Oksigen nədir? Oksigen birləşmələri

2024 Müəllif: Angel Austin | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2023-12-17 05:16

Oksigen (O) dövri cədvəlin 16 (VIa) qrupunun qeyri-metal kimyəvi elementidir. Bu, canlı orqanizmlər üçün vacib olan rəngsiz, qoxusuz və dadsız qazdır - onu karbon qazına çevirən heyvanlar və karbon mənbəyi kimi CO₂ istifadə edən və O _{qaytaran bitkilər 2} atmosferə. Oksigen demək olar ki, hər hansı digər elementlə reaksiya verərək birləşmələr əmələ gətirir, həmçinin kimyəvi elementləri bir-biri ilə birləşmədən kənarlaşdırır. Bir çox hallarda bu proseslər istilik və işığın sərbəst buraxılması ilə müşayiət olunur. Ən vacib oksigen birləşməsi sudur.

Kəşf tarixçəsi

1772-ci ildə isveçli kimyaçı Karl Vilhelm Scheele ilk dəfə kalium nitrat, civə oksidi və bir çox başqa maddələri qızdırmaqla oksigeni nümayiş etdirdi. Ondan asılı olmayaraq, 1774-cü ildə ingilis kimyaçısı Cozef Pristli bu kimyəvi elementi civə oksidinin termal parçalanması ilə kəşf etdi və tapıntılarını nəşrdən üç il əvvəl eyni ildə nəşr etdi. Scheele. 1775-1780-ci illərdə fransız kimyaçısı Antuan Lavuazye o dövrdə ümumi qəbul edilən floqiston nəzəriyyəsini rədd edərək, oksigenin tənəffüs və yanmadakı rolunu şərh etdi. O, onun müxtəlif maddələrlə birləşdirildikdə turşu əmələ gəlməsi meylini qeyd etdi və elementi oksigen adlandırdı, bu da yunan dilində "turşu istehsal edən" deməkdir.

Yayılma

Oksigen nədir? Yer qabığının kütləsinin 46%-ni təşkil edərək, onun ən çox yayılmış elementidir. Atmosferdəki oksigenin miqdarı həcmcə 21%, dəniz suyunda isə çəki ilə 89% təşkil edir.

Süxurlarda element turşu (məsələn, kükürd, karbon, alüminium və fosfor) və ya əsas (kalsium, maqnezium və dəmir duzları) olan oksidlər şəklində metallar və qeyri-metallarla birləşir., və sulfatlar, karbonatlar, silikatlar, aluminatlar və fosfatlar kimi turşu və əsas oksidlərdən əmələ gələn duza bənzər birləşmələr kimi. Onların sayı çox olsa da, bu bərk cisimlər oksigen mənbəyi kimi xidmət edə bilməz, çünki elementin metal atomları ilə əlaqəsini qırmaq çox enerji sərf edir.

Xüsusiyyətlər

Oksigenin temperaturu -183 °C-dən aşağı olarsa, o, açıq mavi mayeyə, -218 °C-də isə bərk olur. Saf O₂ havadan 1,1 dəfə ağırdır.

Tənəffüs zamanı heyvanlar və bəzi bakteriyalar atmosferdən oksigeni istehlak edərək karbon qazını geri qaytarır, fotosintez zamanı yaşıl bitkilər günəş işığının varlığında karbon qazını udur və sərbəst oksigeni buraxır. TəxminənAtmosferdəki bütün O₂ fotosintezlə əmələ gəlir.

20 °C-də oksigenin təxminən 3 həcm hissəsi 100 hissə şirin suda, dəniz suyunda isə bir qədər az həll olunur. Bu, balıqların və digər dəniz canlılarının nəfəs alması üçün lazımdır.

Təbii oksigen üç sabit izotopun qarışığıdır: ¹⁶O (99,759%), ¹⁷O (0,037 %) və¹⁸O (0,204%). Süni yolla əldə edilmiş bir neçə radioaktiv izotop məlumdur. Bunlardan ən uzunömürlü olanı məməlilərdə tənəffüsü öyrənmək üçün istifadə edilən ¹⁵O (yarımparçalanma dövrü 124 s)-dir.

Allotroplar

Oksigenin nə olduğu haqqında daha aydın fikir, onun iki allotropik formasını, diatomik (O₂) və üç atomlu (O_{3) əldə etməyə imkan verir.} , ozon). Diatomik formanın xüsusiyyətləri altı elektronun atomları bağladığını və ikisinin qoşalaşmamış qaldığını və oksigen paramaqnetizminə səbəb olduğunu göstərir. Ozon molekulundakı üç atom düz xətt üzərində deyil.

Ozon tənliyə uyğun istehsal oluna bilər: 3O₂ → 2O₃.

Proses endotermikdir (enerji tələb edir); ozonun yenidən diatomik oksigenə çevrilməsi keçid metallarının və ya onların oksidlərinin olması ilə asanlaşdırılır. Təmiz oksigen parlayan elektrik boşalması ilə ozona çevrilir. Reaksiya həmçinin dalğa uzunluğu təxminən 250 nm olan ultrabənövşəyi işığın udulması zamanı da baş verir. Bu prosesin atmosferin yuxarı qatında baş verməsi səbəb ola biləcək radiasiyanı aradan qaldırıryer səthində həyata zərər. Ozonun kəskin qoxusu generatorlar kimi qığılcımlı elektrik avadanlıqları olan qapalı məkanlarda mövcuddur. Açıq mavi qazdır. Onun sıxlığı havadan 1,658 dəfə çoxdur və atmosfer təzyiqində -112°C qaynama nöqtəsinə malikdir.

Ozon kükürd dioksidi trioksidə, sulfidi sulfata, yodidi yoda (onun qiymətləndirilməsi üçün analitik üsul təqdim edir) və bir çox üzvi birləşmələri aldehidlər və turşular kimi oksigenli törəmələrə çevirə bilən güclü oksidləşdirici maddədir. Avtomobil qazından çıxan karbohidrogenlərin ozon vasitəsilə bu turşulara və aldehidlərə çevrilməsi dumanın yaranmasına səbəb olur. Sənayedə ozon kimyəvi agent, dezinfeksiyaedici, tullantı suyun təmizlənməsi, suyun təmizlənməsi və parça ağardılması kimi istifadə olunur.

Alma Metodları

Oksigenin əmələ gəlmə üsulu nə qədər qaz tələb olunduğundan asılıdır. Laboratoriya üsulları aşağıdakılardır:

1. Kalium xlorat və ya kalium nitrat kimi bəzi duzların termal parçalanması:

2KClO₃ → 2KCl + 3O₂.
2KNO₃ → 2KNO₂ + O₂.

Kalium xloratın parçalanması keçid metal oksidləri ilə katalizlənir. Bunun üçün tez-tez manqan dioksid (piroluzit, MnO₂) istifadə olunur. Katalizator oksigeni təkmilləşdirmək üçün lazım olan temperaturu 400-dən 250°C-ə endirir.

2. Metal oksidlərin temperaturda parçalanması:

2HgO → 2Hg +O₂.
2Ag₂O → 4Ag + O₂.

Scheele və Priestley bu kimyəvi elementi əldə etmək üçün oksigen və civə (II) birləşməsindən (oksid) istifadə ediblər.

3. Metal peroksidlərin və ya hidrogen peroksidin termal parçalanması:

2BaO + O₂ → 2BaO₂.
2BaO₂ → 2BaO +O₂.
BaO₂ + H₂SO₄ → H₂ O₂ + BaSO₄.
2H₂O₂ → 2H₂O +O _2.

Oksigeni atmosferdən ayırmaq və ya hidrogen peroksid hasil etmək üçün ilk sənaye üsulları oksiddən barium peroksidin əmələ gəlməsindən asılı idi.

4. Elektrik cərəyanının keçiriciliyini təmin edən duzların və ya turşuların kiçik çirkləri ilə suyun elektrolizi:

2H₂O → 2H₂ + O₂

Sənaye istehsalı

Böyük həcmdə oksigen əldə etmək lazımdırsa, maye havanın fraksiya distilləsindən istifadə edilir. Havanın əsas tərkib hissələrindən ən yüksək qaynama nöqtəsinə malikdir və buna görə də azot və arqondan daha az uçucudur. Proses genişləndikcə qazın soyudulmasından istifadə edir. Əməliyyatın əsas addımları aşağıdakılardır:

hava hissəcikləri çıxarmaq üçün süzülür;
nəmlik və karbon dioksid qələvilərə udulmaqla çıxarılır;
hava sıxılır və sıxılma istiliyi normal soyutma prosedurları ilə çıxarılır;
sonra içərisində olan bobinə daxil olurkamera;
sıxılmış qazın bir hissəsi (təxminən 200 atm təzyiqdə) kamerada genişlənir, sarğı soyudulur;
genişlənmiş qaz kompressora qayıdır və sonrakı genişlənmə və sıxılmanın bir neçə mərhələsindən keçir, nəticədə -196 °C-də bir maye hava maye olur;
maye ilk yüngül inert qazları, sonra azotu distillə etmək üçün qızdırılır və maye oksigen qalır. Çoxlu fraksiyalaşdırma əksər sənaye məqsədləri üçün kifayət qədər təmiz (99,5%) məhsul istehsal edir.

