ออกซิเจนลักษณะทั่วไป อยู่ในธรรมชาติ
องค์ประกอบที่อยู่ในกลุ่มย่อยหลักของกลุ่ม VI ของระบบธาตุขององค์ประกอบของ D. I. Mendeleev
|
องค์ประกอบ |
ค่าใช้จ่ายหลัก |
ระดับพลังงาน |
รัศมีอะตอม Å |
||||
|
เค |
ล |
ม |
เอ็น |
โอ |
|||
|
0,60 1,04 1,16 1,43 |
|||||||
การตรวจสอบโครงสร้างอะตอมขององค์ประกอบของกลุ่มย่อยหลักของกลุ่ม VI แสดงให้เห็นว่าพวกมันทั้งหมดมีโครงสร้างหกอิเล็กตรอนของชั้นนอก (ตารางที่ 13) ดังนั้นจึงค่อนข้างมี ค่าสูงอิเลคโตรเนกาติวีตี้ มีอิเลคโตรเนกาติวีตี้มากที่สุด และมีค่าน้อยที่สุด ซึ่งอธิบายได้จากการเปลี่ยนแปลงรัศมีอะตอม สถานที่พิเศษของออกซิเจนในกลุ่มนี้เน้นย้ำด้วยข้อเท็จจริงที่ว่า และเทลลูเรียมสามารถรวมเข้ากับออกซิเจนได้โดยตรง แต่ไม่สามารถรวมเข้าด้วยกันได้
องค์ประกอบของกลุ่มออกซิเจนก็อยู่ในกลุ่มด้วย ร-องค์ประกอบเนื่องจากพวกเขากำลังเสร็จสมบูรณ์ ร-เปลือก. สำหรับองค์ประกอบทั้งหมดในตระกูล ยกเว้นตัวออกซิเจนเอง อิเล็กตรอน 6 ตัวในชั้นนอกถือเป็นเวเลนซ์อิเล็กตรอน
ในปฏิกิริยารีดอกซ์ องค์ประกอบของหมู่ออกซิเจนมักจะแสดงคุณสมบัติการออกซิไดซ์ คุณสมบัติออกซิไดซ์ที่แรงที่สุดจะแสดงเป็นออกซิเจน
องค์ประกอบทั้งหมดของกลุ่มย่อยหลักของกลุ่ม VI นั้นมีสถานะออกซิเดชันเชิงลบที่ -2 อย่างไรก็ตาม สำหรับซัลเฟอร์ ซีลีเนียม และเทลลูเรียม สถานะออกซิเดชันเชิงบวกก็เป็นไปได้เช่นกัน (สูงสุด +6)
โมเลกุลของออกซิเจนก็เหมือนกับก๊าซธรรมดาอื่นๆ ที่เป็นไดอะตอมมิก สร้างขึ้นเหมือนพันธะโควาเลนต์ที่เกิดจากคู่อิเล็กตรอนสองตัว ดังนั้นออกซิเจนจึงมีวาเลนต์เมื่อสร้างออกซิเจนอย่างง่าย
ซัลเฟอร์เป็นสารที่เป็นของแข็ง โมเลกุลประกอบด้วยอะตอมของกำมะถัน 8 อะตอม (S8) แต่พวกมันเชื่อมต่อกันเป็นวงแหวนชนิดหนึ่ง โดยอะตอมของกำมะถันแต่ละอะตอมเชื่อมต่อกับอะตอมข้างเคียงเพียงสองอะตอมด้วยพันธะโควาเลนต์
ดังนั้นแต่ละอะตอมของกำมะถันซึ่งมีคู่อิเล็กตรอนร่วมหนึ่งคู่และมีอะตอมใกล้เคียงกันสองอะตอมจึงมีวาเลนต์ต่างกัน โมเลกุลที่คล้ายกันเกิดเป็นซีลีเนียม (Se8) และเทลลูเรียม (Te8)
■
1. เขียนเรื่องราวเกี่ยวกับหมู่ออกซิเจนตามแผนดังต่อไปนี้ ก) ตำแหน่งในตารางธาตุ b) ประจุของนิวเคลียสและ จำนวนนิวตรอนในนิวเคลียส c) การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ d) โครงสร้างขัดแตะคริสตัล e) สถานะออกซิเดชันที่เป็นไปได้ของออกซิเจนและองค์ประกอบอื่น ๆ ของกลุ่มนี้
2. อะไรคือความเหมือนและความแตกต่างระหว่างโครงสร้างอะตอมและการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมขององค์ประกอบของกลุ่มย่อยหลัก VI และ กลุ่มที่ 7?
3. ธาตุในกลุ่มย่อยหลักของกลุ่ม VI มีเวเลนซ์อิเล็กตรอนกี่ตัว?
4. องค์ประกอบของกลุ่มย่อยหลักของกลุ่ม VI ควรประพฤติตนอย่างไรในปฏิกิริยารีดอกซ์?
5. องค์ประกอบใดของกลุ่มย่อยหลักของกลุ่ม VI ที่มีอิเลคโตรเนกาติตีมากที่สุด?
เมื่อพิจารณาองค์ประกอบของกลุ่มย่อยหลักของกลุ่ม VI เราจะพบปรากฏการณ์ของการจัดสรรเป็นอันดับแรก องค์ประกอบเดียวกันในสถานะอิสระสามารถก่อตัวได้สององค์ประกอบขึ้นไป สารง่ายๆ. ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า allotropy และพวกมันเองเรียกว่าการปรับเปลี่ยน allotropic
เขียนถ้อยคำนี้ลงในสมุดบันทึกของคุณ
ตัวอย่างเช่น ธาตุออกซิเจนสามารถสร้างองค์ประกอบง่ายๆ ได้ 2 ชนิด ได้แก่ ออกซิเจนและโอโซน
สูตรออกซิเจนอย่างง่าย O2 สูตรสารโอโซน O3 อย่างง่าย โมเลกุลของพวกมันถูกสร้างขึ้นแตกต่างออกไป:
ออกซิเจนและโอโซนเป็นการดัดแปลงแบบ allotropic ขององค์ประกอบออกซิเจน
ซัลเฟอร์ยังสามารถก่อตัวได้หลายรูปแบบ (การดัดแปลง) รู้จักออร์โธฮอมบิก (แปดด้าน) พลาสติกและโมโนคลินิกกำมะถัน ซีลีเนียมและเทลลูเรียมยังก่อให้เกิดการแบ่งส่วนหลายส่วน ควรสังเกตว่าปรากฏการณ์ของการจัดสรรเป็นลักษณะขององค์ประกอบหลายอย่าง เราจะพิจารณาความแตกต่างในคุณสมบัติของการดัดแปลง allotropic ที่แตกต่างกันเมื่อศึกษาองค์ประกอบ
■ 6. อะไรคือความแตกต่างระหว่างโครงสร้างของโมเลกุลออกซิเจนและโครงสร้างของโมเลกุลโอโซน?
7. โมเลกุลของออกซิเจนและโอโซนอยู่ในพันธะประเภทใด
ออกซิเจน คุณสมบัติทางกายภาพ ผลกระทบทางสรีรวิทยา ความสำคัญของออกซิเจนในธรรมชาติ
ออกซิเจนเป็นองค์ประกอบที่เบาที่สุดของกลุ่มย่อยหลักของกลุ่ม VI น้ำหนักอะตอมของออกซิเจนคือ 15.994 31,988. อะตอมออกซิเจนมีรัศมีน้อยที่สุดขององค์ประกอบของกลุ่มย่อยนี้ (0.6 Å) การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมออกซิเจน: ls 2 2s 2 2p 4
การกระจายตัวของอิเล็กตรอนเหนือออร์บิทัลของชั้นที่สองบ่งชี้ว่าออกซิเจนมีอิเล็กตรอนที่ไม่จับคู่สองตัวอยู่ใน p-ออร์บิทัล ซึ่งสามารถนำมาใช้สร้างรูปได้ง่าย พันธะเคมีระหว่างอะตอม สถานะออกซิเดชันลักษณะของออกซิเจน
ออกซิเจนเป็นก๊าซไม่มีสีและไม่มีกลิ่น มันหนักกว่าอากาศและกลายเป็นของเหลวที่อุณหภูมิ -183° สีฟ้าและที่อุณหภูมิ -219° จะแข็งตัว
ความหนาแน่นของออกซิเจนคือ 1.43 กรัม/ลิตร ออกซิเจนละลายในน้ำได้ไม่ดี: ออกซิเจน 3 ปริมาตรละลายในน้ำ 100 ปริมาตรที่อุณหภูมิ 0°C ดังนั้นจึงสามารถเก็บออกซิเจนไว้ในเครื่องวัดก๊าซได้ (รูปที่ 34) ซึ่งเป็นอุปกรณ์สำหรับเก็บก๊าซที่ไม่ละลายน้ำและละลายได้ในน้ำเล็กน้อย ส่วนใหญ่แล้วออกซิเจนจะถูกเก็บไว้ในเครื่องวัดก๊าซ
เครื่องวัดก๊าซประกอบด้วยสองส่วนหลัก: ภาชนะที่ 1 ซึ่งทำหน้าที่กักเก็บก๊าซ และกรวยขนาดใหญ่ 2 ที่มีก๊อกน้ำและท่อยาวซึ่งยาวเกือบถึงด้านล่างของภาชนะที่ 1 และทำหน้าที่จ่ายน้ำให้กับอุปกรณ์ เรือ 1 มีท่อสามท่อ: กรวย 2 ที่มีก๊อกปิดเปิดจะถูกสอดเข้าไปในท่อ 3 โดยมีพื้นผิวด้านในแบบกราวด์อยู่ ท่อจ่ายก๊าซที่มีจุกปิดเปิดจะถูกสอดเข้าไปในท่อ 4 ท่อ 5 ที่ด้านล่างทำหน้าที่ปล่อยน้ำออกจากอุปกรณ์เมื่อชาร์จและคายประจุ ในเครื่องวัดก๊าซที่มีประจุ ถังที่ 1 เต็มไปด้วยออกซิเจน ที่ด้านล่างของภาชนะซึ่งปลายท่อกรวย 2 จะลดลง
ข้าว. 34.
1 - ถังเก็บก๊าซ 2 - ช่องทางสำหรับจ่ายน้ำ 3 - ท่อที่มีพื้นผิวดิน; 4 - ท่อสำหรับกำจัดแก๊ส 5 - ท่อสำหรับปล่อยน้ำเมื่อชาร์จอุปกรณ์
หากคุณต้องการรับออกซิเจนจากเครื่องวัดก๊าซ ขั้นแรกให้เปิดก๊อกกรวยแล้วบีบออกซิเจนในเครื่องวัดก๊าซเล็กน้อย จากนั้นเปิดวาล์วบนท่อจ่ายก๊าซซึ่งมีออกซิเจนไหลออกมาแทนที่ด้วยน้ำ
ในอุตสาหกรรม ออกซิเจนจะถูกเก็บไว้ในถังเหล็กในสถานะอัด (รูปที่ 35, a) หรือในรูปของเหลวใน “ถัง” ออกซิเจน (รูปที่ 36)
ข้าว. 35.บอลลูนออกซิเจน
จดชื่ออุปกรณ์สำหรับเก็บออกซิเจนจากข้อความ
ออกซิเจนเป็นองค์ประกอบที่พบบ่อยที่สุด คิดเป็นเกือบ 50% ของน้ำหนักทั้งหมด เปลือกโลก(รูปที่ 37) ร่างกายมนุษย์ประกอบด้วยออกซิเจน 65% ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของต่างๆ อินทรียฺวัตถุซึ่งเนื้อเยื่อและอวัยวะถูกสร้างขึ้น น้ำมีออกซิเจนประมาณ 89% ในบรรยากาศ ออกซิเจนคิดเป็น 23% โดยน้ำหนัก และ 21% โดยปริมาตร ออกซิเจนเป็นส่วนหนึ่งของหินหลากหลายชนิด (เช่น หินปูน ชอล์ก หินอ่อน CaCO3 ทราย SiO2) แร่ของโลหะต่างๆ (แร่เหล็กแม่เหล็ก Fe3O4 แร่เหล็กสีน้ำตาล 2Fe2O3 nH2O แร่เหล็กสีแดง Fe2O3 อะลูมิเนียม Al2O3 nH2O ฯลฯ .) . ออกซิเจนเป็นส่วนหนึ่งของสารอินทรีย์ส่วนใหญ่
ความสำคัญทางสรีรวิทยาของออกซิเจนนั้นมีมหาศาล เป็นก๊าซชนิดเดียวที่สิ่งมีชีวิตสามารถใช้หายใจได้ การขาดออกซิเจนทำให้กระบวนการชีวิตหยุดชะงักและทำให้ร่างกายเสียชีวิต หากไม่มีออกซิเจน บุคคลสามารถมีชีวิตอยู่ได้เพียงไม่กี่นาที เมื่อหายใจออกซิเจนจะถูกดูดซึมซึ่งมีส่วนร่วมในกระบวนการรีดอกซ์ที่เกิดขึ้นในร่างกายและปล่อยผลิตภัณฑ์ออกซิเดชั่นของสารอินทรีย์ - คาร์บอนไดออกไซด์และสารอื่น ๆ สิ่งมีชีวิตทั้งบนบกและในน้ำหายใจเอาออกซิเจน: สิ่งมีชีวิตบนบกที่มีออกซิเจนในบรรยากาศอิสระ และสิ่งมีชีวิตในน้ำที่มีออกซิเจนละลายในน้ำ
ในธรรมชาติจะมีวัฏจักรออกซิเจนชนิดหนึ่งเกิดขึ้น ออกซิเจนจากชั้นบรรยากาศถูกดูดซับโดยสัตว์ พืช มนุษย์ และถูกใช้ไปกับกระบวนการเผาไหม้เชื้อเพลิง การสลายตัว และกระบวนการออกซิเดชั่นอื่นๆ คาร์บอนไดออกไซด์และน้ำที่ผลิตในระหว่างกระบวนการออกซิเดชั่นจะถูกใช้โดยพืชสีเขียว ซึ่งด้วยความช่วยเหลือของคลอโรฟิลล์ในใบและ พลังงานแสงอาทิตย์กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงดำเนินการเช่น การสังเคราะห์สารอินทรีย์จากคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำพร้อมกับการปล่อยออกซิเจน
หากต้องการให้ออกซิเจนแก่บุคคลหนึ่งคน คุณต้องมีมงกุฎสำหรับสองคน ต้นไม้ใหญ่. พืชสีเขียวช่วยรักษาองค์ประกอบของบรรยากาศให้คงที่
■
8. ออกซิเจนมีความสำคัญต่อชีวิตของสิ่งมีชีวิตอย่างไร?
9. การเติมออกซิเจนในชั้นบรรยากาศเป็นอย่างไร?
คุณสมบัติทางเคมีของออกซิเจน
ออกซิเจนอิสระเมื่อทำปฏิกิริยากับสารที่เรียบง่ายและซับซ้อนมักจะมีลักษณะเช่นนี้
ข้าว. 37.
สถานะออกซิเดชันที่ได้รับในกรณีนี้คือ -2 เสมอ องค์ประกอบหลายอย่างมีปฏิกิริยาโดยตรงกับออกซิเจน ยกเว้นโลหะมีตระกูล องค์ประกอบที่มีค่าอิเลคโตรเนกาติวีตี้ใกล้กับออกซิเจน () และองค์ประกอบเฉื่อย
เป็นผลให้เกิดสารประกอบออกซิเจนกับสารที่ง่ายและซับซ้อนขึ้น ออกซิเจนจำนวนมากเผาไหม้ แม้ว่าในอากาศจะไม่เผาไหม้หรือเผาไหม้ได้อ่อนมากก็ตาม เผาไหม้ในออกซิเจนด้วยเปลวไฟสีเหลืองสดใส สิ่งนี้จะผลิตโซเดียมเปอร์ออกไซด์ (รูปที่ 38):
2นา + O2 =นา2O2,
ซัลเฟอร์เผาไหม้ในออกซิเจนพร้อมกับเปลวไฟสีฟ้าสดใสเพื่อสร้างซัลเฟอร์ไดออกไซด์:
ส + O2 = SO2
ถ่านในอากาศแทบจะไม่มีควัน แต่ในออกซิเจนจะร้อนมากและไหม้พร้อมกับการก่อตัวของคาร์บอนไดออกไซด์ (รูปที่ 39):
C + O2 = คาร์บอนไดออกไซด์
ข้าว. 36.
มันเผาไหม้ในออกซิเจนด้วยเปลวไฟสีขาวที่สว่างจ้าและเกิดฟอสฟอรัสเพนทอกไซด์สีขาวที่เป็นของแข็ง:
4P + 5O2 = 2P2O5
เผาไหม้ในออกซิเจน ประกายไฟกระจาย และกลายเป็นเกล็ดเหล็ก (รูปที่ 40)
สารอินทรีย์ เช่น มีเทน CH4 ก็เผาไหม้ในออกซิเจนได้เช่นกัน องค์ประกอบที่เข้ามา ก๊าซธรรมชาติ: CH4 + 2O2 = คาร์บอนไดออกไซด์ + 2H2O
การเผาไหม้ในออกซิเจนบริสุทธิ์เกิดขึ้นอย่างเข้มข้นกว่าในอากาศมาก และช่วยให้ได้รับอุณหภูมิที่สูงขึ้นอย่างมาก ปรากฏการณ์นี้ใช้เพื่อเพิ่มความเข้มข้นของกระบวนการทางเคมีจำนวนหนึ่งและการเผาไหม้เชื้อเพลิงที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น
ในกระบวนการหายใจ ออกซิเจนจะรวมกับฮีโมโกลบินในเลือดเพื่อสร้างออกซีฮีโมโกลบิน ซึ่งเป็นสารประกอบที่ไม่เสถียรอย่างมาก จึงสลายตัวในเนื้อเยื่อได้ง่ายด้วยการก่อตัวของออกซิเจนอิสระที่เข้าสู่ปฏิกิริยาออกซิเดชัน การเน่าเปื่อยยังเป็นกระบวนการออกซิเดชั่นที่เกี่ยวข้องกับออกซิเจน
พวกเขารู้จักออกซิเจนบริสุทธิ์โดยการนำเศษที่คุกรุ่นเข้าไปในภาชนะซึ่งควรจะมีอยู่ มันกะพริบสว่าง - นี่คือการทดสอบออกซิเจนคุณภาพสูง
■ 10. เมื่อคุณมีเศษเสี้ยวอยู่ คุณจะรับรู้ออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ในภาชนะต่างๆ ได้อย่างไร? 11. จะใช้ปริมาณออกซิเจนเท่าใดในการเผาผลาญ 2 กิโลกรัม ถ่านหินซึ่งประกอบด้วยคาร์บอน 70% ไฮโดรเจน 5% ออกซิเจน 7% ที่เหลือเป็นส่วนประกอบที่ไม่ติดไฟ ?
ข้าว. 38.การเผาไหม้ของโซเดียม ข้าว. 39.การเผาไหม้ถ่านหิน ข้าว. 40.การเผาไหม้ของเหล็กในออกซิเจน
12. ออกซิเจน 10 ลิตรเพียงพอที่จะเผาผลาญฟอสฟอรัส 5 กรัมได้หรือไม่?
13. ก๊าซผสม 1 ลูกบาศก์เมตรที่ประกอบด้วยคาร์บอนมอนอกไซด์ 40% ไนโตรเจน 20% ไฮโดรเจน 30% และคาร์บอนไดออกไซด์ 10% ถูกเผาในออกซิเจน ใช้ออกซิเจนไปเท่าไร?
14. เป็นไปได้ไหมที่จะทำให้ออกซิเจนแห้งโดยการส่งผ่าน: ก) กรดซัลฟูริก, b) แคลเซียมคลอไรด์, c) ฟอสฟอริกแอนไฮไดรด์, d) โลหะ ?
15. จะปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากสิ่งเจือปนของออกซิเจนได้อย่างไร และในทางกลับกัน จะปลดปล่อยออกซิเจนจากสิ่งเจือปนของคาร์บอนไดออกไซด์ได้อย่างไร
16. ออกซิเจน 20 ลิตรที่มีส่วนผสมของคาร์บอนไดออกไซด์ถูกส่งผ่าน 0.1 N 200 มล. สารละลายแบเรียม เป็นผลให้แคตไอออน Ba 2+ ถูกตกตะกอนโดยสมบูรณ์ ออกซิเจนเดิมมีคาร์บอนไดออกไซด์ (เป็นเปอร์เซ็นต์) เท่าใด?
การได้รับออกซิเจน
ออกซิเจนได้มาหลายวิธี ในห้องปฏิบัติการจะได้รับออกซิเจนจาก สารที่มีออกซิเจนซึ่งสามารถแยกออกได้ง่ายเช่นจากโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต KMnO4 (รูปที่ 41) หรือจากเกลือ berthollet KClO3:
2КМnО4 = K2MnO4 + МnО2 + O2
2КlO3 = 2Кl + O2
เมื่อผลิตออกซิเจนจากเกลือเบอร์โธไลท์ ต้องมีตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อเร่งปฏิกิริยา - แมงกานีสไดออกไซด์ ตัวเร่งปฏิกิริยาเร่งการสลายตัวและทำให้มีความสม่ำเสมอมากขึ้น หากไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยาก็สามารถทำได้
ข้าว. 41. อุปกรณ์ผลิตออกซิเจนโดยใช้วิธีห้องปฏิบัติการจากโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต 1 - โพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต; 2 - ออกซิเจน; 3 - สำลี; 4 - สูบ - คอลเลกชัน
การระเบิดอาจเกิดขึ้นได้หากใช้เกลือ Bertholet ในปริมาณมาก และโดยเฉพาะอย่างยิ่งหากปนเปื้อนด้วยสารอินทรีย์
ออกซิเจนยังได้มาจากไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เมื่อมีตัวเร่งปฏิกิริยา - แมงกานีสไดออกไซด์ MnO2 ตามสมการ:
2H2O2[MnO2] = 2H2O + O2
■ 17. เหตุใดจึงเติม MnO2 ในระหว่างการสลายตัวของเกลือเบอร์ทอลเล็ต?
18. ออกซิเจนที่เกิดขึ้นระหว่างการสลายตัวของ KMnO4 สามารถเก็บสะสมไว้เหนือน้ำได้ สะท้อนสิ่งนี้ในแผนภาพอุปกรณ์
19. บางครั้งหากไม่มีแมงกานีสไดออกไซด์ในห้องปฏิบัติการ จะมีการเพิ่มสารตกค้างเล็กน้อยหลังจากการเผาโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตลงในเกลือเบอร์ทอลทอลแทน เหตุใดจึงสามารถทดแทนได้?
20. ในระหว่างการสลายตัวของเกลือเบอร์ทอลเล็ต 5 โมล จะปล่อยออกซิเจนออกมาเป็นจำนวนเท่าใด
ออกซิเจนยังสามารถได้รับจากการสลายตัวของไนเตรตเมื่อถูกความร้อนเหนือจุดหลอมเหลว:
2KNO3 = 2KNO2 + O2
ในอุตสาหกรรม ออกซิเจนได้มาจากอากาศของเหลวเป็นหลัก อากาศที่เปลี่ยนเป็นสถานะของเหลวจะถูกระเหยไป ขั้นแรก มันจะระเหย (จุดเดือดคือ 195.8°) และออกซิเจนยังคงอยู่ (จุดเดือดคือ -183°) ด้วยวิธีนี้จะได้ออกซิเจนในรูปแบบที่เกือบบริสุทธิ์
บางครั้ง หากมีไฟฟ้าราคาถูก ออกซิเจนก็จะได้มาจากการอิเล็กโทรลิซิสของน้ำ:
H2O ⇄ H + + OH —
เอ็น + + จ— → H 0
ที่แคโทด
2OH — — จ— → H2O + O; 2O = O2
ที่ขั้วบวก
■ 21. ทำรายการห้องปฏิบัติการและวิธีการทางอุตสาหกรรมในการผลิตออกซิเจนที่คุณรู้จัก เขียนลงในสมุดบันทึกของคุณ โดยแนบสมการปฏิกิริยาแต่ละวิธีไปด้วย
22. ปฏิกิริยาที่ใช้ในการผลิตออกซิเจนรีดอกซ์หรือไม่? ให้คำตอบที่มีเหตุผล
23. รับประทานสารต่อไปนี้ 10 กรัม โพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต, เกลือเบอร์ทอลเล็ต, โพแทสเซียมไนเตรต ในกรณีใดจะสามารถรับออกซิเจนได้มากที่สุด?
