Az oxigén (a latin Oxygenium-ból származik) az elemek periódusos rendszerének kémiai eleme, amelynek O jelölése és 8. protonszáma van. Az oxigén a levegő fő összetevője, amelyet mindannyian belélegzünk. A légkör oxigénforrása a fotoszintézis folyamata. Az oxigén kétharmadát a szárazföldi növények termelik (a trópusi esőerdők jelentős forrást jelentenek), a fennmaradó harmadát pedig a tengeri növények (elsősorban a tengeri moszat) termelik. A molekuláris oxigén O2 először a paleoproterozoikum során (2500 - 1600 millió évvel ezelőtt) jelent meg nagyobb mennyiségben a Földön az anaerob organizmusok metabolizmusának eredményeként. Az oxigén szó két görög szóból származik: οξυς (oxys) (savas, éles) és γεινομαι (geinomai) (spawn).
Jellemzők:
Normál hőmérsékleten és nyomáson az oxigén kétértékű O2 molekulaként fordul elő, amelyben két oxigénatom van összekapcsolva. Az oxigénatomnak hat elektronja van a külső rétegben, így a VI.A csoportban és a periódusos rendszer 2. periódusában helyezkedik el. Az oxigén színtelen gáz. Folyékony és szilárd állapotban világoskék színű. Vízben enyhén oldódik. Ez a tény nagy jelentőséggel bír a vízi élőlények életében, mert lehetővé teszi számukra a légzést. Az oxigén nagyon reaktív elem. Az oxigénfúziós reakciók leggyakrabban exotermek.
Az oxigén alapvető tulajdonsága, hogy erős oxidálószerként működik. A halogének, a ritka gázok és néhány nemesfém kivételével az oxigén közvetlenül kapcsolódik az összes elemhez. Az említett reakciók elindításához általában magasabb hőmérsékletre van szükség, de akkor a már felszabadult reakcióhő elegendő ahhoz, hogy spontán módon haladjanak. Ha az anyagok oxigénnel történő exoterm reakciói a fény fejlődésével járnak, akkor égésnek nevezzük őket. Annak érdekében, hogy egy anyag meggyulladjon, gyújtási hőmérsékletre kell melegíteni, amely anyagonként változik. A betáplált hő révén a párologtatott anyag reagál az oxigénnel, ekkora reakcióhőt bocsát ki, hogy az égési gázok szilárd komponensei felmelegedjenek és világítsanak. Az anyag további mennyiségeit ezután sugárzó hővel elpárologtatjuk, elégetjük stb., Amíg az anyag meg nem ég.
Az oxigén, mint dioxogén (kétértékű O2 molekula) a Földön a leggyakoribb.
- a légkörben az oxigéngáz 21 térfogatszázalékot jelent. Az óceánvíz, amely a föld felszínének 2/3-át fedi, 86 tömeg% oxigénből áll.
- a földkéregben Az oxigén a fő elem, szinte minden kőzetben jelen van. Tartalmát 46-50 tömeg% -ra becsülik. A föld mélyebb rétegeiben az oxigéntartalom csökken, és feltételezzük, hogy a föld magjában csak nyomokban van jelen.
-
a térben az oxigéntartalom lényegesen alacsonyabb. 1000 hidrogénatomonként csak egy oxigénatom van.
Az oxigén a szokásos diatomi O2 molekulák mellett triatomikus molekula, például ózon O3 formájában is előfordul. Normál körülmények között rendkívül reaktív kék színű és jellegzetes szagú gáz, rendkívül erős oxidáló hatással. -112 ° C-on folyékony sötétkék ózonná kondenzálódik, és -193 ° C-on vöröslila szilárd ózon képződik. Viszonylag könnyen előállítható az ózon csendes elektromos kisüléssel, tiszta oxigén atmoszférában. Ez oxigén és ózon keverékét hozza létre, ahol az O3-tartalom általában eléri a 10% -ot. A tiszta ózont a gázelegy frakcionált desztillálásával állíthatjuk elő.
Az orvostudományban műszerek sterilizálására használják. A mai, viszonylag népszerű ózonterápia hatása, amelynek hívei szerint sejtek és szövetek regenerálódásához kell vezetnie, kissé vitathatóak. A módszer ellenzői rámutatnak a hasonló fiatalító kezelések lehetséges kockázataira, az ózon magas reakcióképessége és toxicitása miatt.
Az ózon baktériumölő hatását az ivóvíz fertőtlenítésére használják a korábban gyakran használt vizes fertőtlenítőszer helyett klórgázzal vagy hipoklorittal.
Az ózon erős oxidáló hatását a papíriparban nagyon gyakran használják a papírpép fehérítéséhez.
- Az oxigén elengedhetetlen a légzéshez, ezért az orvostudományban is megtalálta a műtéteket és a traumatikus állapotokat, amelyek támogatják a beteg légzését. Az oxigén és inert gázok keverékeit a búvárok nagy mélységbe merülve használják fel a caisson betegség enyhítésére. Az alpesi hegymászók szükség esetén tiszta oxigén lélegzéséhez is folyamodnak, a vadászpilóták pedig sűrített gázok keverékével vannak felszerelve, amelyek alapvető összetevője az oxigén.
- Oxigén és hidrogén keverékének elégetésével 3000 ° C-nál magasabb hőmérséklet érhető el. Ezért oxigén-hidrogén lángot használnak az acél vágására és a magas olvadáspontú fémek megolvasztására, pl. platina fémek.
- Az acélgyártás alapvető követelménye a szén eltávolítása a vasból. Az úgynevezett Bessemer előállítási módja tiszta oxigén injektálását olvasztott vasba egy konverterben. Magas olvadási hőmérsékleten a jelenlévő grafitszén gázoxidokká oxidálódik, amelyek az olvadékból kifolynak.
- Kockázata ellenére a folyékony oxigén továbbra is gyakran szolgál rakétamotor üzemanyagként az űrhajók indításához.
Oxigénkészítés (érdeklődésre)
Eszközök:
osztott lombik, elválasztótölcsér, állvány, bilincstartó, üvegtálca, kúpos bankok, fém tál homokkal, égőkanál, fogó, védőpajzs.
Vegyszerek:
hidrogén-peroxid H2O2 (w = 15%), telített KMnO4 kálium-permanganát-oldat, kénsav (w = 10%), magnéziumszalag vagy magnéziumpor, alumíniumfólia vagy alumíniumpor, vörös foszfor vagy kénpor, szén.
Megközelítés:
a) A frakcionáló lombikból és a választótölcsérből szerelje össze a gázfejlődésre szolgáló készüléket (lásd az ábrát). Adjunk hozzá körülbelül 100 cm3 telített KMnO4-oldatot a lombikba, és adjunk hozzá 5 cm3 kénsav-oldatot. Hidrogén-peroxidot csepegtetünk az elválasztótölcsérből. A szivárgó gázt kúpos lombikokban gyűjtik össze a víz alatt. Zárja le a gázzal töltött lombikokat dugóval, és használja a következő kísérletekhez.
b) A kísérlethez oxigénnel töltött lombikokat használunk, amelyeket biztonsági okokból homokba helyezünk fémtálakban. Fokozatosan helyezze be az egyes lombikokba gyújtott magnéziumszalaggal ellátott fogót (vagy égő kanál égő magnéziumport), égő alumíniumfóliát, égő kanalat égő foszforral vagy kénnel vagy szénnel.
A fémek és nemfémek oxigénnel történő reakciója a megfelelő oxidokat eredményezi. Bizonyos reakciókat hő és fény fejlődése kísér. Ezért védőpajzssal dolgozunk. Lehűlés után adjunk hozzá kb. 20 cm 3 vizet a lombikokba, rázzuk fel és határozzuk meg az egyes oldatok sav-bázis reakcióját.
A kálium-permanganát egy erős oxidálószer, amely hidrogén-peroxid-oldat savas környezetében mangán-ionokká redukálódik. A hidrogén-peroxidban megkötött oxigén elemi oxigénné oxidálódik.
Az oxigén magasabb hőmérsékleten reagál fémekkel és nemfémekkel oxidokat képezve.
a) A folyamatban lévő kémiai reakciót kémiai egyenlettel rögzítjük:
b) Az elemek reakcióját az oxigénnel a kémiai egyenletek fejezik ki: