Deguonies bendrosios charakteristikos fizikinės ir cheminės savybės. Deguonis – elemento charakteristikos, paplitimas gamtoje, fizikinės ir cheminės savybės, paruošimas

Deguonis yra pasenusios trumposios periodinės lentelės versijos VI pagrindinės grupės antrajame periode. Pagal naujus numeracijos standartus tai 16-oji grupė. Atitinkamą sprendimą IUPAC priėmė 1988 m. Deguonies, kaip paprastos medžiagos, formulė yra O 2. Panagrinėkime pagrindines jo savybes, vaidmenį gamtoje ir ekonomikoje. Pradėkime nuo visos periodinės lentelės grupės, kuriai vadovauja deguonis, charakteristikų. Elementas skiriasi nuo jam susijusių chalkogenų, o vanduo skiriasi nuo vandenilio jonų seleno ir telūro. Visų išskirtinių bruožų paaiškinimą galima rasti tik sužinojus apie atomo struktūrą ir savybes.

Chalkogenai – su deguonimi susiję elementai

Panašių savybių atomai sudaro vieną grupę periodinėje lentelėje. Deguonis priklauso chalkogenų šeimai, tačiau skiriasi nuo jų daugybe savybių.

Deguonies, grupės protėvio, atominė masė yra 16 a. e.m. chalkogenai, sudarydami junginius su vandeniliu ir metalais, turi įprastą oksidacijos būseną: -2. Pavyzdžiui, vandens (H 2 O) sudėtyje deguonies oksidacijos skaičius yra -2.

Tipiškų chalkogenų vandenilio junginių sudėtis atitinka bendrą formulę: H 2 R. Šioms medžiagoms ištirpus susidaro rūgštys. Ypatingų savybių turi tik deguonies vandenilio junginys – vanduo. Mokslininkai padarė išvadą, kad ši neįprasta medžiaga yra ir labai silpna rūgštis, ir labai silpna bazė.

Siera, selenas ir telūras turi tipiškas teigiamas oksidacijos būsenas (+4, +6), kai jie derinami su deguonimi ir kitais labai elektronegatyviais (EO) nemetalais. Kalkogeno oksidų sudėtį atspindi bendrosios formulės: RO 2, RO 3. Atitinkamos rūgštys turi tokią sudėtį: H 2 RO 3, H 2 RO 4.

Elementai atitinka paprastas medžiagas: deguonį, sierą, seleną, telūrą ir polonį. Pirmieji trys atstovai pasižymi nemetalinėmis savybėmis. Deguonies formulė yra O2. To paties elemento alotropinė modifikacija yra ozonas (O 3). Abi modifikacijos yra dujos. Siera ir selenas yra kieti nemetalai. Telūras yra metaloidinė medžiaga, elektros srovės laidininkas, polonis yra metalas.

Deguonis yra labiausiai paplitęs elementas

Mes jau žinome, kad yra ir kita versija apie to paties cheminio elemento egzistavimą paprastos medžiagos pavidalu. Tai ozonas – dujos, kurios maždaug 30 km aukštyje nuo žemės paviršiaus sudaro sluoksnį, dažnai vadinamą ozono ekranu. Surištas deguonis yra vandens molekulėse, daugelio uolienų ir mineralų bei organinių junginių sudėtyje.

Deguonies atomo sandara

Mendelejevo periodinėje lentelėje yra visa informacija apie deguonį:

1. Elemento serijos numeris yra 8.
2. Pagrindinis įkrovimas - +8.
3. Bendras elektronų skaičius yra 8.
4. Elektroninė deguonies formulė yra 1s 2 2s 2 2p 4.

Gamtoje yra trys stabilūs izotopai, kurių eilės numeris periodinėje lentelėje yra vienodas, protonų ir elektronų sudėtis yra identiška, bet skirtingas neutronų skaičius. Izotopai žymimi tuo pačiu simboliu – O. Palyginimui, čia yra diagrama, rodanti trijų deguonies izotopų sudėtį:

Deguonies – cheminio elemento savybės

2p atomo polygyje yra du nesuporuoti elektronai, o tai paaiškina oksidacijos būsenų -2 ir +2 atsiradimą. Dviejų suporuotų elektronų negalima atskirti, kad oksidacijos būsena padidėtų iki +4, kaip sieros ir kitų chalkogenų. Priežastis yra nemokamo polygio trūkumas. Todėl junginiuose cheminis elementas deguonis neturi valentingumo ir oksidacijos būsenos, lygios grupės numeriui trumpojoje periodinės lentelės versijoje (6). Jo įprastas oksidacijos skaičius yra -2.

Tik junginiuose su fluoru deguonis pasižymi nebūdinga teigiama oksidacijos būsena +2. Dviejų stiprių nemetalų EO reikšmė skiriasi: EO (O) = 3,5; EO (F) = 4. Būdamas elektronegatyvesnis cheminis elementas, fluoras stipriau išlaiko savo elektronus ir pritraukia valentines daleles prie deguonies atomų. Todėl reakcijoje su fluoru deguonis yra reduktorius ir atiduoda elektronus.

Deguonis yra paprasta medžiaga

1774 metais eksperimentų metu anglų tyrinėtojas D. Priestley išskyrė dujas skaidant gyvsidabrio oksidą. Dvejais metais anksčiau tą pačią medžiagą gryna forma gavo K. Scheele. Tik po kelerių metų prancūzų chemikas A. Lavoisier nustatė, kokios dujos yra oro dalis, ir ištyrė jų savybes. Cheminė deguonies formulė yra O2. Medžiagos sudėtyje atspindėkime elektronus, dalyvaujančius formuojant nepolinį kovalentinį ryšį - O::O. Kiekvieną jungiančią elektronų porą pakeiskime viena linija: O=O. Ši deguonies formulė aiškiai parodo, kad molekulėje esantys atomai yra sujungti tarp dviejų bendrų elektronų porų.

Atlikime paprastus skaičiavimus ir nustatykime, kokia santykinė deguonies molekulinė masė: Mr(O 2) = Ar(O) x 2 = 16 x 2 = 32. Palyginimui: Mr(oras) = ​​29. Deguonies cheminė formulė skiriasi iš vieno deguonies atomo. Tai reiškia, kad Mr(O 3) = Ar(O) x 3 = 48. Ozonas yra 1,5 karto sunkesnis už deguonį.

Fizinės savybės

Deguonis yra bespalvės, beskonės ir bekvapės dujos (įprastoje temperatūroje ir slėgyje, lygus atmosferos slėgiui). Medžiaga yra šiek tiek sunkesnė už orą; ištirpsta vandenyje, bet nedideliais kiekiais. Deguonies lydymosi temperatūra yra neigiama ir yra -218,3 °C. Taškas, kuriame skystas deguonis vėl virsta dujomis, yra jo virimo temperatūra. O 2 molekulėms šio fizikinio dydžio reikšmė siekia -182,96 °C. Skystoje ir kietoje būsenoje deguonis įgauna šviesiai mėlyną spalvą.

Deguonies gavimas laboratorijoje

Kaitinant deguonies turinčias medžiagas, tokias kaip kalio permanganatas, išsiskiria bespalvės dujos, kurias galima surinkti į kolbą ar mėgintuvėlį. Jei į gryną deguonį įvesite apšviestą skeveldrą, ji dega ryškiau nei ore. Kiti du laboratoriniai deguonies gamybos metodai yra vandenilio peroksido ir kalio chlorato (Berthollet druskos) skaidymas. Panagrinėkime įrenginio, kuris naudojamas terminiam skilimui, schemą.

Į mėgintuvėlį arba apvaliadugnę kolbą įpilkite šiek tiek Berthollet druskos ir uždarykite kamščiu su dujų išleidimo vamzdeliu. Priešingas jo galas turi būti nukreiptas (po vandeniu) į kolbą, apverstą aukštyn kojomis. Kaklą reikia nuleisti į plačią stiklinę arba kristalizatorių, užpildytą vandeniu. Kaitinamas mėgintuvėlis, kuriame yra Berthollet druskos, išsiskiria deguonis. Jis patenka į kolbą per dujų išleidimo vamzdelį, išstumdamas iš jo vandenį. Kai kolba pripildoma dujų, ji uždaroma po vandeniu su kamščiu ir apverčiama. Šio laboratorinio eksperimento metu gautas deguonis gali būti naudojamas paprastos medžiagos cheminėms savybėms tirti.

Degimas

Jei laboratorija degina medžiagas deguonimi, tuomet reikia žinoti ir laikytis priešgaisrinės saugos taisyklių. Vandenilis akimirksniu dega ore, o sumaišytas su deguonimi santykiu 2:1 yra sprogus. Medžiagų degimas gryname deguonyje vyksta daug intensyviau nei ore. Šis reiškinys paaiškinamas oro sudėtimi. Atmosferoje esantis deguonis sudaro šiek tiek daugiau nei 1/5 dalies (21%). Degimas – tai medžiagų reakcija su deguonimi, dėl kurios susidaro įvairūs produktai, daugiausia metalų ir nemetalų oksidai. O2 mišiniai su degiomis medžiagomis kelia gaisro pavojų, be to, susidarantys junginiai gali būti toksiški.

Įprastos žvakės (ar degtuko) degimą lydi anglies dioksido susidarymas. Šį eksperimentą galima atlikti namuose. Jei sudeginsite medžiagą po stikliniu indu ar dideliu stiklu, degimas sustos, kai tik bus sunaudotas visas deguonis. Azotas nepalaiko kvėpavimo ar degimo. Anglies dioksidas, oksidacijos produktas, nebereaguoja su deguonimi. Skaidrus leidžia aptikti buvimą žvakei nudegus. Jei degimo produktai praleidžiami per kalcio hidroksidą, tirpalas tampa drumstas. Vyksta cheminė reakcija tarp kalkių vandens ir anglies dioksido, kad susidarytų netirpus kalcio karbonatas.

Deguonies gamyba pramoniniu mastu

Pigiausias procesas, kurio metu gaunamos be oro O 2 molekulės, nevykdo cheminių reakcijų. Pramonėje, tarkime, metalurgijos gamyklose, oras suskystinamas esant žemai temperatūrai ir aukštam slėgiui. Svarbiausi atmosferos komponentai, tokie kaip azotas ir deguonis, verda skirtingose ​​temperatūrose. Oro mišinys atskiriamas palaipsniui kaitinant iki normalios temperatūros. Pirmiausia išsiskiria azoto molekulės, tada deguonies molekulės. Atskyrimo metodas pagrįstas skirtingomis paprastų medžiagų fizinėmis savybėmis. Paprastos medžiagos deguonies formulė yra tokia pati, kokia buvo prieš aušinimą ir oro suskystinimą - O 2.

Dėl kai kurių elektrolizės reakcijų taip pat išsiskiria deguonis, kuris surenkamas per atitinkamą elektrodą. Pramonės ir statybos įmonėms reikia didelių dujų kiekių. Deguonies poreikis nuolat auga, o chemijos pramonei jo ypač reikia. Susidariusios dujos pramonės ir medicinos reikmėms laikomos pažymėtuose plieniniuose balionuose. Deguonies talpyklos dažomos mėlyna arba mėlyna spalva, kad būtų atskirtos nuo kitų suskystintų dujų – azoto, metano, amoniako.

Cheminiai skaičiavimai naudojant formulę ir reakcijų, kuriose dalyvauja O 2 molekulės, lygtis

Deguonies molinės masės skaitinė reikšmė sutampa su kita reikšme – santykine molekuline mase. Tik pirmuoju atveju yra matavimo vienetai. Trumpai deguonies medžiagos formulę ir jos molinę masę reikia parašyti taip: M(O 2) = 32 g/mol. Normaliomis sąlygomis bet kokių dujų molis atitinka 22,4 litro tūrį. Tai reiškia, kad 1 molis O 2 yra 22,4 litro medžiagos, 2 molis O 2 yra 44,8 litro. Pagal reakcijos tarp deguonies ir vandenilio lygtį matote, kad sąveikauja 2 moliai vandenilio ir 1 molis deguonies:

Jei reakcijoje dalyvauja 1 molis vandenilio, tai deguonies tūris bus 0,5 mol. 22,4 l/mol = 11,2 l.

O 2 molekulių vaidmuo gamtoje ir žmogaus gyvenime

Deguonį suvartoja gyvi organizmai Žemėje ir jis dalyvauja medžiagų cikle daugiau nei 3 milijardus metų. Tai pagrindinė medžiaga kvėpavimui ir medžiagų apykaitai, su jos pagalba vyksta maistinių medžiagų molekulių irimas bei sintezuojama organizmams reikalinga energija. Žemėje nuolat suvartojamas deguonis, tačiau jo atsargos pasipildo fotosintezės būdu. Rusų mokslininkas K. Timirjazevas manė, kad šio proceso dėka mūsų planetoje gyvybė vis dar egzistuoja.

Deguonies vaidmuo gamtoje ir žemės ūkyje yra didelis:

• kvėpavimo metu absorbuojamas gyvų organizmų;
• dalyvauja augalų fotosintezės reakcijose;
• organinių molekulių dalis;
• puvimo, fermentacijos ir rūdijimo procesai vyksta dalyvaujant deguoniui, kuris veikia kaip oksidatorius;
• naudojami vertingiems organinės sintezės produktams gauti.

Suskystintas deguonis cilindruose naudojamas metalams pjauti ir suvirinti aukštoje temperatūroje. Šie procesai atliekami mašinų gamybos įmonėse, transporto ir statybos įmonėse. Norint atlikti darbus po vandeniu, po žeme, dideliame aukštyje beorėje erdvėje, žmonėms reikia ir O 2 molekulių. naudojamas medicinoje, siekiant praturtinti sergančių žmonių įkvėpto oro sudėtį. Medicininės paskirties dujos skiriasi nuo techninių dujų tuo, kad beveik visiškai nėra pašalinių priemaišų ir kvapo.

Deguonis yra idealus oksidatorius

Deguonies junginiai yra žinomi su visais periodinės lentelės cheminiais elementais, išskyrus pirmuosius tauriųjų dujų šeimos atstovus. Daugelis medžiagų tiesiogiai reaguoja su O atomais, išskyrus halogenus, auksą ir platiną. Didelę reikšmę turi reiškiniai, susiję su deguonimi, kuriuos lydi šviesos ir šilumos išsiskyrimas. Tokie procesai plačiai naudojami kasdieniame gyvenime ir pramonėje. Metalurgijoje rūdų sąveika su deguonimi vadinama skrudimu. Iš anksto susmulkinta rūda sumaišoma su deguonimi praturtintu oru. Aukštoje temperatūroje metalai redukuojami iš sulfidų į paprastas medžiagas. Taip gaunama geležis ir kai kurie spalvotieji metalai. Gryno deguonies buvimas padidina technologinių procesų greitį įvairiose chemijos, technologijos ir metalurgijos srityse.

