КИСЕОНИК: СВОЈСТВА, СТРУКТУРА, РИЗИЦИ, УПОТРЕБЕ - ХЕМИЈА - 2026

Кисеоника је хемијски елемент који је представљен симболом О. је високо реактиван гас који води групу 16: цхалцогенс. Овај назив настаје због чињенице да су сумпор и кисеоник присутни у готово свим минералима.

Његова висока електронегативност објашњава његову велику похлепу за електронима, због чега се она комбинира са великим бројем елемената; Тако настаје широк спектар минералних оксида који обогаћују земљину кору. Тако се преостали кисеоник сачињава и атмосфера чини дисањем.

Кисеоник је често синоним за ваздух и воду, али се налази и у стијенама и минералима. Извор: Пкхере.

Кисеоник је трећи најзаступљенији елемент у Универзуму, иза водоника и хелијума, а такође је и главни састојак Земљине коре. Запремински је 20,8% Земљине атмосфере и представља 89% масе воде.

Обично има два алотропна облика: дијатомејски кисеоник (О ₂ ), који је најчешћи облик у природи, и озон (О ₃ ), који се налазе у стратосфери. Међутим, постоје још два (О ₄ и О ₈ ) која постоје у својој течној или чврстој фази и под огромним притиском.

Кисеоник се непрекидно производи процесом фотосинтезе који врши фитопланктон и земаљске биљке. Једном произведено ослобађа се тако да га жива бића могу користити, док се мали део раствара у морима, одржавајући водени живот.

Стога је важан елемент за жива бића; не само зато што је присутан у већини једињења и молекула који их формирају, већ и зато што интервенише у све њихове метаболичке процесе.

Иако се његова изолација контроверзно приписује Царлу Сцхеелеу и Јосепху Приестлеију из 1774. године, постоје индиције да је кисеоник заправо први пут изолован 1608. године, Мицхаел Сендивогиус.

Овај гас се користи у медицинској пракси за побољшање животних услова пацијената са респираторним тешкоћама. Исто тако, кисеоник се користи да би се омогућило људима да испуњавају своје функције у окружењима у којима је смањен или нема приступ атмосферском кисеонику.

Комерцијално произведен кисеоник користи се првенствено у металуршкој индустрији за претварање гвожђа у челик.

Историја

Душик душика

Године 1500. Леонардо да Винци, на основу експеримената Филона Византијског, изведених у другом веку пре нове ере. Ц., закључила је да се део ваздуха троши за време сагоревања и дисања.

Цорнелиус Дреббле је 1608. показао да грејање салпетре (сребрни нитрат, КНО ₃ ) ствара гас. Тај гас, као што ће се касније знати, био је кисеоник; али Дреббле га није могао идентификовати као нову ставку.

Затим је 1668. године Јохн Мајов истакао да је део ваздуха који је назвао "Спиритус нитроаерус" одговоран за ватру и да се троши и током дисања и изгарања супстанци. Мајов је приметила да супстанце не сагоревају у одсуству нитроаријалног духа.

Мајов је извршио сагоревање антимона и приметио пораст тежине антимона током његовог сагоревања. Тако је Мајов закључио да је антимон комбинован са нитроаријалним духом.

Откриће

Иако није добио признање научне заједнице, у животу или након његове смрти, вероватно је да је Мицхаел Сандивогиус (1604) прави откривач кисеоника.

Сандивогиус је био шведски алхемичар, филозоф и лекар који је производио термичку разградњу калијум нитрата. Његови експерименти довели су га до ослобађања кисеоника које је назвао "цибус витае": храна живота.

Између 1771. и 1772. године шведски хемичар Царл В Сцхееле грејао је различита једињења: калијум нитрат, манган оксид и жива оксид. Сцхееле је приметио да из њих се ослобађа гас који повећава сагоревање и који је он назива „ватрени ваздух“.

Експерименти Јосепха Приестлија

1774. године, енглески хемичар Јосепх Приестли загрејао је оксид живе користећи дванаест инчне лупе које су концентрисале сунчеву светлост. Жива оксид је ослобађала гас због којег је свећа горела много брже него иначе.

Поред тога, Приестли је тестирао биолошки ефекат гаса. Да би то учинио, ставио је миша у затворену посуду за коју је очекивао да ће преживети петнаестак минута; међутим, у присуству гаса, преживео је сат времена, дуже него што је процењено.

Приестли је објавио своје резултате 1774; док је Сцхееле то учинио 1775. Из тог разлога, откриће кисеоника се често приписује Приестли-у.

Кисеоник у ваздуху

Антоине Лавоисиер, француски хемичар (1777), открио је да ваздух садржи 20% кисеоника и да се, када неко сагорева, заправо комбинира са кисеоником.

Лавоисиер је закључио да је привидно повећање телесне тежине које су доживеле супстанце током сагоревања последица губитка тежине који се догађа у ваздуху; с обзиром да је кисеоник комбинован са тим супстанцама и самим тим маса реактаната сачувана.

То је омогућило Лавоисиеру да успостави Закон о очувању материје. Лавоисиер је предложио име кисеоника који потиче из формирања коријенске киселине "оксиди" и "гени". Дакле, кисеоник значи „формирање киселине“.

Овај назив је погрешан, јер не садрже све киселине кисеоник; на пример, хидрогенхалогениди (ХФ, ХЦл, ХБр и ХИ).

Далтон (1810) је доделио хемијску формулу ХО води и зато је атомска тежина кисеоника била 8. Група хемичара, укључујући: Дави (1812) и Берзелиус (1814) исправили су Далтон-ов приступ и закључили да ispravna формула за воду Х ₂ О и атомска маса кисеоника је 16.

Физичка и хемијска својства

Изглед

Безбојни, без мириса и укуса; док озон има оштар мирис. Кисеоник потиче сагоревање, али сам по себи није гориво.

Течни кисеоник. Извор: Штабни Ника Гловер, Ваздухопловне снаге САД-а

У течном облику (горња слика) је бледо плаве боје, а кристали су такође плавкасто плави; али могу стећи ружичасте, наранџасте, па чак и црвенкасте тонове (као што ће бити објашњено у одељку о њиховој структури).

Атомска маса

15,999 у.

Атомски број (З)

8

Тачка топљења

-218,79 ° Ц

Тачка кључања

-182.962 ° Ц

Густина

У нормалним условима: 1,429 г / Л Кисеоник је гас гушћи од ваздуха. Поред тога, лош је проводник топлоте и електричне енергије. А на својој (течној) тачки кључања, густина је 1.141 г / мЛ.

Трострука тачка

54.361 К и 0.1463 кПа (14.44 атм).

Критична тачка

154.581 К и 5.043 МПа (49770.54 атм).

Топлина фузије

0,444 кЈ / мол.

Топлина испаравања

6,82 кЈ / мол.

Моларни калоријски капацитет

29.378 Ј / (мол · К).

Притисак паре

При температури од 90 К има парни притисак 986,92 атм.

Оксидациона стања

-2, -1, +1, +2. Најважније оксидационо стање је -2 (О ^2- ).

Електронегативност

3,44 по Паулинг-овој скали

Енергија јонизације

Прво: 1,313,9 кЈ / мол.

Друго: 3,388,3 кЈ / мол.

Треће: 5.300,5 кЈ / мол.

Магнетни ред

Парамагнетиц.

Растворљивост у води

Растворљивост кисеоника у води опада са порастом температуре. На пример: 14,6 мл кисеоника / Л воде је растворено на 0 ° Ц, а 7,6 мл кисеоника / Л воде на 20 ° Ц. Растворљивост кисеоника у води за пиће је већа него у морској води.

У условима температуре 25 ºЦ и притиску од 101,3 кПа, вода за пиће може да садржи 6,04 мЛ кисеоника / Л воде; док вода морске воде само 4,95 мл кисеоника / Л воде.

Реактивност

Кисеоник је високо реактиван гас који директно реагује са готово свим елементима на собној и високој температури; осим метала са већим редукционим потенцијалима од бакра.

Такође може да реагује са једињењима, оксидирајући елементе који се налазе у њима. То се догађа када, на пример, реагује са глукозом, стварајући воду и угљен диоксид; или када гори или дрво угљоводоник.

Кисеоник може прихватити електроне потпуним или делимичним преносом, због чега се сматра оксидантом.

Најчешћи број оксидационог броја или стања за кисеоник је -2. Са овим оксидациони број, нађено је у води (Х ₂ О), сумпор диоксид (СО ₂ ) и угљендиоксид (ЦО ₂ ).

Такође, у органским једињењима као што су алдехиди, алкохоли, карбоксилне киселине; уобичајене киселине попут Х ₂ СО ₄ , Х ₂ ЦО ₃ , ХНО ₃ ; и његове изведене соли: На ₂ СО ₄ , На ₂ ЦО ₃ или КНО ₃ . У свим њима се може претпоставити постојање О ^2- (што не важи за органска једињења).

Оксиди

Кисеоник је присутан као О ^2- у кристалним структурама металних оксида.

С друге стране, у металних супероксид, попут калијум супероксид (КО ₂ ), кисеоник присутан као О ₂ ^- јона . Док је у металне пероксиде, рећи баријум пероксид (БаО ₂ ), појављује кисеоник као ион О ₂ ^2- (Ба ²⁺ О ₂ ^2- ).

Изотопи

Кисеоник има три стабилна изотопа: ¹⁶ О, са 99,76% обиља; ¹⁷ О са 0,04%; и ¹⁸ 0, са 0,20%. Имајте на уму да је ¹⁶ О далеко најстабилнији и најобилнији изотоп.

Структура и електронска конфигурација

Молекул кисеоника и његове интеракције

Дијатомски молекул кисеоника. Извор: Цлаудио Пистилли

Кисеоник у свом основном стању је атом чија је електронска конфигурација:

2с ² 2п ⁴

Према теорији валентне везе (ТЕВ), два атома кисеоника ковалентно су повезана тако да оба одвојено испуњавају свој октет валенције; поред тога што је у стању да парује своја два солитарна електрона из 2п орбитала.

На овај начин онда је Диатомиц кисеоник молекул, О ₂ (горњи имаге), појављује, који има двоструку везу (О = О). Његова енергетска стабилност је таква да се кисеоник никада не налази као појединачни атоми у гасној фази већ као молекули.

Јер О ₂ је хомонуцлеар, линеарна и симетричан, недостаје стални диполни момент; према томе, њихове интермолекуларне интеракције зависе од њихове молекуларне масе и лондонских сила расипања. Ове силе су релативно слабе за кисеоник, што објашњава зашто је то гас у земаљским условима.

Међутим, када капи температуре или до повећања притиска, тхе О ₂ молекули су приморани да се спајају; до тачке да њихове интеракције постају значајне и омогућавају стварање течног или чврстог кисеоника. Да покуша да их разумем молекуларно, неопходно је да се не изгуби из вида О ₂ као структурне јединице.

Озон

Кисеоник може усвојити друге знатно стабилне молекуларне структуре; то јест, налази се у природи (или у лабораторији) у различитим алотропним облицима. Озон (боттом имаге), О ₃ , например, је други најпознатији аллотропе кисеоника.

Структура резонантног хибрида представљена моделом сфере и штапа молекула озона. Извор: Бен Миллс преко Википедије.

Опет, Тев одржава, објашњава и показује да у О _{3 не} мора бити резонантна структура која стабилизују позитивно формално наелектрисање кисеоника у центру (црвене испрекидане линије); док кисеоници на крајевима бумеранга дистрибуирају негативан набој, чинећи укупан набој за озон неутралан.

На овај начин, везе нису једноструке, али нису ни двоструке. Примери резонантних хибрида су веома чести у што већем броју неорганских молекула или јона.

Тхе О ₂ и О ₃ , јер су њихови молекуларна структура различити, исто се дешава са њиховим физичким и хемијским својствима, течне фазе или кристала (чак и кад се сваки састоји од атома кисеоника). Они теоретизирају да је вјероватно велика синтеза цикличког озона, чија структура подсјећа на црвенкасти, оксигенирани троугао.

Овде се "нормални алотропи" кисеоника завршавају. Међутим, постоје два друга за разматрање: О ₄ и О ₈ , наћи или предложен у течном и чврстом кисеоника, респективно.

Течни кисеоник

Гасовити кисеоник је безбојан, али када температура падне на -183 ° Ц, кондензује се у бледо плаву течност (слично светло плавој). Интеракције између О ₂ молекула сада таква да чак и њихови електрони могу да апсорбују фотоне у црвеном подручју видљивог спектра одражава њихово карактеристичну плаву боју.

Међутим, он је поставио теорију да у овом течност више има од једноставних О ₂ молекула , али и О ₄ молекул (доња слика). Чини се као да је озон „заглавио“ други атом кисеоника који некако интервенира због управо описаног позитивног формалног набоја.

Предложена структура модела са сферама и шипкама за молекул тетраоксигена. Извор: Бењах-бмм27

Проблем је да према компјутерским и молекуларних симулацијама, казао структура О ₄ није баш стабилна; међутим, они предвиђају да они постоје као (О ₂ ) ₂ јединице , односно два О ₂ молекула су тако близу да формирају неку врсту неправилног оквира (атоми О нису поравнати један насупрот другога).

Чврсти кисеоник

Једном када температура падне на -218,79 ºЦ, кисеоник кристализира у једноставној кубичној структури (γ фаза). Како температура још више пада, кубни кристал пролази кроз фазе β (ромбоедар и -229,35 ° Ц) и α (моноклиничке и -249,35 ° Ц).

Све ове кристалне фазе чврстог кисеоника настају под атмосферским притиском (1 атм). Када се притисак повећа на 9 ГПа (~ 9000 атм), појави се δ фаза, чији су кристали наранџасти. Ако притисак настави да расте на 10 ГПа, појављује се чврсти црвени кисеоник или ε фаза (опет моноклиничка).

Ε фаза је посебан, јер је притисак толико велики да се о ₂ молекули не само себе договорити и о ₄ јединице , али и о ₈ :

Структура модела са сферама и шипкама за молекул окта-кисеоника. Извор: Бењах-бмм27

Имајте на уму да ова О ₈ се састоји од две О ₄ јединице где се нерегуларно оквир већ објашњено се види. Исто тако, то је важећа да га сматрају четири о _2с усклађени блиско и у вертикалном положају. Међутим, њихова стабилност под овим притиском таква да О ₄ и О ₈ су два додатна аллотропес за кисеоник.

И на крају имамо, фазу, металну (при притисцима већим од 96 ГПа), у којој притисак узрокује распршавање електрона у кристалу; баш као што се догађа са металима.

Где се могу наћи и продуцирати

Минерали

Кисеоник је по маси трећи елемент у Универзуму, иза водоника и хелијума. То је најбројнији елемент у земљиној кори, који представља око 50% његове масе. Она се углавном налази у комбинацији са силицијуму у виду силицијума оксида (СиО ₂ ).

Кисеоник се налази као део безбројних минерала, као што су: кварц, талк, пољска лопатица, хематит, куприт, бруцит, малахит, лимонит итд. Исто тако, налази се као део бројних једињења као што су карбонати, фосфати, сулфати, нитрати, итд.

Ваздух

Кисеоник чини 20,8% запреминског ваздуха у атмосфери. У тропосфери се пре свега налази као дијатомска молекула кисеоника. Док се у стратосфери, гасовити слој налази на 15 до 50 км од земљине површине, налази се као озон.

Озон се производи од стране електричног пражњења на О ₂ молекула . Овај алотроп кисеоника апсорбује ултраљубичасту светлост од сунчевог зрачења, блокирајући његово штетно деловање на људе, што је у екстремним случајевима повезано са појавом меланома.

Свежа и слана вода

Кисеоник је главна компонента морске и слатке воде из језера, река и подземних вода. Кисеоник је део хемијске формуле воде, која чини 89 мас.

С друге стране, иако је растворљивост кисеоника у води релативно мала, количина кисеоника раствореног у њој је од суштинског значаја за водени живот, који укључује многе врсте животиња и алги.

Жива бића

Човек се састоји од приближно 60% воде и истовремено богато кисеоником. Али уз то, кисеоник је део бројних једињења, попут фосфата, карбоната, карбоксилних киселина, кетона, итд., Која су неопходна за живот.

Кисеоник је такође присутан у полисахаридима, липидима, протеинима и нуклеинским киселинама; то јест такозване биолошке макромолекуле.

Такође је део штетног отпада из активности човека, на пример: угљен-моноксид и диоксид, као и сумпор-диоксид.

Биолошка производња

Биљке су одговорне за обогаћивање ваздуха кисеоником у замену за угљени диоксид који издишемо. Извор: Пекелс.

Кисеоник настаје током фотосинтезе, процеса у којем морски фитопланктон и копнене биљке користе светлосну енергију да би угљен-диоксид реагирао са водом, стварајући глукозу и ослобађајући кисеоник.

Процењује се да је више од 55% кисеоника произведеног фотосинтезом последица дејства морског фитопланктона. Стога представља главни извор стварања кисеоника на Земљи и одговоран је за одржавање живота на њему.

Индустријска производња

Укапљивање ваздуха

Главни метод производње кисеоника у индустријском облику је онај који су створили 1895. године независно Карл Паул Готтфриед Вон Линде и Виллиам Хамсон. Ова метода се и данас користи са неким модификацијама.

Процес започиње компресијом ваздуха да би се кондензовала водена пара и на тај начин је елиминисала. Затим се ваздух просијава спровођењем мешавином зеолита и силика гела, за уклањање угљен-диоксида, тешких угљоводоника и остатка воде.

Након тога, компоненте течног ваздуха се раздвајају фракционом дестилацијом, чиме се постиже одвајање гасова који су присутни у њему по њиховим различитим тачкама кључања. Овом методом могуће је добити кисеоник чистоће 99%.

Електролиза воде

Кисеоник се производи електролизом високо пречишћене воде и са електричном проводљивошћу која не прелази 1 µС / цм. Вода се електролизом одваја на своје компоненте. Водоник као катион креће се према катоди (-); док се кисеоник помера према аноди (+).

Електроде имају посебну структуру за сакупљање гасова и после тога продуковање течности.

Термичко разлагање

Термичком разградњом једињења као што су живин оксид и салпетре (калијум нитрат) ослобађа се кисеоник који се може сакупљати за употребу. У ту сврху се користе и пероксиди.

Биолошка улога

Кисеик производи фитопланктон и копнене биљке фотосинтезом. Прелази плућни зид и у крви га заробљава хемоглобин, који га транспортује у различите органе да би се касније користио у ћелијском метаболизму.

У овом процесу, кисеоник се користи током метаболизма угљених хидрата, масних киселина и аминокиселина, да би се на крају створио угљен диоксид и енергија.

Респирација се може навести на следећи начин:

Ц ₆ Х ₁₂ О ₆ + О ₂ => ЦО ₂ + Х ₂ О + енергија

Глукоза се метаболизује у низу секвенцијалних хемијских процеса, укључујући гликолизу, Кребсов циклус, ланац транспорта електрона и оксидативну фосфорилацију. Ова серија догађаја производи енергију која се накупља као АТП (аденосин трифосфат).

АТП се користи у различитим процесима у ћелијама, укључујући транспорт јона и других супстанци кроз плазма мембрану; цревна апсорпција супстанци; контракцију различитих мишићних ћелија; метаболизам различитих молекула итд.

Полиморфонуклеарни леукоцити и макрофаги су фагоцитне ћелије које су способне да користе кисеоник за производњу супероксидног јона, водоник пероксида и синглет кисеоника, који се користе за уништавање микроорганизама.

Ризици

Дисање кисеоника при високим притисцима може изазвати мучнину, вртоглавицу, грчеве мишића, губитак вида, нападе и губитак свести. Поред тога, дисање чистог кисеоника током дужег периода изазива иритацију плућа, која се манифестује кашљем и недостатком даха.

То такође може бити узрок стварања плућног едема: веома озбиљно стање које ограничава респираторну функцију.

Атмосфера са великом концентрацијом кисеоника може бити опасна, јер олакшава развој пожара и експлозија.

Апликације

Лекари

Кисеоник се даје пацијентима који имају респираторно затајење; такав је случај код пацијената са упалом плућа, плућним едемом или емфиземом. Нису могли да дишу амбијентални кисеоник јер би били озбиљно погођени.

Пацијенти са затајењем срца са накупљањем течности у алвеолама такође се морају снабдевати кисеоником; као и пацијенти који су претрпели тешку цереброваскуларну несрећу (ЦВА).

Професионална потреба

Ватрогасци који се боре против пожара у окружењу са неадекватном вентилацијом, захтевају употребу маски и боца са кисеоником који им омогућавају да обављају своје функције, а да притом не угрозе животе.

Подморнице су опремљене опремом за производњу кисеоника која омогућава морнарима да остану у затвореном окружењу и без приступа атмосферском ваздуху.

Рониоци свој посао потапају у воду и на тај начин су изоловани од атмосферског ваздуха. Они дишу кроз кисеоник пумпани кроз цеви повезане са њиховим ронилачким оделом или помоћу цилиндара причвршћених на тело рониоца.

Астронаути спроводе своје активности у окружењима опремљеним генераторима кисеоника који омогућавају преживљавање током свемирског путовања и у свемирској станици.

Индустриал

Више од 50% индустријски произведеног кисеоника троши се за трансформацију гвожђа у челик. Растаљено гвожђе убризгава се млазом кисеоника да би се уклонили присутни сумпор и угљеник; реагују да произведу гасова СО ₂ и ЦО ₂ , респективно.

Ацетилен се користи у комбинацији са кисеоником за резање металних плоча и за производњу њиховог лемљења. Кисеоник се такође користи у производњи стакла, повећавајући сагоревање током паљења чаша ради побољшања његове прозирности.

Атомска апсорпциона спектрофотометрија

Комбинација ацетилена и кисеоника користи се за спаљивање узорака различитог порекла у атомском апсорпционом спектрофотометру.

Током поступка, светлосни сноп лампе утискује се на пламен, што је специфично за елемент који се квантификује. Пламен апсорбује светлост лампе, омогућавајући квантификацији елемента.

Референце

1. Схивер & Аткинс. (2008). Неорганска хемија . (Четврто издање). Мц Грав Хилл.
2. Википедиа. (2019). Кисеоник. Опоравак од: ен.википедиа.орг
3. Рицхард Ван Ноорден (13. септембра 2006.). Само лепа фаза? Чврсти црвени кисеоник: бескористан, али диван. Опоравак од: Натуре.цом
4. АзоНано. (4. децембра 2006). Етазна фаза кристала чврстог кисеоника одређена заједно са открићем црвеног кластера кисеоника О8. Опоравак од: азонано.цом
5. Национални центар за информације о биотехнологији. (2019). Молекул кисеоника. ПубЦхем база података. ЦИД = 977. Опоравак од: пубцхем.нцби.нлм.них.гов
6. Др Доуг Стеварт. (2019). Чињенице елемената кисеоника. Цхемицоол. Опоравак од: цхемицоол.цом
7. Роберт Ц. Брастед. (9. јула 2019). Кисеоник: хемијски елемент. Енцицлопӕдиа Британница. Опоравак од: британница.цом
8. Вики Кидс. (2019). Породица кисеоника: својства ВИА елемената. Опоравили од: једноставно. наука
9. (2019). Кисеоник. Опоравак од: мадехов.цом
10. Леннтецх БВ (2019). Периодна табела: кисеоник. Опоравак од: леннтецх.цом
11. Њу Џерси, Одељење за здравство и старије услуге. (2007). Кисеоник: информативни лист о опасним материјама. . Опоравак од: њ.гов
12. Иамел Маттаролло. (2015., 26. августа). Индустријска примјена индустријског кисика. Опоравак од: алтецдуст.цом