Deguonis gaunamas laboratorinėmis sąlygomis. Deguonis – elemento charakteristikos, paplitimas gamtoje, fizikinės ir cheminės savybės, paruošimas
Sveiki.. Šiandien papasakosiu apie deguonį ir kaip jį gauti. Leiskite jums priminti, kad jei turite man klausimų, galite juos parašyti straipsnio komentaruose. Jei jums reikia pagalbos chemijos srityje,. Mielai jums padėsiu.
Deguonis gamtoje pasiskirsto izotopų 16 O, 17 O, 18 O pavidalu, kurių procentai Žemėje yra atitinkamai 99,76%, 0,048%, 0,192%.
Laisvoje būsenoje deguonis randamas trijų forma alotropinės modifikacijos : atominis deguonis - O o, dioksidas - O 2 ir ozonas - O 3. Be to, atominį deguonį galima gauti taip:
KClO 3 = KCl + 3O 0
KNO 3 = KNO 2 + O 0
Deguonies yra daugiau nei 1400 skirtingų mineralų ir organinės medžiagos, atmosferoje jo kiekis yra 21 % tūrio. O žmogaus organizme yra iki 65% deguonies. Deguonis – bespalvės ir bekvapės dujos, mažai tirpios vandenyje (3 tūriai deguonies ištirpsta 100 tūrių 20 o C temperatūroje).
Laboratorijoje deguonis gaunamas vidutiniškai kaitinant tam tikras medžiagas:
1) Skaidant mangano junginius (+7) ir (+4):
2KMnO 4 → K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2
permanganato manganatas
kalio kalio
2MnO 2 → 2MnO + O 2
2) Skaidant perchloratams:
2KClO 4 → KClO 2 + KCl + 3O 2
perchloratas
kalio
3) skaidant bertoleto druską (kalio chloratą).
Šiuo atveju susidaro atominis deguonis:
2KClO 3 → 2 KCl + 6O 0
chloratas
kalio
4) Hipochloro rūgšties druskų skaidymosi metu šviesoje- hipochloritai:
2NaClO → 2NaCl + O 2
Ca(ClO) 2 → CaCl 2 + O 2
5) Kaitinant nitratus.
Šiuo atveju susidaro atominis deguonis. Priklausomai nuo metalo nitrato padėties aktyvumo serijoje, susidaro įvairūs reakcijos produktai:
2NaNO 3 → 2NaNO 2 + O 2
Ca(NO 3) 2 → CaO + 2NO 2 + O 2
2AgNO3 → 2Ag + 2NO2 + O2
6) Peroksidų skilimo metu:
2H 2 O 2 ↔ 2H 2 O + O 2
7) Kaitinant neaktyvių metalų oksidus:
2Ag 2O ↔ 4Ag + O 2
Šis procesas yra aktualus kasdieniame gyvenime. Faktas yra tas, kad indai, pagaminti iš vario arba sidabro, turintys natūralų oksido plėvelės sluoksnį, kaitinant sudaro aktyvųjį deguonį, o tai turi antibakterinį poveikį. Tirpstant neaktyvių metalų druskoms, ypač nitratams, taip pat susidaro deguonis. Pavyzdžiui, bendras sidabro nitrato tirpinimo procesas gali būti pavaizduotas etapais:
AgNO 3 + H 2 O → AgOH + HNO 3
2AgOH → Ag 2 O + O 2
2Ag 2O → 4Ag + O 2
arba santrauka:
4AgNO3 + 2H2O → 4Ag + 4HNO3 + 7O2
8) Kaitinant chromo druskas aukščiausias laipsnis oksidacija:
4K 2 Cr 2 O 7 → 4K 2 CrO 4 + 2Cr 2 O 3 + 3 O 2
bichromatinis chromatas
kalio kalio
Pramonėje deguonis gaunamas:
1) Elektrolitinis vandens skilimas:
2H 2 O → 2H 2 + O 2
2) Sąveika anglies dioksidas su peroksidu:
CO 2 + K 2 O 2 → K 2 CO 3 + O 2
Šis metodas yra nepakeičiamas techninis sprendimas kvėpavimo problemos izoliuotose sistemose: povandeniniai laivai, minos, erdvėlaiviai.
3) Kai ozonas sąveikauja su reduktoriais:
O3 + 2KJ + H2O → J2 + 2KOH + O2
Ypač svarbi yra deguonies gamyba fotosintezės proceso metu. atsirandantys augaluose. Visa gyvybė Žemėje iš esmės priklauso nuo šio proceso. Fotosintezė yra sudėtingas kelių etapų procesas. Šviesa suteikia jam pradžią. Pati fotosintezė susideda iš dviejų fazių: šviesios ir tamsios. Šviesos fazės metu augalų lapuose esantis chlorofilo pigmentas sudaro vadinamąjį „šviesą sugeriantį“ kompleksą, kuris paima elektronus iš vandens ir taip suskaido jį į vandenilio jonus ir deguonį:
2H 2 O = 4e + 4H + O 2
Sukaupti protonai prisideda prie ATP sintezės:
ADP + P = ATP
Tamsiosios fazės metu anglies dioksidas ir vanduo paverčiami gliukoze. O deguonis išsiskiria kaip šalutinis produktas:
6CO 2 + 6H 2 O = C 6 H 12 O 6 + O 2
blog.site, kopijuojant visą medžiagą ar jos dalį, būtina nuoroda į pirminį šaltinį.
