 1772 นักเคมีชาวสวีเดนคาร์ลวิลเฮล์ชีลแรกที่แสดงให้เห็นว่าออกซิเจนดังกล่าวที่ได้รับมันด้วยความร้อนไนเตรต โพแทสเซียมออกไซด์ ปรอทเช่นเดียวกับสารอื่น ๆ อีกมากมาย เป็นอิสระจากเขาใน 1774 ภาษาอังกฤษเคมี Dzhozef Pristli ค้นพบองค์ประกอบทางเคมีโดยการสลายตัวทางความร้อนของสารปรอทออกไซด์และเผยแพร่ผลการวิจัยของเขาในปีเดียวกันเมื่อสามปีก่อน Scheele สิ่งพิมพ์ ในปี 1775-1780 นักเคมีชาวฝรั่งเศส Antuan Lavuaze ตีความบทบาทของออกซิเจนในลมหายใจและการเผาไหม้ทิ้งทฤษฎี phlogiston ที่ยอมรับกันโดยทั่วไปในเวลานั้น มันเป็นข้อสังเกตสำหรับแนวโน้มในรูปแบบกรดเมื่อรวมกับสารต่างๆและเรียกว่าองค์ประกอบOxygèneซึ่งในภาษากรีกหมายถึง "การสร้างกรด"

ความแพร่หลาย

ออกซิเจนคืออะไร? การบัญชีสำหรับ 46% โดยน้ำหนักของเปลือกโลกก็เป็นองค์ประกอบที่พบมากที่สุดของมัน ปริมาณออกซิเจนในชั้นบรรยากาศเป็น 21% โดยปริมาตรและน้ำหนักของ 89% ในน้ำทะเล

องค์ประกอบร็อครวมกับโลหะและโลหะที่ไม่ใช่ในรูปแบบของออกไซด์ซึ่งเป็นกรด (เช่นกำมะถันคาร์บอนอลูมิเนียมและฟอสฟอรัส) หรือระดับล่าง (เกลือของแคลเซียมแมกนีเซียมและเหล็ก) และเป็นสารประกอบเกลือเหมือนซึ่งถือได้ว่าเป็นมาจากกรด และออกไซด์พื้นฐานเช่นซัลเฟต, คาร์บอเนต, ซิลิเกต, ฟอสเฟตและ aluminates แม้ว่าพวกเขาจะเป็นจำนวนมาก แต่เหล่านี้ ของแข็ง ไม่สามารถทำหน้าที่เป็นแหล่งออกซิเจนเป็นความแตกแยกตราสารหนี้ที่มีธาตุโลหะอะตอมใช้พลังงานมากเกินไป

คุณสมบัติ

หากอุณหภูมิออกซิเจนด้านล่าง -183 ° C มันจะกลายเป็นของเหลวสีฟ้าอ่อนและที่ -218 ° C - ของแข็ง เพียว O ₂ เป็น 1.1 เท่าหนักกว่าอากาศ

ในช่วงหายใจสัตว์และแบคทีเรียบางชนิดใช้ออกซิเจนจากบรรยากาศและคาร์บอนไดออกไซด์รีไซเคิลในขณะที่ในการสังเคราะห์แสงของพืชสีเขียวในที่ที่มีแสงแดดดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และปล่อยออกซิเจนฟรี เกือบทั้ง O ₂ ในบรรยากาศที่ผลิตโดยการสังเคราะห์แสง

ที่ 20 ° C ประมาณ 3 ส่วนโดยปริมาณของออกซิเจนที่ละลายใน 100 ส่วนของน้ำจืดน้อยกว่า - ในน้ำทะเล มันเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการหายใจของปลาและสิ่งมีชีวิตทางทะเลอื่น ๆ

ออกซิเจนธรรมชาติเป็นส่วนผสมของสามไอโซโทป ¹⁶ O (99,759%) ¹⁷ O ^{(0,037%) และ 18} O (0,204%) มีหลายผลิตเทียมไอโซโทปกัมมันตรังสีมี ส่วนใหญ่จะเป็นระยะยาวคือ ¹⁵ O (ครึ่งชีวิต 124) ซึ่งจะใช้สำหรับการเรียนการหายใจในการเลี้ยงลูกด้วยนม

