Kupata oksijeni katika asili. Mzunguko wa oksijeni katika asili

Yaliyomo katika makala

Oksijeni, O (oksijeni), kipengele cha kemikali cha kikundi kidogo cha VIA cha jedwali la mara kwa mara la vipengele: O, S, Se, Te, Po - mwanachama wa familia ya chalcogen. Hii ndio kitu cha kawaida zaidi katika maumbile, yaliyomo kwenye angahewa ya Dunia ni 21% (vol.), katika ukoko wa dunia kwa namna ya misombo ya takriban. 50% (wt.) na katika haidrosphere 88.8% (wt.).

Oksijeni ni muhimu kwa kuwepo kwa maisha duniani: wanyama na mimea hutumia oksijeni wakati wa kupumua, na mimea hutoa oksijeni kupitia photosynthesis. Vitu vilivyo hai vina oksijeni iliyofungwa sio tu katika maji ya mwili (katika seli za damu, nk), lakini pia katika wanga (sukari, selulosi, wanga, glycogen), mafuta na protini. Udongo na miamba hujumuisha silikati na vitu vingine visivyo na oksijeni. misombo ya kikaboni, kama vile oksidi, hidroksidi, kabonati, salfati na nitrati.

Taarifa za kihistoria.

Habari ya kwanza juu ya oksijeni ilijulikana huko Uropa kutoka kwa maandishi ya Kichina ya karne ya 8. Mwanzoni mwa karne ya 16. Leonardo da Vinci alichapisha data inayohusiana na kemia ya oksijeni, bila kujua bado kwamba oksijeni ilikuwa kipengele. Athari za kuongeza oksijeni zimeelezewa katika kazi za kisayansi S. Geils (1731) na P. Bayen (1774). Inastahili umakini maalum Utafiti wa K. Scheele mnamo 1771-1773 juu ya mwingiliano wa metali na fosforasi na oksijeni. J. Priestley aliripoti ugunduzi wa oksijeni kama kipengele katika 1774, miezi michache baada ya ripoti ya Bayen ya athari na hewa. Jina oksijeni ("oksijeni") lilipewa kipengele hiki muda mfupi baada ya ugunduzi wake na Priestley na linatoka. Maneno ya Kigiriki, ikimaanisha “kuzalisha asidi”; hii ni kutokana na dhana potofu kwamba oksijeni iko katika asidi zote. Maelezo ya jukumu la oksijeni katika michakato ya kupumua na mwako, hata hivyo, ni ya A. Lavoisier (1777).

Muundo wa atomi.

Atomu yoyote ya oksijeni inayotokea kiasili ina protoni 8 kwenye kiini, lakini idadi ya neutroni inaweza kuwa 8, 9, au 10. Isotopu ya oksijeni inayojulikana zaidi (99.76%) ni 16 8 O (protoni 8 na neutroni 8) . Maudhui ya isotopu nyingine, 18 8 O (protoni 8 na nyutroni 10), ni 0.2% tu. Isotopu hii hutumiwa kama lebo au kutambua molekuli fulani, na pia kwa kufanya masomo ya kemikali ya kibayolojia na dawa (njia ya kusoma athari zisizo na mionzi). Isotopu ya tatu ya oksijeni isiyo na mionzi 17 8 O (0.04%) ina nyutroni 9 na ina idadi kubwa ya 17. Baada ya wingi wa isotopu ya kaboni 12 6 C ilikubaliwa na Tume ya Kimataifa kama kiwango mwaka 1961. wingi wa atomiki, wastani wa uzito wa molekuli ya oksijeni ya atomiki ikawa sawa na 15.9994. Hadi 1961, wanakemia walizingatia kitengo cha kawaida cha molekuli ya atomiki kuwa molekuli ya atomiki ya oksijeni, iliyochukuliwa kuwa 16,000 kwa mchanganyiko wa isotopu tatu za asili za oksijeni. Wanafizikia kwa kitengo cha kawaida molekuli ya atomiki, idadi ya molekuli ya isotopu ya oksijeni ilichukuliwa kuwa 16 8 O, kwa hiyo, kwa kiwango cha kimwili, wastani wa molekuli ya atomiki ya oksijeni ilikuwa 16.0044.

Atomu ya oksijeni ina elektroni 8, na elektroni 2 katika ngazi ya ndani na elektroni 6 katika ngazi ya nje. Kwa hiyo, katika athari za kemikali, oksijeni inaweza kukubali hadi elektroni mbili kutoka kwa wafadhili, kujenga shell yake ya nje kwa elektroni 8 na kutengeneza ziada ya malipo hasi.

Oksijeni ya molekuli.

Kama vitu vingine vingi, atomi ambazo hazina elektroni 1-2 kukamilisha ganda la nje la elektroni 8, oksijeni huunda molekuli ya diatomiki. Mchakato huu hutoa nishati nyingi (~ 490 kJ/mol) na, ipasavyo, kiasi sawa cha nishati lazima kitumike kwa mchakato wa nyuma wa kutenganisha molekuli kuwa atomi. Nguvu ya dhamana ya O-O ni ya juu sana kwamba kwa 2300 ° C ni 1% tu ya molekuli za oksijeni hujitenga na atomi. (Inafaa kukumbuka kuwa wakati wa kuunda molekuli ya nitrojeni N2, nguvu ya dhamana ya N-N ni kubwa zaidi, ~ 710 kJ/mol.)

Muundo wa kielektroniki.

Katika muundo wa elektroniki wa molekuli ya oksijeni, kama mtu anavyoweza kutarajia, usambazaji wa elektroni kwenye pweza karibu na kila atomi haujafikiwa, lakini kuna elektroni ambazo hazijaoanishwa, na oksijeni inaonyesha mali ya kawaida ya muundo kama huo (kwa mfano, inaingiliana na). shamba la sumaku, kuwa paramagnetic).

Miitikio.

Chini ya hali zinazofaa, oksijeni ya molekuli humenyuka na karibu kipengele chochote isipokuwa gesi bora. Hata hivyo, lini hali ya chumba vipengele vilivyo hai pekee huguswa na oksijeni haraka vya kutosha. Kuna uwezekano kwamba athari nyingi hutokea tu baada ya kutengana kwa oksijeni kwenye atomi, na kujitenga hutokea tu kwa joto la juu sana. Hata hivyo, vichocheo au vitu vingine katika mfumo wa kujibu vinaweza kukuza kutengana kwa O 2 . Inajulikana kuwa madini ya alkali (Li, Na, K) na ardhi ya alkali (Ca, Sr, Ba) huguswa na oksijeni ya molekuli kuunda peroksidi:

Risiti na maombi.

Kutokana na kuwepo kwa oksijeni ya bure katika anga, zaidi njia ya ufanisi uchimbaji wake ni liquefaction ya hewa, ambayo uchafu, CO 2, vumbi, nk huondolewa. kemikali na kwa mbinu za kimwili. Mchakato wa mzunguko ni pamoja na compression, baridi na upanuzi, ambayo inaongoza kwa liquefaction hewa. Kwa kupanda polepole kwa joto (njia ya kunereka kwa sehemu), gesi bora za kwanza (zilizo ngumu zaidi kuyeyusha) huvukiza kutoka kwa hewa kioevu, kisha nitrojeni, na oksijeni ya kioevu inabaki. Kama matokeo, oksijeni ya kioevu ina athari ya gesi nzuri na asilimia kubwa ya nitrojeni. Kwa matumizi mengi uchafu huu sio shida. Hata hivyo, ili kupata oksijeni ya usafi uliokithiri, mchakato wa kunereka lazima urudiwe. Oksijeni huhifadhiwa kwenye mizinga na mitungi. Inatumika kwa wingi kama kioksidishaji cha mafuta ya taa na mafuta mengine katika roketi na vyombo vya anga. Sekta ya chuma hutumia gesi ya oksijeni kupuliza chuma kilichoyeyuka kwa kutumia njia ya Bessemer kwa haraka na kuondolewa kwa ufanisi uchafu C, S na P. Chuma kinachozalishwa kwa ulipuaji wa oksijeni ni haraka na ubora bora kuliko ulipuaji hewa. Oksijeni pia hutumiwa kwa kulehemu na kukata metali (moto wa oksidi-asetilini). Oksijeni pia hutumiwa katika dawa, kwa mfano, kuimarisha mazingira ya kupumua ya wagonjwa wenye shida ya kupumua. Oksijeni inaweza kupatikana kwa njia mbalimbali mbinu za kemikali, na baadhi yao hutumiwa kupata kiasi kidogo oksijeni safi katika mazoezi ya maabara.

Electrolysis.

Mojawapo ya mbinu za kutokeza oksijeni ni uwekaji umeme wa maji yaliyo na viambatanisho vidogo vya NaOH au H 2 SO 4 kama kichocheo: 2H 2 O ® 2H 2 + O 2. Katika kesi hii, uchafu mdogo wa hidrojeni huundwa. Kutumia kifaa cha kutokwa, athari za hidrojeni kwenye mchanganyiko wa gesi hubadilishwa tena kuwa maji, ambayo mvuke wake huondolewa kwa kufungia au adsorption.

Kutengana kwa joto.

Njia muhimu ya maabara ya kuzalisha oksijeni, iliyopendekezwa na J. Priestley, ni mtengano wa joto wa oksidi za metali nzito: 2HgO ® 2Hg + O 2. Priestley alizingatia hili miale ya jua kwa unga wa oksidi ya zebaki. Maarufu njia ya maabara pia ni mtengano wa joto wa chumvi ya oxo, kwa mfano klorate ya potasiamu mbele ya kichocheo - dioksidi ya manganese:

Dioksidi ya manganese, iliyoongezwa kwa kiasi kidogo kabla ya calcination, inaruhusu kudumisha kiwango cha joto kinachohitajika na kujitenga, na MnO 2 yenyewe haibadilika wakati wa mchakato.

Njia za mtengano wa mafuta wa nitrati pia hutumiwa:

na peroksidi za metali zingine zinazofanya kazi, kwa mfano:

2BaO 2 ® 2BaO + O 2

Njia ya mwisho wakati mmoja ilitumiwa sana kutoa oksijeni kutoka angahewa na ilijumuisha joto la BaO hewani hadi BaO 2 ilipoundwa, ikifuatiwa na mtengano wa joto wa peroksidi. Njia ya mtengano wa joto inabakia muhimu kwa ajili ya uzalishaji wa peroxide ya hidrojeni.

Tabia za kimwili.

Oksijeni kwenye hali ya kawaida- gesi isiyo na rangi, isiyo na harufu na isiyo na ladha. Oksijeni ya kioevu ina rangi ya samawati. Oksijeni thabiti inapatikana katika angalau marekebisho matatu ya fuwele. Gesi ya oksijeni huyeyuka katika maji na huenda hutengeneza misombo dhaifu kama vile O2HH2O, na ikiwezekana O2H2H2O.

Tabia za kemikali.

Kama ilivyotajwa tayari, shughuli ya kemikali ya oksijeni imedhamiriwa na uwezo wake wa kujitenga na atomi za O, ambazo zinafanya kazi sana. Metali na madini amilifu pekee ndiyo huguswa na O 2 c kasi ya juu saa joto la chini. Alkali amilifu zaidi (vikundi vidogo vya IA) na baadhi ya madini ya alkali ya ardhi (vikundi vidogo vya IIA) huunda peroksidi kama vile NaO 2 na BaO 2 yenye O 2 . Vipengele vingine na misombo huguswa tu na bidhaa ya kutenganisha O2. Chini ya hali zinazofaa, vipengele vyote, ukiondoa gesi adimu na metali Pt, Ag, Au, huguswa na oksijeni. Metali hizi pia huunda oksidi, lakini chini ya hali maalum.

