L'ossigeno è un agente ossidante? "Ossigeno: significato, produzione, proprietà fisiche e chimiche, applicazione"

• Designazione - O (ossigeno);
• Nome latino: Oxigenium;
• Periodo - II;
• Gruppo - 16 (VIa);
• Massa atomica - 15,9994;
• Numero atomico - 8;
• Raggio atomico = 60 pm;
• Raggio covalente = 73 pm;
• Distribuzione degli elettroni - 1s 2 2s 2 2p 4 ;
• temperatura di fusione = -218,4°C;
• punto di ebollizione = -182,96°C;
• Elettronegatività (secondo Pauling/secondo Alpred e Rochow) = 3,44/3,50;
• Stato di ossidazione: +2; +1; 12; 0; -13; -12; -1; -2;
• Densità (n.) = 1,42897 g/cm3;
• Volume molare = 14,0 cm 3 /mol.

L'ossigeno (“dare vita ad acidi”) fu scoperto nel 1774 da J. Priestley. Questo è l'elemento chimico più comune sulla Terra: la frazione di massa dell'ossigeno nella crosta terrestre è del 47,2%. Nell'aria atmosferica, la percentuale di ossigeno è del 21%, che è associata all'attività delle piante verdi.

L'ossigeno fa parte di molti composti sia inorganici che organici. L'ossigeno è necessario per la vita di tutti gli organismi viventi altamente organizzati: esseri umani, animali, uccelli, pesci. L'ossigeno costituisce dal 50 all'85% della massa dei tessuti animali e vegetali.

Sono noti tre isotopi stabili dell'ossigeno: 16 O, 17 O, 18 O.

Allo stato libero, l'ossigeno esiste in due modifiche allotropiche: O 2 - ossigeno; O3 - ozono.

Riso. La struttura dell'atomo di ossigeno.

Un atomo di ossigeno contiene 8 elettroni: 2 elettroni sono nell'orbitale interno s e altri 6 nel livello energetico esterno - 2 (accoppiati) nel sottolivello s e 4 (due accoppiati e due spaiati) nel sottolivello p (vedi Struttura elettronica dell'orbitale s). atomi).

A causa di due elettroni p spaiati del livello esterno, l'ossigeno forma due legami covalenti, accettando due elettroni ed esibendo uno stato di ossidazione -2 (H 2 O, CaO, H 2 SO 4).

Nei composti con un legame ossigeno O-O, l'atomo di ossigeno presenta uno stato di ossidazione pari a -1 (H 2 O 2).

Con il fluoro più elettronegativo, l'ossigeno cede i suoi elettroni di valenza, esibendo lo stato di ossidazione +2 (OF 2).

O2

Una molecola di ossigeno biatomica è formata dal doppio legame di due atomi di ossigeno. Per questo motivo, l'ossigeno molecolare è un composto stabile in condizioni normali.

L'energia di dissociazione di una molecola di ossigeno è circa 2 volte inferiore a quella di una molecola di azoto (vedi Molteplicità dei legami covalenti), quindi l'ossigeno ha una reattività maggiore rispetto all'azoto (ma molto inferiore rispetto, ad esempio, al fluoro).

La reattività dell'ossigeno aumenta man mano che si riscalda. L'ossigeno reagisce con tutti gli elementi tranne i gas nobili. A causa della sua elevata elettronegatività (vedi Cos'è l'elettronegatività) nei composti chimici (ad eccezione del fluoro), l'ossigeno agisce come un agente ossidante con grado -2 (solo il fluoro ossida l'ossigeno per formare difluoruro di ossigeno OF 2).

Proprietà dell'ossigeno gassoso:

• gas incolore, inodore e insapore;
• in forma liquida o solida, l'ossigeno ha un colore blu;
• moderatamente solubile in acqua: la frazione in massa dell'ossigeno a 20°C è 0,004%.

Proprietà chimiche dell'ossigeno

In tutte le reazioni, l'ossigeno svolge il ruolo di agente ossidante, combinandosi con tutti gli elementi (eccetto elio, argon e neon) per interazione diretta (eccetto fluoro, cloro, oro e platino).

Con metalli e non metalli (sostanze semplici), l'ossigeno forma ossidi:

2Cu + O2 = 2CuO 4Li + O2 = 2Li2 O 2Ca + O2 = 2CaO S + O2 = SO2 C + O2 = CO2

L'ossidazione dei metalli alcalini sodio e potassio produce perossidi:

2Na+O2 = Na2O2

Quasi tutte le reazioni che coinvolgono l'ossigeno sono esotermiche, ma ci sono delle eccezioni:

N2+O2 ↔ 2NO-Q

Molte sostanze reagiscono con l'ossigeno con un grande rilascio di calore e luce, questo è il processo chiamato bruciando.

Reazioni di combustione:

• combustione dell'ammoniaca nell'aria per formare acqua e azoto: 4NH 3 +3O 2 = 2N 2 +6H 2 O
• ossidazione catalitica dell'ammoniaca: 4NH 3 +5O 2 = 2NO+6H 2 O
• combustione dell'idrogeno solforato in eccesso di ossigeno: 2H 2 S + 3O 2 = 2SO 2 + 2H 2 O
• in mancanza di ossigeno, l'idrogeno solforato si ossida lentamente in zolfo libero: 2H 2 S+O 2 = 2S+2H 2 O
• combustione di sostanze organiche in ossigeno con formazione di acqua e anidride carbonica: CH 4 +2O 2 → CO 2 +2H 2 O C 2 H 5 OH+3O 2 → 2CO 2 +3H 2 O
• durante la combustione di sostanze organiche contenenti azoto, oltre all'anidride carbonica e all'acqua, viene rilasciato azoto libero: 4CH 3 NH 5 +9O 2 → 4CO 2 +2N 2 +10H 2 O

Molte sostanze (alcoli, aldeidi, acidi) sono ottenute dall'ossidazione controllata di sostanze organiche. Inoltre, molti processi naturali, come la respirazione o il decadimento, sono reazioni intrinsecamente ossidative delle sostanze organiche.

