روی خودت کار کن
21.09.2023

همه چیز در مورد اکسیژن گاز اکسیژن. خواص، تولید، کاربرد و قیمت اکسیژن. مشتقات سمی اکسیژن

تعریف

اکسیژن- هشتمین عنصر جدول تناوبی. نام - O از لاتین "oxygenium". واقع در دوره دوم، گروه VIA. به غیر فلزات اشاره دارد. بار هسته ای 8 است.

اکسیژن رایج ترین عنصر در پوسته زمین است. در حالت آزاد در هوای اتمسفر یافت می شود و به صورت محدود بخشی از آب، مواد معدنی، سنگ ها و همه موادی است که موجودات گیاهان و جانوران از آنها ساخته شده اند. کسر جرمی اکسیژن در پوسته زمین حدود 47 درصد است.

در شکل ساده خود، اکسیژن یک گاز بی رنگ و بی بو است. کمی سنگین تر از هوا است: جرم 1 لیتر اکسیژن در شرایط عادی 1.43 گرم و 1 لیتر هوا 1.293 گرم است. اکسیژن در آب حل می شود، اگرچه در مقادیر کم: 100 حجم آب در دمای 0 درجه سانتیگراد 4.9 و در 20 درجه سانتیگراد - 3.1 حجم اکسیژن را حل می کند.

جرم اتمی و مولکولی اکسیژن

تعریف

جرم اتمی نسبی A rجرم مولی یک اتم یک ماده تقسیم بر 1/12 جرم مولی اتم کربن 12 (12 C) است.

جرم اتمی نسبی اکسیژن اتمی 15.999 amu است.

تعریف

وزن مولکولی نسبی M rجرم مولی یک مولکول تقسیم بر 1/12 جرم مولی اتم کربن 12 (12 C) است.

این یک کمیت بدون بعد است. مشخص است که مولکول اکسیژن دو اتمی است - O 2. جرم مولکولی نسبی یک مولکول اکسیژن برابر با:

M r (O 2) = 15.999 × 2 ≈32.

آلوتروپی و تغییرات آلوتروپیک اکسیژن

اکسیژن می تواند به شکل دو تغییر آلوتروپیک وجود داشته باشد - اکسیژن O 2 و ازن O 3 (خواص فیزیکی اکسیژن در بالا توضیح داده شده است).

در شرایط عادی، ازن یک گاز است. می توان آن را با خنک کننده قوی از اکسیژن جدا کرد. ازن متراکم می شود و به یک مایع آبی تبدیل می شود که در دمای (111.9- درجه سانتیگراد) می جوشد.

حلالیت ازن در آب بسیار بیشتر از اکسیژن است: 100 حجم آب در دمای 0 درجه سانتیگراد، 49 حجم ازن را حل می کند.

تشکیل ازن از اکسیژن را می توان با معادله زیر بیان کرد:

3O 2 = 2O 3 - 285 کیلوژول.

ایزوتوپ های اکسیژن

مشخص است که در طبیعت اکسیژن را می توان به شکل سه ایزوتوپ 16 O (99.76%)، 17 O (0.04%) و 18 O (0.2%) یافت. اعداد جرمی آنها به ترتیب 16، 17 و 18 است. هسته یک اتم ایزوتوپ اکسیژن 16 O حاوی هشت پروتون و هشت نوترون است و ایزوتوپ های 17 O و 18 O به ترتیب دارای همان تعداد پروتون، نه و ده نوترون هستند.

دوازده ایزوتوپ رادیواکتیو اکسیژن با اعداد جرمی از 12 تا 24 وجود دارد که پایدارترین ایزوتوپ 15 O با نیمه عمر 120 ثانیه است.

یون های اکسیژن

سطح انرژی بیرونی اتم اکسیژن دارای شش الکترون است که الکترون های ظرفیتی هستند:

1s 2 2s 2 2p 4 .

ساختار اتم اکسیژن در زیر نشان داده شده است:

در نتیجه برهمکنش شیمیایی، اکسیژن می تواند الکترون های ظرفیت خود را از دست بدهد، یعنی. اهداکننده آنها باشد و به یونهای دارای بار مثبت تبدیل شود یا الکترونهایی را از اتم دیگری بپذیرد. پذیرنده آنها باشد و به یونهای دارای بار منفی تبدیل شود:

O 0 +2e → O 2- ;

O 0 -1e → O 1+ .

مولکول و اتم اکسیژن

مولکول اکسیژن از دو اتم - O 2 تشکیل شده است. در اینجا برخی از خواص مشخص کننده اتم و مولکول اکسیژن آورده شده است:

نمونه هایی از حل مسئله

مثال 1

هنگام برش فلز، با شعله گاز با دمای بالا که از سوزاندن گاز قابل اشتعال یا بخار مایع مخلوط با اکسیژن فنی خالص به دست می آید، انجام می شود.

اکسیژن فراوان ترین عنصر روی زمین است، به شکل ترکیبات شیمیایی با مواد مختلف یافت می شود: در زمین - تا 50٪ وزنی، در ترکیب با هیدروژن در آب - حدود 86٪ وزنی و در هوا - تا 21٪ حجمی و 23٪ توسط وزن.

اکسیژن در شرایط عادی (دمای 20 درجه سانتیگراد، فشار 0.1 مگاپاسکال) گازی بی رنگ، غیر قابل اشتعال، کمی سنگین تر از هوا، بی بو، اما به طور فعال از احتراق پشتیبانی می کند. در فشار معمولی اتمسفر و دمای 0 درجه سانتیگراد، جرم 1 متر مکعب اکسیژن 1.43 کیلوگرم و در دمای 20 درجه سانتیگراد و فشار معمولی اتمسفر - 1.33 کیلوگرم است.

اکسیژن فعالیت شیمیایی بالایی داردتشکیل ترکیباتی با تمام عناصر شیمیایی به جز (آرگون، هلیوم، زنون، کریپتون و نئون). واکنش های ترکیب با اکسیژن با آزاد شدن مقدار زیادی گرما رخ می دهد، یعنی طبیعت گرمازا دارند.

هنگامی که اکسیژن گاز فشرده در تماس با مواد آلی، روغن ها، چربی ها، گرد و غبار زغال سنگ، پلاستیک های قابل اشتعال قرار می گیرد، ممکن است به طور خود به خود در نتیجه انتشار گرما در حین فشرده سازی سریع اکسیژن، اصطکاک و برخورد ذرات جامد بر روی فلز، مشتعل شوند. به عنوان یک تخلیه جرقه الکترواستاتیک. بنابراین هنگام استفاده از اکسیژن باید مراقب بود که با مواد قابل اشتعال یا احتراق تماس نداشته باشد.

تمام تجهیزات اکسیژن، خطوط اکسیژن و سیلندرها باید کاملاً چربی زدایی شوند.قادر به تشکیل مخلوط های انفجاری با گازهای قابل اشتعال یا بخارات قابل اشتعال مایع در محدوده وسیعی است که همچنین می تواند منجر به انفجار در حضور شعله باز یا حتی جرقه شود.

هنگام استفاده از اکسیژن در فرآیندهای پردازش شعله گاز، ویژگی های ذکر شده اکسیژن را باید همیشه در نظر داشت.

هوای اتمسفر عمدتاً مخلوطی مکانیکی از سه گاز با محتوای حجمی زیر است: نیتروژن - 78.08٪، اکسیژن - 20.95٪، آرگون - 0.94٪، بقیه دی اکسید کربن، اکسید نیتروژن و غیره است. اکسیژن از جداسازی هوا بدست می آیدبه اکسیژن و با روش خنک‌سازی عمیق (مایع‌سازی)، همراه با جداسازی آرگون که استفاده از آن به طور مداوم در حال افزایش است. از نیتروژن به عنوان گاز محافظ هنگام جوشکاری مس استفاده می شود.

