Kaip deguonis reaguoja reakcijoje? Deguonis – elemento charakteristikos, paplitimas gamtoje, fizikinės ir cheminės savybės, paruošimas

Cheminis elementas deguonis gali egzistuoti dviejų alotropinių modifikacijų pavidalu, t.y. sudaro dvi paprastas medžiagas. Abi šios medžiagos turi molekulinę struktūrą. Vienas iš jų turi formulę O 2 ir vadinamas deguonimi, t.y. toks pat kaip cheminio elemento, pagal kurį jis susidaro, pavadinimas.

Kita paprasta medžiaga, kurią sudaro deguonis, vadinama ozonu. Ozonas, skirtingai nei deguonis, susideda iš triatominių molekulių, t.y. turi formulę O 3 .
Kadangi pagrindinė ir labiausiai paplitusi deguonies forma yra molekulinis deguonis O 2, pirmiausia panagrinėsime jo chemines savybes.

Cheminis elementas deguonis yra antroje vietoje pagal elektronegatyvumą tarp visų elementų ir nusileidžia tik fluorui. Šiuo atžvilgiu logiška manyti, kad yra didelis deguonies aktyvumas ir beveik tik oksiduojančios savybės. Iš tiesų, paprastų ir sudėtingų medžiagų, su kuriomis gali reaguoti deguonis, sąrašas yra didžiulis. Tačiau reikia pažymėti, kad kadangi deguonies molekulė turi stiprią dvigubą jungtį, daugumai reakcijų su deguonimi reikia kaitinti. Dažniausiai pačioje reakcijos (uždegimo) pradžioje reikalingas stiprus kaitinimas, po kurio daugelis reakcijų vyksta toliau nepriklausomai, nepaduodant šilumos iš išorės.

Iš paprastų medžiagų deguonimi neoksiduoja tik taurieji metalai (Ag, Pt, Au), halogenai ir inertinės dujos.

Siera degina deguonį ir susidaro sieros dioksidas:

Fosforas, priklausomai nuo deguonies pertekliaus ar trūkumo, gali sudaryti ir fosforo oksidą (V), ir fosforo oksidą (III):

Deguonies sąveika su azotu vyksta itin atšiauriomis sąlygomis, nes deguonies ir ypač azoto molekulių surišimo energija yra labai didelė. Didelis abiejų elementų elektronegatyvumas taip pat prisideda prie reakcijos sudėtingumo. Reakcija prasideda tik aukštesnėje nei 2000 o C temperatūroje ir yra grįžtama:

Ne visos paprastos medžiagos reaguoja su deguonimi ir susidaro oksidai. Pavyzdžiui, natris, degdamas deguonimi, sudaro peroksidą:

o kalis yra superoksidas:

Dažniausiai deguonyje degant sudėtingoms medžiagoms susidaro elementų, sudarančių pirminę medžiagą, oksidų mišinys. Pavyzdžiui:

Tačiau deguonyje degant azoto turinčioms organinėms medžiagoms, vietoj azoto oksido susidaro molekulinis azotas N2. Pavyzdžiui:

Kai chloro dariniai dega deguonyje, vietoj chloro oksidų susidaro vandenilio chloridas:

Cheminės sieros savybės

Siera kaip cheminis elementas gali egzistuoti keliomis alotropinėmis modifikacijomis. Yra rombinė, monoklininė ir plastinė siera. Monoklininė siera gali būti gaunama lėtai aušinant ortorombinės sieros lydalą, o plastikinė siera, atvirkščiai, gaunama smarkiai atvėsinant sieros lydalą, kuris anksčiau buvo užvirintas. Plastikinė siera turi retą neorganinių medžiagų elastingumo savybę – veikiama išorinės jėgos ji gali grįžtamai ištempti, o pasibaigus šiai įtakai grąžinti į pradinę formą. Ortorombinė siera normaliomis sąlygomis yra stabiliausia, o visos kitos alotropinės modifikacijos laikui bėgant į ją virsta.

Ortorombinės sieros molekulės susideda iš aštuonių atomų, t.y. jo formulę galima parašyti kaip S 8. Tačiau kadangi visų modifikacijų cheminės savybės yra pakankamai panašios, kad nebūtų sunku parašyti reakcijų lygtis, bet kokia siera tiesiog žymima simboliu S.

Siera gali sąveikauti tiek su paprastomis, tiek su sudėtingomis medžiagomis. Cheminėse reakcijose jis pasižymės ir oksiduojančiomis, ir redukuojančiomis savybėmis.

Sieros oksidacinės savybės pasireiškia, kai ji sąveikauja su metalais, taip pat su nemetalais, kuriuos sudaro mažiau elektroneigiamo elemento (vandenilio, anglies, fosforo) atomai:

Siera veikia kaip reduktorius, kai sąveikauja su nemetalais, kuriuos sudaro daugiau elektronneigiamų elementų (deguonies, halogenų), taip pat sudėtingomis medžiagomis, turinčiomis ryškią oksidacinę funkciją, pavyzdžiui, sieros ir koncentruotomis azoto rūgštimis:

Siera taip pat reaguoja verdant su koncentruotais vandeniniais šarmų tirpalais. Sąveika vyksta pagal disproporcijos tipą, t.y. siera tuo pačiu sumažina ir padidina jo oksidacijos būseną.

Deguonis (lot. Oxygenium), O, Mendelejevo periodinės sistemos VI grupės cheminis elementas; atominis skaičius 8, atominė masė 15,9994. Normaliomis sąlygomis deguonis yra bespalvės, bekvapės ir beskonės dujos. Sunku įvardinti kitą elementą, kuris mūsų planetoje atliktų tokį svarbų vaidmenį kaip deguonis.

Istorinė nuoroda. Degimo ir kvėpavimo procesai jau seniai traukė mokslininkų dėmesį. Pirmieji požymiai, kad ne visas oras, o tik „aktyvioji“ jo dalis palaiko degimą, buvo rasti VIII amžiaus kinų rankraščiuose. Daug vėliau Leonardo da Vinci (1452-1519) orą laikė dviejų dujų mišiniu, iš kurių tik viena sunaudojama degant ir kvėpuojant. Galutinis dviejų pagrindinių oro komponentų – azoto ir deguonies – atradimas, sukūręs mokslo erą, įvyko tik XVIII amžiaus pabaigoje. Deguonies beveik vienu metu gavo K. Scheele (1769-70) kalcinuodamas salietrą (KNO3, NaNO3), mangano dioksidą MnO2 ir kitas medžiagas bei J. Priestley (1774) kaitindamas raudonąjį šviną Pb3O4 ir gyvsidabrio oksidą HgO. 1772 metais D. Rutherfordas atrado azotą. 1775 metais A. Lavoisier, atlikęs kiekybinę oro analizę, nustatė, kad jis „susideda iš dviejų skirtingos ir, galima sakyti, priešingos prigimties (dujų), tai yra iš deguonies ir azoto. Remdamasis išsamiais eksperimentiniais tyrimais, Lavoisier teisingai paaiškino degimą ir kvėpavimą kaip medžiagų sąveikos su deguonimi procesus. Kadangi deguonis yra rūgščių dalis, Lavoisier pavadino jį deguonimi, tai yra, „sudaro rūgštis“ (iš graikų kalbos oxys - rūgštus ir gennao - aš pagimdžiu; iš čia kilo rusiškas pavadinimas „deguonis“).

Deguonies pasiskirstymas gamtoje. Deguonis yra gausiausias cheminis elementas Žemėje. Surištas deguonis sudaro apie 6/7 Žemės vandens apvalkalo masės – hidrosferos (85,82 % masės), beveik pusę litosferos (47 % masės) ir tik atmosferoje, kur deguonis yra laisvoje erdvėje. būseną, ar užima antrą vietą (23 ,15 % masės) po azoto.

Deguonis taip pat užima pirmąją vietą pagal susidarančių mineralų skaičių (1364); Tarp mineralų, kuriuose yra deguonies, vyrauja silikatai (lauko špatai, žėručiai ir kiti), kvarcas, geležies oksidai, karbonatai ir sulfatai. Gyvi organizmai turi vidutiniškai apie 70 % deguonies; jis yra daugelio svarbiausių organinių junginių (baltymų, riebalų, angliavandenių ir kt.) dalis ir skeleto neorganinių junginių sudėtyje. Laisvo deguonies vaidmuo yra nepaprastai svarbus biocheminiuose ir fiziologiniuose procesuose, ypač kvėpuojant. Išskyrus kai kuriuos anaerobinius mikroorganizmus, visi gyvūnai ir augalai gyvybei reikalingą energiją gauna biologiškai oksiduodami įvairias medžiagas deguonies pagalba.

Visa laisvo deguonies masė Žemėje atsirado ir išsaugoma dėl gyvybinės žaliųjų augalų veiklos sausumoje ir Pasaulio vandenyne, kurie fotosintezės procese išskiria deguonį. Žemės paviršiuje, kur vyksta fotosintezė ir vyrauja laisvas deguonis, susidaro smarkiai oksiduojančios sąlygos. Priešingai, magmoje, taip pat giliuose požeminio vandens horizontuose, jūrų ir ežerų dumbluose, pelkėse, kur nėra laisvo deguonies, susidaro redukuojanti aplinka. Redokso procesai, kuriuose dalyvauja deguonis, lemia daugelio elementų koncentraciją ir mineralinių telkinių susidarymą – anglies, naftos, sieros, geležies rūdos, vario ir kt. Deguonies ciklo pokyčius lemia ir žmogaus ekonominė veikla. Kai kuriose pramoninėse šalyse deginant kurą sunaudojama daugiau deguonies, nei jų pagamina augalai fotosintezės metu. Iš viso pasaulyje per metus kuro deginimui sunaudojama apie 9·109 tonos deguonies.

Deguonies izotopai, atomas ir molekulė. Deguonis turi tris stabilius izotopus: 16O, 17O ir 18O, kurių vidutinis kiekis atitinkamai sudaro 99,759%, 0,037% ir 0,204% viso deguonies atomų skaičiaus Žemėje. Ryškų lengviausių iš jų – 16O – vyravimą izotopų mišinyje lemia tai, kad 16O atomo branduolys susideda iš 8 protonų ir 8 neutronų. O tokie branduoliai, kaip išplaukia iš atomo branduolio teorijos, yra ypač stabilūs.

