Obținerea oxigenului. Oxigenul – caracteristicile elementului, prevalența în natură, proprietăți fizice și chimice, preparare

Descoperirea oxigenului a marcat o nouă perioadă în dezvoltarea chimiei. Din cele mai vechi timpuri se știe că arderea necesită aer. Procesul de ardere al substanțelor a rămas neclar mult timp. În epoca alchimiei s-a răspândit teoria flogistului, conform căreia substanțele ard datorită interacțiunii lor cu materia de foc, adică cu flogistonul, care este conținut în flacără.

Oxigenul a fost obținut de chimistul englez Joseph Priestley în anii 70 ai secolului al XVIII-lea. Un chimist a încălzit pulbere roșie de oxid de mercur(II), făcând ca substanța să se descompună pentru a forma mercur metalic și un gaz incolor:

2HgO t° → 2Hg + O2

Oxizi– compuși binari care conțin oxigen

Când o așchie mocnind a fost introdusă într-un vas cu gaz, aceasta a aprins puternic. Omul de știință a crezut că așchia care mocnește a introdus flogiston în gaz și s-a aprins.

D. Priestley Am încercat să respir gazul rezultat și am fost încântat de cât de ușor și liber a fost să respir. Atunci omul de știință nici nu și-a imaginat că plăcerea de a respira acest gaz era oferită tuturor.

D. Priestley a împărtășit rezultatele experimentelor sale cu chimistul francez Antoine Laurent Lavoisier. Având la acea vreme un laborator bine echipat, A. Lavoisier a repetat și a îmbunătățit experimentele lui D. Priestley.

A. Lavoisier a măsurat cantitatea de gaz eliberată în timpul descompunerii unei anumite mase de oxid de mercur. Chimistul a încălzit apoi mercur metalic într-un vas sigilat până când a devenit oxid de mercur (II). El a descoperit că cantitatea de gaz eliberată în primul experiment a fost egală cu gazul absorbit în al doilea experiment. Prin urmare, mercurul reacționează cu o substanță din aer. Și aceeași substanță este eliberată în timpul descompunerii oxidului. Lavoisier a fost primul care a ajuns la concluzia că flogistul nu are absolut nimic de-a face cu asta, iar arderea unei așchii care mocneau a fost cauzată de un gaz necunoscut, care mai târziu a fost numit oxigen. Descoperirea oxigenului a marcat prăbușirea teoriei flogistului!

Metode de producere și colectare a oxigenului în laborator

Metodele de laborator pentru producerea oxigenului sunt foarte diverse. Există multe substanțe din care se poate obține oxigen. Să ne uităm la cele mai comune metode.

1) Descompunerea oxidului de mercur (II).

Una dintre modalitățile de a obține oxigen în laborator este obținerea acestuia folosind reacția de descompunere a oxidului descrisă mai sus. mercur (II). Datorită toxicității ridicate a compușilor de mercur și a vaporilor de mercur în sine, această metodă este utilizată extrem de rar.

2) Descompunerea permanganatului de potasiu

Permanganat de potasiu(în viața de zi cu zi îl numim permanganat de potasiu) este o substanță cristalină de culoare violet închis. Când permanganatul de potasiu este încălzit, se eliberează oxigen.

Turnați niște pudră de permanganat de potasiu în eprubetă și fixați-o orizontal în piciorul trepiedului. Puneți o bucată de vată lângă orificiul eprubetei. Închidem eprubeta cu un dop în care este introdus un tub de evacuare a gazului, al cărui capăt este coborât în ​​vasul de primire. Tubul de evacuare a gazului trebuie să ajungă la fundul vasului de primire.

Este necesară o vată de vată situată lângă deschiderea eprubetei pentru a preveni intrarea particulelor de permanganat de potasiu în vasul receptor (în timpul descompunerii, oxigenul eliberat este transportat de-a lungul particulelor de permanganat).

Când dispozitivul este asamblat, începem încălzirea eprubetei. Începe eliberarea de oxigen.

Ecuația de reacție pentru descompunerea permanganatului de potasiu:

2KMnO4 t° → K2MnO4 + MnO2 + O2

Cum se detectează prezența oxigenului? Să folosim metoda lui Priestley. Să aprindem o așchie de lemn, să-l lăsăm să ardă puțin, apoi să o stingem să mocnească abia. Să coborâm așchia care mocnește într-un vas cu oxigen. Torța luminează puternic!

Conducta de evacuare a gazului nu a fost coborât accidental pe fundul vasului de primire. Oxigenul este mai greu decât aerul, prin urmare, se va colecta în partea de jos a receptorului, deplasând aerul din acesta.