اکسیژن را می توان از طریق شیمیایی یا الکترولیز آب به دست آورد. روش های شیمیاییناکارآمد و غیراقتصادی در الکترولیز آببا جریان مستقیم، اکسیژن به عنوان یک محصول جانبی در تولید هیدروژن خالص تولید می شود.

اکسیژن در صنعت تولید می شوداز هوای اتمسفر با خنک سازی عمیق و یکسوسازی. در تاسیسات برای به دست آوردن اکسیژن و نیتروژن از هوا، هوا از ناخالصی های مضر تمیز می شود، در کمپرسور به فشار سیکل تبرید مناسب 0.6-20 مگاپاسکال فشرده می شود و در مبدل های حرارتی خنک می شود تا دمای مایع شدن، تفاوت در دمای مایع شدن اکسیژن و نیتروژن 13 درجه سانتیگراد است که برای جداسازی کامل آنها در فاز مایع کافی است.

اکسیژن خالص مایع در یک دستگاه جداسازی هوا جمع می‌شود، تبخیر می‌شود و در یک مخزن گاز جمع می‌شود و از آنجا توسط یک کمپرسور تحت فشار حداکثر 20 مگاپاسکال به داخل سیلندرها پمپ می‌شود.

اکسیژن فنی نیز از طریق خط لوله منتقل می شود. فشار اکسیژن منتقل شده از طریق خط لوله باید بین سازنده و مصرف کننده توافق شود. اکسیژن در سیلندرهای اکسیژن و به صورت مایع در ظروف مخصوص با عایق حرارتی خوب به محل تحویل داده می شود.

برای تبدیل اکسیژن مایع به گاز از گازیفایرها یا پمپ هایی با اواپراتورهای اکسیژن مایع استفاده می شود. در فشار معمولی اتمسفر و دمای 20 درجه سانتیگراد، 1 dm 3 از اکسیژن مایع در هنگام تبخیر، 860 dm3 اکسیژن گازی می دهد. بنابراین توصیه می شود اکسیژن را در حالت مایع به محل جوش برسانید، زیرا این کار وزن ظرف را 10 برابر کاهش می دهد که باعث صرفه جویی در مصرف فلز برای ساخت سیلندرها و کاهش هزینه حمل و نقل و نگهداری سیلندرها می شود.

برای جوش و برشبر اساس -78، اکسیژن فنی در سه درجه تولید می شود:

  • 1- خلوص حداقل 99.7٪
  • دوم - نه کمتر از 99.5٪
  • 3 - کمتر از 99.2٪ حجم

خلوص اکسیژن برای برش سوخت اکسیژن از اهمیت بالایی برخوردار است. هرچه ناخالصی های گاز کمتری در آن وجود داشته باشد، سرعت برش بالاتر، تمیزتر و مصرف اکسیژن کمتر است.

اکسیژن تقریبا با تمام عناصر جدول تناوبی مندلیف ترکیب می شود.

واکنش هر ماده ای که با اکسیژن ترکیب می شود اکسیداسیون نامیده می شود.

بیشتر این واکنش ها شامل آزاد شدن گرما است. اگر یک واکنش اکسیداسیون نور را همراه با گرما تولید کند به آن احتراق می گویند. با این حال، همیشه نمی توان به گرما و نور آزاد شده توجه کرد، زیرا در برخی موارد اکسیداسیون بسیار کند اتفاق می افتد. هنگامی که واکنش اکسیداسیون به سرعت اتفاق می افتد، ممکن است متوجه انتشار گرما شود.

در نتیجه هر اکسیداسیون - سریع یا آهسته - در بیشتر موارد اکسیدها تشکیل می شوند: ترکیبات فلزات، کربن، گوگرد، فسفر و سایر عناصر با اکسیژن.

احتمالاً بیش از یک بار پوشش سقف های آهنی را دیده اید. قبل از پوشاندن آنها با آهن نو، کهنه به پایین پرتاب می شود. فلس های قهوه ای - زنگ - همراه با آهن به زمین می افتند. این هیدرات اکسید آهن است که به آرامی و طی چندین سال تحت تأثیر اکسیژن، رطوبت و دی اکسید کربن روی آهن تشکیل می شود.

زنگ را می توان ترکیبی از اکسید آهن و یک مولکول آب در نظر گرفت. ساختار شل دارد و آهن را از تخریب محافظت نمی کند.

برای محافظت از آهن در برابر تخریب - خوردگی - معمولاً آن را با رنگ یا سایر مواد مقاوم در برابر خوردگی پوشش می دهند: روی، کروم، نیکل و سایر فلزات. خواص حفاظتی این فلزات، مانند آلومینیوم، بر این اساس است که آنها با یک لایه نازک و پایدار از اکسیدهای خود پوشیده شده اند، که پوشش را از تخریب بیشتر محافظت می کند.

پوشش های نگهدارنده به طور قابل توجهی روند اکسیداسیون فلز را کاهش می دهند.

فرآیندهای اکسیداسیون آهسته، شبیه به احتراق، به طور مداوم در طبیعت رخ می دهد.

هنگامی که چوب، کاه، برگ و سایر مواد آلی پوسیده می شوند، فرآیندهای اکسیداسیون کربن که بخشی از این مواد است رخ می دهد. گرما به آرامی آزاد می شود و بنابراین معمولاً مورد توجه قرار نمی گیرد.

اما گاهی اوقات این نوع فرآیندهای اکسیداتیو خود تسریع می‌شوند و به احتراق تبدیل می‌شوند.

احتراق خود به خود را می توان در پشته ای از یونجه مرطوب مشاهده کرد.

اکسیداسیون سریع با انتشار مقادیر زیادی گرما و نور نه تنها در هنگام سوزاندن چوب، نفت سفید، شمع، روغن و سایر مواد قابل احتراق حاوی کربن، بلکه هنگام سوزاندن آهن نیز قابل مشاهده است.

مقداری آب داخل شیشه بریزید و آن را با اکسیژن پر کنید. سپس یک مارپیچ آهنی را داخل شیشه قرار دهید که در انتهای آن یک ترکش در حال دود وصل شده است. ترکش و پشت آن مارپیچ با شعله ای روشن روشن می شود و جرقه های ستاره ای شکل را در همه جهات پراکنده می کند.

این فرآیند اکسیداسیون سریع آهن با اکسیژن است. در دمای بالای تولید شده توسط ترکش سوزان شروع شد و تا زمانی ادامه می یابد که مارپیچ به دلیل گرمای آزاد شده هنگام سوختن آهن کاملاً بسوزد.

گرمای زیادی وجود دارد که ذرات آهن اکسید شده تشکیل شده در طی احتراق، به رنگ سفید و داغ می درخشند و شیشه را به خوبی روشن می کنند.

ترکیب مقیاس تشکیل شده در هنگام احتراق آهن تا حدودی با ترکیب اکسیدی که به شکل زنگ در هنگام اکسیداسیون آهسته آهن در هوا در مجاورت رطوبت ایجاد می شود متفاوت است.

در حالت اول، اکسیداسیون به اکسید آهن (Fe 3 O 4)، که بخشی از سنگ آهن مغناطیسی است، ادامه می یابد. در مرحله دوم، اکسیدی تشکیل می شود که بسیار شبیه سنگ آهن قهوه ای است که دارای فرمول 2Fe 2 O 3 ∙ H 2 O است.

بنابراین، بسته به شرایطی که تحت آن اکسیداسیون رخ می دهد، اکسیدهای مختلفی تشکیل می شود که از نظر محتوای اکسیژن با یکدیگر متفاوت هستند.

به عنوان مثال، کربن با اکسیژن ترکیب می شود و دو اکسید تولید می کند - مونوکسید کربن و دی اکسید کربن. در صورت کمبود اکسیژن، احتراق ناقص کربن با تشکیل مونوکسید کربن (CO) اتفاق می افتد که در خوابگاه به آن مونوکسید کربن می گویند. احتراق کامل دی اکسید کربن یا دی اکسید کربن (CO2) تولید می کند.

فسفر که در شرایط کمبود اکسیژن می سوزد، انیدرید فسفر (P 2 O 3 ) و در صورت وجود بیش از حد، انیدرید فسفر (P 2 O 5) تشکیل می دهد. گوگرد تحت شرایط احتراق مختلف همچنین می تواند دی اکسید گوگرد (SO 2) یا انیدرید سولفوریک (SO 3) تولید کند.

در اکسیژن خالص، احتراق و سایر واکنش‌های اکسیداسیون سریع‌تر پیش می‌روند و به اتمام می‌رسند.

چرا احتراق در اکسیژن شدیدتر از هوا رخ می دهد؟

آیا اکسیژن خالص خاصیت خاصی دارد که اکسیژن هوا فاقد آن باشد؟ البته که نه. در هر دو مورد، ما اکسیژن یکسان، با خواص یکسان داریم. فقط هوا حاوی 5 برابر کمتر از همان حجم اکسیژن خالص است و علاوه بر این، اکسیژن موجود در هوا با مقادیر زیادی نیتروژن مخلوط می شود که نه تنها خود را نمی سوزاند، بلکه از احتراق نیز پشتیبانی نمی کند. بنابراین، اگر اکسیژن هوا بلافاصله در نزدیکی شعله مصرف شده باشد، بخش دیگری از آن باید از طریق نیتروژن و محصولات احتراق عبور کند. در نتیجه، احتراق پرانرژی بیشتر در اتمسفر اکسیژن را می توان با عرضه سریعتر آن به محل احتراق توضیح داد. در این حالت، فرآیند ترکیب اکسیژن با ماده سوزان با انرژی بیشتری پیش می رود و گرمای بیشتری آزاد می شود. هر چه در واحد زمان اکسیژن بیشتری به ماده سوزانده شود، شعله روشن تر، دما بالاتر و احتراق قوی تر می شود.

آیا خود اکسیژن می سوزد؟

سیلندر را بردارید و آن را وارونه کنید. یک لوله هیدروژن زیر سیلندر قرار دهید. از آنجایی که هیدروژن از هوا سبک تر است، سیلندر را کاملا پر می کند.

هیدروژن را نزدیک قسمت باز سیلندر روشن کنید و یک لوله شیشه ای را از داخل شعله وارد کنید که گاز اکسیژن از آن خارج می شود. در نزدیکی انتهای لوله آتش سوزی رخ می دهد که به آرامی در داخل سیلندر پر از هیدروژن می سوزد. این اکسیژن نیست که می سوزد، بلکه هیدروژن است که در حضور مقدار کمی اکسیژن از لوله خارج می شود.

در نتیجه احتراق هیدروژن چه چیزی تشکیل می شود؟ چه نوع اکسیدی تولید می شود؟

هیدروژن به آب اکسید می شود. در واقع، قطرات بخار آب تغلیظ شده به تدریج شروع به نشستن روی دیواره های سیلندر می کنند. اکسیداسیون 2 مولکول هیدروژن 1 مولکول اکسیژن را می گیرد و 2 مولکول آب تشکیل می شود (2H 2 + O 2 → 2H 2 O).

اگر اکسیژن به آرامی از لوله خارج شود، تمام آن در اتمسفر هیدروژنی می سوزد و آزمایش با آرامش ادامه می یابد.

هنگامی که میزان اکسیژن را به قدری افزایش دهید که زمان سوختن کامل نداشته باشد، مقداری از آن فراتر از شعله می رود، جایی که محفظه هایی از مخلوطی از هیدروژن و اکسیژن تشکیل می شود و جرقه های کوچک فردی شبیه به انفجار ظاهر می شود. .

مخلوطی از اکسیژن و هیدروژن یک گاز انفجاری است. اگر گاز انفجاری را مشتعل کنید، یک انفجار قوی رخ می دهد: هنگامی که اکسیژن با هیدروژن ترکیب می شود، آب به دست می آید و دمای بالا ایجاد می شود. بخار آب و گازهای اطراف به شدت منبسط می شوند و فشار بالایی ایجاد می کنند که در آن نه تنها سیلندر شیشه ای، بلکه یک ظرف بادوام تر نیز می تواند به راحتی پاره شود. بنابراین، کار با یک مخلوط انفجاری نیاز به مراقبت ویژه دارد.

اکسیژن یک ویژگی جالب دیگر نیز دارد. با عناصر خاصی ترکیب می شود و ترکیبات پراکسید را تشکیل می دهد.

بیایید یک مثال معمولی بیاوریم. همانطور که می دانید هیدروژن یک ظرفیتی است، اکسیژن دو ظرفیتی است: 2 اتم هیدروژن می توانند با 1 اتم اکسیژن ترکیب شوند. این باعث تولید آب می شود. ساختار یک مولکول آب معمولاً به صورت H - O - H نشان داده می شود. اگر یک اتم اکسیژن بیشتر به یک مولکول آب اضافه شود، پراکسید هیدروژن تشکیل می شود که فرمول آن H 2 O 2 است.

اتم دوم اکسیژن در این ترکیب کجا قرار می گیرد و توسط چه پیوندهایی نگه داشته می شود؟ اتم دوم اکسیژن پیوند اتم اول را با یکی از اتم های هیدروژن می شکند و بین آنها می ایستد و یک ترکیب H-O-O-H تشکیل می دهد. پراکسید سدیم (Na-O-O-Na) و پراکسید باریم ساختار یکسانی دارند.

ویژگی ترکیبات پراکسید وجود 2 اتم اکسیژن است که با ظرفیت یکسان به یکدیگر پیوند دارند. بنابراین، 2 اتم هیدروژن، 2 اتم سدیم یا 1 اتم باریم می توانند نه 1 اتم اکسیژن با دو ظرفیت (-O-) بلکه 2 اتم را به خود بچسبانند که در نتیجه اتصال بین خود نیز فقط دو اتم آزاد دارند. ظرفیت ها (-O- ABOUT-).

پراکسید هیدروژن را می توان با واکنش اسید سولفوریک رقیق با پراکسید سدیم (Na2O2) یا پراکسید باریم (BaO2) تهیه کرد. استفاده از پراکسید باریم راحت تر است، زیرا هنگامی که در معرض اسید سولفوریک قرار می گیرد، رسوب نامحلول سولفات باریم تشکیل می شود که پراکسید هیدروژن را می توان به راحتی با فیلتر کردن جدا کرد (BaO 2 + H 2 SO 4 → BaSO 4 + H 2 O 2).

پراکسید هیدروژن مانند ازن یک ترکیب ناپایدار است و به آب و یک اتم اکسیژن تجزیه می شود که در زمان آزاد شدن دارای ظرفیت اکسیداسیون بالایی است. در دماهای پایین و در تاریکی، تجزیه پراکسید هیدروژن به کندی انجام می شود. و هنگامی که گرم می شود و در معرض نور قرار می گیرد، بسیار سریعتر اتفاق می افتد. ماسه، پودر دی اکسید منگنز، نقره یا پلاتین نیز تجزیه پراکسید هیدروژن را تسریع می کنند، در حالی که خود بدون تغییر باقی می مانند. موادی که فقط بر سرعت یک واکنش شیمیایی تأثیر می گذارند، در حالی که خودشان بدون تغییر باقی می مانند، کاتالیزور نامیده می شوند.

اگر مقدار کمی پراکسید هیدروژن را در بطری بریزید که ته آن یک کاتالیزور - پودر دی اکسید منگنز وجود دارد، تجزیه هیدروژن پراکسید آنقدر سریع انجام می شود که متوجه آزاد شدن حباب های اکسیژن خواهید شد.

نه تنها اکسیژن گازی توانایی اکسید کردن ترکیبات مختلف را دارد، بلکه برخی از ترکیبات حاوی آن را نیز دارد.

یک عامل اکسید کننده خوب پراکسید هیدروژن است. رنگ‌های مختلف را بی‌رنگ می‌کند و بنابراین در فناوری برای سفید کردن ابریشم، خز و سایر محصولات استفاده می‌شود.

توانایی پراکسید هیدروژن برای از بین بردن میکروب های مختلف باعث می شود که از آن به عنوان یک ضد عفونی کننده استفاده شود. از پراکسید هیدروژن برای شستشوی زخم ها، غرغره کردن و در عمل دندانپزشکی استفاده می شود.

اسید نیتریک (HNO 3) دارای خواص اکسید کننده قوی است. اگر یک قطره سقز به اسید نیتریک اضافه شود، برق درخشانی ایجاد می شود: کربن و هیدروژن موجود در سقز به شدت اکسید می شود و مقدار زیادی گرما آزاد می شود.

کاغذ و پارچه های آغشته به اسید نیتریک به سرعت از بین می روند. مواد آلی که این مواد از آنها ساخته می شوند توسط اسید نیتریک اکسید شده و خاصیت خود را از دست می دهند. اگر کاغذ یا پارچه آغشته به اسید نیتریک گرم شود، فرآیند اکسیداسیون آنقدر تسریع می‌شود که ممکن است فلاش رخ دهد.

اسید نیتریک نه تنها ترکیبات آلی، بلکه برخی فلزات را نیز اکسید می کند. مس وقتی در معرض اسید نیتریک غلیظ قرار می گیرد، ابتدا به اکسید مس اکسید می شود و دی اکسید نیتروژن از اسید نیتریک آزاد می شود و سپس اکسید مس به نمک نیترات مس تبدیل می شود.

نه تنها اسید نیتریک، بلکه برخی از نمک های آن نیز دارای خواص اکسید کننده قوی هستند.

نمک های نیترات پتاسیم، سدیم، کلسیم و آمونیوم که در تکنولوژی نیترات نامیده می شوند، با حرارت دادن تجزیه می شوند و اکسیژن آزاد می کنند. در دماهای بالا در نمک مذاب، اخگر چنان شدید می سوزد که نور سفید درخشانی ظاهر می شود. اگر یک تکه گوگرد را با نیترات مذاب به همراه زغال سنگ در حال دود شدن داخل لوله آزمایشی بیندازید، احتراق با چنان شدتی پیش می‌رود و دما آنقدر بالا می‌رود که شیشه شروع به ذوب شدن می‌کند. این خواص نمکدان از دیرباز برای بشر شناخته شده است. او از این خواص برای تهیه باروت استفاده کرد.

باروت سیاه یا دودی از نمک نمک، زغال سنگ و گوگرد تهیه می شود. در این مخلوط زغال سنگ و گوگرد مواد قابل احتراق هستند. وقتی می سوزند، به دی اکسید کربن گازی (CO 2) و سولفید پتاسیم جامد (K 2 S) تبدیل می شوند. هنگامی که نمک نمک تجزیه می شود، مقادیر زیادی اکسیژن و گاز نیتروژن آزاد می کند. اکسیژن آزاد شده باعث افزایش احتراق زغال سنگ و گوگرد می شود.

در نتیجه احتراق، چنان دمای بالایی ایجاد می شود که گازهای حاصل می توانند به حجمی منبسط شوند که 2000 برابر حجم باروت گرفته شده است. اما دیواره های یک ظرف بسته که معمولاً باروت در آن می سوزند، اجازه نمی دهد گازها به راحتی و آزادانه منبسط شوند. فشار زیادی ایجاد می شود که باعث پارگی رگ در ضعیف ترین نقطه می شود. صدای انفجار کر کننده ای شنیده می شود، گازها با سر و صدا بیرون می آیند و ذرات خرد شده ماده جامد را به شکل دود با خود می برند.

بنابراین، از نیترات پتاسیم، زغال سنگ و گوگرد، مخلوطی تشکیل می شود که قدرت تخریب بسیار زیادی دارد.

ترکیبات با خواص اکسید کننده قوی همچنین شامل نمک اسیدهای کلر حاوی اکسیژن می باشد. نمک برتوله وقتی گرم می شود به کلرید پتاسیم و اکسیژن اتمی تجزیه می شود.

آهک کلریک یا آهک سفید کننده، حتی راحت تر از نمک برتوله، اکسیژن خود را از دست می دهد. آهک سفید کننده برای سفید کردن پنبه، کتان، کاغذ و سایر مواد استفاده می شود. کلرید آهک همچنین به عنوان یک دارو در برابر مواد سمی استفاده می شود: مواد سمی مانند بسیاری از ترکیبات پیچیده دیگر تحت تأثیر عوامل اکسید کننده قوی از بین می روند.

خواص اکسید کننده اکسیژن، توانایی آن برای ترکیب آسان با عناصر مختلف و پشتیبانی شدید از احتراق، در حالی که دمای بالا را ایجاد می کند، مدت ها است که توجه دانشمندان در زمینه های مختلف علمی را به خود جلب کرده است. شیمیدانان و متالوژیست ها به ویژه به این امر علاقه داشتند. اما استفاده از اکسیژن محدود بود زیرا راه ساده و ارزانی برای به دست آوردن آن از هوا و آب وجود نداشت.

فیزیکدانان به کمک شیمیدانان و متالوژیست ها آمدند. آنها یک راه بسیار راحت برای جداسازی اکسیژن از هوا پیدا کردند و شیمیدانان فیزیکی یاد گرفتند که آن را در مقادیر زیادی از آب بدست آورند.

اگر خطایی پیدا کردید، لطفاً قسمتی از متن را برجسته کرده و کلیک کنید Ctrl+Enter.

اکسیژن، O (اکسیژنیوم )، عنصر شیمیاییاز طريق زیر گروه های جدول تناوبی عناصر: O, S, Se, Te, Po عضوی از خانواده کالکوژن این رایج ترین عنصر در طبیعت است، محتوای آن در جو زمین 21٪ (حجم)، در پوسته زمین به شکل ترکیبات تقریباً. 50٪ (وزنی) و در هیدروسفر 88.8٪ (وزنی). اکسیژن برای وجود حیات روی زمین ضروری است: حیوانات و گیاهان در طول تنفس اکسیژن مصرف می کنند و گیاهان از طریق فتوسنتز اکسیژن آزاد می کنند. ماده زنده نه تنها در مایعات بدن (در سلول‌های خونی و غیره)، بلکه در کربوهیدرات‌ها (قند، سلولز، نشاسته، گلیکوژن)، چربی‌ها و پروتئین‌ها نیز حاوی اکسیژن محدود است. رس ها، سنگ ها از سیلیکات ها و سایر ترکیبات معدنی حاوی اکسیژن مانند اکسیدها، هیدروکسیدها، کربنات ها، سولفات ها و نیترات ها تشکیل شده اند.مرجع تاریخی اولین اطلاعات در مورد اکسیژن در اروپا از نسخه های خطی چینی قرن هشتم شناخته شد. در آغاز قرن شانزدهم. لئوناردو داوینچی اطلاعات مربوط به شیمی اکسیژن را منتشر کرد و هنوز نمی دانست که اکسیژن یک عنصر است. واکنش های افزودن اکسیژن در آثار علمی S. Geils (1731) و P. Bayen (1774) توضیح داده شده است. تحقیقات K. Scheele در 1771-1773 در مورد برهمکنش فلزات و فسفر با اکسیژن شایسته توجه ویژه است. جی. پریستلی کشف اکسیژن را به عنوان یک عنصر در سال 1774 گزارش کرد، چند ماه پس از گزارش باین در مورد واکنش های هوا. ناماکسیژنیوم ("اکسیژن") اندکی پس از کشف آن توسط پریستلی به این عنصر داده شد و از کلمات یونانی به معنی "اسید تولید کننده" آمده است. این به دلیل این تصور غلط است که اکسیژن در همه اسیدها وجود دارد. توضیح نقش اکسیژن در فرآیندهای تنفس و احتراق اما به A. Lavoisier (1777) تعلق دارد.ساختار اتم. هر اتم اکسیژن طبیعی حاوی 8 پروتون در هسته است، اما تعداد نوترون ها می تواند 8، 9 یا 10 باشد. رایج ترین ایزوتوپ از سه ایزوتوپ اکسیژن (99.76٪) است. 16 8 O (8 پروتون و 8 نوترون). محتوای ایزوتوپ دیگر، 18 8 O (8 پروتون و 10 نوترون) فقط 0.2٪ است. این ایزوتوپ به عنوان برچسب یا برای شناسایی مولکول های خاص و همچنین برای انجام مطالعات بیوشیمیایی و پزشکی-شیمیایی (روشی برای مطالعه آثار غیر رادیواکتیو) استفاده می شود. سومین ایزوتوپ غیر رادیواکتیو اکسیژن 17 8 O (0.04%) شامل 9 نوترون و دارای عدد جرمی 17 است. پس از جرم ایزوتوپ کربن در سال 1961 12 6 C توسط کمیسیون بین المللی به عنوان یک جرم اتمی استاندارد پذیرفته شد، میانگین وزنی جرم اتمی اکسیژن برابر با 15.9994 شد. تا سال 1961، شیمیدانان واحد استاندارد جرم اتمی را جرم اتمی اکسیژن می دانستند که برای مخلوطی از سه ایزوتوپ طبیعی اکسیژن 16000 فرض می شد. فیزیکدانان عدد جرمی ایزوتوپ اکسیژن را به عنوان واحد استاندارد جرم اتمی در نظر گرفتند. 16 8 O بنابراین، در مقیاس فیزیکی، میانگین جرم اتمی اکسیژن 16.0044 بود. (همچنین ببینیدجرم اتمی) .

یک اتم اکسیژن دارای 8 الکترون، 2 الکترون در سطح داخلی و 6 الکترون است.

– به سمت بیرون. بنابراین، در واکنش‌های شیمیایی، اکسیژن می‌تواند تا دو الکترون را از اهداکنندگان بپذیرد و پوسته بیرونی خود را به 8 الکترون برساند و بار منفی اضافی تشکیل دهد. (همچنین ببینیدساختار اتمی) . اکسیژن مولکولی مانند بسیاری از عناصر دیگر که اتمهای آنها الکترون کافی برای تکمیل لایه بیرونی 8 الکترون ندارند. 12 الکترون ها، اکسیژن یک مولکول دو اتمی را تشکیل می دهد. این فرآیند انرژی زیادی آزاد می کند (~ 490 کیلوژول بر مول) و بر این اساس، همان مقدار انرژی باید برای فرآیند معکوس تفکیک مولکول به اتم صرف شود. استحکام پیوند OO آنقدر بالا که در 2300° تنها 1٪ از مولکول های اکسیژن به اتم ها تجزیه می شوند. (قابل توجه است که وقتی یک مولکول نیتروژن تشکیل می شود، N 2 استحکام پیوند NN حتی بالاتر است، ~ 710 kJ/mol.) ساختار الکترونیکی در ساختار الکترونیکی مولکول اکسیژن، همانطور که می‌توان انتظار داشت، توزیع الکترون‌ها در یک اکتت در اطراف هر اتم محقق نمی‌شود، اما الکترون‌های جفت‌نشده وجود دارد و اکسیژن ویژگی‌های معمولی چنین ساختاری را از خود نشان می‌دهد (به عنوان مثال، با آن در تعامل است. میدان مغناطیسی، پارامغناطیس بودن).واکنش ها در شرایط مناسب، اکسیژن مولکولی تقریباً با هر عنصری به جز گازهای نجیب واکنش می دهد. با این حال، در شرایط اتاق، تنها فعال ترین عناصر به اندازه کافی سریع با اکسیژن واکنش می دهند. این احتمال وجود دارد که بیشتر واکنش ها تنها پس از تجزیه اکسیژن به اتم ها اتفاق بیفتد و تجزیه فقط در دماهای بسیار بالا رخ می دهد. با این حال، کاتالیزورها یا سایر مواد موجود در سیستم واکنش دهنده ممکن است باعث تجزیه شوند O2 . مشخص شده است که فلزات قلیایی (Li، Na، K) و قلیایی خاکی (Ca, Sr, Ba) با اکسیژن مولکولی واکنش می دهند.با تشکیل پراکسیدها:رسید و درخواست. به دلیل وجود اکسیژن آزاد در اتمسفر، موثرترین روش استخراج آن از طریق مایع کردن هوا است که از آن ناخالصی ها یعنی CO حذف می شود. 2 ، گرد و غبار و غیره روش های شیمیایی و فیزیکی فرآیند چرخه ای شامل فشرده سازی، خنک سازی و انبساط است که منجر به مایع شدن هوا می شود. با افزایش آهسته دما (روش تقطیر کسری)، ابتدا گازهای نجیب (معمولاً سخت ترین آنها به مایع تبدیل می شوند) از هوای مایع تبخیر می شوند، سپس نیتروژن و اکسیژن مایع باقی می ماند. در نتیجه، اکسیژن مایع حاوی گازهای نجیب و درصد نسبتا زیادی نیتروژن است. برای بسیاری از کاربردها این ناخالصی ها مشکلی ندارند. اما برای به دست آوردن اکسیژن با خلوص خاص، فرآیند تقطیر باید تکرار شود (همچنین ببینیدهوا). اکسیژن در مخازن و سیلندرها ذخیره می شود. در مقادیر زیادی به عنوان اکسید کننده نفت سفید و سایر سوخت ها در موشک ها و فضاپیماها استفاده می شود. صنعت فولاد از گاز اکسیژن برای دمیدن در آهن مذاب با استفاده از روش بسمر برای حذف سریع و موثر ناخالصی های C، S و P استفاده می کند. انفجار اکسیژن فولاد را سریعتر و با کیفیت بالاتر از انفجار هوا تولید می کند. از اکسیژن برای جوشکاری و برش فلزات (شعله اکسی استیلن) ​​نیز استفاده می شود. از اکسیژن در پزشکی نیز استفاده می شود، به عنوان مثال، برای غنی سازی محیط تنفسی بیماران مبتلا به مشکل تنفسی. اکسیژن را می توان با روش های شیمیایی مختلف تولید کرد و برخی از آنها برای بدست آوردن مقادیر کمی از اکسیژن خالص در عمل آزمایشگاهی استفاده می شود.الکترولیز. یکی از روش‌های تولید اکسیژن، الکترولیز آب حاوی افزودنی‌های کوچک NaOH یا H است. 2 SO 4 به عنوان کاتالیزور: 2H 2 O ® 2H 2 + O 2 . در این حالت ناخالصی های هیدروژنی کوچکی تشکیل می شود. با استفاده از دستگاه تخلیه، آثار هیدروژن موجود در مخلوط گاز دوباره به آب تبدیل می شود که بخارات آن با انجماد یا جذب حذف می شوند.تفکیک حرارتی. یک روش آزمایشگاهی مهم برای تولید اکسیژن، پیشنهاد شده توسط J. Priestley، تجزیه حرارتی اکسیدهای فلزات سنگین است: 2HgO® 2Hg + O 2 . برای انجام این کار، پریستلی پرتوهای خورشید را روی پودر اکسید جیوه متمرکز کرد. یک روش آزمایشگاهی شناخته شده نیز تفکیک حرارتی نمک های اکسو، به عنوان مثال کلرات پتاسیم در حضور یک کاتالیزور - دی اکسید منگنز است:دی اکسید منگنز که در مقادیر کم قبل از کلسینه اضافه می شود، اجازه می دهد تا دمای مورد نیاز و سرعت تفکیک و خود MnO را حفظ کند. 2 در طول فرآیند تغییر نمی کند.

