Oksijen nedir? oksijen bileşikleri

2024 Yazar: Angel Austin | [email protected]. Son düzenleme: 2023-12-17 05:44

Oksijen (O), periyodik tablonun 16 (VIa) grubunun metalik olmayan bir kimyasal elementidir. Canlı organizmalar için gerekli olan renksiz, kokusuz ve tatsız bir gazdır - onu karbondioksite dönüştüren hayvanlar ve karbon kaynağı olarak CO₂ kullanan ve O _{geri veren bitkiler 2} atmosfere. Oksijen, hemen hemen tüm diğer elementlerle reaksiyona girerek bileşikler oluşturur ve ayrıca kimyasal elementlerin birbirleriyle bağlarını değiştirir. Çoğu durumda, bu işlemlere ısı ve ışık salınımı eşlik eder. En önemli oksijen bileşiği sudur.

Keşif geçmişi

1772'de İsveçli kimyager Carl Wilhelm Scheele oksijeni ilk kez potasyum nitrat, cıva oksit ve diğer birçok maddeyi ısıtarak gösterdi. Ondan bağımsız olarak, 1774'te İngiliz kimyager Joseph Priestley, bu kimyasal elementi cıva oksidin termal ayrışmasıyla keşfetti ve bulgularını aynı yıl, yayımlanmadan üç yıl önce yayınladı. Program. 1775-1780'de Fransız kimyager Antoine Lavoisier, oksijenin solunum ve yanmadaki rolünü yorumlayarak, o sırada genel olarak kabul edilen flojiston teorisini reddetti. Çeşitli maddelerle birleştiğinde asit oluşturma eğilimine dikkat çekti ve Yunanca'da "asit üreten" anlamına gelen oxygène elementini adlandırdı.

Yaygınlık

Oksijen nedir? Yerkabuğunun kütlesinin %46'sını oluşturan en yaygın elementidir. Atmosferdeki oksijen miktarı hacimce %21 ve deniz suyunda ağırlıkça %89'dur.

Kayalarda element, asidik (örneğin, kükürt, karbon, alüminyum ve fosfor) veya bazik (kalsiyum, magnezyum ve demir tuzları) olan oksitler formunda metaller ve metal olmayanlarla birleştirilir. ve sülfatlar, karbonatlar, silikatlar, alüminatlar ve fosfatlar gibi asidik ve bazik oksitlerden oluştuğu kabul edilebilecek tuz benzeri bileşikler olarak sayılabilir. Sayısız olmalarına rağmen, bu katılar oksijen kaynağı olarak hizmet edemezler çünkü bir elementin metal atomlarıyla olan bağını kırmak çok fazla enerji tüketir.

Özellikler

Oksijen sıcaklığı -183 °C'nin altındaysa, soluk mavi bir sıvı ve -218 °C'de katı hale gelir. Saf O₂ havadan 1,1 kat daha ağırdır.

Solunum sırasında hayvanlar ve bazı bakteriler atmosferden oksijen tüketip karbondioksiti geri verirken, fotosentez sırasında yeşil bitkiler güneş ışığının varlığında karbondioksiti emer ve serbest oksijen verir. Hemen hemenatmosferdeki tüm O₂ fotosentez tarafından üretilir.

20 °C'de, yaklaşık 3 hacim oksijen, 100 kısım tatlı suda, deniz suyunda biraz daha az çözünür. Bu, balıkların ve diğer deniz canlılarının nefes alması için gereklidir.

Doğal oksijen, üç kararlı izotopun bir karışımıdır: ¹⁶O (%99,759), ¹⁷O (%0,037) ve¹⁸O (%0.204). Yapay olarak üretilen birkaç radyoaktif izotop bilinmektedir. Bunların en uzun ömürlüsü ¹⁵O'dur (yarılanma ömrü 124 s'dir). Bu, memelilerde solunumu incelemek için kullanılır.

Allotroplar

Oksijenin ne olduğuna dair daha net bir fikir, onun iki allotropik formunu elde etmenizi sağlar, diatomik (O₂) ve triatomik (O₃ , ozon). İki atomlu formun özellikleri, altı elektronun atomları bağladığını ve ikisinin eşleşmediğini ve oksijen paramanyetizmasına neden olduğunu gösterir. Ozon molekülündeki üç atom düz bir çizgide değildir.

Ozon şu denkleme göre üretilebilir: 3O₂ → 2O₃.

Süreç endotermiktir (enerji gerektirir); ozonun tekrar diyatomik oksijene dönüştürülmesi, geçiş metallerinin veya bunların oksitlerinin mevcudiyeti ile kolaylaştırılır. Saf oksijen, parlayan bir elektrik boşalmasıyla ozona dönüştürülür. Reaksiyon ayrıca yaklaşık 250 nm dalga boyuna sahip ultraviyole ışığın absorpsiyonu üzerine de meydana gelir. Bu işlemin üst atmosferde gerçekleşmesi, neden olabilecek radyasyonu ortadan kaldırır. Dünya yüzeyindeki hayata zarar. Ozonun keskin kokusu, jeneratörler gibi kıvılcım çıkaran elektrikli ekipmanların bulunduğu kapalı alanlarda bulunur. Açık mavi bir gazdır. Yoğunluğu havanın 1,658 katıdır ve atmosfer basıncında -112°C kaynama noktasına sahiptir.

Ozon, kükürt dioksiti trioksite, sülfürü sülfata, iyodidi iyodine (bunu değerlendirmek için analitik bir yöntem sağlar) ve birçok organik bileşiği aldehitler ve asitler gibi oksijenli türevlere dönüştürebilen güçlü bir oksitleyici ajandır. Araba egzozundan hidrokarbonların ozon tarafından bu asitlere ve aldehitlere dönüştürülmesi dumana neden olur. Sanayide ozon kimyasal ajan, dezenfektan, atık su arıtma, su arıtma ve kumaş ağartma olarak kullanılmaktadır.

Yöntemleri Alma

Oksijenin üretilme şekli, ne kadar gaz gerektiğine bağlıdır. Laboratuvar yöntemleri aşağıdaki gibidir:

1. Potasyum klorat veya potasyum nitrat gibi bazı tuzların termal ayrışması:

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

Potasyum kloratın ayrışması geçiş metal oksitleri tarafından katalize edilir. Manganez dioksit (piroluzit, MnO₂) genellikle bunun için kullanılır. Katalizör, oksijeni 400'den 250°C'ye çıkarmak için gereken sıcaklığı düşürür.

2. Metal oksitlerin sıcaklık ayrışması:

2HgO → 2Hg +O₂.
2Ag₂O → 4Ag + O₂.

Scheele ve Priestley, bu kimyasal elementi elde etmek için oksijen ve cıvadan (II) oluşan bir bileşik (oksit) kullandı.

3. Metal peroksitlerin veya hidrojen peroksitin termal ayrışması:

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

Oksijeni atmosferden ayırmaya veya hidrojen peroksit üretmeye yönelik ilk endüstriyel yöntemler, oksitten baryum peroksit oluşumuna bağlıydı.

4. Elektrik akımının iletkenliğini sağlayan küçük tuz veya asit safsızlıkları ile suyun elektrolizi:

2H₂O → 2H₂ + O₂

Endüstriyel üretim

Büyük hacimlerde oksijen elde etmek gerekirse, sıvı havanın fraksiyonel damıtılması kullanılır. Havanın ana bileşenlerinden en yüksek kaynama noktasına sahiptir ve bu nedenle nitrojen ve argondan daha az uçucudur. İşlem, genişledikçe gazın soğutulmasını kullanır. İşlemin ana adımları aşağıdaki gibidir:

Hava partikül maddeyi gidermek için filtrelenir;
nem ve karbondioksit, alkaliye emilerek uzaklaştırılır;
hava sıkıştırılır ve sıkıştırma ısısı normal soğutma prosedürleriyle uzaklaştırılır;
sonra içinde bulunan bobine girer.kamera;
sıkıştırılmış gazın bir kısmı (yaklaşık 200 atm'lik bir basınçta) haznede genleşerek bobini soğutur;
genişletilmiş gaz kompresöre geri döner ve müteakip genleşme ve sıkıştırmanın birkaç aşamasından geçer, bu da -196 °C'de bir sıvının sıvı hale gelmesiyle sonuçlanır;
sıvı önce hafif atıl gazları damıtmak için ısıtılır, ardından nitrojen ve sıvı oksijen kalır. Çoklu fraksiyonlama, çoğu endüstriyel amaç için yeterince saf (%99,5) bir ürün üretir.

