Оттегі химиялық элементі периодтық жүйенің ескірген қысқа нұсқасының VI- негізгі тобының екінші периодында. Жаңа нөмірлеу стандарттары бойынша бұл 16-шы топ. Тиісті шешімді IUPAC 1988 жылы қабылдады. Жай зат ретінде оттегінің формуласы: O2. Оның негізгі қасиеттерін, табиғаттағы және шаруашылықтағы рөлін қарастырыңыз. Периодтық жүйенің барлық тобының сипаттамаларынан бастайық, оны оттегі басқарады. Элемент онымен байланысты халькогендерден ерекшеленеді, ал су күкірт, селен және теллурдың сутегі қосылыстарынан ерекшеленеді. Барлық ерекше белгілердің түсіндірмесін тек атомның құрылымы мен қасиеттерін білу арқылы табуға болады.
Халькогендер - оттегімен байланысты элементтер
Қасиеттері ұқсас атомдар периодтық жүйеде бір топты құрайды. Оттегі халькогендер тобына жетекшілік етеді, бірақ олардан бірқатар қасиеттерімен ерекшеленеді.
Оттегінің атомдық массасы – топтың атасы – 16 a.u. халькогендер сутегімен және металдармен қосылыстардың түзілуінде әдеттегідей көрінеді.тотығу дәрежесі: -2. Мысалы, судың құрамында (Н2О) оттегінің тотығу саны –2.
Халькогендердің типтік сутегі қосылыстарының құрамы жалпы формулаға сәйкес келеді: H2R. Бұл заттар еріген кезде қышқылдар түзіледі. Тек оттегінің сутекті қосылысы – су ғана ерекше қасиетке ие. Ғалымдардың пікірінше, бұл ерекше зат әрі өте әлсіз қышқыл, әрі өте әлсіз негіз болып табылады.
Күкірт, селен және теллур оттегімен және басқа жоғары электртерістігі (EO) бейметалдармен қосылыстарда типтік оң тотығу дәрежелеріне ие (+4, +6). Халькоген оксидтерінің құрамы жалпы формулаларды көрсетеді: RO2, RO3. Олардың сәйкес қышқылдарының құрамы бар: H2RO3, H2RO 4.
Элементтер жай заттарға сәйкес келеді: оттегі, күкірт, селен, теллур және полоний. Алғашқы үш өкіл металл емес қасиеттерді көрсетеді. Оттегі формуласы: O2. Бір элементтің аллотропты модификациясы - озон (О3). Екі модификация да газдар. Күкірт пен селен қатты бейметалдар. Теллур – металлоидты зат, электр тогын өткізгіш, полоний – металл.
Оттегі - ең көп таралған элемент
Жер қыртысындағы элементтің жалпы атомдық құрамы шамамен 47% (салмағы бойынша). Оттегі бос күйде де, көптеген қосылыстардың құрамында да кездеседі. Қарапайым зат, формуласы O2, атмосферада кездеседі, ауаның 21% құрайды (көлемі бойынша). Молекулалық оттегі суда еріген, топырақ бөлшектерінің арасында орналасқан.
Бір химиялық элементтің қарапайым зат түрінде болуының тағы бір түрі бар екенін біз қазірдің өзінде білеміз. Бұл озон - жер бетінен шамамен 30 км биіктікте қабат түзетін газ, көбінесе озон экраны деп аталады. Байланысқан оттегі су молекулаларына, көптеген тау жыныстары мен минералдардың, органикалық қосылыстардың құрамына кіреді.
Оттегі атомының құрылымы
Периодтық кестеде оттегі туралы толық ақпарат бар:
- Элементтің сериялық нөмірі 8.
- Ядроның заряды - +8.
- Электрондардың жалпы саны 8.
- Оттегінің электрондық формуласы 1s22s22p4.
Табиғатта периодтық жүйеде реттік нөмірі бірдей, протондар мен электрондардың құрамы бірдей, бірақ нейтрондардың саны әртүрлі үш тұрақты изотоптар бар. Изотоптар бір таңбамен белгіленеді - O. Салыстыру үшін біз үш оттегі изотопының құрамын көрсететін диаграмманы ұсынамыз:
Оттегінің қасиеттері - химиялық элемент
Атомның 2p-ішкі деңгейінде екі жұпталмаған электрон бар, бұл –2 және +2 тотығу дәрежелерінің пайда болуын түсіндіреді. Күкірт және басқа халькогендер сияқты тотығу дәрежесін +4-ке дейін арттыру үшін екі жұпталған электрондарды бөлуге болмайды. Оның себебі – бос субдеңгейдің жоқтығы. Сондықтан қосылыстарда оттегі химиялық элементі валенттілік пен дәреже көрсетпейдіпериодтық жүйенің (6) қысқа нұсқасындағы топ нөміріне тең тотығулар. Оның әдеттегі тотығу саны -2.
Фторы бар қосылыстарда ғана оттегі +2 тән емес оң тотығу дәрежесін көрсетеді. Екі күшті бейметалдың EO мәні әртүрлі: EO(O)=3,5; EO (F)=4. Электртеріс химиялық элемент ретінде фтор өзінің электрондарын күштірек ұстайды және оттегі атомының сыртқы энергетикалық деңгейіндегі валентті бөлшектерді тартады. Сондықтан фтормен реакцияда оттегі тотықсыздандырғыш болып табылады, ол электрон береді.
Оттегі қарапайым зат
Ағылшын зерттеушісі Д. Престли 1774 жылы эксперименттер кезінде сынап оксидінің ыдырауы кезінде газ бөлді. Осыдан екі жыл бұрын К. Шеле сол затты таза күйінде алған. Бірнеше жылдан кейін ғана француз химигі А. Лавуазье ауаның құрамына қандай газ кіретінін анықтады, қасиеттерін зерттеді. Оттегінің химиялық формуласы: O2. Полярсыз коваленттік байланыстың – О::О түзілуіне қатысатын электрондарды заттың құрамы туралы жазбада көрсетейік. Әрбір байланыстырушы электрон жұбын бір түзумен ауыстырайық: O=O. Бұл оттегі формуласы молекуладағы атомдардың ортақ екі жұп электрондар арасында байланысқандығын анық көрсетеді.
Қарапайым есептеулер жүргізіп, оттегінің салыстырмалы молекулалық салмағы қандай екенін анықтайық: Mr(O2)=Ar(O) x 2=16 x 2=32. Үшін салыстыру: Mr(ауа)=29. Оттегінің химиялық формуласы озон формуласынан бір оттегі атомымен ерекшеленеді. Сонымен Mr(O3)=Ar(O) x 3=48. Озон оттегіден 1,5 есе ауыр.
Физикалық қасиеттері
Оттегі – түссіз, дәмсіз және иіссіз газ (қалыпты температурада және атмосфералық қысымда). Зат ауадан сәл ауыр; суда ериді, бірақ аз мөлшерде. Оттегінің балқу температурасы теріс және –218,3 °C. Сұйық оттегінің қайтадан газ тәрізді оттегіне айналу нүктесі оның қайнау температурасы болып табылады. O2 молекулалары үшін бұл физикалық шаманың мәні –182,96 °C жетеді. Сұйық және қатты күйде оттегі ашық көк түске ие болады.
Зертханада оттегіні өндіру
Құрамында оттегі бар заттарды, мысалы, калий перманганатын қыздырғанда түссіз газ бөлінеді, оны колбаға немесе пробиркаға жинауға болады. Егер сіз жанып тұрған алауды таза оттегіге әкелсеңіз, ол ауаға қарағанда жақсы жанады. Оттегін алудың тағы екі зертханалық әдісі - сутегі асқын тотығы мен калий хлоратының (бертоллет тұзы) ыдырауы. Термиялық ыдырау үшін қолданылатын құрылғының схемасын қарастырыңыз.
Пробиркаға немесе түбі дөңгелек колбаға Бертолле тұзын құйыңыз, газ шығатын түтігі бар тығынмен жабыңыз. Оның қарама-қарсы ұшын (су астында) төңкерілген колбаға бағыттау керек. Мойынды сумен толтырылған кең стақанға немесе кристаллизаторға түсіру керек. Бертолле тұзы бар пробирканы қыздырғанда оттегі бөлінеді. Ол желдеткіш құбыр арқылы кіредіколба, одан суды ығыстыру. Колбаға газ құйылған кезде оны су астында тығынмен жауып, төңкереді. Осы зертханалық тәжірибеде алынған оттегі қарапайым заттың химиялық қасиеттерін зерттеу үшін пайдаланылуы мүмкін.
Жану
Егер зертхана оттегідегі заттарды жағатын болса, онда сіз өрт ережелерін біліп, сақтауыңыз керек. Сутегі ауада бірден жанады, ал оттегімен 2:1 қатынасында араласса, ол жарылғыш болып табылады. Таза оттегідегі заттардың жануы ауаға қарағанда әлдеқайда қарқынды. Бұл құбылыс ауаның құрамымен түсіндіріледі. Атмосферадағы оттегі бөліктің 1/5 бөлігінен сәл артық (21%). Жану – заттардың оттегімен әрекеттесуі, нәтижесінде әртүрлі өнімдер, негізінен металдар мен бейметалдардың оксидтері түзіледі. O2 жанғыш заттармен қоспалары тұтанғыш болып табылады, сонымен қатар алынған қосылыстар улы болуы мүмкін.
Кәдімгі шамның (немесе сіріңкенің) жануы көмірқышқыл газының түзілуімен бірге жүреді. Келесі тәжірибені үйде жасауға болады. Егер сіз затты шыны ыдыстың немесе үлкен стаканның астына жағысаңыз, онда барлық оттегі таусылғаннан кейін жану тоқтайды. Азот тыныс алуды және жануды қолдамайды. Тотығу өнімі болып табылатын көмірқышқыл газы енді оттегімен әрекеттеспейді. Мөлдір әк суы шамды жағудан кейін көмірқышқыл газының бар-жоғын анықтауға мүмкіндік береді. Егер жану өнімдері кальций гидроксиді арқылы өтсе, ерітінді бұлыңғыр болады. Әк суы мен көмірқышқыл газы арасында химиялық реакция жүреді, нәтижесінде ерімейтін кальций карбонаты пайда болады.
Өнеркәсіптік масштабта оттегіні өндіру
Ауасыз O2 молекулаларына әкелетін ең арзан процесс химиялық реакцияларды қамтымайды. Өнеркәсіпте, айталық, металлургиялық зауыттарда ауа төмен температурада және жоғары қысымда сұйылтылады. Атмосфераның ең маңызды құрамдас бөліктері, мысалы, азот пен оттегі әртүрлі температурада қайнайды. Біртіндеп қалыпты температураға дейін қыздыру кезінде ауа қоспасын бөліңіз. Алдымен азот молекулалары, содан кейін оттегі бөлінеді. Бөлу әдісі қарапайым заттардың әртүрлі физикалық қасиеттеріне негізделген. Қарапайым оттегі затының формуласы ауаны салқындату және сұйылту алдындағы формуламен бірдей, - O2.
Кейбір электролиз реакцияларының нәтижесінде оттегі де бөлінеді, ол сәйкес электродтың үстіне жиналады. Газ өнеркәсіп және құрылыс кәсіпорындарына үлкен көлемде қажет. Әсіресе химия өнеркәсібінде оттегіге сұраныс үнемі өсіп келеді. Алынған газ таңбалары бар болат баллондарда өндірістік және медициналық мақсатта сақталады. Оттегі цистерналары оларды басқа сұйытылған газдардан - азот, метан, аммиактан ажырату үшін көк немесе көк түске боялған.
Молекулалар қатысатын реакциялардың формуласы мен теңдеулерін пайдаланып химиялық есептеулер O2
Оттегінің молярлық массасының сандық мәні басқа мәнмен - салыстырмалы молекулалық салмақпен сәйкес келеді. Бірінші жағдайда ғана бірлік барөлшемдер. Қысқаша түрде оттегі затының формуласы мен оның молярлық массасын былай жазу керек: M(O2)=32 г/моль. Қалыпты жағдайда кез келген газдың мольі 22,4 литр көлемге сәйкес келеді. Сонымен, 1 моль O2 - 22,4 литр зат, 2 моль O2 - 44,8 литр. Оттегі мен сутегі арасындағы реакция теңдеуіне сәйкес 2 моль сутегі мен 1 моль оттегінің әрекеттесетінін көруге болады:
Егер реакцияға 1 моль сутегі қатысса, онда оттегінің көлемі 0,5 моль болады • 22,4 л/моль=11,2 л.
Молекулалардың табиғаттағы және адам өміріндегі 2 рөлі
Оттегі жер бетіндегі тірі организмдермен тұтынылады және 3 миллиард жылдан астам уақыт бойы зат айналымына қатысады. Бұл тыныс алу мен зат алмасудың негізгі заты, оның көмегімен қоректік заттардың молекулаларының ыдырауы жүреді, организмдерге қажетті энергия синтезделеді. Жерде оттегі үнемі тұтынылады, бірақ оның қоры фотосинтез арқылы толықтырылады. Орыс ғалымы К. Тимирязев осы процестің арқасында планетамызда әлі де тіршілік бар деп есептеген.
Оттегінің табиғат пен экономикадағы рөлі зор:
- тірі организмдермен тыныс алу кезінде сіңеді;
- өсімдіктердегі фотосинтез реакцияларына қатысады;
- органикалық молекулалардың бөлігі;
- шіру, ашыту, тоттану процестері тотықтырғыш ретінде әрекет ететін оттегінің қатысуымен жүреді;
- құнды органикалық синтез өнімдерін өндіру үшін пайдаланылады.
Сұйытылған оттегіцилиндрлер металдарды жоғары температурада кесу және дәнекерлеу үшін қолданылады. Бұл процестер машина жасау зауыттарында, көлік және құрылыс кәсіпорындарында жүзеге асырылады. Су астында, жер астында, жоғары биіктікте вакуумда жұмыс істеу үшін адамдарға O2 молекулалары да қажет. Оттегі жастықтары медицинада ауру адамдар жұтқан ауаның құрамын байыту үшін қолданылады. Медициналық мақсаттағы газ техникалық газдан қоспалар мен иістердің толық дерлік болмауымен ерекшеленеді.
Оттегі - тамаша тотықтырғыш
Оттегі қосылыстары асыл газдар тұқымдасының алғашқы өкілдерінен басқа периодтық жүйенің барлық химиялық элементтерімен белгілі. Галогендер, алтын және платинадан басқа көптеген заттар O атомдарымен тікелей әрекеттеседі. Жарық пен жылудың бөлінуімен бірге жүретін оттегімен байланысты құбылыстардың үлкен маңызы бар. Мұндай процестер күнделікті өмірде және өндірісте кеңінен қолданылады. Металлургияда кендердің оттегімен әрекеттесуін күйдіру деп атайды. Алдын ала ұсақталған кен оттегімен байытылған ауамен араласады. Жоғары температурада металдар сульфидтерден жай заттарға дейін тотықсызданады. Темір және кейбір түсті металдар осылай алынады. Таза оттегінің болуы химияның, технологияның және металлургияның әртүрлі салаларындағы технологиялық процестердің жылдамдығын арттырады.
Төмен температурада компоненттерге бөлу арқылы ауадан оттегін алудың арзан әдісінің пайда болуы көптеген салалардың дамуын ынталандырды.өнеркәсіптік өндіріс. Химиктер O2 молекулалары мен O атомдарын тамаша тотықтырғыштар деп санайды. Бұл табиғи материалдар, олар табиғатта үнемі жаңарып отырады, қоршаған ортаны ластамайды. Сонымен қатар, оттегінің қатысуымен өтетін химиялық реакциялар көбінесе басқа табиғи және қауіпсіз өнім - судың синтезімен аяқталады. Өндірістің улы қалдықтарын залалсыздандыруда, суды ластанудан тазартуда O2 рөлі зор. Дезинфекция үшін оттегіден басқа оның аллотропты модификациясы озон қолданылады. Бұл қарапайым зат жоғары тотықтырғыш белсенділікке ие. Суды озонизациялау кезінде ластаушы заттар ыдырайды. Озон патогендік микрофлораға да зиянды әсер етеді.
