درجه اکسیداسیون اکسیژن چیست؟ ظرفیت اکسیژن و درجه اکسیداسیون

همه ما نفس می کشد هوا، که اساسا شامل مولکول های نیتروژن و اکسیژن با اضافه کردن عناصر دیگر است. بنابراین اکسیژن یکی از مهمترین عناصر شیمیایی است. علاوه بر این، مولکول های آن در شمار زیادی از ترکیبات شیمیایی مورد استفاده در زندگی روزمره وجود دارد. برای توصیف تمام خواص این عنصر، صفحات کافی و صدی وجود ندارد، بنابراین ما خودمان را به حقایق اساسی تاریخ، و همچنین ویژگی های اساسی عنصر - ارزش و درجه اکسیداسیون اکسیژن، جاذبه خاص، کاربرد، خواص فیزیکی اولیه محدود می کنیم.

تاریخ کشف یک عنصر شیمیایی

تاریخ رسمی برای عنصر شیمیایی اکسیژن در تاریخ 1 اوت 1774 است. در این روز، جیمز پریستلی، شیمیدان بریتانیا، آزمایش خود را در مورد تجزیه اکسید جیوه در یک انجماد مهر و موم تکمیل کرد. در نتیجه آزمایش، دانشمند گاز دریافت کرد که از احتراق پشتیبانی می کرد. با این حال، این کشف حتی توسط دانشمند خود را نادیده گرفت. آقای Priestley فکر کرد که او موفق به تشخیص عنصر جدید، اما بخشی جدایی ناپذیر از هوا است. با نتایج خود، جوزف پریستلی با دانشمند معروف فرانسه و شیمیدان آنتوان لینوئیسیر، که می تواند درک آنچه که انگلیسی نتواند انجام دهد، به اشتراک گذاشت. در سال 1775 Lavoisier توانست ثابت کند که "بخشی از هوا" در واقع یک عنصر شیمیایی مستقل است و آن را اکسیژن نامیده است که در یونانی به معنای تشکیل اسید است. سپس Lavoisier معتقد بود که اکسیژن در همه اسیدها است. سپس فرمول ها برای اسید هایی که دارای اتم های اکسیژن نیستند، مشتق شده اند، اما نام آن پذیرفته شد.

اکسیژن - ویژگی های ساختار مولکول

این عنصر شیمیایی گاز بی رنگ است که بوی و طعم ندارد. فرمول شیمیایی O _{2 است} . متخصصین شیمیایی اکسیژن دو عاملی را "اکسیژن اتمسفری" یا "dioxygen" می نامند. مولکول ماده شامل دو اتم متعادل اکسیژن است. همچنین مولکول های متشکل از سه اتم - O _{3 وجود دارد} . این ماده ازن نامیده می شود، جزئیات بیشتر در مورد آن در زیر نوشته خواهد شد. یک مولکول با دو اتم دارای درجه اکسیداسیون اکسیژن -2 است، از آنجا که آن شامل دو ناپیوسته قادر به تشکیل یک پیوند کووالاننت الکترون است. انرژی که در هنگام تجزیه (جدا شدن) مولکول اکسیژن به اتم آزاد می شود، 493/57 کیلوگرم در مگابایت است. این یک مقدار بزرگ است.

ارزش و درجه اکسیداسیون اکسیژن

تحت سلطه یک عنصر شیمیایی ، به معنی توانایی آن است که تعداد مشخصی از اتم های یک عنصر شیمیایی دیگر را به خود اختصاص دهیم. غلظت یک اتم اکسیژن دو است. ولنتاین مولکول اکسیژن هم برابر با دو برابر است، زیرا دو اتم به یکدیگر متصل هستند و توانایی ساخت یک اتم دیگر از ترکیب دیگر را دارند، یعنی یک پیوند کووالانتی با آن. به عنوان مثال، یک مولکول آب H ₂ O به عنوان یک نتیجه از تشکیل یک پیوند کووالاننت بین یک اتم اکسیژن و دو اتم هیدروژن دریافت شد.

اکسیژن موجود در بسیاری از ترکیبات شیمیایی شناخته شده است. حتی یک نوع جداگانه از ترکیبات شیمیایی - اکسید وجود دارد. این مواد توسط ترکیب تقریبا هر عنصر شیمیایی با اکسیژن به دست می آیند. میزان اکسیداسیون اکسیژن در اکسید ها -2 است. با این حال، در برخی ترکیبات این شاخص ممکن است متفاوت باشد. این جزئیات بیشتر در زیر شرح داده شده است.

خواص فیزیکی اکسیژن

اکسیژن دو عاملی طبیعی گاز است که رنگ، بوی و طعم ندارد. در حالت عادی، تراکم آن 1.42897 کیلوگرم در متر مکعب است. وزن یک لیتر ماده کمی کمتر از 1.5 گرم است، یعنی به شکل خالص، اکسیژن سنگین تر از هوا است. هنگام گرم شدن، مولکول به اتم متصل می شود.

هنگامی که دمای محیط تا -189.2 درجه سانتی گراد کاهش می یابد، اکسیژن ساختار آن را از گاز تا مایع تغییر می دهد. در همان زمان، جوش اتفاق می افتد. هنگامی که درجه حرارت به -218.35 درجه سانتی گراد می رسد، ساختار از مایع به بلور تغییر می کند. در این دما، اکسیژن به شکل کریستال های مایل به آبی است.

در دمای اتاق، اکسیژن به مقدار کمی در آب حل می شود - یک لیتر از آن برای 31 میلی لیتر اکسیژن است. حلالیت با سایر مواد: 220 میلی لیتر در هر لیتر اتانول، 231 میلی لیتر در هر لیتر استون.

خواص شیمیایی اکسیژن

کل تلمود را می توان در مورد خواص شیمیایی اکسیژن نوشته شده است. مهمترین ویژگی اکسیژن اکسیداسیون است. این ماده اکسید کننده بسیار قوی است. اکسیژن قادر به تعامل با تقریبا تمام عناصر شناخته شده از جدول تناوبی است. به عنوان یک نتیجه از این تعامل، اکسید تشکیل شده است، همانطور که قبلا بحث شده است. میزان اکسیداسیون اکسیژن در ترکیبات با عناصر دیگر اساسا -2 است. نمونه هایی از این ترکیبات عبارتند از: آب (H2O)، دی اکسید کربن (CO ₂ )، اکسید کلسیم، اکسید لیتیوم و غیره. اما یک دسته خاص از اکسید ها به نام پراکسید یا پراکسید وجود دارد. خاصیت آنها این است که در این ترکیبات یک گروه پراکسید "-O-O-" وجود دارد. این گروه خواص اکسیداتیو O2 را کاهش می دهد، بنابراین درجه اکسیداسیون اکسیژن در پراکسید -1 است.

در ارتباط با فلزات قلیایی فعال، اکسیژن سوپراکسید یا سوپر اکسید را تشکیل می دهد. یک مثال از چنین تشکیلاتی است:

• سوپراکسید پتاسیم (KO ₂ )؛
• روبیدیوم سوپر اکسید (RbO ₂ ).

خاصیت آنها این است که درجه اکسیداسیون اکسیژن در سوپر اکسید ها -1/2 است.

در ترکیب با فعال ترین عنصر شیمیایی - فلورین، فلوراید به دست می آید. در مورد آنها در زیر توضیح داده خواهد شد.

بالاترین میزان اکسیداسیون اکسیژن در ترکیبات

بسته به مادهیی که اکسیژن تعامل میکند، هفت درجه اکسیداسیون اکسیژن وجود دارد:

1. -2 در اکسید و ترکیبات آلی.
2. -1 در پراکسید ها.
3. -1/2 در سوپر اکسید
4. -1/3 - در اتانول های معدنی (معتبر برای اکسیژن سه گانه - ازن).
5. +1/2 در نمکهای کاتیون اکسیژن.
6. +1 در مونوفلوئورید اکسیژن
7. +2 - در difluoride اکسیژن.

همانطور که می بینیم، بالاترین درجه اکسیداسیون اکسیژن در اکسید و ترکیبات آلی به دست می آید و در فلوراید ها دارای درجه مثبت است. تمام انواع تعاملات نمی تواند به طور طبیعی انجام شود. بعضی از ترکیبات به شرایط خاصی نیاز دارند، مثلا: فشار بالا، دمای بالا، قرار گرفتن در معرض ترکیبات نادر که تقریبا در طبیعت یافت نمی شود. بیایید اتصالات پایه اکسیژن را با سایر عناصر شیمیایی مانند اکسید، پراکسید و فلوراید بررسی کنیم.

طبقه بندی اکسید ها با خواص پایه اسیدی

چهار نوع اکسید وجود دارد:

• پایه؛
• اسید؛
• خنثی
• آمفوتریک

میزان اکسیداسیون اکسیژن در ترکیبات این گونه ها -2 است.

• اکسید پایه ترکیبات با فلزات دارای درجه پایین اکسیداسیون هستند. معمولا، هنگام تعامل با اسید، نمک و آب مربوطه به دست می آیند.
• اکسید اسید - اکسید غیر فلزی با درجه اکسیداسیون بالا. وقتی آب به آنها اضافه می شود، اسید تشکیل می شود.
• اکسید Neutral هستند ترکیباتی هستند که با اسیدها و یا با پایه ها واکنش نمی دهند.
• اکسید آمفوتریک ترکیبات با فلزات دارای الکترونگاتیوی پایین هستند. آنها، بسته به شرایط، خواص اکسید اسیدی و اساسی را نشان می دهند.

پراکسید ها، درجه اکسیداسیون اکسیژن در پراکسید هیدروژن و سایر ترکیبات

پراکسید ها ترکیبات اکسیژن را با فلزات قلیایی نامیده اند . آنها با سوختن این فلزات در اکسیژن به دست می آیند. پراکسید های موجود در ترکیبات آلی بسیار انفجاری هستند. آنها همچنین می توانند با جذب اکسید های اکسیژن به دست آیند. مثالهای پراکسید:

• پراکسید هیدروژن (H ₂ O ₂ )؛
• پراکسید باریم (BaO ₂ )؛
• پراکسید سدیم (Na ₂ O ₂ ).

همه آنها با این واقعیت که آنها گروه اکسیژن -OO- را متحد می کند. در نتیجه اکسیداسیون اکسیژن در پراکسید ها -1 است. یکی از معروف ترین ترکیبات با گروه -OO- پراکسید هیدروژن است. در شرایط عادی این ترکیب یک مایع رنگ پریده است. با خواص شیمیایی آن، پراکسید هیدروژن به یک اسید ضعیف نزدیکتر است. از آنجا که پیوند -OO- در ترکیب ضعیف است، حتی در دمای اتاق، محلول هیدروژن پراکسید را می توان به آب و اکسیژن تجزیه کرد. این قوی ترین اکسید کننده است، با این حال، هنگامی که با اکسنده های قوی تر تعامل می کند، خواص عامل کاهش دهنده فقط پراکسید هیدروژن است. درجه اکسیداسیون اکسیژن در پراکسید هیدروژن، مانند سایر پراکسید، -1 است.

انواع دیگر پراکسید ها عبارتند از:

• سوپر اکسید (سوپراکسید، که در آن اکسیژن اکسیداسیون -1/2)؛
• ایزوندهای معدنی (ترکیبات بسیار ناپایدار با ساختن آنیون ازن)؛
• اتوزوئید های آلی (ترکیبات دارای ساختار آنها -OO-bond).