Un agente ossidante ancora più forte dell'ossigeno è l'ozono, capace di ossidare lo ioduro di potassio in uno ione libero - questa reazione viene utilizzata per la determinazione qualitativa e quantitativa dell'ozono: O 3 +2KI+H 2 O = I 2 ↓+2KOH+O 2

Ottenere e utilizzare l'ossigeno

L'ossigeno è ampiamente utilizzato nell'industria e nella medicina:

• in metallurgia l'ossigeno viene utilizzato nella fusione dell'acciaio (ghisa);
• nell'industria chimica l'ossigeno è necessario per la produzione di acidi (solforico e nitrico), metanolo, acetilene, aldeidi;
• nell'industria spaziale, l'ossigeno viene utilizzato come ossidante per il carburante dei missili;
• in medicina l'ossigeno viene utilizzato negli apparati respiratori;
• In natura, l'ossigeno gioca un ruolo estremamente importante: nel processo di ossidazione di carboidrati, grassi e proteine ​​viene rilasciata l'energia necessaria per gli organismi viventi.

Modalità di ottenimento ossigeno:

• industriale modi:
  • liquefazione dell'aria con successiva separazione della miscela liquida di gas in componenti;
  • elettrolisi dell'acqua:
    2H2O = 2H2 + O2.
• laboratorio metodi (decomposizione dei sali quando riscaldati):
  • Permanganato di Potassio:
    2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2;
  • Sale di Berthollet:
    2KClO3 = 2KCl + 3O2.
• decomposizione termica dei nitrati di metalli alcalini:
  2NaNO3 = 2NaNO2 +O2
• decomposizione catalitica del perossido di idrogeno (catalizzatore MnO 2):
  2H2O2 = 2H2O+O2;
• interazione dei perossidi di anidride carbonica con perossidi di metalli alcalini:
  2CO2+2Na2O2 = 2Na2CO3+O2.

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Proprietà chimiche dell'ossigeno. Ossidi

In questo paragrafo si parla di:

> sulle reazioni dell'ossigeno con sostanze semplici e complesse;
> sulle reazioni composte;
> sui composti chiamati ossidi.

Le proprietà chimiche di ciascuna sostanza si manifestano in reazioni chimiche con la sua partecipazione.

L'ossigeno è uno dei non metalli più attivi. Ma in condizioni normali reagisce con poche sostanze. La sua reattività aumenta significativamente con l'aumentare della temperatura.

Reazioni dell'ossigeno con sostanze semplici.

Ossigeno reagisce, di regola, quando riscaldato, con la maggior parte dei non metalli e quasi tutti i metalli.

Reazione con carbone (carbonio). È noto che il carbone riscaldato nell'aria ad alta temperatura si accende. Ciò indica una reazione chimica della sostanza con l'ossigeno. Il calore rilasciato durante questo processo viene utilizzato, ad esempio, per riscaldare le case nelle zone rurali.

Il prodotto principale della combustione del carbone è l’anidride carbonica. Il suo formula chimica-CO2. Il carbone è una miscela di molte sostanze. La frazione di massa del carbonio in esso contenuta supera l'80%. Supponendo che il carbone sia costituito solo da atomi di carbonio, scriviamo la corrispondente equazione chimica:

T
C+O2 = CO2.

Il carbonio forma sostanze semplici: grafite e diamante. Hanno un nome comune - carbonio - e reagiscono con l'ossigeno quando riscaldati secondo l'equazione chimica 1 data.

Le reazioni in cui una sostanza è formata da più sostanze sono chiamate reazioni composte.

Reazione con zolfo.

Questa trasformazione chimica avviene quando tutti accendono un fiammifero; lo zolfo fa parte della sua testa. In laboratorio, la reazione dello zolfo con l'ossigeno viene effettuata in una cappa chimica. Una piccola quantità di zolfo (polvere o cristalli giallo chiaro) viene riscaldata in un cucchiaio di ferro. Sostanza prima si scioglie, poi si accende a seguito dell'interazione con l'ossigeno nell'aria e brucia con una fiamma blu appena percettibile (Fig. 56, b). Appare un odore pungente del prodotto della reazione: anidride solforosa (sentiamo questo odore nel momento in cui si accende un fiammifero). La formula chimica dell'anidride solforosa è SO 2 e l'equazione di reazione è
T
S + O2 = SO2.

Riso. 56. Zolfo (a) e sua combustione nell'aria (b) e nell'ossigeno (c)

1 In caso di ossigeno insufficiente si forma un altro composto di carbonio Ossigeno- monossido di carbonio
T
CO: 2C + O2 = 2CO.

Riso. 57. Fosforo rosso (a) e sua combustione nell'aria (b) e nell'ossigeno (c)

Se un cucchiaio con zolfo in fiamme viene posto in un recipiente con ossigeno, lo zolfo brucerà con una fiamma più luminosa che nell'aria (Fig. 56, c). Ciò può essere spiegato dal fatto che nell'ossigeno puro ci sono più molecole di O 2 che nell'aria.

