Oxigenul (din latină Oxygenium) este un element chimic din Tabelul periodic al elementelor care are marca O și numărul protonului 8. Oxigenul este componenta principală a aerului pe care îl respirăm cu toții. Sursa de oxigen pentru atmosferă este procesul de fotosinteză. Două treimi din oxigen este produs de plantele terestre (pădurile tropicale tropicale sunt o sursă semnificativă), iar restul de treime este produs de plantele marine (în principal alge marine). Oxigenul molecular O2 a apărut pentru prima dată pe Pământ în cantități mai mari în timpul paleoproterozoicului (acum 2500 - 1600 milioane de ani) ca urmare a metabolismului organismelor anaerobe. Cuvântul oxigen provine din două cuvinte din greacă, οξυς (oxys) (acid, ascuțit) și γεινομαι (geinomai) (spawn).
Caracteristici:
La temperatura și presiunea standard, oxigenul apare ca o moleculă de O2 divalentă în care doi atomi de oxigen sunt uniți. Atomul de oxigen are șase electroni în stratul exterior, deci este situat în grupul VI.A și în a 2-a perioadă a tabelului periodic. Oxigenul este un gaz incolor. În stare lichidă și solidă, are o culoare albastru deschis. Este ușor solubil în apă. Acest fapt are o mare importanță pentru viața organismelor acvatice, deoarece le permite să respire. Oxigenul este un element foarte reactiv. Reacțiile de fuziune a oxigenului sunt cel mai adesea exoterme.
Proprietatea de bază a oxigenului este că acționează ca un agent oxidant puternic. Cu excepția halogenilor, a gazelor rare și a unor metale nobile, oxigenul se combină direct cu toate elementele. Este de obicei necesară o temperatură mai ridicată pentru a începe reacțiile menționate, dar apoi căldura reacției deja eliberate este suficientă pentru ca acestea să poată continua spontan. Dacă reacțiile exoterme ale substanțelor cu oxigen sunt însoțite de dezvoltarea luminii, acestea sunt denumite combustie. Pentru ca o substanță să se aprindă, aceasta trebuie încălzită la o temperatură de aprindere care variază de la substanță la substanță. Prin căldura furnizată, substanța vaporizată reacționează cu oxigenul, eliberând o căldură de reacție atât de mare încât componentele solide ale gazelor de ardere se încălzesc și se aprind. Cantități suplimentare de substanță sunt apoi evaporate prin căldură radiantă, incinerate etc. până când substanța arde.
Oxigenul ca dioxigen (o moleculă de O2 divalentă) este cel mai frecvent pe Pământ.
- în atmosferă oxigenul gazos constituie 21% din volum. Apa oceanului, care acoperă 2/3 din suprafața pământului, este compusă din 86% oxigen în greutate.
- în scoarța terestră Oxigenul este elementul major, este prezent în aproape toate rocile. Conținutul său este estimat la 46 - 50% din greutate. În straturile mai adânci ale corpului pământului, conținutul de oxigen scade și se presupune că este prezent în miezul pământului doar în urme.
-
in spatiu conținutul de oxigen este semnificativ mai mic. Există un singur atom de oxigen la 1.000 de atomi de hidrogen.
În plus față de moleculele obișnuite de O2 diatomice, oxigenul apare și sub forma unei molecule triatomice, cum ar fi ozonul O3. În condiții normale, este un gaz foarte reactiv de culoare albastră și miros caracteristic cu efecte oxidante extrem de puternice. La -112 ° C se condensează la ozon lichid albastru închis și la -193 ° C se formează ozon solid roșu-violet. Este relativ ușor să preparați ozonul printr-o descărcare electrică silențioasă într-o atmosferă de oxigen pur. Acest lucru creează un amestec de oxigen și ozon, unde conținutul de O3 ajunge de obicei la 10%. Ozonul pur poate fi preparat prin distilarea fracționată a acestui amestec gazos.
În medicină, este folosit pentru sterilizarea instrumentelor. Efectele terapiei cu ozon relativ populare de astăzi, care, potrivit susținătorilor săi, ar trebui să ducă la regenerarea celulelor și a țesuturilor, sunt oarecum discutabile. Oponenții acestei metode indică riscurile posibile ale tratamentelor similare de întinerire, datorită reactivității și toxicității ridicate a ozonului.
Efectele bactericide ale ozonului sunt utilizate pentru dezinfectarea apei potabile în locul dezinfectantului apei frecvent utilizat anterior cu clor gazos sau hipoclorit.
Efectele oxidante puternice ale ozonului sunt foarte des folosite în industria hârtiei pentru înălbirea pastei pentru producerea hârtiei.
- Oxigenul este esențial pentru respirație, așa că și-a găsit utilizarea în medicină pentru operații și condiții traumatice pentru a susține respirația pacientului. Amestecurile de oxigen cu gazele inerte sunt utilizate de scafandri pentru a atenua boala chesonului atunci când se scufundă la adâncimi mari. Alpinistii la mare altitudine recurg, de asemenea, la respirația de oxigen pur atunci când este necesar, iar piloții de vânătoare sunt echipați cu un amestec de gaze comprimate, a căror componentă de bază este oxigenul.
- Prin arderea unui amestec de oxigen și hidrogen, se pot atinge temperaturi mai mari de 3.000 ° C. Prin urmare, o flacără oxigen-hidrogen este utilizată pentru tăierea oțelului și topirea metalelor cu un punct de topire ridicat, de ex. metalele platinei.
- Cerința de bază în producția de oțel este eliminarea carbonului din fier. Asa numitul Metoda de producție a lui Bessemer se bazează pe injectarea oxigenului pur în fierul topit într-un convertor. La temperaturi ridicate de topire, carbonul de grafit prezent este oxidat la oxizi gazoși care curg din topitură.
- În ciuda riscului său, oxigenul lichid servește adesea drept combustibil pentru rachete pentru lansările de nave spațiale.
Pregătirea oxigenului (pentru interes)
Instrumente:
balon fracționat, pâlnie separatoare, suport, suport cu clemă, tavă de sticlă, bănci conice, bol metalic cu nisip, lingură de ardere, clește, scut de protecție.
Produse chimice:
peroxid de hidrogen H2O2 (w = 15%), soluție saturată de permanganat de potasiu KMnO4, acid sulfuric (w = 10%), bandă de magneziu sau pulbere de magneziu, folie de aluminiu sau pulbere de aluminiu, fosfor roșu sau pulbere de sulf, cărbune.
Abordare:
a) Din balonul fracțional și pâlnia separatoare, asamblați aparatul pentru dezvoltarea gazelor (a se vedea figura). Se adaugă aproximativ 100 cm 3 soluție saturată de KMnO4 în balon și se adaugă 5 cm 3 soluție de acid sulfuric. Peroxidul de hidrogen este adăugat prin picurare din pâlnia de separare. Scurgerea gazului este colectată sub apă în baloane conice. Închideți baloanele umplute cu gaz cu un dop și utilizați-le pentru următoarele experimente.
b) Vom folosi baloane umplute cu oxigen pentru experiment, pe care le vom așeza pe nisip în boluri metalice din motive de siguranță. Introduceți treptat clește cu bandă de magneziu aprinsă (sau o lingură arzătoare cu pulbere de magneziu arzătoare), folie de aluminiu arzătoare, o lingură arzătoare cu fosfor sau sulf arzător sau cărbune în baloane individuale.
Reacția metalelor și nemetalelor cu oxigenul produce oxizii corespunzători. Unele reacții sunt însoțite de dezvoltarea căldurii și a luminii. Prin urmare, lucrăm cu un scut protector. După răcire, adăugați aproximativ 20 cm 3 de apă în baloane, agitați și determinați reacția acid-bazică a soluțiilor individuale.
Permanganatul de potasiu este un agent oxidant puternic care este redus la ioni de mangan în mediul acid al unei soluții de peroxid de hidrogen. Oxigenul legat în peroxidul de hidrogen este oxidat în oxigen elementar.
Oxigenul reacționează la temperaturi mai ridicate cu metalele și nemetalele pentru a forma oxizi.
a) Înregistrăm reacția chimică în curs prin ecuația chimică:
b) Reacțiile elementelor cu oxigenul sunt exprimate prin ecuațiile chimice: