Oksigen. molekul oksigen

DEFINISI

Oksigen– unsur golongan VIA periode kedua Tabel Periodik Unsur Kimia D.I. Mendeleev, dengan nomor atom 8. Simbol - O.

Massa atom – 16 sma. Molekul oksigen bersifat diatomik dan memiliki rumus – O 2

Oksigen termasuk dalam keluarga elemen p. Konfigurasi elektron atom oksigen adalah 1s 2 2s 2 2p 4. Dalam senyawanya, oksigen dapat menunjukkan beberapa bilangan oksidasi: “-2”, “-1” (dalam peroksida), “+2” (F 2 O). Oksigen dicirikan oleh manifestasi fenomena alotropi - keberadaan dalam bentuk beberapa zat sederhana - modifikasi alotropik. Modifikasi oksigen alotropik adalah oksigen O 2 dan ozon O 3 .

Sifat kimia oksigen

Oksigen merupakan oksidator kuat karena Untuk menyelesaikan tingkat elektron terluar, ia hanya membutuhkan 2 elektron dan dapat dengan mudah menambahkannya. Dalam hal aktivitas kimia, oksigen menempati urutan kedua setelah fluor. Oksigen membentuk senyawa dengan semua unsur kecuali helium, neon dan argon. Oksigen langsung bereaksi dengan halogen, perak, emas dan platinum (senyawanya diperoleh secara tidak langsung). Hampir semua reaksi yang melibatkan oksigen bersifat eksotermik. Ciri khas dari banyak reaksi suatu senyawa dengan oksigen adalah pelepasan sejumlah besar panas dan cahaya. Proses seperti ini disebut pembakaran.

Interaksi oksigen dengan logam. Dengan logam alkali (kecuali litium), oksigen membentuk peroksida atau superoksida, sisanya - oksida. Misalnya:

4Li + O 2 = 2Li 2 O;

2Na + O 2 = Na 2 O 2;

K + O 2 = KO 2;

2Ca + O 2 = 2CaO;

4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3;

2Cu + O 2 = 2CuO;

3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4.

Interaksi oksigen dengan bukan logam. Interaksi oksigen dengan nonlogam terjadi ketika dipanaskan; semua reaksi bersifat eksotermik, kecuali interaksi dengan nitrogen (reaksi bersifat endotermik, terjadi pada 3000C dalam busur listrik, di alam - selama pelepasan petir). Misalnya:

4P + 5O 2 = 2P 2 O 5 ;

C + O 2 = CO 2;

2H 2 + O 2 = 2H 2 O;

N 2 + O 2 ↔ 2TIDAK – Q.

Interaksi dengan zat anorganik kompleks. Ketika zat kompleks terbakar dalam oksigen berlebih, oksida dari unsur-unsur terkait terbentuk:

2H 2 S + 3O 2 = 2SO 2 + 2H 2 O (t);

4NH 3 + 3O 2 = 2N 2 + 6H 2 O (t);

4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O (t, kat);

2PH 3 + 4O 2 = 2H 3 PO 4 (t);

SiH 4 + 2O 2 = SiO 2 + 2H 2 O;

4FeS 2 +11O 2 = 2Fe 2 O 3 +8 SO 2 (t).

Oksigen mampu mengoksidasi oksida dan hidroksida menjadi senyawa dengan bilangan oksidasi lebih tinggi:

2CO + O 2 = 2CO 2 (t);

2SO 2 + O 2 = 2SO 3 (t, V 2 O 5);

2NO + O 2 = 2NO 2;

4FeO + O 2 = 2Fe 2 O 3 (t).

Interaksi dengan zat organik kompleks. Hampir semua zat organik terbakar, teroksidasi oleh oksigen atmosfer menjadi karbon dioksida dan air:

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

Selain reaksi pembakaran (oksidasi sempurna), reaksi oksidasi tidak lengkap atau katalitik juga dimungkinkan, dalam hal ini, produk reaksi dapat berupa alkohol, aldehida, keton, asam karboksilat, dan zat lain:

Oksidasi karbohidrat, protein dan lemak berfungsi sebagai sumber energi dalam organisme hidup.

Sifat fisik oksigen

Oksigen adalah unsur paling melimpah di bumi (47% massa). Kandungan oksigen di udara adalah 21% volume. Oksigen merupakan komponen air, mineral, dan zat organik. Jaringan tumbuhan dan hewan mengandung 50-85% oksigen dalam bentuk berbagai senyawa.

Dalam keadaan bebas, oksigen adalah gas yang tidak berwarna, tidak berasa, dan tidak berbau, sulit larut dalam air (3 liter oksigen larut dalam 100 liter air pada suhu 20C. Oksigen cair berwarna biru dan memiliki sifat paramagnetik (ditarik menjadi a medan magnet).

Memperoleh oksigen

Ada metode industri dan laboratorium untuk memproduksi oksigen. Jadi, dalam industri, oksigen diperoleh dengan distilasi udara cair, dan metode laboratorium utama untuk memperoleh oksigen meliputi reaksi dekomposisi termal zat kompleks:

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

4K 2 Cr 2 O 7 = 4K 2 CrO 4 + 2Cr 2 O 3 +3 O 2

2KNO 3 = 2KNO 2 + O 2

2KClO 3 = 2KCl +3 O 2

Contoh pemecahan masalah

CONTOH 1

Latihan

Penguraian 95 g merkuri (II) oksida menghasilkan 4,48 liter oksigen (n.o.). Hitung proporsi merkuri(II) oksida yang terurai (dalam% berat).

Larutan

Mari kita tulis persamaan reaksi penguraian merkuri (II) oksida:

2HgO = 2Hg + O 2 .

Mengetahui volume oksigen yang dilepaskan, kita menemukan jumlah zatnya:

tikus tanah.

Menurut persamaan reaksi n(HgO):n(O 2) = 2:1, oleh karena itu,

n(HgO) = 2×n(O 2) = 0,4 mol.

Mari kita hitung massa oksida yang terurai. Jumlah suatu zat berhubungan dengan massa zat dengan perbandingan:

Massa molar (berat molekul satu mol) merkuri (II) oksida, dihitung menggunakan tabel unsur kimia oleh D.I. Mendeleev – 217 gram/mol. Maka massa merkuri (II) oksida sama dengan:

M(HgO) = N(HgO)× M(HgO) = 0,4×217 = 86,8 gram.

Mari kita tentukan fraksi massa oksida yang terurai:

OKSIGEN, HAI (oksigenium ), unsur kimia MELALUI subkelompok tabel periodik unsur: O, S, Se, Te, Po anggota keluarga kalkogen. Merupakan unsur yang paling melimpah di alam, kandungannya di atmosfer bumi adalah 21% (vol.), di kerak bumi berupa senyawa kira-kira. 50% (berat) dan di hidrosfer 88,8% (berat). Oksigen diperlukan untuk keberadaan kehidupan di bumi: hewan dan tumbuhan mengonsumsi oksigen selama respirasi, dan tumbuhan melepaskan oksigen melalui fotosintesis. Makhluk hidup mengandung oksigen terikat tidak hanya dalam cairan tubuh (dalam sel darah, dll), tetapi juga dalam karbohidrat (gula, selulosa, pati, glikogen), lemak dan protein. Tanah liat, batuan, terdiri dari silikat dan senyawa anorganik lain yang mengandung oksigen seperti oksida, hidroksida, karbonat, sulfat dan nitrat.Informasi sejarah. Informasi pertama tentang oksigen diketahui di Eropa dari manuskrip Tiongkok abad ke-8. Pada awal abad ke-16. Leonardo da Vinci menerbitkan data terkait kimia oksigen, tanpa mengetahui bahwa oksigen adalah suatu unsur. Reaksi penambahan oksigen dijelaskan dalam karya ilmiah S. Geils (1731) dan P. Bayen (1774). Penelitian K. Scheele pada tahun 1771-1773 tentang interaksi logam dan fosfor dengan oksigen patut mendapat perhatian khusus. J. Priestley melaporkan penemuan oksigen sebagai suatu unsur pada tahun 1774, beberapa bulan setelah laporan Bayen tentang reaksi dengan udara. Nama oksigenium ("oksigen") diberikan kepada unsur ini segera setelah penemuannya oleh Priestley dan berasal dari kata Yunani yang berarti "penghasil asam"; hal ini disebabkan oleh kesalahpahaman bahwa oksigen ada di semua asam. Penjelasan tentang peran oksigen dalam proses respirasi dan pembakaran adalah milik A. Lavoisier (1777).Struktur atom. Setiap atom oksigen yang terbentuk secara alami mengandung 8 proton dalam intinya, tetapi jumlah neutronnya bisa 8, 9, atau 10. Isotop oksigen yang paling umum (99,76%) adalah 16 8 HAI (8 proton dan 8 neutron). Kandungan isotop lain, 18 8 HAI (8 proton dan 10 neutron) hanya 0,2%. Isotop ini digunakan sebagai label atau untuk mengidentifikasi molekul tertentu, serta untuk melakukan studi biokimia dan medikokimia (metode untuk mempelajari jejak non-radioaktif). Isotop oksigen non-radioaktif ketiga 17 8 HAI (0,04%) mengandung 9 neutron dan memiliki nomor massa 17. Setelah massa isotop karbon tahun 1961 12 6C diadopsi oleh Komisi Internasional sebagai massa atom standar, massa atom rata-rata tertimbang oksigen menjadi 15,9994. Hingga tahun 1961, para ahli kimia menganggap satuan standar massa atom adalah massa atom oksigen, yang diasumsikan sebesar 16.000 untuk campuran tiga isotop oksigen alami. Fisikawan mengambil nomor massa isotop oksigen sebagai satuan standar massa atom. 16 8 HAI Oleh karena itu, pada skala fisika, massa atom rata-rata oksigen adalah 16,0044 (lihat juga MASSA ATOM) .

Sebuah atom oksigen memiliki 8 elektron, 2 elektron berada pada tingkat internal, dan 6 elektron berada

di luar. Oleh karena itu, dalam reaksi kimia, oksigen dapat menerima hingga dua elektron dari donor, sehingga kulit terluarnya menjadi 8 elektron dan membentuk muatan negatif berlebih. (lihat juga STRUKTUR ATOM) . Oksigen molekuler. Seperti kebanyakan unsur lainnya, atomnya tidak memiliki cukup elektron untuk melengkapi kulit terluarnya yang terdiri dari 8 elektron 12 elektron, oksigen membentuk molekul diatomik. Proses ini melepaskan banyak energi (~ 490 kJ/mol) dan, oleh karena itu, jumlah energi yang sama harus dikeluarkan untuk proses kebalikan dari disosiasi molekul menjadi atom. Kekuatan ikatan OO sangat tinggi sehingga pada 2300° Dengan hanya 1% molekul oksigen yang terdisosiasi menjadi atom. (Perlu dicatat bahwa ketika molekul nitrogen terbentuk, N 2 kekuatan ikatan NN bahkan lebih tinggi lagi, ~710 kJ/mol.) Struktur elektronik. Dalam struktur elektronik molekul oksigen, seperti yang diharapkan, distribusi elektron dalam oktet di sekitar setiap atom tidak terwujud, tetapi terdapat elektron yang tidak berpasangan, dan oksigen menunjukkan sifat-sifat yang khas dari struktur tersebut (misalnya, ia berinteraksi dengan medan magnet, bersifat paramagnetik).Reaksi. Dalam kondisi yang sesuai, molekul oksigen bereaksi dengan hampir semua unsur kecuali gas mulia. Namun, dalam kondisi ruangan, hanya unsur paling aktif yang bereaksi cukup cepat dengan oksigen. Kemungkinan besar sebagian besar reaksi terjadi hanya setelah oksigen terdisosiasi menjadi atom, dan disosiasi hanya terjadi pada suhu yang sangat tinggi. Namun, katalis atau zat lain dalam sistem reaksi dapat mendorong disosiasi O2 . Diketahui bahwa logam alkali (Li, Na, K) dan alkali tanah (Ca, Sr, Ba) bereaksi dengan molekul oksigendengan pembentukan peroksida:Tanda terima dan aplikasi. Karena adanya oksigen bebas di atmosfer, metode yang paling efektif untuk mengekstraksinya adalah dengan mencairkan udara, sehingga pengotor, CO, dihilangkan. 2 , debu, dll. metode kimia dan fisika. Proses siklik meliputi kompresi, pendinginan dan ekspansi, yang mengarah pada pencairan udara. Dengan kenaikan suhu yang lambat (metode distilasi fraksional), pertama-tama gas mulia (yang paling sulit dicairkan) menguap dari udara cair, kemudian nitrogen, dan oksigen cair tetap ada. Akibatnya, oksigen cair mengandung sedikit gas mulia dan persentase nitrogen yang relatif besar. Bagi banyak aplikasi, kotoran ini tidak menjadi masalah. Namun untuk memperoleh oksigen dengan kemurnian khusus, proses distilasi harus diulang (lihat juga UDARA). Oksigen disimpan dalam tangki dan silinder. Ini digunakan dalam jumlah besar sebagai pengoksidasi minyak tanah dan bahan bakar lainnya di roket dan pesawat ruang angkasa. Industri baja menggunakan gas oksigen untuk meniup besi cair menggunakan metode Bessemer untuk menghilangkan kotoran C, S dan P dengan cepat dan efektif. Ledakan oksigen menghasilkan baja lebih cepat dan kualitas lebih tinggi daripada ledakan udara. Oksigen juga digunakan untuk mengelas dan memotong logam (api oksi-asetilen). Oksigen juga digunakan dalam pengobatan, misalnya untuk memperkaya lingkungan pernapasan pasien yang mengalami kesulitan bernapas. Oksigen dapat diproduksi dengan berbagai metode kimia, dan beberapa di antaranya digunakan untuk memperoleh oksigen murni dalam jumlah kecil dalam praktik laboratorium.Elektrolisa. Salah satu metode untuk menghasilkan oksigen adalah elektrolisis air yang mengandung sedikit tambahan NaOH atau H 2 JADI 4 sebagai katalis: 2H 2 O ® 2H 2 + O 2 . Dalam hal ini, pengotor hidrogen kecil terbentuk. Dengan menggunakan alat pelepasan, sisa hidrogen dalam campuran gas diubah kembali menjadi air, yang uapnya dihilangkan melalui pembekuan atau adsorpsi.Disosiasi termal. Metode laboratorium penting untuk memperoleh oksigen, yang diusulkan oleh J. Priestley, adalah dekomposisi termal oksida logam berat: 2HgO® 2Hg + O 2 . Untuk melakukan ini, Priestley memfokuskan sinar matahari pada bubuk merkuri oksida. Metode laboratorium yang terkenal juga merupakan disosiasi termal garam okso, misalnya kalium klorat dengan adanya katalis - mangan dioksida:Mangan dioksida, ditambahkan dalam jumlah kecil sebelum kalsinasi, memungkinkan mempertahankan suhu dan laju disosiasi yang diperlukan, dan MnO itu sendiri 2 tidak berubah selama proses tersebut.

Metode dekomposisi termal nitrat juga digunakan:

serta peroksida dari beberapa logam aktif, misalnya: 2BaO 2 ® 2BaO + O 2 Metode terakhir ini pernah digunakan secara luas untuk mengekstraksi oksigen dari atmosfer dan terdiri dari pemanasan BaO di udara hingga terbentuknya BaO. 2 diikuti oleh dekomposisi termal peroksida. Metode dekomposisi termal tetap penting untuk produksi hidrogen peroksida.

BEBERAPA SIFAT FISIK OKSIGEN
Nomor atom	8
Massa atom	15,9994
Titik lebur, °C	–218,4
Titik didih, °C	–183,0
Kepadatan
keras, g/cm 3 (at T tolong )	1,27
cairan g/cm 3 (at T tidur)	1,14
berbentuk gas, g/dm 3 (pada 0°C)	1,429
relatif udara	1,105
kritis a, g/cm 3	0,430
Suhu kritis a, °С	–118,8
Tekanan kritis a, atm	49,7
Kelarutan, cm 3 /100 ml pelarut
dalam air (0°C)	4,89
dalam air (100°C)	1,7
dalam alkohol (25° C)	2,78
Jari-jari, Å	0,74
kovalen	0,66
ionik (O 2–)	1,40
Potensi ionisasi, V
Pertama	13,614
Kedua	35,146
Keelektronegatifan ( F = 4)	3,5
A Suhu dan tekanan dimana massa jenis gas dan cairan sama.

Sifat fisik. Oksigen dalam kondisi normal adalah gas yang tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa. Oksigen cair memiliki warna biru pucat. Oksigen padat ada setidaknya dalam tiga modifikasi kristal. Gas oksigen larut dalam air dan kemungkinan besar membentuk senyawa tipe O yang lemah 2 H H 2 O, dan mungkin O 2 H 2H 2 O. Sifat kimia. Seperti telah disebutkan, aktivitas kimia oksigen ditentukan oleh kemampuannya untuk berdisosiasi menjadi atom HAI , yang ditandai dengan reaktivitas tinggi. Hanya logam dan mineral paling aktif yang bereaksi O2 dengan kecepatan tinggi pada suhu rendah. Logam alkali paling aktif (subgrup IA) dan beberapa logam alkali tanah (subgrup IIA) terbentuk dengan O2 peroksida seperti NaO 2 dan BaO 2 . Unsur dan senyawa lain hanya bereaksi dengan produk disosiasi O2 . Dalam kondisi yang sesuai, semua unsur, kecuali gas mulia dan logam Pt, Ag, Au, bereaksi dengan oksigen. Logam-logam ini juga membentuk oksida, tetapi dalam kondisi khusus.

Struktur elektronik oksigen (1s

2 2s 2 2p 4 ) sedemikian rupa sehingga atom HAI menerima dua elektron ke tingkat terluar untuk membentuk kulit elektron terluar yang stabil, membentuk ion O2 . Dalam oksida logam alkali, sebagian besar ikatan ionik terbentuk. Dapat diasumsikan bahwa elektron logam ini hampir seluruhnya tertarik pada oksigen. Pada oksida logam dan non-logam yang kurang aktif, transfer elektron tidak lengkap, dan kerapatan muatan negatif pada oksigen lebih kecil, sehingga ikatannya kurang ionik atau lebih kovalen.Ketika logam dioksidasi dengan oksigen, panas dilepaskan, yang besarnya berkorelasi dengan kekuatan ikatan MO . Selama oksidasi beberapa nonlogam, panas diserap, yang menunjukkan lemahnya ikatannya dengan oksigen. Oksida semacam itu tidak stabil secara termal (atau kurang stabil dibandingkan oksida dengan ikatan ionik) dan seringkali sangat reaktif. Tabel tersebut menunjukkan perbandingan nilai entalpi pembentukan oksida dari logam yang paling khas, logam transisi dan nonlogam, unsur A- dan B -subgrup (tanda minus berarti pelepasan panas).

Reaksi	Entalpi pembentukan, kJ/mol
4Na + O 2 ® 2Na 2 O a
2Mg + O 2 ® 2MgO
4Al + 3O 2 ® 2Al 2 O 3
Si + O 2 ® SiO 2
4P + 5O 2 ® P 4 O 10
S + O 2 ® JADI 2
2Cl 2 + 7O 2 ® 2Cl 2 O 7
2Hg + O 2 ® 2HgO
2Cr + 3O 2 ® 2CrO 3
3Fe + 2O 2 ® Fe 3 O 4
A Dalam kondisi normal, pendidikan lebih diutamakan Tidak 2 HAI 2 .

Beberapa kesimpulan umum yang dapat ditarik tentang sifat-sifat oksida:

1. Suhu leleh oksida logam alkali menurun dengan bertambahnya jari-jari atom logam; Jadi,

t tolong (Cs 2 O) t tolong (Na 2 O) . Oksida yang didominasi ikatan ionik memiliki titik leleh lebih tinggi daripada titik leleh oksida kovalen: t tolong (Na 2 O) > T tolong (JADI 2). 2. Oksida logam reaktif (subkelompok IIAIIIA) lebih stabil secara termal dibandingkan oksida logam transisi dan nonlogam. Oksida logam berat dengan bilangan oksidasi tertinggi pada disosiasi termal membentuk oksida dengan bilangan oksidasi lebih rendah (misalnya, 2Hg 2+ O ® (Hg +) 2 O + 0,5O 2 ® 2Hg 0 + O 2 ). Oksida dengan tingkat oksidasi tinggi dapat menjadi oksidator yang baik.3. Logam paling aktif bereaksi dengan oksigen molekuler pada suhu tinggi membentuk peroksida: Sr + O 2 ® SrO 2 . 4. Oksida logam aktif membentuk larutan tidak berwarna, sedangkan oksida dari sebagian besar logam transisi berwarna dan praktis tidak larut. Larutan oksida logam dalam air menunjukkan sifat basa dan mengandung hidroksida OH -gugus, dan oksida non-logam dalam larutan berair membentuk asam yang mengandung ion H+. 5. Logam dan nonlogam subkelompok A membentuk oksida dengan bilangan oksidasi yang sesuai dengan nomor golongannya, misalnya Na, Be dan B dibentuk oleh Na 1 2 O, Be II O dan B 2 III O 3 , dan subkelompok IVAVIIA bukan logam C, N, S, Cl membentuk CIV O 2, N V 2 O 5, S VI O 3, Cl VII 2 O 7. Nomor golongan suatu unsur hanya berkorelasi dengan bilangan oksidasi maksimum, karena oksida dengan bilangan oksidasi unsur yang lebih rendah mungkin terjadi. Dalam proses pembakaran senyawa, produk yang khas adalah oksida, misalnya: 2H 2 S + 3O 2 ® 2SO 2 + 2H 2 O Ketika dipanaskan sedikit, zat yang mengandung karbon dan hidrokarbon teroksidasi (terbakar) menjadi CO2 dan H2O . Contoh zat tersebut adalah bahan bakar kayu, minyak, alkohol(dan juga karbon batu bara, kokas, dan arang) . Panas dari proses pembakaran digunakan untuk menghasilkan uap (dan kemudian listrik atau digunakan untuk pembangkit listrik), serta untuk pemanas rumah. Persamaan umum untuk proses pembakaran adalah:

a) kayu (selulosa):

(C6H10O5) N + 6N O2® 6N CO2+5 N jam 2O + energi panas

b) minyak atau gas (bensin C

8 jam 18 atau gas alam CH 4):

2C 8 H 18 + 25O 2

® 16CO 2 + 18H 2 O + energi panas CH 4 + 2O 2 ® CO 2 + 2H 2 O + energi panas C 2 H 5 OH + 3O 2 ® 2CO 2 + 3H 2 O + energi panas

d) karbon (batubara atau arang, kokas):

2C + O 2 ® 2CO + energi panas 2CO + O 2 ® 2CO 2 + energi panas

Sejumlah senyawa yang mengandung C-, H-, N-, O dengan cadangan energi yang tinggi juga dapat terbakar. Oksigen untuk oksidasi dapat digunakan tidak hanya dari atmosfer (seperti pada reaksi sebelumnya), tetapi juga dari zat itu sendiri. Untuk memulai suatu reaksi, aktivasi kecil dari reaksi, seperti pukulan atau guncangan, sudah cukup. Dalam reaksi ini, produk pembakaran juga berupa oksida, tetapi semuanya berbentuk gas dan mengembang dengan cepat pada suhu akhir proses yang tinggi. Oleh karena itu, zat tersebut bersifat eksplosif. Contoh bahan peledak termasuk trinitrogliserin (atau nitrogliserin) C

3 jam 5 (tidak 3) 3 dan trinitrotoluena (atau TNT) C 7 jam 5 (tidak ada 2) 3 . Lihat juga SENJATA KIMIA DAN BIOLOGIS.

Oksida logam atau nonlogam dengan bilangan oksidasi lebih rendah suatu unsur bereaksi dengan oksigen membentuk oksida dengan bilangan oksidasi tinggi dari unsur tersebut:

Oksida alami, diperoleh dari bijih atau disintesis, berfungsi sebagai bahan mentah untuk produksi banyak logam penting, misalnya besi dari Fe 2 O 3 (hematit) dan Fe 3 O 4 (magnetit), aluminium dari Al 2 HAI 3 (alumina), magnesium dari MgO (magnesia). Oksida logam ringan digunakan dalam industri kimia untuk menghasilkan alkali atau basa. Kalium peroksida KO 2 memiliki penerapan yang tidak biasa karena dengan adanya uap air dan sebagai hasil reaksi dengannya, ia melepaskan oksigen. Oleh karena itu K.O. 2 digunakan dalam respirator untuk menghasilkan oksigen. Kelembaban dari udara yang dihembuskan melepaskan oksigen di respirator, dan KOH menyerap CO 2 . Pembuatan CaO oksida dan kalsium hidroksida Ca(OH) 2 produksi skala besar dalam teknologi keramik dan semen.Air (hidrogen oksida). Pentingnya Air H2 HAI baik dalam praktik laboratorium untuk reaksi kimia maupun dalam proses vital memerlukan pertimbangan khusus terhadap zat ini (lihat juga HIDROGEN; AIR, ES DAN UAP). Seperti telah disebutkan, selama interaksi langsung oksigen dan hidrogen dalam kondisi, misalnya, terjadi pelepasan percikan, ledakan dan pembentukan air, dan 143 kJ/(mol H 2 HAI). Molekul air memiliki struktur hampir tetrahedral, sudut HOH 104° 30 ў . Ikatan dalam molekul sebagian bersifat ionik (30%) dan sebagian kovalen dengan kepadatan muatan negatif yang tinggi pada oksigen dan, karenanya, muatan positif pada hidrogen:

Karena kekuatan ikatan yang tinggi HAI Hidrogen sulit dipisahkan dari oksigen dan air menunjukkan sifat asam yang sangat lemah. Banyak sifat air ditentukan oleh distribusi muatan. Misalnya, molekul air membentuk hidrat dengan ion logam:Air menyumbangkan satu pasangan elektron ke akseptor, yang bisa saja H+: Molekul air terikat bersama menjadi agregat besar ( H2O) X ikatan hidrogen lemah (energi ikatan~ 21kJ)

Air dalam sistem ikatan hidrogen seperti itu mengalami disosiasi pada tingkat yang sangat lemah, mencapai konsentrasi 10 7 perempuan jalang. Jelasnya, pembelahan ikatan, yang ditunjukkan dalam tanda kurung siku, menghasilkan pembentukan ion hidroksida OH dan ion hidronium H3O+:

Hidrogen peroksida. Senyawa lain yang hanya terdiri dari hidrogen dan oksigen, adalah hidrogen peroksida H2O2 . Nama "peroksida" digunakan untuk senyawa yang mengandung ikatan tersebut OO . Hidrogen peroksida memiliki struktur rantai bengkok asimetris:Hidrogen peroksida dihasilkan oleh reaksi logam peroksida dengan asam BaO 2 + H 2 SO 4 ® BaSO 4 + H 2 O 2 atau dengan dekomposisi asam peroksodisulfat H2S2O8 , yang diperoleh secara elektrolitik:

Solusi terkonsentrasi H2O2 dapat diperoleh dengan metode distilasi khusus. Hidrogen peroksida digunakan sebagai oksidator dalam mesin roket. Larutan peroksida encer berfungsi sebagai antiseptik, pemutih, dan zat pengoksidasi ringan. H2O2 ditambahkan ke banyak asam dan oksida untuk menghasilkan senyawa yang mirip dengan hidrat. Dengan adanya oksidator kuat (seperti MnO 2 atau MnO 4 ) H 2 O 2 teroksidasi, melepaskan oksigen dan air.Oksoanion dan oksokasi partikel yang mengandung oksigen yang mempunyai muatan sisa negatif (oksoanion) atau sisa positif (oksokasi). Ion O2 mempunyai afinitas yang tinggi(reaktivitas tinggi) terhadap partikel bermuatan positif seperti H+ . Perwakilan paling sederhana dari oksoanion stabil adalah ion hidroksida OH . Hal ini menjelaskan ketidakstabilan atom dengan kepadatan muatan tinggi dan stabilisasi parsialnya akibat penambahan partikel bermuatan positif. Oleh karena itu, ketika logam aktif (atau oksidanya) bereaksi terhadap air, ia akan terbentuk OH , bukan O 2: ® 2Na + + 2OH + H 2 atau ® 2Na + + 2OH Oksoanion yang lebih kompleks terbentuk dari oksigen dengan ion logam atau partikel nonlogam yang bermuatan positif besar, sehingga menghasilkan partikel bermuatan rendah yang lebih stabil, misalnya:

Ozon. Selain oksigen atom HAI dan molekul diatomik O2 ada bentuk ketiga dari ozon oksigen O 3 berisi tiga atom oksigen. Ketiga bentuk tersebut merupakan modifikasi alotropik. Ozon terbentuk dengan melewatkan pelepasan listrik yang tenang melalui oksigen kering: 3O 2 2O 3 . Ini menghasilkan beberapa persen ozon. Reaksi ini dikatalisis oleh ion logam. Ozon memiliki bau yang tajam dan menyengat yang dapat dideteksi di dekat mesin listrik yang sedang beroperasi atau di sekitar pelepasan listrik di atmosfer. Gas tersebut berwarna kebiruan dan mengembun pada suhu 112° C menjadi cairan biru tua, dan pada 193° Fase padat berwarna ungu tua terbentuk. Ozon cair sedikit larut dalam oksigen cair, dan dalam 100 g air pada 0° C larut 49 cm 3 HAI 3 . Berdasarkan sifat kimianya, ozon jauh lebih aktif daripada oksigen dan menempati urutan kedua setelah O dan F dalam hal sifat pengoksidasi. 2 dan DARI 2 (oksigen difluorida). Oksidasi konvensional menghasilkan oksida dan oksigen molekuler O2 . Ketika ozon bekerja pada logam aktif dalam kondisi khusus, ozonida dengan komposisinya K+O3 . Ozon diproduksi secara industri untuk tujuan khusus; merupakan disinfektan yang baik dan digunakan untuk memurnikan air dan sebagai pemutih, memperbaiki kondisi atmosfer dalam sistem tertutup, mendisinfeksi benda dan makanan, serta mempercepat pematangan biji-bijian dan buah-buahan. Di laboratorium kimia, ozonizer sering digunakan untuk memproduksi ozon, yang diperlukan untuk beberapa metode analisis dan sintesis kimia. Karet mudah rusak meskipun terkena ozon dengan konsentrasi rendah. Di beberapa kota industri, konsentrasi ozon yang signifikan di udara menyebabkan kerusakan produk karet dengan cepat jika tidak dilindungi oleh antioksidan. Ozon sangat beracun. Menghirup udara secara terus-menerus, bahkan dengan konsentrasi ozon yang sangat rendah, menyebabkan sakit kepala, mual, dan kondisi tidak menyenangkan lainnya.LITERATUR Razumovsky S.D. Bentuk dan sifat dasar oksigen. M., 1979
Sifat termodinamika oksigen. M., 1981

DEFINISI

Oksigen- elemen kedelapan dari Tabel Periodik. Sebutan - O dari bahasa Latin "oxygenium". Bertempat di periode kedua, grup VIA. Mengacu pada non-logam. Muatan inti adalah 8.

Oksigen adalah unsur paling umum di kerak bumi. Dalam keadaan bebas, ditemukan di udara atmosfer; dalam bentuk terikat, merupakan bagian dari air, mineral, batuan, dan semua zat yang membentuk organisme tumbuhan dan hewan. Fraksi massa oksigen di kerak bumi adalah sekitar 47%.

Dalam bentuknya yang sederhana, oksigen adalah gas yang tidak berwarna dan tidak berbau. Ini sedikit lebih berat daripada udara: massa 1 liter oksigen dalam kondisi normal adalah 1,43 g, dan 1 liter udara adalah 1,293 g. Oksigen larut dalam air, meskipun dalam jumlah kecil: 100 volume air pada 0 o C melarutkan 4,9 volume, dan pada 20 o C - 3,1 volume oksigen.

Massa atom dan molekul oksigen

DEFINISI

Massa atom relatif A r adalah massa molar atom suatu zat dibagi 1/12 massa molar atom karbon-12 (12 C).

Massa atom relatif atom oksigen adalah 15,999 sma.

DEFINISI

Berat molekul relatif M r adalah massa molar suatu molekul dibagi 1/12 massa molar atom karbon-12 (12 C).

Ini adalah besaran tak berdimensi. Diketahui bahwa molekul oksigen bersifat diatomik - O 2. Massa molekul relatif suatu molekul oksigen akan sama dengan:

M r (O 2) = 15,999 × 2 ≈32.

Modifikasi alotropi dan alotropik oksigen

Oksigen dapat ada dalam bentuk dua modifikasi alotropik - oksigen O 2 dan ozon O 3 (sifat fisik oksigen dijelaskan di atas).

Dalam kondisi normal, ozon berbentuk gas. Ia dapat dipisahkan dari oksigen dengan pendinginan yang kuat; ozon mengembun menjadi cairan biru, mendidih pada (-111,9 o C).

Kelarutan ozon dalam air jauh lebih besar dibandingkan oksigen: 100 volume air pada 0 o C melarutkan 49 volume ozon.

Pembentukan ozon dari oksigen dapat dinyatakan dengan persamaan:

3O 2 = 2O 3 - 285 kJ.

Isotop oksigen

Diketahui bahwa di alam oksigen dapat ditemukan dalam bentuk tiga isotop yaitu 16 O (99,76%), 17 O (0,04%) dan 18 O (0,2%). Nomor massanya masing-masing adalah 16, 17 dan 18. Inti atom isotop oksigen 16 O mengandung delapan proton dan delapan neutron, sedangkan isotop 17 O dan 18 O mengandung jumlah proton yang sama, masing-masing sembilan dan sepuluh neutron.

Ada dua belas isotop radioaktif oksigen dengan nomor massa 12 hingga 24, dimana isotop paling stabil adalah 15 O dengan waktu paruh 120 detik.

Ion oksigen

Tingkat energi terluar atom oksigen memiliki enam elektron, yang merupakan elektron valensi:

1s 2 2s 2 2p 4 .

Struktur atom oksigen ditunjukkan di bawah ini:

Akibat interaksi kimia, oksigen dapat kehilangan elektron valensinya, yaitu. menjadi donornya, dan berubah menjadi ion bermuatan positif atau menerima elektron dari atom lain, mis. menjadi akseptornya dan berubah menjadi ion bermuatan negatif:

HAI 0 +2e → HAI 2- ;

HAI 0 -1e → HAI 1+ .

Molekul dan atom oksigen

Molekul oksigen terdiri dari dua atom - O 2. Berikut beberapa sifat yang menjadi ciri atom dan molekul oksigen:

Contoh pemecahan masalah

CONTOH 1

Oksigen mendukung proses respirasi dan pembakaran. Banyak nonlogam terbakar dalam oksigen. Misalnya, batu bara terbakar di udara dan berinteraksi dengan oksigen. Sebagai hasil dari reaksi ini, karbon dioksida terbentuk dan panas dilepaskan. Diketahui kalor dilambangkan dengan huruf “Q”. Jika panas dilepaskan sebagai akibat suatu reaksi, maka “Q” ditulis dalam persamaan; jika panas diserap, maka “-Q”.

Panas yang dilepaskan atau diserap selama reaksi kimia disebut termal efek dari reaksi kimia.

Reaksi yang terjadi dengan pelepasan kalor disebut eksotermik.

Reaksi yang terjadi dengan penyerapan panas disebut endotermik.

Interaksi oksigen dengan bukan logam

Persamaan reaksi pembakaran batubara di udara:

CO 2 = CO 2 Q

Jika Anda membakar batu bara di dalam bejana yang berisi oksigen, maka batu bara akan terbakar lebih cepat daripada di udara. Artinya, laju pembakaran batubara di oksigen lebih tinggi dibandingkan di udara.

Belerang juga terbakar di udara, dan panas juga dilepaskan. Artinya reaksi antara belerang dan oksigen dapat disebut eksotermik. Dalam oksigen murni, belerang terbakar lebih cepat dibandingkan di udara.

Persamaan pembakaran belerang dalam oksigen, jika menghasilkan belerang oksida (IV) :

S O 2 = JADI 2 Q

Demikian pula, reaksi pembakaran fosfor di udara atau oksigen dapat dilakukan. Reaksi ini juga eksotermik. Persamaannya, jika fosfor (V) oksida terbentuk akibat:

4P 5O 2 = 2P 2 O 5 Q

Interaksi oksigen dengan logam

Beberapa logam dapat terbakar dalam atmosfer oksigen. Misalnya, besi terbakar dalam oksigen membentuk kerak besi:

3Fe 2O 2 = Fe 3 O 4 Q

Namun tembaga tidak terbakar dalam oksigen, melainkan teroksidasi oleh oksigen saat dipanaskan. Dalam hal ini, tembaga (II) oksida terbentuk:

2CuO2 = 2CuO

Interaksi oksigen dengan zat kompleks

Oksigen mampu bereaksi tidak hanya dengan zat sederhana, tetapi juga dengan zat kompleks.

Gas alam metana terbakar dalam oksigen membentuk karbon monoksida (IV) dan air:

CH 4 2O 2 = CO 2 2H 2 O Q

Dengan pembakaran metana yang tidak sempurna (dalam kondisi oksigen tidak mencukupi), bukan karbon dioksida, tetapi karbon monoksida CO yang terbentuk. Karbon monoksida merupakan zat beracun yang sangat berbahaya bagi manusia, karena orang tersebut tidak merasakan efek toksiknya, tetapi perlahan tertidur karena kehilangan kesadaran.

Reaksi zat sederhana dan kompleks dengan oksigen disebut oksidasi. Ketika zat sederhana dan kompleks berinteraksi dengan oksigen, biasanya terbentuk zat kompleks yang terdiri dari dua unsur, salah satunya adalah oksigen. Zat-zat ini disebut oksida.

1. Kumpulan soal dan latihan kimia: kelas 8: untuk buku teks. P.A. Orzhekovsky dan lainnya. kelas 8” / P.A. Orzhekovsky, N.A. Titov, F.F. Hegel. – M.: AST: Astrel, 2006. (hal.70-74)

2. Ushakova O.V. Buku kerja kimia: kelas 8: ke buku teks oleh P.A. Orzhekovsky dan lainnya. kelas 8” / O.V. Ushakova, P.I. Bespalov, P.A. Orzhekovsky; di bawah. ed. Prof. P.A. Orzhekovsky - M.: AST: Astrel: Profizdat, 2006. (hal.68-70)

3. Kimia. kelas 8. Buku pelajaran untuk pendidikan umum institusi / P.A. Orzhekovsky, L.M. Meshcheryakova, M.M. Shalashova. – M.:Astrel, 2012. (§21)

4. Kimia: kelas 8: buku teks. untuk pendidikan umum institusi / P.A. Orzhekovsky, L.M. Meshcheryakova, L.S. Pontak. M.: AST: Astrel, 2005. (§28)

5. Kimia: anorganik. kimia: buku teks. untuk kelas 8 pendidikan umum pembentukan /G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. – M.: Pendidikan, OJSC “Moscow Textbooks”, 2009. (§20)

6. Ensiklopedia untuk anak-anak. Jilid 17. Kimia / Bab. ed.V.A. Volodin, Ved. ilmiah ed. I. Leenson. – M.: Avanta, 2003.

Di antara semua zat di Bumi, tempat khusus ditempati oleh zat yang menyediakan kehidupan - gas oksigen. Kehadirannya membuat planet kita unik di antara yang lainnya, istimewa. Berkat zat ini, begitu banyak makhluk indah hidup di dunia: tumbuhan, hewan, manusia. Oksigen adalah senyawa yang benar-benar tak tergantikan, unik, dan sangat penting. Oleh karena itu, kami akan mencoba mencari tahu apa itu, apa saja ciri-cirinya.