Ant stovo pritvirtiname ugniai atsparų stiklinį mėgintuvėlį ir į jį įpilame 5 g miltelių nitrato (kalio nitrato KNO 3 arba natrio nitrato NaNO 3). Po mėgintuvėliu pastatykime puodelį iš ugniai atsparios medžiagos, užpildytos smėliu, nes šio eksperimento metu stiklas dažnai išsilydo ir išteka karšta masė. Todėl kaitindami degiklį laikysime šone. Kai labai pakaitinsime salietrą, ji išsilydys ir iš jos išsiskirs deguonis (tai aptiksime rūkstančios skeveldros pagalba - mėgintuvėlyje užsidegs). Tokiu atveju kalio nitratas virs nitritu KNO2. Tada tiglio žnyplėmis arba pincetu įmeskite į lydalą pjaustomos sieros gabalėlį (niekada nelaikykite veido virš mėgintuvėlio).
Siera užsidegs ir sudegs, išleis didelis kiekis karštis. Eksperimentas turėtų būti atliktas su atidaryti langus(dėl susidarančių sieros oksidų). Gautą natrio nitritą išsaugosime tolesniems eksperimentams.
Procesas vyksta taip (kaitinant):
2KNO 3 → 2KNO 2 + O 2
Deguonies galite gauti kitais būdais.
Kalio permanganatas KMnO 4 (mangano rūgšties kalio druska) kaitinant atiduoda deguonį ir virsta mangano (IV) oksidu:
4KMnO 4 → 4Mn 2 + 2K 2 O + 3O 2
arba 4KMnO 4 → MnO 2 + K 2 MnO 4 + O 2
Iš 10 g kalio permanganato galima gauti apie litrą deguonies, o tai reiškia, kad penkiems normalaus dydžio mėgintuvėliams užpildyti deguonimi pakanka dviejų gramų. Kalio permanganato galima įsigyti bet kurioje vaistinėje, jei jo nėra jūsų namų vaistinėlėje.
Ugniai atspariame mėgintuvėlyje pašildome tam tikrą kiekį kalio permanganato ir pneumatine vonia sugauname mėgintuvėliuose išsilaisvinusį deguonį. Įtrūkę kristalai sunaikinami ir dažnai kartu su dujomis patenka ir tam tikras dulkėto permanganato kiekis. Vanduo į pneumatinė vonia ir išleidimo vamzdis šiuo atveju taps raudonas. Baigę eksperimentą, vonią ir vamzdelį išvalome natrio tiosulfato (hiposulfito) tirpalu - fotografiniu fiksatoriumi, kurį šiek tiek parūgštiname praskiesta druskos rūgštimi.
Deguonies dideliais kiekiais galima gauti ir iš vandenilio peroksido (peroksido) H 2 O 2. Nusipirkime vaistinėje trijų procentų tirpalo – dezinfekcinės priemonės ar preparato žaizdoms gydyti. Vandenilio peroksidas nėra labai stabilus. Jau stovėdamas ore jis skyla į deguonį ir vandenį:
2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2
Skilimą galima žymiai paspartinti į peroksidą įpylus šiek tiek mangano dioksido MnO 2 (piroliusito), aktyvintos anglies, metalo miltelių, kraujo (krešėjusio arba šviežio) ir seilių. Šios medžiagos veikia kaip katalizatoriai.
Tai galime patikrinti, jei į nedidelį mėgintuvėlį įpilsime maždaug 1 ml vandenilio peroksido su viena iš nurodytų medžiagų ir, naudodami atplaišų testą, nustatysime, ar yra išsiskyrusio deguonies. Jei į stiklinę įpilate 5 ml trijų procentų vandenilio peroksido tirpalo vienoda suma gyvūno kraujas, mišinys stipriai putos, putos sukietės ir išsipūs dėl deguonies burbuliukų išsiskyrimo.
Tada išbandysime 10% vario (II) sulfato tirpalo katalizinį poveikį, pridėjus kalio hidroksido (kaustinio kalio), geležies (II) sulfato tirpalo, geležies (III) chlorido tirpalo (su ir be jo). geležies miltelių), natrio karbonato, natrio chlorido ir organinių medžiagų (pieno, cukraus, susmulkintų žalių augalų lapų ir kt.). Dabar patyrėme, kad įvairios medžiagos kataliziškai pagreitina vandenilio peroksido skilimą.
Katalizatoriai padidina cheminio proceso reakcijos greitį nenaudojami. Galiausiai jie sumažina aktyvacijos energiją, reikalingą reakcijai pradėti. Tačiau yra ir medžiagų, kurios veikia priešingai. Jie vadinami neigiamais katalizatoriais, antikatalizatoriais, stabilizatoriais arba inhibitoriais. Pavyzdžiui, fosforo rūgštis neleidžia skilti vandenilio peroksidui. Todėl komercinis vandenilio peroksido tirpalas paprastai stabilizuojamas fosforo arba šlapimo rūgštimi.
Katalizatoriai reikalingi daugeliui cheminių technologinių procesų. Tačiau net ir gyvojoje gamtoje daugelyje procesų dalyvauja vadinamieji biokatalizatoriai (fermentai, fermentai, hormonai). Kadangi katalizatoriai reakcijose nesunaudojami, jie gali veikti nedideliais kiekiais. Vieno gramo šliužo fermento užtenka 400-800 kg pieno baltymų koaguliacijai užtikrinti.
Katalizatorių veikimui ypač svarbus jų paviršiaus dydis. Paviršiui padidinti naudojamos akytos, įtrūkimais su išvystytu vidiniu paviršiumi medžiagos arba metalai purškiami ant vadinamųjų nešiklių. Pavyzdžiui, 100 g palaikomo platinos katalizatoriaus yra tik apie 200 mg platinos; 1 g kompaktiško nikelio paviršiaus plotas yra 0,8 cm 2, o 1 g nikelio miltelių – 10 mg paviršiaus. Tai atitinka santykį 1: 100 000; 1 g aktyviojo aliuminio oksido paviršiaus plotas yra nuo 200 iki 300 m2 1 g aktyviosios anglies ši vertė yra net 1000 m2. Kai kuriuose įrenginiuose katalizatorius vertas kelių milijonų markių. Taigi 18 m aukščio benzino kontaktinėje krosnyje Beleme yra 9-10 tonų katalizatoriaus.
Atsiradus deguoniui, žemės atmosferoje atsirado žalieji augalai ir fotosintetinės bakterijos. Deguonies dėka aerobiniai organizmai atlieka kvėpavimą arba oksidaciją. Svarbu gauti deguonies pramonėje – jis naudojamas metalurgijoje, medicinoje, aviacijoje, nacionalinė ekonomika ir kitose pramonės šakose.
Savybės
Deguonis yra aštuntas periodinės lentelės elementas. Tai dujos, kurios palaiko degimą ir oksiduoja medžiagas.
Ryžiai. 1. Deguonis periodinėje lentelėje.
Oficialiai deguonis buvo atrastas 1774 m. Anglų chemikas Josephas Priestley išskyrė elementą iš gyvsidabrio oksido:
2HgO → 2Hg + O 2 .
Tačiau Priestley nežinojo, kad deguonis yra oro dalis. Deguonies savybes ir buvimą atmosferoje vėliau nustatė Priestley kolega, prancūzų chemikas Antoine'as Lavoisier.
Bendrosios deguonies savybės:
- bespalvės dujos;
- neturi kvapo ar skonio;
- sunkesnis už orą;
- molekulė susideda iš dviejų deguonies atomų (O 2);
- skystoje būsenoje jis yra šviesiai mėlynos spalvos;
- blogai tirpsta vandenyje;
- yra stiprus oksidatorius.
Ryžiai. 2. Skystas deguonis.
Deguonies buvimą galima lengvai patikrinti, nuleidus rūkstantį skeveldrą į indą, kuriame yra dujų. Esant deguoniui, deglas užsidega.
Kaip tai gauti?
Yra žinomi keli būdai deguoniui gaminti iš įvairių junginių pramoninėmis ir laboratorinėmis sąlygomis. Pramonėje deguonis gaunamas iš oro, jį suskystinant esant slėgiui ir -183°C temperatūrai. Skystas oras išgarinamas, t.y. palaipsniui įkaista. -196°C temperatūroje azotas pradeda garuoti, o deguonis lieka skystas.
Laboratorijoje deguonis susidaro iš druskų, vandenilio peroksido ir elektrolizės būdu. Kaitinant, vyksta druskų skilimas. Pavyzdžiui, kalio chloratas arba bertolito druska kaitinama iki 500°C, o kalio permanganatas arba kalio permanganatas – iki 240°C:
- 2KClO 3 → 2KCl + 3O 2;
- 2KMnO 4 → K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2 .
Ryžiai. 3. Berthollet druskos kaitinimas.
Deguonies taip pat galite gauti kaitindami nitratą arba kalio nitratą:
2KNO 3 → 2KNO 2 + O 2 .
Skaidant vandenilio peroksidą, kaip katalizatorius naudojamas mangano (IV) oksidas - MnO 2, anglies arba geležies milteliai. Bendroji lygtis taip:
2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2.
Natrio hidroksido tirpalas elektrolizuojamas. Dėl to susidaro vanduo ir deguonis:
4NaOH → (elektrolizė) 4Na + 2H 2 O + O 2 .
Deguonis taip pat išskiriamas iš vandens elektrolizės būdu, skaidant į vandenilį ir deguonį:
2H 2 O → 2H 2 + O 2.
