خواص عنصر

ثابت های مادی و فراوانی وقوع در طبیعت

ماسک اکسیژن

مدل پوسته

دوره: 2 (L)
گروه اصلی: VI
الکترون های بیرونی: 6

ایزوتوپ های عنصر

خواص بیشتر

وقتی از اکسیژن صحبت می شود، منظور ماده عنصری است که از مولکول های دو اتمی تشکیل شده است. این ماده گازی بی رنگ و بی بو و بی مزه است. چگالی گاز بیشتر از چگالی هوا است. دمای ذوب 219- درجه سانتی گراد و دمای جوش 183- درجه سانتی گراد است. اکسیژن فقط به طور متوسط ​​در آب حل می شود. حلالیت با افزایش دما کاهش می یابد (در فشار استاندارد/0 درجه سانتی گراد: 49 میلی لیتر در لیتر آب؛ در فشار استاندارد/20 درجه سانتی گراد: 31 میلی لیتر در لیتر آب). اکسیژن به خودی خود قابل احتراق نیست، اما باعث احتراق می شود. این ویژگی برای تأیید (تست تراشه دود) استفاده می شود. مولکول های اکسیژن بی اثر هستند زیرا نسبتاً پایدار هستند. با این حال، در دماهای بالاتر، گاهی اوقات اکسیژن مولکولی به شدت واکنش نشان می دهد. به ویژه با فلزات پایه، اکسیژن اکسیدهای فلزی (اکسیدهای مختلف آهن، اکسید منیزیم و غیره) را تشکیل می دهد. اکسیژن با غیر فلزات واکنش داده و اکسیدهای غیرفلزی (آب، دی اکسید کربن و مونوکسید کربن و غیره) را تشکیل می دهد. این واکنش ها اکسیداسیون هستند. اغلب آنها از زیر پدیده های شعله عبور می کنند – احتراق. برخی از اکسیداسیون ها بسیار شدید هستند، به عنوان مثال. ب. واکنش اکسیژن هیدروژن (واکنش هیدروژن با اکسیژن). علاوه بر این شکل شناخته شده از اکسیژن ابتدایی، شکل دیگری نیز وجود دارد که مولکول های آن از سه اتم تشکیل شده است – ازن. ازن گازی بی رنگ است (در صورت مایع شدن به رنگ آبی تیره است) با بوی مشخص. دمای جوش 112- درجه سانتی گراد و دمای ذوب 193- درجه سانتی گراد است. ازن با گرم شدن منفجر می شود. این ماده یکی از قوی ترین عوامل اکسید کننده است، زیرا حتی فلزات گرانبها نیز اکسید می شوند. ازن بسیار سمی است زیرا با بسیاری از ترکیبات آلی نیز واکنش می دهد.

کشف

کارل ویلیام شیله در اوایل سال 1771 اکسیژن را کشف کرد. او برای اولین بار موفق به ایجاد عنصر شد. برای این کار، دی اکسید منگنز را با اسید سولفوریک غلیظ گرم کرد و نام گاز را «هوای آتش» گذاشت. در سال 1774، مستقل از SCHEELE، الهی‌دان انگلیسی و شیمی‌دان آماتور، جوزف پریستلی، در حین گرم کردن اکسید جیوه با گاز مواجه شد و آن را به عنوان “هوای خلاص شده” توصیف کرد. شیمیدانان آن زمان «فلوژیستون» را ماده ای ناشناخته می نامیدند که تصور می کردند همیشه هنگام سوختن چیزی از آن خارج می شود. ANTOINE LAURENT DE LAVOISIER اولین کسی بود که آزمایشات خود را به درستی تفسیر کرد و ماهیت احتراق را تشخیص داد. او روشن کرد که اکسیداسیون فلوژیستون تولید نمی کند، اما اکسیژن جذب می شود. سرانجام، در سال 1779، LAVOISIER اصطلاح «اکسیژن» را ابداع کرد. این به معنای “اسید کننده” است و از کلمات یونانی “oxys” (ترش) و “gennao” (من انجام می دهم) گرفته شده است. LAVOISIER معتقد بود که تمام اسیدها حاوی اکسیژن هستند. بنابراین نام آلمانی عنصر نیز از اسیدها گرفته شده است.

وقوع/تولید

اکسیژن رایج ترین عنصر روی زمین است. هم به عنوان یک ماده خالص و هم از نظر شیمیایی متصل می شود. اکسیژن عنصری موجود در اتمسفر و ترکیبات متنوع عنصر تقریباً نیمی از کسر جرمی کل عناصر در PSE را تشکیل می‌دهند. دو شکل ابتدایی وجود دارد که اکسیژن در طبیعت وجود دارد. از یک طرف، اکسیژن “عادی” وجود دارد، مولکول دو اتمی که حدود 21٪ حجمی از هوای اطراف ما را تشکیل می دهد. از سوی دیگر، ازن، اکسیژن سه اتمی، در مقادیر زیادی در لایه های بالاتر جو زمین وجود دارد. آب (H2O) حاوی مقدار زیادی اکسیژن محدود است. بر این اساس، مقادیر عظیمی از اکسیژن متصل به هیدروژن در اقیانوس‌ها، رودخانه‌ها، دریاچه‌ها و ذخایر آب زیرزمینی جهان وجود دارد. آب های زمین نیز حاوی مقادیر زیادی اکسیژن محلول هستند. آنچه قابل توجه است این واقعیت است که هم اکسیژن آزاد اتمسفر و هم اکسیژن محلول در آب منحصراً منشأ بیولوژیکی دارند. شکل گیری آن طی 3 میلیارد سال گذشته از طریق فتوسنتز صورت گرفت. امروزه اتمسفر غنی از اکسیژن، پایه ای ضروری برای وجود موجودات زنده بر روی زمین ما است. علاوه بر ذخایری که تاکنون ذکر شد، مقادیر عظیمی از اکسیژن در پوسته زمین به شکل اکسیدهای مختلف وجود دارد، به عنوان مثال. B. کوارتز (SiO2) یا اکسیدهای آهن و همچنین به صورت نمک اسیدهای حاوی اکسیژن. اینها عبارتند از i.a. نمک های اسید کربنیک، کربنات ها، به عنوان مثال. ب- سنگ آهک (CaCO3) یا دولومیت (CaCO3 x MgCO3). فلدسپات همچنین حاوی اکسیژن متصل به سیلیکات است. تا اوایل قرن بیستم، اکسیژن از اکسید باریم (BaO) به دست می آمد.
در حدود 500 درجه سانتیگراد، با اکسیژن اتمسفر به پراکسید باریم (BaO2) تبدیل شده و بیشتر گرم می شود. در حدود 700 درجه سانتیگراد، با آزاد شدن اکسیژن تجزیه می شود. امروزه اکسیژن از هوا ساخته می شود. برای انجام این کار، هوا با خنک کردن قوی تحت فشار مایع می شود. سپس اجزای مجزا یکی پس از دیگری از طریق حرارت دادن تدریجی به گاز تبدیل می شوند و می توان آنها را با تقطیر جزئی جدا کرد. اکسیژن تولید شده از این طریق در بطری های فشار آبی با نخ سمت راست ذخیره می شود. تجزیه الکترولیتی آب با استفاده از دستگاه تجزیه آب هافمن اغلب در آزمایشگاه استفاده می شود. آب با اسید سولفوریک مخلوط می شود و سپس تحت تأثیر جریان الکتریکی به اجزای آن – هیدروژن و اکسیژن – تقسیم می شود. علاوه بر این، برای مثال، پرمنگنات پتاسیم را می توان به صورت حرارتی تجزیه کرد تا اکسیژن به دست آید.

استفاده کنید

اکسیژن برای این فناوری به صورت صنعتی تولید می شود. این تنها راه برای به دست آوردن مقادیر زیاد مورد نیاز برای تولید دمای بالا مورد نیاز برای فرآیندهای احتراق است. هنگام استفاده از اکسیژن خالص، می توان به دمای بسیار بالاتری نسبت به هوای معمولی رسید، زیرا نیتروژن موجود در آن نیازی به گرم شدن ندارد. از اکسیژن همراه با ماده آلی استیلن در جوشکاری خودزا استفاده می شود. اکسیژن به صورت انفجاری با هیدروژن واکنش می دهد. این واکنش اکسیژن هیدروژن یا شعله اکسیژن هیدروژن برای ذوب کوارتز (SiO2) و فلزات با دمای ذوب بالا در متالورژی استفاده می شود. تلاش های بیشتری برای استفاده از انرژی ای که در طی واکنش آزاد می شود در فناوری وجود دارد. در نتیجه، آزاد شدن انرژی در پیل های سوختی اهمیت فزاینده ای پیدا می کند. اکسیژن به همان اندازه برای صنایع شیمیایی مهم است، به عنوان مثال برای اکسیداسیون ترکیبات آلی، در تولید اسید سولفوریک و نیتریک، برای تولید گاز سنتز از زغال سنگ، برای کراکینگ یا برای تولید هیدروژن از نفت کوره سنگین. در سفرهای فضایی، از اکسیژن مایع به عنوان یک عامل اکسید کننده برای پیشرانه های موشک استفاده می شود. اکسیژن موجود در اتمسفر پایه اساسی حیات را برای اکثر موجودات موجود امروزی تشکیل می دهد، زیرا برای تمام فرآیندهای اکسیداسیون (همچنین در موجودات)، از جمله اکسیداسیون بیولوژیکی (تنفس سلولی) مورد نیاز است. از این رو اکسیژن در پزشکی نیز استفاده می شود (برای تهویه مجروحان)، فضانوردی و سفر به دنیای زیر آب را قادر می سازد. هیچ یک از اینها بدون هوای تنفسی غنی شده با اکسیژن امکان پذیر نخواهد بود. مدتی است که ازن به عنوان یک ضدعفونی کننده در تصفیه بیولوژیکی آب استفاده می شود. علاوه بر این، از این گاز به عنوان سفید کننده کاغذ، الیاف، خمیر و انواع چربی ها، روغن ها، موم ها و غیره استفاده می شود. مواد مورد استفاده

اتصالات مهم

– آب (H2O – ماده مغذی، حلال، فضای واکنش، وسیله حمل و نقل، عامل تورم: حدود 70 درصد از جرم یک انسان بالغ آب است؛ زیستگاه بسیاری از موجودات)
– اکسیدهای فلزی مانند اکسید آهن (II) و اکسید آهن (III) (FeO یا Fe2O3 – پایه برای استخراج فلزات خالص)
– اکسیدهای غیر فلزی مانند مونوکسید کربن (CO – عامل کاهنده مهم، به عنوان مثال در فرآیند کوره بلند)، دی اکسید کربن (CO2 – گاز تنفسی به عنوان محصول واکنش اکسیداسیون بیولوژیکی تولید می شود)، اکسیدهای نیتروژن (به عنوان مثال NO2 – آلاینده هوا). )
– اسیدهای اکسیژن دار مانند اسید سولفوریک (H2SO4)، اسید فسفریک (H3PO4)،
اسید نیتریک (HNO3)
– اسیدهای فنی مهم
– نمک های اسیدهای اکسیژن دار مانند سولفات ها، به عنوان مثال. B. سولفات کلسیم (CaSO4 – مصالح ساختمانی)، کربنات ها، به عنوان مثال. به عنوان مثال کربنات کلسیم (مواد ساختمانی CaCO3)، نیترات ها، به عنوان مثال. B. نیترات آمونیوم (NH4NO3 – کود)، فسفات ها، به عنوان مثال. ب. کلسیم فسفات (Ca3(PO4) 2 – کود)

ترکیبات آلی:

– چربی ها، پروتئین ها، کربوهیدرات ها (ساختمان موجودات زنده)
– موادی با گروه هیدروکسیل، مانند آلکانول ها، به عنوان مثال. ب. اتانول (C2H5OH – جزء «نوشیدن الکل»، حلال آلی)
– موادی با گروه آلدهیدی، مانند قلیایی ها، به عنوان مثال. ب. متانال (فرمالدئید، HCHO – نگهدارنده چوب
– موادی با گروه کربوکسیل، مانند اسیدهای مونوکربوکسیلیک، مانند اسید استیک (اسید استیک، CH3COOH – نگهدارنده)

ساختمان

اکسیژن “عادی” از مولکول های دو اتمی تشکیل شده است. ازن از مولکول های سه اتمی تشکیل شده است.