Kislorodning xossalari
Kislorod ( O , lotincha oxygenium ) - u 16-guruhning kimyoviy elementi (davriy tizimning eski qisqa shakliga ko'ra u VI guruhning asosiy kichik guruhiga yoki VIA guruhiga kiradi), davriy tizimning ikkinchi davri. Kislorodning joylashgan 8. Kislorod - kimyoviy faol metallmas, xalkogenlarni eng keng tarqalgan vakili hisoblanadi. Normal sharoitda oddiy modda sifatida rangsiz, ta'msiz va hidsiz gaz. Ikki molekuladan iborat bo'lgan uchun kislorod atomlari (O2), u dioksigen deb ham ataladi . Suyuq kislorod och moviy rangga, qattiq kislorod esa och ko'k kristalga aylanadi.
| Kislorod |
|---|
| ← Vodorod | Natriy → |
| Oddiy moddaning ko’rinishi Rangsiz, mazasiz va hidsiz gaz  |
| Atom xossalari |
| Nomi, belgi, raqami ——————-→ Oksigenium (kislorod) (O), 8 |
| Atom massasi ——————-→ [15.99903; 15.99977] m.a.b ( g / mol ) |
| Elektron konfiguratsiyasi ——————-→ 2s 2 2p 4 |
| Atom radiusi ——————-→ 60 (48) pm |
| Kimyoviy xossalari |
| Kovalent radius ——————-→ 73 pm |
| Ion radiusi ——————-→ 132 (-2e) pm |
| Elektrmanfiyligi ——————-→ 3.44 (poling shkalasi bo‘yicha) |
| Oksidlanish darajasi ——————-→ –2, –1 , –1 , –⅓ , 0, ½, +1, +2 |
| Ionlanish energiyasi ——————-→ 1313.1 (13.61) kJ / mol ( eV ) |
| Oddiy moddaning termodinamik xususiyatlari |
| Termodinamik faza ——————-→ gaz |
| Zichlik ( n.sh. da ) ——————-→ 0,00142897 g / sm³ |
| Erish harorati ——————-→ 54,8 K (-218,35 ° C) |
| Qaynatish harorati ——————-→ 90.19K (-182.96 ° C) |
| Solishtirma erish issiqligi ——————-→ 0,444 kJ/mol; |
| Solishtirma buglanish issiqligi ——————-→ 3.4099 kJ/mol; |
| Molyar issiqlikgi ——————-→ 29.4 kJ/(K∙mol); |
| Molyar hajmi ——————-→ 14,0 mol/sm3; |
| Oddiy moddaning kristall panjarasi |
| Panjara tuzilishi ——————-→ monoklinik |
| Panjara parametrlari ——————-→ a = 5.403 b = 3.429 c = 5.086 β = 135.53 Å |
| Debye harorati ——————-→ 155 K |
| Boshqa xususiyatlar |
| Issiqlik o’tkazuvchanligi ——————-→ (300 K) 0,027 Vt / (m · K) |
| CAS raqami ——————-→7440-59-7 |
Emissiya spektri |
Kislorodning allotropik shakllari mavjud , masalan, ozon - normal sharoitda, o'ziga xos hidga ega bo'lgan ko'k gaz, uning molekulasi uchta kislorod atomidan iborat (O3 formulasi ).
Kislorodning kashf etilishi tarixi
Rasmiy ravishda kislorodni ingliz kimyogari Jozef Priestli 1774 yil 1 avgustda simob oksidini germetik idishda parchalash yo'li bilan kashf etgani (Priestli ushbu birikmaga kuchli linzalar yordamida quyosh nurini birikmaga tomon yo'naltirgan ).
Biroq, Priestli dastlab yangi oddiy moddani kashf etganini tushunmagan, u havoning tarkibiy qismlaridan birini ajratib olganman deb hisoblagan (va bu gazni "deflogistlangan havo" deb atagan). Priestli o'zining kashfiyoti haqida taniqli frantsuz kimyogari Antuan Lavuazyega xabar berdi . 1775 yilda A. Lavuazye kislorod bu-havo, kislotalar va boshqa ko'pchilik moddalarning ajralmas qismi hisoblanadi deb atadi.
