Оттегі дегеніміз не? Оттегі қосылыстары

2024 Автор: Angel Austin | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-17 05:33

Оттегі (O) - периодтық жүйенің 16 (VIa) тобындағы металл емес химиялық элемент. Бұл түссіз, иіссіз және дәмсіз газ, ол тірі организмдерге – оны көмірқышқыл газына айналдыратын жануарларға және көміртегі көзі ретінде CO₂ пайдаланып, O _{қайтаратын өсімдіктерге қажет. 2} атмосфераға. Оттегі кез келген дерлік басқа элементтермен әрекеттесу арқылы қосылыстар түзеді, сонымен қатар химиялық элементтерді бір-бірімен байланысудан ығыстырады. Көптеген жағдайларда бұл процестер жылу мен жарықтың бөлінуімен бірге жүреді. Ең маңызды оттегі қосылысы - су.

Табу тарихы

1772 жылы швед химигі Карл Вильгельм Шееле калий нитратын, сынап оксидін және басқа да көптеген заттарды қыздыру арқылы оттегін алғаш рет көрсетті. Оған тәуелсіз, 1774 жылы ағылшын химигі Джозеф Пристли бұл химиялық элементті сынап оксидінің термиялық ыдырауы арқылы ашты және оның нәтижелерін сол жылы, басылымнан үш жыл бұрын жариялады. Шели. 1775-1780 жылдары француз химигі Антуан Лавуазье сол кезде жалпы қабылданған флогистон теориясын жоққа шығарып, оттегінің тыныс алу мен жанудағы рөлін түсіндірді. Ол оның әртүрлі заттармен қосылып қышқыл түзу тенденциясын атап өтіп, элементті oxygène деп атады, бұл грек тілінен аударғанда «қышқыл түзетін» дегенді білдіреді.

Таралу

Оттегі дегеніміз не? Жер қыртысының массасының 46% құрайтын бұл оның ең көп таралған элементі. Атмосферадағы оттегінің мөлшері көлем бойынша 21%, ал теңіз суында салмағы бойынша 89%.

Тау жыныстарында элемент қышқыл (мысалы, күкірт, көміртек, алюминий және фосфор) немесе негіздік (кальций, магний және темір тұздары) оксидтер түріндегі металдармен және бейметалдармен біріктіріледі., және сульфаттар, карбонаттар, силикаттар, алюминаттар және фосфаттар сияқты қышқыл және негіздік оксидтерден түзілген деп санауға болатын тұз тәрізді қосылыстар ретінде. Олар көп болғанымен, бұл қатты заттар оттегінің көзі бола алмайды, өйткені элементтің металл атомдарымен байланысын үзу тым көп энергияны қажет етеді.

Мүмкіндіктер

Оттегінің температурасы -183 °C төмен болса, онда ол бозғылт көк түсті сұйықтыққа, ал -218 °C температурада қатты күйге айналады. Таза O₂ ауадан 1,1 есе ауыр.

Тыныс алу кезінде жануарлар мен кейбір бактериялар атмосферадан оттегін тұтынып, көмірқышқыл газын қайтарады, ал фотосинтез кезінде жасыл өсімдіктер күн сәулесінің әсерінен көмірқышқыл газын жұтып, бос оттегін шығарады. ШамаменАтмосферадағы барлық O₂ фотосинтез арқылы түзіледі.

20 °C температурада оттегінің 3 көлемдік бөлігі 100 бөлік тұщы суда ериді, теңіз суында сәл азырақ. Бұл балықтар мен басқа теңіз тіршілік иелерінің тыныс алуы үшін қажет.

Табиғи оттегі үш тұрақты изотоптардың қоспасы: ¹⁶O (99,759%), ¹⁷O (0,037 %) және¹⁸O (0,204%). Жасанды жолмен алынған бірнеше радиоактивті изотоптар белгілі. Олардың ішінде ең ұзақ өмір сүретіні ¹⁵O (жартылай ыдырау периоды 124 с), ол сүтқоректілердің тыныс алуын зерттеу үшін қолданылады.

Аллотроптар

Оттегінің не екендігі туралы нақтырақ түсінік оның екі аллотропиялық түрін алуға мүмкіндік береді: екі атомды (O₂) және үш атомды (O₃₎ , озон). Екі атомды пішіннің қасиеттері алты электрон атомдарды байланыстырады және екеуі жұпталмаған күйде қалады, бұл оттегі парамагнетизмін тудырады. Озон молекуласындағы үш атом түзу сызықта емес.

Озонды мына теңдеу бойынша алуға болады: 3O₂ → 2O₃.

Процесс эндотермиялық (энергияны қажет етеді); озонның екі атомды оттегіге қайта айналуы өтпелі металдардың немесе олардың оксидтерінің болуымен жеңілдетіледі. Таза оттегі жарқыраған электр разряды арқылы озонға айналады. Реакция сонымен қатар толқын ұзындығы шамамен 250 нм болатын ультракүлгін сәулені жұтқанда жүреді. Бұл процестің атмосфераның жоғарғы қабатында болуы тудыруы мүмкін радиацияны жоядыжер бетіндегі тіршілікке зиян. Озонның өткір иісі генераторлар сияқты ұшқын шығаратын электр жабдықтары бар жабық кеңістіктерде болады. Бұл ашық көк газ. Оның тығыздығы ауадан 1,658 есе көп, ал атмосфералық қысымда қайнау температурасы -112°C.

Озон – күкірт диоксидін триоксидке, сульфидті сульфатқа, йодидті йодқа (оны бағалаудың аналитикалық әдісін береді) және көптеген органикалық қосылыстарды альдегидтер мен қышқылдар сияқты оттегі бар туындыларға түрлендіруге қабілетті күшті тотықтырғыш агент. Автокөлік шығарындыларынан көмірсутектерді озонмен осы қышқылдар мен альдегидтерге айналдыру түтіннің пайда болуына әкеледі. Өнеркәсіпте озон химиялық агент, дезинфекциялаушы, ағынды суларды тазарту, суды тазарту және матаны ағарту ретінде пайдаланылады.

Әдістерді алу

Оттегінің өндірілу жолы қанша газ қажет екеніне байланысты. Зертханалық әдістер келесідей:

1. Калий хлораты немесе калий нитраты сияқты кейбір тұздардың термиялық ыдырауы:

2KClO₃ → 2KCl + 3O₂.
2KNO₃ → 2KNO₂ + O₂.

Калий хлоратының ыдырауы өтпелі металл оксидтерімен катализденеді. Ол үшін марганец диоксиді (пиролюзит, MnO₂) жиі қолданылады. Катализатор оттегінің бөлінуіне қажетті температураны 400-ден 250°C-қа дейін төмендетеді.

2. Метал оксидтерінің температуралық ыдырауы:

2HgO → 2Hg +O₂.
2Ag₂O → 4Ag + O₂.

Шеле мен Пристли осы химиялық элементті алу үшін оттегі мен сынаптың (II) қосылысын (оксиді) пайдаланды.

3. Металл пероксидтерінің немесе сутегі асқын тотығының термиялық ыдырауы:

2BaO + O₂ → 2BaO₂.
2BaO₂ → 2BaO +O₂.
BaO₂ + H₂SO₄ → H₂ O₂ + BaSO₄.
2H₂O₂ → 2H₂O +O _2.

Атмосферадан оттегін бөлудің немесе сутегі асқын тотығын алудың алғашқы өнеркәсіптік әдістері оксидтен барий асқын тотығының түзілуіне байланысты болды.

4. Электр тогының өткізгіштігін қамтамасыз ететін тұздардың немесе қышқылдардың шағын қоспалары бар судың электролизі:

2H₂O → 2H₂ + O₂

Өнеркәсіптік өндіріс

Оттегінің үлкен көлемін алу қажет болса, сұйық ауаның фракциялық дистилляциясы қолданылады. Ауаның негізгі құрамдас бөліктерінің ішінде ол ең жоғары қайнау температурасына ие, сондықтан азот пен аргонға қарағанда ұшқыштығы төмен. Процесс газдың кеңеюі кезінде оны салқындатуды пайдаланады. Операцияның негізгі қадамдары келесідей:

ауа бөлшектерді кетіру үшін сүзіледі;
ылғал мен көмірқышқыл газы сілтіге сіңу арқылы жойылады;
ауа қысылады және қысу жылуы қалыпты салқындату процедуралары арқылы жойылады;
содан кейін ол орналасқан катушкаға кіредікамера;
сығылған газдың бір бөлігі (шамамен 200 атм қысымда) катушканы салқындататын камерада кеңейеді;
кеңейтілген газ компрессорға қайта оралады және келесі кеңейту мен қысудың бірнеше сатысынан өтеді, нәтижесінде -196 °C температурада сұйықтық сұйықтыққа айналады;
сұйықтық бірінші жеңіл инертті газдарды, содан кейін азотты айдау үшін қыздырылады, ал сұйық оттегі қалады. Көп реттік бөлшектеу көптеген өнеркәсіптік мақсаттар үшін жеткілікті таза өнімді (99,5%) шығарады.

