Kisik je Formula kiseonika. molekul kiseonika

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-17 05:19

Među svim supstancama na Zemlji, posebno mesto zauzima ono što obezbeđuje život - gas kiseonik. Upravo njeno prisustvo čini našu planetu jedinstvenom među svim ostalima, posebnom. Zahvaljujući ovoj tvari, na svijetu živi toliko lijepih stvorenja: biljke, životinje, ljudi. Kiseonik je apsolutno nezamjenjiv, jedinstven i izuzetno važan spoj. Stoga ćemo pokušati saznati šta je to, koje karakteristike ima.

Kemijski element kiseonik: karakteristike

Prvo, hajde da okarakterišemo lokaciju ovog elementa u periodičnom sistemu. Ovo se može uraditi u nekoliko koraka.

1. Redni broj - 8.
2. Atomska masa - 15, 99903.
3. Lociran u šestoj grupi glavne podgrupe drugog perioda sistema.
4. Nuklearni naboj - +8, broj protona - 8, elektrona - 8, neutrona - 8. Tako se dobija duplo veći magični broj, zbog čega se uočava stabilnost glavnog izotopskog oblika ¹⁶ O.
5. Latinsko ime elementa je kiseonik. Ruski - kiseonik, ovo ime je formirano od fraze"proizvođač kiselina". Postoji i sinonim, koji se ponekad naziva kiseonik.

Posebnu pažnju zaslužuje analiza elektronske strukture atoma, jer objašnjava stabilnost molekula i ispoljena fizička i hemijska svojstva.

Struktura molekula

Elektronska konfiguracija atoma je predstavljena formulom 1s²2s²2p^{4. Iz ovog zapisa je očigledno da pre završetka energetskog nivoa i stvaranja željenog okteta kiseoniku nedostaju dva elektrona. Ovo objašnjava sljedeće karakteristike:}

• dijatomska molekula kiseonika;
• oksidacijsko stanje elementa je uvijek -2 (osim peroksida i fluor-oksida, u kojima se mijenja u -1 odnosno +2);
• je najjači oksidant;
• lako reaguje čak i pod normalnim uslovima;
• sposoban za stvaranje eksplozivnih jedinjenja.

Sada razmotrite pitanje strukture. Kako nastaje molekul kiseonika? Prvo, mehanizam formiranja je kovalentan nepolaran, odnosno zbog posocijalizacije elektrona svakog atoma. Dakle, veza je takođe kovalentna nepolarna. Štaviše, dvostruko je, budući da svaki od atoma ima dva nesparena elektrona na vanjskom nivou. Vrlo je jednostavno opisati kako kisik izgleda. Formula je: O₂ ili O=O.

Usled prisustva takve veze, molekul je veoma stabilan. Mnoge reakcije koje uključuju to zahtijevaju posebne uslove: povećan pritisak, zagrijavanje, korištenje katalizatora.

Kao hemijski elementkisik je atom koji u prirodi ima tri stabilno postojeća izotopa. Njihovi maseni brojevi su respektivno jednaki 16, 17, 18. Međutim, procenat je veoma različit, jer je ¹⁶O 99,759%, a ostatak manji od 0,5%. Stoga je najčešći i stabilniji izotop sa masenim brojem 16.

Jednostavna supstanca kiseonik

Ako govorimo o ovom elementu kao jednostavnom spoju, onda bismo odmah trebali označiti stanje agregacije u normalnim uvjetima. Kiseonik je gas koji nema ukus, boju i miris. Dvoatomska molekula koja je najzastupljenija supstanca na planeti, nakon vodonika i plemenitog gasa helijuma.

Postoje i druga stanja agregacije ove supstance. Dakle, na negativnoj temperaturi od -183⁰S, kiseonik se kondenzuje u prelepu plavu tečnost. Ako prekoračite prag od -200⁰S, tada će tečnost prerasti u jarko plave kristale monoklinskog oblika igle.

Ukupno, postoje tri glavne vrste postojanja kiseonika u čvrstom stanju.

1. Alpha forma (α-O₂). Postoji ispod 200 ⁰C.
2. Beta obrazac (β-O₂). Raspon temperature -200-400⁰S.
3. Gamma forma (γ-O₂). Interval od -400 do -500⁰C.

Kiseonik je jedan od najvažnijih i najznačajnijih gasova. Ne samo za život živih bića na planeti, već za prirodu općenito. Teško je imenovati prirodni mineral ili jedinjenje u koje ne bi bio uključenpredmet.