Oxigenul poate fi colectat și prin deplasarea apei. Pentru a face acest lucru, tubul de evacuare a gazului trebuie coborât într-o eprubetă umplută cu apă și coborât într-un cristalizator cu apă cu orificiul în jos. Când oxigenul intră, gazul înlocuiește apa din eprubetă.

Descompunerea peroxidului de hidrogen

Apă oxigenată- o substanta cunoscuta de toata lumea. Se vinde în farmacii sub denumirea de „peroxid de hidrogen”. Acest nume este depășit; este mai corect să folosiți termenul „peroxid”. Formula chimică a peroxidului de hidrogen H2O2

Peroxidul de hidrogen se descompune lent în apă și oxigen în timpul depozitării. Pentru a accelera procesul de descompunere, puteți încălzi sau aplica catalizator.

Catalizator– o substanță care accelerează viteza unei reacții chimice

Se toarnă peroxid de hidrogen în balon și se adaugă un catalizator la lichid. Catalizatorul poate fi pulbere neagră - oxid de mangan MnO2. Imediat, amestecul va începe să facă spumă datorită eliberării unei cantități mari de oxigen. Să aducem o așchie care mocnește în balon - se aprinde puternic. Ecuația de reacție pentru descompunerea peroxidului de hidrogen este:

2H2O2 MnO2 → 2H2O + O2

Vă rugăm să rețineți: catalizatorul care accelerează reacția este scris deasupra săgeții sau semnului «=», deoarece nu se consumă în timpul reacției, ci doar o accelerează.

Descompunerea cloratului de potasiu

Clorură de potasiu- substanta cristalina alba. Folosit în producția de artificii și alte diverse produse pirotehnice. Există un nume trivial pentru această substanță - „Sare Berthollet”. Substanța a primit acest nume în onoarea chimistului francez care a sintetizat-o primul, Claude Louis Berthollet. Formula chimică a cloratului de potasiu este KСlO3.

Când cloratul de potasiu este încălzit în prezența unui catalizator - oxid de mangan MnO2, Sarea Berthollet se descompune după următoarea schemă:

2KClO3 t°, MnO2 → 2KCl + 3O2.

Descompunerea nitraților

Nitrați- substante care contin ioni NO3⎺. Compușii din această clasă sunt utilizați ca îngrășăminte minerale și sunt incluși în produsele pirotehnice. Nitrați– compușii sunt instabili termic, iar atunci când sunt încălziți se descompun odată cu eliberarea de oxigen:

Vă rugăm să rețineți că toate metodele luate în considerare pentru producerea oxigenului sunt similare. În toate cazurile, oxigenul este eliberat în timpul descompunerii unor substanțe mai complexe.

Reacția de descompunere

În general, reacția de descompunere poate fi descrisă printr-o diagramă cu litere:

AB → A + B.

Reacțiile de descompunere pot apărea sub influența diverșilor factori. Acesta poate fi încălzire, curent electric sau utilizarea unui catalizator. Există reacții în care substanțele se descompun spontan.

Producția de oxigen în industrie

În industrie, oxigenul se obține prin separarea acestuia de aer. Aer– un amestec de gaze ale cărui componente principale sunt prezentate în tabel.

Esența acestei metode este răcirea profundă a aerului, transformându-l în lichid, care la presiunea atmosferică normală poate fi realizată la o temperatură de aproximativ -192°С. Separarea lichidului în oxigen și azot se realizează folosind diferența dintre temperaturile lor de fierbere și anume: Tb. O2 = -183°C; Bp.N2 = -196°С(la presiune atmosferică normală).

Odată cu evaporarea treptată a unui lichid, azotul, care are un punct de fierbere mai scăzut, va trece mai întâi în faza gazoasă și, pe măsură ce este eliberat, lichidul se va îmbogăți cu oxigen. Repetarea acestui proces de multe ori face posibilă obținerea de oxigen și azot de puritatea necesară. Această metodă de separare a lichidelor în părțile lor componente se numește rectificarea aerului lichid.

