الأكسجين هو صيغة الأكسجين. جزيء الأكسجين

2024 مؤلف: Angel Austin | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-17 05:16

من بين جميع المواد الموجودة على الأرض ، يحتل ما يوفر الحياة - غاز الأكسجين مكانًا خاصًا. إن وجودها هو الذي يجعل كوكبنا فريدًا من بين كل الآخرين ، وهو خاص. بفضل هذه المادة ، تعيش العديد من المخلوقات الجميلة في العالم: النباتات والحيوانات والبشر. الأكسجين مركب لا يمكن الاستغناء عنه على الإطلاق ، وهو مركب فريد ومهم للغاية. لذلك ، سنحاول معرفة ما هو عليه ، وما هي خصائصه.

عنصر الأكسجين الكيميائي: الخصائص

أولاً ، دعنا نحدد موقع هذا العنصر في النظام الدوري. يمكن القيام بذلك بعدة خطوات.

1. الرقم الترتيبي - 8.
2. الكتلة الذرية - 15 ، 99903.
3. تقع في المجموعة السادسة من المجموعة الفرعية الرئيسية للفترة الثانية من النظام.
4. الشحنة النووية - +8 ، عدد البروتونات - 8 ، الإلكترونات - 8 ، النيوترونات - 8. وهكذا ، يتم الحصول على ضعف الرقم السحري ، والذي بسببه لوحظ استقرار الشكل النظيري الرئيسي¹⁶O.
5. الاسم اللاتيني للعنصر هو الأكسجين. الروسية - الأكسجين ، يتكون هذا الاسم من العبارة"منتج الأحماض". هناك أيضًا مرادف ، يُطلق عليه أحيانًا الأكسجين.

اهتمام خاص يستحق تحليل التركيب الإلكتروني للذرة ، لأنه يشرح ثبات الجزيء والخواص الفيزيائية والكيميائية الظاهرة.

هيكل الجزيء

يتم تمثيل التكوين الإلكتروني للذرة بالصيغة 1s²2s²2p^{4. يتضح من هذا السجل أنه قبل اكتمال مستوى الطاقة وتكوين الثمانية المرغوبة ، يفتقر الأكسجين إلى إلكترونين. هذا يفسر الخصائص التالية:}

• جزيء الأكسجين ثنائي الذرة ؛
• حالة أكسدة عنصر ما هي دائمًا -2 (باستثناء البيروكسيدات وأكسيد الفلور ، حيث يتغير إلى -1 و +2 على التوالي) ؛
• أقوى عامل مؤكسد
• يتفاعل بسهولة حتى في ظل الظروف العادية ؛
• قادرة على تكوين مركبات متفجرة.

الآن فكر في مسألة الهيكل. كيف يتكون جزيء الأكسجين؟ أولاً ، آلية التكوين غير قطبية تساهمية ، أي بسبب التنشئة الاجتماعية للإلكترونات لكل ذرة. وبالتالي ، فإن الرابطة هي أيضًا تساهمية غير قطبية. علاوة على ذلك ، فهو مزدوج ، لأن كل ذرة بها إلكترونان غير متزاوجين في المستوى الخارجي. من السهل جدًا تصوير شكل الأكسجين. الصيغة هي: O₂أو O=O.

بسبب وجود مثل هذه الرابطة ، فإن الجزيء مستقر للغاية. تتطلب العديد من التفاعلات التي تنطوي عليها شروطاً خاصة: زيادة الضغط ، والتدفئة ، واستخدام المواد الحفازة.

كعنصر كيميائيالأكسجين ذرة لها ثلاثة نظائر موجودة بشكل ثابت في الطبيعة. أعداد كتلتها تساوي على التوالي 16 ، 17 ، 18. ومع ذلك ، فإن النسبة المئوية مختلفة جدًا ، حيث أن¹⁶99.759٪ ، والباقي أقل من 0.5٪. لذلك ، فإن النظير الأكثر شيوعًا واستقرارًا هو العدد الكتلي 16.