Endüstriyel kullanım

Metalurji, yüksek karbonlu çelik üretimi için saf oksijenin en büyük tüketicisidir: karbondioksit ve diğer metal olmayan yabancı maddelerden hava kullanmaktan daha hızlı ve daha kolay kurtulun.

Oksijen atıksu arıtımı, sıvı atıkların diğer kimyasal işlemlerden daha verimli bir şekilde arıtılması için umut vaat ediyor. Saf O₂.

. kullanılarak kapalı sistemlerde atık yakma giderek daha önemli hale geliyor

Sözde roket oksitleyici sıvı oksijendir. Pure O₂ Deniz altılarda ve dalış çanlarında kullanılır.

Kimya endüstrisinde oksijen, asetilen, etilen oksit ve metanol gibi maddelerin üretiminde normal havanın yerini almıştır. Tıbbi uygulamalar, gazın oksijen odalarında, inhalerlerde ve bebek kuvözlerinde kullanımını içerir. Oksijenle zenginleştirilmiş anestezik gaz, genel anestezi sırasında yaşam desteği sağlar. Bu kimyasal element olmadan, bir dizieritme fırınları kullanan endüstriler. Oksijen budur.

Kimyasal özellikler ve reaksiyonlar

Oksijenin yüksek elektronegatifliği ve elektron ilgisi, metalik olmayan özellikler sergileyen elementlerin tipik özelliğidir. Tüm oksijen bileşikleri negatif oksidasyon durumuna sahiptir. İki yörünge elektronlarla doldurulduğunda, bir O^2- iyonu oluşur. Peroksitlerde (O₂^2-) her atomun -1 yükü olduğu varsayılır. Toplam veya kısmi transfer yoluyla elektronları kabul etme özelliği, oksitleyici ajanı belirler. Böyle bir ajan bir elektron verici madde ile reaksiyona girdiğinde, kendi oksidasyon durumu düşer. Oksijenin oksidasyon durumundaki sıfırdan -2'ye değişime (düşüş) redüksiyon denir.

Normal koşullar altında element, iki atomlu ve üç atomlu bileşikler oluşturur. Ek olarak, oldukça kararsız dört atomlu moleküller vardır. İki atomlu formda, bağlanmayan orbitallerde iki eşleşmemiş elektron bulunur. Bu, gazın paramanyetik davranışıyla doğrulanır.

Ozonun yoğun reaktivitesi bazen üç atomdan birinin "atomik" durumda olduğu varsayımıyla açıklanır. Reaksiyona girerken, bu atom O₃'dan ayrılarak moleküler oksijeni bırakır.

O₂ molekülü normal ortam sıcaklıkları ve basınçlarında zayıf reaktiftir. Atomik oksijen çok daha aktiftir. Ayrışma enerjisi (O₂ → 2O) önemlidir vemol başına 117,2 kcal'dir.

Bağlantılar

Hidrojen, karbon ve kükürt gibi metal olmayan maddelerle oksijen, su gibi metal olmayan oksitler de dahil olmak üzere çok çeşitli kovalent bağlı bileşikler oluşturur (H₂O), kükürt dioksit (SO₂) ve karbon dioksit (CO₂); alkoller, aldehitler ve karboksilik asitler gibi organik bileşikler; karbonik (H₂CO₃), sülfürik (H₂SO4_{) ve nitrojen (HNO}3_{); ve sodyum sülfat (Na}2_SO4_{), sodyum karbonat (Na}2 _CO 3_{) ve sodyum nitrat (NaNO}3_{). Oksijen, oksijen ve kalsiyum CaO bileşiği (oksit) gibi katı metal oksitlerin kristal yapısında O}2- ^{iyonu şeklinde bulunur. Metal süperoksitler (KO}2_{) O}2- ^{iyonu içerirken metal peroksitler (BaO2}), O₂_2- iyonunu içerir. Oksijen bileşikleri esas olarak -2'lik bir oksidasyon durumuna sahiptir.