OXIGEN (Oxygenium latină), O, un element chimic din grupa VI forma scurtă (al 16-lea grup de forma lungă) a sistemului periodic, se referă la un calcogen; numărul atomic 8, greutatea atomică a 15.9994. Oxigenul naturală este format din trei izotopi 16 O (99.757%), 17 O (0,038%) și 18 D (0,205%). Predominanță a amestecului izotop mai ușor Aproximativ 16 datorită faptului că nucleul atomic G este format din 16 8 8 protoni și neutroni. Un număr egal de protoni și neutroni rezultând energie ridicată în nucleul mai mare stabilitate a acestora și miezuri 16 O comparație cu ceilalți. Artificial preparate radioizotopi cu numere de masă 12-26.
Informații istorice. Oxigenul este primit în 1774, independent K. Scheele (prin calcinarea nitrat KNO3 și NaNO3 de sodiu și potasiu. Dioxid de mangan MnO2 și alte substanțe) și J. Priestley (tetroxide plumb sub încălzire Pb3 O4 și oxid de mercur HgO). Mai târziu, când sa constatat că oxigenul este o parte a acizilor, Lavoisier a sugerat oxyg numeleèNE (de la όχύς greacă - acide și γεννάω - născut, de unde și numele rus „oxigen“).
Oxigen - biogen Element - o parte din cele mai importante clase de compuși naturali organici (proteine, lipide, acizi nucleici, glucide, etc.), și scheletul compușilor anorganici.
Proprietăți. Structura cochilii electronice externe atom de oxigen 2 2s 2p 4; în starea de oxidare compuși prezintă -2, -1, rareori +1, +2; Pauling electronegativitate de 3,44 (elementul cel mai electronegativ după fluor); raza atomică de 60 pm; ion rază O2 -121 pm (numărul de coordonare 2). Gazos, lichid și stări solide de oxigen exista sub forma unei molecule diatomice O2. moleculele de O2 sunt paramagnetic. Există, de asemenea, o modificare alotropic de oxigen - ozon, O3 constând din molecule triatomic.
In atomul de oxigen de stat la sol are un număr par de electroni de valență dintre care doi nu sunt împerecheate. Prin urmare, oxigenul care nu are vacant d-opbitali redus de energie, în majoritatea compușilor chimici este bivalent. În funcție de natura bonding chimice și structura cristalină număr de coordinare compus tip de oxigen poate fi diferit: O (oxigen atomic), 1, 2 (de exemplu, H2O, H2 O2), 3 (de exemplu, H3 O (de exemplu, O2, CO2). +), 4 (de exemplu, oxacetat Be și Zn), 6 (de exemplu, MgO, CdO), 8 (de exemplu, Na2 O, Cs2 O). Datorită mic atom de oxigen raza capabilă să formeze un puternic tt-obligațiuni cu alți atomi, cum ar fi atomii de oxigen (O2. O3), carbon, azot, sulf, fosfor. De aceea, pentru unul dintre oxigen cu dublă legătură (494 kJ / mol) este energetic mai favorabilă decât simpla două (146 kJ / mol).
Moleculele paramagnetism O2 datorită prezenței a doi electroni nepereche cu paralela se rotește la dublu degenerate tt * orbitali antibonding. Deoarece legarea orbitală a moleculei este un patru electroni mai mult decât relaxarea, procedura în conexiune O2 este de 2 m. E. Legătura dintre atomii de oxigen dublu. În cazul în care efectele fotochimice sau chimice pe o * orbital π a doi electroni cu spin opus sunt apare prima stare excitată, energia situat la 92 kJ / mol deasupra solului. Dacă excitarea atomului de oxigen, doi electroni ocupa două diferite π * orbitală și partea din spate sunt opuse, există un al doilea stare excitată, energia este de 155 kJ / mol mai mare decât miezul. Excitația este însoțită de o creștere a interatomică distantele O-O: 120,74 pm de la stat la sol la 121.55 pm pentru prima la 122.77 PM pentru a doua stare excitată, care, la rândul său, duce la o slăbire a O-O și îmbunătățirea activității chimice a oxigenului. Amândoi starea excitată de molecule O2 joacă un rol important în reacțiile de oxidare în fază gazoasă.
Oxigen - gaz fără culoare, miros și gust; punct de topire -218.3 ° C -182.9 ° C Punct de fierbere, densitatea de gaz oxigen 1,428.97 kg / dm 3 (la 0 ° C și presiune normală). oxigen lichid - lichid albastru pal, oxigen solid - solid cristalin albastru. La 0 ° C 24,65-10 -3 conductivitate termică W / (mK), căldura specifică molară la presiune constantă de 29,27 J / (mol · K), constanta dielectrică a 1.000547 oxigen gazos, lichid 1.491. Oxigenul este slab solubil în apă (3,1% oxigen în volum la 20 ° C), bine solubil în unii solvenți organic fluorurat, de exemplu perfluorodecalin (4500% oxigen în volum, la temperatura de 0 ° C). O cantitate semnificativă de oxigen dizolvat metale prețioase: argint, aur și platină. Solubilitatea gazului în argintul topit (2200% în volum la 962 ° C) scade brusc odată cu scăderea temperaturii, astfel încât aerul de răcire „fierbe“ de argint și de topitură este pulverizată datorită eliberării intensive de oxigen dizolvat.
