Çfarë është oksigjeni? Komponimet e oksigjenit

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2023-12-17 05:41

Oksigjeni (O) është një element kimik jometalik i grupit 16 (VIa) të tabelës periodike. Është një gaz pa ngjyrë, pa erë dhe pa shije që është thelbësor për organizmat e gjallë - kafshët që e kthejnë atë në dioksid karboni dhe bimët që përdorin CO₂ si burim karboni dhe kthehen O ₂ në atmosferë. Oksigjeni formon komponime duke reaguar me pothuajse çdo element tjetër, dhe gjithashtu zhvendos elementet kimike nga lidhja me njëri-tjetrin. Në shumë raste, këto procese shoqërohen me çlirimin e nxehtësisë dhe dritës. Përbërja më e rëndësishme e oksigjenit është uji.

Historia e zbulimit

Në 1772, kimisti suedez Carl Wilhelm Scheele demonstroi për herë të parë oksigjenin duke ngrohur nitratin e kaliumit, oksidin e merkurit dhe shumë substanca të tjera. Në mënyrë të pavarur prej tij, në 1774, kimisti anglez Joseph Priestley zbuloi këtë element kimik me zbërthimin termik të oksidit të merkurit dhe publikoi gjetjet e tij në të njëjtin vit, tre vjet përpara botimit. Scheele. Në 1775-1780, kimisti francez Antoine Lavoisier interpretoi rolin e oksigjenit në frymëmarrje dhe djegie, duke hedhur poshtë teorinë e phlogistonit të pranuar përgjithësisht në atë kohë. Ai vuri në dukje tendencën e tij për të formuar acide kur kombinohet me substanca të ndryshme dhe e quajti elementin oxygène, që në greqisht do të thotë "prodhon acid".

Prevalenca

Çfarë është oksigjeni? Duke përbërë 46% të masës së kores së tokës, është elementi më i zakonshëm i saj. Sasia e oksigjenit në atmosferë është 21% në vëllim, dhe sipas peshës në ujin e detit është 89%.

Në shkëmbinj, elementi kombinohet me metale dhe jometale në formën e oksideve, të cilat janë acide (për shembull, squfuri, karboni, alumini dhe fosfori) ose bazë (kripërat e kalciumit, magnezit dhe hekurit), dhe si komponime të ngjashme me kripën që mund të konsiderohen të formuara nga oksidet acide dhe bazike si sulfatet, karbonatet, silikatet, aluminatet dhe fosfatet. Ndonëse janë të shumta, këto lëndë të ngurta nuk mund të shërbejnë si burim oksigjeni, pasi prishja e lidhjes së një elementi me atomet metalike kërkon shumë energji.

Karakteristikat

Nëse temperatura e oksigjenit është nën -183 °C, atëherë ai bëhet një lëng blu i zbehtë, dhe në -218 °C - i ngurtë. O₂ i pastër është 1,1 herë më i rëndë se ajri.

Gjatë frymëmarrjes, kafshët dhe disa baktere konsumojnë oksigjen nga atmosfera dhe e kthejnë dioksidin e karbonit, ndërsa gjatë fotosintezës, bimët jeshile në prani të dritës së diellit thithin dioksidin e karbonit dhe lëshojnë oksigjen të lirë. Pothuajsee gjithë O₂ në atmosferë prodhohet nga fotosinteza.

Në 20 °C, rreth 3 pjesë vëllimore të oksigjenit treten në 100 pjesë të ujit të freskët, pak më pak në ujin e detit. Kjo është e nevojshme për frymëmarrjen e peshkut dhe kafshëve të tjera detare.

Oksigjeni natyror është një përzierje e tre izotopeve të qëndrueshme: ¹⁶O (99,759%), ¹⁷O (0,037 %) dhe¹⁸O (0,204%). Janë të njohura disa izotope radioaktive të prodhuara artificialisht. Më jetëgjatësia prej tyre është ¹⁵O (me një gjysmë jetë prej 124 s), e cila përdoret për të studiuar frymëmarrjen te gjitarët.

Alotrope

Një ide më e qartë se çfarë është oksigjeni, ju lejon të merrni dy format e tij alotropike, diatomike (O₂) dhe triatomike (O₃ , ozon). Vetitë e formës diatomike sugjerojnë që gjashtë elektrone i lidhin atomet dhe dy mbeten të paçiftuar, duke shkaktuar paramagnetizëm të oksigjenit. Tre atomet në molekulën e ozonit nuk janë në një vijë të drejtë.

Ozoni mund të prodhohet sipas ekuacionit: 3O₂ → 2O₃.

Procesi është endotermik (kërkon energji); shndërrimi i ozonit përsëri në oksigjen diatomik lehtësohet nga prania e metaleve kalimtare ose oksideve të tyre. Oksigjeni i pastër shndërrohet në ozon nga një shkarkesë elektrike e ndezur. Reagimi ndodh gjithashtu me thithjen e dritës ultravjollcë me një gjatësi vale prej rreth 250 nm. Ndodhja e këtij procesi në pjesën e sipërme të atmosferës eliminon rrezatimin që mund të shkaktojëdëmtimi i jetës në sipërfaqen e Tokës. Era e mprehtë e ozonit është e pranishme në hapësirat e mbyllura me pajisje elektrike ndezëse siç janë gjeneratorët. Është një gaz blu e lehtë. Dendësia e tij është 1,658 herë më e madhe se ajo e ajrit dhe ka një pikë vlimi prej -112°C në presionin atmosferik.

Ozoni është një agjent i fortë oksidues, i aftë për të shndërruar dioksidin e squfurit në trioksid, sulfidin në sulfat, jodin në jod (duke siguruar një metodë analitike për vlerësimin e tij) dhe shumë komponime organike në derivate të oksigjenuar si aldehidet dhe acidet. Shndërrimi i hidrokarbureve nga shkarkimi i makinave në këto acide dhe aldehide nga ozoni është ajo që shkakton smogun. Në industri, ozoni përdoret si agjent kimik, dezinfektues, trajtimi i ujërave të zeza, pastrimi i ujit dhe zbardhja e rrobave.

Metodat e Marrjes

Mënyra se si prodhohet oksigjeni varet nga sa gaz kërkohet. Metodat laboratorike janë si më poshtë:

1. Zbërthimi termik i disa kripërave si klorati i kaliumit ose nitrati i kaliumit:

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

Zbërthimi i kloratit të kaliumit katalizohet nga oksidet e metaleve në tranzicion. Dioksidi i manganit (piroluzit, MnO₂) përdoret shpesh për këtë. Katalizatori ul temperaturën e nevojshme për të evoluar oksigjenin nga 400 në 250°C.

2. Zbërthimi i temperaturës së oksideve të metaleve:

2HgO → 2Hg +O₂.
2Ag₂O → 4Ag + O₂.

Scheele dhe Priestley përdorën një përbërje (oksid) të oksigjenit dhe merkurit (II) për të marrë këtë element kimik.

3. Zbërthimi termik i peroksideve metalike ose peroksidit të hidrogjenit:

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

Metodat e para industriale për ndarjen e oksigjenit nga atmosfera ose për prodhimin e peroksidit të hidrogjenit vareshin nga formimi i peroksidit të bariumit nga oksidi.

4. Elektroliza e ujit me papastërti të vogla kripërash ose acidesh, të cilat sigurojnë përcjellshmërinë e rrymës elektrike:

2H₂O → 2H₂ + O₂

Prodhimi industrial

Nëse është e nevojshme të merren vëllime të mëdha oksigjeni, përdoret distilimi i pjesshëm i ajrit të lëngshëm. Nga përbërësit kryesorë të ajrit, ai ka pikën më të lartë të vlimit dhe për këtë arsye është më pak i paqëndrueshëm se azoti dhe argoni. Procesi përdor ftohjen e gazit ndërsa zgjerohet. Hapat kryesorë të operacionit janë si më poshtë:

ajri filtrohet për të hequr grimcat;
lagështia dhe dioksidi i karbonit hiqen nga përthithja në alkali;
ajri kompresohet dhe nxehtësia e ngjeshjes hiqet me anë të procedurave normale të ftohjes;
pastaj hyn në spiralen e vendosur nëkamera;
pjesë e gazit të ngjeshur (me një presion prej rreth 200 atm) zgjerohet në dhomë, duke ftohur spiralen;
gazi i zgjeruar kthehet në kompresor dhe kalon nëpër disa faza të zgjerimit dhe kompresimit të mëvonshëm, duke rezultuar në një lëng në -196 °C ajri bëhet i lëngshëm;

Lëngu

nxehet për të distiluar gazrat e parë të lehta inerte, pastaj azoti dhe mbetet oksigjeni i lëngshëm. Fraksionimi i shumëfishtë prodhon një produkt mjaftueshëm të pastër (99,5%) për shumicën e qëllimeve industriale.

