ปฏิกิริยาระหว่างไดคลอโรอีเทนกับสถานะก๊าซออกซิเจน 9 สมบัติทางเคมีและกายภาพ การใช้และการผลิตออกซิเจน

การบรรยายเรื่อง “ออกซิเจน – องค์ประกอบทางเคมีและสารอย่างง่าย »

โครงร่างการบรรยาย:

1. ออกซิเจนเป็นองค์ประกอบทางเคมี:

c) ความชุกขององค์ประกอบทางเคมีในธรรมชาติ

2. ออกซิเจนเป็นสารง่ายๆ

ก) การได้รับออกซิเจน

b) คุณสมบัติทางเคมีของออกซิเจน

c) วัฏจักรของออกซิเจนในธรรมชาติ

ง) การใช้ออกซิเจน

“ดัม สปิโร สเปโร” "(ในขณะที่ฉันหายใจ ฉันหวังว่า...) ภาษาลาตินกล่าว

การหายใจมีความหมายเหมือนกันกับชีวิต และแหล่งที่มาของชีวิตบนโลกก็คือออกซิเจน

โดยเน้นถึงความสำคัญของออกซิเจนสำหรับกระบวนการทางโลก เจค็อบ เบอร์ซีลิอุสกล่าวว่า “ออกซิเจนคือสสารที่เคมีบนโลกหมุนวน”

เนื้อหาในการบรรยายนี้สรุปความรู้ที่ได้รับมาก่อนหน้านี้ในหัวข้อ “ออกซิเจน”

1. ออกซิเจนเป็นองค์ประกอบทางเคมี

ก) ลักษณะขององค์ประกอบทางเคมี - ออกซิเจนตามตำแหน่งใน PSCE

ออกซิเจน - องค์ประกอบของกลุ่มย่อยหลักของกลุ่มที่หกช่วงที่สองของระบบธาตุขององค์ประกอบทางเคมีของ D. I. Mendeleev โดยมีเลขอะตอมอะตอม 8 แสดงด้วยสัญลักษณ์ โอ(ละตินอ็อกซิเจนเนียม- ญาติ มวลอะตอมองค์ประกอบทางเคมีของออกซิเจนคือ 16 เช่นอาร์(O)=16.

b) ความเป็นไปได้ของวาเลนซ์ของอะตอมออกซิเจน

ในสารประกอบ ออกซิเจนมักจะเป็นไดวาเลนต์ (ในออกไซด์) และวาเลนซ์วี ไม่มีอยู่ในรูปแบบอิสระมันเกิดขึ้นในรูปแบบของสอง สารง่ายๆ: O 2 (“ออกซิเจนทั่วไป”) และ O 3 (โอโซน) O 2 เป็นก๊าซไม่มีสีและไม่มีกลิ่น โดยมีน้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์ = 32 O 3 เป็นก๊าซไม่มีสี มีกลิ่นฉุน โดยมีน้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์ = 48

ความสนใจ! เอช2โอ2( ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์) – O (วาเลนซ์ II)

CO (คาร์บอนมอนอกไซด์) – O (ความจุที่สาม)

c) ความชุกขององค์ประกอบทางเคมีของออกซิเจนในธรรมชาติ

ออกซิเจนเป็นองค์ประกอบที่พบมากที่สุดในโลก โดยมีส่วนแบ่ง (ในสารประกอบต่างๆ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นซิลิเกต) คิดเป็นประมาณ 49% ของมวลของแข็ง เปลือกโลก- มารีนและ น้ำจืดมีออกซิเจนที่จับได้จำนวนมาก - 85.5% (โดยมวล) ในบรรยากาศปริมาณออกซิเจนอิสระคือ 21% โดยปริมาตรและ 23% โดยมวล สารประกอบมากกว่า 1,500 ชนิดในเปลือกโลกมีออกซิเจน

ออกซิเจนเป็นส่วนหนึ่งของหลาย ๆ อย่าง สารอินทรีย์และมีอยู่ในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด ในแง่ของจำนวนอะตอมในเซลล์ที่มีชีวิตคือประมาณ 20% และในแง่ของเศษส่วนมวล - ประมาณ 65%

2. ออกซิเจนเป็นสารง่ายๆ

ก) การได้รับออกซิเจน

ที่ได้รับในห้องปฏิบัติการ

1) การสลายตัวของโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต (โพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต):

2KMnO 4 t°C =K 2 MnO 4 +MnO 2 +O 2

2) การสลายตัวของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์:

2H 2 O 2 MnO2 = 2H 2 O + O 2

3) การสลายตัวของเกลือ Berthollet:

2KClO 3 t˚C, MnO2 = 2KCl + 3O 2

ใบเสร็จรับเงินในอุตสาหกรรม

1) การแยกน้ำด้วยไฟฟ้า

2 H 2 O เอล ปัจจุบัน =2 H 2 + O 2

2) จากอากาศบาง ๆ

ความดันอากาศ -183˚ C = O 2 (ของเหลวสีน้ำเงิน)

ปัจจุบันในอุตสาหกรรมได้รับออกซิเจนจากอากาศ ในห้องปฏิบัติการ สามารถรับออกซิเจนจำนวนเล็กน้อยได้โดยการให้ความร้อนโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต (โพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต) KMnO 4 - ออกซิเจนละลายได้ในน้ำเล็กน้อยและหนักกว่าอากาศ จึงสามารถได้รับได้สองวิธี:

วางแผน:

ประวัติความเป็นมาของการค้นพบ

ที่มาของชื่อ

อยู่ในธรรมชาติ

ใบเสร็จ

คุณสมบัติทางกายภาพ

คุณสมบัติทางเคมี

แอปพลิเคชัน

บทบาททางชีวภาพของออกซิเจน

อนุพันธ์ออกซิเจนที่เป็นพิษ

10. ไอโซโทป

ออกซิเจน

ออกซิเจน- องค์ประกอบของกลุ่มที่ 16 (ตามการจำแนกประเภทที่ล้าสมัย - กลุ่มย่อยหลักของกลุ่ม VI) ช่วงที่สองของระบบธาตุเคมีของ D.I. Mendeleev โดยมีเลขอะตอม 8 แสดงด้วยสัญลักษณ์ O (lat. Oxygenium) . ออกซิเจนเป็นสารอโลหะที่มีฤทธิ์ทางเคมีและเป็นองค์ประกอบที่เบาที่สุดจากกลุ่มชาลโคเจน สารง่ายๆ ออกซิเจน(หมายเลข CAS: 7782-44-7) ภายใต้สภาวะปกติจะเป็นก๊าซไม่มีสี ไม่มีรส และไม่มีกลิ่น โดยมีโมเลกุลประกอบด้วยออกซิเจน 2 อะตอม (สูตร O 2) จึงเรียกอีกอย่างว่าออกซิเจนเหลวมีแสง สีฟ้า และคริสตัลแข็งมีสีฟ้าอ่อน

มีออกซิเจนในรูปแบบ allotropic อื่น ๆ เช่นโอโซน (หมายเลข CAS: 10028-15-6) - ภายใต้สภาวะปกติก๊าซสีน้ำเงินที่มีกลิ่นเฉพาะซึ่งโมเลกุลประกอบด้วยอะตอมออกซิเจนสามอะตอม (สูตร O 3)

1. ประวัติความเป็นมาของการค้นพบ

เชื่ออย่างเป็นทางการว่าออกซิเจนถูกค้นพบโดยนักเคมีชาวอังกฤษ โจเซฟ พรีสต์ลีย์ เมื่อวันที่ 1 สิงหาคม พ.ศ. 2317 โดยการย่อยสลายปรอทออกไซด์ในภาชนะที่ปิดสนิท (พรีสต์ลีย์ส่องแสงแดดไปที่สารประกอบนี้โดยใช้เลนส์อันทรงพลัง)

อย่างไรก็ตาม ในตอนแรกพรีสต์ลีย์ไม่รู้ว่าเขาได้ค้นพบสสารธรรมดาชนิดใหม่ เขาเชื่อว่าเขาได้แยกส่วนประกอบหนึ่งของอากาศออก (และเรียกก๊าซนี้ว่า พรีสต์ลีย์รายงานการค้นพบของเขาต่ออองตวน ลาวัวซิเยร์ นักเคมีผู้มีชื่อเสียงชาวฝรั่งเศส ในปี พ.ศ. 2318 A. Lavoisier ก่อตั้งว่าออกซิเจนเป็นส่วนประกอบของอากาศ กรด และพบได้ในสารหลายชนิด

เมื่อไม่กี่ปีก่อน (ในปี พ.ศ. 2314) Karl Scheele นักเคมีชาวสวีเดนได้รับออกซิเจน เขาเผาดินประสิวด้วยกรดซัลฟิวริก จากนั้นจึงสลายไนตริกออกไซด์ที่เกิดขึ้น Scheele เรียกก๊าซนี้ว่า "ลมไฟ" และบรรยายถึงการค้นพบของเขาในหนังสือที่ตีพิมพ์ในปี 1777 (เนื่องจากหนังสือเล่มนี้ตีพิมพ์ช้ากว่าที่ Priestley ประกาศการค้นพบของเขา ซึ่งอย่างหลังถือเป็นผู้ค้นพบออกซิเจน) Scheele ยังรายงานประสบการณ์ของเขาให้ Lavoisier ทราบด้วย

ขั้นตอนสำคัญที่มีส่วนในการค้นพบออกซิเจนคือผลงานของนักเคมีชาวฝรั่งเศส ปิแอร์ บาเยน ซึ่งตีพิมพ์ผลงานเกี่ยวกับการเกิดออกซิเดชันของปรอทและการสลายตัวของออกไซด์ในเวลาต่อมา

ในที่สุด A. Lavoisier ก็ค้นพบธรรมชาติของก๊าซที่เกิดขึ้นได้ในที่สุด โดยใช้ข้อมูลจาก Priestley และ Scheele งานของเขามีความสำคัญอย่างมากเพราะเหตุนี้ทฤษฎีโฟลจิสตันซึ่งมีอิทธิพลเหนือในขณะนั้นและขัดขวางการพัฒนาทางเคมีจึงถูกโค่นล้ม Lavoisier ทำการทดลองเกี่ยวกับการเผาไหม้ของสารต่างๆ และหักล้างทฤษฎีของ phlogiston โดยเผยแพร่ผลลัพธ์เกี่ยวกับน้ำหนักของธาตุที่ถูกเผา น้ำหนักของเถ้าเกินน้ำหนักเดิมขององค์ประกอบซึ่งทำให้ Lavoisier มีสิทธิ์อ้างว่าในระหว่างการเผาไหม้จะเกิดปฏิกิริยาเคมี (ออกซิเดชัน) ของสารเกิดขึ้นดังนั้นมวลของสารดั้งเดิมจึงเพิ่มขึ้นซึ่งหักล้างทฤษฎีของ phlogiston .

ดังนั้น เครดิตในการค้นพบออกซิเจนจึงมีการแบ่งปันระหว่าง Priestley, Scheele และ Lavoisier

1. ที่มาของชื่อ

คำว่าออกซิเจน (เรียกว่า อิน ต้น XIXศตวรรษแม้กระทั่ง "สารละลายกรด") การปรากฏตัวในภาษารัสเซียนั้นมีสาเหตุมาจาก M.V. Lomonosov ซึ่งนำคำว่า "กรด" มาใช้พร้อมกับ neologisms อื่น ๆ ดังนั้นคำว่า "ออกซิเจน" จึงเป็นที่มาของคำว่า "ออกซิเจน" (ออกซิเจนในภาษาฝรั่งเศส) ซึ่งเสนอโดย A. Lavoisier (จากภาษากรีกโบราณ ὀξύς - "เปรี้ยว" และ γεννάω - "การให้กำเนิด") ซึ่งก็คือ แปลว่า "การสร้างกรด" ซึ่งเกี่ยวข้องกับความหมายดั้งเดิม - "กรด" ซึ่งก่อนหน้านี้หมายถึงสารที่เรียกว่าออกไซด์ตามระบบการตั้งชื่อสากลสมัยใหม่

1. อยู่ในธรรมชาติ

ออกซิเจนเป็นองค์ประกอบที่พบมากที่สุดในโลก โดยมีส่วนแบ่ง (ในสารประกอบต่างๆ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นซิลิเกต) คิดเป็นประมาณ 47.4% ของมวลเปลือกโลกแข็ง ทะเลและน้ำจืดมีออกซิเจนที่จับกันจำนวนมาก - 88.8% (โดยมวล) ในบรรยากาศปริมาณออกซิเจนอิสระอยู่ที่ 20.95% โดยปริมาตรและ 23.12% โดยมวล สารประกอบมากกว่า 1,500 ชนิดในเปลือกโลกมีออกซิเจน

ออกซิเจนเป็นส่วนหนึ่งของสารอินทรีย์หลายชนิดและมีอยู่ในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด ในแง่ของจำนวนอะตอมในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตนั้นจะมีประมาณ 25% ตาม เศษส่วนมวล- ประมาณ 65%

ออกซิเจน (lat. Oxygenium), O, องค์ประกอบทางเคมีของกลุ่ม VI ของระบบธาตุของ Mendeleev; เลขอะตอม 8 มวลอะตอม 15.9994 ภายใต้สภาวะปกติ ออกซิเจนจะเป็นก๊าซที่ไม่มีสี ไม่มีกลิ่น และไม่มีรส เป็นการยากที่จะตั้งชื่อองค์ประกอบอื่นที่จะมีบทบาทสำคัญในโลกของเราเช่นออกซิเจน

ข้อมูลทางประวัติศาสตร์ กระบวนการเผาไหม้และการหายใจดึงดูดความสนใจของนักวิทยาศาสตร์มายาวนาน ข้อบ่งชี้แรกที่ไม่ใช่อากาศทั้งหมด แต่มีเพียงส่วนที่ "กระฉับกระเฉง" เท่านั้นที่รองรับการเผาไหม้ ถูกพบในต้นฉบับภาษาจีนของศตวรรษที่ 8 ต่อมาเลโอนาร์โดดาวินชี (ค.ศ. 1452-1519) ถือว่าอากาศเป็นส่วนผสมของก๊าซสองชนิด โดยมีเพียงก๊าซเดียวเท่านั้นที่ถูกบริโภคระหว่างการเผาไหม้และการหายใจ การค้นพบครั้งสุดท้ายขององค์ประกอบหลักทั้งสองของอากาศ - ไนโตรเจนและออกซิเจน ซึ่งสร้างยุคแห่งวิทยาศาสตร์ เกิดขึ้นในช่วงปลายศตวรรษที่ 18 เท่านั้น K. Scheele (1769-70) ได้รับออกซิเจนเกือบจะพร้อมกันโดยการเผาดินประสิว (KNO3, NaNO3) แมงกานีสไดออกไซด์ MnO2 และสารอื่นๆ และ J. Priestley (1774) โดยการทำความร้อนตะกั่วแดง Pb3O4 และปรอทออกไซด์ HgO ในปี ค.ศ. 1772 D. Rutherford ค้นพบไนโตรเจน ในปี ค.ศ. 1775 A. Lavoisier ได้ทำการวิเคราะห์เชิงปริมาณของอากาศ พบว่าอากาศ "ประกอบด้วยสอง (ก๊าซ) ที่มีลักษณะต่างกันและมีลักษณะตรงกันข้ามกัน" ซึ่งก็คือออกซิเจนและไนโตรเจน จากการวิจัยเชิงทดลองที่ครอบคลุม Lavoisier อธิบายการเผาไหม้และการหายใจอย่างถูกต้องว่าเป็นกระบวนการปฏิสัมพันธ์ของสารกับออกซิเจน เนื่องจากออกซิเจนเป็นส่วนหนึ่งของกรด Lavoisier จึงเรียกมันว่าออกซิเจน ซึ่งก็คือ "การเกิดกรด" (จากภาษากรีก oxys - เปรี้ยวและเจนเนา - ฉันให้กำเนิด ดังนั้น ชื่อรัสเซีย"ออกซิเจน")

การกระจายตัวของออกซิเจนในธรรมชาติ ออกซิเจนเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่มีมากที่สุดในโลก ออกซิเจนที่ถูกผูกไว้คิดเป็นประมาณ 6/7 ของมวลของเปลือกน้ำของโลก ได้แก่ ไฮโดรสเฟียร์ (85.82% โดยมวล) เกือบครึ่งหนึ่งของเปลือกโลก (47% โดยมวล) และเฉพาะในชั้นบรรยากาศที่ออกซิเจนอยู่ในสภาวะอิสระ รัฐอยู่อันดับที่สอง (23 .15% โดยน้ำหนัก) รองจากไนโตรเจน

ออกซิเจนยังอันดับหนึ่งในด้านจำนวนแร่ธาตุที่เกิดขึ้น (1364); ในบรรดาแร่ธาตุที่มีออกซิเจน ซิลิเกต (เฟลด์สปาร์ ไมคัส และอื่นๆ) มีควอตซ์ เหล็กออกไซด์ คาร์บอเนต และซัลเฟตมากกว่า สิ่งมีชีวิตมีออกซิเจนโดยเฉลี่ยประมาณ 70%; เป็นส่วนหนึ่งของสารประกอบอินทรีย์ที่สำคัญที่สุด (โปรตีน ไขมัน คาร์โบไฮเดรต ฯลฯ) ส่วนใหญ่ และในองค์ประกอบ สารประกอบอนินทรีย์โครงกระดูก บทบาทของออกซิเจนอิสระมีความสำคัญอย่างยิ่งในกระบวนการทางชีวเคมีและสรีรวิทยา โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกระบวนการหายใจ ยกเว้นจุลินทรีย์ที่ไม่ใช้ออกซิเจนบางชนิด สัตว์และพืชทุกชนิดได้รับพลังงานที่จำเป็นสำหรับชีวิตผ่านการออกซิเดชันทางชีวภาพของสารต่างๆ ด้วยความช่วยเหลือของออกซิเจน

มวลออกซิเจนอิสระทั้งหมดบนโลกเกิดขึ้นและถูกเก็บรักษาไว้ด้วยกิจกรรมที่สำคัญของพืชสีเขียวบนบกและในมหาสมุทรโลก ซึ่งปล่อยออกซิเจนในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง บนพื้นผิวโลกที่ซึ่งการสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นและมีออกซิเจนอิสระครอบงำจะเกิดสภาวะออกซิไดซ์อย่างรวดเร็ว ในทางตรงกันข้ามในแมกมาและขอบฟ้าอันลึกล้ำ น้ำบาดาลในตะกอนทะเลและทะเลสาบ ในหนองน้ำที่ไม่มีออกซิเจนอิสระ สภาพแวดล้อมแบบรีดิวซ์จะเกิดขึ้น กระบวนการรีดอกซ์ที่เกี่ยวข้องกับออกซิเจนเป็นตัวกำหนดความเข้มข้นขององค์ประกอบหลายชนิดและการก่อตัวของแร่ธาตุ เช่น ถ่านหิน น้ำมัน ซัลเฟอร์ แร่เหล็ก ทองแดง ฯลฯ การเปลี่ยนแปลงของวัฏจักรออกซิเจนยังเกิดจากกิจกรรมทางเศรษฐกิจของมนุษย์ด้วย ในประเทศอุตสาหกรรมบางประเทศ การเผาไหม้เชื้อเพลิงต้องใช้ออกซิเจนมากกว่าที่พืชผลิตได้ในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง โดยรวมแล้ว โลกมีการใช้ออกซิเจนประมาณ 9·109 ตันต่อปีเพื่อการเผาไหม้เชื้อเพลิง

ไอโซโทป อะตอม และโมเลกุลของออกซิเจน ออกซิเจนมีไอโซโทปเสถียรสามไอโซโทป: 16O, 17O และ 18O ซึ่งมีปริมาณเฉลี่ยอยู่ที่ 99.759%, 0.037% และ 0.204% ของจำนวนอะตอมออกซิเจนทั้งหมดบนโลกตามลำดับ ความเด่นที่ชัดเจนของน้ำหนักเบาที่สุดคือ 16O ในส่วนผสมของไอโซโทปนั้นเกิดจากการที่นิวเคลียสของอะตอม 16O ประกอบด้วยโปรตอน 8 ตัวและนิวตรอน 8 ตัว และนิวเคลียสดังกล่าว ดังต่อไปนี้ จากทฤษฎี นิวเคลียสของอะตอมมีความทนทานเป็นพิเศษ

ตามตำแหน่งของออกซิเจนในตารางธาตุของเมนเดเลเยฟ อิเล็กตรอนของอะตอมออกซิเจนจะอยู่ในสองเปลือก: 2 อันอยู่ด้านในและ 6 อันอยู่ด้านนอก (การกำหนดค่า 1s22s22p4) เนื่องจากเปลือกนอกของอะตอมออกซิเจนไม่ได้ถูกบรรจุ และศักย์ไฟฟ้าไอออไนเซชันและความสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนเท่ากับ 13.61 และ 1.46 eV ตามลำดับ อะตอมออกซิเจนในสารประกอบเคมีมักจะได้รับอิเล็กตรอนและมีประจุที่มีประสิทธิผลเป็นลบ ในทางตรงกันข้าม สารประกอบที่อิเล็กตรอนแยกออก (ดึงออกอย่างแม่นยำยิ่งขึ้น) ออกจากอะตอมออกซิเจนนั้นมีน้อยมาก (เช่น F2O, F2O3) ก่อนหน้านี้ อะตอมของออกซิเจนในออกไซด์และสารประกอบอื่นๆ ส่วนใหญ่จะมีประจุลบ (-2) ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของออกซิเจนในตารางธาตุเพียงอย่างเดียว อย่างไรก็ตาม ตามข้อมูลการทดลองแสดงให้เห็นว่า O2 - ไอออนไม่มีอยู่ในสถานะอิสระหรือในสารประกอบ และประจุที่มีประสิทธิผลเชิงลบของอะตอมออกซิเจนแทบจะไม่มีเอกภาพเกินเลยอย่างมีนัยสำคัญ

ภายใต้สภาวะปกติ โมเลกุลของออกซิเจนจะเป็นไดอะตอมมิก (O2); ในการปล่อยกระแสไฟฟ้าอย่างเงียบ ๆ ก็จะเกิดโมเลกุลไตรอะตอม O3 - โอโซนด้วย ที่ความดันสูง โมเลกุล O4 จะพบได้ในปริมาณน้อย โครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ของ O2 เป็นที่สนใจทางทฤษฎีอย่างมาก ในสถานะพื้น โมเลกุล O2 มีอิเล็กตรอนสองตัวที่ไม่มีการจับคู่ สูตรโครงสร้างคลาสสิก "ปกติ" O=O ที่มีพันธะสองอิเล็กตรอนสองตัวไม่สามารถใช้ได้กับสูตรนี้ คำอธิบายที่ครอบคลุมเกี่ยวกับข้อเท็จจริงนี้ให้ไว้ภายในกรอบของทฤษฎี วงโคจรของโมเลกุล- พลังงานไอออไนเซชันของโมเลกุลออกซิเจน (O2 - e > O2+) คือ 12.2 eV และสัมพรรคภาพอิเล็กตรอน (O2 + e > O2-) คือ 0.94 eV การแยกตัวของโมเลกุลออกซิเจนออกเป็นอะตอมที่อุณหภูมิปกตินั้นน้อยมาก โดยจะสังเกตเห็นได้ชัดเจนที่อุณหภูมิ 1500°C เท่านั้น ที่อุณหภูมิ 5,000°C โมเลกุลออกซิเจนจะแยกตัวออกเป็นอะตอมเกือบทั้งหมด

คุณสมบัติทางกายภาพของออกซิเจน ออกซิเจนเป็นก๊าซไม่มีสีที่ควบแน่นที่อุณหภูมิ -182.9°C และความดันปกติให้เป็นของเหลวสีน้ำเงินอ่อน ซึ่งแข็งตัวที่อุณหภูมิ -218.7°C ก่อตัวเป็นของเหลว คริสตัลสีฟ้า- ความหนาแน่นของก๊าซออกซิเจน (ที่ 0°C และความดันปกติ) คือ 1.42897 กรัม/ลิตร อุณหภูมิวิกฤติของออกซิเจนค่อนข้างต่ำ (Tcrit = -118.84°C) ซึ่งก็คือต่ำกว่าอุณหภูมิของ Cl2, CO2, SO2 และก๊าซอื่นๆ บางชนิด Tcrit = 4.97 Mn/m2 (49.71 at) ค่าการนำความร้อน (ที่ 0°C) 23.86·10-3 W/(m·K) ความจุความร้อนของกราม(ที่ 0°C) ใน J/(mol K) Сp = 28.9, Сv = 20.5, Сp/Сv = 1.403 ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของก๊าซออกซิเจนคือ 1.000547 (0°C) ของเหลว 1.491 ความหนืด 189 ppm (0°C) ออกซิเจนละลายได้ในน้ำเล็กน้อย: ที่ 20°C และ 1 atm น้ำ 0.031 ลบ.ม. จะละลายใน 1 m 3 และที่ 0°C - 0.049 m 3 ของออกซิเจน ตัวดูดซับออกซิเจนแข็งที่ดีคือแพลตตินัมสีดำและถ่านกัมมันต์

คุณสมบัติทางเคมีของออกซิเจน แบบฟอร์มออกซิเจน สารประกอบเคมีมีธาตุทุกชนิด ยกเว้นก๊าซเฉื่อยเบา เนื่องจากเป็นโลหะที่ไม่ใช่โลหะที่มีฤทธิ์มากที่สุด (หลังจากฟลูออรีน) ออกซิเจนจึงมีปฏิกิริยาโดยตรงกับองค์ประกอบส่วนใหญ่ ข้อยกเว้นนั้นหนักมาก ก๊าซเฉื่อย, ฮาโลเจน, ทองคำและแพลตตินัม; การเชื่อมต่อกับออกซิเจนได้มาทางอ้อม ปฏิกิริยาเกือบทั้งหมดของออกซิเจนกับสารอื่น ๆ - ปฏิกิริยาออกซิเดชั่น - เป็นแบบคายความร้อนนั่นคือจะมาพร้อมกับการปล่อยพลังงาน ออกซิเจนทำปฏิกิริยาช้ามากกับไฮโดรเจนที่อุณหภูมิปกติ ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นเมื่อระเบิด 2H2 + O2 = 2H2O

ออกซิเจนทำปฏิกิริยาช้ามากกับซัลเฟอร์ คาร์บอน ไนโตรเจน และฟอสฟอรัสภายใต้สภาวะปกติ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้น และเมื่ออุณหภูมิติดไฟที่แน่นอนของแต่ละองค์ประกอบ การเผาไหม้ก็จะเริ่มขึ้น ปฏิกิริยาของไนโตรเจนกับออกซิเจน เนื่องจากความแข็งแรงพิเศษของโมเลกุล N2 จึงเป็นปฏิกิริยาดูดความร้อนและสังเกตเห็นได้ชัดเจนเมื่อมีอุณหภูมิสูงกว่า 1200°C เท่านั้น หรือในการปล่อยประจุไฟฟ้า: N2 + O2 = 2NO ออกซิเจนจะออกซิไดซ์โลหะเกือบทั้งหมดอย่างแข็งขัน โดยเฉพาะโลหะอัลคาไลและโลหะอัลคาไลน์เอิร์ท กิจกรรมปฏิสัมพันธ์ระหว่างโลหะกับออกซิเจนขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย - สถานะของพื้นผิวโลหะ ระดับของการเจียร และการมีอยู่ของสิ่งสกปรก

ในกระบวนการปฏิสัมพันธ์ระหว่างสารกับออกซิเจน บทบาทของน้ำมีความสำคัญอย่างยิ่ง ยกตัวอย่างเรื่องนี้ด้วย โลหะที่ใช้งานอยู่เช่นเดียวกับโพแทสเซียม ไม่ทำปฏิกิริยากับออกซิเจนโดยปราศจากความชื้น แต่จะจุดประกายในออกซิเจนที่อุณหภูมิปกติเมื่อมีไอน้ำในปริมาณเล็กน้อย มีการประมาณกันว่าโลหะที่ผลิตได้มากถึง 10% สูญเสียไปทุกปีอันเป็นผลมาจากการกัดกร่อน

ออกไซด์ของโลหะบางชนิดเมื่อเติมออกซิเจนจะเกิดสารประกอบเปอร์ออกไซด์ที่มีอะตอมออกซิเจนตั้งแต่ 2 อะตอมขึ้นไปเชื่อมต่อกัน ดังนั้น เปอร์ออกไซด์ Na2O2 และ BaO2 จึงรวมถึงเปอร์ออกไซด์ไอออน O22- ซูเปอร์ออกไซด์ NaO2 และСО2 - O2- ไอออน และโอโซนไนด์ NaO3, СО3, RbO3 และ CsO3 - ออกซิเจนทำปฏิกิริยากับไอออนจำนวนมาก สารที่ซับซ้อน- ดังนั้นแอมโมเนียจะเผาไหม้ในออกซิเจนหากไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยา ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นตามสมการ: 4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O การออกซิเดชันของแอมโมเนียกับออกซิเจนเมื่อมีตัวเร่งปฏิกิริยาจะทำให้เกิด NO (กระบวนการนี้ใช้ในการผลิตกรดไนตริก) สิ่งที่สำคัญที่สุดคือการเผาไหม้ของไฮโดรคาร์บอน (ก๊าซธรรมชาติ น้ำมันเบนซิน น้ำมันก๊าด) ซึ่งเป็นแหล่งความร้อนที่สำคัญที่สุดในชีวิตประจำวันและอุตสาหกรรม เช่น CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O ปฏิกิริยาระหว่างไฮโดรคาร์บอนกับออกซิเจนเป็นรากฐานของกระบวนการผลิตที่สำคัญหลายอย่าง เช่น สิ่งที่เรียกว่าการแปลงมีเทนเพื่อผลิตไฮโดรเจน: 2CH4 + O2 + 2H2O = 2CO2 + 6H2 มากมาย สารประกอบอินทรีย์(ไฮโดรคาร์บอนที่มีพันธะคู่หรือสาม อัลดีไฮด์ ฟีนอล รวมถึงน้ำมันสน น้ำมันสำหรับทำให้แห้ง และอื่นๆ) เติมออกซิเจนอย่างแรง การออกซิเดชันของสารอาหารในเซลล์ด้วยออกซิเจนทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานสำหรับสิ่งมีชีวิต

การได้รับออกซิเจน มี 3 วิธีหลักในการรับออกซิเจน: ทางเคมี อิเล็กโทรไลซิส (อิเล็กโทรไลซิสของน้ำ) และทางกายภาพ (การแยกอากาศ)

วิธีการทางเคมีถูกประดิษฐ์ขึ้นเร็วกว่าวิธีอื่น ตัวอย่างเช่นสามารถรับออกซิเจนได้จากเกลือ Berthollet KClO3 ซึ่งสลายตัวเมื่อถูกความร้อนปล่อย O2 ในปริมาณ 0.27 m 3 ต่อเกลือ 1 กิโลกรัม แบเรียมออกไซด์ BaO เมื่อถูกความร้อนถึง 540°C จะดูดซับออกซิเจนจากอากาศก่อน เกิดเป็น BaO2 เปอร์ออกไซด์ และต่อมาเมื่อได้รับความร้อนถึง 870°C BaO2 จะสลายตัว และปล่อยออกซิเจนบริสุทธิ์ออกมา นอกจากนี้ยังสามารถหาได้จาก KMnO4, Ca2PbO4, K2Cr2O7 และสารอื่นๆ โดยการให้ความร้อนและเติมตัวเร่งปฏิกิริยา วิธีทางเคมีในการผลิตออกซิเจนให้ผลผลิตต่ำและมีราคาแพง ไม่มีความสำคัญทางอุตสาหกรรม และใช้เฉพาะในห้องปฏิบัติการเท่านั้น

วิธีการอิเล็กโทรไลซิสประกอบด้วยการส่งผ่านค่าคงที่ กระแสไฟฟ้าผ่านทางน้ำซึ่งมีการเติมสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ NaOH เพื่อเพิ่มการนำไฟฟ้า ในกรณีนี้ น้ำจะสลายตัวเป็นออกซิเจนและไฮโดรเจน ออกซิเจนสะสมใกล้ขั้วบวกของอิเล็กโทรไลเซอร์ และไฮโดรเจนสะสมใกล้ขั้วลบ ด้วยวิธีนี้ ออกซิเจนจึงถูกผลิตเป็นผลพลอยได้ในการผลิตไฮโดรเจน เพื่อให้ได้ไฮโดรเจน 2 m3 และออกซิเจน 1 m3 จะใช้ไฟฟ้า 12-15 kWh

การแยกอากาศเป็นวิธีการหลักในการรับออกซิเจนในเทคโนโลยีสมัยใหม่ การแยกอากาศในสถานะก๊าซปกติเป็นเรื่องยากมาก ดังนั้นอากาศจึงถูกทำให้เป็นของเหลวก่อน จากนั้นจึงแยกออกเป็นส่วนประกอบต่างๆ วิธีการรับออกซิเจนนี้เรียกว่าการแยกอากาศโดยใช้วิธีการทำความเย็นแบบลึก ขั้นแรกอากาศถูกอัดด้วยคอมเพรสเซอร์จากนั้นหลังจากผ่านตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแล้วอากาศจะขยายตัวในเครื่องขยายหรือวาล์วปีกผีเสื้อซึ่งส่งผลให้เย็นลงที่อุณหภูมิ 93 K (-180 ° C) และหมุน เข้าไปในอากาศของเหลว การแยกอากาศของเหลวเพิ่มเติม ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยไนโตรเจนเหลวและออกซิเจนเหลว ขึ้นอยู่กับความแตกต่างในจุดเดือดของส่วนประกอบ [bp O2 90.18 K (-182.9°C), bp N2 77.36 K (-195.8° C)] ด้วยการระเหยของอากาศของเหลวอย่างค่อยเป็นค่อยไป ไนโตรเจนหลักจะถูกระเหยก่อน และของเหลวที่เหลือจะมีออกซิเจนเพิ่มมากขึ้น ด้วยการทำซ้ำกระบวนการที่คล้ายกันหลายครั้งบนถาดกลั่นของคอลัมน์แยกอากาศ จะได้ออกซิเจนเหลวที่มีความบริสุทธิ์ (ความเข้มข้น) ที่ต้องการ สหภาพโซเวียตผลิตขนาดเล็ก (หลายลิตร) และเป็นโรงแยกอากาศออกซิเจนที่ใหญ่ที่สุดในโลก (ออกซิเจน 35,000 ลบ.ม. / ชม.) สถานที่ปฏิบัติงานนอกชายฝั่งเหล่านี้ผลิตออกซิเจนทางเทคโนโลยีที่มีความเข้มข้น 95-98.5% ออกซิเจนทางเทคนิคที่มีความเข้มข้น 99.2-99.9% และออกซิเจนทางการแพทย์ที่บริสุทธิ์กว่า โดยผลิตผลิตภัณฑ์ในรูปแบบของเหลวและก๊าซ การบริโภค พลังงานไฟฟ้าช่วงตั้งแต่ 0.41 ถึง 1.6 kWh/m3

ออกซิเจนสามารถรับได้โดยการแยกอากาศโดยใช้วิธีการซึมผ่านแบบเลือกสรร (การแพร่กระจาย) ผ่านพาร์ติชันเมมเบรน อากาศภายใต้แรงดันสูงจะถูกส่งผ่านพาร์ติชันฟลูออโรเรซิ่น แก้ว หรือพลาสติก ซึ่งมีโครงตาข่ายที่สามารถส่งผ่านโมเลกุลของส่วนประกอบบางส่วนและยึดส่วนอื่นไว้ได้

ก๊าซออกซิเจนจะถูกจัดเก็บและขนส่งในถังเหล็กและตัวรับที่ความดัน 15 และ 42 Mn/m2 (150 และ 420 บาร์ ตามลำดับ หรือ 150 และ 420 atm) ออกซิเจนเหลวในภาชนะโลหะ Dewar หรือในถังถังแบบพิเศษ ท่อพิเศษยังใช้เพื่อขนส่งออกซิเจนเหลวและก๊าซ ถังออกซิเจนทาสีน้ำเงินและมีคำว่า "ออกซิเจน" เขียนด้วยสีดำ

การใช้ออกซิเจน ออกซิเจนทางเทคนิคใช้ในกระบวนการแปรรูปโลหะด้วยเปลวไฟแก๊ส การเชื่อม การตัดด้วยออกซิเจน การชุบแข็งพื้นผิว การทำให้เป็นโลหะและอื่น ๆ เช่นเดียวกับในการบิน บนเรือดำน้ำ ฯลฯ เทคโนโลยีออกซิเจนถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมเคมีเพื่อการผลิตเชื้อเพลิงเหลวเทียม น้ำมันหล่อลื่น กรดไนตริกและซัลฟิวริก เมทานอล ปุ๋ยแอมโมเนียและแอมโมเนีย เปอร์ออกไซด์ของโลหะ และผลิตภัณฑ์เคมีอื่นๆ ออกซิเจนเหลวใช้ในการระเบิด ในเครื่องยนต์ไอพ่น และในห้องปฏิบัติการเป็นสารหล่อเย็น

ออกซิเจนบริสุทธิ์ที่บรรจุอยู่ในกระบอกสูบใช้สำหรับการหายใจในที่สูง ระหว่างการบินในอวกาศ ระหว่างการดำน้ำลึก ฯลฯ ในทางการแพทย์ ออกซิเจนจะถูกให้สำหรับการสูดดมผู้ป่วยที่ป่วยหนัก ใช้สำหรับการเตรียมออกซิเจน น้ำ และอากาศ (ในเต็นท์ออกซิเจน ) การอาบน้ำ สำหรับการบริหารกล้ามเนื้อ ฯลฯ

ออกซิเจนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในโลหะวิทยาเพื่อเพิ่มความเข้มข้นของกระบวนการไพโรโลหะวิทยาจำนวนหนึ่ง การแทนที่อากาศที่เข้าสู่หน่วยโลหะวิทยาด้วยออกซิเจนทั้งหมดหรือบางส่วนจะเปลี่ยนคุณสมบัติทางเคมีของกระบวนการ พารามิเตอร์ทางความร้อน และตัวชี้วัดทางเทคนิคและเศรษฐกิจ การระเบิดของออกซิเจนทำให้สามารถลดการสูญเสียความร้อนจากก๊าซไอเสียได้ ซึ่งส่วนสำคัญคือไนโตรเจนระหว่างการระเบิดของอากาศ โดยไม่ได้มีส่วนสำคัญแต่อย่างใด กระบวนการทางเคมีไนโตรเจนทำให้ปฏิกิริยาช้าลง โดยลดความเข้มข้นของรีเอเจนต์ที่ใช้งานอยู่ในสภาพแวดล้อมรีดอกซ์ เมื่อเป่าด้วยออกซิเจนปริมาณการใช้เชื้อเพลิงจะลดลงคุณภาพของโลหะดีขึ้นในหน่วยโลหะวิทยาสามารถรับผลิตภัณฑ์ประเภทใหม่ได้ (เช่นตะกรันและก๊าซที่มีองค์ประกอบที่ผิดปกติสำหรับกระบวนการที่กำหนดซึ่งพบเทคนิคพิเศษ ใบสมัคร) เป็นต้น

การทดลองครั้งแรกในการใช้ระเบิดที่อุดมด้วยออกซิเจนในการผลิตเตาถลุงเหล็กสำหรับการถลุงเหล็กหมูและเฟอร์โรแมงกานีสได้ดำเนินการพร้อมกันในสหภาพโซเวียตและเยอรมนีในปี พ.ศ. 2475-2576 เนื้อหาที่เพิ่มขึ้นออกซิเจนในการระเบิดของเตาถลุงเหล็กจะมาพร้อมกับการลดลงอย่างมากในการบริโภคอย่างหลัง ในขณะที่ปริมาณของคาร์บอนมอนอกไซด์ในก๊าซของเตาถลุงเหล็กเพิ่มขึ้นและความร้อนจากการเผาไหม้ก็เพิ่มขึ้น การเพิ่มประสิทธิภาพของการระเบิดด้วยออกซิเจนทำให้สามารถเพิ่มผลผลิตของเตาถลุงเหล็กได้ และเมื่อใช้ร่วมกับเชื้อเพลิงก๊าซและของเหลวที่จ่ายให้กับเตา จะช่วยลดการใช้โค้กได้ ในกรณีนี้ ทุกเปอร์เซ็นต์ของออกซิเจนที่เพิ่มขึ้นในการระเบิด ผลผลิตจะเพิ่มขึ้นประมาณ 2.5% และปริมาณการใช้โค้กลดลง 1%

ออกซิเจนในการผลิตเตาแบบเปิดในสหภาพโซเวียตถูกนำมาใช้ครั้งแรกเพื่อเพิ่มความเข้มข้นของการเผาไหม้เชื้อเพลิง (ในระดับอุตสาหกรรม ออกซิเจนถูกนำมาใช้ครั้งแรกเพื่อจุดประสงค์นี้ที่โรงงาน Serp และ Molot และ Krasnoe Sormovo ในปี 1932-33) ในปี 1933 พวกเขาเริ่มฉีดออกซิเจนลงในอ่างของเหลวโดยตรงเพื่อออกซิไดซ์สิ่งสกปรกในระหว่างช่วงสุดท้าย ด้วยการเพิ่มความเข้มของการเป่าหลอม 1 m 3 /t ต่อ 1 ชั่วโมง ประสิทธิภาพของเตาเผาจะเพิ่มขึ้น 5-10% การใช้เชื้อเพลิงลดลง 4-5% อย่างไรก็ตาม เมื่อเป่า การสูญเสียโลหะจะเพิ่มขึ้น เมื่อใช้ออกซิเจนสูงถึง 10 m 3 /t ต่อ 1 ชั่วโมง ผลผลิตเหล็กจะลดลงเล็กน้อย (มากถึง 1%) ออกซิเจนเริ่มแพร่หลายมากขึ้นในการผลิตแบบเปิดเตา ดังนั้น หากในปี 1965 เหล็ก 52.1% ถูกถลุงโดยใช้ออกซิเจนในเตาเผาแบบเปิด ดังนั้นในปี 1970 เหล็กก็จะอยู่ที่ 71% แล้ว

การทดลองเกี่ยวกับการใช้ออกซิเจนในเตาไฟฟ้าในสหภาพโซเวียตเริ่มขึ้นในปี พ.ศ. 2489 ที่โรงงาน Elektrostal การนำออกซิเจนระเบิดมาใช้ทำให้สามารถเพิ่มผลผลิตของเตาเผาได้ 25-30% ลดการใช้พลังงานจำเพาะลง 20-30% ปรับปรุงคุณภาพของเหล็ก และลดการใช้อิเล็กโทรดและสารเติมแต่งโลหะผสมบางชนิดที่หายาก การจ่ายออกซิเจนไปยังเตาไฟฟ้าได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการผลิตเหล็กสเตนเลสที่มีปริมาณคาร์บอนต่ำ ซึ่งการถลุงทำได้ยากมากเนื่องจากผลของการเติมคาร์บอนของอิเล็กโทรด ส่วนแบ่งของเหล็กไฟฟ้าที่ผลิตในสหภาพโซเวียตโดยใช้ออกซิเจนเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง และในปี 1970 คิดเป็น 74.6% ของการผลิตเหล็กทั้งหมด

ในการหลอมแบบโดม การระเบิดที่เสริมออกซิเจนจะใช้เป็นหลักในการให้ความร้อนยวดยิ่งสูงของเหล็กหล่อ ซึ่งจำเป็นในการผลิตคุณภาพสูง โดยเฉพาะโลหะผสมสูง การหล่อ (ซิลิคอน โครเมียม ฯลฯ) ขึ้นอยู่กับระดับของการเสริมออกซิเจนของการระเบิดของโดม การใช้เชื้อเพลิงจะลดลง 30-50% ปริมาณกำมะถันในโลหะจะลดลง 30-40% ผลผลิตของโดมเพิ่มขึ้น 80-100% และอุณหภูมิ ของเหล็กหล่อที่ผลิตจากเหล็กหล่อจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก (สูงถึง 1,500°C)

ออกซิเจนแพร่หลายในโลหะวิทยาที่ไม่ใช่เหล็กค่อนข้างช้ากว่าโลหะวิทยาที่เป็นเหล็ก การระเบิดที่อุดมด้วยออกซิเจนใช้ในการแปลงแมตต์ ในกระบวนการกลั่นตะกรัน การทำวาเอลต์ซิง การรวมตัว และการถลุงทองแดงเข้มข้นแบบสะท้อนแสง ในการผลิตตะกั่ว ทองแดง และนิกเกิล การระเบิดของออกซิเจนทำให้กระบวนการถลุงแร่เข้มข้นขึ้น ลดการใช้โค้กลง 10-20% เพิ่มการเจาะทะลุ 15-20% และลดปริมาณฟลักซ์ในบางกรณีลง 2-3 เท่า การเพิ่มประสิทธิภาพของการระเบิดด้วยอากาศด้วยออกซิเจนสูงถึง 30% ในระหว่างการคั่วซิงค์ซัลไฟด์เข้มข้นช่วยเพิ่มผลผลิตของกระบวนการได้ 70% และลดปริมาณก๊าซเสียลง 30%

คุณสมบัติของไอโซโทปขององค์ประกอบออกซิเจน

โครงสร้างของเปลือกนอก: 1 ส 2 2ส 2 2р 4ซึ่งแสดงให้เห็นว่าออกซิเจนจะเติมอิเล็กตรอน 2 ตัวเข้าไปในตัวมันเองก่อนจะเต็มระดับภายนอกได้ง่ายกว่าที่จะปล่อยออกไป ดังนั้นออกซิเจนจึงเป็นตัวออกซิไดซ์

ไอโซโทปของออกซิเจน

มี 3 รูปแบบที่มั่นคง ออกซิเจน: 16 โอ้ 17 โอ้และ 18 โอ้มีเนื้อหาเฉลี่ยอยู่ที่ 99.759%, 0.037% และ 0.204% ของจำนวนอะตอมทั้งหมดตามลำดับ

ที่พบบ่อยที่สุด 16 เกี่ยวกับเนื่องจากมันเบาที่สุด (ประกอบด้วยโปรตอน 8 ตัวและอิเล็กตรอน 8 ตัว) ซึ่งทำให้มีเสถียรภาพมาก.

คุณสมบัติทางกายภาพของออกซิเจน

วิธีการรับออกซิเจน

สามารถรับได้ 4 วิธี ออกซิเจน:

1. การแยกน้ำด้วยไฟฟ้า

2. วิธีการทางอุตสาหกรรม: การกลั่นส่วนผสมอากาศ (ออกซิเจนซึ่งเป็นองค์ประกอบที่หนักกว่าจะยังคงอยู่ในส่วนผสมและไนโตรเจนระเหย)

3. วิธีห้องปฏิบัติการสำหรับการสลายตัวของออกไซด์, เปอร์ออกไซด์, เกลือ:

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

2BaO 2 = 2BaO + O 2,

2KNO 3 = 2KNO 2 + O 2

4. จากเปอร์ออกไซด์ (ใช้ในอวกาศเพื่อการฟื้นฟู O2จากคาร์บอนไดออกไซด์):

2 K2O2+2คาร์บอนไดออกไซด์ = 2K2คาร์บอนไดออกไซด์O2.

คุณสมบัติทางเคมีของออกซิเจน

ทำปฏิกิริยากับโลหะที่อุณหภูมิห้องอยู่แล้ว:

2ซีa + O 2 = 2CaO,

2มก. +O 2 = 2MgO,

ด้วยอโลหะ (เมื่อถูกความร้อน):

S + O 2 = SO 2 (ท=250°ซ),

C + O 2 = CO 2 (T=700°C)

O2ทำปฏิกิริยากับสารประกอบเชิงซ้อน:

2NO + O 2 = 2NO 2

2H 2 S + O 2 = 2S + 2H 2 O,

การค้นหาออกซิเจนในธรรมชาติ

ออกซิเจน- องค์ประกอบทางเคมีที่พบมากที่สุด ออกซิเจนที่เกาะติดกันนั้นคิดเป็นประมาณ 6/7 ของมวลของเปลือกน้ำของโลก ได้แก่ ไฮโดรสเฟียร์ (85.82% โดยมวล) เกือบครึ่งหนึ่งของเปลือกโลก (47% โดยมวล) และเฉพาะในชั้นบรรยากาศที่ออกซิเจนอยู่ในอิสระ รัฐอยู่อันดับที่สอง (23 .15% โดยน้ำหนัก) รองจากไนโตรเจน

ออกซิเจนก่อให้เกิดแร่ธาตุจำนวนมาก: ซิลิเกต, ควอตซ์, เหล็กออกไซด์, คาร์บอเนต, ซัลเฟต, ไนเตรต มันเป็นส่วนหนึ่งของเซลล์ของสิ่งมีชีวิต มีส่วนร่วมในกระบวนการหายใจ การแพร่กระจาย การไหลเวียนของเลือด ปฏิกิริยาออกซิเดชันและการลดลง

ออกซิเจนเป็นองค์ประกอบหลักของการสังเคราะห์ด้วยแสง

ออกซิเจนอยู่ในช่วงที่สองของกลุ่มหลักที่หกของตารางธาตุเวอร์ชันสั้นที่ล้าสมัย ตามมาตรฐานการนับใหม่นี่คือกลุ่มที่ 16 การตัดสินใจที่สอดคล้องกันเกิดขึ้นโดย IUPAC ในปี 1988 สูตรของออกซิเจนที่เป็นสารเชิงเดี่ยวคือ O 2 พิจารณาคุณสมบัติหลักบทบาทในธรรมชาติและเศรษฐกิจ เริ่มจากลักษณะของทั้งกลุ่มที่นำโดยออกซิเจนกันก่อน ธาตุนี้แตกต่างจากแชลโคเจนที่เกี่ยวข้อง ส่วนน้ำก็แตกต่างจากไฮโดรเจนซีลีเนียมและเทลลูเรียม ชี้แจงให้ทุกท่านทราบ คุณสมบัติที่โดดเด่นสามารถพบได้โดยการเรียนรู้เกี่ยวกับโครงสร้างและคุณสมบัติของอะตอมเท่านั้น

Chalcogens - องค์ประกอบที่เกี่ยวข้องกับออกซิเจน

อะตอมที่มีคุณสมบัติคล้ายกันจะรวมตัวกันเป็นกลุ่มหนึ่งในตารางธาตุ ออกซิเจนเป็นหัวหน้าตระกูลชาลโคเจน แต่มีคุณสมบัติหลายประการที่แตกต่างกัน

มวลอะตอมของออกซิเจนซึ่งเป็นบรรพบุรุษของกลุ่มคือ 16 a e.m. ชาลโคเจน เมื่อสร้างสารประกอบด้วยไฮโดรเจนและโลหะ จะมีสถานะออกซิเดชันตามปกติ: -2 ตัวอย่างเช่น ในองค์ประกอบของน้ำ (H 2 O) เลขออกซิเดชันของออกซิเจนคือ -2

องค์ประกอบของสารประกอบไฮโดรเจนทั่วไปของชาลโคเจนสอดคล้องกับสูตรทั่วไป: H 2 R เมื่อสารเหล่านี้ละลายจะเกิดกรดขึ้น เท่านั้น การเชื่อมต่อไฮโดรเจนออกซิเจน-น้ำ-มี คุณสมบัติพิเศษ- จากการค้นพบของนักวิทยาศาสตร์พบว่าสารที่ผิดปกตินี้มีอยู่มาก กรดอ่อนและฐานที่อ่อนแอมาก

ซัลเฟอร์ ซีลีเนียม และเทลลูเรียมมีสถานะออกซิเดชันเชิงบวกโดยทั่วไป (+4, +6) เมื่อรวมกับออกซิเจนและอโลหะที่มีอิเลกโตรเนกาติตีสูง (EO) อื่นๆ สะท้อนองค์ประกอบของแชลโคเจนออกไซด์ สูตรทั่วไป: โร 2, โร 3 กรดที่เกี่ยวข้องมีองค์ประกอบ: H 2 RO 3, H 2 RO 4

องค์ประกอบเหล่านี้สอดคล้องกับสารธรรมดา: ออกซิเจน ซัลเฟอร์ ซีลีเนียม เทลลูเรียม และพอโลเนียม ตัวแทนสามคนแรกแสดงคุณสมบัติที่ไม่ใช่โลหะ สูตรออกซิเจนคือ O 2 การดัดแปลง allotropic ขององค์ประกอบเดียวกันคือโอโซน (O 3) การดัดแปลงทั้งสองแบบเป็นแก๊ส ซัลเฟอร์และซีลีเนียมเป็นของแข็งที่ไม่ใช่โลหะ เทลลูเรียมเป็นสารประเภทโลหะที่เป็นตัวนำกระแสไฟฟ้า ส่วนพอโลเนียมเป็นโลหะ

ออกซิเจนเป็นองค์ประกอบที่พบบ่อยที่สุด

เรารู้อยู่แล้วว่ามีองค์ประกอบทางเคมีเดียวกันนี้อยู่อีกรูปแบบหนึ่งในรูปแบบของสารธรรมดา นี่คือโอโซน ซึ่งเป็นก๊าซที่ก่อตัวเป็นชั้นที่ระดับความสูงประมาณ 30 กิโลเมตรจากพื้นผิวโลก หรือมักเรียกว่าฉากกั้นโอโซน ออกซิเจนที่จับตัวกันจะรวมอยู่ในโมเลกุลของน้ำ ซึ่งประกอบด้วยหินและแร่ธาตุหลายชนิด และสารประกอบอินทรีย์

โครงสร้างของอะตอมออกซิเจน

ตารางธาตุของ Mendeleev มีข้อมูลที่ครบถ้วนเกี่ยวกับออกซิเจน:

1. หมายเลขซีเรียลขององค์ประกอบคือ 8
2. ค่าใช้จ่ายหลัก - +8
3. จำนวนอิเล็กตรอนทั้งหมดคือ 8
4. สูตรอิเล็กทรอนิกส์ของออกซิเจนคือ 1s 2 2s 2 2p 4

ในธรรมชาติ มีไอโซโทปเสถียรสามไอโซโทปที่มีเลขลำดับเดียวกันในตารางธาตุ มีองค์ประกอบโปรตอนและอิเล็กตรอนเหมือนกัน แต่ หมายเลขที่แตกต่างกันนิวตรอน ไอโซโทปถูกกำหนดด้วยสัญลักษณ์เดียวกัน - O สำหรับการเปรียบเทียบ นี่คือแผนภาพแสดงองค์ประกอบของออกซิเจนสามไอโซโทป:

คุณสมบัติของออกซิเจน-องค์ประกอบทางเคมี

ที่ระดับย่อย 2p ของอะตอมจะมีอิเล็กตรอนสองตัวที่ไม่จับคู่กัน ซึ่งอธิบายลักษณะของสถานะออกซิเดชัน -2 และ +2 ไม่สามารถแยกอิเล็กตรอนคู่ที่จับคู่กันออกได้เพื่อให้สถานะออกซิเดชันเพิ่มขึ้นเป็น +4 เช่นเดียวกับในซัลเฟอร์และแชลโคเจนอื่นๆ เหตุผลก็คือไม่มีระดับย่อยฟรี ดังนั้นในสารประกอบ ออกซิเจนองค์ประกอบทางเคมีจึงไม่แสดงวาเลนซีและสถานะออกซิเดชันเท่ากับหมายเลขกลุ่มในตารางธาตุแบบสั้น (6) เลขออกซิเดชันปกติของมันคือ -2

เฉพาะในสารประกอบที่มีฟลูออรีนเท่านั้นที่ออกซิเจนจะแสดงสถานะออกซิเดชันเชิงบวกอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อนที่ +2 ค่า EO ของอโลหะที่แข็งแกร่งสองตัวแตกต่างกัน: EO (O) = 3.5; EO (F) = 4 เนื่องจากฟลูออรีนเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่มีอิเลคโตรเนกาติตีมากกว่า ฟลูออรีนจึงยึดอิเล็กตรอนไว้อย่างแรงยิ่งขึ้น และดึงดูดอนุภาคเวเลนซ์ไปยังอะตอมออกซิเจน ดังนั้นในการทำปฏิกิริยากับฟลูออรีน ออกซิเจนจึงเป็นตัวรีดิวซ์และให้อิเล็กตรอน

ออกซิเจนเป็นสารง่ายๆ

ในระหว่างการทดลองในปี พ.ศ. 2317 นักวิจัยชาวอังกฤษ D. Priestley ได้แยกก๊าซระหว่างการสลายตัวของปรอทออกไซด์ เมื่อสองปีก่อน K. Scheele ได้รับสารชนิดเดียวกันนี้ในรูปแบบบริสุทธิ์ เพียงไม่กี่ปีต่อมา A. Lavoisier นักเคมีชาวฝรั่งเศสได้ค้นพบว่าก๊าซชนิดใดที่เป็นส่วนหนึ่งของอากาศและศึกษาคุณสมบัติของก๊าซนั้น สูตรเคมีออกซิเจน - O 2 ให้เราสะท้อนองค์ประกอบของสารที่อิเล็กตรอนเกี่ยวข้องกับการก่อตัวของไม่มีขั้ว พันธะโควาเลนต์— โอ::โอ้ ลองแทนที่คู่อิเล็กตรอนพันธะแต่ละคู่ด้วยเส้นหนึ่งเส้น: O=O สูตรออกซิเจนนี้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าอะตอมในโมเลกุลมีพันธะระหว่างอิเล็กตรอนสองคู่ที่ใช้ร่วมกัน

มาคำนวณมวลโมเลกุลสัมพัทธ์ของออกซิเจนกันดีกว่า: Mr(O 2) = Ar(O) x 2 = 16 x 2 = 32 สำหรับการเปรียบเทียบ: Mr(อากาศ) = 29 สูตรทางเคมีของออกซิเจนแตกต่างออกไป จากออกซิเจนหนึ่งอะตอม ซึ่งหมายความว่า Mr(O 3) = Ar(O) x 3 = 48 โอโซนหนักกว่าออกซิเจน 1.5 เท่า

คุณสมบัติทางกายภาพ

ออกซิเจนเป็นก๊าซไม่มีสี ไม่มีรส และไม่มีกลิ่น (ที่อุณหภูมิและความดันปกติเท่ากับความดันบรรยากาศ) สารนี้หนักกว่าอากาศเล็กน้อย ละลายในน้ำแต่ในปริมาณเล็กน้อย จุดหลอมเหลวของออกซิเจนเป็นค่าลบคือ -218.3 °C จุดที่ออกซิเจนเหลวเปลี่ยนกลับเป็นแก๊สคือจุดเดือด สำหรับโมเลกุล O 2 จะมีค่าประมาณนี้ ปริมาณทางกายภาพถึง -182.96 °C ในสถานะของเหลวและของแข็ง ออกซิเจนจะได้สีฟ้าอ่อน

การรับออกซิเจนในห้องปฏิบัติการ

เมื่อให้ความร้อนแก่สารที่มีออกซิเจน เช่น โพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต ก๊าซไม่มีสีจะถูกปล่อยออกมา ซึ่งสามารถรวบรวมได้ในขวดหรือหลอดทดลอง หากคุณฉีดเศษเสี้ยวที่จุดไฟเข้าไปในออกซิเจนบริสุทธิ์ มันจะเผาไหม้ได้สว่างกว่าในอากาศ วิธีการผลิตออกซิเจนในห้องปฏิบัติการอีกสองวิธีคือการสลายตัวของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์และโพแทสเซียมคลอเรต (เกลือ Berthollet) ลองพิจารณาแผนภาพของอุปกรณ์ที่ใช้สลายตัวด้วยความร้อน

เทเกลือ Berthollet เล็กน้อยลงในหลอดทดลองหรือขวดก้นกลม แล้วปิดด้วยจุกที่มีท่อจ่ายแก๊ส ปลายด้านตรงข้ามควรหัน (ใต้น้ำ) เข้าไปในขวดโดยคว่ำลง ควรลดคอลงในแก้วกว้างหรือเครื่องตกผลึกที่เต็มไปด้วยน้ำ เมื่อให้ความร้อนในหลอดทดลองที่มีเกลือเบอร์ทอลเล็ต ออกซิเจนจะถูกปล่อยออกมา มันเข้าไปในขวดผ่านท่อจ่ายแก๊สโดยแทนที่น้ำ เมื่อเติมแก๊สลงในขวด ขวดจะถูกปิดใต้น้ำด้วยจุกปิดแล้วพลิกกลับ ออกซิเจนที่ได้รับในการทดลองในห้องปฏิบัติการนี้สามารถนำไปใช้ในการศึกษาได้ คุณสมบัติทางเคมีสารง่ายๆ

การเผาไหม้

หากห้องปฏิบัติการเผาไหม้สารในออกซิเจน คุณจำเป็นต้องรู้และปฏิบัติตามกฎความปลอดภัยจากอัคคีภัย ไฮโดรเจนเผาไหม้ในอากาศทันที และผสมกับออกซิเจนในอัตราส่วน 2:1 ทำให้เกิดการระเบิดได้ การเผาไหม้ของสารในออกซิเจนบริสุทธิ์เกิดขึ้นอย่างเข้มข้นมากกว่าในอากาศ ปรากฏการณ์นี้อธิบายได้จากองค์ประกอบของอากาศ ออกซิเจนในบรรยากาศมีมากกว่า 1/5 ของส่วนนั้นเล็กน้อย (21%) การเผาไหม้เป็นปฏิกิริยาของสารกับออกซิเจน ส่งผลให้เกิดผลิตภัณฑ์ต่างๆ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นออกไซด์ของโลหะและอโลหะ ส่วนผสมของ O2 กับสารไวไฟถือเป็นอันตรายจากไฟไหม้ นอกจากนี้ สารประกอบที่เกิดขึ้นยังอาจเป็นพิษได้

การเผาเทียนธรรมดา (หรือไม้ขีด) จะมาพร้อมกับการก่อตัวของคาร์บอนไดออกไซด์ การทดลองต่อไปนี้สามารถทำได้ที่บ้าน หากคุณเผาสารใต้ขวดแก้วหรือแก้วขนาดใหญ่ การเผาไหม้จะหยุดทันทีที่ออกซิเจนหมด ไนโตรเจนไม่สนับสนุนการหายใจหรือการเผาไหม้ คาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์จากออกซิเดชัน ไม่ทำปฏิกิริยากับออกซิเจนอีกต่อไป ความโปร่งใสช่วยให้คุณตรวจจับการมีอยู่หลังจากเทียนไหม้ได้ หากผลิตภัณฑ์ที่เผาไหม้ถูกส่งผ่านแคลเซียมไฮดรอกไซด์ สารละลายจะมีสีขุ่น ปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นระหว่างน้ำมะนาวกับคาร์บอนไดออกไซด์เพื่อผลิตแคลเซียมคาร์บอเนตที่ไม่ละลายน้ำ