Atsižvelgiant į deguonies padėtį Mendelejevo periodinėje elementų lentelėje, deguonies atomo elektronai yra dviejuose apvalkaluose: 2 vidiniame ir 6 išoriniame (konfigūracija 1s22s22p4). Kadangi deguonies atomo išorinis apvalkalas yra neužpildytas, o jonizacijos potencialas ir elektronų afinitetas yra atitinkamai 13,61 ir 1,46 eV, deguonies atomas cheminiuose junginiuose dažniausiai įgyja elektronus ir turi neigiamą efektyvųjį krūvį. Atvirkščiai, junginiai, kuriuose elektronai atsiskiria (tiksliau, atitraukia) nuo deguonies atomo, yra itin reti (pvz., F2O, F2O3). Anksčiau, remiantis tik deguonies padėtimi periodinėje lentelėje, deguonies atomui oksiduose ir daugumoje kitų junginių buvo priskirtas neigiamas krūvis (-2). Tačiau, kaip rodo eksperimentiniai duomenys, O2 - jonas neegzistuoja nei laisvoje būsenoje, nei junginiuose, o neigiamas efektyvusis deguonies atomo krūvis beveik niekada neviršija vienybės.

Normaliomis sąlygomis deguonies molekulė yra dviatomė (O2); tylioje elektros iškrovoje taip pat susidaro triatominė molekulė O3 – ozonas; esant dideliam slėgiui O4 molekulių randama nedideliais kiekiais. O2 elektroninė struktūra kelia didelį teorinį susidomėjimą. Pradinėje būsenoje O2 molekulė turi du nesuporuotus elektronus; jam netaikoma „įprasta“ klasikinė struktūrinė formulė O=O su dviem dviejų elektronų ryšiais. Išsamus šio fakto paaiškinimas pateikiamas molekulinių orbitų teorijos rėmuose. Deguonies molekulės (O2 - e > O2+) jonizacijos energija yra 12,2 eV, o elektronų giminingumas (O2 + e > O2-) yra 0,94 eV. Molekulinio deguonies disociacija į atomus įprastoje temperatūroje yra nereikšminga, pastebima tik 1500 °C temperatūroje; 5000°C temperatūroje deguonies molekulės beveik visiškai suskaidomos į atomus.

Fizinės deguonies savybės. Deguonis yra bespalvės dujos, kurios esant -182,9°C ir normaliam slėgiui kondensuojasi į blyškiai mėlyną skystį, kuris kietėja esant -218,7°C ir susidaro mėlyni kristalai. Deguonies dujų tankis (esant 0°C ir normaliam slėgiui) yra 1,42897 g/l. Kritinė Deguonies temperatūra yra gana žema (Tcrit = -118,84°C), tai yra žemesnė nei Cl2, CO2, SO2 ir kai kurių kitų dujų; Tkrit = 4,97 Mn/m2 (49,71 at). Šilumos laidumas (esant 0°C) 23,86·10-3 W/(m·K). Molinė šiluminė talpa (esant 0°C) J/(mol K) Сp = 28,9, Сv = 20,5, Сp/Сv = 1,403. Dujinio deguonies dielektrinė konstanta yra 1,000547 (0°C), skysčio 1,491. Klampumas 189 ppm (0°C). Deguonis mažai tirpsta vandenyje: esant 20°C ir 1 atm, 1 m 3 ištirpsta 0,031 m3 vandens, o esant 0°C - 0,049 m 3 deguonies. Geri kietieji deguonies absorberiai yra platinos juoda ir aktyvioji anglis.

Cheminės deguonies savybės. Deguonis sudaro cheminius junginius su visais elementais, išskyrus lengvas inertines dujas. Būdamas aktyviausias (po fluoro) nemetalas, deguonis tiesiogiai sąveikauja su dauguma elementų; išimtys yra sunkiosios inertinės dujos, halogenai, auksas ir platina; jų jungtys su deguonimi gaunamos netiesiogiai. Beveik visos deguonies reakcijos su kitomis medžiagomis – oksidacijos reakcijos – yra egzoterminės, tai yra, jas lydi energijos išsiskyrimas. Deguonis labai lėtai reaguoja su vandeniliu esant normaliai temperatūrai, aukštesnėje nei 550°C temperatūroje ši reakcija vyksta sprogimo metu 2H2 + O2 = 2H2O.

Įprastomis sąlygomis deguonis labai lėtai reaguoja su siera, anglimi, azotu ir fosforu. Kylant temperatūrai, didėja reakcijos greitis ir esant tam tikrai kiekvienam elementui būdingai užsidegimo temperatūrai prasideda degimas. Azoto reakcija su deguonimi dėl ypatingo N2 molekulės stiprumo yra endoterminė ir pastebima tik aukštesnėje nei 1200°C temperatūroje arba elektros iškrovoje: N2 + O2 = 2NO. Deguonis aktyviai oksiduoja beveik visus metalus, ypač šarminius ir šarminius žemės metalus. Metalo ir deguonies sąveikos aktyvumas priklauso nuo daugelio veiksnių – metalo paviršiaus būklės, šlifavimo laipsnio ir priemaišų buvimo.

Medžiagos sąveikos su deguonimi procese vandens vaidmuo yra nepaprastai svarbus. Pavyzdžiui, net toks aktyvus metalas kaip kalis nereaguoja su visiškai drėgmės neturinčiu deguonimi, o užsidega deguonimi įprastoje temperatūroje, esant net nedideliam vandens garų kiekiui. Skaičiuojama, kad kasmet dėl ​​korozijos prarandama iki 10 % viso pagaminamo metalo.

Kai kurių metalų oksidai, pridedant deguonies, sudaro peroksido junginius, kuriuose yra 2 ar daugiau tarpusavyje susijusių deguonies atomų. Taigi peroksidai Na2O2 ir BaO2 apima peroksido joną O22-, superoksidus NaO2 ir СО2 – O2- joną, ozonidus NaO3, СО3, RbO3 ir CsO3 – O3- joną Deguonis egzotermiškai sąveikauja su daugeliu sudėtingų medžiagų. Taigi, amoniakas dega deguonyje, kai nėra katalizatorių, reakcija vyksta pagal lygtį: 4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O. Oksiduojant amoniaką deguonimi, esant katalizatoriui, susidaro NO (šis procesas naudojamas azoto rūgšties gamyboje). Ypač svarbus yra angliavandenilių (gamtinių dujų, benzino, žibalo) deginimas – svarbiausias šilumos šaltinis kasdieniame gyvenime ir pramonėje, pavyzdžiui, CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O. Angliavandenilių sąveika su deguonimi yra daugelio svarbių gamybos procesų pagrindas – pavyzdžiui, vadinamoji metano konversija, atliekama vandenilio gamybai: 2CH4 + O2 + 2H2O = 2CO2 + 6H2. Daugelis organinių junginių (angliavandeniliai su dvigubomis ar trigubomis jungtimis, aldehidai, fenoliai, taip pat terpentinas, džiūstantys aliejai ir kt.) energingai prideda deguonies. Maistinių medžiagų oksidacija ląstelėse deguonimi yra gyvų organizmų energijos šaltinis.

Deguonies gavimas. Yra 3 pagrindiniai būdai gauti deguonį: cheminis, elektrolizė (vandens elektrolizė) ir fizinis (oro atskyrimas).

Cheminis metodas buvo išrastas anksčiau nei kiti. Deguonies galima gauti, pavyzdžiui, iš Berthollet druskos KClO3, kuri kaitinant suyra, išskirdama 0,27 m 3 O2 1 kg druskos. Bario oksidas BaO, kaitinamas iki 540°C, pirmiausia sugeria deguonį iš oro, sudarydamas BaO2 peroksidą, o vėliau kaitinant iki 870°C, BaO2 suyra, išskirdamas gryną deguonį. Jį taip pat galima gauti iš KMnO4, Ca2PbO4, K2Cr2O7 ir kitų medžiagų kaitinant ir pridedant katalizatorių. Cheminis deguonies gamybos būdas yra žemo našumo ir brangus, neturi pramoninės reikšmės ir naudojamas tik laboratorinėje praktikoje.

Elektrolizės metodas susideda iš tiesioginės elektros srovės praleidimo per vandenį, į kurį įpilama natrio hidroksido NaOH tirpalo, siekiant padidinti jo elektrinį laidumą. Šiuo atveju vanduo skyla į deguonį ir vandenilį. Deguonis kaupiasi šalia teigiamo elektrolizatoriaus elektrodo, o vandenilis - šalia neigiamo elektrodo. Tokiu būdu deguonis susidaro kaip šalutinis produktas gaminant vandenilį. Norint gauti 2 m3 vandenilio ir 1 m3 deguonies, sunaudojama 12-15 kWh elektros energijos.

Oro atskyrimas yra pagrindinis šiuolaikinių technologijų deguonies gavimo būdas. Labai sunku atskirti orą įprastoje dujinėje būsenoje, todėl oras pirmiausia suskystinamas, o po to suskirstomas į sudedamąsias dalis. Šis deguonies gavimo būdas vadinamas oro atskyrimu naudojant gilaus aušinimo metodą. Pirmiausia oras suspaudžiamas kompresoriumi, po to, praėjęs per šilumokaičius, plečiasi plėtimo mašinoje arba droselio vožtuve, dėl ko atšaldomas iki 93 K (-180 °C) temperatūros ir pasisuka. į skystą orą. Tolesnis skysto oro, kurį daugiausia sudaro skystas azotas ir skystas deguonis, atskyrimas pagrįstas jo komponentų virimo temperatūros skirtumu [bp O2 90,18 K (-182,9 °C), bp N2 77,36 K (-195,8 ° WITH)]. Palaipsniui išgaruojant skystam orui, pirmiausia išgarinamas azotas, o likęs skystis vis labiau praturtinamas deguonimi. Panašų procesą daug kartų kartojant ant oro atskyrimo kolonų distiliavimo padėklų, gaunamas reikiamo grynumo (koncentracijos) skystas deguonis. SSRS gamina mažus (keli litrai) ir didžiausius pasaulyje deguonies oro atskyrimo įrenginius (35 000 m 3 /h deguonies). Šiuose įrenginiuose gaminamas technologinis 95-98,5 koncentracijos deguonis, 99,2-99,9 % koncentracijos techninis deguonis ir grynesnis medicininis deguonis, gaminantis skysto ir dujinio pavidalo produktus. Elektros energijos sąnaudos svyruoja nuo 0,41 iki 1,6 kWh/m3.