Reazione con fosforo. Il fosforo, come lo zolfo, brucia più intensamente nell'ossigeno che nell'aria (Fig. 57). Il prodotto della reazione è un solido bianco - ossido di fosforo(\/) (le sue piccole particelle formano fumo):
T
P + O 2 -> P 2 0 5 .

Converti il ​​diagramma di reazione in un'equazione chimica.

Reazione con magnesio.

In precedenza veniva utilizzata questa reazione fotografi per creare un'illuminazione brillante ("flash al magnesio") quando si scattano fotografie. In un laboratorio chimico, l'esperimento corrispondente viene eseguito come segue. Usando una pinzetta metallica, prendi la striscia di magnesio e dagli fuoco all'aria. Il magnesio brucia con una fiamma bianca abbagliante (Fig. 58, b); Non puoi guardarlo! La reazione produce un solido bianco. Questo è un composto di magnesio con ossigeno; il suo nome è ossido di magnesio.

Riso. 58. Magnesio (a) e sua combustione nell'aria (b)

Scrivi un'equazione per la reazione del magnesio con l'ossigeno.

Reazioni dell'ossigeno con sostanze complesse. L'ossigeno può interagire con alcuni composti contenenti ossigeno. Ad esempio, il monossido di carbonio CO brucia nell'aria per formare anidride carbonica:

T
2CO+O2 = 2C02.

Effettuiamo molte reazioni dell'ossigeno con sostanze complesse nella vita di tutti i giorni, bruciando gas naturale (metano), alcool, legno, carta, cherosene, ecc. Quando bruciano, si formano anidride carbonica e vapore acqueo:
T
CH4 + 202 = CO2 + 2H2O;
metano
T
C2H5OH + 302 = 2C02 + 3H2O.
alcol

Ossidi.

I prodotti di tutte le reazioni discusse nel paragrafo sono composti binari di elementi con ossigeno.

Un composto formato da due elementi, uno dei quali è l'ossigeno, è chiamato ossido.

La formula generale degli ossidi è EnOm.

Ogni ossido ha un nome chimico e alcuni hanno anche nomi tradizionali o banali 1 (Tabella 4). Il nome chimico dell'ossido è composto da due parole. La prima parola è il nome dell'elemento corrispondente e la seconda è la parola "ossido". Se un elemento ha valenza variabile può formare più ossidi. I loro nomi dovrebbero essere diversi. Per fare ciò, dopo il nome dell'elemento, indicare (senza rientranza) in numeri romani tra parentesi il valore della sua valenza nell'ossido. Un esempio di tale nome di composto è cuprum (II) ossido (pronunciato cuprum-due-ossido).

Tabella 4

1 Il termine deriva dalla parola latina trivialis - ordinario.

conclusioni

L'ossigeno è una sostanza chimicamente attiva. Interagisce con la maggior parte delle sostanze semplici e con quelle complesse. I prodotti di tali reazioni sono composti di elementi con ossigeno - ossidi.

Le reazioni in cui una sostanza è formata da più sostanze sono chiamate reazioni composte.

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135. In cosa differiscono le reazioni composte e di decomposizione?

136. Convertire gli schemi di reazione in equazioni chimiche:

a) Li+O2 -> Li2O;
N2 + O2 -> NO;

b) SO2 + O2 -> SO3;
CrO+O2 -> Cr2O3.

137. Scegli tra le formule date quelle che corrispondono agli ossidi:

O2, NaOH, H2O, HCI, I2O5, FeO.

138. Dai nomi chimici agli ossidi con le seguenti formule:

NO, Ti2O3, Cu2O, MnO2, CI2O7, V2O5, CrO3.

Si tenga presente che gli elementi che formano questi ossidi hanno valenza variabile.

139. Scrivere le formule: a) plumbum(I\/) ossido; b) ossido di cromo (III);
c) ossido di cloro(I); d) ossido di azoto (I\/); e) ossido di osmio(\/III).

140. Completa le formule delle sostanze semplici negli schemi di reazione e componi le equazioni chimiche:

a) ...+... -> CaO;

b) NO +... -> NO 2; ... + ... -> Come 2 O 3 ; Mn2O3 +... -> MnO2.

141. Scrivi le equazioni di reazione con l'aiuto delle quali puoi realizzare tali "catene" di trasformazioni, cioè ottenere una seconda dalla prima sostanza e una terza dalla seconda:

a) C -> CO -> CO 2;
b) P -> P 2 0 3 -> P 2 0 5 ;
c) Cu -> Cu 2 O -> CuO.

142.. Scrivi le equazioni per le reazioni che si verificano quando acetone (CH 3) 2 CO ed etere (C 2 H 5) 2 O bruciano nell'aria. I prodotti di ciascuna reazione sono anidride carbonica e acqua.

143. La frazione in massa dell'ossigeno nell'ossido EO 2 è del 26%. Identificare l'elemento E.

144. Due boccette sono piene di ossigeno. Dopo che furono sigillati, il magnesio in eccesso veniva bruciato in un pallone e lo zolfo in eccesso nell'altro. In quale pallone si è formato il vuoto? Spiega la tua risposta.

Popel P. P., Kryklya L. S., Chimica: Pidruch. per la 7a elementare zagalnosvit. navch. chiusura - K.: VC "Academy", 2008. - 136 p.: ill.

L’ossigeno è l’elemento chimico più abbondante sul pianeta. La sua frazione di massa nella crosta terrestre è del 47,3%, la sua frazione di volume nell'atmosfera è del 20,95% e la sua frazione di massa negli organismi viventi è di circa il 65%. Cos'è questo gas e quali proprietà fisiche e chimiche ha l'ossigeno?

Ossigeno: generalità

L'ossigeno è un non metallo che in condizioni normali non ha colore, sapore o odore.

Riso. 1. Formula dell'ossigeno.

In quasi tutti i composti, ad eccezione dei composti con fluoro e perossidi, presenta una valenza costante di II e uno stato di ossidazione di -2. L'atomo di ossigeno non ha stati eccitati, poiché non ci sono orbitali liberi nel secondo livello esterno. Come sostanza semplice, l'ossigeno esiste sotto forma di due modifiche allotropiche: i gas ossigeno O 2 e l'ozono O 3.

In determinate condizioni, l'ossigeno può trovarsi allo stato liquido o solido. A differenza del gas, hanno un colore: il liquido è azzurro e l'ossigeno solido ha una tinta azzurra.

Riso. 2. Ossigeno solido.

L'ossigeno nell'industria si ottiene liquefando l'aria con successiva separazione dell'azoto dovuta alla sua evaporazione (c'è una differenza nei punti di ebollizione: -183 gradi per l'ossigeno liquido e -196 gradi per l'azoto liquido).

Proprietà chimiche dell'interazione dell'ossigeno

L'ossigeno è un non metallo attivo. L'ossigeno è in grado di reagire con tutti gli elementi tranne neon, elio e argon. Solitamente le reazioni di questo gas con altre sostanze sono esotermiche. Il processo di ossidazione, che avviene con il rilascio simultaneo di energia sotto forma di calore e luce, è chiamato combustione. L'uso di composti organici, in particolare alcani, come combustibile è molto importante, poiché la reazione di combustione dei radicali liberi rilascia una grande quantità di calore:

CH4+2O2 = CO2+2H2O +880 kJ.

L'ossigeno solitamente reagisce con i non metalli quando riscaldato, formando un ossido. Pertanto, la reazione con l'azoto inizia solo a temperature superiori a 1200 gradi o con una scarica elettrica:

L'ossigeno reagisce anche con i metalli:

3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4 (come risultato della reazione si forma un composto: ossido di ferro)

In natura esiste un agente ossidante ancora più forte dell'ossigeno: è l'ozono. È in grado di ossidare l'oro e il platino. In condizioni naturali, l'ozono si forma dall'ossigeno atmosferico durante le scariche dei fulmini e in laboratorio - facendo passare una scarica elettrica attraverso l'ossigeno: 3O 2 = 2O 3 – 285 kJ (reazione endotermica)

Riso. 3. Ozono.

Il composto più significativo dell’ossigeno è l’acqua. Circa il 71% della superficie terrestre è occupata da acqua. Le molecole d'acqua agli angoli sono polari, ciascuna di esse forma quattro legami idrogeno: due come donatore di protoni e due come accettore di protoni. Si formano associati (H 2 O)x, dove x varia da 2 a 5. Dimeri di (H 2 O)2 sono presenti nel vapore acqueo e nelle fasi condensate una molecola d'acqua può trovarsi in un ambiente tetraedrico di altre quattro molecole. se le molecole d'acqua non fossero associate, il suo punto di ebollizione non sarebbe di 100 gradi, ma di circa 80 gradi.

Cosa abbiamo imparato?

L'ossigeno è un forte agente ossidante e un non metallo attivo, quindi il suo studio inizia in terza media. È un gas incolore e inodore, ma in determinate condizioni può esistere anche allo stato liquido e solido. Reagisce con metalli e non metalli per formare ossidi e reagisce anche con la maggior parte delle sostanze semplici.

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Elementi situati nel sottogruppo principale del gruppo VI del sistema periodico di elementi di D. I. Mendeleev.

Un esame delle strutture atomiche degli elementi del sottogruppo principale del gruppo VI mostra che hanno tutti una struttura a sei elettroni dello strato esterno (Tabella 13) e, quindi, hanno valori di elettronegatività relativamente elevati. , ha la maggiore elettronegatività e la minima, il che è spiegato dalla variazione del raggio atomico. Il posto speciale dell'ossigeno in questo gruppo è sottolineato dal fatto che , e il tellurio possono combinarsi direttamente con l'ossigeno, ma non possono combinarsi tra loro.

Al gruppo appartengono anche elementi del gruppo dell'ossigeno R-elementi, poiché sono in fase di completamento R-conchiglia. Per tutti gli elementi della famiglia, ad eccezione dell'ossigeno stesso, 6 elettroni nello strato esterno sono elettroni di valenza.
Nelle reazioni redox, gli elementi del gruppo dell'ossigeno spesso mostrano proprietà ossidanti. Le proprietà più fortemente ossidanti sono espresse nell'ossigeno.
Tutti gli elementi del sottogruppo principale del gruppo VI sono caratterizzati da uno stato di ossidazione negativo pari a -2. Tuttavia per lo zolfo, il selenio e il tellurio sono possibili anche stati di ossidazione positivi (massimo +6).
La molecola di ossigeno, come ogni gas semplice, è biatomica, costruita come un legame covalente formato da due coppie di elettroni. Pertanto, l'ossigeno è bivalente quando forma un ossigeno semplice.
Lo zolfo è una sostanza solida. La molecola contiene 8 atomi di zolfo (S8), ma sono collegati in una sorta di anello, in cui ciascun atomo di zolfo è collegato solo a due atomi vicini da un legame covalente

Pertanto, ciascun atomo di zolfo, avendo una coppia di elettroni in comune con due atomi vicini, è esso stesso bivalente. Molecole simili formano selenio (Se8) e tellurio (Te8).

