Kaj je kisik? kisikove spojine

Vsebnost kisika (O) - nekovinskih kemijski element skupine 16 (VIa) z periodnega sistema. Je brezbarvna, brez okusa in vonja plin, potreben za živa bitja - živali, ki se pretvori v ogljikov dioksid, in rastline, ki uporabljajo CO ₂ kot vir ogljika in O ₂ se vrne v ozračje. Kisik tvori spojino reagiranje s skoraj katerega koli drugega elementa, in izpodriva kemijskih elementov komuniciranje druga z drugo. V mnogih primerih so ti procesi skupaj s sproščanjem toplote in svetlobe. Najpomembnejša spojina kisika je voda.

Zgodovina odkritja

V 1772 je švedščina kemik Carl Wilhelm Scheele najprej dokazati, da takšno kisik, ki sprejme s segrevanjem nitrata kalijevega oksida, živega srebra, kot tudi mnoge druge snovi. Neodvisno od njega leta 1774, angleški kemik Dzhozef Pristli odkril kemijski element s toplotno razgradnjo živega srebra oksida in objavil svoje ugotovitve v istem letu, tri leta pred objavo Scheele. V letih 1775-1780 je francoski kemik Antuan Lavuaze razlagati vlogo kisika v izdihanem zraku in pekoč občutek, zavržemo Flogistonska Teorija, splošno sprejeto v času. Ugotovi se zaradi njene tendence, da se tvori kisline v kombinaciji z različnimi snovmi in se imenuje kisik element, ki grške pomeni "ustvarjenih kislino".

razširjenost

Kaj je kisik? Računovodstvo za 46% glede na maso skorje, je najpogostejši element njega. Količina kisika v atmosferi, je 21% glede na prostornino in težo njenega 89% v morski vodi.

V skalah elementa v kombinaciji s kovinami in nekovin kot oksidov, ki so kisle (npr žveplo, ogljik, aluminij in fosfor) ali osnovnim (kalcija, magnezija in železa) in kot sol podobnih spojin, ki se lahko šteje kot tvorjen iz kisline in osnovnih oksidov, kot so sulfati karbonati, silikati, fosfati in aluminati. Čeprav so številni, vendar te trdne snovi ne more biti vira kisika, kot je cepitev vezi z kovinskega elementa atomi porabo energije preveč.

lastnosti

Če je temperatura kisika pod -183 ° C, postane bledo modro tekočino, in pri -218 ° C - trdno snov. Pure _O2 je 1,1-krat težji od zraka.

Med dihanjem živali in nekatere bakterije porabijo kisik iz atmosfere in recikliramo ogljikov dioksid, medtem ko je v zelenem rastlin fotosintezo v prisotnosti sončne svetlobe absorbirajo ogljikov dioksid in sprostitev prostega kisika. Po celem O ₂ v atmosferi, ki jo proizvaja fotosinteze.

Pri 20 ° C približno 3 volumskih delov kisika raztopljenega v 100 delih sladke vode, malo manj kot - v morski vodi. To je potrebno za dihanje rib in drugih morskih življenja.

Naravni kisika je mešanica treh stabilnimi izotopi ¹⁶ O (99.759%), ¹⁷ O ^(0.037%), in ¹⁸ O (0,204%). Obstaja več umetno proizvajajo radioaktivne izotope. Večina od njih so dolgo živeli ¹⁵ O (razpolovni čas 124), ki se uporablja za proučevanje dihanja pri sesalcih.

alotrop

Jasnejšo predstavo o tem, katere kisika, omogočijo pridobitev njegovih dveh alotropnih oblikah, dvoatomarnih (O ₂₎ in Troatoman (O ₃ ozona). Lastnosti dvoatomarni form kažejo, da je šest elektroni vežejo atome in dva ostanejo brez para, ki povzroča paramagnetizem kisika. Tri atomom ozona molekule se ne nahajajo na isti premici.

Ozon se lahko proizvaja v skladu z enačbo: 3O ₂ → 2O _3.