فلوراید، اکسیداسیون اکسیژن در OF2

فلوراید عنصر فعال ترین در حال حاضر شناخته شده است. بنابراین، تعامل اکسیژن با فلوئور اکسید تولید نمی کند، بلکه فلوراید. آنها به این دلیل نامگذاری شده اند که در این ترکیب اکسیژن نیست، اما فلوئور یک اکسید کننده است. فلوراید به طور طبیعی نمی تواند به دست آید. آنها فقط سنتز می شوند، که توسط ترکیب فلوئور با محلول آبی KOH به دست می آیند. فلوراید های اکسیژن به:

• دی فلوئورید اکسیژن (OF ₂ )؛
• اکسیژن مونوفلوئورید (O ₂ F ₂ ).

اجازه دهید جزئیات هر یک از اتصالات را در نظر بگیریم. دی فلوئورید اکسیژن یک گاز بی رنگ با بوی ناخوشایندی است. وقتی سرد می شود، آن را به یک مایع زرد رنگ تبدیل می کند. در حالت مایع، آن را با آب کم مخلوط می کند، اما با هوا، فلوئور و ازن خوب است. با توجه به خواص شیمیایی آن، difluoride اکسید اکسید کننده بسیار قوی است. درجه اکسیداسیون اکسیژن در OF2 +1 است، به عنوان مثال در این ترکیب، فلورین اکسیدان است و اکسیژن یک عامل کاهش دهنده است. از ₂ بسیار سمی است، از لحاظ سمیت بیش از فلوئور خالص و نزدیک فوزژن. استفاده اصلی از این ترکیب به عنوان یک عامل اکسید کننده برای سوخت موشک، از آنجا که difluoride اکسیژن مواد منفجره نیست.

مونوفلوئورید اکسیژن در حالت طبیعی یک جامد زرد رنگ است. هنگامی که ذوب می شود، یک مایع قرمز تشکیل می شود. این قوی ترین اکسیدان است، در هنگام تعامل با ترکیبات آلی بسیار بی خطر است. در این ترکیب، اکسیژن حالت اکسیداسیون + 2، یعنی در این ترکیب فلورین را نشان می دهد، اکسیژن به عنوان یک عامل کاهش دهنده و فلورین به عنوان یک اکسید کننده عمل می کند.

ازن و ترکیبات آن

ازن مولکولی است که دارای سه اتم اکسیژن است که به یکدیگر متصل هستند. در حالت عادی، آن یک گاز آبی است. هنگامی که سرد می شود، یک مایع آبی عمیق، نزدیک به indigo تشکیل می شود. در حالت جامد، بلورهای رنگ آبی تیره است. ازن دارای بوی تند است، در طبیعت پس از رعد و برق شدید می تواند در هوا احساس شود.

ازن، مانند اکسیژن معمولی، یک اکسید کننده بسیار قوی است. با خواص شیمیایی، آن را به اسیدهای قوی نزدیک می شود. هنگامی که در معرض اکسید قرار می گیرد، ازن موجب افزایش میزان اکسیداسیون آنها با انتشار اکسیژن می شود. اما در عین حال درجه اکسیداسیون اکسیژن نیز کاهش می یابد. در اوزون، پیوندهای شیمیایی به اندازه O ₂ قوی نیستند، بنابراین در شرایط عادی بدون تلاش های کاربردی، می تواند به اکسیژن با انتشار انرژی گرمایی تجزیه شود. هنگامی که دمای اثر بر مولکول ازن افزایش می یابد و زمانی که فشار کاهش می یابد، فرایند تجزیه به اکسیژن دیاومایک با انتشار گرما شتاب می یابد. در این مورد، اگر مقدار زیادی ازن در فضا وجود داشته باشد، این فرایند می تواند با یک انفجار همراه باشد.

از آنجائیکه ازون اکسیژن بسیار قوی است و مقدار زیادی از O ₂ در تقریبا تمام فرایندها با مشارکت آن آزاد می شود، ازن ماده ای بسیار سمی است. با این حال، در لایه های بالا از جو، لایه اوزون نقش بازتابنده از اشعه ماوراء بنفش از اشعه های خورشید است.