■ 1. Scrivi una storia sul gruppo dell'ossigeno secondo il seguente piano: a) posizione nella tavola periodica; b) cariche di nuclei e. numero di neutroni nel nucleo; c) configurazioni elettroniche; d) struttura del reticolo cristallino; e) possibili stati di ossidazione dell'ossigeno e di tutti gli altri elementi di questo gruppo.
2. Quali sono le somiglianze e le differenze tra le strutture atomiche e le configurazioni elettroniche degli atomi degli elementi dei principali sottogruppi dei gruppi VI e VII?
3. Quanti elettroni di valenza hanno gli elementi del sottogruppo principale del gruppo VI?
4. Come dovrebbero comportarsi gli elementi del sottogruppo principale del gruppo VI nelle reazioni redox?
5. Quale degli elementi del sottogruppo principale del gruppo VI è il più elettronegativo?

Quando consideriamo gli elementi del sottogruppo principale del gruppo VI, incontriamo innanzitutto il fenomeno dell'allotropia. Lo stesso elemento allo stato libero può formare due o più sostanze semplici. Questo fenomeno è chiamato allotropia e loro stessi sono chiamati modificazioni allotropiche.

Scrivi questa frase sul tuo quaderno.

Ad esempio, l'elemento ossigeno è in grado di formare due elementi semplici: ossigeno e ozono.
Formula dell'ossigeno semplice O2, formula della sostanza semplice ozono O3. Le loro molecole sono costruite in modo diverso:

L'ossigeno e l'ozono sono modifiche allotropiche dell'elemento ossigeno.
Lo zolfo può anche formare diversi allotropi (modifiche). È noto lo zolfo ortorombico (ottaedrico), plastico e monoclino. Anche il selenio e il tellurio formano diversi allotropi. Va notato che il fenomeno dell'allotropia è caratteristico di molti elementi. Considereremo le differenze nelle proprietà delle diverse modifiche allotropiche durante lo studio degli elementi.

■ 6. Qual è la differenza tra la struttura di una molecola di ossigeno e la struttura di una molecola di ozono?

7. Che tipo di legame c'è nelle molecole di ossigeno e ozono?

Ossigeno. Proprietà fisiche, effetti fisiologici, l'importanza dell'ossigeno in natura

L'ossigeno è l'elemento più leggero del sottogruppo principale del gruppo VI. Il peso atomico dell'ossigeno è 15.994. 31.988. L'atomo di ossigeno ha il raggio più piccolo degli elementi di questo sottogruppo (0,6 Å). Configurazione elettronica dell'atomo di ossigeno: ls 2 2s 2 2p 4.

La distribuzione degli elettroni sugli orbitali del secondo strato indica che l'ossigeno ha due elettroni spaiati nei suoi orbitali p, che possono essere facilmente utilizzati per formare un legame chimico tra gli atomi. Stato di ossidazione caratteristico dell'ossigeno.
L'ossigeno è un gas incolore e inodore. È più pesante dell'aria, alla temperatura di -183° si trasforma in un liquido blu, mentre alla temperatura di -219° si solidifica.

La densità dell'ossigeno è 1,43 g/l. L'ossigeno è scarsamente solubile in acqua: 3 volumi di ossigeno si sciolgono in 100 volumi di acqua a 0°C. Pertanto, l'ossigeno può essere conservato in un gasometro (Fig. 34), un dispositivo per immagazzinare gas insolubili e leggermente solubili in acqua. Molto spesso, l'ossigeno viene immagazzinato in un gasometro.
Il gasometro è composto da due parti principali: il recipiente 1, che serve per immagazzinare il gas, e un grande imbuto 2 con un rubinetto e un lungo tubo che arriva quasi fino al fondo del recipiente 1 e serve per fornire acqua all'apparecchio. Il vaso 1 ha tre tubi: nel tubo 3 con la superficie interna smerigliata viene inserito un imbuto 2 con rubinetto, nel tubo 4 viene inserito un tubo di uscita del gas dotato di rubinetto; il tubo 5 in basso serve a far uscire l'acqua dal dispositivo durante la ricarica e lo scaricamento. In un gasometro carico, il recipiente 1 è pieno di ossigeno. Sul fondo della nave si trova, in cui viene abbassata l'estremità del tubo a imbuto 2.

Riso. 34.
1 - recipiente di stoccaggio del gas; 2 - imbuto per l'approvvigionamento idrico; 3 - tubo con superficie rettificata; 4 - tubo per la rimozione del gas; 5 - tubo per il rilascio dell'acqua durante la ricarica del dispositivo.

Se hai bisogno di ottenere ossigeno da un gasometro, apri prima il rubinetto a imbuto e comprimi leggermente l'ossigeno nel gasometro. Successivamente aprire la valvola sul tubo di uscita del gas, attraverso il quale esce l'ossigeno, spostato dall'acqua.

Nell'industria, l'ossigeno viene immagazzinato in bombole di acciaio allo stato compresso (Fig. 35, a) o in forma liquida in “serbatoi” di ossigeno (Fig. 36).

Riso. 35. Palloncino ad ossigeno

Annota dal testo i nomi dei dispositivi destinati alla conservazione dell'ossigeno.
L'ossigeno è l'elemento più comune. Costituisce quasi il 50% del peso dell'intera crosta terrestre (Fig. 37). Il corpo umano contiene il 65% di ossigeno, che fa parte di varie sostanze organiche da cui sono costituiti tessuti e organi. L'acqua contiene circa l'89% di ossigeno. Nell'atmosfera l'ossigeno rappresenta il 23% in peso e il 21% in volume. L'ossigeno fa parte di un'ampia varietà di rocce (ad esempio calcare, gesso, marmo CaCO3, sabbia SiO2), minerali di vari metalli (minerale di ferro magnetico Fe3O4, minerale di ferro marrone 2Fe2O3 nH2O, minerale di ferro rosso Fe2O3, bauxite Al2O3 nH2O, ecc. .). L'ossigeno fa parte della maggior parte delle sostanze organiche.

Il significato fisiologico dell'ossigeno è enorme. È l'unico gas che gli organismi viventi possono utilizzare per respirare. La mancanza di ossigeno provoca la cessazione dei processi vitali e la morte del corpo. Senza ossigeno, una persona può vivere solo pochi minuti. Durante la respirazione, viene assorbito l'ossigeno, che prende parte ai processi redox che si verificano nel corpo, e vengono rilasciati prodotti di ossidazione delle sostanze organiche: anidride carbonica e altre sostanze. Sia gli organismi viventi terrestri che quelli acquatici respirano ossigeno: quelli terrestri - con ossigeno atmosferico libero e quelli acquatici - con ossigeno disciolto nell'acqua.
In natura si verifica una sorta di ciclo dell'ossigeno. L'ossigeno dall'atmosfera viene assorbito da animali, piante, esseri umani e viene speso nei processi di combustione del carburante, nel decadimento e in altri processi ossidativi. L'anidride carbonica e l'acqua formate durante il processo di ossidazione vengono consumate dalle piante verdi, nelle quali, con l'aiuto della clorofilla fogliare e dell'energia solare, viene effettuato il processo di fotosintesi, cioè la sintesi di sostanze organiche da anidride carbonica e acqua, accompagnata mediante il rilascio di ossigeno.
Per fornire ossigeno a una persona sono necessarie le chiome di due grandi alberi. Le piante verdi mantengono una composizione costante dell'atmosfera.

■ 8. Qual è l'importanza dell'ossigeno nella vita degli organismi viventi?
9. Come viene reintegrato l'apporto di ossigeno nell'atmosfera?

Proprietà chimiche dell'ossigeno

L'ossigeno libero, quando reagisce con sostanze semplici e complesse, di solito si comporta come.

Riso. 37.

Lo stato di ossidazione che acquisisce in questo caso è sempre -2. Molti elementi interagiscono direttamente con l'ossigeno, ad eccezione dei metalli nobili, degli elementi con valori di elettronegatività prossimi all'ossigeno () e degli elementi inerti.
Di conseguenza, si formano composti di ossigeno con sostanze semplici e complesse. Molti bruciano nell'ossigeno, anche se nell'aria non bruciano o bruciano molto debolmente. brucia in ossigeno con una fiamma gialla brillante; questo produce perossido di sodio (Fig. 38):
2Na + O2 =Na2O2,
Lo zolfo brucia nell'ossigeno con una fiamma blu brillante per formare anidride solforosa:
S + O2 = SO2
Il carbone brucia a malapena nell'aria, ma nell'ossigeno diventa molto caldo e brucia per formare anidride carbonica (Fig. 39):
C + O2 = CO2

Riso. 36.

Brucia in ossigeno con una fiamma bianca, abbagliante e luminosa, e si forma pentossido di fosforo bianco solido:
4P + 5O2 = 2P2O5
brucia in ossigeno, spargendo scintille e formando scaglie di ferro (Fig. 40).
Le sostanze organiche bruciano anche nell'ossigeno, ad esempio il metano CH4, la composizione del gas naturale: CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
La combustione in ossigeno puro avviene in modo molto più intenso che in aria, e consente di ottenere temperature notevolmente più elevate. Questo fenomeno viene utilizzato per intensificare una serie di processi chimici e una combustione più efficiente del carburante.
Nel processo di respirazione, l'ossigeno si combina con l'emoglobina nel sangue per formare l'ossiemoglobina, che, essendo un composto molto instabile, si decompone facilmente nei tessuti con formazione di ossigeno libero che va in ossidazione. Anche la decomposizione è un processo ossidativo che coinvolge l'ossigeno.
Riconoscono l'ossigeno puro introducendo una scheggia fumante nel vaso dove dovrebbe essere presente. Lampeggia intensamente: questo è un test di alta qualità per l'ossigeno.

■ 10. Come, avendo una scheggia a tua disposizione, puoi riconoscere l'ossigeno e l'anidride carbonica in diversi vasi? 11. Quale volume di ossigeno verrà utilizzato per bruciare 2 kg di carbone contenente il 70% di carbonio, il 5% di idrogeno, il 7% di ossigeno e il resto: componenti non combustibili?

Riso. 38. Combustione del sodio Riso. 39. Combustione del carbone Riso. 40. Combustione del ferro nell'ossigeno.