روش هایی برای تجزیه حرارتی نیترات ها نیز استفاده می شود:

و همچنین پراکسیدهای برخی از فلزات فعال، به عنوان مثال: 2BaO 2 ® 2BaO + O 2 روش دوم زمانی به طور گسترده برای استخراج اکسیژن از اتمسفر استفاده می شد و شامل گرم کردن BaO در هوا تا زمانی بود که BaO تشکیل شود. 2 به دنبال آن تجزیه حرارتی پراکسید. روش تجزیه حرارتی برای تولید پراکسید هیدروژن مهم است.

برخی از خواص فیزیکی اکسیژن
عدد اتمی 8
جرم اتمی 15,9994
نقطه ذوب، درجه سانتیگراد –218,4
نقطه جوش، درجه سانتیگراد –183,0
تراکم
سخت، g/cm 3 (در تی pl ) 1,27
مایع گرم در سانتی متر 3 (در تیکیپ) 1,14
گازی، g/dm 3 (در 0 درجه سانتیگراد) 1,429
نسبی هوا 1,105
بحرانی a، g/cm 3 0,430
دمای بحرانی a، °С –118,8
فشار بحرانی a, atm 49,7
حلالیت، سانتی متر 3 /100 میلی لیتر حلال
در آب (0 درجه سانتیگراد) 4,89
در آب (100 درجه سانتیگراد) 1,7
در الکل (25 درجه سانتیگراد) 2,78
شعاع، Å 0,74
کووالانسی 0,66
یونی (O 2-) 1,40
پتانسیل یونیزاسیون، V
اولین 13,614
دومین 35,146
الکترونگاتیوی ( F = 4) 3,5
آ دما و فشاری که در آن چگالی گاز و مایع یکسان است.
مشخصات فیزیکی. اکسیژن در شرایط عادی گازی بی رنگ، بی بو و بی مزه است. اکسیژن مایع دارای رنگ آبی کم رنگ است. اکسیژن جامد حداقل در سه تغییر کریستالی وجود دارد. گاز اکسیژن در آب محلول است و احتمالاً ترکیبات ضعیف O را تشکیل می دهد 2 H H 2 O، و احتمالا O 2 H 2H 2 O. خواص شیمیایی. همانطور که قبلا ذکر شد، فعالیت شیمیایی اکسیژن با توانایی آن در تجزیه به اتم تعیین می شود O که با واکنش پذیری بالا مشخص می شوند. فقط فعال ترین فلزات و مواد معدنی با آن واکنش نشان می دهند O2 با سرعت بالا در دمای پایین فعال ترین فلزات قلیایی (زیرگروه های IA) و برخی از فلزات قلیایی خاکی (زیرگروه های IIA) با O2 پراکسیدهایی مانند NaO 2 و BaO 2 . سایر عناصر و ترکیبات فقط با محصول تفکیک واکنش می دهند O2 . در شرایط مناسب، همه عناصر به استثنای گازهای نجیب و فلزات Pt، Ag، Au با اکسیژن واکنش می دهند. این فلزات نیز اکسید تشکیل می دهند، اما در شرایط خاص.

ساختار الکترونیکی اکسیژن (1s

 2 2s 2 2p 4 ) به گونه ای است که اتم O دو الکترون را در سطح بیرونی می پذیرد تا یک پوسته الکترونی خارجی پایدار تشکیل دهد و یک یون را تشکیل دهد O2 . در اکسیدهای فلزات قلیایی، پیوندهای یونی عمدتاً تشکیل می شوند. می توان فرض کرد که الکترون های این فلزات تقریباً به طور کامل به سمت اکسیژن کشیده می شوند. در اکسیدهای فلزات و غیرفلزات کمتر فعال، انتقال الکترون ناقص است و چگالی بار منفی روی اکسیژن کمتر مشخص است، بنابراین پیوند کمتر یونی یا کووالانسی تر است.هنگامی که فلزات با اکسیژن اکسید می شوند، گرما آزاد می شود که بزرگی آن با استحکام پیوند مرتبط است. MO . در طی اکسیداسیون برخی از نافلزات، گرما جذب می شود که نشان دهنده پیوند ضعیف آنها با اکسیژن است. چنین اکسیدهایی از نظر حرارتی ناپایدار هستند (یا کمتر از اکسیدهای دارای پیوند یونی پایدار هستند) و اغلب بسیار واکنش پذیر هستند. جدول برای مقایسه مقادیر آنتالپی تشکیل اکسیدهای معمولی ترین فلزات، فلزات واسطه و غیر فلزات، عناصر را نشان می دهد.الف- و ب -زیرگروه ها (علامت منهای به معنای انتشار گرما است).
واکنش ها آنتالپی تشکیل، kJ/mol
4Na + O 2 ® 2Na 2 O a
2Mg + O 2 ® 2MgO
4Al + 3O 2 ® 2Al 2 O 3
Si + O 2 ® SiO 2
4P + 5O 2 ® P 4 O 10
S + O 2 ® SO 2
2Cl 2 + 7O 2 ® 2Cl 2 O 7
2Hg + O 2 ® 2HgO
2Cr + 3O 2 ® 2CrO 3
3Fe + 2O 2 ® Fe 3 O 4
آ در شرایط عادی، تحصیل ارجحیت دارد Na 2 O 2 .
در مورد خواص اکسیدها می توان چندین نتیجه کلی گرفت:

1. دمای ذوب اکسیدهای فلز قلیایی با افزایش شعاع اتمی فلز کاهش می یابد. بنابراین،

t pl (Cs 2 O) t pl (Na 2 O) . اکسیدهایی که در آنها پیوند یونی غالب است، نقطه ذوب بالاتری نسبت به نقطه ذوب اکسیدهای کووالانسی دارند: t pl (Na 2 O) > تی pl (SO 2). 2. اکسیدهای فلزات راکتیو (زیرگروه های IAIIIA) از نظر حرارتی پایدارتر از اکسیدهای فلزات واسطه و نافلزات هستند. اکسیدهای فلزات سنگین در بالاترین حالت اکسیداسیون پس از تفکیک حرارتی، اکسیدهایی با حالت اکسیداسیون کمتر (مثلاً 2Hg) تشکیل می دهند. 2+ O ® (Hg +) 2 O + 0.5O 2 ® 2Hg 0 + O 2 ). چنین اکسیدهایی در حالت های اکسیداسیون بالا می توانند عوامل اکسید کننده خوبی باشند.3. فعال ترین فلزات در دماهای بالا با اکسیژن مولکولی واکنش داده و پراکسید تشکیل می دهند: Sr + O 2 ® SrO 2 . 4. اکسیدهای فلزات فعال محلول های بی رنگ را تشکیل می دهند، در حالی که اکسیدهای بیشتر فلزات واسطه رنگی و عملا نامحلول هستند. محلول های آبی اکسیدهای فلزی دارای خواص اساسی هستند و حاوی هیدروکسید هستنداوه گروه ها و اکسیدهای غیر فلزی در محلول های آبی اسیدهای حاوی یون را تشکیل می دهند H+. 5. فلزات و نافلزات زیرگروه های A اکسیدهایی با حالت اکسیداسیون مطابق با شماره گروه تشکیل می دهند، به عنوان مثال Na، Be و B توسط Na 1 2 O، Be II O و B 2 III O 3 تشکیل می شود و غیر فلزات زیر گروه های IVAVIA C، N، S، Cl از C تشکیل می دهندIV O 2، N V 2 O 5، S VI O 3، Cl VII 2 O 7. تعداد گروه یک عنصر فقط با حداکثر حالت اکسیداسیون مرتبط است، زیرا اکسیدهایی با حالت اکسیداسیون کمتر عناصر امکان پذیر است. در فرآیندهای احتراق ترکیبات، محصولات معمولی اکسید هستند، به عنوان مثال: 2H 2 S + 3O 2 ® 2SO 2 + 2H 2 O هنگامی که کمی گرم می شود، مواد حاوی کربن و هیدروکربن ها اکسید می شوند (می سوزند). CO 2 و H 2 O . نمونه هایی از این مواد عبارتند از سوخت چوب، روغن، الکل(و همچنین کربن زغال سنگ، کک و زغال سنگ) . گرمای حاصل از فرآیند احتراق برای تولید بخار (و سپس برق یا رفتن به نیروگاه ها) و همچنین برای گرم کردن خانه ها استفاده می شود. معادلات معمولی برای فرآیندهای احتراق عبارتند از:

الف) چوب (سلولز):

(C6H10O5) n + 6n O2® 6n CO2+5 n H 2O + انرژی حرارتی

ب) نفت یا گاز (بنزین C

 8 ح 18 یا گاز طبیعی CH 4):

2C 8 H 18 + 25O 2

® 16CO 2 + 18H 2 O + انرژی حرارتی CH 4 + 2O 2 ® CO 2 + 2H 2 O + انرژی حرارتی C 2 H 5 OH + 3O 2 ® 2CO 2 + 3H 2 O + انرژی حرارتی

د) کربن (زغال سنگ یا زغال چوب، کک):

 2C + O 2 ® 2CO + انرژی حرارتی 2CO + O 2 ® 2CO 2 + انرژی حرارتی

تعدادی از ترکیبات حاوی C-، H-، N-، O با ذخیره انرژی بالا نیز در معرض احتراق هستند. اکسیژن برای اکسیداسیون نه تنها از جو (مانند واکنش های قبلی)، بلکه از خود ماده نیز قابل استفاده است. برای شروع یک واکنش، یک فعال سازی کوچک واکنش، مانند ضربه یا لرزش، کافی است. در این واکنش ها، محصولات احتراق نیز اکسید هستند، اما همه آنها گازی هستند و در دمای نهایی بالای فرآیند به سرعت منبسط می شوند. بنابراین، چنین موادی انفجاری هستند. نمونه هایی از مواد منفجره عبارتند از تری نیتروگلیسیرین (یا نیتروگلیسیرین) C

 3 H 5 (NO 3) 3 و تری نیتروتولوئن (یا TNT) C 7 H 5 (NO 2) 3 . همچنین به سلاح های شیمیایی و بیولوژیکی مراجعه کنید.

اکسیدهای فلزات یا غیرفلزات با حالت اکسیداسیون پایین‌تر یک عنصر با اکسیژن واکنش می‌دهند و اکسیدهایی با حالت‌های اکسیداسیون بالا آن عنصر تشکیل می‌دهند:

اکسیدهای طبیعی که از سنگ معدن به دست می آیند یا سنتز می شوند، به عنوان مواد خام برای تولید بسیاری از فلزات مهم، به عنوان مثال، آهن از آهن استفاده می شوند. 2 O 3 (هماتیت) و Fe 3 O 4 (مگنتیت)، آلومینیوم از آل 2 O 3 (آلومینا)، منیزیم از MgO (منیزیا). از اکسیدهای سبک فلزات در صنایع شیمیایی برای تولید قلیاها یا بازها استفاده می شود. پراکسید پتاسیم KO 2 کاربرد غیرمعمولی دارد زیرا در مجاورت رطوبت و در اثر واکنش با آن، اکسیژن آزاد می کند. بنابراین K.O. 2 در ماسک ها برای تولید اکسیژن استفاده می شود. رطوبت هوای بازدمی باعث آزاد شدن اکسیژن در دستگاه تنفسی می شود و KOH CO را جذب می کند 2 . تهیه اکسید CaO و هیدروکسید کلسیم Ca(OH) 2 تولید در مقیاس بزرگ در تکنولوژی سرامیک و سیمان.آب (اکسید هیدروژن). اهمیت آب H2 O هم در عمل آزمایشگاهی برای واکنش های شیمیایی و هم در فرآیندهای حیاتی نیازمند توجه ویژه به این ماده است (همچنین ببینیدهیدروژن؛آب، یخ و بخار). همانطور که قبلاً ذکر شد، در هنگام برهمکنش مستقیم اکسیژن و هیدروژن در شرایطی، به عنوان مثال، تخلیه جرقه، انفجار و تشکیل آب رخ می دهد و 143 kJ/(mol H 2 O). مولکول آب دارای ساختار تقریباً چهار وجهی است، زاویه HOH 104 استدرجه 30 º . پیوندهای موجود در مولکول تا حدی یونی (30٪) و تا حدی کووالانسی با چگالی بالای بار منفی بر روی اکسیژن و بر این اساس، بارهای مثبت هیدروژن هستند:به دلیل استحکام بالای پیوندها HO جدا شدن هیدروژن از اکسیژن دشوار است و آب خواص اسیدی بسیار ضعیفی از خود نشان می دهد. بسیاری از خواص آب با توزیع بارها تعیین می شود. به عنوان مثال، یک مولکول آب با یک یون فلزی هیدرات تشکیل می دهد:آب یک جفت الکترون را به گیرنده اهدا می کند که می تواند باشد H+: مولکول‌های آب به هم متصل می‌شوند و به دانه‌های بزرگ تبدیل می‌شوند. H2O) ایکس پیوندهای هیدروژنی ضعیف (انرژی پیوند~ 21 کیلوژول) آب در چنین سیستمی از پیوندهای هیدروژنی به میزان بسیار ضعیفی دچار تفکیک می شود و به غلظت 10 می رسد. 7 mol/l. بدیهی است که شکست پیوند، که در براکت های مربع نشان داده شده است، منجر به تشکیل یون هیدروکسید می شود.اوه و یون هیدرونیوم H3O+: آب اکسیژنه. ترکیب دیگری که فقط از هیدروژن و اکسیژن تشکیل شده است, پراکسید هیدروژن است H2O2 . نام "پراکسید" برای ترکیبات حاوی پیوند پذیرفته شده است OO . پراکسید هیدروژن دارای ساختار یک زنجیره نامتقارن است:پراکسید هیدروژن از واکنش پراکسید فلز با اسید تولید می شود BaO 2 + H 2 SO 4 ® BaSO 4 + H 2 O 2 یا با تجزیه پراکسودی سولفوریک اسید H2S2O8 که به صورت الکترولیتی بدست می آید:محلول غلیظ H2O2 را می توان با روش های خاص تقطیر به دست آورد. پراکسید هیدروژن به عنوان یک اکسید کننده در موتورهای موشک استفاده می شود. محلول های پراکسید رقیق به عنوان ضد عفونی کننده، سفید کننده و عوامل اکسید کننده ملایم عمل می کنند. H2O2 به بسیاری از اسیدها و اکسیدها برای تولید ترکیباتی مشابه هیدرات ها اضافه می شود. در حضور یک عامل اکسید کننده قوی (مانند MnO 2 یا MnO 4 ) H 2 O 2 اکسید می شود و اکسیژن و آب آزاد می کند.اکسوآنیون ها و اکسوکاسیون ها ذرات حاوی اکسیژن دارای بار منفی باقیمانده (oxoanions) یا باقیمانده مثبت (oxocations). و او O2 میل ترکیبی بالایی دارد(واکنش پذیری بالا) به ذرات دارای بار مثبت مانند H+ . ساده ترین نماینده اکسوآنیون های پایدار یون هیدروکسید استاوه . این امر ناپایداری اتم هایی با چگالی بار بالا و تثبیت جزئی آنها را در نتیجه افزودن ذره ای با بار مثبت توضیح می دهد. بنابراین، هنگامی که یک فلز فعال (یا اکسید آن) روی آب اثر می گذارد، تشکیل می شود OH نه O 2: ® 2Na + + 2OH + H 2 یا ® 2Na + + 2OH اکسوآنیون‌های پیچیده‌تر از اکسیژن با یک یون فلزی یا ذره غیرفلزی که بار مثبت زیادی دارد، تشکیل می‌شوند و در نتیجه ذره‌ای با بار کم پایدارتر می‌شوند، برای مثال:ازن. علاوه بر اکسیژن اتمی O و مولکول دو اتمی O2 شکل سومی از ازن اکسیژن وجود دارد O 3 شامل سه اتم اکسیژن هر سه شکل تغییرات آلوتروپیک هستند. ازن با عبور یک تخلیه الکتریکی آرام از اکسیژن خشک تشکیل می شود: 3O 2 2O 3 . در این حالت چند درصد ازن تشکیل می شود. واکنش توسط یون های فلزی کاتالیز می شود. ازن دارای بوی تند و تند است که می توان آن را در نزدیکی ماشین های الکتریکی در حال کار یا در مجاورت تخلیه الکتریکی اتمسفر تشخیص داد. این گاز به رنگ آبی است و در 112 متراکم می شود° C به مایع آبی تیره تبدیل می شود و در 193° یک فاز جامد بنفش تیره تشکیل می شود. ازن مایع در اکسیژن مایع کمی محلول است و در 100 گرم آب در دمای 0.° C 49 سانتی متر را حل می کند 3 O 3 . از نظر خواص شیمیایی، ازن بسیار فعالتر از اکسیژن است و از نظر خواص اکسید کننده پس از O و F در رتبه دوم قرار دارد. 2 و از 2 (دی فلوراید اکسیژن). اکسیداسیون معمولی اکسید و اکسیژن مولکولی تولید می کند O2 . هنگامی که ازن بر روی فلزات فعال تحت شرایط خاص عمل می کند، ازونیدها با ترکیب K + O 3 . ازن به صورت صنعتی برای مصارف خاص تولید می‌شود، ضدعفونی‌کننده خوبی است و برای تصفیه آب استفاده می‌شود و به‌عنوان سفیدکننده، وضعیت جو در سیستم‌های بسته را بهبود می‌بخشد، اشیا و مواد غذایی را ضدعفونی می‌کند و رسیدن غلات و میوه‌ها را تسریع می‌کند. در آزمایشگاه شیمی، اغلب از یک ازن ساز برای تولید ازن استفاده می شود که برای برخی از روش های آنالیز و سنتز شیمیایی ضروری است. لاستیک حتی زمانی که در معرض غلظت کم ازن قرار گیرد به راحتی از بین می رود. در برخی از شهرهای صنعتی، غلظت قابل توجه ازن در هوا در صورتی که محصولات لاستیکی توسط آنتی اکسیدان ها محافظت نشوند، منجر به تخریب سریع آنها می شود. ازن بسیار سمی است. استنشاق مداوم هوا، حتی با غلظت بسیار کم ازن، باعث سردرد، حالت تهوع و سایر شرایط ناخوشایند می شود.ادبیات Razumovsky S.D. اشکال و خواص ابتدایی اکسیژن. م.، 1979
خواص ترمودینامیکی اکسیژن. م.، 1981

اکسیژن فراوان ترین عنصر شیمیایی روی کره زمین است. کسر جرمی آن در پوسته زمین 3/47 درصد، کسر حجمی آن در جو 95/20 درصد و کسر جرمی آن در موجودات زنده حدود 65 درصد است. این گاز چیست و اکسیژن چه خواص فیزیکی و شیمیایی دارد؟

اکسیژن: اطلاعات عمومی

اکسیژن یک غیر فلز است که در شرایط عادی رنگ، طعم و بو ندارد.

برنج. 1. فرمول اکسیژن.

تقریباً در همه ترکیبات، به جز ترکیبات دارای فلوئور و پراکسید، ظرفیت ثابت II و حالت اکسیداسیون 2- را نشان می دهد. اتم اکسیژن هیچ حالت برانگیخته ای ندارد، زیرا هیچ اوربیتال آزاد در سطح بیرونی دوم وجود ندارد. به عنوان یک ماده ساده، اکسیژن به شکل دو تغییر آلوتروپیک وجود دارد - گازهای اکسیژن O 2 و ازن O 3.

تحت شرایط خاصی، اکسیژن می تواند در حالت مایع یا جامد باشد. بر خلاف گاز، آنها یک رنگ دارند: مایع آبی روشن است و اکسیژن جامد دارای رنگ آبی روشن است.

برنج. 2. اکسیژن جامد.

اکسیژن در صنعت با مایع شدن هوا با جداسازی بعدی نیتروژن به دلیل تبخیر آن به دست می آید (اختلاف در نقطه جوش وجود دارد: -183 درجه برای اکسیژن مایع و -196 درجه برای نیتروژن مایع).

خواص شیمیایی برهمکنش اکسیژن

اکسیژن یک غیر فلز فعال است. اکسیژن قادر به واکنش با همه عناصر به جز نئون، هلیوم و آرگون است. معمولا واکنش های این گاز با مواد دیگر گرمازا است. فرآیند اکسیداسیون که با آزاد شدن همزمان انرژی به صورت گرما و نور اتفاق می افتد، احتراق نامیده می شود. استفاده از ترکیبات آلی، به ویژه آلکان ها، به عنوان سوخت بسیار مهم است، زیرا واکنش احتراق رادیکال آزاد مقدار زیادی گرما آزاد می کند:

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O + 880 کیلوژول.

اکسیژن معمولاً هنگام گرم شدن با نافلزات واکنش نشان می دهد و یک اکسید تشکیل می دهد. بنابراین، واکنش با نیتروژن فقط در دماهای بالاتر از 1200 درجه یا در یک تخلیه الکتریکی آغاز می شود:

اکسیژن همچنین با فلزات واکنش نشان می دهد:

3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4 (در نتیجه واکنش، یک ترکیب تشکیل می شود - اکسید آهن)

در طبیعت، یک عامل اکسید کننده حتی قوی تر از اکسیژن وجود دارد، آن ازن است. این ماده قادر است طلا و پلاتین را اکسید کند. در شرایط طبیعی، ازن از اکسیژن اتمسفر در هنگام تخلیه رعد و برق و در آزمایشگاه - با عبور تخلیه الکتریکی از اکسیژن: 3O 2 = 2O 3 - 285 کیلوژول (واکنش گرماگیر) تشکیل می شود.

برنج. 3. ازن.

مهم ترین ترکیب اکسیژن آب است. حدود 71 درصد از سطح زمین را آب اشغال کرده است. مولکول های گوشه آب قطبی هستند، هر یک از آنها چهار پیوند هیدروژنی تشکیل می دهند: دو تا به عنوان دهنده پروتون و دو به عنوان گیرنده پروتون. دایمرهای (H2O)2 در بخار آب وجود دارد و در فازهای متراکم یک مولکول آب می تواند در محیط چهار وجهی چهار مولکول دیگر باشد. اگر مولکول های آب همراه نبودند، نقطه جوش آن 100 درجه نبود، بلکه حدود 80 درجه بود. مجموع امتیازات دریافت شده: 120.
مقالات تصادفی

بالا