Біз бәріміз ауамен тыныс аламыз, ол негізінен азот пен оттегі молекулаларынан тұратын, басқа элементтердің шамалы қосылғаны. Осылайша, оттегі ең маңызды химиялық элементтердің бірі болып табылады. Сонымен қатар, оның молекулалары күнделікті өмірде қолданылатын көптеген химиялық қосылыстардың құрамында болады. Бұл элементтің барлық қасиеттерін сипаттау үшін жүз бет жеткіліксіз, сондықтан біз тарихтан алынған негізгі фактілермен, сондай-ақ элементтің негізгі сипаттамаларымен - оттегінің валенттілігі мен тотығу дәрежесімен, меншікті ауырлықпен, қолданумен шектелеміз. негізгі физикалық қасиеттер.
Химиялық элементтің ашылу тарихы
«Оттегі» химиялық элементінің ашылған ресми күні 1774 жылдың 1 тамызы. Дәл осы күні британ химигі Дж. Престли герметикалық жабылған ыдыста сынап оксидінің ыдырауы бойынша тәжірибесін аяқтады. Тәжірибе соңында ғалым жануды қолдайтын газ алды. Алайда бұл жаңалықты ғалымдардың өздері де байқамай қалды. Мистер Пристли жаңа элементті емес, оқшаулауды сәтті аяқтадым деп ойладыауаның құрамдас бөлігі. Джозеф Пристли өз нәтижелерін әйгілі француз ғалымы және химигі Антуан Лавуазьемен бөлісті, ол ағылшынның қолынан келмейтін нәрсені түсіне білді. 1775 жылы Лавуазье пайда болған «ауаның құрамдас бөлігі» шын мәнінде тәуелсіз химиялық элемент екенін анықтай алды және оны оттегі деп атады, бұл грек тілінен аударғанда «қышқылдар түзетін» дегенді білдіреді. Содан кейін Лавуазье оттегі барлық қышқылдарда кездеседі деп есептеді. Кейіннен құрамында оттегі атомдары жоқ қышқылдардың формулалары шығарылды, бірақ аты қалды.
Оттегі - молекуланың құрылымдық ерекшеліктері
Бұл химиялық элемент түссіз, иіссіз және дәмсіз газ. Химиялық формуласы: O2. Химиктер қарапайым екі атомды оттегін «атмосфералық оттегі» немесе «диоттегі» деп атайды.
Зат молекуласы байланысқан екі оттегі атомынан тұрады. Сондай-ақ үш атомнан тұратын молекула бар - O3. Бұл зат озон деп аталады, ол туралы толығырақ төменде жазылады. Екі атомы бар молекуланың оттегінің тотығу дәрежесі -2 болады, өйткені оның коваленттік байланыс түзе алатын жұпталмаған екі электроны бар. Оттегі молекуласының атомдарға ыдырауы (диссоциациялануы) кезінде бөлінетін энергия 493,57 кДж/моль. Бұл өте үлкен мән.
Оттегінің валенттілігі және тотығу дәрежесі
Химиялық элементтің валенттілігі бойынша олар оның өзіне белгілі бір атомдар санын қосу қабілетін білдіреді.басқа химиялық элемент. Оттегі атомының валенттілігі екіге тең. Оттегі молекуласының валенттілігі де екіге тең, өйткені екі атом бір-бірімен байланысқан және құрылымына басқа қосылыстың тағы бір атомын қосу, яғни онымен коваленттік байланыс түзу қабілеті бар. Мысалы, H2O су молекуласы бір оттегі атомы мен екі сутегі атомы арасында коваленттік байланыстың түзілуі нәтижесінде пайда болды.
Оттегі көптеген белгілі химиялық қосылыстарда кездеседі. Тіпті химиялық қосылыстардың жеке түрі бар – оксидтер. Бұл кез келген дерлік химиялық элементті оттегімен біріктіру арқылы алынған заттар. Оксидтердегі оттегінің тотығу дәрежесі -2. Дегенмен, кейбір қосылыстарда бұл көрсеткіш әртүрлі болуы мүмкін. Бұл төменде толығырақ талқыланады.
Оттегінің физикалық қасиеттері
Қарапайым екі атомды оттегі – түссіз, иіссіз және дәмсіз газ. Қалыпты күйінде оның тығыздығы 1,42897 кг/м3. 1 литр заттың салмағы 1,5 граммнан сәл аз, яғни таза күйінде оттегі ауадан ауыр. Қыздырған кезде молекула атомдарға диссоциацияланады.
Орта температурасы -189,2-ге дейін төмендегенде оС оттегі өзінің құрылымын газ тәріздіден сұйыққа өзгертеді. Бұл жерде қайнау пайда болады. Температура -218, 35 оС дейін төмендегенде, құрылым сұйық күйден кристалдық күйге ауысады. Бұл температурада оттегі көкшіл кристалдар түрінде болады.
Бөлме температурасында оттегі суда аздап ериді - оның литріне 31 миллилитр оттегі. Басқа заттармен ерігіштігі: 1 литр этанолға 220 мл, 1 литр ацетонға 231 мл.
Оттегінің химиялық қасиеттері
Оттегінің химиялық қасиеттері туралы тұтас Талмуд жазуға болады. Оттегінің ең маңызды қасиеті – тотығу. Бұл зат өте күшті тотықтырғыш болып табылады. Оттегі периодтық жүйедегі барлық дерлік белгілі элементтермен әрекеттесе алады. Осы әрекеттесу нәтижесінде бұрын айтылғандай оксидтер түзіледі. Басқа элементтермен қосылыстардағы оттегінің тотығу дәрежелері негізінен -2. Мұндай қосылыстардың мысалы ретінде су (H2O), көмірқышқыл газы (CO2), кальций оксиді, литий оксиді және т.б. пероксидтер немесе пероксидтер деп аталатын белгілі бір оксидтер категориясы болып табылады. Олардың ерекшелігі – бұл қосылыстарда «-О-О-» пероксид тобы бар. Бұл топ O2 тотықтырғыш қасиеттерін төмендетеді, сондықтан пероксидтегі оттегінің тотығу дәрежесі -1.
Белсенді сілтілік металдармен бірге оттегі супероксидтер немесе супероксидтер түзеді. Мұндай формациялардың мысалы:
- калий супероксиді (KO2);
- рубидий супероксиді (RbO2).
Олардың ерекшелігі супероксидтердегі оттегінің тотығу дәрежесі -1/2.
Ең белсенді химиялық элемент – фтормен қосылып фторидтер алынады. Олар туралытөменде сипатталған.
Қосылыстардағы оттегінің ең жоғары тотығу дәрежесі
Оттегі қай затпен әрекеттесетініне байланысты оттегінің жеті тотығу дәрежесі бар:
- -2 - оксидтер мен органикалық қосылыстарда.
- -1 - пероксидтерде.
- -1/2 - супероксидтерде.
- -1/3 - бейорганикалық озонидтерде (үш атомды оттегі – озон үшін).
- +1/2 - оттегі катионының тұздарында.
- +1 – оттегі монофторидінде.
- +2 – дифторидтегі оттегі.
Көріп отырғаныңыздай, оттегінің тотығуының ең жоғары дәрежесі оксидтер мен органикалық қосылыстарда, ал фторидтерде ол тіпті оң дәрежеде болады. Өзара әрекеттесулердің барлық түрлерін табиғи түрде жасауға болмайды. Кейбір қосылыстар түзілу үшін ерекше жағдайларды қажет етеді, мысалы: жоғары қысым, жоғары температура, табиғатта ешқашан кездеспейтін сирек қосылыстардың әсері. Оттегінің басқа химиялық элементтермен негізгі қосылыстарын қарастырайық: оксидтер, пероксидтер және фторидтер.
оксидтердің қышқыл-негіз қасиеттері бойынша жіктелуі
Оксидтердің төрт түрі бар:
- негізгі;
- қышқыл;
- бейтарап;
- амфотерлік.
Осы түрлердің қосылыстарындағы оттегінің тотығу дәрежесі -2.
- Негізгі оксидтер – тотығу дәрежесі төмен металдармен қосылыстар. Әдетте қышқылдармен әрекеттескенде сәйкес тұз бен су алынады.
- Қышқыл оксидтері – тотығу дәрежесі жоғары бейметалдардың оксидтері. Қосылған кездесу қышқыл түзеді.
- Бейтарап оксидтер қышқылдармен де, негіздермен де әрекеттеспейтін қосылыстар.
- Амфотерлі оксидтер – электртерістігі төмен металдармен қосылыстар. Олар жағдайға байланысты қышқылдық және негіздік оксидтердің қасиеттерін көрсетеді.
Пероксидтер, сутегі асқын тотығы және басқа қосылыстардағы оттегінің тотығу дәрежесі
Пероксидтер – оттегінің сілтілі металдармен қосылыстары. Олар осы металдарды оттегіде жағу арқылы алынады. Органикалық қосылыстардың пероксидтері өте жарылғыш болып табылады. Оларды оттегі оксидтерімен сіңіру арқылы да алуға болады. Пероксидтердің мысалдары:
- сутегі асқын тотығы (H2O2);
- барий пероксиді (BaO2);
- натрий пероксиді (Na2O2).