• În laborator, oxigenul este produs prin reacții de descompunere
• Reacția de descompunere- o reacție în urma căreia substanțele complexe se descompun în altele mai simple
• Oxigenul poate fi colectat prin metoda deplasării aerului sau prin metoda deplasării apei
• Pentru a detecta oxigenul, se folosește o așchie care mocnește; clipește puternic în ea
• Catalizator- o substanta care accelereaza o reactie chimica, dar nu se consuma in ea

Aerul este o sursă inepuizabilă de oxigen. Pentru a obține oxigen din acesta, acest gaz trebuie separat de azot și alte gaze. Metoda industrială de producere a oxigenului se bazează pe această idee. Este implementat folosind echipamente speciale, destul de greoaie. În primul rând, aerul este răcit foarte mult până se transformă într-un lichid. Apoi temperatura aerului lichefiat crește treptat. Azotul gazos începe să fie eliberat mai întâi din acesta (punctul de fierbere al azotului lichid este de -196 ° C), iar lichidul este îmbogățit cu oxigen.

Obținerea oxigenului în laborator. Metodele de laborator pentru producerea oxigenului se bazează pe reacții chimice.

J. Priestley a obținut acest gaz dintr-un compus numit oxid de mercur(II). Omul de știință a folosit o lentilă de sticlă cu care a focalizat lumina soarelui asupra substanței.

Într-o versiune modernă, acest experiment este prezentat în Figura 54. Când este încălzit, oxidul de mercur (||) (pulbere galbenă) se transformă în mercur și oxigen. Mercurul este eliberat în stare gazoasă și se condensează pe pereții eprubetei sub formă de picături argintii. Oxigenul este colectat deasupra apei în a doua eprubetă.

Metoda lui Priestley nu mai este folosită deoarece vaporii de mercur sunt toxici. Oxigenul este produs folosind alte reacții similare cu cea discutată. Ele apar de obicei atunci când sunt încălzite.

Reacțiile în care se formează alte câteva dintr-o substanță se numesc reacții de descompunere.

Pentru a obține oxigen în laborator, se folosesc următorii compuși care conțin oxigen:

Permanganat de potasiu KMnO4 (denumire comună permanganat de potasiu; substanța este un dezinfectant comun)

Clorat de potasiu KClO3 (nume banal - sarea lui Berthollet, în onoarea chimistului francez de la sfârșitul secolului al XVIII-lea - începutul secolului al XIX-lea C.-L. Berthollet)

La cloratul de potasiu se adaugă o cantitate mică de catalizator - oxid de mangan (IV) MnO2 - astfel încât descompunerea compusului să aibă loc odată cu eliberarea de oxigen1.

Structura moleculelor de hidruri de calcogen H2E poate fi analizat folosind metoda orbitalului molecular (MO). Ca exemplu, luați în considerare diagrama orbitalilor moleculari ai unei molecule de apă (Fig. 3)

Pentru construcție (Pentru mai multe detalii, vezi G. Gray „Electrons and Chemical Bonding”, M., editura „Mir”, 1967, pp. 155-62 și G. L. Miessier, D. A. Tarr, „Inorganic Chemistry”, Prantice Hall Int. Inc., 1991, p.153-57) diagrame ale MO a moleculei de H2O, vom combina originea coordonatelor cu atomul de oxigen și vom plasa atomii de hidrogen în planul xz (Fig. 3). Suprapunerea 2s- și 2p-AO de oxigen cu 1s-AO de hidrogen este prezentată în Fig. 4. AO de hidrogen și oxigen, care au aceeași simetrie și energii similare, participă la formarea MO. Cu toate acestea, contribuția AO la formarea MO este diferită, ceea ce se reflectă în diferite valori ale coeficienților din combinațiile liniare corespunzătoare ale AO. Interacțiunea (suprapunerea) dintre 1s-AO a hidrogenului și 2s- și 2pz-AO a oxigenului duce la formarea de MO de legare 2a1 și 4a1-antilegare.

În lecția 17" Obținerea oxigenului"de la curs" Chimie pentru manechine» află cum se produce oxigenul în laborator; Vom afla ce este un catalizator și cum influențează plantele producția de oxigen pe planeta noastră.

Cea mai importantă substanță din aer pentru oameni și alte organisme vii este oxigenul. În industrie se folosesc cantități mari de oxigen, așa că este important să știi cum îl poți obține.

Într-un laborator de chimie, oxigenul poate fi obținut prin încălzirea anumitor substanțe complexe care conțin atomi de oxigen. Aceste substanțe includ substanța KMnO 4, care este disponibilă în dulapul de medicamente de acasă sub denumirea de „permanganat de potasiu”.

Sunteți familiarizat cu cele mai simple dispozitive pentru producerea gazelor. Dacă puneți puțină pulbere de KMnO 4 într-unul dintre aceste dispozitive și îl încălziți, oxigenul va fi eliberat (Fig. 76):

Oxigenul poate fi obţinut şi prin descompunerea peroxidului de hidrogen H 2 O 2 . Pentru a face acest lucru, adăugați o cantitate foarte mică dintr-o substanță specială într-o eprubetă cu H 2 O 2 - catalizator- si inchideti eprubeta cu un dop cu tub de evacuare a gazului (Fig. 77).