مادة بسيطة أكسجين

إذا تحدثنا عن هذا العنصر كمركب بسيط ، فيجب علينا على الفور تحديد حالة التجميع في ظل الظروف العادية. الأكسجين غاز ليس له طعم أو لون أو رائحة. جزيء ثنائي الذرة هو أكثر المواد وفرة على هذا الكوكب ، بعد الهيدروجين والغاز النبيل الهليوم.

هناك حالات أخرى لتجميع هذه المادة. لذلك ، عند درجة حرارة سالبة تبلغ -183⁰С ، يتكثف الأكسجين في سائل أزرق جميل. إذا تجاوزت عتبة -200⁰С ، فسوف ينمو السائل إلى بلورات زرقاء لامعة على شكل إبرة أحادية الميل.

في المجموع ، هناك ثلاثة أنواع رئيسية من وجود الأكسجين في الحالة الصلبة.

1. نموذج ألفا (α-O₂). يوجد أقل من 200⁰C.
2. نموذج بيتا (β-O₂). نطاق درجة الحرارة -200-400⁰С.
3. نموذج جاما (γ-O₂). الفاصل الزمني من -400 إلى -500⁰C.

الأكسجين من أهم وأهم الغازات. ليس فقط لحياة الكائنات الحية على هذا الكوكب ، ولكن من أجل الطبيعة بشكل عام. من الصعب تسمية معدن أو مركب طبيعي لا يتم تضمينه فيهالبند

تاريخ الاكتشاف

ظهرت الإشارة الأولى إلى احتواء الهواء على نوع من الغاز الذي يدعم عمليات الاحتراق في القرن الثامن. لكن لم تكن هناك إمكانية فنية لدراستها وإثبات وجودها وفتحها. فقط بعد ما يقرب من ألف عام ، في القرن الثامن عشر ، تم ذلك بفضل عمل العديد من العلماء.

1. 1771 أنشأ كارل سكيل بشكل تجريبي تكوين الهواء واكتشف أن الغازين الرئيسيين هما الأكسجين والنيتروجين.
2. يقوم بيير باين بإجراء تجارب على تحلل الزئبق وأكسيده ويسجل النتائج رسميًا.
3. 1773 يكتشف Scheele رسميًا عنصر الأكسجين ، لكنه لا يحصل عليه في شكله النقي.
4. 1774 بريستلي ، بغض النظر عن Scheele ، يقوم بنفس الاكتشاف كما فعل ، ويحصل على الأكسجين النقي عن طريق تحلل أكسيد الزئبق.
5. 1775 يسمي أنطوان لافوازييه هذا العنصر ويخلق نظرية الاحتراق التي كانت موجودة منذ مئات السنين.
6. 1898 طومسون يجعل المجتمع يعتقد أن الأكسجين الموجود في الهواء يمكن أن ينفد بسبب انبعاثات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.
7. في نفس العام ، أثبت Timiryazev عكس ذلك ، حيث أوضح أن النباتات الخضراء للكوكب هي مورد الأكسجين.

وهكذا ، أصبح معروفًا ما هو الأكسجين ، وكم هو غاز مهم ومهم للحياة. بعد ذلك تمت دراسة جميع الخواص الفيزيائية والكيميائية للمادة واخذ طرق انتاجها وحساب المحتوى التقريبي في الماء وقشرة الارض والغلاف الجوي وغيرها من الاماكن على الكوكب.

الخصائص الفيزيائية

دعونا نعطي المعلمات الفيزيائية الرئيسية التي يمكن أن تميز المركب المعني.

1. الأكسجين غاز في الظروف العادية ، وهو جزء لا يتجزأ من الهواء (21٪). ليس لها لون أو طعم أو رائحة. أخف من الهواء ، ضعيف الذوبان في الماء
2. يمتص بشكل فعال بواسطة مساحيق الفحم والمعادن ، قابل للذوبان في المواد العضوية.
3. نقطة الغليان هي -183⁰C.
4. ذوبان -218 ، 35⁰C.
5. الكثافة 0.0014 جم / سم³.
6. الشبكة البلورية جزيئية.

الأكسجين متوازي مغناطيسي في حالته السائلة.

