آنچه با اکسیژن واکنش نشان می دهد. اکسیژن. مولکول اکسیژن به دست آوردن اکسیژن. برهمکنش با اکسیژن مواد ساده و پیچیده. ازن. ترکیبات اصلی: پراکسیدها، هالیدها. اکسیداسیون ترکیبات هیدروژنی غیر فلزات و فلزات

تعریف

اکسیژن- عنصر دوره دوم گروه VIA جدول تناوبی عناصر شیمیایی D.I. مندلیف، با عدد اتمی 8. نماد - O.

جرم اتمی - 16 آمو. مولکول اکسیژن دو اتمی است و دارای فرمول - O 2 است

اکسیژن از خانواده عناصر p است. پیکربندی الکترونیکی اتم اکسیژن 1s 2 2s 2 2p 4 است. در ترکیبات خود، اکسیژن می تواند چندین حالت اکسیداسیون را نشان دهد: "-2"، "-1" (در پراکسیدها)، "+2" (F 2 O). اکسیژن با تجلی پدیده آلوتروپی - وجود در قالب چندین ماده ساده - تغییرات آلوتروپیک مشخص می شود. تغییرات آلوتروپیک اکسیژن عبارتند از اکسیژن O 2 و ازن O 3 .

خواص شیمیایی اکسیژن

اکسیژن یک عامل اکسید کننده قوی است زیرا برای تکمیل تراز الکترون خارجی فقط به 2 الکترون نیاز دارد و به راحتی آنها را اضافه می کند. از نظر فعالیت شیمیایی، اکسیژن پس از فلوئور در رتبه دوم قرار دارد. اکسیژن با همه عناصر به جز هلیوم، نئون و آرگون ترکیباتی را تشکیل می دهد. اکسیژن به طور مستقیم با هالوژن، نقره، طلا و پلاتین واکنش می دهد (ترکیبات آنها به طور غیر مستقیم به دست می آید). تقریباً تمام واکنش های مربوط به اکسیژن گرمازا هستند. یکی از ویژگی های بارز بسیاری از واکنش های یک ترکیب با اکسیژن، آزاد شدن مقادیر زیادی گرما و نور است. چنین فرآیندهایی احتراق نامیده می شود.

برهمکنش اکسیژن با فلزات. با فلزات قلیایی (به جز لیتیوم)، اکسیژن پراکسیدها یا سوپراکسیدها و بقیه - اکسیدها تشکیل می شود. مثلا:

4Li + O 2 = 2Li 2 O;

2Na + O 2 = Na 2 O 2;

K + O 2 = KO 2 ;

2Ca + O 2 = 2CaO;

4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3;

2Cu + O 2 = 2CuO;

3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4.

برهمکنش اکسیژن با نافلزات برهمکنش اکسیژن با غیر فلزات هنگام گرم شدن اتفاق می افتد. همه واکنش ها گرمازا هستند، به استثنای برهمکنش با نیتروژن (واکنش گرماگیر است، در 3000 درجه سانتیگراد در قوس الکتریکی، در طبیعت - در هنگام تخلیه رعد و برق رخ می دهد). مثلا:

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.

برهمکنش با مواد معدنی پیچیده هنگامی که مواد پیچیده در اکسیژن اضافی می سوزند، اکسیدهای عناصر مربوطه تشکیل می شوند:

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، kat)؛

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).

اکسیژن قادر است اکسیدها و هیدروکسیدها را به ترکیباتی با حالت اکسیداسیون بالاتر اکسید کند:

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).

تعامل با مواد آلی پیچیده تقریباً تمام مواد آلی می سوزند و توسط اکسیژن اتمسفر اکسید می شوند و به دی اکسید کربن و آب تبدیل می شوند:

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + H 2 O.

علاوه بر واکنش های احتراق (اکسیداسیون کامل)، واکنش های اکسیداسیون ناقص یا کاتالیزوری نیز ممکن است در این مورد، محصولات واکنش می توانند الکل ها، آلدئیدها، کتون ها، اسیدهای کربوکسیلیک و سایر مواد باشند:

اکسیداسیون کربوهیدرات ها، پروتئین ها و چربی ها به عنوان منبع انرژی در یک موجود زنده عمل می کند.

خواص فیزیکی اکسیژن

اکسیژن فراوان ترین عنصر روی زمین است (47 درصد جرم). میزان اکسیژن هوا 21 درصد حجمی است. اکسیژن جزء آب، مواد معدنی و مواد آلی است. بافت های گیاهی و جانوری حاوی 50 تا 85 درصد اکسیژن به شکل ترکیبات مختلف هستند.

اکسیژن در حالت آزاد خود گازی بی رنگ، بی مزه و بی بو است که در آب کم محلول است (3 لیتر اکسیژن در 100 لیتر آب در دمای 20 درجه سانتیگراد حل می شود. اکسیژن مایع به رنگ آبی است و خاصیت پارامغناطیس دارد. میدان مغناطیسی).

به دست آوردن اکسیژن

روش های صنعتی و آزمایشگاهی برای تولید اکسیژن وجود دارد. بنابراین، در صنعت، اکسیژن با تقطیر هوای مایع به دست می‌آید و روش‌های اصلی آزمایشگاهی برای تولید اکسیژن شامل واکنش‌های تجزیه حرارتی مواد پیچیده است:

2KMnO 4 = K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2

4K 2 Cr 2 O 7 = 4K 2 CrO 4 + 2Cr 2 O 3 + 3 O 2

2KNO 3 = 2KNO 2 + O 2

2KClO 3 = 2KCl +3 O 2

نمونه هایی از حل مسئله

مثال 1

وزارت آموزش و پرورش و علوم فدراسیون روسیه

"اکسیژن"

تکمیل شد:

بررسی شد:

مشخصات کلی اکسیژن

OXYGEN (lat. Oxygenium)، O (بخوانید "o")، عنصر شیمیایی با عدد اتمی 8، جرم اتمی 15.9994. در جدول تناوبی عناصر مندلیف، اکسیژن در دوره دوم در گروه VIA قرار دارد.

اکسیژن طبیعی از مخلوطی از سه هسته پایدار با اعداد جرمی 16 (در مخلوط غالب است، حاوی 99.759٪ جرم)، 17 (0.037٪) و 18 (0.204٪) است. شعاع یک اتم اکسیژن خنثی 0.066 نانومتر است. پیکربندی لایه الکترونیکی بیرونی اتم اکسیژن تحریک نشده خنثی 2s2p4 است. انرژی یونیزاسیون متوالی اتم اکسیژن 13.61819 و 35.118 eV است، میل ترکیبی الکترون 1.467 eV است. شعاع یون O 2 در اعداد هماهنگی مختلف از 0.121 نانومتر (شماره هماهنگی 2) تا 0.128 نانومتر (شماره هماهنگی 8) است. در ترکیبات، حالت اکسیداسیون -2 (ظرفیت II) و، کمتر رایج، -1 (ظرفیت I) را نشان می دهد. بر اساس مقیاس پالینگ، الکترونگاتیوی اکسیژن 3.5 است (دومین بالاترین در بین غیر فلزات پس از فلوئور).

در حالت آزاد، اکسیژن گازی بی رنگ، بی بو و بی مزه است.

ویژگی های ساختار مولکول O 2: اکسیژن اتمسفر از مولکول های دو اتمی تشکیل شده است. فاصله بین اتمی در مولکول O 2 0.12074 نانومتر است. اکسیژن مولکولی (گاز و مایع) یک ماده پارامغناطیس است. این واقعیت را می توان با این واقعیت توضیح داد که در مولکول یک الکترون جفت نشده در هر یک از دو اوربیتال ضد پیوند وجود دارد.

انرژی تفکیک مولکول O 2 به اتم ها بسیار زیاد است و به 493.57 کیلوژول بر مول می رسد.

خواص فیزیکی و شیمیایی

خواص فیزیکی و شیمیایی: به شکل آزاد به شکل دو تغییر O 2 (اکسیژن "معمولی") و O 3 (ازن) یافت می شود. O 2 گازی بی رنگ و بی بو است. در شرایط عادی، چگالی گاز اکسیژن 1.42897 کیلوگرم بر متر مکعب است. نقطه جوش اکسیژن مایع (مایع آبی است) -182.9 درجه سانتیگراد است. در دماهای 218.7- تا 229.4- درجه سانتیگراد اکسیژن جامد با شبکه مکعبی (اصلاح) وجود دارد، در دماهای 229.4- تا 249.3- درجه سانتیگراد با یک شبکه شش ضلعی و در دماهای کمتر از 249.3- اصلاح می شود. درجه سانتی گراد - اصلاح مکعبی. سایر تغییرات اکسیژن جامد در فشار بالا و دماهای پایین به دست آمده است.

در دمای 20 درجه سانتی گراد، حلالیت گاز O2 عبارت است از: 3.1 میلی لیتر در 100 میلی لیتر آب، 22 میلی لیتر در هر 100 میلی لیتر اتانول، 23.1 میلی لیتر در هر 100 میلی لیتر استون. مایعات حاوی فلوئور آلی (مثلاً پرفلوروبوتیل تتراهیدروفوران) وجود دارد که در آنها حلالیت اکسیژن بسیار بالاتر است.

استحکام بالای پیوند شیمیایی بین اتم ها در مولکول O2 منجر به این واقعیت می شود که در دمای اتاق گاز اکسیژن از نظر شیمیایی کاملاً غیرفعال است. در طبیعت، به آرامی در طی فرآیندهای پوسیدگی دستخوش دگرگونی می شود. علاوه بر این، اکسیژن در دمای اتاق قادر به واکنش با هموگلوبین خون (به طور دقیق تر با آهن هِم II) است که انتقال اکسیژن از اندام های تنفسی به سایر اندام ها را تضمین می کند.

اکسیژن با بسیاری از مواد بدون حرارت واکنش می دهد، به عنوان مثال، با فلزات قلیایی و قلیایی خاکی (اکسیدهای مربوطه مانند Li 2 O، CaO و غیره، پراکسیدهایی مانند Na 2 O2، BaO 2 و غیره، و سوپراکسیدهایی مانند KO 2 ، RbO 2 تشکیل می شود و غیره)، باعث ایجاد زنگ زدگی در سطح محصولات فولادی می شود. بدون حرارت دادن، اکسیژن با فسفر سفید، با برخی آلدئیدها و سایر مواد آلی واکنش می دهد.

هنگامی که گرم می شود، حتی اندکی، فعالیت شیمیایی اکسیژن به شدت افزایش می یابد. هنگامی که مشتعل می شود، با هیدروژن، متان، سایر گازهای قابل اشتعال و تعداد زیادی از مواد ساده و پیچیده واکنش انفجاری می دهد. مشخص است که هنگام گرم شدن در یک جو اکسیژن یا در هوا، بسیاری از مواد ساده و پیچیده می سوزند و اکسیدهای مختلفی تشکیل می شوند، به عنوان مثال:

S+O 2 = SO 2; C + O 2 = CO 2

4Fe + 3O 2 = 2Fe 2 O 3; 2Cu + O 2 = 2CuO

4NH 3 + 3O 2 = 2N 2 + 6H 2 O; 2H 2 S + 3O 2 = 2H 2 O + 2SO 2

اگر مخلوطی از اکسیژن و هیدروژن در یک ظرف شیشه ای در دمای اتاق ذخیره شود، واکنش گرمازا باعث تشکیل آب می شود.

2H 2 + O 2 = 2H 2 O + 571 کیلوژول

بسیار کند پیش می رود. طبق محاسبات، اولین قطرات آب باید در حدود یک میلیون سال بعد در ظرف ظاهر شود. اما هنگامی که پلاتین یا پالادیوم (که نقش یک کاتالیزور را ایفا می کند) با مخلوطی از این گازها به ظرف وارد می شود و همچنین هنگام مشتعل شدن، واکنش با انفجار ادامه می یابد.

اکسیژن با نیتروژن N2 یا در دمای بالا (حدود 1500-2000 درجه سانتیگراد)، یا با عبور تخلیه الکتریکی از مخلوطی از نیتروژن و اکسیژن واکنش می دهد. تحت این شرایط، اکسید نیتریک (II) برگشت پذیر تشکیل می شود:

N2 + O2 = 2NO

سپس NO حاصل با اکسیژن واکنش داده و گاز قهوه ای (دی اکسید نیتروژن) را تشکیل می دهد:

2NO + O 2 = 2NO2

از غیر فلزات، اکسیژن تحت هیچ شرایطی مستقیماً با هالوژن ها تعامل نمی کند و فلزات - با فلزات نجیب - نقره، طلا، پلاتین و غیره.

ترکیبات اکسیژن دوتایی که در آنها حالت اکسیداسیون اتم های اکسیژن -2 است، اکسید نامیده می شوند (که قبلاً اکسید نامیده می شد). نمونه هایی از اکسیدها: مونوکسید کربن (IV) CO 2، اکسید گوگرد (VI) SO 3، اکسید مس (I) Cu 2 O، اکسید آلومینیوم Al 2 O 3، اکسید منگنز (VII) Mn 2 O 7.

اکسیژن همچنین ترکیباتی را تشکیل می دهد که در آن حالت اکسیداسیون آن -1 است. اینها پراکسیدها هستند (نام قدیمی پراکسیدها است) ، به عنوان مثال ، پراکسید هیدروژن H 2 O 2 ، پراکسید باریم BaO 2 ، پراکسید سدیم Na 2 O 2 و دیگران. این ترکیبات حاوی یک گروه پراکسید - O - O - هستند. با فلزات قلیایی فعال، به عنوان مثال، پتاسیم، اکسیژن همچنین می تواند سوپراکسیدها را تشکیل دهد، به عنوان مثال، KO2 (سوپراکسید پتاسیم)، RbO2 (سوپراکسید روبیدیم). در سوپراکسیدها، حالت اکسیداسیون اکسیژن -1/2 است. ممکن است توجه داشته باشید که فرمول های سوپراکسید اغلب به صورت K 2 O 4، Rb 2 O 4 و غیره نوشته می شوند.

با فعال ترین فلوئور غیر فلزی، اکسیژن ترکیباتی را در حالت اکسیداسیون مثبت تشکیل می دهد. بنابراین، در ترکیب O 2 F 2 حالت اکسیداسیون اکسیژن +1 و در ترکیب O 2 F - +2 است. این ترکیبات متعلق به اکسیدها نیستند، بلکه متعلق به فلورایدها هستند. فلوریدهای اکسیژن را می توان فقط به طور غیر مستقیم سنتز کرد، به عنوان مثال، با اثر فلوئور F2 روی محلول های آبی رقیق KOH.

تاریخچه کشف

تاریخچه کشف اکسیژن، مانند نیتروژن، با مطالعه هوای جوی مرتبط است که چندین قرن به طول انجامید. این واقعیت که هوا طبیعتاً همگن نیست، بلکه شامل قطعاتی است که یکی از آن ها از احتراق و تنفس پشتیبانی می کند و دیگری نه، در قرن هشتم توسط کیمیاگر چینی مائو هوآ و بعداً در اروپا توسط لئوناردو دا شناخته شد. وینچی در سال 1665، آر. هوک، طبیعت شناس انگلیسی نوشت که هوا از گاز موجود در نیترات و همچنین گاز غیرفعال تشکیل شده است که بیشتر هوا را تشکیل می دهد. این واقعیت که هوا حاوی یک عنصر حیاتی است برای بسیاری از شیمیدانان در قرن هجدهم شناخته شده بود. داروساز و شیمیدان سوئدی کارل شیل مطالعه ترکیب هوا را در سال 1768 آغاز کرد. او به مدت سه سال نمک نمک (KNO 3، NaNO 3) و سایر مواد را با حرارت دادن تجزیه کرد و "هوای آتشین" را بدست آورد که از تنفس و احتراق پشتیبانی می کرد. اما شیل نتایج آزمایشات خود را تنها در سال 1777 در کتاب "رساله شیمیایی در مورد هوا و آتش" منتشر کرد. در سال 1774، کشیش انگلیسی و طبیعت شناس، جی پریستلی، گازی به دست آورد که با گرم کردن جیوه سوخته (اکسید جیوه HgO) از احتراق پشتیبانی می کند. هنگامی که در پاریس بود، پریستلی، که نمی دانست گازی که به دست آورده بخشی از هوا است، کشف خود را به A. Lavoisier و دانشمندان دیگر گزارش داد. در این زمان نیتروژن نیز کشف شده بود. در سال 1775، لاووازیه به این نتیجه رسید که هوای معمولی از دو گاز تشکیل شده است - گازی که برای تنفس و پشتیبانی از احتراق لازم است و گازی با طبیعت مخالف - نیتروژن. لاووازیه گاز حامی احتراق را اکسیژن - "اسیدساز" نامید (از یونانی oxys - ترش و جنائو - من متولد می‌کنم؛ از این رو نام روسی "اکسیژن" نامیده می‌شود)، زیرا او سپس معتقد بود که همه اسیدها حاوی اکسیژن هستند. مدتهاست که شناخته شده است که اسیدها می توانند هم حاوی اکسیژن و هم بدون اکسیژن باشند، اما نامی که به عنصر لاووازیه داده شده است بدون تغییر باقی مانده است. برای تقریبا یک قرن و نیم، 1/16 از جرم اتم اکسیژن به عنوان واحدی برای مقایسه جرم اتم های مختلف با یکدیگر عمل می کرد و برای توصیف عددی جرم اتم های عناصر مختلف (به اصطلاح مقیاس اکسیژن توده های اتمی).

وقوع در طبیعت: اکسیژن رایج ترین عنصر روی زمین است (در ترکیبات مختلف، عمدتاً سیلیکات ها) حدود 47.4 درصد از جرم پوسته زمین را تشکیل می دهد. دریا و آب شیرین حاوی مقدار زیادی اکسیژن محدود است - 88.8٪ (بر حسب جرم)، محتوای اکسیژن آزاد در جو 20.95٪ (بر حسب حجم) است. عنصر اکسیژن بخشی از بیش از 1500 ترکیب در پوسته زمین است.

اعلام وصول:

در حال حاضر اکسیژن در صنعت با جداسازی هوا در دماهای پایین تولید می شود. ابتدا هوا توسط یک کمپرسور فشرده می شود که هوا را گرم می کند. به گاز فشرده اجازه داده می شود تا دمای اتاق خنک شود و سپس اجازه داده می شود تا آزادانه منبسط شود. با انبساط، دمای گاز به شدت کاهش می یابد. هوای خنک شده که دمای آن چندین ده درجه کمتر از دمای محیط است، دوباره به 10-15 مگاپاسکال فشرده می شود. سپس حرارت آزاد شده دوباره حذف می شود. پس از چندین چرخه فشرده سازی-انبساط، دما به زیر نقطه جوش اکسیژن و نیتروژن می رسد. هوای مایع تشکیل می شود که سپس در معرض تقطیر قرار می گیرد. نقطه جوش اکسیژن (-182.9 درجه سانتیگراد) بیش از 10 درجه بالاتر از نقطه جوش نیتروژن (-195.8 درجه سانتیگراد) است. بنابراین، نیتروژن ابتدا از مایع تبخیر می شود و اکسیژن در باقیمانده تجمع می یابد. به دلیل تقطیر آهسته (کسری) می توان اکسیژن خالص را به دست آورد که در آن میزان ناخالصی نیتروژن کمتر از 0.1 درصد حجمی است.

عنصر شیمیایی اکسیژن می تواند به شکل دو تغییر آلوتروپیک وجود داشته باشد، یعنی. دو ماده ساده را تشکیل می دهد. هر دوی این مواد دارای ساختار مولکولی هستند. یکی از آنها فرمول O 2 دارد و اکسیژن نامیده می شود. همان نام عنصر شیمیایی که توسط آن تشکیل شده است.

ماده ساده دیگری که توسط اکسیژن تشکیل می شود، ازن نام دارد. ازن بر خلاف اکسیژن از مولکول های سه اتمی تشکیل شده است. دارای فرمول O 3 است.
از آنجایی که اصلی‌ترین و رایج‌ترین شکل اکسیژن، اکسیژن مولکولی O 2 است، ابتدا به خواص شیمیایی آن می‌پردازیم.

عنصر شیمیایی اکسیژن از نظر الکترونگاتیوی در بین تمام عناصر در رتبه دوم قرار دارد و پس از فلوئور در رتبه دوم قرار دارد. در این رابطه، منطقی است که فعالیت بالای اکسیژن و وجود تقریباً فقط خواص اکسید کننده را فرض کنیم. در واقع، فهرست مواد ساده و پیچیده ای که اکسیژن می تواند با آنها واکنش نشان دهد، بسیار زیاد است. با این حال، باید توجه داشت که از آنجایی که مولکول اکسیژن دارای یک پیوند دوگانه قوی است، بیشتر واکنش‌ها با اکسیژن نیاز به گرم شدن دارند. اغلب در همان ابتدای واکنش (اشتعال) به گرمایش قوی نیاز است، پس از آن بسیاری از واکنش ها به طور مستقل و بدون تامین گرما از خارج ادامه می یابند.

در میان مواد ساده، فقط فلزات نجیب (Ag، Pt، Au)، هالوژن ها و گازهای بی اثر با اکسیژن اکسید نمی شوند.

گوگرد در اکسیژن می سوزد و دی اکسید گوگرد را تشکیل می دهد:

فسفر، بسته به مقدار اضافی یا کمبود اکسیژن، می تواند هم اکسید فسفر (V) و هم اکسید فسفر (III) را تشکیل دهد:

تعامل اکسیژن با نیتروژن در شرایط بسیار سخت اتفاق می افتد، زیرا انرژی های اتصال در اکسیژن و به خصوص مولکول های نیتروژن بسیار زیاد است. الکترونگاتیوی بالای هر دو عنصر نیز به پیچیدگی واکنش کمک می کند. واکنش فقط در دمای بالای 2000 درجه سانتیگراد شروع می شود و برگشت پذیر است:

همه مواد ساده با اکسیژن واکنش نمی دهند و اکسید تشکیل نمی دهند. به عنوان مثال، سدیم، هنگامی که در اکسیژن می سوزد، پراکسید را تشکیل می دهد:

و پتاسیم یک سوپراکسید است:

اغلب، هنگامی که مواد پیچیده در اکسیژن می سوزند، مخلوطی از اکسیدهای عناصر تشکیل دهنده ماده اصلی تشکیل می شود. مثلا:

با این حال، هنگامی که مواد آلی حاوی نیتروژن در اکسیژن می سوزند، نیتروژن مولکولی N2 به جای اکسید نیتروژن تشکیل می شود. مثلا:

هنگامی که مشتقات کلر در اکسیژن می سوزند، به جای اکسیدهای کلر، کلرید هیدروژن تشکیل می شود:

خواص شیمیایی گوگرد

گوگرد به عنوان یک عنصر شیمیایی می تواند در چندین تغییر آلوتروپیک وجود داشته باشد. گوگرد لوزی، مونوکلینیک و پلاستیکی وجود دارد. گوگرد مونوکلینیک را می توان با خنک کردن آهسته مذاب گوگرد متعارض به دست آورد، در حالی که گوگرد پلاستیکی، برعکس، با سرد کردن شدید مذاب گوگردی که قبلاً به جوش آمده است، به دست می آید. گوگرد پلاستیکی دارای خاصیت ارتجاعی نادری برای مواد معدنی است - می تواند تحت تأثیر نیروی خارجی به طور برگشت پذیر کشیده شود و با پایان یافتن این تأثیر به شکل اولیه خود بازگردد. گوگرد ارتورومبیک در شرایط عادی پایدارترین گوگرد است و سایر تغییرات آلوتروپیک در طول زمان به آن تبدیل می شوند.

مولکول های گوگرد ارتورومبیک از هشت اتم تشکیل شده اند. فرمول آن را می توان به صورت S 8 نوشت. با این حال، از آنجایی که خواص شیمیایی همه اصلاحات به اندازه کافی مشابه است که نوشتن معادلات واکنش را دشوار نمی کند، هر گوگردی به سادگی با نماد S مشخص می شود.

گوگرد می تواند هم با مواد ساده و هم با مواد پیچیده تعامل داشته باشد. در واکنش های شیمیایی هم خاصیت اکسید کننده و هم خاصیت کاهنده از خود نشان می دهد.

خواص اکسید کننده گوگرد زمانی که با فلزات و همچنین غیرفلزات تشکیل شده توسط اتم های یک عنصر الکترونگاتیو کمتر (هیدروژن، کربن، فسفر) در تعامل است، ظاهر می شود:

گوگرد هنگام تعامل با غیر فلزات تشکیل شده توسط عناصر الکترونگاتیو بیشتر (اکسیژن، هالوژن)، و همچنین مواد پیچیده با عملکرد اکسید کننده مشخص، به عنوان مثال، اسیدهای سولفوریک و نیتریک غلیظ به عنوان یک عامل کاهنده عمل می کند:

گوگرد همچنین هنگام جوشاندن با محلول های آبی غلیظ قلیاها واکنش نشان می دهد. تعامل با توجه به نوع عدم تناسب، یعنی. گوگرد به طور همزمان باعث کاهش و افزایش حالت اکسیداسیون آن می شود.

OXYGEN، O (a. oxygen; i. Sauerstoff; f. oxygene; i. oxigeno)، یک عنصر شیمیایی از گروه VI از سیستم تناوبی مندلیف، شماره اتمی 8، جرم اتمی 15.9994 است. در طبیعت، از سه ایزوتوپ پایدار تشکیل شده است: 16 O (99.754٪)، 17 O (0.0374٪)، 18 O (0.2039٪). به طور مستقل توسط شیمیدان سوئدی K.V. Scheele (1770) و محقق انگلیسی J. Priestley (1774) کشف شد. در سال 1775، شیمیدان فرانسوی A. Lavoisier متوجه شد که هوا از دو گاز تشکیل شده است - اکسیژن و نیتروژن و اولین نام را نامگذاری کرد.

بیش از 99.9 درصد از اکسیژن زمین در حالت محدود است. اکسیژن عامل اصلی تنظیم کننده توزیع عناصر در مقیاس سیاره ای است. محتوای آن به طور طبیعی با عمق کاهش می یابد. مقدار اکسیژن در سنگ های آذرین از 49 درصد در سنگ های آتشفشانی اسیدی تا 38-42 درصد در دونیت ها و کیمبرلیت ها متغیر است. محتوای اکسیژن در سنگ های دگرگونی مربوط به عمق تشکیل آنها است: از 44٪ در اکلوژیت ها تا 48٪ در شیست های کریستالی. حداکثر اکسیژن در سنگهای رسوبی 49-51 درصد است. هنگامی که رسوبات غوطه ور می شوند، کم آبی و کاهش جزئی اکسید آهن رخ می دهد که با کاهش میزان اکسیژن در سنگ همراه است. هنگامی که سنگ ها از اعماق به سمت شرایط نزدیک به سطح بالا می روند، فرآیندهای تغییر آنها با ورود آب و دی اکسید کربن آغاز می شود و محتوای اکسیژن افزایش می یابد. نقش استثنایی در فرآیندهای ژئوشیمیایی توسط اکسیژن آزاد ایفا می‌شود که اهمیت آن با فعالیت شیمیایی بالا، توانایی مهاجرت بالا و محتوای ثابت و نسبتاً بالا در بیوسفر مشخص می‌شود، جایی که نه تنها مصرف می‌شود، بلکه بازتولید می‌شود.

اکسیژن آزاد

اعتقاد بر این است که اکسیژن آزاد در پروتروزوییک در نتیجه فتوسنتز ظاهر شد. در فرآیندهای سوپرژنی، اکسیژن یکی از عوامل اصلی است که سولفید هیدروژن و اکسیدهای پایین‌تر را اکسید می‌کند. اکسیژن رفتار بسیاری از عناصر را تعیین می کند: توانایی مهاجرت کالکوفیل ها را افزایش می دهد، سولفیدها را اکسید می کند به سولفات های متحرک، تحرک آهن را کاهش می دهد و آنها را به شکل هیدروکسید رسوب می دهد و در نتیجه باعث جدا شدن آنها می شود و غیره. در آب های اقیانوس، اکسیژن وجود دارد. تغییر محتوا: در تابستان اقیانوس اکسیژن به جو می دهد و در زمستان آن را جذب می کند. مناطق قطبی با اکسیژن غنی شده اند. ترکیبات اکسیژن و دی اکسید کربن از اهمیت ژئوشیمیایی مهمی برخوردار هستند.

ترکیب ایزوتوپی اولیه اکسیژن زمین با ترکیب ایزوتوپی شهاب سنگ ها و سنگ های اولترابازیک مطابقت دارد (18O = 5.9-6.4٪). فرآیندهای ته نشینی منجر به تکه تکه شدن ایزوتوپ ها بین رسوبات و آب و کاهش اکسیژن سنگین در آب های اقیانوس شد. اکسیژن اتمسفر در 18 O در مقایسه با اکسیژن اقیانوس که به عنوان استاندارد در نظر گرفته می شود، کاهش می یابد. سنگ های قلیایی، گرانیت ها، سنگ های دگرگونی و رسوبی با اکسیژن سنگین غنی شده اند. تغییرات در ترکیب ایزوتوپی اجسام زمینی عمدتاً توسط دمای فرآیند تعیین می شود. این پایه ای برای دماسنجی ایزوتوپی تشکیل کربنات و سایر فرآیندهای ژئوشیمیایی است.

به دست آوردن اکسیژن

روش صنعتی اصلی برای تولید اکسیژن جداسازی هوا با استفاده از خنک کننده عمیق است. اکسیژن به عنوان یک محصول جانبی از الکترولیز آب به دست می آید. روشی برای تولید اکسیژن با انتشار انتخابی گازها از طریق غربال‌های مولکولی ایجاد شده است.

گاز اکسیژن

اکسیژن گازی در متالورژی برای تشدید فرآیندهای کوره بلند و فولادسازی، در ذوب فلزات غیرآهنی در کوره ها، بسمر مات و غیره (بیش از 60 درصد اکسیژن مصرفی) استفاده می شود. به عنوان یک عامل اکسید کننده در بسیاری از صنایع شیمیایی؛ در فناوری - هنگام جوشکاری و برش فلزات؛ در حین تبدیل زیرزمینی به گاز زغال سنگ و غیره؛ ازن - برای استریل کردن آب غذا و ضد عفونی کردن محل. اکسیژن مایع به عنوان یک اکسید کننده برای سوخت موشک استفاده می شود.

اکسیژن عنصری از زیر گروه اصلی گروه ششم، دوره دوم جدول تناوبی عناصر شیمیایی، با عدد اتمی 8 است. با نماد O (lat. Oxygenium) مشخص می شود. اکسیژن یک غیر فلز فعال شیمیایی است و سبک ترین عنصر از گروه کالکوژن ها است. ماده ساده اکسیژن (شماره CAS: 7782-44-7) در شرایط عادی گازی بی رنگ، بی مزه و بی بو است که مولکول آن از دو اتم اکسیژن (فرمول O 2) تشکیل شده است و به همین دلیل به آن دی اکسیژن نیز می گویند. رنگ اکسیژن مایع به رنگ آبی روشن است، در حالی که اکسیژن جامد بلورهای آبی روشن است.
سایر اشکال آلوتروپیک اکسیژن وجود دارد، به عنوان مثال، ازن (شماره CAS: 10028-15-6) - در شرایط عادی، یک گاز آبی با بوی خاص، که مولکول آن از سه اتم اکسیژن تشکیل شده است (فرمول O 3).

تاریخچه کشف

رسماً اعتقاد بر این است که اکسیژن توسط شیمیدان انگلیسی جوزف پریستلی در 1 اوت 1774 با تجزیه اکسید جیوه در یک ظرف مهر و موم شده کشف شد (پریستلی نور خورشید را با استفاده از یک عدسی قدرتمند به سمت این ترکیب هدایت کرد).
2HgO (t) → 2Hg + O 2