Pentru această reacție, catalizatorul este o substanță a cărei formulă este MnO2. În acest caz, are loc următoarea reacție chimică:

Vă rugăm să rețineți că nu există nicio formulă de catalizator în partea stângă sau în partea dreaptă a ecuației. Formula sa este de obicei scrisă în ecuația reacției deasupra semnului egal. De ce se adaugă un catalizator? Procesul de descompunere a H 2 O 2 în condiții de cameră se desfășoară foarte lent. Prin urmare, este nevoie de mult timp pentru a obține cantități notabile de oxigen. Cu toate acestea, această reacție poate fi accelerată dramatic prin adăugarea unui catalizator.

Catalizator este o substanță care accelerează o reacție chimică, dar nu se consumă în ea însăși.

Tocmai pentru că catalizatorul nu este consumat în reacție, nu îi scriem formula în nicio parte a ecuației reacției.

O altă modalitate de a obține oxigen este descompunerea apei sub influența curentului electric continuu. Acest proces se numește electroliză apă. Oxigenul poate fi obținut într-un dispozitiv prezentat schematic în Figura 78.

În acest caz, are loc următoarea reacție chimică:

Oxigenul în natură

O cantitate imensă de oxigen gazos este conținută în atmosferă și dizolvată în apele mărilor și oceanelor. Oxigenul este necesar pentru ca toate organismele vii să respire. Fără oxigen, ar fi imposibil să obții energie prin arderea diferitelor tipuri de combustibil. Aproximativ 2% din oxigenul atmosferic este consumat anual pentru aceste nevoi.

De unde provine oxigenul de pe Pământ și de ce cantitatea acestuia rămâne aproximativ constantă, în ciuda unui astfel de consum? Singura sursă de oxigen de pe planeta noastră sunt plantele verzi, care îl produc sub influența luminii solare prin procesul de fotosinteză. Acesta este un proces foarte complex care include mai multe etape. Ca rezultat al fotosintezei în părțile verzi ale plantelor, dioxidul de carbon și apa sunt transformate în glucoză C 6 H 12 O 6 și oxigen. Total
Ecuația reacțiilor care apar în procesul de fotosinteză poate fi reprezentată după cum urmează:

S-a stabilit că aproximativ o zecime (11%) din oxigenul produs de plantele verzi provine de la plante terestre, iar restul de nouă zecimi (89%) din plante acvatice.

Obținerea de oxigen și azot din aer

Rezervele uriașe de oxigen din atmosferă fac posibilă obținerea și utilizarea acestuia în diverse industrii. În condiții industriale, oxigenul, azotul și unele alte gaze (argon, neon) sunt obținute din aer.

Pentru a face acest lucru, aerul este mai întâi transformat în lichid (Fig. 79) prin răcire la o temperatură atât de scăzută la care toate componentele sale se transformă într-o stare lichidă de agregare.

Apoi, acest lichid este încălzit lent, în urma căruia, la diferite temperaturi, are loc fierberea secvențială (adică trecerea la o stare gazoasă) a substanțelor conținute în aer. Prin colectarea gazelor care fierb la diferite temperaturi, se obțin separat azotul, oxigenul și alte substanțe.

Scurte concluzii ale lecției:

1. În condiții de laborator, oxigenul se obține prin descompunerea anumitor substanțe complexe care conțin atomi de oxigen.
2. Un catalizator este o substanță care accelerează o reacție chimică fără a fi consumată.
3. Sursa de oxigen de pe planeta noastră sunt plantele verzi în care are loc procesul de fotosinteză.
4. În industrie, oxigenul este obținut din aer.

Sper că lecția 17" Obținerea oxigenului„A fost clar și informativ. Dacă aveți întrebări, scrieți-le în comentarii.

Plan:

Istoria descoperirii

Originea numelui

Fiind în natură

Chitanță

Proprietăți fizice

Proprietăți chimice

Aplicație

10. Izotopi

Oxigen

Oxigen- element din grupa a 16-a (conform clasificării învechite - subgrupul principal al grupului VI), a doua perioadă a sistemului periodic de elemente chimice al lui D.I. Mendeleev, cu număr atomic 8. Notat cu simbolul O (lat. Oxigeniu) . Oxigenul este un nemetal activ din punct de vedere chimic și este cel mai ușor element din grupul calcogenilor. Substanță simplă oxigen(număr CAS: 7782-44-7) în condiții normale este un gaz incolor, insipid și inodor, a cărui moleculă este formată din doi atomi de oxigen (formula O 2), și de aceea se numește și dioxigen.Oxigenul lichid are o lumină culoare albastră, iar cristalele solide sunt de culoare albastru deschis.