Өнеркәсіптік пайдалану

Металлургия жоғары көміртекті болат өндіру үшін таза оттегінің ең ірі тұтынушысы болып табылады: көмірқышқыл газынан және басқа металл емес қоспалардан ауаны пайдаланғаннан тезірек және оңай құтылыңыз.

Ағынды суларды оттегімен тазарту сұйық ағынды суларды басқа химиялық процестерге қарағанда тиімдірек тазартуға уәде береді. Таза O₂.

. көмегімен жабық жүйелерде қалдықтарды жағу маңыздырақ болып келеді.

Зымыран тотықтырғышы сұйық оттегі болып табылады. Таза O₂ Суасты қайықтарында және сүңгуір қоңырауларында қолданылады.

Химия өнеркәсібінде ацетилен, этилен оксиді және метанол сияқты заттарды өндіруде оттегі қалыпты ауаны алмастырды. Медициналық қосымшалар газды оттегі камераларында, ингаляторларда және нәресте инкубаторларында пайдалануды қамтиды. Оттегімен байытылған анестетикалық газ жалпы анестезия кезінде өмірді қамтамасыз етеді. Бұл химиялық элементсіз бірқатарбалқыту пештерін пайдаланатын салалар. Оттегі деген осы.

Химиялық қасиеттері мен реакциялары

Оттегінің жоғары электртерістігі мен электронға жақындығы бейметалл қасиеттерді көрсететін элементтерге тән. Барлық оттегі қосылыстары теріс тотығу дәрежесіне ие. Екі орбиталь электрондармен толтырылғанда O^2- ионы түзіледі. Пероксидтерде (O₂^2-) әрбір атомның заряды -1 болады деп есептеледі. Толық немесе ішінара тасымалдау арқылы электрондарды қабылдаудың бұл қасиеті тотықтырғышты анықтайды. Мұндай агент электронды донорлық затпен әрекеттескенде, оның өзіндік тотығу дәрежесі төмендейді. Оттегінің тотығу дәрежесінің нөлден -2-ге дейін өзгеруі (төмендеуі) тотықсыздану деп аталады.

Қалыпты жағдайда элемент екі атомды және үш атомды қосылыстар түзеді. Сонымен қатар, өте тұрақсыз төрт атомды молекулалар бар. Екі атомды түрде екі жұпталмаған электрон байланыссыз орбитальдарда орналасады. Бұл газдың парамагниттік әрекетімен расталады.

Озонның қарқынды реактивтілігі кейде үш атомның біреуі «атомдық» күйде болады деген болжаммен түсіндіріледі. Реакцияға кіре отырып, бұл атом O₃ атомынан ажырап, молекулалық оттегін қалдырады.

O₂ молекуласы қалыпты қоршаған орта температурасы мен қысымында әлсіз реактивті. Атомдық оттегі әлдеқайда белсенді. Диссоциация энергиясы (O₂ → 2O) маңызды жәнебір моль үшін 117,2 ккал құрайды.

Байланыстар

Сутегі, көміртек және күкірт сияқты бейметалдармен оттегі ковалентті байланысқан қосылыстардың кең ауқымын құрайды, соның ішінде су сияқты бейметалдардың оксидтері (H₂O), күкірт диоксиді (SO₂) және көмірқышқыл газы (CO₂); спирттер, альдегидтер және карбон қышқылдары сияқты органикалық қосылыстар; көміртегі (H₂CO₃), күкірт (H₂SOсияқты қарапайым қышқылдар 4_{) және азот (HNO}3_{); және натрий сульфаты (Na}2_SO4_{), натрий карбонаты (Na}2 _{CO сияқты сәйкес тұздар} 3_{) және натрий нитраты (NaNO}3_{). Оттегі қатты металл оксидтерінің кристалдық құрылымында, мысалы, оттегі мен кальцийдің CaO қосылысы (оксиді) O}2- ^{ионы түрінде болады. Металл супероксидтері (KO}2_{) құрамында O}2- ^{ионы бар, ал металл пероксидтері (BaO) 2}), құрамында O₂_2- ионы бар. Оттегі қосылыстары негізінен -2 тотығу дәрежесіне ие.