Czy tlen jest utleniaczem? „Tlen: znaczenie, produkcja, właściwości fizyczne i chemiczne, zastosowanie”

• Oznaczenie - O (tlen);
• Nazwa łacińska - Oxigenium;
• Okres - II;
• Grupa - 16 (VIa);
• Masa atomowa - 15,9994;
• liczba atomowa - 8;
• Promień atomowy = 60 pm;
• Promień kowalencyjny = 73 pm;
• Rozkład elektronów - 1s 2 2s 2 2p 4 ;
• temperatura topnienia = -218,4°C;
• temperatura wrzenia = -182,96°C;
• Elektroujemność (wg Paulinga/wg Alpreda i Rochowa) = 3,44/3,50;
• Stan utlenienia: +2; +1; 12; 0; - 13; - 12; -1; -2;
• Gęstość (nr.) = 1,42897 g/cm3;
• Objętość molowa = 14,0 cm3/mol.

Tlen („rodzący kwasy”) odkrył w 1774 r. J. Priestley. Jest to najpowszechniejszy pierwiastek chemiczny na Ziemi – udział masowy tlenu w skorupie ziemskiej wynosi 47,2%. W powietrzu atmosferycznym zawartość tlenu wynosi 21%, co jest związane z aktywnością roślin zielonych.

Tlen jest częścią wielu związków, zarówno nieorganicznych, jak i organicznych. Tlen jest niezbędny do życia wszystkich wysoce zorganizowanych organizmów żywych: ludzi, zwierząt, ptaków, ryb. Tlen stanowi od 50 do 85% masy tkanek zwierzęcych i roślinnych.

Znane są trzy stabilne izotopy tlenu: 16 O, 17 O, 18 O.

W stanie wolnym tlen występuje w dwóch odmianach alotropowych: O 2 - tlen; O 3 - ozon.

Ryż. Struktura atomu tlenu.

Atom tlenu zawiera 8 elektronów: 2 elektrony znajdują się na wewnętrznym orbicie s, a 6 na zewnętrznym poziomie energii - 2 (sparowane) na podpoziomie s i 4 (dwa sparowane i dwa niesparowane) na podpoziomie p (patrz Struktura elektronowa atomy).

Dzięki dwóm niesparowanym p-elektronom poziomu zewnętrznego tlen tworzy dwa wiązania kowalencyjne, przyjmując dwa elektrony i wykazując stopień utlenienia -2 (H 2 O, CaO, H 2 SO 4).

W związkach z wiązaniem tlenowym O-O atom tlenu wykazuje stopień utlenienia -1 (H 2 O 2).

W przypadku bardziej elektroujemnego fluoru tlen oddaje swoje elektrony walencyjne, wykazując stopień utlenienia +2 (OF 2).

O2

Dwuatomowa cząsteczka tlenu powstaje w wyniku podwójnego wiązania dwóch atomów tlenu. Z tego powodu tlen cząsteczkowy jest związkiem stabilnym w normalnych warunkach.

Energia dysocjacji cząsteczki tlenu jest około 2 razy mniejsza niż w cząsteczce azotu (patrz Wielość wiązań kowalencyjnych), dlatego tlen ma wyższą reaktywność w porównaniu do azotu (ale znacznie mniejszą w porównaniu np. z fluorem).

Reaktywność tlenu wzrasta wraz z nagrzewaniem. Tlen reaguje ze wszystkimi pierwiastkami z wyjątkiem gazów szlachetnych. Ze względu na wysoką elektroujemność (patrz Co to jest elektroujemność) w związkach chemicznych (z wyjątkiem fluoru), tlen działa jako środek utleniający o stopniu -2 (tylko fluor utlenia tlen, tworząc difluorek tlenu OF 2).

Właściwości gazowego tlenu:

• gaz bezbarwny, bezwonny i pozbawiony smaku;
• w postaci płynnej lub stałej tlen ma niebieski kolor;
• średnio rozpuszczalny w wodzie: udział masowy tlenu w temperaturze 20°C wynosi 0,004%.

Właściwości chemiczne tlenu

We wszystkich reakcjach tlen pełni rolę utleniacza, łącząc się ze wszystkimi pierwiastkami (z wyjątkiem helu, argonu i neonu) poprzez bezpośrednie oddziaływanie (z wyjątkiem fluoru, chloru, złota i platyny).

W przypadku metali i niemetali (substancji prostych) tlen tworzy tlenki:

2Cu + O 2 = 2CuO 4Li + O 2 = 2Li 2 O 2Ca + O 2 = 2CaO S + O 2 = SO 2 do + O 2 = CO 2

W wyniku utleniania metali alkalicznych, sodu i potasu, powstają nadtlenki:

2Na + O2 = Na2O2

Prawie wszystkie reakcje z udziałem tlenu są egzotermiczne, ale są wyjątki:

N 2 + O 2 ↔ 2NO-Q

Wiele substancji reaguje z tlenem, wydzielając duże ilości ciepła i światła, proces ten nazywa się palenie.

Reakcje spalania:

• spalanie amoniaku w powietrzu z wytworzeniem wody i azotu: 4NH 3 +3O 2 = 2N 2 +6H 2 O
• katalityczne utlenianie amoniaku: 4NH 3 +5O 2 = 2NO+6H 2 O
• spalanie siarkowodoru w nadmiarze tlenu: 2H 2 S + 3O 2 = 2SO 2 + 2H 2 O
• przy braku tlenu siarkowodór powoli utlenia się do wolnej siarki: 2H 2 S+O 2 = 2S+2H 2 O
• spalanie substancji organicznych w tlenie z utworzeniem wody i dwutlenku węgla: CH 4 +2O 2 → CO 2 +2H 2 O C 2 H 5 OH+3O 2 → 2CO 2 +3H 2 O
• podczas spalania substancji organicznych zawierających azot, oprócz dwutlenku węgla i wody, wydziela się wolny azot: 4CH 3 NH 5 +9O 2 → 4CO 2 +2N 2 +10H 2 O

Wiele substancji (alkohole, aldehydy, kwasy) otrzymuje się w wyniku kontrolowanego utleniania substancji organicznych. Ponadto wiele naturalnych procesów, takich jak oddychanie czy rozkład, to z natury reakcje utleniania substancji organicznych.

Jeszcze silniejszym utleniaczem od tlenu jest ozon, zdolny do utlenienia jodku potasu do wolnego jonu - reakcja ta wykorzystywana jest do jakościowego i ilościowego oznaczania ozonu: O 3 +2KI+H 2 O = I 2 ↓+2KOH+O 2

Pozyskiwanie i wykorzystanie tlenu

Tlen ma szerokie zastosowanie w przemyśle i medycynie:

• w metalurgii tlen wykorzystuje się do wytapiania stali (żeliwa);
• w przemyśle chemicznym tlen potrzebny jest do produkcji kwasów (siarkowego i azotowego), metanolu, acetylenu, aldehydów;
• w przemyśle kosmicznym tlen wykorzystuje się jako utleniacz paliwa rakietowego;
• w medycynie tlen stosuje się w aparatach oddechowych;
• W przyrodzie tlen odgrywa niezwykle ważną rolę – w procesie utleniania węglowodanów, tłuszczów i białek uwalniana jest energia niezbędna organizmom żywym.

Metody uzyskiwania tlen:

• przemysłowy sposoby:
  • upłynnianie powietrza z późniejszym rozdzieleniem ciekłej mieszaniny gazów na składniki;
  • elektroliza wody:
    2H 2 O = 2H 2 + O 2.
• laboratorium metody (rozkład soli pod wpływem ogrzewania):
  • nadmanganian potasu:
    2KMnO 4 = K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2;
  • Sól Berthollet’a:
    2KClO3 = 2KCl + 3O2.
• rozkład termiczny azotanów metali alkalicznych:
  2NaNO 3 = 2NaNO 2 +O 2
• katalityczny rozkład nadtlenku wodoru (katalizator MnO 2):
  2H 2O 2 = 2H 2O+O2;
• oddziaływanie nadtlenków dwutlenku węgla z nadtlenkami metali alkalicznych:
  2CO 2 +2Na 2 O 2 = 2Na 2 CO 3 +O 2.

>>

Właściwości chemiczne tlenu. Tlenki

Ten akapit mówi o:

> o reakcjach tlenu z substancjami prostymi i złożonymi;
> o reakcjach złożonych;
> o związkach zwanych tlenkami.

Właściwości chemiczne każdej substancji przejawiają się w reakcje chemiczne z jego udziałem.

Tlen jest jednym z najbardziej aktywnych niemetali. Ale w normalnych warunkach reaguje z kilkoma substancjami. Jego reaktywność znacznie wzrasta wraz ze wzrostem temperatury.

Reakcje tlenu z substancjami prostymi.

Tlen z reguły reaguje po podgrzaniu z większością niemetali i prawie wszystkimi metalami.

Reakcja z węglem (węglem). Wiadomo, że węgiel podgrzany na powietrzu do wysokiej temperatury zapala się. Wskazuje to na reakcję chemiczną substancji z tlenem. Ciepło powstające podczas tego procesu wykorzystywane jest na przykład do ogrzewania domów na terenach wiejskich.

Głównym produktem spalania węgla jest dwutlenek węgla. Jego wzór chemiczny- CO2 . Węgiel jest mieszaniną wielu substancji. Udział masowy węgla w nim przekracza 80%. Zakładając, że węgiel składa się tylko z atomów węgla, zapisujemy odpowiednie równanie chemiczne:

T
C + O2 = CO2.

Węgiel tworzy proste substancje - grafit i diament. Mają potoczną nazwę - węgiel - i reagują z tlenem po podgrzaniu zgodnie z podanym równaniem chemicznym 1.

Reakcje, podczas których powstaje jedna substancja z kilku substancji, nazywane są reakcjami złożonymi.

Reakcja z siarką.

Ta przemiana chemiczna zachodzi, gdy wszyscy zapalają zapałkę; siarka jest częścią jego głowy. W laboratorium reakcję siarki z tlenem przeprowadza się pod wyciągiem. Niewielką ilość siarki (jasnożółty proszek lub kryształki) podgrzewa się w żelaznej łyżce. Substancja najpierw topi się, następnie zapala się w wyniku interakcji z tlenem z powietrza i pali się ledwo zauważalnym niebieskim płomieniem (ryc. 56, b). Pojawia się ostry zapach produktu reakcji - dwutlenku siarki (ten zapach wyczuwamy w momencie zapalenia zapałki). Wzór chemiczny dwutlenku siarki to SO2, a równanie reakcji to
T
S + O 2 = SO 2.

Ryż. 56. Siarka (a) i jej spalanie w powietrzu (b) i tlenie (c)

1 W przypadku niedoboru tlenu powstaje kolejny związek węgla Tlen- tlenek węgla
T
CO: 2C + O2 = 2CO.

Ryż. 57. Fosfor czerwony (a) i jego spalanie w powietrzu (b) i tlenie (c)

Jeśli łyżkę z płonącą siarką umieścimy w naczyniu z tlenem, wówczas siarka będzie się palić jaśniejszym płomieniem niż w powietrzu (ryc. 56, c). Można to wytłumaczyć faktem, że w czystym tlenie jest więcej cząsteczek O 2 niż w powietrzu.

Reakcja z fosforem. Fosfor, podobnie jak siarka, pali się intensywniej w tlenie niż w powietrzu (ryc. 57). Produktem reakcji jest białe ciało stałe - tlenek fosforu(\/) (jego małe cząstki tworzą dym):
T
P + O 2 -> P 2 0 5 .

Przekształć diagram reakcji na równanie chemiczne.

Reakcja z magnezem.

Wcześniej stosowano tę reakcję fotografowie w celu uzyskania jasnego oświetlenia („błysk magnezowy”) podczas robienia zdjęć. W laboratorium chemicznym odpowiedni eksperyment przeprowadza się w następujący sposób. Za pomocą metalowej pęsety weź pasek magnezu i podpal go w powietrzu. Magnez pali się olśniewającym białym płomieniem (ryc. 58, b); Nie możesz na niego patrzeć! W wyniku reakcji powstaje białe ciało stałe. Jest to związek magnezu z tlenem; jego nazwa to tlenek magnezu.

Ryż. 58. Magnez (a) i jego spalanie w powietrzu (b)

Napisz równanie reakcji magnezu z tlenem.

Reakcje tlenu z substancjami złożonymi. Tlen może wchodzić w interakcje z niektórymi związkami zawierającymi tlen. Na przykład tlenek węgla CO spala się w powietrzu, tworząc dwutlenek węgla:

T
2CO + O2 = 2C0 2.

W życiu codziennym przeprowadzamy wiele reakcji tlenu ze złożonymi substancjami, spalając gaz ziemny (metan), alkohol, drewno, papier, naftę itp. Podczas ich spalania powstaje dwutlenek węgla i para wodna:
T
CH 4 + 20 2 = CO 2 + 2H 2 O;
metan
T
C 2 H 5 OH + 30 2 = 2C0 2 + 3H 2 O.
alkohol

Tlenki.

Produkty wszystkich reakcji omówionych w tym akapicie są binarnymi związkami pierwiastków z tlenem.

Związek utworzony przez dwa pierwiastki, z których jednym jest tlen, nazywany jest tlenkiem.

Ogólny wzór tlenków to EnOm.

Każdy tlenek ma nazwę chemiczną, a niektóre mają również tradycyjne lub banalne nazwy (Tabela 4). Nazwa chemiczna tlenku składa się z dwóch słów. Pierwsze słowo to nazwa odpowiedniego pierwiastka, a drugie to słowo „tlenek”. Jeśli pierwiastek ma zmienną wartościowość, może tworzyć kilka tlenków. Ich nazwy powinny być inne. W tym celu po nazwie pierwiastka należy wskazać (bez wcięcia) cyframi rzymskimi w nawiasie wartość jego wartościowości w tlenku. Przykładem takiej nazwy związku jest tlenek miedzi (II) (wymawiane dwutlenek miedzi).

Tabela 4

1 Termin pochodzi od łacińskiego słowa trivialis – zwyczajny.

wnioski

Tlen jest substancją chemicznie aktywną. Oddziałuje z większością prostych substancji, a także z substancjami złożonymi. Produktami takich reakcji są związki pierwiastków z tlenem – tlenkami.

Reakcje, podczas których powstaje jedna substancja z kilku substancji, nazywane są reakcjami złożonymi.

?
135. Czym różnią się reakcje związków i rozkładu?

136. Przekształć schematy reakcji na równania chemiczne:

a) Li + O2 -> Li2O;
N2 + O2 -> NIE;

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

137. Spośród podanych wzorów wybierz te, które odpowiadają tlenkom:

O 2, NaOH, H 2 O, HCl, I 2 O 5, FeO.

138. Podaj nazwy chemiczne tlenków za pomocą następujących wzorów:

NIE, Ti 2 O 3, Cu 2 O, MnO 2, CI 2 O 7, V 2 O 5, CrO 3.

Należy pamiętać, że pierwiastki tworzące te tlenki mają zmienną wartościowość.

139. Zapisz wzory: a) tlenek ołowiu(I\/); b) tlenek chromu(III);
c) tlenek chloru(I); d) tlenek azotu(I\/); e) tlenek osmu(\/III).

140. Uzupełnij wzory prostych substancji na schematach reakcji i ułóż równania chemiczne:

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

b) NIE + ... -> NIE 2; ... + ... -> Jako 2 O 3 ; Mn 2 O 3 + ... -> MnO 2.

141. Napisz równania reakcji, za pomocą których można przeprowadzić takie „łańcuchy” przekształceń, tj. uzyskać drugą z pierwszej substancji, a trzecią z drugiej:

a) C -> CO -> CO2;
b) P -> P 2 0 3 -> P 2 0 5 ;
c) Cu -> Cu2O -> CuO.

142.. Zapisz równania reakcji zachodzących podczas spalania acetonu (CH 3) 2 CO i eteru (C 2 H 5) 2 O. Produktami każdej reakcji są dwutlenek węgla i woda.

143. Udział masowy tlenu w tlenku EO 2 wynosi 26%. Zidentyfikuj element E.

144. Dwie kolby napełnia się tlenem. Po ich zamknięciu w jednej kolbie spalono nadmiar magnezu, a w drugiej nadmiar siarki. W której kolbie powstała próżnia? Wyjaśnij swoją odpowiedź.

Popel P. P., Kryklya L. S., Chemia: Pidruch. dla 7 klasy zagalnosvit. navch. zamknięcie - K.: VC "Akademia", 2008. - 136 s.: il.

Tlen jest najobficiej występującym pierwiastkiem chemicznym na planecie. Jego udział masowy w skorupie ziemskiej wynosi 47,3%, udział objętościowy w atmosferze wynosi 20,95%, a udział masowy w organizmach żywych wynosi około 65%. Co to za gaz i jakie właściwości fizyczne i chemiczne ma tlen?

Tlen: informacje ogólne

Tlen jest niemetalem, który w normalnych warunkach nie ma koloru, smaku ani zapachu.

Ryż. 1. Wzór tlenu.

Prawie we wszystkich związkach, z wyjątkiem związków z fluorem i nadtlenkami, wykazuje stałą wartościowość II i stopień utlenienia -2. Atom tlenu nie ma stanów wzbudzonych, ponieważ na drugim zewnętrznym poziomie nie ma wolnych orbitali. Jako prosta substancja tlen występuje w postaci dwóch modyfikacji alotropowych - gazów tlenowych O 2 i ozonu O 3.

W pewnych warunkach tlen może występować w stanie ciekłym lub stałym. W przeciwieństwie do gazu mają kolor: ciecz jest jasnoniebieska, a stały tlen ma jasnoniebieski odcień.

Ryż. 2. Stały tlen.

Tlen w przemyśle uzyskuje się poprzez skraplanie powietrza, a następnie wydzielenie azotu w wyniku jego odparowania (istnieje różnica temperatur wrzenia: -183 stopnie dla ciekłego tlenu i -196 stopni dla ciekłego azotu).

Właściwości chemiczne oddziaływania tlenu

Tlen jest aktywnym niemetalem. Tlen może reagować ze wszystkimi pierwiastkami z wyjątkiem neonu, helu i argonu. Zwykle reakcje tego gazu z innymi substancjami są egzotermiczne. Proces utleniania, który zachodzi przy jednoczesnym uwolnieniu energii w postaci ciepła i światła, nazywa się spalaniem. Stosowanie związków organicznych, w szczególności alkanów, jako paliwa jest bardzo ważne, ponieważ w reakcji spalania wolnorodnikowego wydziela się duża ilość ciepła:

CH 4 +2O 2 = CO 2 +2H 2O +880 kJ.

Tlen zwykle reaguje z niemetalami po podgrzaniu, tworząc tlenek. Zatem reakcja z azotem rozpoczyna się dopiero w temperaturach powyżej 1200 stopni lub w wyładowaniu elektrycznym:

Tlen reaguje również z metalami:

3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4 (w wyniku reakcji powstaje związek - tlenek żelaza)

W przyrodzie istnieje jeszcze silniejszy środek utleniający niż tlen, jest nim ozon. Posiada zdolność utleniania złota i platyny. W warunkach naturalnych ozon powstaje z tlenu atmosferycznego podczas wyładowań atmosferycznych, a w laboratorium - w wyniku przejścia wyładowania elektrycznego przez tlen: 3O 2 = 2O 3 – 285 kJ (reakcja endotermiczna)

Ryż. 3. Ozon.

Najbardziej znaczącym związkiem tlenu jest woda. Około 71% powierzchni ziemi zajmuje woda. Narożne cząsteczki wody są polarne, każda z nich tworzy cztery wiązania wodorowe: dwa jako donor protonów i dwa jako akceptor protonów. Tworzą się pochodne (H 2 O)x, gdzie x waha się od 2 do 5. Dimery (H 2 O) 2 występują w parze wodnej, a w fazach skondensowanych cząsteczka wody może znajdować się w czworościennym środowisku czterech innych cząsteczek. gdyby cząsteczki wody nie były powiązane, wówczas jej temperatura wrzenia nie wynosiłaby 100 stopni, ale około 80 stopni.

Czego się nauczyliśmy?

Tlen jest silnym utleniaczem i aktywnym niemetalem, dlatego jego badania rozpoczynają się w ósmej klasie. Jest to gaz bezbarwny i bezwonny, lecz w pewnych warunkach może występować także w stanie ciekłym i stałym. Reaguje z metalami i niemetalami, tworząc tlenki, a także reaguje z większością prostych substancji.

Testuj w temacie

Ocena raportu

Średnia ocena: 4,5. Łączna liczba otrzymanych ocen: 205.

Elementy znajdujące się w głównej podgrupie grupy VI układu okresowego pierwiastków D. I. Mendelejewa.

Badanie struktury atomowej pierwiastków głównej podgrupy grupy VI pokazuje, że wszystkie one mają sześcioelektronową strukturę warstwy zewnętrznej (tabela 13), a zatem mają stosunkowo wysokie wartości elektroujemności. , ma największą elektroujemność i najmniejszą, co tłumaczy się zmianą promienia atomowego. Szczególne miejsce tlenu w tej grupie podkreśla fakt, że tellur może bezpośrednio łączyć się z tlenem, ale nie może łączyć się ze sobą.

Do tej grupy należą również elementy grupy tlenowej R-elementy, ponieważ są w trakcie kompletowania R-powłoka. Dla wszystkich pierwiastków rodziny, z wyjątkiem samego tlenu, 6 elektronów w warstwie zewnętrznej to elektrony walencyjne.
W reakcjach redoks pierwiastki grupy tlenowej często wykazują właściwości utleniające. Najsilniej właściwości utleniające wyrażają się w tlenie.
Wszystkie pierwiastki głównej podgrupy grupy VI charakteryzują się ujemnym stopniem utlenienia -2. Jednakże w przypadku siarki, selenu i telluru możliwe są również dodatnie stopnie utlenienia (maksymalnie +6).
Cząsteczka tlenu, jak każdy prosty gaz, jest dwuatomowa, zbudowana jak wiązanie kowalencyjne utworzone przez dwie pary elektronów. Dlatego tlen jest dwuwartościowy podczas tworzenia prostego tlenu.
Siarka jest substancją stałą. Cząsteczka zawiera 8 atomów siarki (S8), ale są one połączone w rodzaj pierścienia, w którym każdy atom siarki jest połączony wiązaniem kowalencyjnym tylko z dwoma sąsiednimi atomami

Zatem każdy atom siarki, mający jedną wspólną parę elektronów z dwoma sąsiadującymi atomami, sam jest dwuwartościowy. Podobne cząsteczki tworzą selen (Se8) i tellur (Te8).