Oxigenul este agent oxidant puternic reactiv, puternic: reacționează cu majoritatea substanțelor simple, în condiții normale, în principal, cu formarea oxizilor corespunzători (multe reacții au loc lent la temperaturi ambiante sau mai mici, prin încălzire însoțită de explozie și eliberarea unei cantități mari de căldură). Oxigenul reacționează în condiții standard, cu hidrogen (se formează apă H2O; amestec de oxigen și hidrogen sunt explozive - vezi oxihidrogen gaz) prin încălzire - cu sulf (SO2 dioxid de sulf și trioxid de sulf SO3), carbon (carbon carbon SB oxid de dioxid de CO2) fosfor (oxizi de fosfor), multe metale (oxizi metalici), în special cu ușurință folosind pământ alcaline și alcalino (în principal, peroxizi și superoxid de metale, cum ar fi peroxidul de bariu, BaO2. potasiu dismutază KO2). Oxigen reacționează cu azot la o temperatură de peste 1200 ° C sau când este expus la o descărcare electrică (monoxid de azot NO se formează). compuși de oxigen cu xenon, cripton, halogen, aur și platină a fost preparat prin indirect. Oxigenul nu formează compuși chimici cu heliu, neon si argon. oxigen lichid este, de asemenea, un oxidant puternic: vată le impregnat instantaneu arde atunci când sunt aprinse, unele substanțe organice volatile care pot lua foc atunci când sunt la o distanță de câțiva metri de vas deschis cu oxigen lichid.
Oxigenul formează trei forme ionice, fiecare dintre care determină proprietățile unei anumite clase de compuși chimici: O 2 - dismutază (starea de oxidare a atomilor de oxigen -0.5) O2 - - peroxid de compuși (starea de oxidare a atomilor de oxigen -1, cum ar fi peroxid de hidrogen H2 O2) , O 2- - oxid (starea de oxidare a atomilor de oxigen -2). Starea de oxidare pozitivă a +1 și +2 oxigen se manifestă în fluoruri O2 F2 și OF2 respectiv. Fluorurile sunt oxigen instabile, sunt oxidanți puternici și reactivi de fluorurare.
oxigen molecular este un ligand slab și se alătură unor complecși de Fe, Co, Mn, Cu. Printre cele mai importante dintre astfel de complecși ferroprotoporphyrin, parte a hemoglobinei - o proteina care transporta transportul de oxigen în corpul animalelor cu sânge cald.
Rolul biologic. Oxigenul sub formă liberă, sau ca parte a diverse substanțe (de exemplu, enzime, oxidaze și oxidoreductaze) participă la toate procesele de oxidare în organismele vii. Ca urmare, o mare cantitate de energie este eliberată consumată în timpul vieții.
Noțiuni de bază. La scară industrială oxigen produs de lichefiere și distilarea fracționată a aerului (a se vedea articolul în separare a aerului), iar electroliza apei. În condiții de laborator, oxigenul produs de descompunere la peroxid de hidrogen încălzit (2P2 O2 = 2H2O + O2), oxizi metalici (de exemplu, oxid de mercur: 2HgO = 2HG + O2), săruri ale acizilor oxidanți conținând oxigen (de exemplu, clorat de potasiu: 2KlO3 = 2KCl + . 3O2 permanganat de potasiu: 2KMnO4 = K2 MnO4 + MnO2 + O2), electroliza unei soluții apoase de NaOH. gaz oxigen este depozitat și transportat în cilindri de oțel, vopsite în culoarea albastră, la o presiune de 15 MPa și 42, oxigen lichid - dewar metalic sau de tancuri-in rezervoare speciale.
Aplicație. oxigen tehnic este folosit ca oxidant în industria oțelului (vezi, de exemplu, procesul de BOF), în prelucrarea flacără a metalelor (vezi, de exemplu, tăierea cu oxigen), în industria chimică, în prepararea combustibilului lichid sintetic, lubrifianți, acid azotic și acid sulfuric, metanol, amoniac și îngrășăminte amoniacal, peroxizi, metale și altele. oxigenul pur este utilizat în aparatul scuipă oxigen în nave spațiale, submarine, ascensiunea la mare altitudine, efectuarea de lucrări subacvatice, leche scopuri ebnyh în medicină (a se vedea articolul de oxigen). oxigen lichid este utilizat ca propulsori comburantului, operații de sablare. emulsiile apoase ale gazului de oxigen în unele soluții de solvenți organici fluorurați propuși pentru utilizare ca înlocuitori artificiali de sânge (de exemplu, perfluorane).