24. ถ่านหิน 1 กรัมถูกเผาในออกซิเจนที่ได้จากการให้ความร้อนโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต 20 กรัม เปอร์แมงกาเนตถูกย่อยสลายกี่เปอร์เซ็นต์?
ออกซิเจนเป็นองค์ประกอบที่มีมากที่สุดในธรรมชาติ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการแพทย์ เคมี อุตสาหกรรม ฯลฯ (รูปที่ 42)
ข้าว. 42. การใช้ออกซิเจน
นักบินที่ระดับความสูง ผู้คนที่ทำงานในบรรยากาศที่มีก๊าซอันตราย และผู้ที่ทำงานใต้ดินและใต้น้ำใช้อุปกรณ์ออกซิเจน (รูปที่ 43)
ในกรณีที่เป็นเรื่องยากเนื่องจากโรคบางอย่าง บุคคลนั้นจะได้รับออกซิเจนบริสุทธิ์เพื่อหายใจจากถุงออกซิเจนหรือวางไว้ในเต็นท์ออกซิเจน
ในปัจจุบัน อากาศที่อุดมด้วยออกซิเจนหรือออกซิเจนบริสุทธิ์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อเพิ่มความเข้มข้นของกระบวนการทางโลหะวิทยา หัวพ่นออกซิเจน-ไฮโดรเจน และออกซี-อะเซทิลีนใช้สำหรับการเชื่อมและตัดโลหะ โดยการทำให้สารไวไฟด้วยออกซิเจนเหลว: ขี้เลื่อย, ผงถ่านหิน ฯลฯ จะได้สารผสมที่ระเบิดได้ที่เรียกว่าออกซีลิควิต
■ 25. วาดตารางลงในสมุดบันทึกแล้วกรอกข้อมูล
โอโซน O3
ดังที่ได้กล่าวไปแล้วองค์ประกอบออกซิเจนสามารถสร้างการดัดแปลงแบบ allotropic อื่นได้ - โอโซน O3 โอโซนเดือดที่ -111° และแข็งตัวที่ -250° ใน สถานะก๊าซมันเป็นสีน้ำเงิน ในของเหลวมันเป็นสีน้ำเงิน โอโซนในน้ำสูงกว่าออกซิเจนมาก โดยโอโซน 45 ปริมาตรจะละลายในน้ำ 100 ปริมาตร
โอโซนแตกต่างจากออกซิเจนตรงที่โมเลกุลประกอบด้วยสามอะตอมแทนที่จะเป็นสองอะตอม ด้วยเหตุนี้โมเลกุลออกซิเจนจึงมีความเสถียรมากกว่าโมเลกุลโอโซนมาก โอโซนสลายตัวได้ง่ายตามสมการ:
O3 = O2 + [O]
การปล่อยออกซิเจนอะตอมมิกระหว่างการสลายตัวของโอโซนทำให้สารออกซิไดซ์แรงกว่าออกซิเจนมาก โอโซนมีกลิ่นสดชื่น (“โอโซน” แปลว่า “กลิ่น”) ในธรรมชาติมันถูกสร้างขึ้นภายใต้อิทธิพลของการปล่อยกระแสไฟฟ้าอย่างเงียบ ๆ และในป่าสน ผู้ป่วยโรคปอดควรใช้เวลาอยู่ในป่าสนให้มากขึ้น อย่างไรก็ตาม การสัมผัสกับบรรยากาศที่มีโอโซนสูงเป็นเวลานานอาจส่งผลเสียต่อร่างกายได้ พิษจะมาพร้อมกับอาการวิงเวียนศีรษะ คลื่นไส้ และเลือดกำเดาไหล เมื่อได้รับพิษเรื้อรังอาจเกิดโรคหัวใจได้
ในห้องปฏิบัติการ โอโซนได้มาจากออกซิเจนในโอโซน (รูปที่ 44) ออกซิเจนจะถูกส่งผ่านไปยังหลอดแก้ว 1 และพันด้านนอกด้วยลวด 2 สายไฟ 3 วิ่งอยู่ภายในท่อ สายไฟทั้งสองนี้เชื่อมต่อกับขั้วของแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าที่สร้างแรงดันไฟฟ้าสูงที่ขั้วไฟฟ้าที่ระบุ ระหว่างอิเล็กโทรดจะมีการปล่อยกระแสไฟฟ้าอย่างเงียบ ๆ เนื่องจากโอโซนเกิดจากออกซิเจน
รูปที่ 44; โอโซน 1 - ภาชนะแก้ว; 2 - ขดลวดด้านนอก; 3 - ลวดภายในท่อ; 4 - สารละลายโพแทสเซียมไอโอไดด์กับแป้ง
3O2 = 2O3
โอโซนเป็นสารออกซิไดซ์ที่แรงมาก มันทำปฏิกิริยาอย่างมีพลังมากกว่าออกซิเจน และโดยทั่วไปจะมีปฏิกิริยามากกว่าออกซิเจนมาก ตัวอย่างเช่น ไม่เหมือนกับออกซิเจน มันสามารถแทนที่ไฮโดรเจนไอโอไดด์หรือเกลือไอโอไดด์:
2KI + O3 + H2O = 2KOH + I2 + O2
โอโซนในบรรยากาศมีน้อยมาก (ประมาณหนึ่งในล้านเปอร์เซ็นต์) แต่มีบทบาทสำคัญในการดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลต แสงอาทิตย์ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมพวกมันจึงตกลงบนพื้นในปริมาณที่น้อยลงและไม่ส่งผลเสียต่อสิ่งมีชีวิต
โอโซนถูกใช้ในปริมาณเล็กน้อยสำหรับเครื่องปรับอากาศเป็นหลักและในทางเคมีด้วย
■ 26. การดัดแปลงแบบ allotropic คืออะไร?
27. เหตุใดกระดาษแป้งไอโอดีนจึงเปลี่ยนเป็นสีน้ำเงินเมื่อได้รับโอโซน ให้คำตอบที่มีเหตุผล
28. เหตุใดโมเลกุลออกซิเจนจึงมีความเสถียรมากกว่าโมเลกุลโอโซนมาก? พิสูจน์คำตอบของคุณในแง่ของโครงสร้างภายในโมเลกุล
การแนะนำ
ทุกวันเราสูดอากาศที่เราต้องการ คุณเคยคิดบ้างไหมว่าอากาศประกอบด้วยสารอะไรบ้าง? ส่วนใหญ่ประกอบด้วยไนโตรเจน (78%) รองลงมาคือออกซิเจน (21%) และก๊าซเฉื่อย (1%) แม้ว่าออกซิเจนจะไม่ใช่ส่วนพื้นฐานที่สุดของอากาศ แต่หากไม่มีออกซิเจน บรรยากาศก็ไม่สามารถอยู่อาศัยได้ ด้วยเหตุนี้สิ่งมีชีวิตจึงดำรงอยู่บนโลกได้ เพราะไนโตรเจนทั้งรวมกันและแยกจากกันเป็นอันตรายต่อมนุษย์ มาดูคุณสมบัติของออกซิเจนกัน
คุณสมบัติทางกายภาพของออกซิเจน
คุณไม่สามารถแยกแยะออกซิเจนในอากาศได้ เนื่องจากภายใต้สภาวะปกติ ออกซิเจนจะเป็นก๊าซที่ไม่มีรส สี หรือกลิ่น แต่ออกซิเจนสามารถเปลี่ยนไปเป็นสถานะการรวมตัวแบบอื่นได้ ดังนั้นที่อุณหภูมิ -183 o C จึงกลายเป็นของเหลว และที่ -219 o C จะแข็งตัว แต่มีเพียงมนุษย์เท่านั้นที่สามารถได้รับออกซิเจนที่เป็นของแข็งและของเหลว และโดยธรรมชาติแล้วออกซิเจนจะมีอยู่ในสถานะก๊าซเท่านั้น ดูเหมือนว่านี้ (ภาพถ่าย) และอันที่แข็งก็ดูเหมือนน้ำแข็ง
คุณสมบัติทางกายภาพของออกซิเจนยังเป็นโครงสร้างของโมเลกุลของสารอย่างง่ายอีกด้วย อะตอมออกซิเจนก่อตัวเป็นสารสองชนิด: ออกซิเจน (O 2) และโอโซน (O 3) ด้านล่างเป็นแบบจำลองโมเลกุลออกซิเจน
ออกซิเจน คุณสมบัติทางเคมี
สิ่งแรกที่จะเริ่มด้วย ลักษณะทางเคมีองค์ประกอบ - ตำแหน่งในตารางธาตุของ D.I. Mendeleev ดังนั้น ออกซิเจนจึงอยู่ในช่วงที่ 2 ของกลุ่มที่ 6 ของกลุ่มย่อยหลักที่หมายเลข 8 มวลอะตอมของมันคือ 16 amu มันเป็นอโลหะ
ในเคมีอนินทรีย์สารประกอบไบนารีกับองค์ประกอบอื่น ๆ จะถูกรวมเข้าด้วยกันเป็นออกไซด์ที่แยกจากกัน ออกซิเจนสามารถก่อตัวได้ สารประกอบเคมีมีทั้งโลหะและอโลหะ
เรามาพูดถึงการนำมันไปใช้ในห้องปฏิบัติการกันดีกว่า
ในทางเคมี ออกซิเจนสามารถรับได้จากการสลายตัวของโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ เกลือเบอร์โทไลต์ ไนเตรตของโลหะออกฤทธิ์ และออกไซด์ของโลหะหนัก ให้เราพิจารณาสมการปฏิกิริยาเมื่อใช้แต่ละวิธีเหล่านี้
1. กระแสไฟฟ้าของน้ำ:
เอช 2 โอ 2 = เอช 2 โอ + โอ 2
5. การสลายตัวของออกไซด์ของโลหะหนัก (เช่น ปรอทออกไซด์):
2HgO = 2Hg + O2
6. การสลายตัวของไนเตรตโลหะที่ใช้งานอยู่ (เช่นโซเดียมไนเตรต):
2NaNO3 = 2NaNO2 + O2
การใช้ออกซิเจน
เรามีคุณสมบัติทางเคมีเสร็จแล้ว ถึงเวลาพูดคุยเกี่ยวกับการใช้ออกซิเจนในชีวิตมนุษย์แล้ว จำเป็นสำหรับการเผาไหม้เชื้อเพลิงในโรงไฟฟ้าไฟฟ้าและพลังความร้อน ใช้เพื่อให้ได้เหล็กจากเหล็กหล่อและเศษโลหะสำหรับการเชื่อมและตัดโลหะ ออกซิเจนเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับหน้ากากของนักดับเพลิง สำหรับกระบอกสูบของนักดำน้ำ และใช้ในโลหะวิทยาที่มีเหล็กและไม่ใช่เหล็ก และแม้กระทั่งในการผลิตวัตถุระเบิด ออกซิเจนเป็นที่รู้จักในอุตสาหกรรมอาหารในชื่อวัตถุเจือปนอาหาร E948 ดูเหมือนจะไม่มีอุตสาหกรรมใดที่ไม่ได้ใช้ แต่บทบาทที่สำคัญที่สุดคือในด้านการแพทย์ ที่นั่นเรียกว่า "ออกซิเจนทางการแพทย์" เพื่อให้ออกซิเจนมีความเหมาะสมต่อการใช้งานจึงมีการบีบอัดไว้ล่วงหน้า คุณสมบัติทางกายภาพของออกซิเจนหมายความว่าสามารถบีบอัดได้ ในรูปแบบนี้จะถูกเก็บไว้ในกระบอกสูบที่คล้ายกับสิ่งเหล่านี้
ใช้ในการดูแลผู้ป่วยหนักและระหว่างการปฏิบัติงานในอุปกรณ์เพื่อรักษากระบวนการสำคัญในร่างกายของผู้ป่วยเช่นเดียวกับในการรักษาโรคบางชนิด: การบีบอัด, พยาธิสภาพของระบบทางเดินอาหาร ด้วยความช่วยเหลือนี้ แพทย์สามารถช่วยชีวิตคนจำนวนมากได้ทุกวัน เคมีภัณฑ์และ คุณสมบัติทางกายภาพออกซิเจนมีส่วนทำให้มีการใช้กันอย่างแพร่หลาย
คำนิยาม
ออกซิเจน– องค์ประกอบของคาบที่สอง กลุ่ม VIA ของตารางธาตุองค์ประกอบทางเคมี D.I. Mendeleev มีเลขอะตอม 8 สัญลักษณ์ - O.
มวลอะตอม – 16 อามู โมเลกุลออกซิเจนเป็นแบบไดอะตอมมิกและมีสูตร - O 2
ออกซิเจนอยู่ในกลุ่มธาตุ p การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมออกซิเจนคือ 1s 2 2s 2 2p 4 ในสารประกอบของมัน ออกซิเจนสามารถแสดงสถานะออกซิเดชันได้หลายสถานะ: "-2", "-1" (ในเปอร์ออกไซด์), "+2" (F 2 O) ออกซิเจนมีลักษณะเฉพาะโดยการสำแดงปรากฏการณ์ของ allotropy - การดำรงอยู่ในรูปแบบของสารง่าย ๆ หลายชนิด - การดัดแปลง allotropic การดัดแปลงออกซิเจนแบบ Allotropic คือออกซิเจน O 2 และโอโซน O 3
คุณสมบัติทางเคมีของออกซิเจน
ออกซิเจนเป็นสารออกซิไดซ์ที่แรงเพราะว่า ในการที่จะบรรลุระดับอิเล็กตรอนชั้นนอกให้สมบูรณ์นั้น ต้องการเพียง 2 อิเล็กตรอนเท่านั้น และมันสามารถบวกพวกมันเข้าไปได้อย่างง่ายดาย ในแง่ของกิจกรรมทางเคมี ออกซิเจนเป็นรองจากฟลูออรีนเท่านั้น ออกซิเจนก่อตัวเป็นสารประกอบที่มีองค์ประกอบทั้งหมด ยกเว้นฮีเลียม นีออน และอาร์กอน ออกซิเจนทำปฏิกิริยาโดยตรงกับฮาโลเจน เงิน ทอง และแพลตตินัม (สารประกอบของพวกมันได้มาทางอ้อม) ปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับออกซิเจนเกือบทั้งหมดเป็นแบบคายความร้อน คุณสมบัติปฏิกิริยาหลายอย่างเมื่อรวมกับออกซิเจน - ปลดปล่อย ปริมาณมากความอบอุ่นและแสงสว่าง กระบวนการดังกล่าวเรียกว่าการเผาไหม้
ปฏิกิริยาระหว่างออกซิเจนกับโลหะ ด้วยโลหะอัลคาไล (ยกเว้นลิเธียม) ออกซิเจนจะก่อตัวเป็นเปอร์ออกไซด์หรือซูเปอร์ออกไซด์ ส่วนที่เหลือ - ออกไซด์ ตัวอย่างเช่น:
4Li + O 2 = 2Li 2 O;
2นา + โอ 2 = นา 2 โอ 2;
K + O 2 = เกาะ 2;
2Ca + O 2 = 2CaO;
4อัล + 3O 2 = 2อัล 2 O 3;
2Cu + O 2 = 2CuO;
3เฟ + 2O 2 = เฟ 3 โอ 4
ปฏิกิริยาระหว่างออกซิเจนกับอโลหะ ปฏิกิริยาของออกซิเจนกับอโลหะเกิดขึ้นเมื่อถูกความร้อน ปฏิกิริยาทั้งหมดเป็นแบบคายความร้อน ยกเว้นอันตรกิริยากับไนโตรเจน (ปฏิกิริยาเป็นแบบดูดความร้อน เกิดขึ้นที่ 3000C ในอาร์คไฟฟ้า โดยธรรมชาติแล้ว - ระหว่างการปล่อยฟ้าผ่า) ตัวอย่างเช่น:
4P + 5O 2 = 2P 2 O 5 ;
C + O 2 = CO 2;
2H 2 + O 2 = 2H 2 O;
N 2 + O 2 ↔ 2NO – Q.
