Որն է թթվածնային. թթվածնային միացություններ

Թթվածնային (O) - ոչ մետալիկ քիմիական տարր է խմբի 16 (միջոցով) եւ պարբերական աղյուսակ. Այն անգույն, անհամ ու անհոտ գազ համար անհրաժեշտ կենդանի օրգանիզմների - կենդանիներ, որոնք փոխանակելու այն ածխածնի երկօքսիդի, եւ բույսերը, որոնք օգտագործում CO ₂ որպես ածխածնի աղբյուր, եւ O ₂ վերադարձվում է մթնոլորտում. Թթվածնային ձեւավորում բարդ արձագանքում ցանկացած այլ տարր, եւ մղում քիմիական տարրերը հետ հաղորդակցվելու միմյանց. Շատ դեպքերում, այդ գործընթացները ուղեկցվում են ազատ արձակել ջերմության եւ լույսի: Առավել կարեւոր բարդ թթվածնի ջուրն է:

Պատմությունը հայտնաբերելու

1772-ին, իսկ շվեդ քիմիկոս Կարլ Վիլհելմ Scheele առաջին ցուցադրել, որ այդ թթվածին ստացող այն ջեռուցման նիտրատ կալիում օքսիդի, սնդիկի, ինչպես նաեւ բազմաթիվ այլ նյութերի. Անկախ նրա հետ 1774-ին անգլիական քիմիկոս Dzhozef Pristli հայտնաբերել է քիմիական տարր է ջերմային տարրալուծման Սնդիկի օքսիդի եւ հրապարակել է իր եզրակացությունները նույն տարում, երեք տարի առաջ Scheele հրապարակման: Այն տարիներին 1775-1780-ին Ֆրանսիայի քիմիկոս Անտուան Lavuaze մեկնաբանվում դերը թթվածնի շունչ եւ այրման, հեռացնելով phlogiston տեսությունը, սովորաբար ընդունված է ժամանակ: Նշվում է, իր միտումով ձեւավորել թթուներ, երբ զուգակցվում տարբեր նյութերի եւ կոչված գնում տարր, որն ի հունական նշանակում է «ծնունդ թթու»:

գերակշռություն

Որն է թթվածնային. Հաշվառման համար 46% (ըստ կշռի) ընդերքը, դա առավել տարածված տարրերից է Գումարը թթվածնի մթնոլորտում է 21% ըստ ծավալի եւ քաշի իր 89% ծովի ջրում:

Ժայռերի տարրի զուգորդվում մետաղների եւ ոչ մետաղների, ինչպես նաեւ օքսիդների, որոնք acidic (օրինակ, ծծմբի, ածխածնի, ալյումինե, եւ ֆոսֆոր) կամ հիմնական (կալցիում, մագնեզիում եւ երկաթ), եւ որպես աղի նման միացությունների, որոնք կարելի է համարել ձեւավորված է թթու եւ հիմնական օքսիդներ, ինչպիսիք են սուլֆատներ, կարբոնատների, սիլիկատների, ֆոսֆատների եւ aluminates. Թեեւ դրանք բազմաթիվ են, սակայն այդ չոր չեն կարող ծառայել որպես թթվածին աղբյուրների, քանի որ պարտատոմսերի հերձում մետաղական տարր ատոմների էներգիայի սպառումը նույնպես:

առանձնահատկություններ

Եթե թթվածին ջերմաստիճանը ցածր -183 ° C, այն դառնում է գունատ կապույտ հեղուկ, եւ -218 ° C - պինդ. Մաքուր O ₂ 1.1 անգամ ավելի ծանր է, քան օդում:

Ընթացքում շնչում կենդանիների եւ որոշ մանրէներ սպառում թթվածին է մթնոլորտում եւ վերամշակված ածխածնի երկօքսիդը, իսկ կանաչ բույսերի ֆոտոսինթեզի ներկայությամբ արեւի աբսորբացնել ածխածնի երկօքսիդը եւ ազատ արձակել ազատ թթվածին: Գրեթե ամբողջ O ₂ մթնոլորտում, որը արտադրվում է photosynthesis:

- ին, ժամը 20 ° C մոտ 3 մասերի կողմից ծավալով թթվածնի լուծարվել է 100 մասերում քաղցրահամ ջրի, մի քիչ պակաս, քան - ի seawater. Դա անհրաժեշտ է շնչառության ձուկ եւ այլ ծովային կյանքի.

Բնական թթվածնային մի խառնուրդ երեք կայուն իզոտոպների ¹⁶ O (99,759%), ¹⁷ O ^(0,037%), իսկ ¹⁸ O (0,204%): Կան մի քանի արհեստականորեն արտադրված ռադիոակտիվ իզոտոպներ: Նրանց մեծ մասը երկար ապրեց է ¹⁵ O (կիսատրոհման 124), որն օգտագործվում է ուսումնասիրում շնչում է կաթնասունների:

allotrope

A հստակ պատկերացում, թե ինչ թթվածնի, թույլ են տալիս ձեռք բերել իր երկու allotropic ձեւերը, diatomic (O ₂₎ եւ triatomic (O _3, օզոն): Հատկություններ diatomic ձեւը ենթադրում են, որ վեց էլեկտրոնները պարտադիր է ատոմները եւ երկու մնում են unpaired, պատճառելով paramagnetism թթվածնի. Երեք ատոմ օզոնային մոլեկուլները չեն գտնվում մեկ ուղիղ գծի.

Օզոնային կարող է արտադրվել, համաձայն հավասարման: 3ö ₂ → 2 բ _3:

Գործընթացը կրում է endothermic (պահանջում է էներգիա). փոխարկում օզոնային ետ դեպի diatomic թթվածնի նպաստում ներկայությամբ անցումային մետաղների կամ դրանց օքսիդներ: Մաքուր թթվածին է փոխակերպվել օզոնի գործողության էլեկտրական պարպումով: Արձագանքը տեղի է ունենում նաեւ վրայ կլանումը ուլտրամանուշակագույն լույսի ալիքի երկարության մոտ 250 նմ. Առաջացման այս գործընթացի մեջ վերին մթնոլորտում վերացնում ճառագայթում, որը կլինի վնասակար է կյանքի մակերեսի Երկրի. Սուր հոտ օզոնային է ներկա ներսը հետ sparking Էլեկտրական սարքավորումների, ինչպիսիք են գեներատորների. Այս գազը թեթեւ կապույտ. Նրա խտությունը 1,658 անգամ ավելի մեծ է, քան օդում, եւ ունի եռացող կետը -112 ° C է մթնոլորտային ճնշման.

Օզոն - ուժեղ հակաօքսիդանտ ի վիճակի է վերծանել ծծմբի երկօքսիդը, trioxide, սուլֆիդ է սուլֆատ, iodide, յոդի (անալիտիկ մեթոդի ապահովելու համար իր գնահատական), ինչպես նաեւ բազմաթիվ թթվածին պարունակող օրգանական միացությունների ածանցյալներ, ինչպիսիք են. Ալդեհիդներ եւ թթուներ: Փոխարկումը ածխաջրածինների հետ օզոնային ից ավտոմոբիլային արտանետման գազերի այդ թթուների եւ Ալդեհիդներ է պատճառը smog. Արդյունաբերության, օզոնային օգտագործվում է որպես քիմիական reactant, ախտահանիչ Կեղտաջրերի մշակման, ջրի մաքրման եւ bleaching գործվածքներ.

մեթոդները նախապատրաստման

Գործընթացը արտադրելու համար թթվածին կախված է նրանից, թե որքան գազ է պահանջվում է ստանալ. Լաբորատոր մեթոդներ հետեւյալը.

1. Ջերմային տարրալուծման որոշ աղերի, ինչպիսիք են կալիում chlorate կամ կալիումի նիտրատ:

• 2KClO ₃ → 2KCl + 3ö _2:
• 2KNO ₃ → 2KNO ₂ + O _2:

Կալիում chlorate կազմալուծում catalyzed է անցումային մետաղների օքսիդների: Համար, այս հաճախ օգտագործվում մանգան երկօքսիդի (pyrolusite, MNO _2): Կատալիզատոր իջեցնում ջերմաստիճանը համար անհրաժեշտ թթվածնի էվոլյուցիայի, 400-ից 250 ° C.

2. անկումը մետաղական օքսիդների տակ գործողության ջերմաստիճանի:

• 2HgO → 2Hg + O _2:
• 2Ag ₂ O → 4Ag + O _2:

Scheele եւ Պրիստլիի համար այս քիմիական տարրի օգտագործվում միացություն (օքսիդ), թթվածին եւ սնդիկի (II):

3. ջերմային քայքայման մետաղական պերօքսիդների կամ hydrogen մասին պերօքսիդ:

• 2BaO +, ով ₂ → 2BaO _2:
• ₂ 2BaO → 2BaO + O _2:
• Bao ₂ + H ₂ SO ₄ → H ₂ O ₂ + Baso _4:
• 2H ₂ O ₂ → 2H ₂ O + O _2:

Առաջին արդյունաբերական մեթոդները տարանջատման թթվածին է մթնոլորտում, կամ արտադրության hydrogen մասին պերօքսիդ կախված է ձեւավորման օքսիդի վրա բարիում պերօքսիդ.

4. Էլեկտրոլիզի ջրի փոքր հավելանյութեր են աղերի կամ թթուներ, որոնք ապահովում են անցկացման էլեկտրական հոսանքի:

2H ₂ O → 2H ₂ + O ₂

արդյունաբերական արտադրությունը

Եթե անհրաժեշտ է ձեռք բերել մեծ քանակությամբ թթվածնի օգտագործվում են կոտորակային թորում հեղուկ օդ. Այն հիմնական բաղադրիչների օդում դա ամենաբարձր եռման կետ, եւ, հետեւաբար, ի համեմատ ազոտի եւ ավելի քիչ անկայուն argon. Որ գործընթացը օգտագործում է սառեցման գազ ընթացքում ընդլայնման: Հիմնական փուլերը շահագործման են հետեւյալ

• օդը ֆիլտրացված հեռացնել պինդ մասնիկներ.
• խոնավության եւ ածխածնի երկօքսիդ են հեռացվել են կլանման սոդայի.
• օդը սեղմվել, եւ սեղմում ջերմային հեռացվում է սովորական ընթացակարգերի հովացման.
• ապա այն ուժի մեջ է փաթաթել գտնվում են պալատի.
• մասն է սեղմված գազի (մի ճնշման մասին 200 ATM) Կամերային ընդլայնում, հովացման կծիկ.
• ընդլայնել է գազի վերադառնում կոմպրեսորի եւ անցնում է մի քանի փուլով սեղմման եւ հետագա ընդլայնման, որով ժամը -196 ° C, օդը դառնում է հեղուկ.
• թեժ հեղուկ թորում առաջին թեթեւ իներտ գազեր, ապա ազոտ եւ հեղուկ թթվածին մնացորդները: Multiple fractionation արտադրում է ապրանք, բավականաչափ մաքուր (99.5%) մեծամասնության համար արդյունաբերական դիմումները.

Օգտագործել արդյունաբերության

Մետաղագործությունը խոշորագույն սպառողը մաքուր թթվածնի արտադրության բարձր ածխածնային պողպատից: ազատվել ածխածնի երկօքսիդի եւ այլ impurities մետաղների այնքան արագ եւ ավելի հեշտ է, քան օդում:

Կեղտաջրերի թթվածնային խոստումը ավելի արդյունավետ բուժման հեղուկ արտահոսող, քան մյուս քիմիական գործընթացների: Այն դառնում է ավելի ու ավելի կարեւոր է փակ թափոնների այրման համակարգով, օգտագործելով մաքուր O _2:

Այսպես կոչված, հրթիռային oxidizer է հեղուկ թթվածնի. Փյուր O ₂ Սա օգտագործվում է սուզանավերի վրա եւ Սկաֆանդր:

Քիմիական արդյունաբերության, թթվածին փոխարինվել սովորական օդ է արտադրության նյութերի, ինչպիսիք են ացետիլեն, էթիլենի օքսիդի եւ մեթանոլի: Բժշկական ծրագրերը ներառում օգտագործումը թթվածնի գազի պալատների inhalers եւ մանկական ինկուբատորների. անզգայացնող գազի թթվածնով հարստացված ապահովում կյանքի ընթացքում ցուցաբերած աջակցության ընդհանուր անզգայացման. Առանց այս քիմիական տարր կարողացել են գոյություն ունենալ մի շարք ոլորտներում, որոնք օգտագործում վառարաններ: Դա այն է, թե ինչ է թթվածին:

Քիմիական հատկությունները եւ արձագանքը

Խոշոր արժեքները էլեկտրոն մերձավորություն եւ electronegativity թթվածնի բնորոշ բաղադրիչները, որոնք ցուցահանդեսը մետաղական հատկություններով. Բոլոր միացություններ ունեն բացասական թթվածին օքսիդացում վիճակը. Երբ երկու էլեկտրոնային orbitals լցված, ձեւավորվել Ով ^2- ion: Այն գերօքսիդներ (O ₂ ^2-) ենթադրում է, որ յուրաքանչյուր ատոմ ունի մեղադրանքը -1. Այս գույքը ընդունելու էլեկտրոնները են ընդհանուր կամ մասնակի փոխանցման եւ որոշում է oxidizing գործակալ. Երբ գործակալը արձագանքում է նյութի, էլեկտրոնների դոնոր, իր սեփական օքսիդացում պետություն նվազում: The փոփոխությունը (նվազեցում), թթվածնի օքսիդացման պետության զրոյից -2 կոչվում վերականգնման.

Under նորմալ պայմաններում տարրը ձեւավորում է dihydric եւ trihydric միացություններ: Բացի այդ, կան շատ անկայուն մոլեկուլները chetyrehatomnye: Ի diatomic ձեւով երկու unpaired էլեկտրոնների գտնվում են nonbonding orbitals: Սա հաստատվում է գազի paramagnetic վարքագծի.

Ինտենսիվ Reactivity երբեմն բացատրեց, օզոնային ենթադրությունը, որ մեկը երեք ատոմների գտնվում է «ատոմային» վիճակում. Արձագանքելով այս Ատոմ դիսոցիացված է O _3, թողնելով մոլեկուլային թթվածին:

O ₂ մոլեկուլ է նորմալ ջերմաստիճանի եւ մթնոլորտային ճնշման թույլ ռեակտիվ. Ատոմային թթվածին է շատ ավելի ակտիվ է: The բաժանում էներգիայի (O ₂ → 2 բ) նշանակալից է եւ 117,2 կկալ MOL.

միացումներ

C այնպիսի Nonmetals են ջրածնի, ածխածնի, ծծմբի, թթվածնի, ձեւավորում է մի մեծ շարք covalently կապված միացությունների, այդ թվում, ոչ մետաղական օքսիդների, ինչպիսիք են ջրի (H ₂ O), ծծմբի երկօքսիդի (SO ₂₎ եւ ածխածնի երկօքսիդի (CO _2); օրգանական միացություններ, ինչպիսիք են սպիրտներ, Ալդեհիդներ եւ carboxylic թթուներ, ընդհանուր թթուներ, ինչպիսիք են ածխաթթու _{(H2 CO3),} ծծմբական թթու (H ₂ SO ₄₎ եւ Nitric (HNO _3); եւ համապատասխան աղերը, ինչպիսիք են նատրիումի սուլֆատի (Na ₂ SO _4), նատրիումի կարբոնատ (Na ₂ CO ₃₎ եւ նատրիումի նիտրատ (Nano _3): Թթվածնային ներկա է ձեւով O ^2- իոնի բյուրեղյա կառուցվածքում պինդ մետաղական օքսիդների, ինչպիսիք են բաղադրություն (օքսիդի), թթվածնի եւ ՎԻՎՕ-ի կալցիումի. Մետաղական superoxide (նոկաուտ ₂₎ պարունակում իոնի O ₂ ^-, իսկ մետաղական գերօքսիդներ (ԲԱ ₂₎ պարունակում են իոնային O ₂ ^2-. թթվածնային միացություններ, ընդհանուր առմամբ, պետք է մի -2 օքսիդացում պետություն:

հիմնական հատկությունները

Ի վերջո, մենք թվարկել հիմնական հատկությունները թթվածնի:

• Electron կոնֆիգուրացիայի: 1s 2s ^{2 2} 2p ^4:
• Atomic համարը: 8.
• Ատոմային զանգված: 15,9994.
• Եռման կետ: -183,0 ° C.
• Հալման կետը: -218,4 ° C.
• Խտությունը (եթե թթվածին ճնշումը 1 բանկոմատ 0 ° C): 1,429 գ / լ:
• օքսիդացում վիճակը -1, -2, +2 (- ի միացությունների հետ Ֆտոր):