อัญรูป

ความคิดที่ชัดเจนของสิ่งที่ออกซิเจนช่วยให้เพื่อให้ได้สองรูปแบบ allotropic ของอะตอมสองอะตอม (O ₂₎ และ triatomic (O _{3 โอโซน)} คุณสมบัติรูปแบบ diatomic ชี้ให้เห็นว่าหกอิเล็กตรอนผูกอะตอมและสองยังคง unpaired ทำให้พาราออกซิเจน สามอะตอมโมเลกุลโอโซนยังไม่ได้ตั้งอยู่บนเส้นตรงหนึ่ง

โอโซนสามารถผลิตตามสมการ: 3O ₂ → 2O ₃

กระบวนการนี้เป็นกระบวนการดูดความร้อน (ต้องใช้พลังงาน); แปลงของโอโซนกลับเข้ามาในออกซิเจนอะตอมสองอะตอมก่อให้เกิดการปรากฏตัวของโลหะการเปลี่ยนแปลงหรือออกไซด์ของพวกเขา ออกซิเจนบริสุทธิ์จะถูกแปลงเป็นโอโซนโดยการกระทำของประกายไฟฟ้า ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเมื่อมีการดูดซึมของแสงอัลตราไวโอเลตที่มีความยาวคลื่นประมาณ 250 นาโนเมตร การเกิดขึ้นของกระบวนการนี้ในบรรยากาศชั้นบนจะช่วยลดรังสีที่จะเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตบนพื้นผิวของโลก กลิ่นฉุนของโอโซนเป็นบ้านในปัจจุบันมีอุปกรณ์ไฟฟ้าเกิดประกายไฟเช่นกำเนิด ก๊าซนี้เป็นสีฟ้าอ่อน ความหนาแน่นที่ 1,658 ครั้งยิ่งใหญ่กว่าอากาศและมีจุดเดือดของ -112 ° C ที่ความดันบรรยากาศ

โอโซน - สารต้านอนุมูลอิสระที่แข็งแกร่งสามารถในการแปลง ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ออกไซด์, ซัลไฟด์ซัลเฟต, ไอโอไดด์ไอโอดีน (วิธีการวิเคราะห์สำหรับการให้การประเมิน) เช่นเดียวกับหลายออกซิเจนที่มีอนุพันธ์สารประกอบอินทรีย์เช่นลดีไฮด์และกรด แปลงของสารไฮโดรคาร์บอนที่มีโอโซนจากก๊าซไอเสียรถยนต์กรดเหล่านี้และลดีไฮด์เป็นสาเหตุของหมอกควัน ในอุตสาหกรรมโอโซนถูกใช้เป็นสารตั้งต้นสารเคมียาฆ่าเชื้อสำหรับบำบัดน้ำเสียทำน้ำให้บริสุทธิ์และการฟอกของเนื้อผ้า

วิธีการเตรียม

กระบวนการในการผลิตออกซิเจนขึ้นอยู่กับวิธีก๊าซมากจะต้องได้รับ วิธีการตรวจทางห้องปฏิบัติการต่อไปนี้:

1. การสลายตัวทางความร้อนของเกลือบางอย่างเช่นโพแทสเซียมคลอเรตหรือดินประสิว:

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

การสลายตัวของโพแทสเซียมคลอเรตเร่งปฏิกิริยาด้วยการเปลี่ยนแปลงออกไซด์ของโลหะ สำหรับเรื่องนี้มักจะใช้แมงกานีสไดออกไซด์ (pyrolusite, MnO ₂₎ ตัวเร่งปฏิกิริยาลดอุณหภูมิที่จำเป็นสำหรับการวิวัฒนาการออกซิเจน 400-250 องศาเซลเซียส

2. การสลายตัวของออกไซด์ของโลหะภายใต้การกระทำของอุณหภูมิ:

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

Scheele และพรีองค์ประกอบทางเคมีที่ใช้ผสม (ออกไซด์) ออกซิเจนและสารปรอท (II)

3. การสลายตัวทางความร้อนของเปอร์ออกไซด์โลหะหรือไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์:

• 2BaO + O ₂ → 2BaO ₂
• ₂ 2BaO → 2BaO + O ₂
• แบเรียมออกไซด์ ₂ + H ₂ SO ₄ → H ₂ O ₂ + ₄ Baso
• 2H ₂ O ₂ → 2H ₂ O + O ₂

วิธีการอุตสาหกรรมครั้งแรกสำหรับการแยกออกซิเจนจากบรรยากาศหรือสำหรับการผลิตไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ขึ้นอยู่กับการก่อตัวของออกไซด์ของแบเรียมเปอร์ออกไซด์

4. อิเล็กน้ำ ที่มีส่วนผสมของเกลือขนาดเล็กหรือกรดที่ให้การนำของกระแสไฟฟ้า:

2H ₂ O → 2H ₂ + O ₂

การผลิตภาคอุตสาหกรรม

หากมีความจำเป็นที่จะได้รับจำนวนมากของออกซิเจนจะใช้ในการกลั่นเศษส่วนของอากาศของเหลว ในองค์ประกอบที่สำคัญของอากาศมันมีจุดเดือดสูงที่สุดและดังนั้นเมื่อเทียบกับไนโตรเจนและอาร์กอนผันผวนน้อย กระบวนการที่ใช้ก๊าซระบายความร้อนในระหว่างการขยายตัวของ ขั้นตอนหลักของการดำเนินการดังต่อไปนี้:

• อากาศจะถูกกรองเอาอนุภาคของแข็ง;
• ความชื้นและก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จะถูกลบออกโดยการดูดซึมในด่าง;
• อากาศจะถูกบีบอัดและความร้อนการบีบอัดจะถูกลบออกโดยวิธีการแบบเดิมระบายความร้อน;
• แล้วก็เข้าสู่ขดลวดที่อยู่ในห้องนั้น
• ส่วนหนึ่งของการบีบอัดก๊าซ (ที่ความดันประมาณ 200 เอทีเอ็ม) ในการขยายห้องเย็นขดลวด;
• ขยายผลตอบแทนก๊าซคอมเพรสเซอร์และผ่านหลายขั้นตอนของการบีบอัดและการขยายตัวตามมาโดยที่ -196 องศาเซลเซียสอากาศจะกลายเป็นของเหลว
• อุ่นกลั่นแสงแรกก๊าซเฉื่อยของเหลวแล้วไนโตรเจนและออกซิเจนเหลวซาก แยกหลายผลิตผลิตภัณฑ์บริสุทธิ์เพียงพอ (99.5%) สำหรับงานอุตสาหกรรมมากที่สุด

ใช้ในอุตสาหกรรม

โลหะเป็นผู้บริโภคที่ใหญ่ที่สุดของออกซิเจนบริสุทธิ์สำหรับการผลิตเหล็กคาร์บอนสูงนี้ได้รับการกำจัดของอโลหะก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และสิ่งสกปรกอื่น ๆ เพื่อให้ได้เร็วขึ้นและง่ายกว่าด้วยอากาศ

น้ำทิ้งสัญญาออกซิเจนสำหรับการรักษาที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นของน้ำทิ้งของเหลวกว่าในกระบวนการทางเคมีอื่น ๆ มันจะกลายเป็นสิ่งสำคัญมากขึ้นในระบบการเผาขยะที่ปิดใช้บริสุทธิ์ O ₂

ที่เรียกว่าสันดาปขีปนาวุธเป็นออกซิเจนเหลว เพียว O ₂ นี้จะใช้ในเรือดำน้ำและระฆังดำน้ำ

ในอุตสาหกรรมเคมีออกซิเจนแทนที่อากาศสามัญในการผลิตสารเช่นอะเซทิลีนเอทิลีนออกไซด์และเมทานอล การประยุกต์ทางการแพทย์รวมถึงการใช้ก๊าซออกซิเจนในห้องพ่นยาและตู้อบทารก ก๊าซยาสลบอุดมไปด้วยออกซิเจนให้การสนับสนุนในช่วงชีวิตการดมยาสลบ โดยธาตุสารเคมีนี้ได้รับสามารถที่จะมีชีวิตอยู่จำนวนของอุตสาหกรรมที่ใช้เตาเผา นั่นคือสิ่งที่ออกซิเจน