ปฏิกิริยากับสารอนินทรีย์ที่ซับซ้อน เมื่อสารที่ซับซ้อนเผาไหม้ออกซิเจนส่วนเกินจะเกิดออกไซด์ขององค์ประกอบที่เกี่ยวข้อง:
2H 2 S + 3O 2 = 2SO 2 + 2H 2 O (t);
4NH 3 + 3O 2 = 2N 2 + 6H 2 O (t);
4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O (t, กท);
2PH 3 + 4O 2 = 2H 3 PO 4 (t);
SiH 4 + 2O 2 = SiO 2 + 2H 2 O;
4FeS 2 +11O 2 = 2Fe 2 O 3 +8 SO 2 (t)
ออกซิเจนสามารถออกซิไดซ์ออกไซด์และไฮดรอกไซด์ให้เป็นสารประกอบที่มีสถานะออกซิเดชันสูงกว่า:
2CO + O 2 = 2CO 2 (t);
2SO 2 + O 2 = 2SO 3 (t, V 2 O 5);
2NO + O 2 = 2NO 2;
4FeO + O 2 = 2Fe 2 O 3 (t)
ปฏิกิริยากับสารอินทรีย์ที่ซับซ้อน สารอินทรีย์เกือบทั้งหมดจะถูกเผาไหม้และถูกออกซิไดซ์โดยออกซิเจนในชั้นบรรยากาศ คาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ:
CH 4 + 2O 2 = CO 2 +H 2 O.
นอกจากปฏิกิริยาการเผาไหม้ (ออกซิเดชันโดยสมบูรณ์) แล้ว ยังอาจเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันที่ไม่สมบูรณ์หรือเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาได้ ในกรณีนี้ ผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยาอาจเป็นแอลกอฮอล์ อัลดีไฮด์ คีโตน กรดคาร์บอกซิลิกและสารอื่นๆ:
การออกซิเดชันของคาร์โบไฮเดรต โปรตีน และไขมันทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานในสิ่งมีชีวิต
คุณสมบัติทางกายภาพของออกซิเจน
ออกซิเจนเป็นองค์ประกอบที่มีมากที่สุดในโลก (47% โดยมวล) ปริมาณออกซิเจนในอากาศอยู่ที่ 21% โดยปริมาตร ออกซิเจน – ส่วนประกอบน้ำ แร่ธาตุ อินทรียวัตถุ เนื้อเยื่อพืชและสัตว์ประกอบด้วยออกซิเจน 50-85% ในรูปของสารประกอบต่างๆ
ในสถานะอิสระ ออกซิเจนเป็นก๊าซไม่มีสี ไม่มีรส และไม่มีกลิ่น ละลายได้ไม่ดีในน้ำ (ออกซิเจน 3 ลิตรละลายในน้ำ 100 ลิตรที่อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียส ออกซิเจนเหลวมีสีฟ้าและมีคุณสมบัติพาราแมกเนติก (มันถูกดึงเข้าไปใน สนามแม่เหล็ก).
การได้รับออกซิเจน
มีวิธีการผลิตออกซิเจนทางอุตสาหกรรมและห้องปฏิบัติการ ดังนั้นในอุตสาหกรรม ออกซิเจนได้มาจากการกลั่นอากาศเหลว และวิธีการในห้องปฏิบัติการหลักในการผลิตออกซิเจนก็รวมถึงปฏิกิริยาด้วย การสลายตัวด้วยความร้อนสารที่ซับซ้อน:
2KMnO 4 = K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2
4K 2 Cr 2 O 7 = 4K 2 Cr 2 O 4 + 2Cr 2 O 3 +3 O 2
2KNO 3 = 2KNO 2 + O 2
2KClO 3 = 2KCl +3 O 2
ตัวอย่างการแก้ปัญหา
ตัวอย่างที่ 1
| ออกกำลังกาย | การสลายตัวของปรอท (II) ออกไซด์ 95 กรัม ให้ออกซิเจน 4.48 ลิตร (n.o.) คำนวณสัดส่วนของปรอทที่สลายตัว (II) ออกไซด์ (เป็นน้ำหนัก%) |
| สารละลาย | ให้เราเขียนสมการปฏิกิริยาสำหรับการสลายตัวของปรอท (II) ออกไซด์: 2HgO = 2Hg + O 2 . เมื่อทราบปริมาณออกซิเจนที่ปล่อยออกมาเราจะพบปริมาณของสาร:
ตามสมการปฏิกิริยา n(HgO):n(O 2) = 2:1 ดังนั้น n(HgO) = 2×n(O 2) = 0.4 โมล ให้เราคำนวณมวลของออกไซด์ที่สลายตัว ปริมาณของสารสัมพันธ์กับมวลของสารตามอัตราส่วน: มวลโมเลกุล (น้ำหนักโมเลกุลหนึ่งโมล) ของปรอท (II) ออกไซด์ คำนวณโดยใช้ตารางองค์ประกอบทางเคมีโดย D.I. เมนเดเลเยฟ – 217 กรัม/โมล จากนั้นมวลของปรอท (II) ออกไซด์จะเท่ากับ: ม(เอชจีโอ) = n(HgO)× ม(HgO) = 0.4×217 = 86.8 กรัม เรามากำหนดกัน เศษส่วนมวลออกไซด์ที่สลายตัว: |
ตุ่น.กระทรวงศึกษาธิการและวิทยาศาสตร์แห่งสหพันธรัฐรัสเซีย
"ออกซิเจน"
สมบูรณ์:
ตรวจสอบแล้ว:
ลักษณะทั่วไปของออกซิเจน
OXYGEN (lat. Oxygenium), O (อ่านว่า "o"), องค์ประกอบทางเคมีมีเลขอะตอม 8 มวลอะตอม 15.9994 ในตารางธาตุของ Mendeleev ออกซิเจนจะอยู่ในช่วงที่สองในกลุ่ม VIA
ออกซิเจนธรรมชาติประกอบด้วยส่วนผสมของนิวไคลด์เสถียรสามชนิดที่มีเลขมวล 16 (มีอิทธิพลเหนือส่วนผสมประกอบด้วย 99.759% โดยมวล), 17 (0.037%) และ 18 (0.204%) รัศมีของอะตอมออกซิเจนที่เป็นกลางคือ 0.066 นาโนเมตร การกำหนดค่าของชั้นอิเล็กทรอนิกส์ด้านนอกของอะตอมออกซิเจนที่ไม่ตื่นเต้นที่เป็นกลางคือ 2s2р4 พลังงานของการแตกตัวเป็นไอออนตามลำดับของอะตอมออกซิเจนคือ 13.61819 และ 35.118 eV ความสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนคือ 1.467 eV รัศมีของไอออน O 2 อยู่ที่หมายเลขโคออร์ดิเนตที่แตกต่างกันตั้งแต่ 0.121 นาโนเมตร (หมายเลขโคออร์ดิเนต 2) ถึง 0.128 นาโนเมตร (หมายเลขโคออร์ดิเนต 8) ในสารประกอบจะมีสถานะออกซิเดชันที่ –2 (วาเลนซ์ II) และโดยทั่วไปน้อยกว่าคือ –1 (วาเลนซ์ I) ตามมาตราส่วน Pauling อิเล็กโตรเนกาติวีตี้ของออกซิเจนคือ 3.5 (สูงเป็นอันดับสองในบรรดาอโลหะรองจากฟลูออรีน)
ในรูปแบบอิสระ ออกซิเจนจะเป็นก๊าซไม่มีสี ไม่มีกลิ่น และไม่มีรส
คุณสมบัติของโครงสร้างของโมเลกุล O 2: ออกซิเจนในบรรยากาศประกอบด้วยโมเลกุลไดอะตอมมิก ระยะห่างระหว่างอะตอมในโมเลกุล O 2 คือ 0.12074 นาโนเมตร โมเลกุลออกซิเจน (ก๊าซและของเหลว) เป็นสารพาราแมกเนติก โดยแต่ละโมเลกุลของ O2 มีอิเล็กตรอน 2 ตัวที่ไม่จับคู่กัน ข้อเท็จจริงนี้สามารถอธิบายได้ด้วยความจริงที่ว่าในโมเลกุลนั้นมีอิเล็กตรอนที่ไม่มีการจับคู่หนึ่งตัวในแต่ละออร์บิทัลของแอนติบอดีทั้งสอง
พลังงานการแยกตัวของโมเลกุล O 2 ออกเป็นอะตอมค่อนข้างสูงและมีค่าเท่ากับ 493.57 kJ/mol
คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี
คุณสมบัติทางกายภาพและเคมี: ในรูปแบบอิสระพบได้ในรูปแบบของการดัดแปลง O 2 (“ ออกซิเจนทั่วไป”) และ O 3 (โอโซน) O 2 เป็นก๊าซไม่มีสีและไม่มีกลิ่น ที่ สภาวะปกติความหนาแน่นของก๊าซออกซิเจนเท่ากับ 1.42897 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร จุดเดือดของออกซิเจนเหลว (ของเหลวเป็นสีน้ำเงิน) คือ –182.9°C ที่อุณหภูมิตั้งแต่ –218.7°C ถึง –229.4°C จะมีออกซิเจนแข็งที่มีลูกบาศก์แลตทิซ (การดัดแปลง) ที่อุณหภูมิตั้งแต่ –229.4°C ถึง –249.3°C จะมีการดัดแปลงด้วยโครงตาข่ายหกเหลี่ยมและที่อุณหภูมิต่ำกว่า –249.3 °C - การดัดแปลงลูกบาศก์ ที่ ความดันโลหิตสูงและ อุณหภูมิต่ำมีการดัดแปลงออกซิเจนแข็งแบบอื่นด้วย
ที่ 20°C ความสามารถในการละลายของก๊าซ O2 คือ: 3.1 มล. ต่อน้ำ 100 มล., 22 มล. ต่อเอธานอล 100 มล., 23.1 มล. ต่ออะซิโตน 100 มล. มีของเหลวที่ประกอบด้วยฟลูออรีนอินทรีย์ (เช่น perfluorobutyltetrahydrofuran) ซึ่งความสามารถในการละลายของออกซิเจนจะสูงกว่ามาก
พันธะเคมีที่มีความแข็งแรงสูงระหว่างอะตอมในโมเลกุล O2 ส่งผลให้ก๊าซออกซิเจนที่อุณหภูมิห้องไม่มีการใช้งานทางเคมีเลย ในธรรมชาติ มันจะค่อยๆ มีการเปลี่ยนแปลงในระหว่างกระบวนการสลายตัว นอกจากนี้ออกซิเจนที่อุณหภูมิห้องสามารถทำปฏิกิริยากับฮีโมโกลบินในเลือดได้ (แม่นยำยิ่งขึ้นกับฮีมธาตุเหล็ก II) ซึ่งรับประกันการถ่ายโอนออกซิเจนจากอวัยวะทางเดินหายใจไปยังอวัยวะอื่น ๆ
ออกซิเจนทำปฏิกิริยากับสารหลายชนิดโดยไม่ต้องให้ความร้อน เช่น กับโลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ท (ออกไซด์ที่สอดคล้องกัน เช่น Li 2 O, CaO เป็นต้น เปอร์ออกไซด์ เช่น Na 2 O2, BaO 2 เป็นต้น และซูเปอร์ออกไซด์ เช่น KO 2 , RbO 2 เกิดขึ้น เป็นต้น) ทำให้เกิดสนิมบนพื้นผิวของผลิตภัณฑ์เหล็ก หากไม่มีความร้อน ออกซิเจนจะทำปฏิกิริยากับฟอสฟอรัสขาว กับอัลดีไฮด์และสารอินทรีย์อื่นๆ
เมื่อได้รับความร้อนแม้เพียงเล็กน้อย กิจกรรมทางเคมีของออกซิเจนก็จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว เมื่อติดไฟ มันจะเกิดปฏิกิริยาระเบิดกับไฮโดรเจน มีเทน ก๊าซไวไฟอื่นๆ และสารเชิงเดี่ยวและซับซ้อนจำนวนมาก เป็นที่ทราบกันว่าเมื่อถูกความร้อนในบรรยากาศออกซิเจนหรือในอากาศ สารที่เรียบง่ายและซับซ้อนจำนวนมากจะไหม้และเกิดออกไซด์ต่างๆ เช่น:
ส+โอ 2 = ดังนั้น 2; C + O 2 = CO 2
4เฟ + 3O 2 = 2เฟ 2 โอ 3; 2Cu + O 2 = 2CuO
4NH 3 + 3O 2 = 2N 2 + 6H 2 O; 2H 2 ส + 3O 2 = 2H 2 O + 2SO 2
หากส่วนผสมของออกซิเจนและไฮโดรเจนถูกเก็บไว้ในภาชนะแก้วที่อุณหภูมิห้อง ปฏิกิริยาคายความร้อนจะก่อตัวเป็นน้ำ
2H 2 + O 2 = 2H 2 O + 571 กิโลจูล
ดำเนินการช้ามาก จากการคำนวณ หยดน้ำหยดแรกควรปรากฏขึ้นในเรือในเวลาประมาณหนึ่งล้านปี แต่เมื่อแพลตตินัมหรือแพลเลเดียม (ทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา) ถูกนำเข้าไปในภาชนะที่มีส่วนผสมของก๊าซเหล่านี้และเมื่อติดไฟ ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นพร้อมกับการระเบิด
ออกซิเจนทำปฏิกิริยากับไนโตรเจน N2 หรือเมื่อใด อุณหภูมิสูง(ประมาณ 1,500-2,000°C) หรือโดยการปล่อยกระแสไฟฟ้าผ่านส่วนผสมของไนโตรเจนและออกซิเจน ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้จะเกิดไนตริกออกไซด์ (II) ขึ้น:
N2 + O2 = 2NO
จากนั้น NO ที่เกิดขึ้นจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนและเกิดก๊าซสีน้ำตาล (ไนโตรเจนไดออกไซด์):
2NO + O 2 = 2NO2
สำหรับอโลหะ ออกซิเจนจะไม่ทำปฏิกิริยาโดยตรงกับฮาโลเจนไม่ว่าในกรณีใด ๆ และกับโลหะ - กับโลหะมีตระกูล - เงิน, ทอง, แพลตตินัม ฯลฯ
สารประกอบออกซิเจนไบนารี่ซึ่งมีสถานะออกซิเดชันของอะตอมออกซิเจนอยู่ที่ –2 เรียกว่าออกไซด์ (เดิมเรียกว่าออกไซด์) ตัวอย่างของออกไซด์: คาร์บอนมอนอกไซด์ (IV) CO 2, ซัลเฟอร์ออกไซด์ (VI) SO 3, คอปเปอร์ออกไซด์ (I) Cu 2 O, อลูมิเนียมออกไซด์ Al 2 O 3, แมงกานีสออกไซด์ (VII) Mn 2 O 7
ออกซิเจนยังก่อให้เกิดสารประกอบซึ่งมีสถานะออกซิเดชันเป็น –1 เหล่านี้คือเปอร์ออกไซด์ (ชื่อเดิมคือเปอร์ออกไซด์) เช่นไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ H 2 O 2 แบเรียมเปอร์ออกไซด์ BaO 2 โซเดียมเปอร์ออกไซด์ Na 2 O 2 และอื่น ๆ สารประกอบเหล่านี้มีกลุ่มเปอร์ออกไซด์ - O - O - ด้วยโลหะอัลคาไลที่ใช้งานอยู่ เช่น โพแทสเซียม ออกซิเจนก็สามารถสร้างซูเปอร์ออกไซด์ได้ เช่น KO 2 (โพแทสเซียมซูเปอร์ออกไซด์), RbO 2 (รูบิเดียมซูเปอร์ออกไซด์) ในซูเปอร์ออกไซด์ สถานะออกซิเดชันของออกซิเจนคือ –1/2 อาจสังเกตว่าสูตรซูเปอร์ออกไซด์มักเขียนเป็น K 2 O 4, Rb 2 O 4 เป็นต้น
ด้วยฟลูออรีนที่ไม่ใช่โลหะที่มีฤทธิ์มากที่สุด ออกซิเจนจะก่อตัวเป็นสารประกอบในสถานะออกซิเดชันที่เป็นบวก ดังนั้นในสารประกอบ O 2 F 2 สถานะออกซิเดชันของออกซิเจนคือ +1 และในสารประกอบ O 2 F - +2 สารประกอบเหล่านี้ไม่ได้เป็นของออกไซด์ แต่เป็นของฟลูออไรด์ ออกซิเจนฟลูออไรด์สามารถสังเคราะห์ได้ทางอ้อมเท่านั้น เช่น โดยการกระทำของฟลูออรีน F2 ต่อการเจือจาง สารละลายที่เป็นน้ำคอน
ประวัติความเป็นมาของการค้นพบ
ประวัติความเป็นมาของการค้นพบออกซิเจน เช่น ไนโตรเจน มีความเชื่อมโยงกับการศึกษาวิจัยที่กินเวลานานหลายศตวรรษ อากาศในชั้นบรรยากาศ. ความจริงที่ว่าอากาศโดยธรรมชาตินั้นไม่เป็นเนื้อเดียวกัน แต่รวมถึงชิ้นส่วนต่างๆ ซึ่งส่วนหนึ่งรองรับการเผาไหม้และการหายใจ และอีกส่วนหนึ่งไม่เป็นเช่นนั้น เป็นที่รู้จักในศตวรรษที่ 8 โดยนักเล่นแร่แปรธาตุชาวจีน เหมา ฮวา และต่อมาในยุโรปโดยเลโอนาร์โด ดา วินชี. ในปี ค.ศ. 1665 นักธรรมชาติวิทยาชาวอังกฤษ อาร์. ฮุค เขียนว่าอากาศประกอบด้วยก๊าซที่บรรจุอยู่ในไนเตรต เช่นเดียวกับก๊าซที่ไม่ทำงานซึ่งประกอบเป็นอากาศส่วนใหญ่ ข้อเท็จจริงที่ว่าอากาศมีองค์ประกอบที่ค้ำจุนชีวิตเป็นที่ทราบกันดีในหมู่นักเคมีหลายคนในศตวรรษที่ 18 เภสัชกรและนักเคมีชาวสวีเดน Karl Scheele เริ่มศึกษาองค์ประกอบของอากาศในปี 1768 เขาย่อยสลายดินประสิว (KNO 3, NaNO 3) และสารอื่นๆ เป็นเวลาสามปีโดยการให้ความร้อนและได้รับ "อากาศที่ลุกเป็นไฟ" ซึ่งสนับสนุนการหายใจและการเผาไหม้ แต่ Scheele ตีพิมพ์ผลการทดลองของเขาเฉพาะในปี พ.ศ. 2320 ในหนังสือ "ตำราเคมีเกี่ยวกับอากาศและไฟ" ในปี 1774 นักบวชชาวอังกฤษและนักธรรมชาติวิทยา เจ. พรีสต์ลีย์ ได้รับก๊าซที่รองรับการเผาไหม้โดยการให้ความร้อน “ปรอทที่เผาไหม้” (เมอร์คิวริกออกไซด์ HgO) ขณะอยู่ในปารีส พรีสต์ลีย์ซึ่งไม่รู้ว่าก๊าซที่เขาได้รับนั้นเป็นส่วนหนึ่งของอากาศ ได้รายงานการค้นพบของเขาต่อเอ. ลาวัวซิเยร์และนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ในเวลานี้ก็มีการค้นพบไนโตรเจนด้วย ในปี พ.ศ. 2318 Lavoisier ได้ข้อสรุปว่าอากาศธรรมดาประกอบด้วยก๊าซสองชนิด - ก๊าซที่จำเป็นสำหรับการหายใจและสนับสนุนการเผาไหม้และก๊าซที่มี "ลักษณะตรงกันข้าม" - ไนโตรเจน Lavoisier เรียกก๊าซออกซิเจนที่สนับสนุนการเผาไหม้ - "ก่อให้เกิดกรด" (จากกรีก oxys - เปรี้ยวและเจนเนา - ฉันให้กำเนิด ดังนั้นชื่อรัสเซีย "ออกซิเจน") เนื่องจากเขาเชื่อว่ากรดทั้งหมดมีออกซิเจน เป็นที่ทราบกันมานานแล้วว่ากรดอาจเป็นได้ทั้งที่มีออกซิเจนและปราศจากออกซิเจน แต่ชื่อที่ตั้งให้กับองค์ประกอบของลาวัวซิเยร์ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง เป็นเวลาเกือบหนึ่งศตวรรษครึ่งที่ 1/16 ของมวลอะตอมออกซิเจนทำหน้าที่เป็นหน่วยในการเปรียบเทียบมวลของอะตอมต่างๆ กัน และถูกนำมาใช้ในการกำหนดลักษณะเชิงตัวเลขของมวลอะตอม องค์ประกอบต่างๆ(สิ่งที่เรียกว่ามาตราส่วนออกซิเจนของมวลอะตอม)
การเกิดขึ้นในธรรมชาติ: ออกซิเจนเป็นองค์ประกอบที่พบมากที่สุดในโลก ส่วนแบ่งของมัน (ในสารประกอบต่าง ๆ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นซิลิเกต) คิดเป็นประมาณ 47.4% ของมวลของเปลือกโลกแข็ง มารีนและ น้ำจืดบรรจุ เป็นจำนวนมากออกซิเจนที่ถูกผูกไว้ - 88.8% (โดยมวล) ในบรรยากาศปริมาณออกซิเจนอิสระคือ 20.95% (โดยปริมาตร) ธาตุออกซิเจนเป็นส่วนหนึ่งของสารประกอบมากกว่า 1,500 ชนิดในเปลือกโลก
ใบเสร็จ:
ปัจจุบันการผลิตออกซิเจนในอุตสาหกรรมโดยการแยกอากาศที่อุณหภูมิต่ำ ขั้นแรก อากาศจะถูกอัดด้วยคอมเพรสเซอร์ซึ่งจะทำให้อากาศร้อนขึ้น ก๊าซอัดได้รับอนุญาตให้เย็นลง อุณหภูมิห้องจากนั้นตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีการขยายอย่างอิสระ เมื่อมันขยายตัว อุณหภูมิของก๊าซจะลดลงอย่างรวดเร็ว อากาศเย็นซึ่งมีอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิหลายสิบองศา สิ่งแวดล้อมถูกบีบอัดอีกครั้งเป็น 10-15 MPa จากนั้นความร้อนที่ปล่อยออกมาจะถูกกำจัดออกไปอีกครั้ง หลังจากรอบการบีบอัดและการขยายตัวหลายรอบ อุณหภูมิจะลดลงต่ำกว่าจุดเดือดของทั้งออกซิเจนและไนโตรเจน อากาศเหลวเกิดขึ้นซึ่งถูกกลั่นแล้ว จุดเดือดของออกซิเจน (–182.9°C) สูงกว่าจุดเดือดของไนโตรเจนมากกว่า 10 องศา (–195.8°C) ดังนั้นไนโตรเจนจึงระเหยออกจากของเหลวก่อน และออกซิเจนจะสะสมในส่วนที่เหลือ เนื่องจากการกลั่นแบบช้า (แบบแยกส่วน) จึงเป็นไปได้ที่จะได้รับออกซิเจนบริสุทธิ์ ซึ่งมีปริมาณไนโตรเจนเจือปนน้อยกว่า 0.1 เปอร์เซ็นต์โดยปริมาตร
