Care este gradul de oxidare a oxigenului? Valence și gradul de oxidare a oxigenului

Vom respira aerul, care constă în principal din molecule de azot și oxigen, cu adăugarea nesemnificativă a altor elemente. Astfel, oxigenul este unul dintre cele mai importante elemente chimice. În plus, moleculele sale există într-un număr mare de compuși chimici utilizați în viața de zi cu zi. Pentru a descrie toate proprietățile acestui element nu este suficient și o sută de pagini, astfel încât să restrângă faptele de bază ale povestiri, precum și caracteristicile de element de bază - valența și gradul de oxidare a oxigenului, proporția de aplicare a proprietăților fizice de bază.

Istoria descoperirii unui element chimic

Data oficială de deschidere a elementului chimic "oxigen" este 1 august 1774. În aceeași zi, chimistul britanic John. Priestley a încheiat experimentul său privind descompunerea oxidului de mercur, care este într-un vas închis ermetic. La sfârșitul experimentului, omul de știință a primit un gaz care a susținut combustia. Cu toate acestea, această descoperire a rămas neobservată chiar de către omul de știință. Domnul Priestley credea că a reușit să distingă nu un element nou, ci o parte integrantă a aerului. Joseph Priestley rezultatele lor în comun cu celebrul om de știință francez și chimist Antoine Lavoisier, care a fost capabil să înțeleagă ceea ce nu a reușit să facă un englez. In 1775, Lavoisier a putut stabili că a existat „o parte integrantă a aerului“, de fapt, este un element chimic independent și a numit-oxigen, care este tradus din limba greacă înseamnă „acidifiante“. Lavoisier credea apoi că oxigenul este în toți acizii. Ulterior, s-au obținut formule pentru acizii care nu conțin atomi de oxigen, dar numele a fost adoptat.

Oxigen - caracteristici ale structurii moleculei

Acest element chimic este un gaz incolor care nu miros și gust. Formula chimică - Despre₂. Chimistii se refera la oxigenul diatomic convențional fie ca "oxigen atmosferic", fie ca "dioxigen". Molecula materiei este formată din doi atomi de oxigen legați. Există, de asemenea, molecule formate din trei atomi - O₃. Această substanță se numește ozon, mai multe detalii despre acesta vor fi scrise mai jos. O moleculă cu doi atomi are un grad de oxidare a oxigenului -2, deoarece conține două nepereche capabile să formeze o legătură covalentă a unui electron. Energia care este eliberată în timpul descompunerii moleculei de oxigen în atomi este de 493,57 kJ / mol. Aceasta este o mare valoare.

Valence și gradul de oxidare a oxigenului

dedesubt valența elementului chimic avem în vedere capacitatea sa de a atașa la sine un anumit număr de atomi ai altui element chimic. Valența unui atom de oxigen este de două. Valența unei molecule de oxigen este, de asemenea, egală cu două, deoarece doi atomi sunt conectați unul la celălalt și au capacitatea de a atașa la structura lor încă un atom al altui compus, care formează o legătură covalentă cu el. De exemplu, molecula de apă H₂O a fost obținut ca urmare a formării unei legături covalente între un atom de oxigen și două atomi de hidrogen.

Oxigenul se găsește în mulți dintre compușii chimici cunoscuți. Există chiar și un tip separat de compuși chimici - oxizi. Acestea sunt substanțe obținute prin combinarea aproape oricăror elemente chimice cu oxigen. Gradul de oxidare a oxigenului în oxizi este -2. Cu toate acestea, la anumiți compuși, acest indicator poate fi diferit. Acest lucru va fi descris mai detaliat mai jos.

Proprietățile fizice ale oxigenului

Oxigenul normal diatomic este un gaz care nu are culoare, miros și gust. În stare normală, densitatea sa este de 1,42897 kg / m³. Greutatea unui litru de substanță este puțin mai mică de 1,5 grame, adică în formă pură, oxigenul este mai greu decât aerul. Când este încălzit, molecula disociază în atomi.

Când temperatura mediului scade la -189,2 ^despreC oxigen modifică structura sa de la gazos la lichid. În același timp, apare fierberea. Cu o scădere a temperaturii la -218,35 ^despreC există o modificare a structurii de la lichid la cristalin. La această temperatură, oxigenul are forma unor cristale albastre.

La temperatura camerei, oxigenul este slab solubil în apă - un litru din acesta reprezintă 31 mililitri de oxigen. Solubilitate cu alte substanțe: 220 ml pentru 1 litru de etanol, 231 ml pentru 1 litru de acetonă.

Proprietăți chimice ale oxigenului

Un întreg Talmud poate fi scris despre proprietățile chimice ale oxigenului. Cea mai importantă proprietate a oxigenului este oxidarea. Această substanță este un oxidant foarte puternic. Oxigenul este capabil să interacționeze cu aproape toate elementele cunoscute din tabelul periodic. Ca urmare a acestei interacțiuni, se formează oxizi, după cum sa discutat mai devreme. Gradul de oxidare a oxigenului în compușii cu alte elemente este de fapt -2. Un exemplu de astfel de compuși este apa (H₂O), dioxid de carbon (CO₂), oxid de calciu, oxid de litiu, etc. Dar există o anumită categorie de oxizi numite peroxizi sau peroxizi. Particularitatea lor este că în acești compuși există o grupă de peroxizi "-O-O;". Acest grup reduce proprietățile oxidative ale lui O₂, astfel încât gradul de oxidare a oxigenului în peroxid este -1.

În combinație cu metalele alcaline active, oxizii formează superoxid sau superexizi. Un exemplu de astfel de formațiuni este:

• superoxid de potasiu (KO₂);
• Rubidium superoxid (RbO₂).

Particularitatea lor este că gradul de oxidare a oxigenului în superoxid este de -1/2.

În combinație cu cel mai activ element chimic - fluor, se obțin fluoruri. Acestea vor fi descrise mai jos.

Cel mai înalt grad de oxidare a oxigenului în compuși

În funcție de substanța cu care oxigenul interacționează, există șapte grade de oxidare a oxigenului:

1. -2 - în oxizi și compuși organici.
2. -1 - în peroxizi.
3. -1/2 - în superoxid.
4. -1/3 - în ozonide anorganice (valabile pentru oxigenul triatomic - ozon).
5. +1/2 - în sărurile cationului de oxigen.
6. +1 - în monofluorid de oxigen.
7. +2 - în difluorid de oxigen.

După cum vedem, cel mai înalt grad de oxidare a oxigenului este obținut în oxizi și compuși organici, iar în fluoruri are chiar și un grad pozitiv. Nu toate tipurile de interacțiuni pot fi efectuate în mod natural. Anumiți compuși necesită condiții speciale, de exemplu: presiune înaltă, temperatură înaltă, expunere la compuși rare care aproape nu apar în natură. Să luăm în considerare conexiunile de bază ale oxigenului cu alte elemente chimice: oxizi, peroxizi și fluoruri.

Clasificarea oxizilor prin proprietăți bazate pe acizi

Există patru tipuri de oxizi:

• de bază;
• Acid;
• neutru;
• amfoter.

Gradul de oxidare a oxigenului în compușii acestor specii este -2.

• Oxizii de bază sunt compușii cu metale care au un grad redus de oxidare. De obicei, atunci când interacționează cu acizi, se obține sarea corespunzătoare și apa.
• Oxizi de oxizi - oxizi de nemetalici cu un grad ridicat de oxidare. Când se adaugă apă, se formează un acid.
• Oxizii neutri sunt compuși care nu intră în reacție cu acizi sau cu baze.
• Oxizii amfoterici sunt compuși cu metale care au o electronegativitate scăzută. Acestea, în funcție de circumstanțe, prezintă proprietățile oxizilor acizi și bazici.

Peroxizii, gradul de oxidare a oxigenului în peroxidul de hidrogen și alți compuși

Peroxizii sunt compușii de oxigen cu metale alcaline. Ele sunt obținute prin arderea acestor metale în oxigen. Peroxizii compușilor organici sunt extrem de explozivi. Ele pot fi obținute și prin absorbție cu oxizi de oxigen. Exemple de peroxizi:

• peroxidul de hidrogen (H₂O₂);
• bariu peroxid (BaO₂);
• peroxid de sodiu (Na₂O₂).

Toate acestea sunt unite prin faptul că ele conțin grupul de oxigen -O-O-. Ca rezultat, oxidarea oxigenului în peroxizi este -1. Unul dintre cei mai cunoscuți compuși cu gruparea -O-O- este peroxidul de hidrogen. În condiții normale, acest compus este un lichid albastru deschis. Prin proprietățile sale chimice, peroxidul de hidrogen este mai aproape de acidul slab. Deoarece legătura -O-O în compus are o rezistență slabă, chiar și la temperatura camerei soluția de peroxid de hidrogen poate fi descompusă în apă și oxigen. Acesta este cel mai puternic oxidant, totuși, atunci când interacționează cu oxidanți mai puternici, proprietățile agentului reducător sunt numai peroxid de hidrogen. Gradul de oxidare a oxigenului în peroxidul de hidrogen, ca și în cazul altor peroxizi, este -1.

Alte tipuri de peroxizi sunt:

• superexide (superoxiduri, în care oxigenul are o oxidare -1/2);
• anorganice ozonide (compuși extrem de instabili care au un anion de ozon în structura lor);
• Ozonidele organice (compuși având în structura lor legătura -O-O-O).

Fluorurile, gradul de oxidare a oxigenului în OF2

Fluorul este cel mai activ element din toate cele cunoscute în prezent. Prin urmare, interacțiunea dintre oxigen și fluor produce nu oxizi, ci fluoruri. Ele sunt numite astfel deoarece în acest compus nu este oxigen, dar fluor este un oxidant. Fluorurile nu pot fi obținute în mod natural. Ele sunt sintetizate numai, obținând prin asocierea fluorului cu o soluție apoasă de KOH. Fluorurile de oxigen sunt împărțite în:

• difluorură de oxigen (OF₂);
• Oxid de monofluorură (O₂F₂).

Să analizăm în detaliu fiecare dintre conexiuni. Oxidul de difluorură este un gaz incolor, cu un miros neplăcut pronunțat. După răcire, se condensează într-un lichid gălbui. În stare lichidă, se amestecă prost cu apă, dar este bine cu aerul, fluorul și ozonul. Conform proprietăților sale chimice, difluorura de oxigen este un oxidant foarte puternic. Gradul de oxidare a oxigenului în OF2 este +1, adică în acest compus, fluorul este un oxidant, iar oxigenul este un agent reducător. DE₂ Este foarte toxic, din punct de vedere al toxicității, depășește purul fluor și abordează fosgenul. Utilizarea principală a acestui compus este ca un oxidant pentru rachete de combustibil, deoarece difluorura de oxigen nu este explozivă.

Oxidul de monofluorură în stare normală este un solid gălbui. Când se topește, se formează un lichid roșu. Este un oxidant puternic, este extrem de exploziv când interacționează cu compuși organici. În acest compus, oxigenul prezintă niveluri de oxidare de +2, adică în acest compus fluor, oxigenul acționează ca agent reducător și fluorul ca oxidant.

Ozonul și compușii săi

Ozonul este o moleculă care are trei atomi de oxigen conectați unul la celălalt. În condiții normale, este un gaz albastru. Când se răcește, se formează un lichid albastru, aproape de indigo. În stare solidă sunt cristale de culoare albastru închis. Ozonul are un miros ascuțit, în natură se simte în aer după o furtună puternică.