Sənaye istifadəsi

Metallurgiya yüksək karbonlu polad istehsalı üçün ən böyük təmiz oksigen istehlakçısıdır: karbon dioksiddən və digər qeyri-metal çirkləri havadan istifadə etməkdən daha tez və asan qurtarın.

Oksigen çirkab sularının təmizlənməsi maye çirkab sularının digər kimyəvi proseslərdən daha səmərəli təmizlənməsi üçün vəd edir. Saf O₂.

. istifadə edərək qapalı sistemlərdə tullantıların yandırılması getdikcə daha vacib olur

Raket oksidləşdiricisi maye oksigendir. Saf O₂ Su altı qayıqlarda və dalğıc zənglərində istifadə olunur.

Kimya sənayesində asetilen, etilen oksidi və metanol kimi maddələrin istehsalında oksigen normal havanı əvəz etmişdir. Tibbi tətbiqlərə qazın oksigen kameralarında, inhalyatorlarda və körpə inkubatorlarında istifadəsi daxildir. Oksigenlə zənginləşdirilmiş anestezik qaz ümumi anesteziya zamanı həyat dəstəyi təmin edir. Bu kimyəvi element olmadan, bir sıraəritmə sobalarından istifadə edən sənayelər. Oksigen budur.

Kimyəvi xassələr və reaksiyalar

Oksigenin yüksək elektronmənfiliyi və elektron yaxınlığı qeyri-metal xüsusiyyətlər nümayiş etdirən elementlər üçün xarakterikdir. Bütün oksigen birləşmələri mənfi oksidləşmə vəziyyətinə malikdir. İki orbital elektronlarla doldurulduqda O^2- ionu əmələ gəlir. Peroksidlərdə (O₂^2-) hər bir atomun -1 yükü olduğu güman edilir. Elektronların tam və ya qismən ötürülməsi ilə qəbul edilməsinin bu xüsusiyyəti oksidləşdirici maddəni təyin edir. Belə bir agent elektron donor maddə ilə reaksiya verdikdə, onun öz oksidləşmə vəziyyəti aşağı düşür. Oksigenin oksidləşmə vəziyyətinin sıfırdan -2-yə dəyişməsi (azalması) reduksiya adlanır.

Normal şəraitdə element iki atomlu və üç atomlu birləşmələr əmələ gətirir. Bundan əlavə, olduqca qeyri-sabit dörd atomlu molekullar var. Diatomik formada iki qoşalaşmamış elektron bağlanmayan orbitallarda yerləşir. Bu, qazın paramaqnit davranışı ilə təsdiqlənir.

Ozonun intensiv reaktivliyi bəzən üç atomdan birinin "atom" vəziyyətdə olması fərziyyəsi ilə izah olunur. Reaksiyaya girən bu atom O₃ atomundan ayrılaraq molekulyar oksigen buraxır.

O₂ molekulu normal mühit temperaturu və təzyiqlərində zəif reaktivdir. Atom oksigeni daha aktivdir. Dissosiasiya enerjisi (O₂ → 2O) əhəmiyyətlidir vəhər mol üçün 117,2 kkal təşkil edir.

Əlaqələr

Hidrogen, karbon və kükürd kimi qeyri-metallarla oksigen su (H₂O) kimi qeyri-metalların oksidləri də daxil olmaqla geniş spektrli kovalent bağlı birləşmələr əmələ gətirir.), kükürd dioksid (SO₂) və karbon dioksid (CO₂); spirtlər, aldehidlər və karboksilik turşular kimi üzvi birləşmələr; karbon (H₂CO₃), sulfat (H₂SOkimi ümumi turşular 4_{) və azot (HNO}3_{); və natrium sulfat (Na}2_SO4_{), natrium karbonat (Na}2 _{CO kimi müvafiq duzlar} 3_{) və natrium nitrat (NaNO}3_{). Oksigen oksigen və kalsium CaO birləşməsi (oksid) kimi bərk metal oksidlərinin kristal strukturunda O}2- ^{ionu şəklində mövcuddur. Metal superoksidlər (KO}2_{) O}2- ^{ionunu, metal peroksidləri isə (BaO) ehtiva edir. 2}), O₂_2- ionunu ehtiva edir. Oksigen birləşmələri əsasən -2 oksidləşmə vəziyyətinə malikdir.