Muundo wa kielektroniki wa oksijeni (1s 2 2s 2 2p 4) ni kwamba atomi ya O inakubali elektroni mbili hadi kiwango cha nje ili kuunda ganda la elektroni la nje thabiti, na kutengeneza ioni ya O 2. Katika oksidi za chuma za alkali, vifungo vingi vya ionic huundwa. Inaweza kuzingatiwa kuwa elektroni za metali hizi ni karibu kabisa inayotolewa na oksijeni. Katika oksidi za metali zisizo na kazi kidogo na zisizo za metali, uhamishaji wa elektroni haujakamilika, na wiani wa chaji hasi kwenye oksijeni haujulikani sana, kwa hivyo dhamana ni chini ya ionic au covalent zaidi.

Wakati metali zimeoksidishwa na oksijeni, joto hutolewa, ukubwa wa ambayo inahusiana na nguvu ya dhamana ya M-O. Wakati wa oxidation ya baadhi ya nonmetals, joto huingizwa, ambayo inaonyesha vifungo vyao dhaifu na oksijeni. Oksidi kama hizo hazina uthabiti wa halijoto (au uthabiti mdogo kuliko oksidi zilizo na viunga vya ioni) na mara nyingi huwa tendaji sana. Jedwali linaonyesha kwa kulinganisha maadili ya enthalpies ya malezi ya oksidi za metali za kawaida zaidi, metali za mpito na zisizo za metali, vipengele vya vikundi vidogo vya A- na B (ishara ya minus inamaanisha kutolewa kwa joto).

Hitimisho kadhaa za jumla zinaweza kutolewa juu ya mali ya oksidi:

1. Kiwango cha kuyeyuka cha oksidi za chuma cha alkali hupungua kwa kuongezeka kwa radius ya atomiki ya chuma; Kwa hiyo, t pl (Cs 2 O) t pl (Na 2 O). Oksidi ambazo uunganisho wa ioni hutawala huwa na zaidi joto la juu joto myeyuko kuliko kiwango myeyuko wa oksidi covalent: t pl (Na 2 O) > t pl (SO 2).

2. Oksidi za metali tendaji (vikundi vidogo vya IA–IIIA) ni imara zaidi kwa joto kuliko oksidi za metali zinazobadilika na zisizo za metali. Oksidi za metali nzito katika hali ya juu zaidi ya oxidation juu ya kutengana kwa joto hutengeneza oksidi na hali ya chini ya oksidi (kwa mfano, 2Hg 2+ O ® (Hg +) 2 O + 0.5O 2 ® 2Hg 0 + O 2). Oksidi hizo katika hali ya juu ya oxidation inaweza kuwa mawakala mzuri wa vioksidishaji.

3. Metali zinazofanya kazi zaidi huingiliana na oksijeni ya molekuli joto la juu na malezi ya peroxides:

Sr + O 2 ® SrO 2 .

4. Oksidi za metali zinazofanya kazi huunda ufumbuzi usio na rangi, wakati oksidi za metali nyingi za mpito ni za rangi na kwa kweli hazipatikani. Miyeyusho ya maji ya oksidi za chuma huonyesha sifa za kimsingi na ni hidroksidi zenye vikundi vya OH, na oksidi zisizo za metali. ufumbuzi wa maji kuunda asidi zenye H + ion.

5. Vyuma na zisizo za metali za vikundi vidogo vya A hutengeneza oksidi na hali ya oxidation inayolingana na nambari ya kikundi, kwa mfano, Na, Be na B huunda Na 1 2 O, Be II O na B 2 III O 3, na zisizo. metali IVA–VIIA ya vikundi vidogo C, N , S, Cl umbo C IV O 2, N V 2 O 5, S VI O 3, Cl VII 2 O 7. Nambari ya kikundi cha kipengele inahusiana tu na hali ya juu ya oxidation, kwani oksidi zilizo na hali ya chini ya oxidation ya vipengele inawezekana. Katika michakato ya mwako wa misombo, bidhaa za kawaida ni oksidi, kwa mfano:

2H 2 S + 3O 2 ® 2SO 2 + 2H 2 O

Dutu zenye kaboni na hidrokaboni, zinapokanzwa kidogo, oxidize (kuchoma) hadi CO 2 na H 2 O. Mifano ya vitu hivyo ni mafuta - kuni, mafuta, alkoholi (pamoja na kaboni - makaa ya mawe, coke na mkaa) Joto kutoka kwa mchakato wa mwako hutumiwa kuzalisha mvuke (na kisha umeme au huenda kwenye mitambo ya nguvu), pamoja na kupokanzwa nyumba. Milinganyo ya kawaida kwa michakato ya mwako ni:

a) kuni (selulosi):

(C6H10O5) n + 6n O 2 ® 6 n CO2+5 n H 2 O + nishati ya joto

b) mafuta au gesi (petroli C 8 H 18 au gesi asilia CH 4):

2C 8 H 18 + 25O 2 ® 16CO 2 + 18H 2 O + nishati ya joto

CH 4 + 2O 2 ® CO 2 + 2H 2 O + nishati ya joto

C 2 H 5 OH + 3O 2 ® 2CO 2 + 3H 2 O + nishati ya joto

d) kaboni (makaa ya mawe au mkaa, coke):

2C + O 2 ® 2CO + nishati ya joto

2CO + O 2 ® 2CO 2 + nishati ya joto

Idadi ya misombo ya C-, H-, N-, O yenye hifadhi ya juu ya nishati pia inaweza kuwaka. Oksijeni kwa oxidation inaweza kutumika sio tu kutoka kwa anga (kama katika athari za awali), lakini pia kutoka kwa dutu yenyewe. Ili kuanzisha majibu, uanzishaji mdogo wa majibu, kama vile pigo au kutikisa, inatosha. Katika athari hizi, bidhaa za mwako pia ni oksidi, lakini zote ni gesi na hupanua kwa kasi katika joto la juu la mwisho la mchakato. Kwa hiyo, vitu hivyo hulipuka. Mifano vilipuzi Trinitroglycerin (au nitroglycerin) C 3 H 5 (NO 3) 3 na trinitrotoluene (au TNT) C 7 H 5 (NO 2) 3 hutumiwa.

Oksidi za metali au zisizo za metali zilizo na hali ya chini ya oksidi ya kipengele huguswa na oksijeni kuunda oksidi za hali ya juu ya oksidi ya kipengele hicho:

Oksidi za asili, zilizopatikana kutoka kwa ore au kuunganishwa, hutumika kama malighafi kwa ajili ya uzalishaji wa metali nyingi muhimu, kwa mfano, chuma kutoka Fe 2 O 3 (hematite) na Fe 3 O 4 (magnetite), alumini kutoka Al 2 O 3 (aluminium). ), magnesiamu kutoka kwa MgO (magnesia). Oksidi za chuma nyepesi hutumiwa katika tasnia ya kemikali kutengeneza alkali au besi. Peroxide ya potasiamu KO 2 hupata maombi yasiyo ya kawaida, kwa kuwa mbele ya unyevu na kama matokeo ya mmenyuko nayo, hutoa oksijeni. Kwa hiyo, KO 2 hutumiwa katika vipumuaji kuzalisha oksijeni. Unyevu kutoka kwa hewa iliyotolewa hutoa oksijeni kwenye kipumuaji, na KOH inachukua CO 2. Uzalishaji wa oksidi ya CaO na hidroksidi ya kalsiamu Ca(OH) 2 - uzalishaji wa kiasi kikubwa katika teknolojia ya keramik na saruji.

Maji (oksidi hidrojeni).

Umuhimu wa maji H 2 O katika mazoezi ya maabara kwa athari za kemikali na katika michakato ya maisha inahitaji uzingatiaji maalum wa dutu hii MAJI, ARAFU NA STEAM). Kama ilivyoelezwa tayari, wakati wa mwingiliano wa moja kwa moja wa oksijeni na hidrojeni chini ya hali, kwa mfano, kutokwa kwa cheche, mlipuko na malezi ya maji hutokea, na 143 kJ / (mol H 2 O) hutolewa.

Molekuli ya maji ina muundo wa karibu wa tetrahedral, angle ya H-O-H ni 104 ° 30 °. Vifungo katika molekuli ni ionic kwa kiasi (30%) na hufungamana kwa kiasi msongamano mkubwa chaji hasi kwenye oksijeni na, ipasavyo, malipo chanya kwenye hidrojeni:

Kwa sababu ya uimara wa juu wa vifungo vya H-O, hidrojeni ni vigumu kugawanyika kutoka kwa oksijeni na maji huonyesha sifa dhaifu sana za asidi. Sifa nyingi za maji zimedhamiriwa na usambazaji wa malipo. Kwa mfano, molekuli ya maji huunda hydrate na ioni ya chuma:

Maji hutoa jozi moja ya elektroni kwa kipokeaji, ambacho kinaweza kuwa H +:

Oxoanions na oxocations

- chembe chembe zenye oksijeni zenye chaji hasi iliyobaki (oksaoni) au chaji iliyobaki (ya oksosheni). Ioni ya O 2- ina mshikamano wa juu (utendaji wa juu) kwa chembe zenye chaji chanya kama vile H +. Mwakilishi rahisi zaidi wa oxoanions imara ni ioni ya hidroksidi OH -. Hii inaelezea kutokuwa na utulivu wa atomi zilizo na msongamano mkubwa wa malipo na uimarishaji wao wa sehemu kama matokeo ya kuongezwa kwa chembe yenye chaji chanya. Kwa hivyo, wakati chuma hai (au oksidi yake) hufanya kazi kwenye maji, OH- huundwa, na sio O 2-:

2Na + 2H 2 O ® 2Na + + 2OH – + H 2

Na 2 O + H 2 O ® 2Na + + 2OH –

Oksaoni changamano zaidi huundwa kutoka kwa oksijeni yenye ioni ya chuma au chembe isiyo ya metali ambayo ina chaji kubwa chanya, na kusababisha chembe ya malipo ya chini ambayo ni thabiti zaidi, kwa mfano:

§8 Vipengele VI Na vikundi.

Oksijeni, sulfuri, selenium, tellurium, polonium.

Taarifa za jumla vipengele Kundi la VI A:

Vipengele vya kikundi VI A (isipokuwa polonium) huitwa chalcogenides. Kiwango cha elektroniki cha nje cha vitu hivi kina elektroni sita za valence (ns 2 np 4), kwa hivyo ziko ndani. katika hali nzuri onyesha valence ya 2, na katika hali ya msisimko -4 au 6 (isipokuwa kwa oksijeni). Atomi ya oksijeni hutofautiana na atomi za vitu vingine vya kikundi kidogo kwa kukosekana kwa d-sublevel kwenye safu ya nje ya elektroniki, ambayo husababisha gharama kubwa za nishati kwa "pairing" ya elektroni zake, ambayo haijalipwa na nishati ya uundaji wa vifungo vipya vya ushirika. Kwa hiyo, ushirikiano wa oksijeni ni mbili. Hata hivyo, katika baadhi ya matukio, atomi ya oksijeni iliyo na jozi za elektroni pekee inaweza kufanya kama mtoaji wa elektroni na kuunda vifungo vya ziada vya ushirika kupitia utaratibu wa kipokezi cha wafadhili.

Uwezo wa kielektroniki wa vitu hivi hupungua polepole kwa mpangilio wa O-S-Se-Te-Po. Hali ya oxidation kutoka -2,2,4,6. Radi ya atomi huongezeka, ambayo inadhoofisha mali zisizo za metali za vipengele.

Vipengele vya kikundi hiki cha misombo ya fomu ya H 2 R (H 2 O, H 2 S, H 2 Se, H 2 Te, H 2 Po) na hidrojeni Misombo hii hupasuka katika maji na kuunda asidi. Tabia za asidi kuongezeka kwa mwelekeo H 2 O → H 2 S → H 2 Se → H 2 Te → H 2 Po. S, Se na Te hutengeneza misombo ya aina ya RO 2 na RO 3 na oksijeni kutoka kwa oksidi hizi za aina ya H 2 RO 3 na H 2 RO 4 huundwa. Wote wana mali ya oksidi. Asidi kama H 2 RO 3 pia huonyesha sifa za kupunguza.

Oksijeni

Mchanganyiko wa asili na maandalizi: Oksijeni ni kipengele cha kawaida zaidi katika ukoko wa dunia. Katika hali ya bure, hupatikana katika hewa ya anga (21%); V fomu iliyofungwa ni sehemu ya maji (88.9%), madini, mawe na vitu vyote ambavyo viumbe vya mimea na wanyama hutengenezwa. Hewa ya anga ni mchanganyiko wa gesi nyingi, sehemu kuu ambayo ni nitrojeni na oksijeni, na kiasi kidogo cha gesi nzuri, dioksidi kaboni na mvuke wa maji. Dioksidi kaboni huundwa katika asili wakati wa mwako wa kuni, makaa ya mawe na aina nyingine za mafuta, kupumua kwa wanyama, na kuoza. Katika baadhi ya maeneo dunia CO 2 hutolewa angani kutokana na shughuli za volkeno, na pia kutoka kwa vyanzo vya chini ya ardhi.

Oksijeni ya asili ina isotopu tatu imara: 8 16 O (99.75%), 8 17 O (0.04), 8 18 O (0.20). Isotopu 8 14 O, 8 15 O, na 8 19 O pia zilipatikana kwa njia ya bandia.

Oksijeni ilipatikana kwanza ndani fomu safi K.V. Scheele mnamo 1772, na kisha mnamo 1774 D.Y Priestley, ambaye aliitenga na HgO. Hata hivyo, Priestley hakujua kwamba gesi aliyopata ilikuwa sehemu ya hewa. Miaka michache tu baadaye, Lavoisier, ambaye alisoma mali ya gesi hii kwa undani, alithibitisha kuwa ni sehemu kuu ya hewa.

Katika maabara, oksijeni hupatikana kwa kutumia njia zifuatazo:

E electrolysis ya maji. Ili kuongeza conductivity ya umeme ya maji, suluhisho la alkali (kawaida 30% KOH) au sulfate za chuma za alkali huongezwa ndani yake:

KATIKA mtazamo wa jumla: 2H 2 O →2H 2 + O 2

Kwenye cathode: 4H 2 O+4e¯→ 2H 2 +4OH¯

Kwenye anodi: 4OH−4е→2H 2 O+O 2

- Mtengano wa misombo yenye oksijeni:

Mtengano wa joto wa chumvi ya Berthollet chini ya hatua ya kichocheo cha MnO 2.

KClO 3 →2KCl+3O 2

Mtengano wa joto wa permanganate ya potasiamu

KMnO 4 →K 2 MnO 4 +MnO 2 +O 2.

Mtengano wa joto wa nitrati za chuma za alkali:

2KNO 3 →2KNO 2 +O 2.

Kutengana kwa peroksidi:

2H 2 O 2 →2H 2 O+O 2.

2BaO 2 →2BaO+O 2.

Mtengano wa joto wa oksidi ya zebaki (II):

2HgO→2HgO+O 2.

Mwingiliano wa peroksidi za chuma za alkali na monoksidi kaboni (IV):

2Na 2 O 2 +2CO 2 →2Na 2 CO 3 +O 2.

Mtengano wa joto wa bleach mbele ya kichocheo - chumvi za cobalt:

2Ca(OCl)Cl →2CaCl 2 +O 2.

Oxidation ya peroxide ya hidrojeni na permanganate ya potasiamu katika mazingira ya tindikali:

2KMnO 4 +H 2 SO 4 +5H 2 O 2 →K 2 SO 4 +2Mn SO 4 +8H 2 O+5O 2.

Katika tasnia: Hivi sasa, katika tasnia, oksijeni hupatikana kwa kunereka kwa sehemu ya hewa ya kioevu. Wakati hewa ya kioevu inapokanzwa kidogo, nitrojeni hutenganishwa kwanza nayo (t bp (N 2) = -196ºC), kisha oksijeni hutolewa (t bp (O 2) = -183ºC).

Oksijeni iliyopatikana kwa njia hii ina uchafu wa nitrojeni. Kwa hiyo, ili kupata oksijeni safi, mchanganyiko unaozalishwa hutolewa tena na hatimaye hutoa oksijeni 99.5%. Aidha, baadhi ya oksijeni hupatikana kwa electrolysis ya maji. Electroliti ni suluhisho la KOH la 30%.

Oksijeni kawaida huhifadhiwa kwenye mitungi bluu chini ya shinikizo 15MPa.

Physico- kemikali mali: Oksijeni ni gesi isiyo na rangi, isiyo na harufu, isiyo na ladha, nzito kidogo kuliko hewa, mumunyifu kidogo katika maji. Oksijeni kwa shinikizo la 0.1 MPa na joto la -183ºС hugeuka kuwa hali ya kioevu, na kufungia saa -219ºС. Katika hali ya kioevu na imara inavutiwa na sumaku.

Kulingana na mbinu ya dhamana ya valence, muundo wa molekuli ya oksijeni, inayowakilishwa na mchoro -:Ö::Ö: , haielezi nguvu kubwa zaidi ya molekuli ambayo ina mali ya paramagnetic, yaani, elektroni zisizounganishwa katika hali ya kawaida.

Kama matokeo ya dhamana kati ya elektroni za atomi mbili, jozi moja ya kawaida ya elektroni huundwa, baada ya hapo elektroni isiyojumuishwa katika kila chembe huunda dhamana ya pande zote na jozi isiyoshirikiwa ya atomi nyingine na dhamana ya elektroni tatu huundwa kati yao. Katika hali ya msisimko, molekuli ya oksijeni inaonyesha mali ya diamagnetic, ambayo inalingana na muundo kulingana na mpango: Ö = Ö: ,

Ili kujaza kiwango cha elektroni katika atomi ya oksijeni, elektroni mbili hazipo. Kwa hivyo, oksijeni katika athari za kemikali inaweza kuongeza elektroni mbili kwa urahisi na kuonyesha hali ya oxidation ya -2. Oksijeni iliyo katika viambatanisho vilivyo na kipengele cha florini cha kielektroniki zaidi huonyesha hali ya oksidi +1 na +2: O 2 F 2, YA 2.

Oksijeni ni wakala wa oksidi kali. Haiingiliani tu na gesi nzito za inert (Kr, Xe, He, Rn), na dhahabu na platinamu. Oksidi za vitu hivi huundwa kwa njia zingine. Oksijeni huingia katika athari za mwako na oxidation na vitu rahisi na ngumu. Wakati mashirika yasiyo ya metali yanaingiliana na oksijeni, oksidi za asidi au za chumvi huundwa, na wakati metali zinaingiliana, oksidi za amphoteric au mchanganyiko huundwa, kwa hivyo, oksijeni humenyuka na fosforasi kwa joto la ~ 60 ° C.

4P+5O 2 → 2P 2 O 5

Pamoja na metali - oksidi za metali zinazofanana

4Al + 3O 2 → 2Al 2 O 3

3Fe + 2O 2 → Fe 3 O 4

Wakati metali ya alkali inapokanzwa kwenye hewa kavu, lithiamu pekee huunda oksidi ya Li 2 O, na iliyobaki ni peroksidi na superoxides:

2Na+O 2 →Na 2 O 2 K+O 2 →KO 2

Oksijeni humenyuka pamoja na hidrojeni ifikapo 300 °C:

2H 2 + O 2 = 2H 2 O.

Wakati wa kuingiliana na fluorine, inaonyesha mali ya kurejesha:

O 2 + F 2 = F 2 O 2 (katika kutokwa kwa umeme),

na sulfuri - kwa joto la karibu 250 ° C:

S + O 2 = HIVYO 2.

Oksijeni humenyuka pamoja na grafiti ifikapo 700 °C

C + O 2 = CO 2.

Mwingiliano wa oksijeni na nitrojeni huanza tu saa 1200 ° C au katika kutokwa kwa umeme.

Somo la Kemia darasa la 8

Mada: Oksijeni, hiyo sifa za jumla. Kuwa katika asili. Kupata oksijeni na yake mali za kimwili.

Lengo la somo: endelea uundaji wa dhana za "kipengele cha kemikali", "dutu rahisi", "mmenyuko wa kemikali". Kuendeleza mawazo kuhusu mbinu za kuzalisha oksijeni katika maabara. Tambulisha wazo la kichocheo, mali ya mwili, onyesha kitu kulingana na jedwali la D.I. Mendeleev. Boresha ujuzi wako wa mwingiliano wa ubao mweupe.

Dhana za Msingi. Vichocheo.

Matokeo ya kujifunza yaliyopangwa

Somo. Kuwa na uwezo wa kutofautisha kati ya dhana ya "kipengele cha kemikali" na "dutu rahisi" kwa kutumia oksijeni kama mfano. Kuwa na uwezo wa kuashiria mali ya kimwili na mbinu za kukusanya oksijeni.

Mada ya meta. Kuendeleza uwezo wa kufanya kazi kulingana na mpango, kuunda, kubishana, kuandaa ushirikiano wa kielimu na shughuli za pamoja na mwalimu na wenzi.

Binafsi. Kuunda mtazamo wa kuwajibika kuelekea kujifunza, utayari wa kujisomea.

Aina kuu za shughuli za wanafunzi. Eleza kipengele cha kemikali kulingana na mpango uliopendekezwa. Eleza athari za kemikali iliyozingatiwa wakati wa majaribio ya maonyesho. Shiriki katika majadiliano ya pamoja ya matokeo. Hitimisho kutoka kwa matokeo ya majaribio.

Maandamano. Kupata oksijeni kutoka kwa peroksidi ya hidrojeni.

Maendeleo ya somo

Kujifunza nyenzo mpya.

1. Mazungumzo ya mbele:

Ni gesi gani inayounga mkono kupumua na mwako?

Je, ni taarifa gani kuhusu oksijeni unayojua tayari kutoka kwa historia asilia na kozi za botania?

Ni vitu gani vina oksijeni? (maji, mchanga, mawe, madini, protini, mafuta, wanga).

Tabia za jumla za oksijeni ya kipengele cha kemikali:

Ishara ya kemikali (O).

Uzito wa atomiki wa jamaa (16).

Valency (II).

Fomula ya kemikali ya dutu rahisi (O2).

Uzito wa Masi wa dutu rahisi (32).

Tabia kipengele Nambari 8 kulingana na nafasi yake katika jedwali la mara kwa mara vipengele vya kemikali DI. Mendeleev. ( nambari ya serial- 8, molekuli ya atomiki - 16, IV - nambari ya kikundi, nambari ya kipindi - 2).

Kuwa katika asili.

Oksijeni ndio kemikali inayopatikana kwa wingi zaidi kwenye ukoko wa dunia (49%). Hewa ina 21% ya gesi ya oksijeni. Oksijeni ni sehemu muhimu ya misombo ya kikaboni inayo thamani kubwa kwa viumbe hai.