Deguonies taip pat galima gauti atskiriant orą taikant selektyvaus prasiskverbimo (difuzijos) per membranines pertvaras metodą. Aukšto slėgio oras praleidžiamas per fluoroplastines, stiklines ar plastikines pertvaras, kurių struktūrinė gardelė gali praleisti vienų komponentų molekules, o kitus išlaikyti.

Dujinis deguonis laikomas ir transportuojamas plieniniuose balionuose ir imtuvuose esant 15 ir 42 Mn/m2 (atitinkamai 150 ir 420 barų arba 150 ir 420 atm) slėgiui, skystas deguonis metaliniuose Dewar induose arba specialiose cisternų talpyklose. Specialūs vamzdynai taip pat naudojami skystam ir dujiniam deguoniui transportuoti. Deguonies balionai nudažyti mėlynai ir juodai parašyta „deguonis“.

Deguonies panaudojimas. Techninis deguonis naudojamas metalų apdirbimo dujinės liepsnos procesuose, suvirinant, pjaustant deguonimi, grūdinant paviršių, metalizuojant ir kt., taip pat aviacijoje, povandeniniuose laivuose ir kt. Technologinis deguonis chemijos pramonėje naudojamas dirbtiniam skystajam kurui, tepalinėms alyvoms, azoto ir sieros rūgštims, metanoliui, amoniako ir amoniako trąšoms, metalų peroksidams ir kitiems chemijos produktams gaminti. Skystas deguonis naudojamas sprogdinimo operacijose, reaktyviniuose varikliuose ir laboratorinėje praktikoje kaip aušinimo skystis.

Cilindruose uždarytas grynas deguonis naudojamas kvėpuoti dideliame aukštyje, skrendant į kosmosą, nardant ir kt. Medicinoje deguonis duodamas įkvėpti sunkiai sergantiems pacientams, naudojamas deguonies, vandens ir oro ruošimui (deguonies palapinėse). ) vonios, skirtos vartoti į raumenis ir kt. .P.

Deguonis plačiai naudojamas metalurgijoje, siekiant sustiprinti daugybę pirometalurginių procesų. Visiškas ar dalinis į metalurgijos mazgus patenkančio oro pakeitimas deguonimi pakeitė procesų chemiją, jų šiluminius parametrus ir techninius bei ekonominius rodiklius. Deguonies pūtimas leido sumažinti šilumos nuostolius išmetamosiomis dujomis, kurių nemaža dalis oro pūtimo metu buvo azotas. Nedalyvaudamas cheminiuose procesuose, azotas sulėtino reakcijų eigą, sumažindamas aktyvių reagentų koncentraciją redokso aplinkoje. Valant deguonimi, sumažėja degalų sąnaudos, pagerėja metalo kokybė, metalurgijos padaliniuose galima gauti naujų rūšių gaminių (pavyzdžiui, tam procesui neįprastos sudėties šlakus ir dujas, kurios randa specialių techninių savybių). paraiška) ir kt.

Pirmieji deguonimi prisodrinto srautinio panaudojimo aukštakrosnių gamyboje ketaus ir feromangano lydymui eksperimentai buvo atlikti vienu metu SSRS ir Vokietijoje 1932-33 m. Padidėjus deguonies kiekiui aukštakrosnės aukštakrosnėse, smarkiai sumažėja pastarojo suvartojimas, o aukštakrosnės dujose didėja anglies monoksido kiekis ir padidėja jo degimo šiluma. Srovės praturtinimas deguonimi leidžia padidinti aukštakrosnės našumą, o kartu su dujiniu ir skystu kuru, tiekiamu į židinį, sumažėja kokso suvartojimas. Šiuo atveju kiekvienam papildomam deguonies procentui sprogimo metu produktyvumas padidėja maždaug 2,5%, o kokso suvartojimas sumažėja 1%.

Deguonis židinio gamyboje SSRS pirmą kartą buvo panaudotas kuro deginimui intensyvinti (pramoniniu mastu deguonis pirmą kartą tam buvo panaudotas gamyklose Serp ir Molot bei Krasnoe Sormovo 1932-33). 1933 m. jie pradėjo leisti deguonį tiesiai į skysčio vonią, kad apdailos metu oksiduotų nešvarumus. Padidėjus lydalo pūtimo intensyvumui 1 m 3 /t per 1 valandą, krosnies našumas padidėja 5-10%, degalų sąnaudos sumažėja 4-5%. Tačiau pučiant metalo nuostoliai didėja. Kai deguonies suvartojimas yra iki 10 m 3 /t per 1 valandą, plieno išeiga šiek tiek sumažėja (iki 1%). Deguonis vis dažniau naudojamas atvirų židinių gamyboje. Taigi, jei 1965 metais krosnyje deguonimi buvo lydoma 52,1% plieno, tai 1970 metais jau 71%.

Deguonies panaudojimo elektrinėse krosnyse SSRS eksperimentai pradėti 1946 metais Elektrostalio gamykloje. Deguonies pūtimo įvedimas leido 25-30 padidinti krosnių našumą, 20-30 sumažinti savitąsias energijos sąnaudas, pagerinti plieno kokybę, sumažinti elektrodų ir kai kurių legiruojančių priedų sąnaudas. Deguonies tiekimas į elektrines krosnis pasirodė esąs ypač efektyvus gaminant nerūdijantį plieną su mažu anglies kiekiu, kurio lydymas yra labai sunkus dėl elektrodų karbiuruojančio poveikio. SSRS naudojant deguonį pagaminto elektros plieno dalis nuolat augo ir 1970 m. sudarė 74,6% visos plieno produkcijos.

Lydant kupolą, deguonimi praturtintas pūtimas daugiausia naudojamas stipriam ketaus perkaitinimui, kuris yra būtinas gaminant aukštos kokybės, ypač didelio lydinio, liejinius (silicio, chromo ir kt.). Priklausomai nuo kupolo sprogimo deguonies sodrinimo laipsnio, degalų sąnaudos sumažėja 30-50%, sieros kiekis metale sumažėja 30-40%, kupolo našumas padidėja 80-100%, o temperatūra ženkliai pakyla iš jo pagaminto ketaus (iki 1500°C) .

Spalvotojoje metalurgijoje deguonis paplito kiek vėliau nei juodojoje metalurgijoje. Deguonies prisodrintas pūtimas naudojamas konvertuojant dėmes, šlako distiliavimo, Waeltzing, aglomeracijos ir atspindinčiojo vario koncentratų lydymo procesuose. Švino, vario ir nikelio gamyboje deguonies pūtimas suaktyvino šachtinės lydymosi procesus, sumažino kokso suvartojimą 10-20%, padidino skvarbą 15-20%, o kai kuriais atvejais 2-3 kartus sumažino srautų kiekį. Skrudinant cinko sulfido koncentratus oro srauto prisodrinimas deguonimi iki 30 % padidino proceso produktyvumą 70 % ir sumažino išmetamųjų dujų tūrį 30 %.

deguonies elemento izotopų savybė

>>

Cheminės deguonies savybės. Oksidai

Šioje pastraipoje kalbama apie:

> apie deguonies reakcijas su paprastomis ir sudėtingomis medžiagomis;
> apie sudėtines reakcijas;
> apie junginius, vadinamus oksidais.

Kiekvienos medžiagos cheminės savybės pasireiškia cheminės reakcijos su jo dalyvavimu.

Deguonis yra vienas aktyviausių nemetalų. Tačiau normaliomis sąlygomis jis reaguoja su keliomis medžiagomis. Jo reaktyvumas žymiai padidėja kylant temperatūrai.

Deguonies reakcijos su paprastomis medžiagomis.

Deguonis kaitinant paprastai reaguoja su dauguma nemetalų ir beveik visais metalais.

Reakcija su anglimi (anglis). Yra žinoma, kad anglis, pašildyta ore iki aukštos temperatūros, užsidega. Tai rodo cheminę medžiagos reakciją su deguonimi. Šio proceso metu išsiskirianti šiluma naudojama, pavyzdžiui, kaimo vietovių namams šildyti.

Pagrindinis anglies degimo produktas yra anglies dioksidas. Jo cheminė formulė- CO 2 . Akmens anglys yra daugelio medžiagų mišinys. Anglies masės dalis jame viršija 80%. Darant prielaidą, kad anglis susideda tik iš anglies atomų, parašome atitinkamą cheminę lygtį:

t
C + O 2 = CO 2.

Anglis sudaro paprastas medžiagas – grafitą ir deimantą. Jie turi bendrą pavadinimą – anglis – ir reaguoja su deguonimi kaitinant pagal pateiktą 1 cheminę lygtį.

Reakcijos, kurių metu iš kelių medžiagų susidaro viena medžiaga, vadinamos sudėtinėmis reakcijomis.

Reakcija su siera.

Ši cheminė transformacija įvyksta, kai visi uždega degtuką; siera yra jos galvos dalis. Laboratorijoje sieros reakcija su deguonimi atliekama garų gaubte. Nedidelis sieros kiekis (šviesiai geltoni milteliai arba kristalai) kaitinamas geležiniame šaukšte. Medžiaga iš pradžių išsilydo, paskui dėl sąveikos su ore esančiu deguonimi užsiliepsnoja ir dega vos pastebima mėlyna liepsna (56 pav., b). Atsiranda aitrus reakcijos produkto kvapas - sieros dioksidas (šį kvapą jaučiame tuo metu, kai užsidega degtukas). Sieros dioksido cheminė formulė yra SO 2, o reakcijos lygtis yra
t
S + O 2 = SO 2.

Ryžiai. 56. Siera (a) ir jos degimas ore (b) ir deguonyje (c)

1 Esant nepakankamam deguonies kiekiui, susidaro kitas anglies junginys su Deguonis- smalkės
t
CO: 2C + O 2 = 2CO.

Ryžiai. 57. Raudonasis fosforas (a) ir jo degimas ore (b) ir deguonyje (c)

Jei šaukštas su degančia siera dedamas į indą su deguonimi, tai siera degs ryškesne liepsna nei ore (56 pav., c). Tai galima paaiškinti tuo, kad gryname deguonyje O 2 molekulių yra daugiau nei ore.