با این حال، پریستلی در ابتدا متوجه نشد که یک ماده ساده جدید را کشف کرده است. پریستلی کشف خود را به شیمیدان برجسته فرانسوی Antoine Lavoisier گزارش داد. در سال 1775، A. Lavoisier ثابت کرد که اکسیژن جزء هوا، اسیدها است و در بسیاری از مواد یافت می شود.
چند سال قبل (در سال 1771)، اکسیژن توسط شیمیدان سوئدی کارل شیله به دست آمد. او نمک نمک را با اسید سولفوریک کلسینه کرد و سپس اکسید نیتریک حاصل را تجزیه کرد. شیل این گاز را "هوای آتش" نامید و کشف خود را در کتابی که در سال 1777 منتشر شد توصیف کرد (دقیقاً به دلیل اینکه کتاب دیرتر از اعلام کشف خود پریستلی منتشر شد، دومی کاشف اکسیژن در نظر گرفته می شود). Scheele همچنین تجربه خود را به Lavoisier گزارش کرد.
مرحله مهمی که به کشف اکسیژن کمک کرد، کار شیمیدان فرانسوی پیتر باین بود که آثاری در مورد اکسیداسیون جیوه و تجزیه متعاقب آن اکسید آن منتشر کرد.
سرانجام، A. Lavoisier سرانجام با استفاده از اطلاعات Priestley و Scheele به ماهیت گاز حاصل پی برد. کار او از اهمیت فوق العاده ای برخوردار بود زیرا به لطف آن، نظریه فلوژیستون که در آن زمان غالب بود و مانع توسعه شیمی بود، سرنگون شد. Lavoisier آزمایشاتی را روی احتراق مواد مختلف انجام داد و نظریه فلوژیستون را رد کرد و نتایجی را در مورد وزن عناصر سوخته منتشر کرد. وزن خاکستر بیشتر از وزن اصلی عنصر بود که به لاووازیه این حق را داد که ادعا کند در حین احتراق یک واکنش شیمیایی (اکسیداسیون) ماده رخ می دهد و بنابراین جرم ماده اصلی افزایش می یابد که نظریه فلوژیستون را رد می کند. .
بنابراین، اعتبار کشف اکسیژن در واقع بین Priestley، Scheele و Lavoisier مشترک است.

منشاء نام

کلمه اکسیژن (که در اوایل قرن نوزدهم "محلول اسید" نیز نامیده می شود) ظاهر خود را در زبان روسی تا حدودی مدیون M.V Lomonosov است که کلمه "اسید" را همراه با دیگر نئولوژیزم ها معرفی کرد. بنابراین، کلمه "اکسیژن" به نوبه خود ردیابی اصطلاح "اکسیژن" (به فرانسوی oxygène) بود که توسط A. Lavoisier (از یونانی باستان ὀξύς - "ترش" و γεννάω - "زایمان") پیشنهاد شد. به عنوان "تولید اسید" ترجمه شده است که با معنای اصلی آن مرتبط است - "اسید" که قبلاً به معنای اکسیدها بود که طبق نامگذاری بین المللی مدرن اکسید نامیده می شد.

اعلام وصول

در حال حاضر در صنعت، اکسیژن از هوا به دست می آید. روش صنعتی اصلی برای تولید اکسیژن، یکسوسازی برودتی است. کارخانه های اکسیژن که بر اساس تکنولوژی غشایی کار می کنند نیز به خوبی شناخته شده و با موفقیت در صنعت استفاده می شوند.
آزمایشگاه ها از اکسیژن تولید شده صنعتی استفاده می کنند که در سیلندرهای فولادی تحت فشار حدود 15 مگاپاسکال عرضه می شود.
با حرارت دادن پرمنگنات پتاسیم KMnO 4 می توان مقادیر کمی اکسیژن به دست آورد:
2KMnO 4 → K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2

از واکنش تجزیه کاتالیزوری پراکسید هیدروژن H2O2 نیز استفاده می شود:
2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2

کاتالیزور دی اکسید منگنز (MnO 2) یا یک تکه سبزیجات خام است (آنزیم هایی دارند که تجزیه پراکسید هیدروژن را تسریع می کنند).
اکسیژن را می توان با تجزیه کاتالیزوری کلرات پتاسیم (نمک برتوله) KClO 3 به دست آورد:
2KClO 3 → 2KCl + 3O 2

روش های آزمایشگاهی برای تولید اکسیژن شامل روش الکترولیز محلول های آبی قلیایی ها می باشد.

مشخصات فیزیکی

در شرایط عادی، اکسیژن گازی است بدون رنگ، طعم و بو.
1 لیتر از آن 1.429 گرم وزن دارد. کمی در آب (4.9 میلی لیتر/100 گرم در 0 درجه سانتی گراد، 2.09 میلی لیتر/100 گرم در 50 درجه سانتی گراد) و الکل (2.78 میلی لیتر/100 گرم در دمای 25 درجه سانتی گراد) محلول است. در نقره مذاب به خوبی حل می شود (22 حجم O 2 در 1 حجم Ag در دمای 961 درجه سانتی گراد). پارامغناطیس است.
هنگامی که اکسیژن گازی گرم می شود، تفکیک برگشت پذیر آن به اتم ها اتفاق می افتد: در 2000 درجه سانتیگراد - 0.03٪، در 2600 درجه سانتیگراد - 1٪، 4000 درجه سانتیگراد - 59٪، 6000 درجه سانتیگراد - 99.5٪.
اکسیژن مایع (نقطه جوش 182.98- درجه سانتیگراد) یک مایع آبی کم رنگ است.
اکسیژن جامد (نقطه ذوب -218.79 درجه سانتیگراد) - بلورهای آبی.