Metode pertama sangat sering digunakan. Lagi pula, banyak gas ini yang bisa dilepaskan dari udara. Namun, itu tidak akan sepenuhnya bersih. Jika diperlukan produk dengan kualitas lebih tinggi, maka proses elektrolisis digunakan. Bahan bakunya adalah air atau alkali. Natrium atau kalium hidroksida digunakan untuk meningkatkan konduktivitas listrik larutan. Secara umum, inti dari proses ini adalah penguraian air.

Diperoleh di laboratorium

Di antara metode laboratorium, metode perlakuan panas telah tersebar luas:

peroksida;
garam dari asam yang mengandung oksigen.

Pada suhu tinggi mereka terurai, melepaskan gas oksigen. Proses ini paling sering dikatalisis oleh mangan (IV) oksida. Oksigen dikumpulkan dengan menggantikan air, dan ditemukan melalui serpihan yang membara. Seperti yang Anda ketahui, di atmosfer oksigen, nyala api menyala sangat terang.

Zat lain yang digunakan untuk menghasilkan oksigen dalam pelajaran kimia sekolah adalah hidrogen peroksida. Bahkan larutan 3% di bawah pengaruh katalis langsung terurai, melepaskan gas murni. Anda hanya perlu punya waktu untuk mengumpulkannya. Katalisnya sama - mangan oksida MnO 2.

Garam yang paling umum digunakan adalah:

Garam Berthollet, atau kalium klorat;
kalium permanganat, atau kalium permanganat.

Persamaan dapat digunakan untuk menggambarkan prosesnya. Oksigen yang dilepaskan cukup untuk kebutuhan laboratorium dan penelitian:

2KClO 3 = 2KCl + 3O 2.

Modifikasi alotropik oksigen

Ada satu modifikasi alotropik yang dimiliki oksigen. Rumus senyawa ini adalah O3, disebut ozon. Ini adalah gas yang terbentuk dalam kondisi alami ketika terkena radiasi ultraviolet dan pelepasan petir pada oksigen di udara. Berbeda dengan O2 itu sendiri, ozon memiliki aroma kesegaran yang menyenangkan, yang terasa di udara setelah hujan disertai kilat dan guntur.

Perbedaan antara oksigen dan ozon tidak hanya terletak pada jumlah atom dalam molekulnya, tetapi juga pada struktur kisi kristalnya. Secara kimia, ozon merupakan oksidator yang lebih kuat.

Oksigen merupakan salah satu komponen udara

Distribusi oksigen di alam sangat luas. Oksigen ditemukan di:

batuan dan mineral;
garam dan air tawar;
tanah;
organisme tumbuhan dan hewan;
udara, termasuk lapisan atas atmosfer.

Jelas, semua cangkang bumi ditempati olehnya - litosfer, hidrosfer, atmosfer, dan biosfer. Kandungannya di udara sangatlah penting. Bagaimanapun, faktor inilah yang memungkinkan adanya kehidupan, termasuk manusia, di planet kita.

Komposisi udara yang kita hirup sangatlah heterogen. Ini mencakup komponen dan variabel konstan. Yang tidak berubah dan selalu ada antara lain:

karbon dioksida;
oksigen;
nitrogen;
gas mulia.

Variabelnya antara lain uap air, partikel debu, gas asing (knalpot, hasil pembakaran, pembusukan dan lain-lain), serbuk sari tanaman, bakteri, jamur dan lain-lain.

Pentingnya oksigen di alam

Sangat penting berapa banyak oksigen yang ditemukan di alam. Bagaimanapun, diketahui bahwa sejumlah kecil gas ini ditemukan di beberapa satelit di planet besar (Jupiter, Saturnus), namun tidak ada kehidupan yang jelas di sana. Bumi kita memiliki jumlah yang cukup, yang jika dikombinasikan dengan air, memungkinkan semua organisme hidup ada.

Selain berperan aktif dalam respirasi, oksigen juga melakukan reaksi oksidasi yang tak terhitung jumlahnya, yang melepaskan energi untuk kehidupan.

Pemasok utama gas unik ini di alam adalah tumbuhan hijau dan beberapa jenis bakteri. Berkat mereka, keseimbangan oksigen dan karbon dioksida tetap terjaga. Selain itu, ozon membangun lapisan pelindung di seluruh bumi, yang mencegah masuknya radiasi ultraviolet yang merusak dalam jumlah besar.

Hanya beberapa jenis organisme anaerobik (bakteri, jamur) yang mampu hidup di luar atmosfer oksigen. Namun, jumlah mereka jauh lebih sedikit dibandingkan mereka yang benar-benar membutuhkannya.

Penggunaan oksigen dan ozon dalam industri

Area utama penggunaan modifikasi oksigen alotropik dalam industri adalah sebagai berikut.

Metalurgi (untuk pengelasan dan pemotongan logam).
Obat-obatan.
Pertanian.
Sebagai bahan bakar roket.
Sintesis banyak senyawa kimia, termasuk bahan peledak.
Pemurnian dan desinfeksi air.

Sulit untuk menyebutkan setidaknya satu proses di mana gas besar ini, zat unik - oksigen, tidak ikut ambil bagian.