Wat is zuurstof? zuurstofverbindingen

Zuurstof (O) - niet-scheikundig element van groep 16 (Vla) van het Periodiek Systeem. Het is een kleurloos, smaakloos en reukloos gas voor de levende organismen - dieren die omzetting in koolstofdioxide en planten die _CO2 benutten als koolstofbron en _O2 wordt teruggevoerd naar de atmosfeer. Zuurstof vormt een verbinding laten reageren met vrijwel elk ander element, en verplaatst de chemische elementen van communicatie met elkaar. In veel gevallen worden deze processen gepaard met het vrijkomen van warmte en licht. De belangrijkste verbinding met zuurstof water.

Geschiedenis van de ontdekking

In 1772, de Zweedse chemicus Carl Wilhelm Scheele eerst aangetoond dat deze zuurstof ontvangst door verhitting nitraat kaliumoxide, kwik, evenals vele andere stoffen. Onafhankelijk van hem in 1774, het Engels chemicus Dzhozef Pristli ontdekte de chemische element door thermische ontleding van kwik oxide en publiceerde zijn bevindingen in het zelfde jaar, drie jaar voor Scheele publicatie. In de jaren 1775-1780 de Franse chemicus Antuan Lavuaze geïnterpreteerd de rol van zuurstof in de adem en branden, gooi de phlogistontheorie, meestal op het moment geaccepteerd. Het is bekend om zijn neiging tot zuren in combinatie met diverse stoffen genoemd oxygène element, dat in het Grieks betekent "gegenereerd acid".

overwicht

Wat is zuurstof? Te weten 46% op gewichtsbasis van de korst, is de meest voorkomende element ervan. De hoeveelheid zuurstof in de atmosfeer is 21% en het gewicht van de 89% in zeewater.

In gesteenten element gecombineerd met de metalen en niet-metalen als de oxiden die zuur (bijvoorbeeld, zwavel, koolstof, aluminium en fosfor) zijn of basische (calcium, magnesium en ijzer) en als zoutachtige verbindingen die kunnen worden beschouwd als gevormd uit de zure en basisch oxide zoals sulfaten, carbonaten, silicaten, fosfaten en aluminaten. Hoewel talrijk, maar deze stoffen kunnen niet als zuurstofbronnen zoals bindingssplitsing met metalen element atomen energieverbruik ook.

kenmerken

Indien het zuurstofgehalte lager dan -183 ° C, wordt lichtblauwe vloeistof, en bij -218 ° C - vaste stof. Pure O ₂ is 1,1 maal zwaarder dan lucht.

Tijdens het ademen dieren en sommige bacteriën verbruiken zuurstof uit de atmosfeer en gerecycled kooldioxide, terwijl in groene planten fotosynthese in aanwezigheid van zonlicht absorberen koolstofdioxide en vrije zuurstof vrij. Zowat heel _O2 in de atmosfeer door fotosynthese.

Bij 20 ° C gedurende ongeveer 3 volumedelen zuurstof opgelost in 100 gew.dln vers water, iets minder dan - in zeewater. Het is noodzakelijk voor de ademhaling van de vissen en andere zeedieren.

Natuurlijke zuurstof is een mengsel van drie stabiele isotopen ^16O (99.759%) ¹⁷ O ^(0.037%), en ¹⁸ O (0,204%). Er zijn verschillende kunstmatig radioactieve isotopen. De meeste van hen hebben een lange levensduur is ¹⁵ O (halfwaardetijd 124), die wordt gebruikt voor het bestuderen van de ademhaling bij zoogdieren.

allotroop

Een duidelijker beeld van wat zuurstof, laten de twee allotropische vormen twee atomen _(O2) en triatomic _(O3, ozon) te verkrijgen. Eigenschappen atomige vorm suggereren dat de zes elektronen binden atomen en twee ongepaarde blijven, waardoor de paramagnetisme zuurstof. Drie atoom ozonmolecules zich niet in een rechte lijn.

Ozon worden geproduceerd volgens de vergelijking: 3O ₂ → 2O _3.

Het proces endotherm (vereist energie); omzetting van ozon weer in twee atomen zuurstof bijdraagt tot de aanwezigheid van overgangsmetalen of hun oxiden. Zuivere zuurstof omgezet in ozon door de werking van een elektrische glimontlading. De reactie vindt ook na absorptie van ultraviolet licht met een golflengte van ongeveer 250 nm. Het optreden van dit proces in de bovenste atmosfeer elimineert straling die schadelijk zijn voor het leven zou op het oppervlak van de aarde. Scherpe geur van ozon aanwezig binnen met vonken elektrische apparatuur zoals generatoren. Dit gas is lichtblauw. De dichtheid bij 1658 maal groter dan de lucht en een kookpunt van -112 ° C bij atmosferische druk.

Ozon - sterk oxidatiemiddel voor het omzetten van zwaveldioxide, zwaveltrioxide, sulfide, sulfaat, jodide, jood (analysemethode voor het verschaffen van de beoordeling) en vele zuurstofbevattende organische verbinding derivaten zoals aldehyden en zuren. Omzetting van koolwaterstoffen met ozon uit auto-uitlaatgassen deze zuren en aldehyden is de oorzaak van smog. In de industrie wordt ozon als chemisch reagens, desinfectiemiddel voor afvalwaterzuivering, waterzuivering en bleken van weefsels.

bereidingswijzen

Proces voor het produceren van zuurstof hangt af van hoeveel gas nodig is om te ontvangen. Laboratorium methoden voor het volgende:

1. Thermische ontleding van bepaalde zouten zoals kaliumchloraat of kaliumnitraat:

• 2KClO ₃ → 2KCl + 3O _2.
• 2KNO ₃ → 2KNO ₂ + _O2.

Kaliumchloraat afbraak gekatalyseerd door overgangsmetaaloxiden. Hiervoor vaak mangaandioxide (pyrolusite, MnO _2). De katalysator verlaagt de vereiste temperatuur voor zuurstofontwikkeling, 400-250 ° C

2. Afbraak van metaaloxides onder invloed van temperatuur:

• 2HgO → 2HG + _O2.
• 2Ag ₂ O → 4AG + _O2.

Scheele en Priestley hiervoor chemisch element gebruikte verbinding (oxide), zuurstof en kwik (II).

3. De thermische ontleding van het metaal peroxiden of waterstofperoxide:

• 2BaO + _O2 → 2BaO _2.
• ₂ 2BaO → 2BaO + _O2.
• BaO ₂ + H ₂ SO ₄ → H ₂ O ₂ + _BaSO4.
• 2H _{2O 2} → 2H ₂ O + _O2.

De eerste industriële werkwijzen voor de scheiding van zuurstof uit de atmosfeer of voor de productie van waterstofperoxide afhankelijk van de vorming van een oxide van barium peroxide.

4. Elektrolyse van water met kleine toevoegingen van zouten of zuren die geleiding van elektrische stroom te leveren:

2H _{2O 2} → 2H + _O2

industriële productie

Indien nodig voor het verkrijgen van grote hoeveelheden zuurstof worden gebruikt gefractioneerde destillatie van vloeibare lucht. De belangrijkste bestanddelen van lucht heeft het hoogste kookpunt en derhalve in vergelijking met stikstof en de minder vluchtige argon. De werkwijze gebruikt een koelgas tijdens zijn expansie. De belangrijkste stappen van de werking als volgt:

• lucht wordt gefiltreerd om vaste deeltjes te verwijderen;
• vocht en kooldioxide worden verwijderd door absorptie in alkali;
• lucht wordt samengeperst en de compressie warmte wordt verwijderd volgens gebruikelijke werkwijzen koelen;
• Vervolgens gaat het in de spoel zich in de kamer;
• gedeelte van het gecomprimeerde gas (bij een druk van ongeveer 200 atmosfeer) in de kamer uitzet, het koelen van de spoel;
• ontspannen gas terugkeert naar de compressor is en door verschillende stadia van compressie en daaropvolgende expansie, waarbij bij -196 ° C, de lucht vloeibaar wordt;
• verwarmde vloeistof destillatie eerste licht inerte gassen dan stikstof en vloeibare zuurstof overblijft. Meerdere fractionering levert een product voldoende zuiver (99,5%) voor de meeste industriële toepassingen.

Gebruik in de industrie

Metallurgie is de grootste verbruiker van zuivere zuurstof voor de productie van high-carbon staal: te ontdoen van de kooldioxide en andere onzuiverheden niet-metalen, zodat sneller en gemakkelijker dan met lucht.

Afvalwater zuurstof belofte voor effectievere behandeling van vloeibaar effluent dan bij andere chemische processen. Het wordt steeds belangrijker in gesloten afvalverbranding systemen met behulp van zuiver O _2.

De zogenaamde raket oxidatiemiddel vloeibaar zuurstof. Pure O ₂ Deze wordt gebruikt op onderzeeërs en in de duikklok.

In de chemische industrie, zuurstof vervangen gewone lucht bij de productie van stoffen zoals acetyleen, ethyleenoxide en methanol. Medische toepassingen zijn onder andere gebruik van zuurstof gas in de kamers inhalers en couveuses. verdoving gas verrijkt met zuurstof biedt ondersteuning leven tijdens de algemene anesthesie. Zonder dit chemisch element staat zijn geweest om een aantal industrieën die ovens gebruiken bestaan geweest. Dat is wat zuurstof.

De chemische eigenschappen en reactieproducten

Grote waarden van elektronenaffiniteit en elektronegativiteit van zuurstof typische componenten die metallische eigenschappen vertonen. Alle verbindingen negatieve zuurstof oxidatietoestand. Wanneer twee elektron orbitalen gevuld, gevormd O ^2- ionen. De peroxiden _(O2 ²⁾ neemt aan dat elk atoom een lading van -1. Deze eigenschap van het accepteren van elektronen door een volledige of gedeeltelijke overbrenging en bepaalt een oxidatiemiddel. Wanneer het middel reageert met de stof, elektrondonor eigen oxidatietoestand af. De verandering (afname) van de zuurstof oxidatietoestand van nul naar -2 genoemd herstel.

Onder normale omstandigheden vormt het element een tweewaardige en driewaardige verbindingen. Daarnaast zijn er zeer instabiele moleculen chetyrehatomnye. In twee atomen vormen twee ongepaarde elektronen zich op de niet-bindende orbitalen. Dit wordt bevestigd door gas paramagnetisch gedrag.

Intense reactiviteit soms uitgelegd ozon aanname dat één van de drie atomen in de "atomaire" toestand. Deze omzetting atoom wordt losgemaakt van het _O3, waardoor moleculair zuurstof.

_O2 molecuul bij normale temperaturen en omgevingsdruk zwak reactief. De atomaire zuurstof veel actiever. De dissociatie energie _(O2 → 2O) is significant en 117,2 kcal mol.

verbindingen

C-metalen zoals waterstof, koolstof, zwavel, zuurstof, vormt een groot aantal covalent gebonden verbindingen, waaronder niet-metaal oxiden zoals water _(H2O), zwaveldioxide _(SO2) en kooldioxide _(CO2); organische verbindingen zoals alcoholen, aldehyden en carbonzuren; gemeenschappelijke zuren zoals koolzuur _{(H2 CO3),} zwavelzuur (H ₂ SO ₄₎ en salpeterzuur _(HNO3); en de overeenkomstige zouten zoals natriumsulfaat (Na ₂ SO _4), natriumcarbonaat (Na ₂ CO ₃₎ en natriumnitraat (NaNO _3). Zuurstof aanwezig in de vorm van O ^2- ionen in de kristalstructuur van vaste metaaloxiden, zoals verbinding (oxide), zuurstof en CaO van calcium. Metalen superoxide (KO ₂₎ bevatten ion O ₂ ^-, terwijl metaalperoxiden (BaO ₂₎ bevatten ion _O2 ^2-. zuurstofverbindingen hebben in het algemeen een -2 oxidatietoestand.

Belangrijke eigenschappen

Tot slot geven we een overzicht van de belangrijkste eigenschappen van zuurstof:

• Electron configuratie: 1s 2s ^{2 2} 2p ^4.
• Atoomnummer: 8.
• Atoommassa: 15,9994.
• Kookpunt: -183,0 ° C.
• Smeltpunt: -218,4 ° C.
• Dichtheid (indien de zuurstofdruk 1 atmosfeer bij 0 ° C): 1,429 g / l.
• oxidatietrap -1, -2, 2 (in verbindingen met fluor).