คุณสมบัติทางเคมีและปฏิกิริยา

ค่าขนาดใหญ่ของความสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนและอิเล็กออกซิเจนเป็นองค์ประกอบทั่วไปที่แสดงคุณสมบัติโลหะ สารทั้งหมดมีออกซิเจนเชิงลบสถานะออกซิเดชัน เมื่อทั้งสองวงโคจรอิเล็กตรอนที่เต็มไปด้วยรูปแบบ O ^2- ไอออน เปอร์ออกไซด์ (O ₂ ²⁾ สันนิษฐานว่าแต่ละอะตอมมีค่าของ -1 สถานที่แห่งนี้ในการรับอิเล็กตรอนโดยการส่งทั้งหมดหรือบางส่วนและกำหนดเป็นตัวแทนออกซิไดซ์ เมื่อตัวแทนทำปฏิกิริยากับสารบริจาคอิเล็กตรอนสถานะออกซิเดชันของตัวเองลดลง การเปลี่ยนแปลง (ลดลง) ในสถานะออกซิเดชันออกซิเจนจากศูนย์ถึง -2 เรียกว่าการกู้คืน

ภายใต้สภาวะปกติองค์ประกอบรูปแบบสาร dihydric และ trihydric นอกจากนี้ยังมีเป็นโมเลกุลที่ไม่เสถียรมาก chetyrehatomnye ในรูปแบบ diatomic สองอิเล็กตรอน unpaired ตั้งอยู่บน orbitals nonbonding นี่คือคำยืนยันจากพฤติกรรม paramagnetic ก๊าซ

การเกิดปฏิกิริยาที่รุนแรงบางครั้งอธิบายสมมติฐานโอโซนที่หนึ่งในสามของอะตอมอยู่ในสถานะ "อะตอม" ปฏิกิริยาอะตอมนี้จะแยกตัวออกจาก O _{3 ออกจากโมเลกุลออกซิเจน}

O ₂ โมเลกุลที่อุณหภูมิปกติและความดันบรรยากาศปฏิกิริยาอย่างอ่อน ออกซิเจนอะตอมเป็นงานมากขึ้น พลังงานความร้าวฉาน (O ₂ → 2O) เป็นสำคัญและ 117.2 กิโลแคลอรี mol

สัมพันธ์

C อโลหะเช่นไฮโดรเจนคาร์บอนกำมะถันออกซิเจนในรูปแบบที่หลากหลายของสารประกอบโควาเลนต์ผูกพันรวมทั้งออกไซด์อโลหะเช่นน้ำ (H ₂ O), ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO ₂₎ และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO _2); สารประกอบอินทรีย์เช่นแอลกอฮอล์, ลดีไฮด์และกรดคาร์บอกซิ; กรดทั่วไปเช่นคาร์บอ _{(CO3 H2)} กรดกำมะถัน (H ₂ SO ₄₎ และไนตริก (HNO ₃₎ และเกลือที่สอดคล้องกันเช่นโซเดียมซัลเฟต (Na ₂ SO _4), โซเดียมคาร์บอเนต (Na ₂ CO ₃₎ และโซเดียมไนเตรต (Nano ₃₎ ออกซิเจนที่มีอยู่ในรูปแบบของ O ^2- ไอออนในโครงสร้างผลึกของโลหะออกไซด์ของแข็งเช่นสารประกอบ (ออกไซด์) ออกซิเจนและ CaO แคลเซียมที่ superoxide โลหะ (KO ₂₎ ประกอบด้วยไอออน O ₂ ^{- ในขณะที่เปอร์ออกไซด์โลหะ} (แบเรียมออกไซด์ ₂₎ ประกอบด้วยไอออน O ₂ ^2- สารประกอบออกซิเจนโดยทั่วไปมี -2 สถานะออกซิเดชัน

คุณสมบัติที่สำคัญ

ในที่สุดเรารายการคุณสมบัติหลักของออกซิเจน:

• อิเล็กตรอน: 1s 2s ^{2 2} 2p ⁴
• เลขอะตอม: 8
• มวลอะตอม: 15.9994
• จุดเดือด: -183,0 องศาเซลเซียส
• จุดหลอมเหลว: -218,4 องศาเซลเซียส
• ความหนาแน่น (ถ้าความดันออกซิเจนเป็น 1 ตู้เอทีเอ็มที่ 0 ° C): 1,429 กรัม / ลิตร
• สถานะออกซิเดชันของ -1, -2, 2 (ในสารประกอบที่มีฟลูออรีน)