Branduoliniuose povandeniniuose laivuose deguonis buvo gaunamas iš natrio peroksido - 2Na 2 O 2 + 2CO 2 → 2Na 2 CO 3 + O 2. Metodas įdomus tuo, kad kartu su deguonies išsiskyrimu absorbuojamas ir anglies dioksidas.
Kaip naudoti
Surinkimas ir atpažinimas būtinas norint išleisti gryną deguonį, kuris pramonėje naudojamas medžiagoms oksiduoti, taip pat palaikyti kvėpavimą erdvėje, po vandeniu, prirūkytose patalpose (deguonis būtinas ugniagesiams). Medicinoje deguonies balionai padeda kvėpuoti pacientams, kuriems sunku kvėpuoti. Deguonis taip pat naudojamas kvėpavimo takų ligoms gydyti.
Deguonis naudojamas kurui – anglims, naftai, gamtinių dujų. Deguonis plačiai naudojamas metalurgijoje ir mechaninėje inžinerijoje, pavyzdžiui, metalui lydyti, pjaustyti ir suvirinti.
Vidutinis reitingas: 4.9. Iš viso gautų įvertinimų: 177.
Sveiki. Jau perskaitėte mano straipsnius Tutoronline.ru tinklaraštyje. Šiandien papasakosiu apie deguonį ir kaip jį gauti. Leiskite jums priminti, kad jei turite man klausimų, galite juos parašyti straipsnio komentaruose. Jei jums reikia pagalbos chemijos srityje, užsiregistruokite į mano pamokas pagal tvarkaraštį. Mielai jums padėsiu.
Deguonis gamtoje pasiskirsto izotopų 16 O, 17 O, 18 O pavidalu, kurių procentai Žemėje yra atitinkamai 99,76%, 0,048%, 0,192%.
Laisvoje būsenoje deguonis egzistuoja trijų pavidalu alotropinės modifikacijos : atominis deguonis - O o, dioksidas - O 2 ir ozonas - O 3. Be to, atominį deguonį galima gauti taip:
KClO 3 = KCl + 3O 0
KNO 3 = KNO 2 + O 0
Deguonis yra daugiau nei 1400 įvairių mineralų ir organinių medžiagų dalis atmosferoje, jo kiekis sudaro 21% tūrio. O žmogaus organizme yra iki 65% deguonies. Deguonis – bespalvės ir bekvapės dujos, mažai tirpios vandenyje (3 tūriai deguonies ištirpsta 100 tūrių 20 o C temperatūroje).
Laboratorijoje deguonis gaunamas vidutiniškai kaitinant tam tikras medžiagas:
1) Skaidant mangano junginius (+7) ir (+4):
2KMnO 4 → K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2
permanganato manganatas
kalio kalio
2MnO 2 → 2MnO + O 2
2) Skaidant perchloratams:
2KClO 4 → KClO 2 + KCl + 3O 2
perchloratas
kalio
3) skaidant bertoleto druską (kalio chloratą).
Šiuo atveju susidaro atominis deguonis:
2KClO 3 → 2 KCl + 6O 0
chloratas
kalio
4) Hipochloro rūgšties druskų skaidymosi metu šviesoje- hipochloritai:
2NaClO → 2NaCl + O 2
Ca(ClO) 2 → CaCl 2 + O 2
5) Kaitinant nitratus.
Šiuo atveju susidaro atominis deguonis. Priklausomai nuo metalo nitrato padėties aktyvumo serijoje, susidaro įvairūs reakcijos produktai:
2NaNO 3 → 2NaNO 2 + O 2
Ca(NO 3) 2 → CaO + 2NO 2 + O 2
2AgNO3 → 2Ag + 2NO2 + O2
6) Peroksidų skilimo metu:
2H 2 O 2 ↔ 2H 2 O + O 2
7) Kaitinant neaktyvių metalų oksidus:
2Ag 2O ↔ 4Ag + O 2
Šis procesas yra aktualus kasdieniame gyvenime. Faktas yra tas, kad indai, pagaminti iš vario arba sidabro, turintys natūralų oksido plėvelės sluoksnį, kaitinant sudaro aktyvųjį deguonį, o tai turi antibakterinį poveikį. Tirpstant neaktyvių metalų druskoms, ypač nitratams, taip pat susidaro deguonis. Pavyzdžiui, bendras sidabro nitrato tirpinimo procesas gali būti pavaizduotas etapais:
AgNO 3 + H 2 O → AgOH + HNO 3
2AgOH → Ag 2 O + O 2
2Ag 2O → 4Ag + O 2
arba santrauka:
4AgNO3 + 2H2O → 4Ag + 4HNO3 + 7O2
8) Kaitinant aukščiausios oksidacijos laipsnio chromo druskas:
4K 2 Cr 2 O 7 → 4K 2 CrO 4 + 2Cr 2 O 3 + 3 O 2
bichromatinis chromatas
kalio kalio
Pramonėje deguonis gaunamas:
1) Elektrolitinis vandens skilimas:
2H 2 O → 2H 2 + O 2
2) Anglies dioksido sąveika su peroksidais:
CO 2 + K 2 O 2 → K 2 CO 3 + O 2
Šis metodas yra nepakeičiamas techninis kvėpavimo problemos sprendimas izoliuotose sistemose: povandeniniuose laivuose, minose, erdvėlaiviuose.