Përdorim industrial

Metalurgjia është konsumatori më i madh i oksigjenit të pastër për prodhimin e çelikut me karbon të lartë: hiqni qafe dioksidin e karbonit dhe papastërtitë e tjera jometalike më shpejt dhe më lehtë sesa përdorimi i ajrit.

Trajtimi i ujërave të zeza me oksigjen premton për trajtimin e rrjedhjeve të lëngshme në mënyrë më efikase sesa proceset e tjera kimike. Djegia e mbetjeve në sisteme të mbyllura duke përdorur O₂.

. po bëhet gjithnjë e më i rëndësishëm

I ashtuquajturi oksidues i raketës është oksigjen i lëngshëm. I pastër O₂ Përdoret në nëndetëse dhe këmbanat e zhytjes.

Në industrinë kimike, oksigjeni ka zëvendësuar ajrin normal në prodhimin e substancave të tilla si acetilen, oksid etilen dhe metanol. Aplikimet mjekësore përfshijnë përdorimin e gazit në dhomat e oksigjenit, inhalatorët dhe inkubatorët e foshnjave. Një gaz anestetik i pasuruar me oksigjen siguron mbështetje për jetën gjatë anestezisë së përgjithshme. Pa këtë element kimik, një numër iindustritë që përdorin furrat e shkrirjes. Ky është oksigjeni.

Vetitë kimike dhe reaksionet

Elektronegativiteti i lartë dhe afiniteti elektronik i oksigjenit janë tipike për elementët që shfaqin veti jometalike. Të gjitha përbërjet e oksigjenit kanë një gjendje oksidimi negativ. Kur dy orbitale mbushen me elektrone, formohet një jon O^2-. Në peroksidet (O₂^2-) çdo atom supozohet të ketë një ngarkesë prej -1. Kjo veti e pranimit të elektroneve me transferim të plotë ose të pjesshëm përcakton agjentin oksidues. Kur një agjent i tillë reagon me një substancë dhuruese të elektroneve, gjendja e tij e oksidimit ulet. Ndryshimi (ulja) e gjendjes së oksidimit të oksigjenit nga zero në -2 quhet reduktim.

Në kushte normale, elementi formon komponime diatomike dhe triatomike. Përveç kësaj, ka molekula shumë të paqëndrueshme me katër atome. Në formën diatomike, dy elektrone të paçiftëzuara ndodhen në orbitale jolidhëse. Kjo konfirmohet nga sjellja paramagnetike e gazit.

Reaktiviteti intensiv i ozonit ndonjëherë shpjegohet me supozimin se një nga tre atomet është në një gjendje "atomike". Duke hyrë në reaksion, ky atom shkëputet nga O₃, duke lënë oksigjen molekular.

Molekula O₂ është dobët reaktive në temperaturat dhe presionet normale të ambientit. Oksigjeni atomik është shumë më aktiv. Energjia e disociimit (O₂ → 2O) është domethënëse dheështë 117,2 kcal për mol.

Lidhje

Me jometalet si hidrogjeni, karboni dhe squfuri, oksigjeni formon një gamë të gjerë përbërjesh të lidhura kovalente, duke përfshirë oksidet e jometaleve si uji (H₂O), dioksidi i squfurit (SO₂) dhe dioksidi i karbonit (CO₂); komponimet organike si alkoolet, aldehidet dhe acidet karboksilike; acide të zakonshme si karbonik (H₂CO₃), sulfurik (H₂SO4_{) dhe nitrogjen (HNO}3_{); dhe kripërat përkatëse si sulfati i natriumit (Na}2_SO4_{), karbonat natriumi (Na}2 _CO 3_{) dhe nitrat natriumi (NaNO}3_{). Oksigjeni është i pranishëm në formën e jonit O}2- ^{në strukturën kristalore të oksideve të metaleve të ngurta, siç është përbërja (oksidi) i oksigjenit dhe kalciumit CaO. Superoksidet e metaleve (KO}2_{) përmbajnë jonin O}2-^{, ndërsa peroksidet e metaleve (BaO2}), përmbajnë jonin O₂_2-. Përbërjet e oksigjenit kryesisht kanë një gjendje oksidimi prej -2.