การผลิตออกซิเจนในระดับอุตสาหกรรม

กระบวนการที่ถูกที่สุดซึ่งผลิตโมเลกุล O 2 ไร้อากาศ โดยไม่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาทางเคมี ในอุตสาหกรรม เช่น ที่โรงงานโลหะวิทยา อากาศจะถูกทำให้เป็นของเหลวที่อุณหภูมิต่ำและความดันสูง ส่วนประกอบที่สำคัญที่สุดของบรรยากาศ เช่น ไนโตรเจนและออกซิเจน จะเดือดที่อุณหภูมิต่างกัน ส่วนผสมของอากาศจะถูกแยกออกจากกันโดยค่อยๆ ให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิปกติ โมเลกุลไนโตรเจนจะถูกปล่อยออกมาก่อน จากนั้นจึงปล่อยโมเลกุลออกซิเจน วิธีการแยกจะขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางกายภาพที่แตกต่างกันของสารอย่างง่าย สูตรของออกซิเจนสารอย่างง่ายจะเหมือนกับก่อนการทำความเย็นและทำให้อากาศกลายเป็นของเหลว - O 2

จากปฏิกิริยาอิเล็กโทรไลซิส ออกซิเจนก็จะถูกปล่อยออกมาเช่นกัน ซึ่งจะถูกรวบรวมไว้เหนืออิเล็กโทรดที่เกี่ยวข้อง สถานประกอบการอุตสาหกรรมและการก่อสร้างต้องการก๊าซในปริมาณมาก ความต้องการออกซิเจนมีเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง โดยเฉพาะอย่างยิ่งความต้องการออกซิเจน อุตสาหกรรมเคมี- ก๊าซที่ได้จะถูกเก็บไว้เพื่อวัตถุประสงค์ทางอุตสาหกรรมและการแพทย์ในถังเหล็กที่มีการทำเครื่องหมาย ภาชนะบรรจุออกซิเจนจะทาสีน้ำเงินหรือสีน้ำเงินเพื่อแยกความแตกต่างจากก๊าซเหลวอื่นๆ เช่น ไนโตรเจน มีเทน แอมโมเนีย

การคำนวณทางเคมีโดยใช้สูตรและสมการปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับโมเลกุล O 2

ค่าตัวเลข มวลฟันกรามออกซิเจนเกิดขึ้นพร้อมกับค่าอื่น - น้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์ เฉพาะในกรณีแรกเท่านั้นที่จะมีหน่วยวัดอยู่ โดยสรุป ควรเขียนสูตรของสารออกซิเจนและมวลโมลดังนี้ M(O 2) = 32 กรัม/โมล ภายใต้สภาวะปกติ ก๊าซหนึ่งโมลจะมีปริมาตรเท่ากับ 22.4 ลิตร ซึ่งหมายความว่า 1 โมล O 2 คือสาร 22.4 ลิตร 2 โมล O 2 คือ 44.8 ลิตร จากสมการปฏิกิริยาระหว่างออกซิเจนกับไฮโดรเจน คุณจะเห็นว่าไฮโดรเจน 2 โมลกับออกซิเจน 1 โมลมีปฏิกิริยาโต้ตอบกัน:

ถ้าไฮโดรเจน 1 โมลเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยา ปริมาตรของออกซิเจนจะเท่ากับ 0.5 โมล 22.4 ลิตร/โมล = 11.2 ลิตร

บทบาทของโมเลกุล O 2 ในธรรมชาติและชีวิตมนุษย์

สิ่งมีชีวิตบนโลกใช้ออกซิเจนและเกี่ยวข้องกับวัฏจักรของสสารมาเป็นเวลากว่า 3 พันล้านปี นี่เป็นสารหลักสำหรับการหายใจและเมแทบอลิซึมโดยช่วยในการย่อยสลายโมเลกุลของสารอาหารและสังเคราะห์พลังงานที่จำเป็นสำหรับสิ่งมีชีวิต ออกซิเจนถูกใช้บนโลกอย่างต่อเนื่อง แต่ปริมาณสำรองของมันจะถูกเติมเต็มผ่านการสังเคราะห์ด้วยแสง นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย K. Timiryazev เชื่อว่าด้วยกระบวนการนี้สิ่งมีชีวิตจึงยังคงมีอยู่บนโลกของเรา

บทบาทของออกซิเจนในธรรมชาติและเศรษฐกิจนั้นสำคัญมาก:

• ดูดซึมระหว่างการหายใจโดยสิ่งมีชีวิต
• มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาการสังเคราะห์ด้วยแสงในพืช
• ส่วนหนึ่งของโมเลกุลอินทรีย์
• กระบวนการเน่าเปื่อยการหมักและการเกิดสนิมเกิดขึ้นจากการมีส่วนร่วมของออกซิเจนซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์
• มาใช้เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีคุณค่าจากการสังเคราะห์สารอินทรีย์

ออกซิเจนเหลวในกระบอกสูบใช้สำหรับตัดและเชื่อมโลหะที่ อุณหภูมิสูง- กระบวนการเหล่านี้ดำเนินการที่โรงงานสร้างเครื่องจักร สถานประกอบการขนส่งและการก่อสร้าง ในการทำงานใต้น้ำ ใต้ดิน บนที่สูงในพื้นที่ไร้อากาศ ผู้คนยังต้องการโมเลกุล O 2 อีกด้วย ใช้ในการแพทย์เพื่อเพิ่มองค์ประกอบของอากาศที่ผู้ป่วยสูดเข้าไป ก๊าซเพื่อวัตถุประสงค์ทางการแพทย์แตกต่างจากก๊าซทางเทคนิคตรงที่ไม่มีสิ่งเจือปนและกลิ่นแปลกปลอมเกือบทั้งหมด

ออกซิเจนเป็นสารออกซิไดซ์ในอุดมคติ

สารประกอบออกซิเจนเป็นที่รู้จักกันทั้งหมด องค์ประกอบทางเคมีตารางธาตุ ยกเว้นตัวแทนกลุ่มแรกของตระกูลก๊าซมีตระกูล สารหลายชนิดทำปฏิกิริยาโดยตรงกับอะตอม O ยกเว้นฮาโลเจน ทองคำ และแพลทินัม คุ้มค่ามากมีปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับออกซิเจนซึ่งมาพร้อมกับการปล่อยแสงและความร้อน กระบวนการดังกล่าวมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในชีวิตประจำวันและอุตสาหกรรม ในทางโลหะวิทยา ปฏิกิริยาระหว่างแร่กับออกซิเจนเรียกว่าการคั่ว แร่ที่บดล่วงหน้าจะผสมกับอากาศที่อุดมด้วยออกซิเจน ที่อุณหภูมิสูง โลหะจะลดลงจากซัลไฟด์ไปเป็นสารธรรมดา นี่คือวิธีการได้รับเหล็กและโลหะที่ไม่ใช่เหล็กบางชนิด การมีออกซิเจนบริสุทธิ์ช่วยเพิ่มความเร็ว กระบวนการทางเทคโนโลยีในสาขาวิชาเคมี เทคโนโลยี และโลหะวิทยาสาขาต่างๆ

การเกิดขึ้นของวิธีการที่ประหยัดในการผลิตออกซิเจนจากอากาศโดยการแยกออกซิเจนออกเป็นส่วนประกอบที่อุณหภูมิต่ำได้กระตุ้นให้เกิดการพัฒนาในด้านการผลิตทางอุตสาหกรรมในหลายๆ ด้าน นักเคมีพิจารณาว่าโมเลกุล O2 และอะตอม O เป็นตัวออกซิไดซ์ในอุดมคติ เหล่านี้เป็นวัสดุจากธรรมชาติ มีการต่ออายุตามธรรมชาติอย่างต่อเนื่อง ไม่ก่อให้เกิดมลพิษ สิ่งแวดล้อม- นอกจาก, ปฏิกิริยาเคมีโดยการมีส่วนร่วมของออกซิเจนมักส่งผลให้เกิดการสังเคราะห์ผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติและปลอดภัยอื่น ๆ นั่นก็คือน้ำ บทบาทของ O 2 ในการวางตัวเป็นกลางของเสียอุตสาหกรรมที่เป็นพิษและการทำให้น้ำบริสุทธิ์จากสารปนเปื้อนนั้นมีความสำคัญมาก นอกจากออกซิเจนแล้วยังใช้สำหรับการฆ่าเชื้ออีกด้วย การปรับเปลี่ยนแบบ allotropic— โอโซน สารธรรมดานี้มีฤทธิ์ออกซิไดซ์สูง เมื่อน้ำถูกโอโซน มลพิษจะสลายตัว โอโซนยังส่งผลเสียต่อจุลินทรีย์ที่ทำให้เกิดโรคอีกด้วย