12. Sono sufficienti 10 litri di ossigeno per bruciare 5 g di fosforo?
13. 1 m3 di una miscela di gas contenente il 40% di monossido di carbonio, il 20% di azoto, il 30% di idrogeno e il 10% di anidride carbonica è stato bruciato in ossigeno. Quanto ossigeno è stato consumato?
14. È possibile essiccare l'ossigeno facendolo passare attraverso: a) acido solforico, b) cloruro di calcio, c) anidride fosforica, d) metallo?
15. Come liberare l'anidride carbonica dalle impurità dell'ossigeno e viceversa, come liberare l'ossigeno dalle impurità dell'anidride carbonica?
16. 20 litri di ossigeno contenente una miscela di anidride carbonica sono stati fatti passare attraverso 200 ml di 0,1 N. soluzione di bario. Di conseguenza, il catione Ba 2+ è stato completamente precipitato. Quanta anidride carbonica (in percentuale) conteneva l'ossigeno originale?

Ottenere ossigeno

L'ossigeno si ottiene in diversi modi. In laboratorio l'ossigeno viene ottenuto da sostanze contenenti ossigeno che possono facilmente scinderlo, ad esempio dal permanganato di potassio KMnO4 (Fig. 41) o dal sale di Berthollet KClO3:
2КМnО4 = K2MnO4 + МnО2 + O2

2КlO3 = 2Кl + O2
Quando si produce ossigeno dal sale di bertolite, deve essere presente un catalizzatore per accelerare la reazione: biossido di manganese. Il catalizzatore accelera la decomposizione e la rende più uniforme. Senza un catalizzatore può farlo

Riso. 41. Un dispositivo per la produzione di ossigeno utilizzando un metodo di laboratorio dal permanganato di potassio. 1 - permanganato di potassio; 2 - ossigeno; 3 - cotone idrofilo; 4 cilindri - raccolta.

se il sale Bertholet viene assunto in grandi quantità e soprattutto se contaminato da sostanze organiche può verificarsi un'esplosione.
L'ossigeno si ottiene anche dal perossido di idrogeno in presenza di un catalizzatore - biossido di manganese MnO2 secondo l'equazione:
2H2O2[MnO2] = 2H2O + O2

■ 17. Perché viene aggiunto MnO2 durante la decomposizione del sale di Berthollet?
18. L'ossigeno formato durante la decomposizione di KMnO4 può essere raccolto sopra l'acqua. Riflettetelo nello schema del dispositivo.
19. A volte, se il biossido di manganese non è disponibile in laboratorio, al sale di bertholtolo viene invece aggiunto un piccolo residuo dopo la calcinazione del permanganato di potassio. Perché è possibile una tale sostituzione?
20. Quale volume di ossigeno verrà rilasciato durante la decomposizione di 5 moli di sale Berthollet?

L'ossigeno può anche essere ottenuto dalla decomposizione dei nitrati quando riscaldato al di sopra del punto di fusione:
2KNO3 = 2KNO2 + O2
Nell'industria, l'ossigeno è ottenuto principalmente dall'aria liquida. L'aria, convertita allo stato liquido, è sottoposta ad evaporazione. Innanzitutto evapora (il suo punto di ebollizione è 195,8°) e rimane ossigeno (il suo punto di ebollizione è -183°). In questo modo si ottiene l'ossigeno in forma quasi pura.
A volte, se è disponibile elettricità a basso costo, l’ossigeno viene ottenuto mediante elettrolisi dell’acqua:
H2O ⇄ H + + OH —
N + + e— → Í 0
al catodo
2OH — — e— → H2O+O; 2O = O2
all'anodo

■ 21. Elenca i metodi di laboratorio e industriali a te noti per la produzione di ossigeno. Annotateli sul vostro quaderno, accompagnando ogni metodo con l'equazione di reazione.
22. Le reazioni vengono utilizzate per produrre l'ossidoriduzione dell'ossigeno? Dare una risposta motivata.
23. Sono stati prelevati 10 g delle seguenti sostanze; permanganato di potassio, sale di Berthollet, nitrato di potassio. In quale caso sarà possibile ottenere il maggior volume di ossigeno?
24. 1 g di carbone è stato bruciato in ossigeno ottenuto riscaldando 20 g di permanganato di potassio. Quale percentuale del permanganato è stata decomposta?

L’ossigeno è l’elemento più abbondante in natura. È ampiamente utilizzato in medicina, chimica, industria, ecc. (Fig. 42).

Riso. 42. Utilizzo dell'ossigeno.

I piloti ad alta quota, le persone che lavorano in un'atmosfera di gas nocivi e coloro che sono impegnati in lavori sotterranei e subacquei utilizzano dispositivi ad ossigeno (Fig. 43).

Nei casi in cui ciò sia difficile a causa di una particolare malattia, alla persona viene somministrato ossigeno puro da respirare da una borsa di ossigeno o posta in una tenda ad ossigeno.
Attualmente, l'aria arricchita di ossigeno o l'ossigeno puro sono ampiamente utilizzati per intensificare i processi metallurgici. I cannelli ossigeno-idrogeno e ossiacetilenici vengono utilizzati per la saldatura e il taglio dei metalli. Impregnando sostanze infiammabili con ossigeno liquido: segatura, polvere di carbone, ecc., si ottengono miscele esplosive chiamate ossiliquiti.

■ 25. Disegna una tabella sul tuo quaderno e compilala.

Ozono O3

Come già accennato, l'elemento ossigeno può formare un'altra modificazione allotropica: l'ozono O3. L'ozono bolle a -111° e solidifica a -250°. Allo stato gassoso è blu, allo stato liquido è blu. l'ozono nell'acqua è molto superiore all'ossigeno: 45 volumi di ozono si dissolvono in 100 volumi di acqua.