Ozonul, ca și oxigenul obișnuit, este un oxidant foarte puternic. Prin proprietățile chimice, se apropie de acizi puternici. Când este expus la oxizi, ozonul își mărește starea de oxidare cu eliberarea de oxigen. Dar, în același timp, gradul de oxidare a oxigenului scade. În ozon, legăturile chimice nu sunt la fel de puternice ca în O₂, Prin urmare, în condiții normale, fără eforturi aplicate, se poate descompune în oxigen cu eliberarea energiei termice. Atunci când temperatura efectului asupra moleculei de ozon crește și când presiunea scade, procesul de descompunere în oxigenul diatomic cu eliberarea căldurii este accelerat. În acest caz, dacă există un conținut mare de ozon în spațiu, atunci acest proces poate fi însoțit de o explozie.

Deoarece ozonul este un oxidant foarte puternic și practic toate procesele cu participarea sa produc o cantitate mare de O₂, apoi ozonul este o substanță extrem de toxică. Cu toate acestea, în straturile superioare ale atmosferei, stratul de ozon joacă rolul unui reflector de la radiația ultravioletă a razelor soarelui.

Din ozon, cu ajutorul instrumentelor de laborator, se creează ozonuri organice și anorganice. Acest lucru este foarte instabil în structura materiei, astfel încât crearea lor în condiții naturale este imposibilă. Ozonidele sunt depozitate numai la temperaturi scăzute, deoarece la temperaturi normale sunt extrem de explozive și toxice.

Utilizarea oxigenului și a compușilor săi în industrie

Datorită faptului că, la un moment dat, oamenii de știință au aflat gradul de oxidare a oxigenului atunci când au interacționat cu alte elemente, el și compușii săi au fost folosiți pe scară largă în industrie. Mai ales după ce turbuexpanderii au fost inventați la mijlocul secolului al XX-lea - agregate capabile să transforme energia potențială a oxigenului într-una mecanică. Deoarece oxigenul este o substanță extrem de combustibilă, acesta este utilizat în toate industriile unde este necesar foc și căldură. La tăierea și sudarea metalelor, cilindrii cu oxigen comprimat sunt de asemenea utilizați pentru a consolida aparatul de sudură cu flacără de gaz. Utilizarea pe scară largă a oxigenului în industria siderurgică, unde se utilizează un compresor O₂ temperatură ridicată în cuptoarele de furnal. Oxidarea maximă a oxigenului este -2. Această caracteristică este utilizată în mod activ pentru producerea de oxizi în scopul arderii lor ulterioare și eliberării energiei termice. Oxigen lichid, ozon și alți compuși care conțin o cantitate mare de O₂ sunt utilizate ca oxidanți ai combustibilului cu rachete. Oxidați prin oxigen, anumiți compuși organici sunt utilizați ca explozivi.

În industria chimică, oxigenul este utilizat ca agent de oxidare în compuși acizi hidrocarbonați, cum ar fi alcooli, acizi și altele asemenea. D. Medicamentul este utilizat la o presiune redusă pentru pacienții cu probleme pulmonare, pentru a menține viața organismului. În agricultură, doze mici de oxigen pur este utilizat pentru creșterea peștilor în iazuri, pentru creșterea proporției de vite și altele. D.

Oxigenul este un oxidant puternic, fără de care este imposibil să existe

Deasupra era scris mult despre ceea ce oxigenul are o stare de oxidare atunci când intră în reacție cu diverși compuși și elemente, ce tipuri de compuși de oxigen, există, ce tipuri de viața în pericol și care nu sunt. Unul poate rămâne neclar - la fel ca în toate toxicității sale și un nivel ridicat de oxidare a oxigenului este unul dintre elementele care sunt esențiale pentru viața pe Pământ? Faptul că planeta noastră este un corp foarte echilibrat, care este adaptată în mod specific la substanțele conținute în stratul atmosferic. Ea este implicată în ciclul, care este după cum urmează: un om și toate celelalte animale consumă oxigen și produce dioxid de carbon, și plante în marea lor majoritate consuma dioxid de carbon si produc oxigen. Totul în lume este interconectată, iar pierderea unuia verigă a lanțului poate rupe întregul lanț. Nu trebuie să uităm despre ea și să aibă grijă de viață de pe planetă ca un întreg, nu doar reprezentanții săi individuali.