از ازن با کمک دستگاه های آزمایشگاهی، ازنئون های آلی و معدنی ایجاد می کند. در ساختار ماده بسیار ناپایدار است، بنابراین ایجاد آنها در شرایط طبیعی غیر ممکن است. اوزونیدها تنها در دماهای پایین نگهداری می شوند، زیرا در دمای معمولی آنها بسیار انفجاری و سمی هستند.

استفاده از اکسیژن و ترکیبات آن در صنعت

با توجه به این واقعیت که دانشمندان در برخی از زمانها به بررسی میزان اکسیداسیون در اکسیژن با دیگر عناصر پرداختند، این ترکیبات و ترکیبات آن به طور گسترده در صنایع استفاده شد. به خصوص بعد از اینکه توربوکسپندرها در اواسط قرن بیستم اختراع شدند - سازندهای که قادر به تبدیل انرژی بالقوه اکسیژن به یک مکانیکی بود. از آنجایی که اکسیژن یک ماده بسیار قابل احتراق است، در همه صنایع که آتش و گرما مورد نیاز هستند استفاده می شود. هنگام برش و جوشکاری فلزات، سیلندرهای با اکسیژن فشرده نیز برای تقویت دستگاه جوشکاری شعله گاز استفاده می شود. اکسیژن به طور گسترده ای در صنعت فولاد استفاده می شود، جایی که دمای بالا در کوره های انفجاری با O ₂ فشرده نگهداری می شود. حداکثر درجه اکسیداسیون اکسیژن -2 است. این ویژگی به طور فعال برای تولید اکسید ها به منظور افزایش سوزاندن و انتشار انرژی حرارتی به طور فعال استفاده می شود. اکسیژن مایع، ازن و سایر ترکیبات حاوی مقادیر زیادی از O _{2 به} عنوان اکسنده کننده پروانه ای استفاده _می شود. اکسید شده توسط اکسیژن برخی از ترکیبات آلی به عنوان مواد منفجره استفاده می شود.

در صنایع شیمیایی اکسیژن به عنوان یک اکسید کننده هیدروکربن ها در ترکیبات اسیدی مانند الکل ها، اسید ها و غیره به کار می رود. در پزشکی، تحت فشار کاهش یافته برای درمان بیماران مبتلا به مشکلات ریه، برای حفظ فعالیت حیاتی بدن مورد استفاده قرار می گیرد. در کشاورزی، دوزهای کوچک از اکسیژن خالص برای پرورش ماهی در حوضچه ها، برای افزایش نسبت گاو و غیره استفاده می شود.

اکسیژن یک اکسید کننده قوی است، بدون آن که غیرممکن باشد

در مورد اینکه اکسیداسیون اکسیداسیون اکسیداسیون را در هنگام واکنش با ترکیبات و عناصر مختلف، چه نوع ترکیبات اکسیداتیو وجود دارد، چه نوع تهدید کننده حیات هستند و چه چیزی نگذشته، بیش از حد نوشته شده است. یکی می تواند غیر قابل درک باقی بماند - چگونه برای همه سمیت و سطح بالای اکسیداسیون آن، اکسیژن یکی از عناصر است که بدون آن زندگی در زمین غیر ممکن است؟ واقعیت این است که سیاره ما یک ارگانیسم متعادل است که به طور خاص به آن دسته از مواد موجود در لایه جو موجود است. این شرکت در چرخه ای قرار می گیرد که به نظر می رسد: یک فرد و تمام حیوانات دیگر اکسیژن مصرف می کنند و دی اکسید کربن تولید می کنند و گیاهان اکثریت اکسیژن مصرف دی اکسید کربن و تولید اکسیژن می کنند. همه چیز در جهان به هم پیوسته است، و از دست دادن یک پیوند این زنجیره می تواند منجر به پارگی کل زنجیره شود. ما نباید این را فراموش کنیم و به طور کامل از زندگی در سیاره مراقبت کنیم، نه تنها نمایندگان فردی آن.