الخصائص الكيميائية

حول مدى نشاط الغاز المعني ، وكيف يتصرف في التفاعلات مع المواد الأخرى ، تخبر الكيمياء بالتفصيل. الأكسجين قادر على إظهار العديد من حالات الأكسدة ، على الرغم من أن الأكثر شيوعًا هو -2 ، والذي يعتبر ثابتًا. بالإضافة إلى ذلك ، هناك مركبات تكون فيها القيم كالتالي:

• -1 ؛
• -0 ، 5 ؛
• -1 / 3 ؛
• + 0 ، 5 ؛
• + 1 ؛
• + 2.

يفسر النشاط الكيميائي من خلال التقارب العالي للإلكترون ، حيث أن قيمة الاستقصاء الكهربية هي 3.44 ، والفلور فقط (4) هو الأعلى. لذلك ، الأكسجين عامل مؤكسد قوي جدًا. في الوقت نفسه ، في التفاعلات مع عوامل مؤكسدة أقوى ، فإنه يتصرف كعامل مختزل ، مما يُظهر حالة أكسدة إيجابية. على سبيل المثال ، في أكسيد الفلور O^{+ 2}F₂^-.

هناك عدد هائل من المركبات التي تحتوي على الأكسجين. هذه فئات من المواد مثل:

• أكاسيد ؛
• بيروكسيدات ؛
• ozonides ؛
• أكاسيد فائقة ؛
• أحماض ؛
• أسباب ؛
• ملح ؛
• جزيئات عضوية.

مع جميع العناصر ، الأكسجين قادر على التفاعل في ظل الظروف العادية ، باستثناء المعادن النبيلة والهيليوم والنيون والأرجون والهالوجينات. لا تتفاعل مع الغازات الخاملة تحت اي ظرف

حصلت عليها الصناعة

محتوى الأكسجين في الهواء والماء مرتفع جدًا (21 و 88٪ على التوالي) لدرجة أن الطريقة الصناعية الرئيسية لتركيبها هي التقطير الجزئي للهواء السائل والتحليل الكهربائي للماء.

يتم استخدام الطريقة الأولى بشكل خاص في كثير من الأحيان. بعد كل شيء ، يمكن إطلاق الكثير من هذا الغاز من الهواء. ومع ذلك ، لن تكون نظيفة تمامًا. إذا كانت هناك حاجة إلى منتج عالي الجودة ، يتم استخدام عمليات التحليل الكهربائي. المواد الخام لهذا إما الماء أو القلويات. يستخدم هيدروكسيد الصوديوم أو البوتاسيوم لزيادة التوصيل الكهربائي للمحلول. بشكل عام ، يتم تقليل جوهر العملية إلى تحلل الماء.

الحصول على المختبر

من بين الطرق المختبرية ، تستخدم طريقة المعالجة الحرارية على نطاق واسع:

• بيروكسيدات ؛
• أملاح أحماض تحتوي على أكسجين.

في درجات حرارة عالية ، تتحلل لتطلق غاز الأكسجين. قم بتحفيز العملية في أغلب الأحيانأكسيد المنغنيز (IV). يجمعون الأكسجين عن طريق إزاحة الماء ، ويجدونها مع شظية مشتعلة. كما تعلم ، في جو الأكسجين ، يشتعل اللهب بشكل ساطع للغاية.

مادة أخرى تستخدم لإنتاج الأكسجين في فصول الكيمياء المدرسية هي بيروكسيد الهيدروجين. حتى المحلول بنسبة 3٪ تحت تأثير عامل حفاز يتحلل على الفور مع إطلاق غاز نقي. يحتاج فقط إلى أن يتم جمعها. المحفز هو نفسه - أكسيد المنغنيز MnO₂.

من بين الأملاح الأكثر استخدامًا:

• ملح برتوليه أو كلورات البوتاسيوم
• برمنجنات البوتاسيوم او برمنجنات البوتاسيوم

لوصف العملية ، يمكنك إعطاء معادلة. يتم إطلاق كمية كافية من الأكسجين لاحتياجات المختبرات والبحوث:

2KClO₃=2KCl + 3O₂↑.