Reakcija su fosforu. Fosforas, kaip ir siera, deguonyje dega intensyviau nei ore (57 pav.). Reakcijos produktas yra balta kieta medžiaga - fosforo (\/) oksidas (jo mažos dalelės sudaro dūmus):
t
P + O 2 -> P 2 0 5 .

Reakcijos diagramą paverskite chemine lygtimi.

Reakcija su magniu.

Anksčiau ši reakcija buvo naudojama fotografai sukurti ryškų apšvietimą („magnio blykstė“) fotografuojant. Cheminėje laboratorijoje atitinkamas eksperimentas atliekamas taip. Metaliniu pincetu paimkite magnio juostelę ir padėkite ją ant ugnies. Magnis dega akinančiai balta liepsna (58 pav., b); Tu negali į jį žiūrėti! Reakcijos metu susidaro balta kieta medžiaga. Tai magnio ir deguonies junginys; jo pavadinimas yra magnio oksidas.

Ryžiai. 58. Magnis (a) ir jo degimas ore (b)

Parašykite magnio reakcijos su deguonimi lygtį.

Deguonies reakcijos su sudėtingomis medžiagomis. Deguonis gali sąveikauti su kai kuriais deguonies turinčiais junginiais. Pavyzdžiui, anglies monoksidas CO dega ore ir susidaro anglies dioksidas:

t
2CO + O 2 = 2C0 2.

Kasdieniame gyvenime atliekame daug deguonies reakcijų su sudėtingomis medžiagomis, deginant gamtines dujas (metaną), alkoholį, medieną, popierių, žibalą ir kt. Joms degant susidaro anglies dioksidas ir vandens garai:
t
CH4 + 202 = CO2 + 2H2O;
metano
t
C2H5OH + 302 = 2C02 + 3H2O.
alkoholio

Oksidai.

Visų pastraipoje aptartų reakcijų produktai yra dvejetainiai elementų junginiai su deguonimi.

Junginys, sudarytas iš dviejų elementų, iš kurių vienas yra deguonis, vadinamas oksidu.

Bendra oksidų formulė yra EnOm.

Kiekvienas oksidas turi cheminį pavadinimą, o kai kurie taip pat turi tradicinius arba trivialus 1 pavadinimus (4 lentelė). Cheminis oksido pavadinimas susideda iš dviejų žodžių. Pirmasis žodis yra atitinkamo elemento pavadinimas, o antrasis yra žodis "oksidas". Jei elementas turi kintamą valentiškumą, jis gali sudaryti kelis oksidus. Jų vardai turėtų būti skirtingi. Norėdami tai padaryti, po elemento pavadinimo nurodykite (be įtraukos) romėniškais skaitmenimis skliausteliuose jo valentingumo okside reikšmę. Tokio junginio pavadinimo pavyzdys yra vario(II) oksidas (tariamas vario-du oksidas).

4 lentelė

1 Terminas kilęs iš lotyniško žodžio trivialis – įprastas.

išvadas

Deguonis yra chemiškai aktyvi medžiaga. Jis sąveikauja su daugeliu paprastų medžiagų, taip pat su sudėtingomis medžiagomis. Tokių reakcijų produktai yra elementų junginiai su deguonies oksidais.

Reakcijos, kurių metu iš kelių medžiagų susidaro viena medžiaga, vadinamos sudėtinėmis reakcijomis.

?
135. Kuo skiriasi junginių ir skilimo reakcijos?

136. Reakcijų schemas paverskite cheminėmis lygtimis:

a) Li + O2 -> Li 2O;
N2 + O2 -> NO;

b) SO 2 + O 2 -> SO 3;
CrO + O 2 -> Cr 2 O 3.

137. Iš pateiktų formulių pasirinkite tas, kurios atitinka oksidus:

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

138. Suteikite oksidams cheminius pavadinimus tokiomis formulėmis:

NO, Ti 2 O 3, Cu 2 O, MnO 2, CI 2 O 7, V 2 O 5, CrO 3.

Atkreipkite dėmesį, kad šiuos oksidus sudarantys elementai turi kintamą valentiškumą.

139. Užrašykite formules: a) plumbum(I\/) oksidas; b) chromo(III) oksidas;
c) chloro(I) oksidas; d) azoto (I\/) oksidas; e) osmio (\/III) oksidas.

140. Reakcijų schemose užpildykite paprastų medžiagų formules ir sudarykite chemines lygtis:

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

b) NO + ... -> NO 2; ... + ... -> As 2 O 3 ; Mn 2 O 3 + ... -> MnO 2.

141. Parašykite reakcijų lygtis, kurių pagalba galite atlikti tokias transformacijų „grandines“, t.y. iš pirmosios medžiagos gauti sekundę, o iš antrosios – trečią:

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

142.. Užrašykite lygtis reakcijų, kurios vyksta ore degant acetonui (CH 3) 2 CO ir eteriui (C 2 H 5) 2 O. Kiekvienos reakcijos produktai yra anglies dioksidas ir vanduo.

143. Deguonies masės dalis EO 2 okside yra 26%. Nustatykite elementą E.

144. Dvi kolbos pripildomos deguonies. Jas uždarius, magnio perteklius buvo sudegintas vienoje kolboje, o sieros perteklius kitoje. Kurioje kolboje susidarė vakuumas? Paaiškinkite savo atsakymą.

Popelis P. P., Kryklya L. S., Chemija: Pidruchas. 7 klasei. zagalnosvit. navch. uždarymas - K.: VC "Akademija", 2008. - 136 p.: iliustr.

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 nuoroda.

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. Tarptautinės komisijos anglies izotopo masę 12 6 C patvirtinus 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 per išlydytą geležį, naudojant Bessemer metodą, kad greitai ir efektyviai pašalintų C, S ir P priemaišas. Deguonies srautu plienas gaminamas greičiau ir kokybiškiau nei oro srautu. 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, kol susidarė BaO 2, o 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 žaliavos 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 akceptoriui suteikia vieną elektronų porą, kuri 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:

Deguonies atradimas įvyko du kartus – XVIII amžiaus antroje pusėje, kelių metų skirtumu. 1771 m. deguonį gavo švedas Karlas Scheele, kaitindamas salietrą ir sieros rūgštį. Susidariusios dujos buvo vadinamos „ugnies oru“. 1774 m. anglų chemikas Josephas Priestley visiškai uždarytame inde atliko gyvsidabrio oksido skaidymo procesą ir atrado deguonį, tačiau supainiojo jį su sudedamąja dalimi ore. Tik po to, kai Priestley savo atradimu pasidalino su prancūzu Antoine'u Lavoisier, paaiškėjo, kad buvo atrastas naujas elementas (kalorizatorius). Priestley vadovauja šiam atradimui, nes Scheele paskelbė savo mokslinį darbą, kuriame aprašomas atradimas, tik 1777 m.

Deguonis yra D.I. periodinės cheminių elementų lentelės II laikotarpio XVI grupės elementas. Mendelejevo atominis skaičius yra 8, o atominė masė 15,9994. Deguonį įprasta žymėti simboliu APIE(iš lotynų kalbos Oxygenium- gamina rūgštį). Rusiškai pavadinimas deguonies tapo dariniu rūgštys, terminą, kurį įvedė M.V. Lomonosovas.

Buvimas gamtoje

Deguonis yra labiausiai paplitęs elementas, randamas žemės plutoje ir Pasaulio vandenyne. Deguonies junginiai (daugiausia silikatai) sudaro ne mažiau kaip 47% žemės plutos masės; deguonį fotosintezės metu gamina miškai ir visi žalieji augalai, kurių didžioji dalis gaunama iš fitoplanktono jūrų ir gėluosiuose vandenyse. Deguonis yra būtinas bet kokių gyvų ląstelių komponentas, taip pat yra daugumoje organinės kilmės medžiagų.

Fizinės ir cheminės savybės

Deguonis yra lengvas nemetalas, priklauso chalkogenų grupei, pasižymi dideliu cheminiu aktyvumu. Deguonis, kaip paprasta medžiaga, yra bespalvės, bekvapės ir beskonės dujos, skystos būsenos – šviesiai mėlynas skaidrus skystis ir kietos būsenos – šviesiai mėlyni kristalai. Jį sudaro du deguonies atomai (žymimi O2 formule).

Deguonis dalyvauja redokso reakcijose. Gyvi daiktai kvėpuoja deguonimi iš oro. Deguonis plačiai naudojamas medicinoje. Sergant širdies ir kraujagyslių ligomis, siekiant pagerinti medžiagų apykaitos procesus, į skrandį suleidžiamos deguonies putos („deguonies kokteilis“). Poodinis deguonies suleidimas naudojamas esant trofinėms opoms, dramblialigei ir gangrenai. Dirbtinis ozono sodrinimas naudojamas orui dezinfekuoti ir dezodoruoti bei geriamam vandeniui valyti.

Deguonis yra visų gyvų organizmų Žemėje gyvybinės veiklos pagrindas ir pagrindinis biogeninis elementas. Jo yra visų svarbiausių medžiagų, atsakingų už ląstelių struktūrą ir funkcijas (lipidai, baltymai, angliavandeniai, nukleino rūgštys), molekulėse. Kiekviename gyvame organizme deguonies yra daug daugiau nei bet kuriame elemente (iki 70%). Pavyzdžiui, vidutinio suaugusio žmogaus, sveriančio 70 kg, kūne yra 43 kg deguonies.

Į gyvus organizmus (augalus, gyvūnus ir žmones) deguonis patenka per kvėpavimo sistemą ir su vandeniu. Prisiminus, kad žmogaus organizme svarbiausias kvėpavimo organas yra oda, tampa aišku, kiek žmogus gali gauti deguonies, ypač vasarą ant rezervuaro kranto. Nustatyti žmogaus deguonies poreikį yra gana sunku, nes tai priklauso nuo daugelio veiksnių – amžiaus, lyties, kūno svorio ir paviršiaus ploto, mitybos sistemos, išorinės aplinkos ir kt.

Deguonies naudojimas gyvenime

Deguonis naudojamas beveik visur – nuo ​​metalurgijos iki raketų kuro ir sprogmenų, naudojamų kelių darbams kalnuose, gamybos; nuo medicinos iki maisto pramonės.

Maisto pramonėje deguonis registruojamas kaip maisto priedas, kaip propelentas ir pakavimo dujos.