■ 1. Napisz opowiadanie o grupie tlenowej według następującego planu: a) pozycja w układzie okresowym; b) ładunki jąder i. liczba neutronów w jądrze; c) konfiguracje elektroniczne; d) struktura sieci krystalicznej; e) możliwe stopnie utlenienia tlenu i wszystkich innych pierwiastków z tej grupy.
2. Jakie są podobieństwa i różnice pomiędzy strukturami atomowymi i konfiguracjami elektronowymi atomów pierwiastków głównych podgrup grup VI i VII?
3. Ile elektronów walencyjnych mają pierwiastki głównej podgrupy grupy VI?
4. Jak powinny zachowywać się pierwiastki głównej podgrupy grupy VI w reakcjach redoks?
5. Który z pierwiastków głównej podgrupy grupy VI jest najbardziej elektroujemny?

Rozważając pierwiastki głównej podgrupy grupy VI, w pierwszej kolejności spotykamy się ze zjawiskiem alotropii. Ten sam pierwiastek w stanie wolnym może tworzyć dwie lub więcej prostych substancji. Zjawisko to nazywa się alotropią, a one same nazywane są modyfikacjami alotropowymi.

Zapisz to sformułowanie w swoim zeszycie.

Na przykład pierwiastek tlen może tworzyć dwa proste pierwiastki - tlen i ozon.
Wzór prostego tlenu O2, wzór prostej substancji ozonu O3. Ich cząsteczki są zbudowane inaczej:

Tlen i ozon są alotropowymi modyfikacjami pierwiastka tlenu.
Siarka może również tworzyć kilka odmian alotropowych (modyfikacje). Znana jest siarka rombowa (oktaedryczna), plastyczna i jednoskośna. Selen i tellur również tworzą kilka odmian alotropowych. Należy zauważyć, że zjawisko alotropii jest charakterystyczne dla wielu pierwiastków. Podczas badania pierwiastków rozważymy różnice we właściwościach różnych modyfikacji alotropowych.

■ 6. Jaka jest różnica między strukturą cząsteczki tlenu a strukturą cząsteczki ozonu?

7. Jaki rodzaj wiązania występuje w cząsteczkach tlenu i ozonu?

Tlen. Właściwości fizyczne, działanie fizjologiczne, znaczenie tlenu w przyrodzie

Tlen jest najlżejszym pierwiastkiem głównej podgrupy grupy VI. Masa atomowa tlenu wynosi 15,994. 31 988. Atom tlenu ma najmniejszy promień spośród pierwiastków tej podgrupy (0,6 Å). Konfiguracja elektronowa atomu tlenu: ls 2 2s 2 2p 4.

Rozkład elektronów na orbitali drugiej warstwy wskazuje, że tlen ma na swoich orbitali p dwa niesparowane elektrony, które można łatwo wykorzystać do utworzenia wiązania chemicznego między atomami. Charakterystyczny stopień utlenienia tlenu.
Tlen jest gazem bezbarwnym i bezwonnym. Jest cięższy od powietrza, w temperaturze -183° zamienia się w niebieską ciecz, a w temperaturze -219° krzepnie.

Gęstość tlenu wynosi 1,43 g/l. Tlen jest słabo rozpuszczalny w wodzie: 3 objętości tlenu rozpuszczają się w 100 objętościach wody o temperaturze 0°C. Dlatego tlen można przechowywać w gazometrze (ryc. 34) - urządzeniu do magazynowania gazów nierozpuszczalnych i słabo rozpuszczalnych w wodzie. Najczęściej tlen jest magazynowany w gazometrze.
Gazometr składa się z dwóch głównych części: naczynia 1, które służy do magazynowania gazu oraz dużego lejka 2 z kranem i długą rurką sięgającą niemal do dna naczynia 1 i służącego do dostarczania wody do urządzenia. Zbiornik 1 składa się z trzech rur: w rurę 3 ze szlifowaną powierzchnią wewnętrzną włożony jest lejek 2 z kurkiem, w rurę 4 włożona jest rura wylotowa gazu wyposażona w kranik; rurka 5 na dole służy do odprowadzania wody z urządzenia podczas jego ładowania i rozładowywania. W naładowanym gazometrze naczynie 1 jest wypełnione tlenem. Na dnie naczynia znajduje się, do którego opuszczony jest koniec rurki lejkowej 2.

Ryż. 34.
1 - zbiornik do przechowywania gazu; 2 - lejek do zaopatrzenia w wodę; 3 - rura ze szlifowaną powierzchnią; 4 - rura do usuwania gazu; 5 - rurka do odprowadzania wody podczas ładowania urządzenia.

Jeśli chcesz pobrać tlen z gazometru, najpierw otwórz kurek lejka i lekko skompresuj tlen w gazometrze. Następnie otwórz zawór na rurze wylotowej gazu, przez który wydobywa się tlen wyparty przez wodę.

W przemyśle tlen jest przechowywany w stalowych butlach w stanie sprężonym (ryc. 35, a) lub w postaci płynnej w „zbiornikach” tlenu (ryc. 36).