التعديلات المتآصلة للأكسجين

هناك تعديل مؤثر واحد يحتوي على الأكسجين. صيغة هذا المركب هي O₃، ويسمى الأوزون. هذا هو الغاز الذي يتشكل في الظروف الطبيعية عند تعرضه للأشعة فوق البنفسجية والصواعق على الأكسجين في الهواء. على عكس O₂نفسها ، للأوزون رائحة منعشة لطيفة محسوسة في الهواء بعد المطر مع البرق والرعد.

الفرق بين الأكسجين والأوزون لا يكمن فقط في عدد الذرات في الجزيء ، ولكن أيضًا في بنية الشبكة البلورية. كيميائيا ، الأوزون هو عامل مؤكسد أقوى.

الأكسجين هو أحد مكونات الهواء

توزيع الأكسجين في الطبيعة واسع جدًا. يحدث الأكسجين في:

• صخور و معادن
• ملح ومياه عذبة
• الأرض ؛
• كائنات نباتية وحيوانية
• الهواء ، بما في ذلك الغلاف الجوي العلوي.

من الواضح أن جميع قذائف الأرض مشغولة بها - الغلاف الصخري والغلاف المائي والغلاف الجوي والمحيط الحيوي. أهمية خاصة هو محتواها في تكوين الهواء. بعد كل شيء ، هذا هو العامل الذي يسمح لأشكال الحياة ، بما في ذلك البشر ، بالوجود على كوكبنا.

تكوين الهواء الذي نتنفسه غير متجانس للغاية. يتضمن كلاً من المكونات والمتغيرات الثابتة. الثابت والحاضر دائمًا هو:

• ثاني أكسيد الكربون
• أكسجين ؛
• نيتروجين ؛
• غازات نبيلة.

تشمل المتغيرات بخار الماء وجزيئات الغبار والغازات الغريبة (العادم ومنتجات الاحتراق والتعفن وغيرها) وحبوب اللقاح النباتية والبكتيريا والفطريات وغيرها.

أهمية الأكسجين في الطبيعة

من المهم جدًا مقدار الأكسجين في الطبيعة. بعد كل شيء ، من المعروف أنه تم العثور على كميات ضئيلة من هذا الغاز على بعض الأقمار الصناعية للكواكب الرئيسية (كوكب المشتري ، زحل) ، ولكن لا توجد حياة واضحة هناك. أرضنا لديها ما يكفي منه ، والذي ، مع الماء ، يجعل من الممكن لجميع الكائنات الحية.

بالإضافة إلى كونه مشاركًا نشطًا في التنفس ، يقوم الأكسجين أيضًا بإجراء تفاعلات أكسدة لا حصر لها ، ونتيجة لذلك يتم إطلاق الطاقة مدى الحياة.

الموردين الرئيسيين لهذا الغاز الفريد في الطبيعة هم النباتات الخضراء والبعضأنواع البكتيريا. بفضلهم ، يتم الحفاظ على توازن ثابت للأكسجين وثاني أكسيد الكربون. بالإضافة إلى ذلك ، يبني الأوزون درعًا واقيًا على الأرض بأكملها ، مما لا يسمح بكمية كبيرة من الأشعة فوق البنفسجية المدمرة بالاختراق.

فقط بعض أنواع الكائنات الحية اللاهوائية (البكتيريا والفطريات) قادرة على العيش خارج جو الأكسجين. ومع ذلك ، هناك عدد أقل بكثير من أولئك الذين يحتاجون إليها حقًا.

استخدام الأكسجين والأوزون في الصناعة

الاستخدامات الرئيسية لتآصل الأكسجين في الصناعة هي كما يلي

1. تعدين (لحام وقطع المعادن).
2. الطب.
3. الزراعة.
4. كوقود للصواريخ.
5. توليف العديد من المركبات الكيميائية ، بما في ذلك المتفجرات.
6. تنقية و تعقيم المياه

من الصعب تسمية عملية واحدة على الأقل لا يشارك فيها هذا الغاز العظيم ، وهي مادة فريدة - الأكسجين.