Postopek je endotermni (zahteva energijo); pretvorba ozonskega nazaj v dvoatomarnega kisik prispeva k prisotnosti prehodnih kovin ali njihovih oksidov. Čistega kisika pretvorimo v ozon z učinkovanjem praznjenja električnega tlenja. Reakcija se pojavi tudi ob absorpcije ultravijolične svetlobe z valovno dolžino okoli 250 nm. Pojav tega procesa v zgornji atmosferi odpravlja sevanja, ki bi bila škodljiva za življenje na površini Zemlje. Oster vonj ozona so prisotne v zaprtem prostoru z vžigalne električne opreme, kot so generatorji. Ta plin je svetlo modra. Njena gostota pri 1,658 krat večja od zraka in ima vrelišče pri -112 ° C pri atmosferskem tlaku.

Ozon - močan oksidant lahko pretvarja žveplov dioksid, trioksid sulfida s sulfatom, jodid, jod (analitska metoda za zagotavljanje oceno), kot tudi mnoge vsebujejo kisik kombiniranih derivatov organska, kot so aldehidi in kisline. Pretvorba ogljikovodikov z ozonom iz avtomobilskih izpušnih plinov v teh kislin in aldehidov je vzrok smoga. V industriji se ozon uporablja kot kemijski reaktant, razkužila za čiščenje odplak, čiščenje vode in beljenje tkanin.

Metode priprave

Postopek za proizvodnjo kisika je odvisna od tega, koliko plina je potrebna za sprejem. Laboratorijske metode za naslednje:

1. Termična razgradnja nekaterih soli, kot kalijevega klorata ali kalijevega nitrata:

• 2KClO ₃ → 2KCl + 3O _2.
• 2KNO ₃ → 2KNO ₂ + O _2.

Kalijev klorat razgradnja katalizira prehodnih kovinskih oksidov. Za to se pogosto uporablja manganovega dioksida (piroluzit, MnO _2). Katalizator znižuje temperaturo za razvoj kisika, od 400 do 250 ° C.

2. Degradacija kovinskih oksidov pod vplivom temperature:

• 2HgO → 2Hg + O _2.
• 2Ag ₂ O → 4AG + O _2.

Scheele in Priestley te kemikalije elementa uporabimo spojino (oksid), kisik in živega srebra (II).

3. termični razpad kovinskih peroksidov ali vodikovega peroksida:

• 2BaO + O ₂ → 2BaO _2.
• ₂ 2BaO → 2BaO + O _2.
• BaO ₂ + H ₂ SO ₄ → H ₂ O ₂ + BASO _4.
• 2H ₂ O ₂ → 2H ₂ O + O _2.

Prvi industrijski metode za ločevanje kisika iz atmosfere ali za izdelavo vodikovega peroksida je odvisna od tvorbo oksida barijevega peroksida.

4. elektrolizo vode z majhnimi primesmi soli ali kislin, ki zagotavljajo prevajanje električnega toka:

2H ₂ O → 2H ₂ + o ₂

industrijska proizvodnja

Če je treba pridobiti, so velike količine kisika, frakcionirano destilacijo utekočinjenega zraka. Od glavnih sestavin zraka ima najvišjo vrelišče, in zato v primerjavi z dušikom in manj hlapnih argonom. Postopek uporablja hladilni plin med njegovo ekspanzijo. Glavne faze operacije, kot sledi:

• zrak filtriramo, da odstranimo trdne delce;
• vlage in ogljikov dioksid odstranimo z absorpcijo pri alkalijo;
• zrak stisne in stiskanje toplote odstranimo z običajnimi postopki hlajenja;
• potem vstopi v tuljavi, ki se nahaja znotraj komore;
• Del stisnjenega plina (pri tlaku okoli 200 atm) v komori širi, ohlajanje tuljavo;
• razširjen plin vrne v kompresor in poteka skozi več stopnjah stiskanja in sledečo ekspanzijo, pri čemer pri -196 ° C, zrak postane tekočina;
• ogrevani tekoči destilacija prvi svetlobni inertnih plinov, nato dušika in tekočega kisika ostanki. Večkratna frakcionirno daje proizvod dovolj čist (99,5%) za večino industrijskih aplikacij.

Uporaba v industriji

Metalurgija je največji porabnik čistega kisika za proizvodnjo visoko ogljikovega jekla: znebiti nekovin ogljikovega dioksida in drugih nečistoč, tako hitreje in lažje kot z zrakom.

Odpadne vode kisika obljubo učinkovitejše zdravljenje odplake kot v drugih kemičnih procesih. To postaja vse bolj pomembno v zaprtih sistemih za sežig odpadkov, ki uporabljajo čisto O _2.

Tako imenovana projektil oksidant tekoči kisik. Pure O ₂ Ta se uporablja za podmornice in v potapljaškem zvonu.

V kemični industriji, kisik nadomestiti običajnega zraka za proizvodnjo substanc, kot so acetilen, etilen oksid in metanola. Medicinske aplikacije, ki vključujejo uporabo kisika v inhalatorjev zbornice in otroške inkubatorje. anestezijski plin, obogaten s kisikom zagotavlja življenjsko podporo med splošno anestezijo. Brez tega kemijskega elementa so bili sposobni, da obstaja več panog, ki uporabljajo peči. To je tisto, kar kisika.

Kemične lastnosti in Reakcijsko

Velike vrednosti elektronov afiniteto in elektronegativnosti kisika so tipične sestavine, ki kažejo kovinske lastnosti. Vse spojine imajo negativni oksidacijsko stanje kisik. Pri dveh elektronov orbitale napolnjena, tvorjen O ^2- ion. V peroksidi (O ₂ ^2-) predvideva, da ima vsak atom zaračunanje -1. Ta lastnost sprejemajo elektrone, ki jih v celoti ali delno prenosa in določa oksidacijskega sredstva. Ko je sredstvo reagira s snovjo, elektron donor, sama oksidacijsko stanje zmanjšuje. Sprememba (zmanjšanje) stanju oksidacije kisika od nič do -2 imenuje okrevanje.

Pri normalnih pogojih element tvori dvovalentnih in trihidričnega spojin. Poleg tega, da so izredno nestabilne molekule chetyrehatomnye. V dvoatomarnega obliki sta dve neparni elektron nahaja na nonbonding orbital. To potrjuje obnašanje plina paramagnetnega.

Intenzivno reaktivnost včasih pojasnjeno ozonski predpostavko, da je eden od treh atomov v "atomski" stanju. Reagiranje ta atom je ločiti od O _3, pri čemer molekularni kisik.

_O2 Molekula pri normalnih temperaturah in zračnem tlaku šibko reaktivnih. Atomski kisik veliko bolj aktiven. Energija disociacije (O ₂ → 2O) velika in 117,2 kcal mol.

povezave

C take nekovine, kot so vodik, ogljik, žveplo, kisik, tvori širok spekter kovalentno vezanih spojih, vključno nekovinskih oksidov, kot so voda (H ₂ O), žveplovega dioksida (SO ₂₎ in ogljikovega dioksida _(CO2); organske spojine, kot so alkoholi, aldehidi in karboksilnih kislin; Skupne kisline, kot karbonske _{(H2 CO3),} žveplove kisline (H ₂ SO ₄₎ in dušikova (HNO _3); in ustrezne soli, kot je natrijev sulfat (Na ₂ SO _4), natrijevega karbonata (Na ₂ CO ₃₎ in natrijev nitrat (NaNO _3). Kisik je prisoten v obliki O ^2- iona v kristalni strukturi trdnih kovinskih oksidov, kot na primer spojina (oksid), kisik in CaO kalcija. Kovinske superoksid (KO ₂₎ vsebuje ionski O ₂ ^-, pri čemer kovinski peroksidi (Bao ₂₎ vsebuje ionski O ₂ ^2-. kisikove spojine imajo splošno stanje -2 oksidacije.

Ključne lastnosti

Končno smo seznam glavnih lastnosti kisika:

• Elektronsko konfiguracija: 1s 2s ^{2 2} 2P ^4.
• Atomsko število: 8.
• Atomska masa: 15,9994.
• Vrelišče: -183,0 ° C
• Tališče: -218,4 ° C
• Gostota (če je tlak kisika 1 atm pri 0 ° C): 1429 g / l.
• oksidacijsko stanje -1, -2, +2 (v spojinah s fluorom).