Bir necha yil oldin ( 1771 yilda ) kislorod shved kimyogari Karl Sheele tomonidan olingan . U nitratni sulfat kislota bilan tasir qilib va keyin hosil bo'lgan azot oksidini parchaladi . Sheele bu gazni "olovli havo" deb atagan va uning kashfiyotini 1777 yilda nashr etilgan kitobida tasvirlagan (aynan shu kitob Priestli o'zining kashfiyotini e'lon qilganidan keyinroq nashr etilganligi sababli, ikkinchisi kislorod kashf etuvchisi hisoblanadi). Sheele, shuningdek, Lavuazye bilan o'z tajribasini o'rtoqlashdi.
Kislorodni kashf etishga hissa qo'shgan muhim bosqichidan biri frantsuz kimyogari Pyer Bayenning ishi bo'lib, u simobning oksidlanishi va uning oksidining keyinchalik parchalanishi bo'yicha ishlarini nashr etdi .
Nihoyat, A. Lavuozye Prestli va Sheele kislorod haqida ma'lumotlaridan foydalanib, olingan gazning mohiyatini tushundi. Uning ishlar juda katta ahamiyatga ega edi, chunki uning sharofati bilan o'sha paytda hukmronlik qilgan va kimyo rivojiga to'sqinlik qilgan "flogiston nazariyasi" ag'darildi. Lavuazye har xil moddalarning yonishi bo'yicha tajriba o'tkazdi va flogiston nazariyasini inkor etdi va yongan elementlarning og'irligi bo'yicha natijalarni e'lon qildi. Yonishda hosil bo'lgan moddaning og'irligi elementning dastlabki og'irligidan oshib ketdi, bu Lavuazye moddaning yonishi paytida kimyoviy reaktsiya (oksidlanish) sodir bo'lishini va shuning uchun flogiston nazariyasini inkor etadigan tasdiqlash huquqini berdi.
Shunday qilib kislorodni kashf etishda Sheele, Lavuozye va Prestlilarni hizmayi katta bo'ldi.
Tabiatda uchrashi
Kislorod yer qobig'ida eng keng tarqalgan element bo'lib, uning ulushi (turli xil birikmalar tarkibida, asosan silikatlar tarkibida ) qattiq er qobig'i massasining taxminan 47% ni tashkil qiladi . Dengiz va toza suvlarda juda ko'p miqdordagi bog'langan kislorod mavjud - 85,82% (massa bo'yicha). Yer qobig'ining 1500 dan ortiq birikmalari tarkibida kislorod bor.
Atmosferada kislorodning tarkibi hajmi bo'yicha 20.95% va massa bo'yicha 23,10% tashkil qiladi(taxminan 10¹⁵ tonna ). Ammo, 3,5 milliard yil ilgari arxeyda birinchi fotosintetik mikroblar paydo bo'lishidan oldin, u atmosferada deyarli yo'q edi. Paleoproterozoyda (3-2,3 milliard yil oldin) atmosfera tarkibidagi global o'zgarish ( kislorod falokati ) natijasida ko'p miqdorda erkin kislorod paydo bo'la boshlagan . Birinchi milliard yil davomida deyarli barcha kislorod okeanlarda erigan temir tomonidan so'rilib, jaspilit konlarini hosil qildi . 3-2,7 milliard yil oldin kislorod atmosferaga chiqarila boshlangan va 1,7 milliard yil oldin hozirgi darajaning 10 foiziga yetgan.
Okeanlar va atmosferada katta miqdordagi erigan va erkin kislorod mavjudligi anaerob organizmlarning ko'pchiligining yo'q bo'lib ketishiga olib keldi. Shu bilan birga, kislorod bilan nafas oluvchi aerob organizmlarning anaerob organizmlarga qaraganda ancha ko'p ATF hosil bo'lishiga imkon berdi va ularni keng tarqalishiga olib keldi.
Kambriy boshlanganidan beri yani 540 mld yil oldin kislorod miqdori hajmi bo'yicha 15% dan 30% gacha o'zgargan . Karbon davri oxiriga kelib (taxminan 300 million yil oldin) uning darajasi hajmi bo'yicha maksimal 35% ga etgan, bu vaqtda hasharotlar va amfibiyalarning katta hajmda bo'lishiga sabab bo'lishi mumkin.
Yerdagi kislorodning katta qismi Dunyo okeanining fitoplanktoni tomonidan ajralib chiqariladi. Tirik mavjudotlar ishlatadigan kislorodning taxminan 60% chirish va parchalanish jarayonlariga, o'rmonlar tomonidan ishlab chiqariladigan kislorodning 80% o'rmon o'simliklarining chirishi va parchalanishiga sarflanadi.
Inson faoliyati atmosferadagi erkin kislorod miqdoriga juda oz ta'sir qiladi ] . Fotosintezning hozirgi tezligida atmosferadagi barcha kislorodni tiklash uchun taxminan 2000 yil vaqt ketadi.
Kislorod ko'plab organik moddalarning bir qismidir va barcha tirik hujayralarda mavjud. Tirik hujayralardagi atomlar soni bo'yicha u taxminan 25% ni tashkil qiladi, massa ulushi bo'yicha - taxminan 65%.
2016 yilda daniyalik olimlar 3,8 milliard yil oldin erkin kislorod atmosferaning bir qismi ekanligini isbotladilar.
Olinishi
Suyuq havoni haydash
Hozirgi vaqtda kislorod sanoatda havodan olinadi. Kriyogen rektifikatsiya kislorod ishlab chiqarishning asosiy sanoat usuli hisoblanadi . Membrana texnologiyasi asosida ishlaydigan kislorod zavodlari ham tanilgan va sanoatda muvaffaqiyatli qo'llanilmoqda . Laboratoriyalarda taxminan 15 MPa bosim ostida po'lat silindrlarda etkazib beriladigan sanoat kislorodi ishlatiladi.
Oksidlovchilarning parchalash bilan
KMnO 4 kaliy permanganatini isitish orqali oz miqdordagi kislorodni olish mumkin :
2KMnO4 → K2MnO4 + MnO2 + O2↑
Marganets (IV) oksidi ishtirokida vodorod peroksid H 2 O 2 ning katalitik parchalanish reaktsiyasi ham qo'llaniladi :
2Н2О2 → 2Н2О + О2↑
Kislorodni kaliy xloratning ( bertoli tuzi KClO 3 ) katalitik parchalanishi bilan olish mumkin:
2KClO3 → 2KCl + 3O2↑
Simob (II) oksidining parchalanishi (t = 100 ° C da) kislorod olishning birinchi usul edi:
2HgO → 2Hg + O2↑
Suvli eritmalar elektrolizi
Kislorod ishlab chiqarishning laboratoriya usullari gidroksidi, kislotalar va ba'zi tuzlarning (sulfatlar, gidroksidi metallarning nitratlari) suyultirilgan suvli eritmalarini elektroliz qilish usulini o'z ichiga oladi :
2H2O → 2H2 + O2↑
Peroksid birikmalarining karbonat angidrid bilan reaktsiyasi
Dengiz osti kemalari va orbital stantsiyalarda, odatda , natriy peroksid va karbonat angidrid reaktsiyasi natijasida hosil bo'ladi :
2Na2O2 + 2CO2 → 2Na2CO3 + O2↑
Yutilgan karbonat angidrid va ajralib chiqqan kislorod hajmlari muvozanatini saqlash uchun unga kaliy superoksidi qo'shiladi . Og'irlikni kamaytirish uchun kosmik kemalar ba'zan litiy peroksiddan foydalanadilar .
Fizik xossalari
Kislorod normal sharoitda rangsiz, hidsiz, tamsiz gaz.
Normal sharoitda uning 1 litr 1,429 g keladi , u hovodan biroz og'irdir. Suvda oz eriydi( 4,9 ml / 100 g da 0 ° C, 2,09 ml / 100 g da +50 ° C) va spirt (2.78 ml / 100 g da +25 ° C). U eritilgan kumushda yaxshi eriydi ( +961 ° C da 1 hajm Ag da 22 hajim O2 eriydi ). Perflorli uglevodorodlarda yaxshi eriydi (20-40%) .
Atomlararo masofa 0,12074 nm. Paramagnetik hoslaga ega, yani suyuq shaklda uni magnitga tortilishini kuzatish mumkin.
Gazsimon kislorod qizdirilsa, u atomlarga parchalanadi, aralashmadagi ajralgan atomlarning konsentratsiyasi ° +2000 C - 0.03%, +2600 ° C - 1%, +4000 ° C - 59%, +6000 ° C - 99,5% teng bo'ladi.
Suyuq kislorod -182,98 ° C haroratda 101,325 kPa bosimda qaynab ketadi va xira ko'k suyuqlikdir . Kislorodning kritik harorati 154,58 K (-118,57 ° C), kritik bosim 4,882 MPa.
Qattiq kislorod (erish nuqtasi -218,35 ° C) - ko'k kristal .
Vadarodning oltita kiristall fazasi maʼlum, ulardan 3 tasi 1 atm bosimda mavjud.
a -O2 - 23,65 K dan past haroratlarda mavjud ; yorqin ko'k kristallar monoklinik tizimga ega , panjara parametrlari a = 5.403 Å, b = 3.429 Å, c = 5.086 Å; b = 132.53 °.
β -O2 - 23,65 dan 43,65 K gacha bo'lgan harorat oralig'ida mavjud ; xira moviy kristallar (bosim oshishi bilan rang pushti rangga aylanadi) romboedral panjaraga ega, panjara parametrlari a = 4.21 Å, a = 46.25 °.
O 2 - 43,65 dan 54,21 K gacha bo'lgan haroratlarda mavjud ; xira moviy kristallar kubik simmetriyaga ega , panjarasi a = 6.83 Å
Qolgan uchtasi yuqori bosim ostida mavjud:
δ -O2 - harorat oralig'i 20-240 K va bosim 6-8 GPa , to'q sariq kristallar;
ε -fazali, O4 yoki O8 molekulalaridan iborat , 10 dan 96 GPa gacha bosimda mavjud , kristall to'q qizildan qora rangacha bo'ladi, monoklinik tuzilishli.
ζ -On - 96 GPa dan yuqori bosim , metalllarga hos xossalarga ega, past temperaturada yuqori oʻtkazuvchanlik holatiga o'tadi.
Kimyoviy xossalari
Ftordan keyin eng faol metallmas va kuchli oksidlovchidir, geliy , neon , argondan tashqari barcha elementlar bilan binar birikmalar ( oksidlar ) hosil qiladi . Eng keng tarqalgan oksidlanish darajasi -2. Odatda, oksidlanish reaktsiyasi issiqlik chiqishi bilan davom etadi va harorat ko'tarilganda tezlashadi. Xona haroratida sodir bo'ladigan reaktsiyalarga misol:
4K + O2 → 2K2O
2Sr + O2 → 2SrO
Maksimal oksidlanish darajasiga ega bo'lmagan birikmalarni oksidlaydi:
2NO + O2 → 2NO2
Ko'pgina organik birikmalar yonish reaktsiyalarida oksidlanadi:
CH3CH2OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O
Muayyan sharoitlarda organik birikmaning engil oksidlanishini o'tkazish mumkin:
CH3CH2OH + O2 → CH3COOH + H2O
Kislorod to'g'ridan-to'g'ri (normal sharoitda, qizdirilganda va yoki katalizatorlar ishtirokida) Au va inert gazlardan (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn ) tashqari barcha oddiy moddalar bilan reaksiyaga kirishadi ; galogenlar bilan reaktsiyalar elektr zaryadsizlanishi yoki ultrabinafsha nurlanish ta'sirida sodir bo'ladi . Bilvosita usul bilan oltin oksidlari va inert gazlarning (Xe, Rn) birikmalari olingan. Kislorodning boshqa elementlar bilan hosil qilgan binar birikmalarida kislorod oksidlovchi hossaga ega, ftor bilan birikmalar bundan mustasno.
Kislorod atomi peroksidlarda -1 oksidlasnish darajasini nomoyon qilib oksidlaydi.
- Masalan, metallarning kislorodda yonishi natijasida peroksidla hosil bo'ladi:
2Na + O2 → Na2O2
- Ba'zi oksidlar kislorodni yutadi:
2BaO + O2 → 2BaO2
- A. N. Bach va K. O. Engler tomonidan ishlab chiqilgan yonish nazariyasiga ko'ra, oksidlanish oraliq peroksid birikmasini hosil qilish uchun ikki bosqichda sodir bo'ladi.. Ushbu oraliq birikmani ajratib olish mumkin, masalan, yonayotgan vodorod alovini muz bilan sovutganda, suv bilan birga vodorod peroksid hosil bo'ladi:
H2 + O2 → H2O2
- Natriy superoksidida kislorod −½ oksidlanish darajasiga ega, bunda ikki atom kislorodga bitta ekektron to'gri k keladi. Superoksid yuqori bosim va haroratda kislorod bilan o'zaro ta'siri natijasida olingan:
Na2O2 + O2 → 2NaO2
- Kaliy K, rubidiy Rb va seziy Cs ham kislorod bilan reaksiyaga kirishib, superoksidlarni hosil qiladi:
K2O2 + O2 → 2KO2
- Anorganik ozonidlarda O3- kislorod oksidlanish darajasi −⅓ ga teng. Ozonidlar O3 ni metall gidroksidlariga ta'siri natijasida olinadi:
КОН(q.) + О3 → КО3 + КОН + O2
- Dioksigenil ionida O+
kislorodning oksidlanish darajasi +½ ga teng. Quydagi reaksiya bilan olingan:
PtF6 + O2 → O2PtF6
Kislorodning ftoridlar
- Kislorod difloridi , OF 2 , kislorod oksidlanish darajasi +2, ftorni suyultirilgan ishqor eritmasidan o'tkazib olinadi:
2F2 + 2NaOH → OF2 + 2NaF + H2O
- Kislorod monoflorid ( dioksiflorid ), O 2 F 2 , beqaror, kislorod oksidlanish darajasi +1. -196 ° C haroratda porlash oqimida ftor va kislorod aralashmasidan olinadi:
F2 + O2 → O2F2
- Ma'lum bir bosim va haroratda florning kislorod bilan aralashmasi orqali porlash razryadini o'tkazib, yuqori kislorodli ftoridlarning O 3 F 2 , O 4 F 2 , O 5 F 2 va O 6 F 2 aralashmalari olinadi .
Ishlatilishi
Kislarotni sanoat miqyosida keng foydalanish 20 asrning oʻrtalarida- suyuq havoni suyultirish va ajratish qurilmalari ixtiro qilingandan so'ng boshlandi.
Metallurgiyada
Po'lat ishlab chiqarishning konvertor usuli kisloroddan foydalanish bilan bog'liq. Ko'pgina metallurgiya bo'linmalarida yoqilg'ini samaraliroq yoqish uchun burnerlarda havo o'rniga kislorod-havo aralashmasi ishlatiladi.
Metalllarni payvandlash va kesish
Moviy tusli silindrdagi kislorod metallarni kesish va payvandlashda keng qo'llaniladi.
Komponent reketa yoqilg'isi
Suyuq kislorod , vodorod peroksid , nitrat kislota, va boshqa kislorod boy moddalar, oksidlovchi sifatida raketa yoqilg'isi uchun ishlatiladi. Suyuq kislorod va suyuq ozon aralashmasi raketa yoqilg'isining eng kuchli oksidlovchilaridan biridir.
Tibbiyotda
Tibbiy kislorod 15 MPa (150 atm ) gacha bosim ostida 1,2 dan 10,0 litrgacha bo'lgan turli metall ballonlarida saqlanadi va narkoz uskunalarida nafas olish gazi aralashmalarini boyitish uchun, nafas olish etishmovchiligida ishlatiladi.
Oziq-ovqat sanoatida
Oziq-ovqat sanoatida kislorod E948 oziq-ovqat qo'shimchasi yoqilg'i sifatida va qadoqlash gazi sifatida ro'yxatga olingan .
Kimyo sanoatida
Kimyo sanoatida, kislorod, ko'p sintez oksidlovchi reagent sifatida ishlatiladi, masalan, uglevodorotlarning kislorod bo'lgan birikmalar ( spirtlar , aldehidler , kislotalar ) oksidlanishi, oltingugurt trioksit uchun oltingugurt dioksidi, ammiak azot oksidiga so'ngra nitrat kislota ishlab uchun ishlatiladi.
Qishloq xo'jaligida
Issiqxonada kislorodli kokteyllar ishlab chiqarish, hayvonlarda vaznni oshirish, baliq etishtirishda suv muhitini kislorod bilan ta'minlash uchun ishlatiladi.
Kislorodning biologik roli
Ko'pgina tirik mavjudotlar ( aeroblar ) kislorod bilan nafas oladi. Tibbiyotda kisloroddan keng foydalaniladi. Yurak-qon tomir kasalliklarda, kislorodli ko'pik ( "kislorod kokteyl") joriy etiladi, bu oshqozon metabolik jarayonlarni yaxshilash uchun . Teri osti kislorodni yuborish trofik yaralar, fillar , gangrenalar va boshqa jiddiy kasalliklar uchun ishlatiladi. Havoni dezinfektsiya qilish va deodorizatsiya qilish va ichimlik suvini tozalash uchun ozon bilan sun'iy ravishda boyitish qo'llaniladi . 15 O kislorodning radioaktiv izotopi qon oqimining tezligi va o'pka shamollatilishini o'rganish uchun ishlatiladi .
Toksik kislorod hosilalari
Singlet kislorod , vodorod peroksid , superoksid , ozon va gidroksil radikallari kabi ba'zi kislorod hosilalari ( reaktiv kislorod turlari deb ataladi ) juda zaharli mahsulotdir. Ular kislorodning faollashishi yoki qisman qisqarishi paytida hosil bo'ladi. Odam va hayvonlar tanasining hujayralari va to'qimalarida superoksid (superoksid radikal), vodorod peroksid va gidroksil radikal hosil bo'lishi va oksidlanish stresini keltirib chiqarishi mumkin .
Kislorodning toksikligi
Toza kislorodni uzoq muddatli nafas olish tanaga xavfli oqibatlarga olib kelishi mumkin. 60% gacha kislorod o'z ichiga olgan aralashmalar bilan normal bosim ostida uzoq vaqt davomida nafas olish xavfsizdir. 3 kun davomida 90% kislorod bilan nafas olish taxikardiya, qusish, pnevmoniya, konvulsiyalarga olib keladi. Yuqori bosim bilan kislorodning toksik ta'siri tezlashadi va kuchayadi. Yoshlar kislorodning toksik ta'siriga qariyalarga qaraganda sezgirroq.
Kislorod uchta barqaror izotopga ega: 16O, 17O va 18O, yerdagi ularning o'rtacha miqdori i kislorod atomlarining umumiy sonining mos ravishda 99,759%, 0,037% va 0,204% ni tashkil qiladi. Ularning engil izotop16 O hisoblanadi u 8 ta proton va 8 ta netronni tashkil topgan. Bunday yadrolar sehrli yadrolar deyiladi ular ancha barqaror boʻladi.
Shuningdek kislorod radioaktiv izotoplar borligi ma'lum. Ular raqamlar 12O dan 28O gacha. Bularning barchasining yarim yemirilish davri juda qisqa. Ularning eng uzun-yashaydigani 15O ~ 120 soniya. Eng qisqa umr ko'rgan izotop 12O ning yarim yemirilish davri 5.8⋅10 −22 soniya.