Historija otkrića

Prvi spomen da vazduh sadrži neku vrstu gasa koji podržava procese sagorevanja pojavio se u 8. veku. Međutim, tada nije bilo tehničke mogućnosti da se prouči, dokaže njegovo postojanje i otvori. Tek nakon skoro jednog milenijuma, u XVIII veku, to je učinjeno zahvaljujući radu nekoliko naučnika.

1. 1771 Karl Scheele je eksperimentalno ustanovio sastav zraka i otkrio da su glavna dva plina kisik i dušik.
2. Pierre Bayen provodi eksperimente o razgradnji žive i njenog oksida i službeno bilježi rezultate.
3. 1773 Scheele službeno otkriva element kiseonik, ali ga ne dobija u čistom obliku.
4. 1774 Priestley, bez obzira na Scheelea, dolazi do istog otkrića kao i on, i dobija čisti kiseonik razgradnjom živinog oksida.
5. 1775 Antoine Lavoisier imenuje ovaj element i stvara teoriju sagorijevanja koja postoji stotinama godina.
6. 1898 Thompson tjera društvo da misli da kiseonik u zraku može nestati zbog velikih emisija ugljičnog dioksida u atmosferu.
7. Iste godine Timirjazev dokazuje suprotno, jer objašnjava da su zelene biljke planete snabdevač kiseonikom.

Tako se saznalo šta je kiseonik, koliko je to važan i značajan gas za život. Nakon toga su proučena sva fizička i hemijska svojstva supstance, razmotrene su metode za njenu proizvodnju i izračunat je približan sadržaj u vodi, zemljinoj kori, atmosferi i drugim mestima na planeti.

Fizička svojstva

Dajmo glavne fizičke parametre koji mogu karakterizirati jedinjenje o kojem je riječ.

1. Kiseonik je gas u normalnim uslovima, koji je sastavni deo vazduha (21%). Nema boju, ukus ni miris. Lakši od vazduha, slabo rastvorljiv u vodi.
2. Aktivno apsorbuje ugalj i metalni prah, rastvorljiv u organskim materijama.
3. Tačka ključanja je -183⁰C.
4. Topljenje -218, 35⁰C.
5. Gustoća je 0,0014g/cm³.
6. Kristalna rešetka je molekularna.

Kisik je paramagnetičan u svom tekućem stanju.

Hemijska svojstva

O tome koliko je dotični plin aktivan, kako se ponaša u reakcijama s drugim supstancama, hemija detaljno govori. Kiseonik je sposoban da ispoljava nekoliko oksidacionih stanja, iako je najčešće -2, što se smatra konstantnim. Pored njega, postoje spojevi u kojima su vrijednosti sljedeće:

• -1;
• -0, 5;
• -1/3;
• +0, 5;
• +1;
• +2.

Hemijska aktivnost se objašnjava visokim afinitetom prema elektronu, pošto je Polling vrijednost elektronegativnosti 3,44. Samo je fluor (4) veći. Stoga je kisik vrlo jak oksidacijski agens. Istovremeno, u reakcijama sa još jačim oksidantima, ponaša se kao redukciono sredstvo, pokazujući pozitivno oksidaciono stanje. Na primjer, u fluor oksidu O⁺² F₂^-.

Postoji ogroman broj jedinjenja koja sadrže kiseonik. Ovo su klase supstanci kao što su:

• oksidi;
• peroksidi;
• ozonidi;
• superoksidi;
• kiseline;
• grounds;
• sol;
• organske molekule.

Sa svim elementima, kiseonik je u stanju da reaguje u normalnim uslovima, osim za plemenite metale, helijum, neon i argon i halogene. Ni pod kojim okolnostima ne stupa u interakciju sa inertnim gasovima.

Nabavljeno od strane industrije

Sadržaj kiseonika u vazduhu i vodi je toliko visok (21 i 88% respektivno) da je glavna industrijska metoda za njegovu sintezu frakciona destilacija tečnog vazduha i elektroliza vode.

Prva metoda se posebno često koristi. Na kraju krajeva, mnogo ovog gasa se može osloboditi iz vazduha. Međutim, neće biti potpuno čist. Ako je potreban kvalitetniji proizvod, onda se koriste postupci elektrolize. Sirovi materijal za to je voda ili alkalija. Natrijum ili kalij hidroksid se koristi za povećanje električne provodljivosti otopine. Generalno, suština procesa se svodi na razgradnju vode.

Laboratorijsko dobijanje

Među laboratorijskim metodama široko se koristi metoda termičke obrade:

• peroksidi;
• soli kiselina koje sadrže kiseonik.

Na visokim temperaturama, oni se raspadaju i oslobađaju gas kiseonika. Najčešće katalizirajte procesmangan (IV) oksid. Oni skupljaju kiseonik istiskivanjem vode, a nalaze ga sa tinjajućim iverjem. Kao što znate, u atmosferi kiseonika, plamen bukti veoma jako.

Još jedna supstanca koja se koristi za proizvodnju kiseonika u školskim časovima hemije je vodonik peroksid. Čak se i 3% otopina pod djelovanjem katalizatora trenutno razgrađuje uz oslobađanje čistog plina. Samo treba da se prikupi. Katalizator je isti - mangan oksid MnO₂.

Među najčešće korišćenim solima:

• Bertoletova so ili kalijum hlorat;
• kalijum permanganat, ili kalijum permanganat.

Da biste opisali proces, možete dati jednačinu. Otpušta se dovoljno kiseonika za potrebe laboratorija i istraživanja:

2KClO₃=2KCl + 3O₂↑.

Alotropske modifikacije kiseonika

Postoji jedna alotropska modifikacija koju kiseonik ima. Formula ovog jedinjenja je O₃, naziva se ozon. To je plin koji nastaje u prirodnim uvjetima kada je izložen ultraljubičastom zračenju i munjevitim pražnjenjima kisika u zraku. Za razliku od samog O₂, ozon ima prijatan svež miris koji se oseća u vazduhu posle kiše sa munjama i grmljavinom.

Razlika između kiseonika i ozona nije samo u broju atoma u molekulu, već iu strukturi kristalne rešetke. Hemijski, ozon je još jači oksidant.

Kiseonik je komponenta vazduha

Distribucija kiseonika u prirodi je veoma široka. Kiseonik se javlja u:

• stene i minerali;
• sol i slatka voda;
• zemlja;
• biljni i životinjski organizmi;
• vazduh, uključujući gornju atmosferu.

Očigledno je da su njime zauzete sve ljuske Zemlje - litosfera, hidrosfera, atmosfera i biosfera. Posebno je važan njegov sadržaj u sastavu vazduha. Na kraju krajeva, upravo ovaj faktor omogućava životnim oblicima, uključujući ljude, postojanje na našoj planeti.

Sastav vazduha koji udišemo je izuzetno heterogen. Uključuje i konstantne komponente i varijable. Nepromjenjivi i uvijek prisutni su:

• ugljični dioksid;
• kisik;
• azot;
• plemeniti plinovi.

Varijable uključuju vodenu paru, čestice prašine, strane gasove (ispuh, proizvodi sagorevanja, truljenje i drugo), polen biljaka, bakterije, gljive i druge.

Važnost kiseonika u prirodi

Veoma je važno koliko kiseonika ima u prirodi. Uostalom, poznato je da su količine ovog gasa u tragovima pronađene na nekim satelitima velikih planeta (Jupiter, Saturn), ali tamo nema očiglednog života. Naša Zemlja ima dovoljno toga, što u kombinaciji sa vodom omogućava postojanje svih živih organizama.

Osim što je aktivan učesnik u disanju, kiseonik sprovodi i bezbroj oksidacionih reakcija, usled kojih se energija oslobađa za ceo život.

Glavni dobavljači ovog jedinstvenog gasa u prirodi su zelene biljke i nekevrste bakterija. Zahvaljujući njima održava se stalna ravnoteža kisika i ugljičnog dioksida. Osim toga, ozon gradi zaštitni štit nad cijelom Zemljom, koji ne dozvoljava prodiranje velike količine destruktivnog ultraljubičastog zračenja.

Samo neke vrste anaerobnih organizama (bakterije, gljive) mogu živjeti izvan atmosfere kisika. Međutim, mnogo ih je manje od onih kojima je to zaista potrebno.

Upotreba kiseonika i ozona u industriji

Glavne upotrebe alotropa kiseonika u industriji su sljedeće.

1. Metalurgija (za zavarivanje i rezanje metala).
2. Medicine.
3. Poljoprivreda.
4. Kao raketno gorivo.
5. Sinteza mnogih hemijskih jedinjenja, uključujući i eksplozive.
6. Pročišćavanje i dezinfekcija vode.

Teško je imenovati bar jedan proces u kojem ne učestvuje ovaj veliki gas, jedinstvena supstanca - kiseonik.