L'ozono differisce dall'ossigeno in quanto la sua molecola è composta da tre anziché due atomi. Per questo motivo la molecola di ossigeno è molto più stabile della molecola di ozono. L’ozono si decompone facilmente secondo l’equazione:
O3 = O2 + [O]

Il rilascio di ossigeno atomico durante la decomposizione dell'ozono lo rende un agente ossidante molto più forte dell'ossigeno. L'ozono ha un odore fresco ("ozono" nella traduzione significa "odore"). In natura si forma sotto l'influenza di una scarica elettrica silenziosa e nelle pinete. Si consiglia ai pazienti con malattie polmonari di trascorrere più tempo nelle pinete. Tuttavia, l'esposizione prolungata ad un'atmosfera altamente arricchita di ozono può avere un effetto tossico sull'organismo. L'avvelenamento è accompagnato da vertigini, nausea e sangue dal naso. Con l'avvelenamento cronico possono verificarsi malattie cardiache.
In laboratorio l'ozono viene ottenuto dall'ossigeno negli ozonizzatori (Fig. 44). L'ossigeno viene fatto passare nel tubo di vetro 1, avvolto all'esterno con il filo 2. All'interno del tubo corre il filo 3. Entrambi i fili sono collegati ai poli di una sorgente di corrente che crea un'alta tensione sugli elettrodi indicati. Tra gli elettrodi si verifica una scarica elettrica silenziosa, a causa della quale si forma ozono dall'ossigeno.

Figura 44; Ozonizzatore. 1 - contenitore di vetro; 2 - avvolgimento esterno; 3 fili all'interno del tubo; 4 - soluzione di ioduro di potassio con amido

3O2 = 2O3
L’ozono è un agente ossidante molto forte. Reagisce in modo molto più energetico dell'ossigeno ed è generalmente molto più attivo dell'ossigeno. Ad esempio, a differenza dell'ossigeno, può sostituire l'acido iodidrico o i sali ioduro:
2KI + O3 + H2O = 2KOH + I2 + O2

Nell'atmosfera c'è pochissimo ozono (circa un milionesimo di punto percentuale), ma svolge un ruolo significativo nell'assorbire i raggi ultravioletti del sole, motivo per cui raggiungono la terra in quantità minori e non hanno un effetto dannoso sulla vita organismi.
L'ozono viene utilizzato in piccole quantità soprattutto per il condizionamento dell'aria e anche in chimica.

■ 26. Cosa sono le modificazioni allotropiche?
27. Perché la carta di amido di iodio diventa blu sotto l'influenza dell'ozono? Dare una risposta motivata.
28. Perché una molecola di ossigeno è molto più stabile di una molecola di ozono? Motiva la tua risposta in termini di struttura intramolecolare.
29. Come spiegare perché l'ozono presenta un effetto ossidante più forte dell'ossigeno?

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Struttura della calotta esterna: 1 s22s 2 2р 4, il che suggerisce che è più facile per l'ossigeno attaccare 2 elettroni a se stesso prima di riempire il livello esterno piuttosto che cederli. Pertanto, l'ossigeno è un agente ossidante.

Isotopi dell'ossigeno.

Esistono 3 forme stabili ossigeno: 16 Oh, 17 Oh e 18 Oh, il cui contenuto medio è rispettivamente 99,759%, 0,037% e 0,204% del numero totale di atomi.

Più comune 16 DI, poiché è il più leggero (è composto da 8 protoni e 8 elettroni), il che lo rende molto stabile.

Proprietà fisiche dell'ossigeno.

Metodi per ottenere ossigeno.

Ci sono 4 modi per ricevere ossigeno:

1. Elettrolisi dell'acqua.

2. Metodo industriale: distillazione della miscela d'aria (l'ossigeno, come elemento più pesante, rimane nella miscela e l'azoto evapora)

3. Metodi di laboratorio per la decomposizione di ossidi, perossidi, sali:

2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2,

2BaO2 = 2BaO + O2,

2KNO3 = 2KNO2 + O2.

4. Dai perossidi (utilizzati nello spazio per la rigenerazione O2 dall'anidride carbonica):

2 K2O2+2CO2 = 2K2CO3+O2.

Proprietà chimiche dell'ossigeno.

Reagisce con i metalli già a temperatura ambiente:

2Ca + O 2 = 2CaO,

2Mg +O2 = 2MgO,

Con non metalli (quando riscaldati):

S + O2 = SO2 (T=250°C),

C + O2 = CO2 (T=700°C),

O2 interagisce con composti complessi:

2NO + O2 = 2NO2,

2H2S + O2 = 2S + 2H2O,

Trovare l'ossigeno in natura.

Ossigeno- l'elemento chimico più comune. L'ossigeno legato costituisce circa 6/7 della massa del guscio d'acqua della Terra: l'idrosfera (85,82% in massa), quasi la metà della litosfera (47% in massa) e solo nell'atmosfera, dove l'ossigeno si trova in forma libera stato, occupa il secondo posto (23,15% in peso) dopo l'azoto.

L'ossigeno forma un gran numero di minerali: silicati, quarzo, ossidi di ferro, carbonati, solfati, nitrati. Fa parte delle cellule degli organismi viventi, partecipa ai processi di respirazione, diffusione, flusso sanguigno, reazioni di ossidazione e riduzione.

L’ossigeno è il componente principale della fotosintesi.