Există și alte forme alotropice de oxigen, de exemplu, ozonul (număr CAS: 10028-15-6) - în condiții normale, un gaz albastru cu un miros specific, a cărui moleculă este formată din trei atomi de oxigen (formula O 3).

Istoria descoperirii

Se crede oficial că oxigenul a fost descoperit de chimistul englez Joseph Priestley la 1 august 1774 prin descompunerea oxidului de mercuric într-un vas închis ermetic (Priestley a direcționat lumina soarelui către acest compus folosind o lentilă puternică).

Cu toate acestea, Priestley nu și-a dat seama inițial că a descoperit o nouă substanță simplă; el a crezut că a izolat una dintre părțile constitutive ale aerului (și a numit acest gaz „aer deflogistic”). Priestley a raportat descoperirea sa remarcabilului chimist francez Antoine Lavoisier. În 1775, A. Lavoisier a stabilit că oxigenul este o componentă a aerului, a acizilor și se găsește în multe substanțe.

Cu câțiva ani mai devreme (în 1771), oxigenul a fost obținut de chimistul suedez Karl Scheele. A calcinat salitrul cu acid sulfuric și apoi a descompus oxidul de azot rezultat. Scheele a numit acest gaz „aer de foc” și a descris descoperirea sa într-o carte publicată în 1777 (tocmai pentru că cartea a fost publicată mai târziu decât Priestley și-a anunțat descoperirea, acesta din urmă fiind considerat descoperitorul oxigenului). Scheele a raportat și lui Lavoisier experiența sa.

Un pas important care a contribuit la descoperirea oxigenului a fost lucrarea chimistului francez Pierre Bayen, care a publicat lucrări despre oxidarea mercurului și descompunerea ulterioară a oxidului acestuia.

În cele din urmă, A. Lavoisier și-a dat seama în cele din urmă natura gazului rezultat, folosind informații de la Priestley și Scheele. Lucrarea sa a avut o importanță enormă, deoarece datorită ei, teoria flogistului, care era dominantă la acea vreme și împiedica dezvoltarea chimiei, a fost răsturnată. Lavoisier a efectuat experimente privind arderea diferitelor substanțe și a infirmat teoria flogistonului, publicând rezultate privind greutatea elementelor arse. Greutatea cenușii a depășit greutatea inițială a elementului, ceea ce i-a dat lui Lavoisier dreptul de a susține că în timpul arderii are loc o reacție chimică (oxidare) a substanței și, prin urmare, masa substanței inițiale crește, ceea ce respinge teoria flogistonului. .

Astfel, meritul pentru descoperirea oxigenului este de fapt împărțit între Priestley, Scheele și Lavoisier.

Originea numelui

Cuvântul oxigen (numit și „soluție acidă” la începutul secolului al XIX-lea) își datorează apariția în limba rusă într-o oarecare măsură lui M.V. Lomonosov, care a introdus cuvântul „acid”, împreună cu alte neologisme; Astfel, cuvântul „oxigen”, la rândul său, a fost un traseu al termenului „oxigen” (franceză oxygène), propus de A. Lavoisier (din greaca veche ὀξύς - „acru” și γεννάω - „nasterea”), care este tradus ca „acid generator”, care este asociat cu semnificația sa originală - „acid”, care anterior însemna substanțe numite oxizi conform nomenclaturii internaționale moderne.

Fiind în natură

Oxigenul este cel mai comun element de pe Pământ; ponderea sa (în diverși compuși, în principal silicați) reprezintă aproximativ 47,4% din masa scoarței terestre solide. Marea și apele dulci conțin o cantitate imensă de oxigen legat - 88,8% (în masă), în atmosferă conținutul de oxigen liber este de 20,95% în volum și 23,12% în masă. Peste 1.500 de compuși din scoarța terestră conțin oxigen.

Oxigenul face parte din multe substanțe organice și este prezent în toate celulele vii. În ceea ce privește numărul de atomi din celulele vii, acesta este de aproximativ 25%, iar în ceea ce privește fracția de masă - aproximativ 65%.

Chitanță

În prezent, în industrie, oxigenul se obține din aer. Principala metodă industrială de producere a oxigenului este rectificarea criogenică. Instalațiile de oxigen care funcționează pe baza tehnologiei cu membrane sunt, de asemenea, bine cunoscute și utilizate cu succes în industrie.