Ryż. 35. Balon tlenowy

Zapisz z tekstu nazwy urządzeń przeznaczonych do magazynowania tlenu.
Tlen jest najpowszechniejszym pierwiastkiem. Stanowi prawie 50% masy całej skorupy ziemskiej (ryc. 37). Ciało ludzkie zawiera 65% tlenu, który jest częścią różnych substancji organicznych, z których zbudowane są tkanki i narządy. Woda zawiera około 89% tlenu. W atmosferze tlen stanowi 23% wagowych i 21% objętościowych. Tlen jest częścią szerokiej gamy skał (na przykład wapienia, kredy, marmuru CaCO3, piasku SiO2), rud różnych metali (magnetyczna ruda żelaza Fe3O4, brązowa ruda żelaza 2Fe2O3 nH2O, czerwona ruda żelaza Fe2O3, boksyt Al2O3 nH2O itp. .) . Tlen jest częścią większości substancji organicznych.

Fizjologiczne znaczenie tlenu jest ogromne. Jest to jedyny gaz, którym żywe organizmy mogą oddychać. Brak tlenu powoduje ustanie procesów życiowych i śmierć organizmu. Bez tlenu człowiek może przeżyć tylko kilka minut. Podczas oddychania wchłaniany jest tlen, który bierze udział w procesach redoks zachodzących w organizmie oraz uwalniane są produkty utleniania substancji organicznych - dwutlenek węgla i inne substancje. Zarówno organizmy żywe lądowe, jak i wodne oddychają tlenem: lądowe – wolnym tlenem atmosferycznym, a wodne – tlenem rozpuszczonym w wodzie.
W naturze zachodzi swego rodzaju cykl tlenowy. Tlen z atmosfery jest pochłaniany przez zwierzęta, rośliny, ludzi i zużywany na procesy spalania paliw, rozkładu i innych procesów oksydacyjnych. Powstający w procesie utleniania dwutlenek węgla i woda są zużywane przez rośliny zielone, w których przy pomocy chlorofilu z liści i energii słonecznej realizowany jest proces fotosyntezy, czyli syntezy substancji organicznych z dwutlenku węgla i wody, czemu towarzyszy poprzez uwolnienie tlenu.
Aby zapewnić tlen jednej osobie, potrzebne są korony dwóch dużych drzew. Rośliny zielone utrzymują stały skład atmosfery.

■ 8. Jakie znaczenie ma tlen w życiu organizmów żywych?
9. W jaki sposób uzupełniane są zapasy tlenu w atmosferze?

Właściwości chemiczne tlenu

Wolny tlen, reagując z substancjami prostymi i złożonymi, zwykle zachowuje się jak.

Ryż. 37.

Stopień utlenienia, jaki uzyskuje w tym przypadku, wynosi zawsze -2. Wiele pierwiastków oddziałuje bezpośrednio z tlenem, z wyjątkiem metali szlachetnych, pierwiastków o wartościach elektroujemności bliskich tlenowi () i pierwiastków obojętnych.
W rezultacie powstają związki tlenu z substancjami prostymi i złożonymi. Wiele z nich pali się w tlenie, chociaż w powietrzu albo nie palą się, albo palą się bardzo słabo. pali się w tlenie jasnożółtym płomieniem; powoduje to wytwarzanie nadtlenku sodu (ryc. 38):
2Na + O2 = Na2O2,
Siarka spala się w tlenie jasnym niebieskim płomieniem, tworząc dwutlenek siarki:
S + O2 = SO2
Węgiel drzewny ledwo tli się w powietrzu, ale w tlenie staje się bardzo gorący i spala się, tworząc dwutlenek węgla (ryc. 39):
C + O2 = CO2

Ryż. 36.

Spala się w tlenie białym, oślepiająco jasnym płomieniem i powstaje stały biały pięciotlenek fosforu:
4P + 5O2 = 2P2O5
spala się w tlenie, rozpraszając iskry i tworząc kamień żelazny (ryc. 40).
Substancje organiczne spalają się również w tlenie, np. metan CH4, skład gazu ziemnego: CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
Spalanie w czystym tlenie zachodzi znacznie intensywniej niż w powietrzu i pozwala na uzyskanie znacznie wyższych temperatur. Zjawisko to wykorzystywane jest do intensyfikacji szeregu procesów chemicznych i efektywniejszego spalania paliwa.
W procesie oddychania tlen łączy się z hemoglobiną znajdującą się we krwi, tworząc oksyhemoglobinę, która będąc związkiem bardzo niestabilnym, łatwo rozkłada się w tkankach, tworząc wolny tlen, który ulega utlenieniu. Gnicie to także proces utleniający, w którym uczestniczy tlen.
Rozpoznają czysty tlen po wprowadzeniu tlącej się drzazgi do naczynia, w którym powinna się znajdować. Miga jasno - jest to wysokiej jakości test na obecność tlenu.

■ 10. Jak mając do dyspozycji drzazgę, można rozpoznać tlen i dwutlenek węgla w różnych naczyniach? 11. Jaka objętość tlenu zostanie zużyta do spalenia 2 kg węgla zawierającego 70% węgla, 5% wodoru, 7% tlenu, a resztę - składniki niepalne?

Ryż. 38. Spalanie sodu Ryż. 39. Spalanie węgla Ryż. 40. Spalanie żelaza w tlenie.

12. Czy 10 litrów tlenu wystarczy do spalenia 5 g fosforu?
13. 1 m3 mieszaniny gazów zawierającej 40% tlenku węgla, 20% azotu, 30% wodoru i 10% dwutlenku węgla spalono w tlenie. Ile tlenu zużyto?
14. Czy tlen można wysuszyć przepuszczając go przez: a) kwas siarkowy, b) chlorek wapnia, c) bezwodnik fosforu, d) metal?
15. Jak uwolnić dwutlenek węgla z zanieczyszczeń tlenowych i odwrotnie, jak uwolnić tlen z zanieczyszczeń dwutlenkiem węgla?
16. 20 litrów tlenu zawierającego domieszkę dwutlenku węgla przepuszczono przez 200 ml 0,1 N. roztwór baru. W rezultacie kation Ba2+ został całkowicie wytrącony. Ile dwutlenku węgla (w procentach) zawierał pierwotny tlen?