Олардың барлығын олардың құрамында -О-О- оттегі тобының болуы біріктіреді. Нәтижесінде пероксидтердегі оттегінің тотығу дәрежесі -1.
-O-O- тобы бар ең танымал қосылыстардың бірі - сутегі асқын тотығы. Қалыпты жағдайда бұл қосылыс бозғылт көк түсті сұйықтық болып табылады. Химиялық қасиеттері бойынша сутегі асқын тотығы әлсіз қышқылға жақын. Қосылыстағы -O-O- байланысы әлсіз тұрақты болғандықтан, тіпті бөлме температурасында да сутегі асқын тотығы ерітіндісі су мен оттегіге ыдырауы мүмкін. Бұл күшті тотықтырғыш қасиеттермен әрекеттескен кезде ең күшті тотықтырғыш болып табыладықалпына келтіретін агентте тек сутегі асқын тотығы бар. Басқа пероксидтердегі сияқты сутегі асқын тотығының оттегінің тотығу дәрежесі -1.
Пероксидтердің басқа түрлері:
- супероксидтер (оттегінің тотығуы -1/2 болатын супероксидтер);
- бейорганикалық озонидтер (құрылымында озон анионы бар өте тұрақсыз қосылыстар);
- органикалық озонидтер (құрылымында -O-O-O- байланысы бар қосылыстар).
Фторидтер, OF2-дегі оттегінің тотығу дәрежесі
Фтор қазіргі уақытта белгілі барлық элементтердің ең белсенді элементі болып табылады. Сондықтан оттегі фтормен әрекеттескенде оксидтер емес, фторидтер алынады. Олар осылай аталды, өйткені бұл қосылыста оттегі емес, фтор тотықтырғыш болып табылады. Фторидтерді табиғи жолмен алу мүмкін емес. Олар фторды КОН судағы ерітіндісімен біріктіру арқылы ғана синтезделеді. Оттегі фторидтері бөлінеді:
- оттегі дифториді (OF2);
- оттегі монофториді (O2F2).
Қосылыстардың әрқайсысын толығырақ қарастырайық. Құрылымындағы оттегі дифториді - айқын жағымсыз иісі бар түссіз газ. Салқындаған кезде ол сарғыш сұйықтыққа айналады. Сұйық күйде ол сумен жақсы араласпайды, бірақ ауамен, фтормен және озонмен жақсы араласады. Химиялық қасиеттері бойынша оттегі дифториді өте күшті тотықтырғыш болып табылады. OF2-де оттегінің тотығу дәрежесі +1, яғни бұл қосылыста фтор тотықтырғыш, ал оттегі тотықсыздандырғыш болып табылады. OF2 өте улы, уыттылық тұрғысынантаза фтордан асып, фосгенге жақындайды. Бұл қосылыстың негізгі қолданылуы ракета отыны үшін тотықтырғыш ретінде, өйткені дифторид оттегі жарылғыш емес.
Оттегі монофториді әдетте сарғыш түсті қатты зат. Еріген кезде ол қызыл сұйықтық түзеді. Ол күшті тотықтырғыш болып табылады және органикалық қосылыстармен әрекеттескенде өте жарылғыш. Бұл қосылыста оттегі +2-ге тең тотығу дәрежесін көрсетеді, яғни бұл фтор қосылысында оттегі тотықсыздандырғыш, ал фтор тотықтырғыш ретінде әрекет етеді.
Озон және оның қосылыстары
Озон – бір-бірімен байланысқан үш оттегі атомы бар молекула. Қалыпты күйінде бұл көгілдір газ. Салқындаған кезде ол индигоға жақын қою көк түсті сұйықтық түзеді. Қатты күйде бұл қою көк кристалдар. Озонның қатты найзағайдан кейін ауада табиғи түрде сезілетін өткір иісі бар.
Озон, кәдімгі оттегі сияқты, өте күшті тотықтырғыш. Химиялық қасиеттері бойынша ол күшті қышқылдарға жақындайды. Оксидтерге әсер еткенде, озон оттегінің бөлінуімен олардың тотығу дәрежесін арттырады. Бірақ сонымен бірге оттегінің тотығу дәрежесі төмендейді. Озонда химиялық байланыстар O2 сияқты күшті емес, сондықтан қалыпты жағдайда, күш жұмсамай, жылу энергиясын бөліп оттегіге ыдырауы мүмкін. Озон молекуласына әсер ету температурасының жоғарылауымен және қысымның төмендеуімен процессжылу бөлінуімен екі атомды оттегіге ыдырауы жылдамдайды. Сонымен қатар, егер ғарышта озон мөлшері жоғары болса, онда бұл процесс жарылыспен бірге жүруі мүмкін.
Озон өте күшті тотықтырғыш болғандықтан және оның қатысуымен өтетін барлық дерлік процестерде көп мөлшерде O2 бөлінетіндіктен, озон өте улы зат болып табылады. Алайда атмосфераның жоғарғы қабатында озон қабаты күннің ультракүлгін сәулеленуінен шағылыстырғыш ретінде әрекет етеді.
Озон зертханалық құралдарды пайдаланып органикалық және бейорганикалық озонидтерді жасау үшін қолданылады. Бұл олардың құрылымында өте тұрақсыз заттар, сондықтан оларды табиғи жағдайда жасау мүмкін емес. Озонидтер тек төмен температурада сақталады, өйткені қарапайым температурада олар өте жарылғыш және улы.
Өнеркәсіпте оттегі мен оның қосылыстарын пайдалану
Бір кездері ғалымдар оттегінің басқа элементтермен әрекеттескенде тотығу дәрежесі қандай екенін білгендіктен, ол және оның қосылыстары өнеркәсіпте кеңінен қолданылады. Әсіресе ХХ ғасырдың ортасында турбокеңейткіштерді ойлап тапқаннан кейін - оттегінің потенциалдық энергиясын механикалық энергияға айналдыруға қабілетті қондырғылар.
Оттегі өте тез тұтанғыш зат болғандықтан, ол от пен жылуды қолдану қажет болатын барлық салаларда қолданылады. Металдарды кесу және дәнекерлеу кезінде жалынмен дәнекерлеу аппаратын нығайту үшін сығылған оттегі цилиндрлері де қолданылады. Кеңболат өнеркәсібінде оттегін пайдалану, мұнда сығылған O2 домна пештерінде жоғары температураны ұстап тұру үшін қолданылады. Оттегінің максималды тотығу дәрежесі -2. Оның бұл сипаттамасы одан әрі жану және жылу энергиясын шығару мақсатында оксидтерді өндіру үшін белсенді түрде қолданылады. Сұйық оттегі, озон және құрамында көп мөлшерде O2, бар басқа қосылыстар зымыран отынының тотықтырғыштары ретінде пайдаланылады. Кейбір оттегімен тотыққан органикалық қосылыстар жарылғыш зат ретінде пайдаланылады.
Химия өнеркәсібінде оттегі спирттер, қышқылдар және т.б. сияқты қышқыл қосылыстардың құрамындағы көмірсутектер үшін тотықтырғыш ретінде пайдаланылады. Медицинада ол төмендетілген қысымда өкпе аурулары бар науқастарды емдеу үшін, дененің қалыпты жұмысын сақтау үшін қолданылады. өмірлік маңызды функциялар. Ауыл шаруашылығында таза оттегінің аз мөлшердегі мөлшері тоғандарда балық өсіруге, ірі қара малдың үлесін арттыруға және т.б.
Оттегі - күшті тотықтырғыш, онсыз өмір сүру мүмкін емес
Жоғарыда әртүрлі қосылыстармен және элементтермен әрекеттескенде қандай оттегі тотығу дәрежесін көрсететіні, оттегі қосылыстарының қандай түрлері бар, қандай түрлері өмірге қауіп төндіретіні және қайсысы жоқ екендігі туралы көп жазылған. Бір нәрсе түсініксіз болып қалуы мүмкін - оның барлық уыттылығымен және тотығуының жоғары деңгейімен оттегі қалай Жердегі өмір сүру мүмкін емес элементтердің бірі болып табылады? Өйткені, біздің планета өте теңдестірілген организм,атмосфералық қабаттағы заттарға дәл бейімделген. Ол циклге қатысады, ол келесідей көрінеді: адам және барлық басқа жануарлар оттегін тұтынады және көмірқышқыл газын шығарады, ал өсімдіктер көмірқышқыл газын басым түрде тұтынады және оттегін шығарады. Дүниедегі барлық нәрсе өзара байланысты және осы тізбектің бір буынының жоғалуы бүкіл тізбектің үзілуіне әкелуі мүмкін. Біз бұл туралы ұмытпауымыз керек және оның жеке өкілдерін ғана емес, жалпы планетадағы тіршілікті қорғауымыз керек.