Laboratoarele folosesc oxigen produs industrial, furnizat în cilindri de oțel la o presiune de aproximativ 15 MPa.

Cantități mici de oxigen pot fi obținute prin încălzirea permanganatului de potasiu KMnO 4:

De asemenea, se utilizează reacția de descompunere catalitică a peroxidului de hidrogen H2O2 în prezența oxidului de mangan (IV):

Oxigenul poate fi obținut prin descompunerea catalitică a cloratului de potasiu (sare Berthollet) KClO 3:

Metodele de laborator pentru producerea oxigenului includ metoda de electroliză a soluțiilor apoase de alcalii, precum și descompunerea oxidului de mercur (II) (la t = 100 °C):

În submarine se obține de obicei prin reacția peroxidului de sodiu și a dioxidului de carbon expirat de oameni:

Proprietăți fizice

În oceanele lumii, conținutul de O2 dizolvat este mai mare în apa rece și mai puțin în apa caldă.

În condiții normale, oxigenul este un gaz fără culoare, gust sau miros.

1 litru are o masă de 1,429 g. Puțin mai greu decât aerul. Puțin solubil în apă (4,9 ml/100 g la 0 °C, 2,09 ml/100 g la 50 °C) și alcool (2,78 ml/100 g la 25 °C). Se dizolvă bine în argint topit (22 volume de O 2 în 1 volum de Ag la 961 ° C). Distanța interatomică - 0,12074 nm. Este paramagnetic.

Când oxigenul gazos este încălzit, are loc disocierea lui reversibilă în atomi: la 2000 °C - 0,03%, la 2600 °C - 1%, 4000 °C - 59%, 6000 °C - 99,5%.

Oxigenul lichid (punct de fierbere -182,98 °C) este un lichid albastru pal.

Diagrama fazelor O2

Oxigen solid (punct de topire −218,35°C) - cristale albastre. Există 6 faze cristaline cunoscute, dintre care trei există la o presiune de 1 atm:

α-O 2 - există la temperaturi sub 23,65 K; cristalele albastre strălucitoare aparțin sistemului monoclinic, parametrii celulei a=5,403 Å, b=3,429 Å, c=5,086 Å; p=132,53°.

β-O 2 - există în intervalul de temperatură de la 23,65 la 43,65 K; cristalele albastru pal (cu creșterea presiunii culoarea devine roz) au o rețea romboedrică, parametrii celulei a=4,21 Å, α=46,25°.

γ-O 2 - există la temperaturi de la 43,65 la 54,21 K; cristalele albastru pal au simetrie cubică, parametrul rețelei a=6,83 Å.

Alte trei faze se formează la presiuni mari:

intervalul de temperatură 5-O2 20-240 K şi presiune 6-8 GPa, cristale portocalii;

presiune ε-O 4 de la 10 la 96 GPa, culoarea cristalului de la roșu închis la negru, sistem monoclinic;

ζ-O n presiune mai mare de 96 GPa, o stare metalica cu un luciu metalic caracteristic, la temperaturi scazute se transforma in stare supraconductoare.

Proprietăți chimice

Un agent oxidant puternic, interacționează cu aproape toate elementele, formând oxizi. Starea de oxidare −2. De regulă, reacția de oxidare are loc cu eliberarea de căldură și accelerează odată cu creșterea temperaturii (vezi Combustie). Exemple de reacții care au loc la temperatura camerei:

Oxidează compușii care conțin elemente cu starea de oxidare mai mică decât maximă:

Oxidează majoritatea compușilor organici:

În anumite condiții, este posibil să se efectueze o oxidare ușoară a unui compus organic:

Oxigenul reactioneaza direct (in conditii normale, cu incalzire si/sau in prezenta catalizatorilor) cu toate substantele simple cu exceptia Au si gazelor inerte (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn); reacțiile cu halogeni apar sub influența unei descărcări electrice sau a radiațiilor ultraviolete. S-au obținut indirect oxizi de aur și gaze grele inerte (Xe, Rn). În toți compușii cu două elemente de oxigen cu alte elemente, oxigenul joacă rolul unui agent oxidant, cu excepția compușilor cu fluor.

Oxigenul formează peroxizi cu starea de oxidare a atomului de oxigen formal egală cu -1.

De exemplu, peroxizii sunt produși prin arderea metalelor alcaline în oxigen:

Unii oxizi absorb oxigenul:

Conform teoriei arderii dezvoltate de A. N. Bach și K. O. Engler, oxidarea are loc în două etape cu formarea unui compus intermediar de peroxid. Acest compus intermediar poate fi izolat, de exemplu, atunci când o flacără de hidrogen arzând este răcită cu gheață, se formează peroxid de hidrogen împreună cu apa:

În superoxizi, oxigenul are în mod formal o stare de oxidare de -½, adică un electron la doi atomi de oxigen (ion O - 2). Obținut prin reacția peroxizilor cu oxigenul la presiune și temperatură ridicate:

Potasiul K, rubidiu Rb și cesiu Cs reacționează cu oxigenul pentru a forma superoxizi:

În ionul dioxigenil O 2 +, oxigenul are în mod formal o stare de oxidare de +½. Obținut prin reacție:

Fluoruri de oxigen

Difluorura de oxigen, starea de oxidare OF 2 a oxigenului +2, se prepară prin trecerea fluorului printr-o soluție alcalină:

Monofluorura de oxigen (dioxidifluorura), O 2 F 2, este instabilă, starea de oxidare a oxigenului este +1. Obținut dintr-un amestec de fluor și oxigen într-o descărcare strălucitoare la o temperatură de -196 °C:

Prin trecerea unei descărcări strălucitoare printr-un amestec de fluor și oxigen la o anumită presiune și temperatură, se obțin amestecuri de fluoruri de oxigen superioare O 3 F 2, O 4 F 2, O 5 F 2 și O 6 F 2.

Calculele mecanicii cuantice prezic existenta stabila a ionului trifluorohidroxoniu OF 3 +. Dacă acest ion există cu adevărat, atunci starea de oxidare a oxigenului din el va fi egală cu +4.

Oxigenul susține procesele de respirație, ardere și descompunere.

În forma sa liberă, elementul există în două modificări alotropice: O 2 și O 3 (ozon). După cum au stabilit Pierre Curie și Marie Skłodowska-Curie în 1899, sub influența radiațiilor ionizante O 2 se transformă în O 3 .

Aplicație

Utilizarea industrială pe scară largă a oxigenului a început la mijlocul secolului al XX-lea, după inventarea turboexpansoarelor - dispozitive pentru lichefierea și separarea aerului lichid.

ÎNmetalurgie

Metoda convertoare de producție a oțelului sau prelucrarea matei implică utilizarea oxigenului. În multe unități metalurgice, pentru arderea mai eficientă a combustibilului, în loc de aer în arzătoare se folosește un amestec oxigen-aer.

Sudarea si taierea metalelor

Oxigenul din cilindri albastri este utilizat pe scară largă pentru tăierea cu flacără și sudarea metalelor.

Combustibil pentru racheta

Oxigenul lichid, peroxidul de hidrogen, acidul azotic și alți compuși bogați în oxigen sunt utilizați ca oxidanți pentru combustibilul pentru rachete. Un amestec de oxigen lichid și ozon lichid este unul dintre cei mai puternici oxidanți ai combustibilului pentru rachete (impulsul specific al amestecului hidrogen-ozon depășește impulsul specific pentru perechile hidrogen-fluor și hidrogen-fluorura de oxigen).

ÎNmedicament

Oxigenul medical este stocat în butelii metalice de gaz de înaltă presiune (pentru gaze comprimate sau lichefiate) de culoare albastră de diferite capacități de la 1,2 la 10,0 litri sub presiune de până la 15 MPa (150 atm) și este utilizat pentru îmbogățirea amestecurilor de gaze respiratorii din echipamentele de anestezie. , la tulburări de respirație, pentru a ameliora un atac de astm bronșic, pentru a elimina hipoxia de orice origine, pentru boala de decompresie, pentru a trata patologii ale tractului gastrointestinal sub formă de cocktailuri de oxigen. Pentru uz individual, recipientele speciale cauciucate - perne de oxigen - sunt umplute din butelii cu oxigen medical. Inhalatoarele de oxigen de diferite modele și modificări sunt utilizate pentru a furniza oxigen sau un amestec oxigen-aer simultan uneia sau două victime pe teren sau într-un spital. Avantajul unui inhalator de oxigen este prezența unui condensator-umidificator al amestecului de gaze, care utilizează umiditatea aerului expirat. Pentru a calcula cantitatea de oxigen rămasă în cilindru în litri, presiunea din butelie în atmosfere (conform manometrului reductorului) este de obicei înmulțită cu capacitatea cilindrului în litri. De exemplu, într-un cilindru cu o capacitate de 2 litri, manometrul indică o presiune a oxigenului de 100 atm. Volumul de oxigen în acest caz este 100 × 2 = 200 litri.