Uzyskanie tlenu

Tlen uzyskuje się na kilka sposobów. W laboratorium tlen otrzymuje się z substancji zawierających tlen, które łatwo go odszczepiają, np. z nadmanganianu potasu KMnO4 (ryc. 41) lub z soli bertolletowej KClO3:
2КМnО4 = K2MnO4 + МnО2 + O2

2KlO3 = 2Kl + O2
Podczas wytwarzania tlenu z soli bertolitu musi być obecny katalizator przyspieszający reakcję - dwutlenek manganu. Katalizator przyspiesza rozkład i czyni go bardziej równomiernym. Bez katalizatora da się

Ryż. 41. Urządzenie do wytwarzania tlenu metodą laboratoryjną z nadmanganianu potasu. 1 - nadmanganian potasu; 2 - tlen; 3 - wata; 4 - cylinder - kolekcja.

może nastąpić eksplozja, jeśli sól Bertholet zostanie pobrana w dużych ilościach, a zwłaszcza jeśli zostanie zanieczyszczona substancjami organicznymi.
Tlen otrzymuje się także z nadtlenku wodoru w obecności katalizatora – dwutlenku manganu MnO2 według równania:
2H2O2[MnO2] = 2H2O + O2

■ 17. Dlaczego podczas rozkładu soli Berthollet dodaje się MnO2?
18. Tlen powstały podczas rozkładu KMnO4 można zebrać nad wodą. Odzwierciedl to na schemacie urządzenia.
19. Czasami, jeśli w laboratorium nie jest dostępny dwutlenek manganu, zamiast tego do soli bertholtolu dodaje się niewielką pozostałość po kalcynacji nadmanganianu potasu. Dlaczego taka wymiana jest możliwa?
20. Jaka objętość tlenu zostanie uwolniona podczas rozkładu 5 moli soli Bertholleta?

Tlen można również otrzymać przez rozkład azotanów po podgrzaniu powyżej temperatury topnienia:
2KNO3 = 2KNO2 + O2
W przemyśle tlen pozyskuje się głównie z ciekłego powietrza. Powietrze zamienione w stan ciekły poddawane jest odparowaniu. Najpierw odparowuje (jego temperatura wrzenia wynosi 195,8°), a pozostaje tlen (jego temperatura wrzenia wynosi -183°). W ten sposób uzyskuje się tlen w niemal czystej postaci.
Czasami, jeśli dostępna jest tania energia elektryczna, tlen uzyskuje się poprzez elektrolizę wody:
H2O ⇄ H + + OH —
N + + mi— → Н 0
na katodzie
2OH — — mi— → H2O + O; 2O = O2
na anodzie

▪ 21. Wymień znane ci laboratoryjne i przemysłowe metody wytwarzania tlenu. Zapisz je w zeszycie, dołączając do każdej metody równanie reakcji.
22. Czy w wyniku reakcji powstaje redoks tlenu? Podaj uzasadnioną odpowiedź.
23. Pobrano 10 g następujących substancji: nadmanganian potasu, sól bertolletowa, azotan potasu. W którym przypadku możliwe będzie uzyskanie największej objętości tlenu?
24, 1 g węgla spalono w tlenie otrzymanym przez ogrzewanie 20 g nadmanganianu potasu. Jaki procent nadmanganianu uległ rozkładowi?

Tlen jest najobficiej występującym pierwiastkiem w przyrodzie. Jest szeroko stosowany w medycynie, chemii, przemyśle itp. (ryc. 42).

Ryż. 42. Wykorzystanie tlenu.

Piloci na dużych wysokościach, osoby pracujące w atmosferze szkodliwych gazów oraz osoby wykonujące prace podziemne i podwodne korzystają z aparatów tlenowych (ryc. 43).

W przypadkach, gdy jest to utrudnione ze względu na konkretną chorobę, podaje się pacjentowi czysty tlen do oddychania z worka tlenowego lub umieszcza w namiocie tlenowym.
Obecnie do intensyfikacji procesów metalurgicznych powszechnie wykorzystuje się powietrze wzbogacone w tlen lub czysty tlen. Palniki tlenowo-wodorowe i tlenowo-acetylenowe służą do spawania i cięcia metali. Impregnując substancje palne ciekłym tlenem: trociny, miał węglowy itp., otrzymuje się mieszaniny wybuchowe zwane cieczami tlenowymi.

■ 25. Narysuj w zeszycie tabelkę i wypełnij ją.

Ozon O3

Jak już wspomniano, pierwiastek tlen może tworzyć inną modyfikację alotropową - ozon O3. Ozon wrze w -111°C i krzepnie w -250°. W stanie gazowym jest niebieski, w stanie ciekłym jest niebieski. ozonu w wodzie jest znacznie więcej niż tlenu: 45 objętości ozonu rozpuszcza się w 100 objętościach wody.

Ozon różni się od tlenu tym, że jego cząsteczka składa się z trzech, a nie dwóch atomów. Z tego powodu cząsteczka tlenu jest znacznie bardziej stabilna niż cząsteczka ozonu. Ozon łatwo ulega rozkładowi zgodnie z równaniem:
O3 = O2 + [O]

Uwolnienie tlenu atomowego podczas rozkładu ozonu czyni go znacznie silniejszym środkiem utleniającym niż tlen. Ozon ma świeży zapach („ozon” w tłumaczeniu oznacza „pachnący”). W naturze powstaje pod wpływem cichego wyładowania elektrycznego oraz w lasach sosnowych. Pacjentom z chorobami płuc zaleca się spędzanie większej ilości czasu w lasach sosnowych. Jednakże długotrwałe narażenie na atmosferę silnie wzbogaconą ozonem może mieć toksyczny wpływ na organizm. Zatruciu towarzyszą zawroty głowy, nudności i krwawienia z nosa. W przypadku przewlekłego zatrucia może wystąpić choroba serca.
W laboratorium ozon otrzymywany jest z tlenu w ozonatorach (ryc. 44). Tlen przepuszczany jest do szklanej rurki 1, owiniętej od zewnątrz drutem 2. Wewnątrz rurki biegnie przewód 3. Obydwa przewody są podłączone do biegunów źródła prądu, które wytwarza wysokie napięcie na wskazanych elektrodach. Pomiędzy elektrodami następuje ciche wyładowanie elektryczne, w wyniku którego z tlenu powstaje ozon.

Ryc. 44; Ozonator. 1 - pojemnik szklany; 2 - uzwojenie zewnętrzne; 3 - drut wewnątrz rurki; 4 - roztwór jodku potasu ze skrobią

3O2 = 2O3
Ozon jest bardzo silnym utleniaczem. Reaguje znacznie bardziej energetycznie niż tlen i ogólnie jest znacznie bardziej aktywny niż tlen. Na przykład, w przeciwieństwie do tlenu, może wypierać jodowodór lub sole jodkowe:
2KI + O3 + H2O = 2KOH + I2 + O2

Ozonu w atmosferze jest bardzo mało (około jednej milionowej procenta), ale odgrywa on znaczącą rolę w pochłanianiu promieni ultrafioletowych ze słońca, dlatego docierają one do Ziemi w mniejszych ilościach i nie mają szkodliwego wpływu na organizmy żywe organizmy.
Ozon stosowany jest w niewielkich ilościach głównie w klimatyzacji, a także w chemii.

■ 26. Czym są modyfikacje alotropowe?
27. Dlaczego papier jodowo-skrobiowy zmienia kolor na niebieski pod wpływem ozonu? Podaj uzasadnioną odpowiedź.
28. Dlaczego cząsteczka tlenu jest znacznie bardziej stabilna niż cząsteczka ozonu? Uzasadnij swoją odpowiedź odwołując się do struktury wewnątrzcząsteczkowej.
29. Jak wytłumaczyć, dlaczego ozon ma silniejsze działanie utleniające niż tlen?

Artykuł na temat Właściwości fizyczne tlenu

Dlaczego tlen jest utleniaczem?W ogólnej charakterystyce tej podgrupy należy zauważyć, że wszystkie atomy jego pierwiastków w warstwie zewnętrznej mają sześć elektronów,...

Analiza TLENOWA O, Jakościowa reakcja na tlen Indygokarmin Sól disodowa kwasu indygo-5,5′-disulfonowego C16H8O8N2Na2S2, MW 466,36 Niebieskie kryształy (proszek); słabo rozpuszczalny w wodzie. Łatwo...

SPRAWDZENIE WYKONANIA ZADAŃ I ODPOWIEDZI NA PYTANIA 2. Podobieństwo polega na tym, że oba należą do liczby p-elementów i...

Struktura skorupy zewnętrznej: 1 s 2 2s 2 2р 4, co sugeruje, że tlenowi łatwiej jest przyłączyć do siebie 2 elektrony przed wypełnieniem poziomu zewnętrznego, niż je oddać. Dlatego tlen jest środkiem utleniającym.

Izotopy tlenu.

Istnieją 3 stabilne formy tlen: 16 Och, 17 och i 18 och, których średnia zawartość wynosi odpowiednio 99,759%, 0,037% i 0,204% ogólnej liczby atomów.

Najczęściej 16 O, ponieważ jest najlżejszy (składa się z 8 protonów i 8 elektronów), co czyni go bardzo stabilnym.

Właściwości fizyczne tlenu.

Metody otrzymywania tlenu.

Istnieją 4 sposoby odbioru tlen:

1. Elektroliza wody.

2. Metoda przemysłowa: destylacja mieszaniny powietrznej (tlen jako cięższy pierwiastek pozostaje w mieszaninie, a azot odparowuje)

3. Laboratoryjne metody rozkładu tlenków, nadtlenków, soli:

2KMnO 4 = K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2,

2BaO2 = 2BaO + O2,

2KNO 3 = 2KNO 2 + O 2.

4. Z nadtlenków (stosowanych w kosmosie do regeneracji O2 z dwutlenku węgla):

2 K2O2+2CO2 = 2K2CO3+O2.

Właściwości chemiczne tlenu.

Reaguje z metalami już w temperaturze pokojowej:

2Cza + O2 = 2CaO,

2Mg +O2 = 2MgO,

Z niemetalami (po podgrzaniu):

S + O 2 = SO 2 (T=250°C),

C + O 2 = CO 2 (T=700°C),

O2 oddziałuje ze związkami złożonymi:

2NO + O2 = 2NO2,

2H 2 S + O 2 = 2 S + 2 H 2 O,

Znalezienie tlenu w przyrodzie.

Tlen- najczęstszy pierwiastek chemiczny. Związany tlen stanowi około 6/7 masy płaszcza wodnego Ziemi – hydrosfery (85,82% masy), prawie połowy litosfery (47% masy) i tylko w atmosferze, gdzie tlen występuje w postaci wolnej stanu, zajmuje drugie miejsce (23,15% wag.) po azocie.

Tlen tworzy dużą liczbę minerałów: krzemiany, kwarc, tlenki żelaza, węglany, siarczany, azotany. Wchodzi w skład komórek organizmów żywych, bierze udział w procesach oddychania, dyfuzji, przepływu krwi, reakcjach utleniania i redukcji.

Tlen jest głównym składnikiem fotosyntezy.