3) Kai ozonas sąveikauja su reduktoriais:
O3 + 2KJ + H2O → J2 + 2KOH + O2
Ypač svarbi yra deguonies gamyba fotosintezės proceso metu. atsirandantys augaluose. Visa gyvybė Žemėje iš esmės priklauso nuo šio proceso. Fotosintezė yra sudėtingas kelių etapų procesas. Šviesa suteikia jam pradžią. Pati fotosintezė susideda iš dviejų fazių: šviesios ir tamsios. Šviesos fazės metu augalų lapuose esantis chlorofilo pigmentas sudaro vadinamąjį „šviesą sugeriantį“ kompleksą, kuris paima elektronus iš vandens ir taip suskaido jį į vandenilio jonus ir deguonį:
2H 2 O = 4e + 4H + O 2
Sukaupti protonai prisideda prie ATP sintezės:
ADP + P = ATP
Tamsiosios fazės metu anglies dioksidas ir vanduo paverčiami gliukoze. O deguonis išsiskiria kaip šalutinis produktas:
6CO 2 + 6H 2 O = C 6 H 12 O 6 + O 2
svetainėje, kopijuojant visą medžiagą ar jos dalį, būtina nuoroda į šaltinį.
Planas:
Atradimų istorija
Vardo kilmė
Buvimas gamtoje
Kvitas
Fizinės savybės
Cheminės savybės
Taikymas
10. Izotopai
Deguonis
Deguonis- 16 grupės elementas (pagal pasenusią klasifikaciją - pagrindinis VI grupės pogrupis), antrasis periodinės lentelės laikotarpis cheminiai elementai D.I. Mendelejevas, kurio atominis skaičius 8. Žymi simboliu O (lot. Oxygenium). Deguonis yra chemiškai aktyvus nemetalas ir yra lengviausias elementas iš chalkogenų grupės. Paprasta medžiaga deguonies(CAS numeris: 7782-44-7) normaliomis sąlygomis yra bespalvės, beskonės ir bekvapės dujos, kurių molekulė susideda iš dviejų deguonies atomų (formulė O 2), todėl ji dar vadinama dioksidu mėlyna spalva, o kieti kristalai yra šviesiai mėlynos spalvos.
Yra ir kitų alotropinių deguonies formų, pavyzdžiui, ozonas (CAS numeris: 10028-15-6) – normaliomis sąlygomis mėlynos specifinio kvapo dujos, kurių molekulė susideda iš trijų deguonies atomų (formulė O 3).
Atradimų istorija
Oficialiai manoma, kad deguonį 1774 m. rugpjūčio 1 d. atrado anglų chemikas Josephas Priestley, suardydamas gyvsidabrio oksidą hermetiškai uždarytame inde (Priestley nukreipė saulės šviesą į šį junginį, naudodamas galingą lęšį).
Tačiau Priestley iš pradžių nesuvokė, kad atrado naują paprastą medžiagą, kurią jis tikėjo išskyrus komponentai oro (ir šias dujas pavadino „deflogistuotu oru“). Priestley apie savo atradimą pranešė išskirtiniam prancūzų chemikui Antoine'ui Lavoisier. 1775 metais A. Lavoisier nustatė, kad deguonis yra oro, rūgščių komponentas ir yra daugelyje medžiagų.
Keleriais metais anksčiau (1771 m.) deguonį gavo švedų chemikas Karlas Scheele. Jis kalcinavo salietrą su sieros rūgštimi, o tada suskaidė susidariusį azoto oksidą. Scheele šias dujas pavadino „ugnies oru“ ir aprašė savo atradimą knygoje, išleistoje 1777 m. (būtent todėl, kad knyga buvo išleista vėliau nei Priestley paskelbė apie savo atradimą, pastarasis laikomas deguonies atradėju). Scheele taip pat pranešė apie savo patirtį Lavoisier.
Svarbus žingsnis, prisidėjęs prie deguonies atradimo, buvo prancūzų chemiko Pierre'o Bayeno darbas, paskelbęs darbus apie gyvsidabrio oksidaciją ir vėlesnį jo oksido skaidymą.
Galiausiai A. Lavoisier pagaliau išsiaiškino susidariusių dujų prigimtį, naudodamasis Priestley ir Scheele informacija. Jo darbai buvo nepaprastai svarbūs, nes jos dėka buvo sugriauta tuo metu vyravusi ir chemijos raidą stabdžiusi flogistono teorija. Lavoisier atliko įvairių medžiagų degimo eksperimentus ir paneigė flogistono teoriją, paskelbdamas rezultatus apie sudegusių elementų svorį. Pelenų svoris viršijo pradinį elemento svorį, o tai suteikė Lavoisier teisę teigti, kad degimo metu vyksta medžiagos cheminė reakcija (oksidacija), todėl pradinės medžiagos masė didėja, o tai paneigia flogistono teoriją. .
Taigi deguonies atradimo nuopelnus iš tikrųjų dalijasi Priestley, Scheele ir Lavoisier.
Vardo kilmė
Žodis deguonis (vadinamas pradžios XIX amžiaus, net „rūgšties tirpalas“), jo atsiradimą rusų kalboje tam tikru mastu lėmė M. V. Lomonosovas, kuris kartu su kitais neologizmais įvedė žodį „rūgštis“. Taigi žodis „deguonis“, savo ruožtu, buvo termino „deguonis“ (pranc. oxygène), kurį pasiūlė A. Lavoisier (iš senovės graikų ὀξύς – „rūgštus“ ir γεννάω – „gimdymas“), atsekimas. verčiama kaip „generuojanti rūgštį“, kuri yra susijusi su pradine jos reikšme - „rūgštis“, kuri anksčiau reiškė medžiagas, vadinamas oksidais pagal šiuolaikinę tarptautinę nomenklatūrą.
Buvimas gamtoje
Deguonis yra labiausiai paplitęs elementas Žemėje (įvairiuose junginiuose, daugiausia silikatuose) sudaro apie 47,4% kietos žemės plutos masės. Jūrų ir gėlus vandenis yra didžiulis kiekis surišto deguonies - 88,8% (masės), atmosferoje laisvo deguonies kiekis yra 20,95% tūrio ir 23,12% masės. Daugiau nei 1500 junginių žemės plutoje turi deguonies.
Deguonis yra daugelio organinių medžiagų dalis ir yra visose gyvose ląstelėse. Pagal atomų skaičių gyvose ląstelėse jis yra apie 25%, o pagal masės dalį - apie 65%.
Kvitas
Šiuo metu pramonėje deguonis gaunamas iš oro. Pagrindinis pramoninis deguonies gamybos būdas yra kriogeninis rektifikavimas. Membraninės technologijos pagrindu veikiančios deguonies gamyklos taip pat gerai žinomos ir sėkmingai naudojamos pramonėje.
Laboratorijose naudojamas pramoniniu būdu pagamintas deguonis, tiekiamas plieniniuose balionuose, kurių slėgis apie 15 MPa.
Nedidelį deguonies kiekį galima gauti kaitinant kalio permanganatą KMnO 4:
Taip pat naudojama katalizinio vandenilio peroksido H2O2 skilimo reakcija esant mangano(IV) oksidui:
Deguonis gali būti gaunamas kataliziškai skaidant kalio chloratą (Berthollet druską) KClO 3:
Laboratoriniai deguonies gamybos metodai apima vandeninių šarmų tirpalų elektrolizės metodą, taip pat gyvsidabrio (II) oksido skaidymą (esant t = 100 °C):
Povandeniniuose laivuose jis paprastai gaunamas reaguojant natrio peroksidui ir anglies dioksidui, kurį iškvepia žmonės:
Fizinės savybės
Pasaulio vandenynuose ištirpusio O 2 kiekis yra didesnis saltas vanduo, o mažiau – šiltuose.
Normaliomis sąlygomis deguonis yra dujos be spalvos, skonio ar kvapo.
1 litras jo sveria 1,429 g. Šiek tiek sunkesnis už orą. Šiek tiek tirpsta vandenyje (4,9 ml/100 g 0 °C temperatūroje, 2,09 ml/100 g 50 °C temperatūroje) ir alkoholyje (2,78 ml/100 g 25 °C temperatūroje). Jis gerai tirpsta išlydytame sidabre (22 tūriai O 2 1 tūryje Ag 961 ° C temperatūroje). Tarpatominis atstumas – 0,12074 nm. Yra paramagnetinis.
Kaitinant dujinį deguonį, vyksta grįžtamasis jo disociacija į atomus: 2000 °C temperatūroje - 0,03%, 2600 °C temperatūroje - 1%, 4000 °C - 59%, 6000 °C - 99,5%.
Skystas deguonis (virimo temperatūra –182,98 °C) yra šviesiai mėlynas skystis.
O2 fazių diagrama
Kietasis deguonis (lydymosi temperatūra –218,35°C) – mėlyni kristalai. Yra žinomos 6 kristalinės fazės, iš kurių trys egzistuoja esant 1 atm slėgiui:
α-O 2 – egzistuoja žemesnėje nei 23,65 K temperatūroje; ryškiai mėlyni kristalai priklauso monoklininei sistemai, ląstelių parametrai a=5,403 Å, b=3,429 Å, c=5,086 Å; β=132,53°.
β-O 2 – egzistuoja temperatūros diapazone nuo 23,65 iki 43,65 K; blyškiai mėlyni kristalai (didėjant slėgiui spalva tampa rausva) turi romboedrinę gardelę, ląstelės parametrai a=4,21 Å, α=46,25°.
γ-O 2 – egzistuoja nuo 43,65 iki 54,21 K temperatūroje; šviesiai mėlyni kristalai turi kubinę simetriją, gardelės parametras a = 6,83 Å.
Esant aukštam slėgiui susidaro dar trys fazės:
δ-O 2 temperatūros diapazonas 20-240 K ir slėgis 6-8 GPa, oranžiniai kristalai;
ε-O 4 slėgis nuo 10 iki 96 GPa, kristalų spalva nuo tamsiai raudonos iki juodos, monokliniška sistema;
ζ-Оn slėgis didesnis nei 96 GPa, metalinė būsena su būdingu metaliniu blizgesiu, su žemos temperatūros pereina į superlaidžią būseną.
Cheminės savybės
Stiprus oksidatorius, sąveikauja su beveik visais elementais, sudarydamas oksidus. Oksidacijos būsena −2. Paprastai oksidacijos reakcija vyksta išsiskiriant šilumai ir greitėja didėjant temperatūrai (žr. Degimas). Kambario temperatūroje vykstančių reakcijų pavyzdys:
Oksiduoja junginius, kurių sudėtyje yra elementų, kurių oksidacijos būsena mažesnė nei maksimali:
Oksiduoja daugumą organinių junginių:
Tam tikromis sąlygomis galima atlikti lengvą organinio junginio oksidaciją:
Deguonis tiesiogiai (normaliomis sąlygomis, kaitinant ir (arba) esant katalizatoriams) reaguoja su visomis paprastomis medžiagomis, išskyrus Au ir inertines dujas (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn); reakcijos su halogenais vyksta veikiant elektros iškrovai arba ultravioletiniams spinduliams. Aukso oksidai ir sunkiosios inertinės dujos (Xe, Rn) buvo gauti netiesiogiai. Visuose dviejų elementų deguonies junginiuose su kitais elementais deguonis atlieka oksidatoriaus vaidmenį, išskyrus junginius su fluoru.
Deguonis sudaro peroksidus, kurių deguonies atomo oksidacijos laipsnis formaliai lygus –1.
Pavyzdžiui, peroksidai susidaro deginant šarminius metalus deguonyje:
Kai kurie oksidai sugeria deguonį:
Pagal A. N. Bacho ir K. O. Englerio sukurtą degimo teoriją, oksidacija vyksta dviem etapais, kai susidaro tarpinis peroksido junginys. Šį tarpinį junginį galima išskirti, pavyzdžiui, kai degančio vandenilio liepsna aušinama ledu, kartu su vandeniu susidaro vandenilio peroksidas:
Superoksiduose deguonies oksidacijos būsena formaliai yra –½, ty vienas elektronas dviem deguonies atomams (O – 2 jonas). Gaunamas peroksidams reaguojant su deguonimi esant padidintam slėgiui ir temperatūrai:
Kalis K, rubidis Rb ir cezis Cs reaguoja su deguonimi, sudarydami superoksidus:
Dioksigenilo jonuose O 2 + deguonies oksidacijos būsena formaliai yra +½. Gauta reakcijos būdu:
Deguonies fluoridai
Deguonies difluoridas, OF 2 deguonies oksidacijos būsena +2, gaunamas leidžiant fluorą per šarminį tirpalą:
Deguonies monofluoridas (dioksidifluoridas), O 2 F 2, yra nestabilus, deguonies oksidacijos būsena +1. Gaunamas iš fluoro ir deguonies mišinio švytinčioje iškrovoje –196 °C temperatūroje:
Praleidus švytėjimo išlydį per fluoro ir deguonies mišinį esant tam tikram slėgiui ir temperatūrai, gaunami aukštesnių deguonies fluoridų O 3 F 2, O 4 F 2, O 5 F 2 ir O 6 F 2 mišiniai.
Kvantiniai mechaniniai skaičiavimai numato stabilų trifluorhidroksonio jono OF 3+ egzistavimą. Jei šis jonas tikrai egzistuoja, tada deguonies oksidacijos būsena jame bus lygi +4.
Deguonis palaiko kvėpavimo, degimo ir irimo procesus.
Laisva forma elementas egzistuoja dviem alotropinėmis modifikacijomis: O 2 ir O 3 (ozonas). Kaip 1899 m. nustatė Pierre'as Curie ir Marie Skłodowska-Curie, jonizuojančiosios spinduliuotės įtakoje O 2 virsta O 3 .
Taikymas
Plačiai paplitęs pramoninis deguonies naudojimas prasidėjo XX amžiaus viduryje, išradus turboekspanderius – skysto oro suskystinimo ir atskyrimo įrenginius.
INmetalurgija
Plieno gamybos arba matinio apdorojimo konverteris apima deguonies naudojimą. Daugelyje metalurgijos agregatų, siekiant efektyvesnio kuro deginimo, vietoj oro degikliuose naudojamas deguonies ir oro mišinys.
Metalų suvirinimas ir pjovimas
Mėlynuose balionuose esantis deguonis plačiai naudojamas metalų pjovimui ir suvirinimui liepsna.
Raketų kuras
Kaip oksidatorius, skirtas raketinis kuras naudojamas skystas deguonis, vandenilio peroksidas, azoto rūgštis ir kiti deguonies turintys junginiai. Skysto deguonies ir skysto ozono mišinys yra vienas iš galingiausių raketų kuro oksidatorių (specifinis vandenilio-ozono mišinio impulsas viršija vandenilio-fluoro ir vandenilio-deguonies fluorido porų specifinį impulsą).
INvaistas
Medicininis deguonis laikomas metaliniuose dujų balionuose aukštas spaudimas(skirta suspaustam arba suskystintomis dujomis) mėlynos spalvos įvairios talpos nuo 1,2 iki 10,0 litrų esant slėgiui iki 15 MPa (150 atm) ir naudojamas kvėpavimo dujų mišiniams praturtinti anestezijos įrangoje, esant kvėpavimo nepakankamumui, palengvinti bronchinės astmos priepuolį, šalinti bet kokios kilmės, dekompresinei ligai, virškinimo trakto patologijoms gydyti deguonies kokteilių pavidalu. Individualiam naudojimui medicininiu deguonimi iš cilindrų pripildomi specialūs guminiai indai – deguonies pagalvėlės. Įvairių modelių ir modifikacijų deguonies inhaliatoriai naudojami deguonies arba deguonies-oro mišinio tiekimui vienu metu vienai ar dviem nukentėjusiems lauke ar ligoninės aplinkoje. Deguonies inhaliatoriaus privalumas yra tai, kad yra dujų mišinio kondensatorius-drėkintuvas, kuris naudoja iškvepiamo oro drėgmę. Norint apskaičiuoti balione likusio deguonies kiekį litrais, balione esantis slėgis atmosferose (pagal reduktoriaus manometrą) paprastai dauginamas iš cilindro talpos litrais. Pavyzdžiui, 2 litrų talpos cilindre manometras rodo 100 atm deguonies slėgį. Deguonies tūris šiuo atveju yra 100 × 2 = 200 litrų.
INMaisto pramone
Maisto pramonėje deguonis registruojamas kaip maisto priedas E948, kaip raketinis kuras ir pakavimo dujos.
INchemijos pramonė
Chemijos pramonėje deguonis naudojamas kaip oksidatorius daugelyje sintezių, pavyzdžiui, angliavandenilius oksiduojant į deguonies turinčius junginius (alkoholius, aldehidus, rūgštis), amoniaką į azoto oksidus gaminant azoto rūgštį. Dėl aukštų temperatūrų, atsirandančių oksidacijos metu, pastarieji dažnai atliekami degimo režimu.
INŽemdirbystė
Šiltnamiuose, deguonies kokteiliams gaminti, gyvūnų svoriui priaugti, vandens aplinkos praturtinimui deguonimi auginant žuvis.
Biologinis deguonies vaidmuo
Avarinis deguonies tiekimas bombų slėptuvėje
Dauguma gyvų būtybių (aerobų) 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, drambliams, gangrenai ir kitoms sunkioms ligoms. Oro dezinfekcijai ir dezodoravimui bei valymui geriamas vanduo naudojamas dirbtinis sodrinimas ozonu. Radioaktyvusis deguonies izotopas 15 O naudojamas kraujo tėkmės greičiui ir plaučių ventiliacijai tirti.
Toksiški deguonies dariniai
Kai kurie deguonies dariniai (vadinamosios reaktyviosios deguonies rūšys), pavyzdžiui, vienkartinis deguonis, vandenilio peroksidas, superoksidas, ozonas ir hidroksilo radikalai, yra labai toksiški. Jie susidaro deguonies aktyvavimo arba dalinio redukavimo proceso metu. Superoksidas (superoksido radikalas), vandenilio peroksidas ir hidroksilo radikalas gali susidaryti žmonių ir gyvūnų ląstelėse bei audiniuose ir sukelti oksidacinį stresą.
Izotopai
Deguonis turi tris stabilius izotopus: 16 O, 17 O ir 18 O, kurių vidutinis kiekis yra atitinkamai 99,759%, 0,037% ir 0,204%. iš viso deguonies atomai Žemėje. Ryškų lengviausių iš jų – 16 O – vyravimą izotopų mišinyje lemia tai, kad 16 O atomo branduolys susideda iš 8 protonų ir 8 neutronų (dvigubas magiškas branduolys su užpildytais neutronais ir protonų apvalkalais). O tokie branduoliai, kaip išplaukia iš atomo branduolio sandaros teorijos, yra ypač stabilūs.
Taip pat žinomi radioaktyvieji deguonies izotopai, kurių masės skaičius yra nuo 12 O iki 24 O. Visi radioaktyvieji deguonies izotopai turi trumpą pusinės eliminacijos laiką, ilgiausiai gyvenantys deguonies pusinės eliminacijos laikas yra ~120 s. Trumpiausio izotopo 12 O pusinės eliminacijos laikas yra 5,8·10-22 s.