ÎNIndustria alimentară

În industria alimentară, oxigenul este înregistrat ca aditiv alimentar E948, ca propulsor și gaz de ambalare.

ÎNindustria chimica

În industria chimică, oxigenul este folosit ca agent oxidant în numeroase sinteze, de exemplu, oxidarea hidrocarburilor în compuși care conțin oxigen (alcooli, aldehide, acizi), amoniacul în oxizi de azot în producerea acidului azotic. Datorită temperaturilor ridicate care se dezvoltă în timpul oxidării, acestea din urmă sunt adesea efectuate în modul de ardere.

ÎNagricultură

În creșterea în seră, pentru prepararea de cocktailuri cu oxigen, pentru creșterea în greutate la animale, pentru îmbogățirea mediului acvatic cu oxigen în piscicultură.

Rolul biologic al oxigenului

Aprovizionare de urgență cu oxigen într-un adăpost anti-bombă

Majoritatea ființelor vii (aerobii) respiră oxigen din aer. Oxigenul este utilizat pe scară largă în medicină. În cazul bolilor cardiovasculare, pentru a îmbunătăți procesele metabolice, în stomac se injectează spumă de oxigen („cocktail de oxigen”). Administrarea subcutanată a oxigenului este utilizată pentru ulcerul trofic, elefantiaza, gangrena și alte boli grave. Îmbogățirea cu ozon artificial este utilizată pentru dezinfectarea și dezodorizarea aerului și purificarea apei de băut. Izotopul de oxigen radioactiv 15 O este folosit pentru a studia viteza fluxului sanguin și ventilația pulmonară.

Derivați toxici ai oxigenului

Unii derivați de oxigen (așa-numitele specii reactive de oxigen), cum ar fi oxigenul singlet, peroxidul de hidrogen, superoxidul, ozonul și radicalul hidroxil, sunt foarte toxici. Ele se formează în timpul procesului de activare sau de reducere parțială a oxigenului. Superoxidul (radical superoxid), peroxidul de hidrogen și radicalul hidroxil se pot forma în celulele și țesuturile oamenilor și animalelor și pot provoca stres oxidativ.

Izotopi

Oxigenul are trei izotopi stabili: 16 O, 17 O și 18 O, al căror conținut mediu este, respectiv, de 99,759%, 0,037% și respectiv 0,204% din numărul total de atomi de oxigen de pe Pământ. Predominanța accentuată a celor mai ușoare dintre ele, 16 O, în amestecul de izotopi se datorează faptului că nucleul atomului de 16 O este format din 8 protoni și 8 neutroni (un nucleu magic dublu cu învelișuri de neutroni și protoni umplute). Și astfel de nuclee, după cum reiese din teoria structurii nucleului atomic, sunt deosebit de stabile.

Sunt cunoscuți și izotopi radioactivi ai oxigenului cu numere de masă de la 12 O până la 24 O. Toți izotopii radioactivi ai oxigenului au un timp de înjumătățire scurt, cel mai lung dintre ei fiind 15 O cu un timp de înjumătățire de ~120 s. Cel mai scurt izotop 12 O are un timp de înjumătățire de 5,8·10−22 s.

Oxigenul ocupă 21% din aerul atmosferic. Cea mai mare parte se găsește în scoarța terestră, în apă dulce și în microorganismele vii. Este folosit în multe domenii ale industriei și este folosit pentru nevoi economice și medicale. Cererea pentru substanță se datorează proprietăților sale chimice și fizice.

Cum se produce oxigenul în industrie. 3 metode

Producția de oxigen în industrie se realizează prin împărțirea aerului atmosferic. Pentru aceasta sunt utilizate următoarele metode:

Producția de oxigen la scară industrială este de mare importanță. Trebuie avută mare grijă în alegerea tehnologiei și a echipamentelor adecvate. Greșelile făcute pot afecta negativ procesul tehnologic și pot duce la creșterea costurilor de sacrificare.

Caracteristici tehnice ale echipamentelor pentru producerea de oxigen în industrie

Generatoarele de tip industrial „OXIMAT” ajută la stabilirea procesului de obținere a oxigenului în stare gazoasă. Caracteristicile lor tehnice și caracteristicile de proiectare au ca scop obținerea acestei substanțe în industrie a purității și cantității necesare pe parcursul zilei (fără întrerupere). De remarcat faptul că echipamentul poate funcționa în orice mod, atât cu opriri cât și fără opriri. Unitatea funcționează sub presiune. La intrare ar trebui să existe aer uscat în stare comprimată, fără umiditate. Sunt disponibile modele de capacitate mică, medie și mare.