Pigaus deguonies gamybos iš oro metodo atsiradimas žemoje temperatūroje jį suskirstant į komponentus paskatino daugelio pramoninės gamybos sričių plėtrą. Chemikai mano, kad O2 molekulės ir O atomai yra idealūs oksidatoriai. Tai natūralios medžiagos, nuolat atnaujinamos gamtoje, neteršia aplinkos. Be to, vykstant cheminėms reakcijoms, kuriose dalyvauja deguonis, dažniausiai sintezuojamas kitas natūralus ir saugus produktas – vanduo. O 2 vaidmuo neutralizuojant toksiškas pramonines atliekas ir valant vandenį nuo teršalų yra didelis. Be deguonies, dezinfekcijai naudojama jo alotropinė modifikacija – ozonas. Ši paprasta medžiaga pasižymi dideliu oksidaciniu aktyvumu. Ozonuojant vandenį teršalai suyra. Ozonas taip pat neigiamai veikia patogeninę mikroflorą.

Pagrindiniame periodinės sistemos VI grupės pogrupyje (pagal naują klasifikaciją - 16-oji grupė) vadovauja keturi „kalkogeno“ elementai (t.y. „gimdantys varį“. Be sieros, telūro ir seleno, jie taip pat apima deguonį. Pažvelkime atidžiau į šio Žemėje labiausiai paplitusio elemento savybes, taip pat į deguonies panaudojimą ir gamybą.

Elemento paplitimas

Surištas deguonis yra įtrauktas į vandens cheminę sudėtį - jo procentas yra apie 89%, taip pat į visų gyvų būtybių - augalų ir gyvūnų - ląstelių sudėtį.

Ore deguonis yra laisvos būsenos O2 pavidalu, užimantis penktadalį jo sudėties, o ozono pavidalu - O3.

Fizinės savybės

Deguonis O2 yra bespalvės, beskonės ir bekvapės dujos. Šiek tiek tirpsta vandenyje. Virimo temperatūra yra 183 laipsniai žemiau nulio Celsijaus. Skystoje formoje deguonis yra mėlynas, o kietoje formoje susidaro mėlyni kristalai. Deguonies kristalų lydymosi temperatūra yra 218,7 laipsnių žemiau nulio Celsijaus.

Cheminės savybės

Kaitinamas šis elementas reaguoja su daugybe paprastų medžiagų, tiek metalų, tiek nemetalų, sudarydami vadinamuosius oksidus – elementų junginius su deguonimi. kuriame elementai patenka su deguonimi, vadinama oksidacija.

Pavyzdžiui,

4Na + O2= 2Na2O

2. Per vandenilio peroksido skaidymą, kai jis kaitinamas, esant mangano oksidui, kuris veikia kaip katalizatorius.

3. Per kalio permanganato skaidymą.

Pramonėje deguonis gaminamas šiais būdais:

1. Techniniais tikslais deguonis gaunamas iš oro, kuriame įprastas jo kiekis yra apie 20 proc., t.y. penktoji dalis. Norėdami tai padaryti, pirmiausia sudeginamas oras ir susidaro mišinys, kuriame yra apie 54% skysto deguonies, 44% skysto azoto ir 2% skysto argono. Tada šios dujos atskiriamos distiliavimo būdu, naudojant santykinai nedidelį diapazoną tarp skysto deguonies ir skysto azoto virimo taškų – atitinkamai minus 183 ir minus 198,5 laipsniai. Pasirodo, azotas išgaruoja anksčiau nei deguonis.

Šiuolaikinė įranga užtikrina bet kokio grynumo deguonies gamybą. Azotas, kuris gaunamas atskiriant skystą orą, naudojamas kaip žaliava jo darinių sintezėje.

2. Taip pat gamina labai gryną deguonį. Šis metodas paplito turtingų išteklių ir pigios elektros šalyse.

Deguonies panaudojimas

Deguonis yra svarbiausias elementas visos mūsų planetos gyvenime. Šias dujas, esančias atmosferoje, proceso metu sunaudoja gyvūnai ir žmonės.

Deguonies gavimas yra labai svarbus tokioms žmogaus veiklos sritims kaip medicina, metalų suvirinimas ir pjovimas, sprogdinimas, aviacija (žmogaus kvėpavimui ir variklio darbui), metalurgija.

Žmogaus ūkinės veiklos procese deguonis suvartojamas dideliais kiekiais – pavyzdžiui, deginant įvairių rūšių kurą: gamtines dujas, metaną, anglį, medieną. Visuose šiuose procesuose jis susidaro Tuo pačiu metu gamta numatė natūralų šio junginio surišimo procesą, naudojant fotosintezę, kuris vyksta žaliuose augaluose, veikiant saulės šviesai. Dėl šio proceso susidaro gliukozė, kurią augalas vėliau naudoja savo audiniams kurti.

Straipsnio turinys

DEGUONIS, O (oksigenijus), periodinės elementų lentelės VIA pogrupio cheminis elementas: O, S, Se, Te, Po – chalkogenų šeimos narys. Tai labiausiai paplitęs elementas gamtoje, jo kiekis Žemės atmosferoje yra 21% (tūrio), žemės plutoje junginių pavidalu maždaug. 50 % (masės) ir hidrosferoje 88,8 % (masės).

Deguonis būtinas gyvybei žemėje egzistuoti: gyvūnai ir augalai kvėpuodami sunaudoja deguonį, o augalai išskiria deguonį fotosintezės būdu. Gyvoje medžiagoje surišto deguonies yra ne tik kūno skysčiuose (kraujo ląstelėse ir kt.), bet ir angliavandeniuose (cukruje, celiuliozėje, krakmole, glikogene), riebaluose ir baltymuose. Molis, uolienos, susideda iš silikatų ir kitų deguonies turinčių neorganinių junginių, tokių kaip oksidai, hidroksidai, karbonatai, sulfatai ir nitratai.

Istorinė informacija.

Pirmoji informacija apie deguonį Europoje tapo žinoma iš VIII amžiaus kinų rankraščių. XVI amžiaus pradžioje. Leonardo da Vinci paskelbė duomenis, susijusius su deguonies chemija, dar nežinodamas, kad deguonis yra elementas. Deguonies pridėjimo reakcijos aprašytos S. Geilso (1731) ir P. Bayeno (1774) moksliniuose darbuose. Ypatingo dėmesio nusipelno K. Scheele 1771–1773 metais atlikti metalų ir fosforo sąveikos su deguonimi tyrimai. J. Priestley pranešė apie deguonies, kaip elemento, atradimą 1774 m., praėjus keliems mėnesiams po Bayeno pranešimo apie reakcijas su oru. Pavadinimas oxynium ("deguonis") buvo suteiktas šiam elementui netrukus po to, kai jį atrado Priestley ir kilęs iš graikų kalbos žodžių, reiškiančių "rūgštį gaminantis"; taip yra dėl klaidingos nuomonės, kad deguonies yra visose rūgštyse. Tačiau deguonies vaidmens kvėpavimo ir degimo procesuose paaiškinimas priklauso A. Lavoisier (1777).

Atomo sandara.

Bet kurio natūraliai susidarančio deguonies atomo branduolyje yra 8 protonai, tačiau neutronų skaičius gali būti 8, 9 arba 10. Dažniausiai iš trijų deguonies izotopų (99,76 %) yra 16 8 O (8 protonai ir 8 neutronai) . Kito izotopo, 18 8 O (8 protonai ir 10 neutronų), kiekis yra tik 0,2%. Šis izotopas naudojamas kaip etiketė arba tam tikroms molekulėms identifikuoti, taip pat biocheminiams ir medicininiams-cheminiams tyrimams atlikti (metodas tirti neradioaktyvius pėdsakus). Trečiasis neradioaktyvusis deguonies izotopas 17 8 O (0,04 %), turi 9 neutronus ir jo masės skaičius yra 17. Tarptautinė komisija patvirtino anglies izotopo masę 12 6 C kaip standartinę atominę masę m. 1961 m. vidutinė svertinė deguonies atominė masė tapo 15. 9994. Iki 1961 m. chemikai standartiniu atominės masės vienetu laikė deguonies atominę masę, kuri buvo laikoma 16 000 trijų natūraliai susidarančių deguonies izotopų mišiniui. Fizikai standartiniu atominės masės vienetu laikė deguonies izotopo masės skaičių 16 8 O, todėl fizikinėje skalėje vidutinė deguonies atominė masė buvo 16,0044.

Deguonies atomas turi 8 elektronus, iš kurių 2 elektronai yra vidiniame lygyje ir 6 elektronai išoriniame lygyje. Todėl cheminių reakcijų metu deguonis iš donorų gali priimti iki dviejų elektronų, sukeldamas savo išorinį apvalkalą iki 8 elektronų ir sudarydamas perteklinį neigiamą krūvį.

Molekulinis deguonis.

Kaip ir daugumoje kitų elementų, kurių atomams trūksta 1–2 elektronų, kad užbaigtų išorinį 8 elektronų apvalkalą, deguonis sudaro dviatominę molekulę. Šio proceso metu išsiskiria daug energijos (~490 kJ/mol) ir atitinkamai tiek pat energijos reikia išleisti atvirkštiniam molekulės disociacijos į atomus procesui. O-O ryšio stiprumas yra toks didelis, kad 2300 ° C temperatūroje tik 1% deguonies molekulių disocijuoja į atomus. (Pažymėtina, kad formuojantis azoto molekulei N2, N–N jungties stiprumas yra dar didesnis, ~710 kJ/mol.)

Elektroninė struktūra.

Deguonies molekulės elektroninėje struktūroje, kaip ir galima tikėtis, elektronų pasiskirstymas oktete aplink kiekvieną atomą nėra realizuojamas, tačiau yra nesuporuotų elektronų, o deguonis pasižymi tokiai struktūrai būdingomis savybėmis (pavyzdžiui, jis sąveikauja su magnetinis laukas, kuris yra paramagnetinis).

Reakcijos.

Tinkamomis sąlygomis molekulinis deguonis reaguoja su beveik bet kokiu elementu, išskyrus tauriąsias dujas. Tačiau kambario sąlygomis su deguonimi pakankamai greitai reaguoja tik patys aktyviausi elementai. Tikėtina, kad dauguma reakcijų vyksta tik po deguonies disociacijos į atomus, o disociacija įvyksta tik esant labai aukštai temperatūrai. Tačiau katalizatoriai ar kitos medžiagos reaguojančioje sistemoje gali paskatinti O 2 disociaciją. Yra žinoma, kad šarminiai (Li, Na, K) ir šarminių žemių (Ca, Sr, Ba) metalai reaguoja su molekuliniu deguonimi, sudarydami peroksidus:

Kvitas ir paraiška.

Dėl laisvo deguonies buvimo atmosferoje efektyviausias jo išgavimo būdas yra oro suskystinimas, iš kurio pašalinamos priemaišos, CO 2, dulkės ir kt. cheminiai ir fiziniai metodai. Ciklinis procesas apima suspaudimą, aušinimą ir plėtimąsi, o tai sukelia oro suskystinimą. Lėtai kylant temperatūrai (frakcinio distiliavimo metodas) iš skysto oro iš pradžių išgaruoja tauriosios dujos (sunkiausiai skystinamos), vėliau azotas, lieka skystas deguonis. Dėl to skystame deguonyje yra inertinių dujų pėdsakų ir gana didelis procentas azoto. Daugeliu atvejų šios priemaišos nėra problema. Tačiau norint gauti itin gryną deguonį, distiliavimo procesas turi būti kartojamas. Deguonis laikomas rezervuaruose ir cilindruose. Jis naudojamas dideliais kiekiais kaip žibalo ir kito kuro oksidatorius raketose ir erdvėlaiviuose. Plieno pramonė naudoja deguonies dujas, kad prapūstų išlydytą geležį, naudojant Bessemer metodą, kad greitai ir efektyviai pašalintų C, S ir P priemaišas. Deguonis taip pat naudojamas suvirinant ir pjaustant metalus (oksi-acetileno liepsna). Deguonis taip pat naudojamas medicinoje, pavyzdžiui, praturtina kvėpavimo takų aplinką pacientams, kuriems sunku kvėpuoti. Deguonis gali būti gaminamas įvairiais cheminiais metodais, o kai kurie iš jų naudojami nedideliam gryno deguonies kiekiui gauti laboratorinėje praktikoje.

Elektrolizė.

Vienas iš deguonies gavimo būdų yra vandens elektrolizė, kurioje kaip katalizatorius yra nedideli NaOH arba H 2 SO 4 priedai: 2H 2 O ® 2H 2 + O 2. Tokiu atveju susidaro mažos vandenilio priemaišos. Naudojant išleidimo įrenginį, vandenilio pėdsakai dujų mišinyje vėl paverčiami vandeniu, kurio garai pašalinami užšaldant arba adsorbuojant.

Šiluminė disociacija.

Svarbus laboratorinis deguonies gamybos būdas, kurį pasiūlė J. Priestley, yra terminis sunkiųjų metalų oksidų skaidymas: 2HgO ® 2Hg + O 2 . Norėdami tai padaryti, Priestley sutelkė saulės spindulius į gyvsidabrio oksido miltelius. Gerai žinomas laboratorinis metodas taip pat yra terminis okso druskų, pavyzdžiui, kalio chlorato, disociacija, esant katalizatoriui - mangano dioksidui:

Mangano dioksidas, dedamas nedideliais kiekiais prieš deginimą, leidžia palaikyti reikiamą temperatūrą ir disociacijos greitį, o pats MnO 2 proceso metu nekinta.

Taip pat naudojami terminio nitratų skaidymo metodai:

taip pat kai kurių aktyvių metalų peroksidai, pavyzdžiui:

2BaO 2 ® 2BaO + O 2

Pastarasis metodas vienu metu buvo plačiai naudojamas deguoniui išgauti iš atmosferos ir jį sudarė BaO kaitinimas ore, kad susidarytų BaO 2, po to terminis peroksido skaidymas. Terminio skilimo metodas išlieka svarbus vandenilio peroksido gamybai.

Fizinės savybės.

Deguonis normaliomis sąlygomis yra bespalvės, bekvapės ir beskonės dujos. Skystas deguonis yra šviesiai mėlynos spalvos. Kietasis deguonis yra mažiausiai trijų kristalinių modifikacijų. Deguonies dujos tirpsta vandenyje ir tikriausiai sudaro silpnus junginius, tokius kaip O2HH2O ir galbūt O2H2H2O.

Cheminės savybės.

Kaip jau minėta, deguonies cheminį aktyvumą lemia jo gebėjimas išsiskirti į O atomus, kurie yra labai reaktyvūs. Tik aktyviausi metalai ir mineralai su O 2 reaguoja dideliu greičiu žemoje temperatūroje. Aktyviausi šarminiai (IA pogrupiai) ir kai kurie šarminių žemių (IIA pogrupiai) metalai sudaro peroksidus, tokius kaip NaO 2 ir BaO 2 su O 2 . Kiti elementai ir junginiai reaguoja tik su disociacijos produktu O2. Esant tinkamoms sąlygoms, visi elementai, išskyrus tauriąsias dujas ir metalus Pt, Ag, Au, reaguoja su deguonimi. Šie metalai taip pat sudaro oksidus, bet ypatingomis sąlygomis.

Deguonies elektroninė struktūra (1s 2 2s 2 2p 4) yra tokia, kad O atomas priima du elektronus į išorinį lygį, kad susidarytų stabilus išorinis elektronų apvalkalas, sudarydamas O 2– joną. Šarminių metalų oksiduose daugiausia susidaro joninės jungtys. Galima daryti prielaidą, kad šių metalų elektronus beveik visiškai traukia deguonis. Mažiau aktyvių metalų ir nemetalų oksiduose elektronų perdavimas yra nepilnas, o deguonies neigiamo krūvio tankis yra mažiau ryškus, todėl ryšys yra mažiau joninis arba labiau kovalentinis.

Kai metalai oksiduojami deguonimi, išsiskiria šiluma, kurios dydis koreliuoja su M-O jungties stiprumu. Kai kurių nemetalų oksidacijos metu sugeriama šiluma, o tai rodo silpnesnius jų ryšius su deguonimi. Tokie oksidai yra termiškai nestabilūs (arba mažiau stabilūs nei oksidai su joninėmis jungtimis) ir dažnai yra labai reaktyvūs. Lentelėje palyginimui pateikiamos tipiškiausių metalų, pereinamųjų metalų ir nemetalų, A ir B pogrupių elementų oksidų susidarymo entalpijų vertės (minuso ženklas reiškia šilumos išsiskyrimą).

Galima padaryti keletą bendrų išvadų apie oksidų savybes:

1. Didėjant metalo atominiam spinduliui, šarminių metalų oksidų lydymosi temperatūra mažėja; Taigi, t pl (Cs 2 O) t pl (Na 2 O). Oksidai, kuriuose vyrauja joninis ryšys, turi aukštesnes lydymosi temperatūras nei kovalentinių oksidų lydymosi temperatūra: t pl (Na 2 O) > t pl (SO 2).

2. Reaktyviųjų metalų oksidai (IA–IIIA pogrupiai) yra termiškai stabilesni nei pereinamųjų metalų ir nemetalų oksidai. Sunkiųjų metalų oksidai, esantys aukščiausios oksidacijos laipsnio terminės disociacijos metu, sudaro žemesnės oksidacijos būsenos oksidus (pvz., 2Hg 2+ O ® (Hg +) 2 O + 0,5O 2 ® 2Hg 0 + O 2). Tokie oksidai, esantys aukštoje oksidacijos būsenoje, gali būti geri oksidatoriai.

3. Aktyviausi metalai reaguoja su molekuliniu deguonimi aukštesnėje temperatūroje, sudarydami peroksidus:

Sr + O 2 ® SrO 2 .

4. Aktyvių metalų oksidai sudaro bespalvius tirpalus, o daugumos pereinamųjų metalų oksidai yra spalvoti ir praktiškai netirpūs. Vandeniniai metalų oksidų tirpalai pasižymi bazinėmis savybėmis ir yra hidroksidai, kuriuose yra OH grupių, o nemetalų oksidai vandeniniuose tirpaluose sudaro rūgštis, turinčias H + jonų.

5. A pogrupių metalai ir nemetalai sudaro oksidus, kurių oksidacijos būsena atitinka grupės numerį, pavyzdžiui, Na, Be ir B sudaro Na 1 2 O, Be II O ir B 2 III O 3, o ne C, N , S pogrupių metalai IVA–VIIA, Cl forma C IV O 2, N V 2 O 5, S VI O 3, Cl VII 2 O 7. Elemento grupės numeris koreliuoja tik su maksimalia oksidacijos būsena, nes galimi oksidai su žemesne elementų oksidacijos būsena. Junginių degimo procesuose tipiški produktai yra oksidai, pavyzdžiui:

2H 2S + 3O 2 ® 2SO 2 + 2H 2 O

Anglies turinčios medžiagos ir angliavandeniliai, šiek tiek kaitinami, oksiduojasi (dega) iki CO 2 ir H 2 O. Tokių medžiagų pavyzdžiai yra kuras – mediena, nafta, alkoholiai (taip pat anglis – anglis, koksas ir medžio anglis). Degimo proceso šiluma panaudojama garui gaminti (o vėliau elektrai arba elektrinėms), taip pat namams šildyti. Tipinės degimo procesų lygtys yra šios:

a) mediena (celiuliozė):

(C6H10O5) n + 6n O 2 ® 6 n CO2+5 n H 2 O + šiluminė energija

b) nafta arba dujos (benzinas C 8 H 18 arba gamtinės dujos CH 4):

2C 8 H 18 + 25O 2 ® 16CO 2 + 18H 2 O + šiluminė energija

CH 4 + 2O 2 ® CO 2 + 2H 2 O + šiluminė energija

C 2 H 5 OH + 3O 2 ® 2CO 2 + 3H 2 O + šiluminė energija

d) anglis (anglis arba medžio anglis, koksas):

2C + O 2 ® 2CO + šiluminė energija

2CO + O 2 ® 2CO 2 + šiluminė energija

Taip pat dega nemažai C, H, N, O turinčių junginių, turinčių didelį energijos rezervą. Deguonis oksidacijai gali būti naudojamas ne tik iš atmosferos (kaip ir ankstesnėse reakcijose), bet ir iš pačios medžiagos. Norint pradėti reakciją, pakanka nedidelio reakcijos aktyvinimo, pavyzdžiui, smūgio ar purtymo. Šiose reakcijose degimo produktai taip pat yra oksidai, tačiau jie visi yra dujiniai ir greitai plečiasi esant aukštai galutinei proceso temperatūrai. Todėl tokios medžiagos yra sprogstamosios. Sprogstamųjų medžiagų pavyzdžiai yra trinitroglicerinas (arba nitroglicerinas) C 3 H 5 (NO 3) 3 ir trinitrotoluenas (arba TNT) C 7 H 5 (NO 2) 3.

Metalų arba nemetalų oksidai, kurių elemento oksidacijos laipsnis yra žemesnis, reaguoja su deguonimi, sudarydami aukšto elemento oksidacijos laipsnio oksidus:

Natūralūs oksidai, gauti iš rūdų arba susintetinti, naudojami kaip žaliava gaminant daugelį svarbių metalų, pavyzdžiui, geležį iš Fe 2 O 3 (hematitas) ir Fe 3 O 4 (magnetitas), aliuminį iš Al 2 O 3 (aliuminio oksidą). ), magnis iš MgO (magnezija). Lengvųjų metalų oksidai naudojami chemijos pramonėje šarmams arba bazėms gaminti. Kalio peroksidas KO 2 naudojamas neįprastai, nes esant drėgmei ir reaguodamas su ja išskiria deguonį. Todėl KO 2 naudojamas respiratoriuose deguoniui gaminti. Drėgmė iš iškvepiamo oro išskiria deguonį respiratoriuje, o KOH sugeria CO 2. CaO oksido ir kalcio hidroksido Ca(OH) 2 gamyba - didelės apimties gamyba keramikos ir cemento technologijoje.

Vanduo (vandenilio oksidas).

Vandens H 2 O svarba tiek laboratorinėje praktikoje cheminėms reakcijoms, tiek gyvybės procesams reikalauja ypatingo dėmesio šiai medžiagai VANDUO, LEDAS IR GARO. Kaip jau minėta, tiesioginės deguonies ir vandenilio sąveikos metu tokiomis sąlygomis, pavyzdžiui, įvyksta kibirkšties iškrova, įvyksta sprogimas ir susidaro vanduo, išsiskiria 143 kJ/(mol H 2 O).