Tabia za kimwili: oksijeni ni gesi isiyo na rangi, isiyo na ladha na harufu, mumunyifu kidogo katika maji (katika kiasi cha 100 cha maji - kiasi cha 3.1 cha oksijeni). Oksijeni ni nzito kidogo kuliko hewa (Mr (O2) = 2x16 = 32, p hewa = 29).

2. Majaribio juu ya uzalishaji wa oksijeni.

Imepatikana katika maabara.

Gesi ya oksijeni ilipatikana kwa mara ya kwanza mnamo 1774. mwanasayansi Joseph Priestley. Wakati oksidi ya zebaki(II) ilipotolewa, Priestley alipata "hewa":

Mwanasayansi aliamua kusoma athari za gesi iliyosababishwa kwenye mwali wa mshumaa: chini ya ushawishi wa gesi hii, moto wa mshumaa ukawa mkali sana, na waya wa chuma ukawaka kwenye mkondo wa gesi iliyosababishwa. Panya zilizowekwa kwenye chombo na gesi hii zilipumua kwa urahisi;

Katika maabara ya shule tutapata gesi hii kutoka kwa peroxide ya hidrojeni. Kuchunguza mali ya kimwili ya oksijeni, tunarudia sheria tahadhari za usalama.

Tunaweka oksidi kidogo ya manganese (IV) MnO2 kwenye bomba la mtihani na suluhisho la peroxide ya hidrojeni, mmenyuko mkali huanza na kutolewa kwa oksijeni. Tunathibitisha kutolewa kwa oksijeni na splinter inayovuta moshi (inawaka na kuchoma). Mwishoni mwa majibu, oksidi ya manganese (IV) hutua chini na inaweza kutumika tena. Kwa hivyo, oksidi ya manganese (IV) huharakisha mmenyuko wa mtengano wa peroksidi hidrojeni, lakini haitumiwi.

Ufafanuzi:

Dutu zinazoharakisha athari za kemikali, lakini hazitumiwi na sio sehemu ya bidhaa za mmenyuko, huitwa vichocheo.

2H2O2 MnO2 2H2O+O2

Katika maabara ya shule, oksijeni hupatikana kwa njia nyingine:

Kwa kupokanzwa permanganate ya potasiamu

2КМnO4=К2MnO4+MnO2+О2

Oksidi ya manganese (IV) huharakisha mmenyuko mwingine wa uzalishaji wa oksijeni - mmenyuko wa mtengano inapokanzwa klorati ya potasiamu KClO3 (chumvi ya Berthollet): 2КlO3 MnO2 2Кl+3О2

3. Kufanya kazi na kitabu cha kiada:

Sisi. 75 ilisoma kuhusu matumizi ya vichocheo viwandani.

Katika Mtini. 25 na mtini. 26 inaonyesha njia za kukusanya oksijeni. Je, ni mali gani ya kimwili inayojulikana kwako kulingana na mbinu za kukusanya oksijeni kwa uhamisho wa hewa? (oksijeni ni nzito kuliko hewa: 32 29), kwa njia ya kuhamisha maji? (oksijeni ni mumunyifu kidogo katika maji). Jinsi ya kukusanya vizuri kifaa cha kukusanya oksijeni kwa kutumia njia ya uhamishaji hewa? (Mchoro 25) Jibu: bomba la kukusanya oksijeni linapaswa kuwekwa chini chini. Unawezaje kugundua au kudhibitisha uwepo wa oksijeni kwenye chombo? (kwa mmweko wa splinter inayofuka).

Na. 75 ilisoma nakala ya kitabu cha kiada "kuingia kwenye tasnia." Je, ni mali gani ya kimwili ya oksijeni ni njia hii ya uzalishaji wake kulingana na? (oksijeni ya kioevu ina kiwango cha kuchemka zaidi ya nitrojeni kioevu, hivyo nitrojeni itatoka, lakini oksijeni itabaki).

II.Ujumuishaji wa maarifa na ujuzi.

Ni vitu gani vinavyoitwa vichocheo?

Na. Kazi 76 za mtihani.

Fanya kazi kwa jozi. Chagua majibu mawili sahihi:

Kipengele cha kemikali oksijeni:

1. gesi isiyo na rangi

2. ina mfululizo wa nambari 8 (+)

3. sehemu ya hewa

4. ni sehemu ya maji (+)

5. nzito kidogo kuliko hewa.

4. oksijeni ya dutu rahisi:

1. ina uzito wa atomiki wa 16

2. sehemu ya maji

3. inasaidia kupumua na mwako (+)

4. hutengenezwa wakati wa mtengano wa peroxide ya hidrojeni (+).

5. Jaza jedwali:

Kokotoa sehemu ya molekuli kipengele cha kemikali oksijeni katika oksidi ya sulfuri (VI). SO3

W= (nхAr):Bwana x 100%

W (O)= (3x16): 80x100%=60%

Jinsi ya kutambua chupa ambayo ina dioksidi kaboni na oksijeni? (kwa msaada wa splinter ya kuvuta: katika oksijeni huangaza sana, katika dioksidi kaboni hutoka).

UFAFANUZI

Oksijeni- kipengele cha nane meza ya mara kwa mara. Inahusu zisizo za metali. Ziko katika kipindi cha pili cha VI kikundi A.

Nambari ya serial ni 8. Gharama ya nyuklia ni +8. Uzito wa atomiki - 15.999 amu. Kuna isotopu tatu za oksijeni zinazopatikana katika asili: 16 O, 17 O na 18 O, ambayo ya kawaida ni 16 O (99.762%).

Muundo wa elektroniki wa atomi ya oksijeni

Atomi ya oksijeni ina makombora mawili, kama vitu vyote vilivyo katika kipindi cha pili. Nambari ya kikundi -VI (chalcogens) - inaonyesha kuwa kiwango cha elektroniki cha nje cha atomi ya nitrojeni kina elektroni 6 za valence. Ina uwezo wa juu wa oxidizing (juu tu kwa fluorine).

Mchele. 1. Uwakilishi wa kimkakati wa muundo wa atomi ya oksijeni.

Usanidi wa elektroniki wa hali ya chini umeandikwa kama ifuatavyo:

1 2 2s 2 2p 4 .

Oksijeni ni kipengele cha p-familia. Mchoro wa nishati kwa elektroni za valence katika hali isiyofurahishwa ni kama ifuatavyo.

Oksijeni ina jozi 2 za elektroni zilizooanishwa na elektroni mbili ambazo hazijaoanishwa. Katika misombo yake yote, oksijeni inaonyesha valency II.

Mchele. 2. Uwakilishi wa anga wa muundo wa atomi ya oksijeni.

Mifano ya kutatua matatizo

MFANO 1

UFAFANUZI

Oksijeni- kipengele cha kipindi cha pili VIA kikundi cha Jedwali la Vipindi la Vipengele vya Kemikali D.I. Mendeleev, na nambari ya atomiki 8. Alama - O.

Uzito wa atomiki - 16 amu. Molekuli ya oksijeni ni diatomiki na ina fomula - O 2

Oksijeni ni ya familia ya vipengele vya p. Usanidi wa kielektroniki wa atomi ya oksijeni ni 1s 2 2s 2 2p 4. Katika misombo yake, oksijeni inaweza kuonyesha majimbo kadhaa ya oxidation: "-2", "-1" (katika peroxides), "+2" (F 2 O). Oksijeni ina sifa ya udhihirisho wa jambo la allotropy - kuwepo kwa namna ya vitu kadhaa rahisi - marekebisho ya allotropic. Marekebisho ya allotropiki ya oksijeni ni oksijeni O 2 na ozoni O 3 .

Tabia za kemikali za oksijeni

Oksijeni ni wakala wa oksidi kali kwa sababu Ili kukamilisha kiwango cha elektroni za nje, inahitaji elektroni 2 tu, na inaziongeza kwa urahisi. Kwa upande wa shughuli za kemikali, oksijeni ni ya pili baada ya fluorine. Oksijeni huunda misombo yenye vipengele vyote isipokuwa heliamu, neon na argon. Oksijeni humenyuka moja kwa moja na halojeni, fedha, dhahabu na platinamu (misombo yao hupatikana kwa njia isiyo ya moja kwa moja). Takriban miitikio yote inayohusisha oksijeni ni ya juu sana. Kipengele athari nyingi za mchanganyiko na oksijeni - kutolewa kiasi kikubwa joto na mwanga. Taratibu kama hizo huitwa mwako.

Mwingiliano wa oksijeni na metali. Pamoja na metali za alkali (isipokuwa lithiamu), oksijeni huunda peroxides au superoxides, na wengine - oksidi. Kwa mfano:

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.

Mwingiliano wa oksijeni na zisizo za metali. Uingiliano wa oksijeni na zisizo za metali hutokea wakati wa joto; athari zote ni exothermic, isipokuwa mwingiliano na nitrojeni (mmenyuko ni endothermic, hutokea kwa 3000C katika arc ya umeme, kwa asili - wakati wa kutokwa kwa umeme). Kwa mfano:

4P + 5O 2 = 2P 2 O 5;

C + O 2 = CO 2;

2H 2 + O 2 = 2H 2 O;

N 2 + O 2 ↔ 2HAPANA – Q.

Mwingiliano na vitu ngumu vya isokaboni. Wakati vitu ngumu vinapochomwa kwa oksijeni kupita kiasi, oksidi za vitu vinavyolingana huundwa:

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).

Oksijeni ina uwezo wa kuongeza oksidi na hidroksidi kwa misombo na zaidi shahada ya juu oksidi:

2CO + O 2 = 2CO 2 (t);

2SO 2 + O 2 = 2SO 3 (t, V 2 O 5);

2 HAPANA + O 2 = 2NO 2;

4FeO + O 2 = 2Fe 2 O 3 (t).

Mwingiliano na vitu ngumu vya kikaboni. Takriban vitu vyote vya kikaboni huwaka, vilivyooksidishwa na oksijeni ya anga hadi kaboni dioksidi na maji:

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

Mbali na athari za mwako (oxidation kamili), athari zisizo kamili au za kichocheo za oksidi pia zinawezekana katika kesi hii, bidhaa za majibu zinaweza kuwa alkoholi, aldehidi, ketoni; asidi ya kaboksili na vitu vingine:

Oxidation ya wanga, protini na mafuta hutumika kama chanzo cha nishati katika kiumbe hai.

Mali ya kimwili ya oksijeni

Oksijeni ni kipengele kingi zaidi duniani (asilimia 47 kwa wingi). Kiasi cha oksijeni katika hewa ni 21%. Oksijeni - sehemu maji, madini, vitu vya kikaboni. Tishu za mimea na wanyama zina oksijeni 50-85% kwa namna ya misombo mbalimbali.

Katika hali yake huru, oksijeni ni gesi isiyo na rangi, isiyo na ladha na isiyo na harufu, isiyoweza kuyeyushwa katika maji (lita 3 za oksijeni huyeyuka katika lita 100 za maji kwa 20C. Oksijeni ya kioevu. rangi ya bluu, ina mali ya paramagnetic (kuvutwa kwenye uwanja wa sumaku).

Kupata oksijeni

Kuna mbinu za viwanda na maabara za kuzalisha oksijeni. Kwa hivyo, katika tasnia, oksijeni hupatikana kwa kunereka kwa hewa ya kioevu, na njia kuu za maabara za kutoa oksijeni ni pamoja na athari za mtengano wa mafuta wa vitu ngumu:

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

Mifano ya kutatua matatizo

MFANO 1