Vandens molekulė yra beveik tetraedrinės struktūros, H-O-H kampas yra 104° 30°. Ryšiai molekulėje yra iš dalies joniniai (30%) ir iš dalies kovalentiniai su dideliu neigiamo deguonies krūvio tankiu ir atitinkamai teigiamu vandenilio krūviu:

Dėl didelio H-O jungčių stiprumo vandenilis sunkiai atsiskiria nuo deguonies, o vanduo pasižymi labai silpnomis rūgštinėmis savybėmis. Daugelį vandens savybių lemia krūvių pasiskirstymas. Pavyzdžiui, vandens molekulė sudaro hidratą su metalo jonu:

Vanduo atiduoda vieną elektronų porą akceptoriui, kuris gali būti H +:

Oksoanijonai ir oksokacijos

– deguonies turinčios dalelės, turinčios liekamąjį neigiamą (oksoanijonų) arba liekamąjį teigiamą (oksokacijos) krūvį. O 2– jonas turi didelį afinitetą (didelį reaktyvumą) teigiamai įkrautoms dalelėms, tokioms kaip H +. Paprasčiausias stabilių oksoanijonų atstovas yra hidroksido jonas OH –. Tai paaiškina didelį krūvio tankį turinčių atomų nestabilumą ir jų dalinį stabilizavimą dėl teigiamo krūvio dalelės pridėjimo. Todėl, kai aktyvus metalas (ar jo oksidas) veikia vandenį, susidaro OH–, o ne O 2–:

2Na + 2H 2O ® 2Na + + 2OH – + H2

Na 2 O + H 2 O ® 2Na + + 2OH –

Sudėtingesni oksoanijonai susidaro iš deguonies su metalo jonu arba nemetalinėmis dalelėmis, turinčiomis didelį teigiamą krūvį, todėl mažo krūvio dalelė yra stabilesnė, pavyzdžiui:

Vienas iš svarbiausių elementų mūsų planetoje yra deguonis. Šios medžiagos cheminės savybės leidžia jai dalyvauti biologiniuose procesuose, o dėl padidėjusio aktyvumo deguonis tampa reikšmingu visų žinomų cheminių reakcijų dalyviu. Laisvoje būsenoje ši medžiaga yra atmosferoje. Surištas deguonis yra mineralų, uolienų ir sudėtingų medžiagų, sudarančių įvairius gyvus organizmus, dalis. Apskaičiuota, kad bendras deguonies kiekis Žemėje sudaro 47% visos mūsų planetos masės.

Deguonies žymėjimas

Periodinėje lentelėje deguonis užima aštuntą šios lentelės langelį. Jo tarptautinis pavadinimas yra oksigeniumas. Cheminiuose užrašuose jis žymimas lotyniška raide "O". Atominis deguonis natūralioje aplinkoje nebūna, jo dalelės susijungia į porines dujų molekules, kurių molekulinė masė yra 32 g/mol.

Oras ir deguonis

Oras yra kelių Žemėje paplitusių dujų mišinys. Didžioji dalis azoto oro masėje sudaro 78,2 % tūrio ir 75,5 % masės. Deguonis užima tik antrąją vietą pagal tūrį - 20,9%, o pagal masę - 23,2%. Trečioji vieta skirta tauriosioms dujoms. Likusios priemaišos – anglies dioksidas, vandens garai, dulkės ir kt. – bendroje oro masėje užima tik procento dalis.

Visa natūralaus deguonies masė yra trijų izotopų mišinys – 16 O, 17 O, 18 O. Šių izotopų procentinė dalis bendroje deguonies masėje yra atitinkamai 99,76%, 0,04% ir 0,2%.

Fizinės ir cheminės deguonies savybės

Vienas litras oro normaliomis sąlygomis sveria 1,293 g Temperatūrai nukritus iki -140⁰C, oras tampa bespalviu skaidriu skysčiu. Nepaisant žemos virimo temperatūros, oras gali būti laikomas skystoje būsenoje net kambario temperatūroje. Norėdami tai padaryti, skystis turi būti dedamas į vadinamąją Dewar kolbą. Panardinimas į skystą deguonį radikaliai pakeičia normalias objektų savybes.

Deguonis ištirpsta vandenyje, nors ir nedideliais kiekiais – jūros vandenyje yra 3-5 % deguonies. Tačiau net ir toks mažas šių dujų kiekis paskatino egzistuoti žuvims, vėžiagyviams ir įvairiems jūrų organizmams, kurie gauna deguonį iš vandens, kad palaikytų savo gyvybės palaikymo procesus.

Deguonies atomo sandara

Aprašytos deguonies savybės pirmiausia paaiškinamos šio elemento vidine struktūra.

Deguonis priklauso pagrindiniam šeštosios periodinės lentelės elementų grupės pogrupiui. Išoriniame elemento elektronų debesyje yra šeši elektronai, iš kurių keturi užima p orbitales, o likusieji du yra s orbitalėse. Ši vidinė struktūra sukelia dideles energijos sąnaudas, kuriomis siekiama nutraukti elektroninius ryšius – deguonies atomui lengviau pasiskolinti du trūkstamus elektronus į išorinę orbitalę, nei atiduoti savo šešis. Todėl deguonies kovalentiškumas daugeliu atvejų yra du. Dviejų laisvųjų elektronų dėka deguonis lengvai suformuoja dviatomes molekules, kurios pasižymi dideliu jungties stiprumu. Tik esant didesnei nei 498 J/mol energijai, molekulės suyra ir susidaro atominis deguonis. Šio elemento cheminės savybės leidžia jam reaguoti su visomis žinomomis medžiagomis, išskyrus helią, neoną ir argoną. Sąveikos greitis priklauso nuo reakcijos temperatūros ir medžiagos pobūdžio.

Cheminės deguonies savybės

Deguonis reaguoja su įvairiomis medžiagomis ir susidaro oksidai, šios reakcijos būdingos tiek metalams, tiek nemetalams. Deguonies junginiai su metalais vadinami baziniais oksidais – klasikiniai pavyzdžiai yra magnio oksidas ir kalcio oksidas. Metalo oksidų sąveika su vandeniu lemia hidroksidų susidarymą, patvirtinantį aktyvias chemines deguonies savybes. Su nemetalais ši medžiaga sudaro rūgštinius oksidus – pavyzdžiui, sieros trioksidas SO 3. Šiam elementui reaguojant su vandeniu, gaunama sieros rūgštis.

Cheminis aktyvumas

Deguonis tiesiogiai sąveikauja su didžiąja dauguma elementų. Išimtys yra auksas, halogenai ir platina. Deguonies sąveika su tam tikromis medžiagomis žymiai paspartėja esant katalizatoriams. Pavyzdžiui, vandenilio ir deguonies mišinys, esant platinai, reaguoja net kambario temperatūroje. Dėl kurtinančio sprogimo mišinys virsta paprastu vandeniu, kurio svarbus komponentas yra deguonis. Elemento cheminės savybės ir didelis aktyvumas paaiškina didelio kiekio šviesos ir šilumos išsiskyrimą, todėl cheminės reakcijos su deguonimi dažnai vadinamos degimu.

Degimas gryname deguonyje vyksta daug intensyviau nei ore, nors reakcijos metu išsiskiriantis šilumos kiekis bus maždaug toks pat, tačiau procesas vyksta daug greičiau, nes nėra azoto, o degimo temperatūra tampa aukštesnė.

Deguonies gavimas

1774 metais anglų mokslininkas D. Priestley išskyrė nežinomas dujas iš gyvsidabrio oksido skilimo reakcijos. Tačiau mokslininkas nesujungė išsiskyrusių dujų su jau žinoma medžiaga, kuri yra oro dalis. Tik po kelerių metų didysis Lavuazjė ištyrė šios reakcijos metu gauto deguonies fizikines ir chemines savybes ir įrodė jo tapatybę su dujomis, kurios yra oro dalis. Šiuolaikiniame pasaulyje deguonis gaunamas iš oro. Laboratorijose naudoju pramoninį deguonį, kuris tiekiamas cilindruose apie 15 MPa slėgio. Grynas deguonis taip pat gali būti gaunamas laboratorinėmis sąlygomis, naudojant terminį kalio permanganato skaidymą, kuris vyksta pagal formulę:

Ozono gamyba

Jei elektra praleidžiama per deguonį ar orą, atmosferoje atsiras būdingas kvapas, skelbiantis naujos medžiagos – ozono – atsiradimą. Ozoną galima gauti ir iš chemiškai gryno deguonies. Šios medžiagos susidarymą galima išreikšti formule:

Ši reakcija negali vykti savarankiškai, norint ją sėkmingai užbaigti, reikia išorinės energijos. Tačiau atvirkštinis ozono pavertimas deguonimi vyksta spontaniškai. Deguonies ir ozono cheminės savybės įvairiais būdais skiriasi. Ozonas nuo deguonies skiriasi tankiu, lydymosi ir virimo temperatūra. Įprastomis sąlygomis šios dujos yra mėlynos spalvos ir būdingo kvapo. Ozonas turi didesnį elektros laidumą ir geriau tirpsta vandenyje nei deguonis. Cheminės ozono savybės paaiškinamos jo skilimo procesu – skaidant šios medžiagos molekulę susidaro dviatomė deguonies molekulė plius vienas laisvas šio elemento atomas, kuris agresyviai reaguoja su kitomis medžiagomis. Pavyzdžiui, žinoma reakcija tarp ozono ir deguonies: 6Ag+O 3 =3Ag 2 O

Tačiau paprastas deguonis nesijungia su sidabru net aukštoje temperatūroje.

Gamtoje dėl aktyvaus ozono irimo susidaro vadinamosios ozono skylės, kurios kelia grėsmę gyvybės procesams mūsų planetoje.

DEGUONIS (lot. Oxygenium), O, periodinės lentelės trumposios formos (ilgosios formos 16 grupės) VI grupės cheminis elementas, priklauso chalkogenams; atominis skaičius 8, atominė masė 15,9994. Natūralus deguonis susideda iš trijų izotopų: 16 O (99,757 %), 17 O (0,038 %) ir 18 O (0,205 %). Mišinyje vyrauja lengviausi 16 O izotopai dėl to, kad 16 O atomo branduolys susideda iš 8 protonų ir 8 neutronų. Vienodas protonų ir neutronų skaičius lemia didelę jų surišimo energiją branduolyje ir didžiausią 16 O branduolių stabilumą, lyginant su kitais. Radioizotopai, kurių masės skaičiai 12-26, buvo gauti dirbtinai.

Istorinė informacija. Deguonies 1774 m. nepriklausomai gavo K. Scheele (deginant kalio nitratus KNO 3 ir natrio NaNO 3, mangano dioksidą MnO 2 ir kitas medžiagas) ir J. Priestley (kaitinant švino tetroksidą Pb 3 O 4 ir gyvsidabrio oksidą HgO). Vėliau, kai buvo nustatyta, kad deguonis yra rūgščių dalis, A. Lavoisier pasiūlė oksigeno pavadinimą (iš graikų όχύς - rūgštus ir γεννάω - aš pagimdžiu, todėl rusiškas pavadinimas "deguonis").

Paplitimas gamtoje. Deguonis yra labiausiai paplitęs cheminis elementas Žemėje: chemiškai surišto deguonies kiekis hidrosferoje yra 85,82% (daugiausia vandens pavidalu), žemės plutoje - 49% masės. Yra žinoma, kad daugiau nei 1400 mineralų turi deguonies. Tarp jų vyrauja mineralai, susidarantys iš deguonies turinčių rūgščių druskų (svarbiausios klasės yra natūralūs karbonatai, natūralūs silikatai, natūralūs sulfatai, natūralūs fosfatai), jų pagrindu pagamintos uolienos (pavyzdžiui, kalkakmenis, marmuras), taip pat įvairios natūralūs oksidai, gamtiniai ir uolienų hidroksidai (pavyzdžiui, bazaltas). Molekulinis deguonis sudaro 20,95 % tūrio (23,10 % masės) žemės atmosferos. Atmosferos deguonis yra biologinės kilmės ir susidaro žaliuose augaluose, kuriuose fotosintezės metu yra chlorofilo iš vandens ir anglies dioksido. Augalų išskiriamas deguonies kiekis kompensuoja irimo, degimo, kvėpavimo procesuose sunaudojamą deguonies kiekį.

Deguonis, biogeninis elementas, yra svarbiausių natūralių organinių junginių (baltymų, riebalų, nukleino rūgščių, angliavandenių ir kt.) klasių dalis ir skeleto neorganinių junginių sudėtyje.

Savybės. Deguonies atomo išorinio elektroninio apvalkalo sandara 2s 2 2p 4; junginiuose pasižymi oksidacijos laipsniais -2, -1, retai +1, +2; Paulingo elektronegatyvumas 3,44 (elektronegatyviausias elementas po fluoro); atominis spindulys 60 pm; O2 jono spindulys yra 121 pm (koordinacijos numeris 2). Dujinėje, skystoje ir kietoje būsenoje deguonis egzistuoja dviatominių O 2 molekulių pavidalu. O 2 molekulės yra paramagnetinės. Taip pat yra alotropinė deguonies modifikacija – ozonas, susidedantis iš triatominių O 3 molekulių.

Pradinėje būsenoje deguonies atomas turi lyginį valentinių elektronų skaičių, iš kurių du yra nesusiję. Todėl deguonis, kuriame nėra mažos energijos laisvos d-opbitalės, daugumoje cheminių junginių yra dvivalentis. Priklausomai nuo cheminio ryšio pobūdžio ir junginio kristalinės struktūros tipo, deguonies koordinacinis skaičius gali būti skirtingas: O (atominis deguonis), 1 (pavyzdžiui, O 2, CO 2), 2 (pavyzdžiui, H 2 O, H 2 O 2), 3 (pavyzdžiui, H 3 O +), 4 (pavyzdžiui, Be ir Zn oksoacetatai), 6 (pavyzdžiui, MgO, CdO), 8 (pavyzdžiui, Na 2 O , Cs2O). Dėl mažo atomo spindulio deguonis gali sudaryti stiprius π ryšius su kitais atomais, pavyzdžiui, su deguonies atomais (O 2, O 3), anglimi, azotu, siera, fosforu. Todėl deguoniui viena dviguba jungtis (494 kJ/mol) yra energetiškai palankesnė nei dvi viengubos jungtys (146 kJ/mol).

O 2 molekulių paramagnetizmas paaiškinamas dviejų nesuporuotų elektronų su lygiagrečiais sukiniais buvimu dvigubai išsigimusiose antijungimo π* orbitose. Kadangi molekulės jungiamosiose orbitalėse yra keturiais elektronais daugiau nei antirišančiose orbitalėse, O2 ryšio tvarka yra 2, ty ryšys tarp deguonies atomų yra dvigubas. Jei fotocheminio ar cheminio poveikio metu vienoje π* orbitoje atsiranda du elektronai su priešingais sukiniais, atsiranda pirmoji sužadinta būsena, kurios energija yra 92 kJ/mol virš pagrindinės būsenos. Jei, sužadinant deguonies atomą, du elektronai užima dvi skirtingas π* orbitales ir turi priešingus sukinius, atsiranda antroji sužadinta būsena, kurios energija yra 155 kJ/mol didesnė už pagrindinę būseną. Sužadinimą lydi O-O tarpatominių atstumų padidėjimas: nuo 120,74 pm pagrindinėje būsenoje iki 121,55 pm pirmoje būsenoje ir iki 122,77 pm antroje sužadinimo būsenoje, o tai savo ruožtu lemia O-O ryšio susilpnėjimą ir padidinti deguonies cheminį aktyvumą. Abi sužadintos O2 molekulės būsenos vaidina svarbų vaidmenį oksidacijos reakcijose dujų fazėje.

Deguonis yra bespalvės, bekvapės ir beskonės dujos; t lydalo -218,3 °C, t virimo -182,9 °C, dujinio deguonies tankis 1428,97 kg/dm 3 (esant 0 °C ir normaliam slėgiui). Skystas deguonis yra šviesiai mėlynas skystis, kietasis deguonis yra mėlyna kristalinė medžiaga. Esant 0 °C, šilumos laidumas 24,65-10 -3 W/(mK), molinė šiluminė talpa esant pastoviam slėgiui 29,27 J/(mol K), dujinio deguonies dielektrinė konstanta 1,000547, skysto deguonies – 1,491. Deguonis blogai tirpsta vandenyje (3,1 % deguonies tūrio esant 20°C), gerai tirpsta kai kuriuose organiniuose fluoro tirpikliuose, pavyzdžiui, perfluordekaline (4500 % deguonies tūrio 0°C temperatūroje). Didelį deguonies kiekį ištirpdo taurieji metalai: sidabras, auksas ir platina. Dujų tirpumas išlydytame sidabre (2200 tūrio proc. 962 °C temperatūroje) staigiai mažėja mažėjant temperatūrai, todėl atvėsus ore sidabro lydalas „užverda“ ir purslai dėl intensyvaus ištirpusio deguonies išsiskyrimo.

Deguonis yra labai reaktyvus, stiprus oksidatorius: normaliomis sąlygomis jis reaguoja su dauguma paprastų medžiagų, daugiausia sudarydamas atitinkamus oksidus (daugelį reakcijų, kurios vyksta lėtai kambario ir žemesnėje temperatūroje, lydi sprogimas ir didelės šilumos kiekis kaitinant). Deguonis normaliomis sąlygomis reaguoja su vandeniliu (susidaro vanduo H 2 O; deguonies ir vandenilio mišiniai yra sprogūs – žr. Sprogstamosios dujos), kaitinant – su siera (sieros dioksidas SO 2 ir sieros trioksidas SO 3), anglimi (anglies oksidas CO , anglies dioksidas CO 2), fosforas (fosforo oksidai), daug metalų (metalų oksidai), ypač lengvai su šarminiais ir šarminiais žemės metalais (daugiausia metalų peroksidai ir superoksidai, pvz., bario peroksidas BaO 2, kalio superoksidas KO 2). Deguonis reaguoja su azotu aukštesnėje nei 1200 °C temperatūroje arba veikiamas elektros iškrovos (susidaro azoto monoksidas NO). Deguonies junginiai su ksenonu, kriptonu, halogenais, auksu ir platina gaunami netiesiogiai. Deguonis nesudaro cheminių junginių su heliu, neonu ir argonu. Skystas deguonis taip pat yra stiprus oksidatorius: jame suvilgyta vata užsiliepsnojusi akimirksniu dega kai kurios lakios organinės medžiagos, kai jos yra kelių metrų atstumu nuo atviro indo su skystu deguonimi.

Deguonis sudaro tris jonines formas, kurių kiekviena lemia atskiros cheminių junginių klasės savybes: O 2 - superoksidai (deguonies atomo formali oksidacijos būsena -0,5), O 2 - peroksido junginiai (deguonies atomo oksidacijos būsena -1). , pavyzdžiui, vandenilio peroksidas H 2 O 2), O 2- oksidai (deguonies atomo oksidacijos būsena -2). Deguonis atitinkamai fluoriduose O 2 F 2 ir OF 2 turi teigiamą oksidacijos būseną +1 ir +2. Deguonies fluoridai yra nestabilūs, yra stiprūs oksidatoriai ir fluorinantys reagentai.

Molekulinis deguonis yra silpnas ligandas ir prisijungia prie kai kurių Fe, Co, Mn, Cu kompleksų. Tarp tokių kompleksų svarbiausias yra geležies porfirinas, kuris yra hemoglobino – baltymo, pernešančio deguonį šiltakraujų gyvūnų organizme, dalis.

Biologinis vaidmuo. Deguonis, tiek laisvos formos, tiek įvairių medžiagų (pavyzdžiui, oksidazių ir oksidoreduktazių fermentų) sudėtyje, dalyvauja visuose gyvuose organizmuose vykstančiuose oksidaciniuose procesuose. Dėl to gyvenimo procese išsiskiria ir sunaudojama daug energijos.

Kvitas. Pramoniniu mastu deguonis gaminamas skystinant ir frakciniu būdu distiliuojant orą (žr. straipsnį Oro atskyrimas), taip pat elektrolizės būdu. Laboratorinėmis sąlygomis deguonis gaunamas skaidant kaitinant vandenilio peroksidą (2P 2 O 2 = 2H 2 O + O 2), metalų oksidus (pavyzdžiui, gyvsidabrio oksidą: 2HgO = 2Hg + O 2), deguonies turinčių oksiduojančių medžiagų druskas. rūgštys (pavyzdžiui, kalio chloratas : 2KlO 3 = 2KCl + 3O 2, kalio permanganatas: 2KMnO 4 = K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2), elektrolizuojant NaOH vandeninį tirpalą. Dujinis deguonis laikomas ir gabenamas plieniniuose balionuose, nudažytuose mėlynai, esant 15 ir 42 MPa slėgiui, skystas deguonis – metaliniuose Dewar induose arba specialiuose tankų rezervuaruose.

Taikymas. Techninis deguonis naudojamas kaip oksidatorius metalurgijoje (žr., pvz., Deguonies konverterio procesas), metalų apdirbimui dujų liepsnoje (žr., pavyzdžiui, pjovimą deguonimi), chemijos pramonėje gaminant dirbtinį skystąjį kurą. , tepalinės alyvos, azoto ir sieros rūgštys, metanolis, amoniako ir amoniako trąšos, metalų peroksidai ir kt. Grynas deguonis naudojamas deguonies kvėpavimo aparatuose erdvėlaiviuose, povandeniniuose laivuose, kopiant į aukštį, dirbant po vandeniu, medicininiais tikslais medicinoje ( žr. straipsnį Deguonies terapija). Skystas deguonis naudojamas kaip oksidatorius raketų kurui sprogdinimo operacijų metu. Vandenines deguonies dujų tirpalų emulsijas kai kuriuose organiniuose fluoro tirpikliuose pasiūlyta naudoti kaip dirbtinius kraujo pakaitalus (pavyzdžiui, perftoraną).

Lit.: Saunders N. Deguonis ir 16 grupės elementai. Oxf., 2003; Drozdovas A. A., Zlomanovas V. P., Mazo G. N., Spiridonovas F. M. Neorganinė chemija. M., 2004. T. 2; Shriver D., Atkins P. Neorganinė chemija. M., 2004. T. 1-2.