Թթվածինը մտնում է քիմիական ռեակցիաների մեջ. Թթվածնի ֆիզիկական և քիմիական հատկությունները. Արդյունաբերական մասշտաբով թթվածնի արտադրություն

ՍԱՀՄԱՆՈՒՄ

Երկաթ- Դ.Ի. Մենդելեևի Քիմիական տարրերի պարբերական աղյուսակի չորրորդ շրջանի ութերորդ խմբի տարրը:

Իսկ ծավալի համարը 26 է: Խորհրդանիշն է Fe (լատիներեն «ferrum»): Ամենատարածվածներից մեկը երկրի ընդերքըմետաղներ (երկրորդ տեղը ալյումինից հետո):

Երկաթի ֆիզիկական հատկությունները

Երկաթը մոխրագույն մետաղ է։ Իր մաքուր տեսքով այն բավականին փափուկ է, ճկուն և մածուցիկ: Էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիաարտաքին էներգիայի մակարդակը– 3d 6 4s 2: Իր միացություններում երկաթը ցուցադրում է «+2» և «+3» օքսիդացման վիճակներ: Երկաթի հալման ջերմաստիճանը 1539C է։ Երկաթը ձևավորում է երկու բյուրեղային ձևափոխումներ՝ α- և γ-երկաթ: Դրանցից առաջինն ունի մարմնակենտրոն խորանարդ վանդակ, երկրորդը՝ դեմքակենտրոն խորանարդ վանդակ։ α-երկաթը թերմոդինամիկորեն կայուն է երկու ջերմաստիճանի միջակայքում՝ 912-ից ցածր և 1394C-ից մինչև հալման կետ: 912-ի և 1394C-ի միջև γ-երկաթը կայուն է:

Երկաթի մեխանիկական հատկությունները կախված են նրա մաքրությունից՝ նրա մեջ նույնիսկ շատ փոքր քանակությամբ այլ տարրերի պարունակությունից: Պինդ երկաթն ունի իր մեջ բազմաթիվ տարրեր լուծելու հատկություն։

Երկաթի քիմիական հատկությունները

Խոնավ օդում երկաթը արագ ժանգոտում է, այսինքն. ծածկված է հիդրատացված երկաթի օքսիդի շագանակագույն ծածկով, որն իր փխրունության շնորհիվ չի պաշտպանում երկաթը հետագա օքսիդացումից: Ջրի մեջ երկաթը ինտենսիվ կոռոզիայից է լինում. թթվածնի առատ հասանելիությամբ ձևավորվում են երկաթի (III) օքսիդի հիդրատ ձևեր.

2Fe + 3/2O 2 + nH 2 O = Fe 2 O 3 × H 2 O:

Թթվածնի պակասի կամ դժվար հասանելիության դեպքում ձևավորվում է խառը օքսիդ (II, III) Fe 3 O 4.

3Fe + 4H 2 O (v) ↔ Fe 3 O 4 + 4H 2:

Երկաթը լուծվում է ցանկացած կոնցենտրացիայի աղաթթվի մեջ.

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2:

Նոսրած ծծմբաթթվի մեջ լուծարումը տեղի է ունենում նույն կերպ.

Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2:

IN կենտրոնացված լուծույթներծծմբաթթուն երկաթը օքսիդացնում է երկաթի (III):

2Fe + 6H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O:

Սակայն ծծմբաթթվի մեջ, որի կոնցենտրացիան մոտ է 100%-ին, երկաթը դառնում է պասիվ և գործնականում փոխազդեցություն չի առաջանում։ նոսր և չափավոր խտացված լուծույթներում ազոտական ​​թթուերկաթը լուծվում է.

Fe + 4HNO 3 = Fe(NO 3) 3 + NO + 2H 2 O:

Ազոտական ​​թթվի բարձր կոնցենտրացիաների դեպքում տարրալուծումը դանդաղում է, և երկաթը դառնում է պասիվ:

Ինչպես մյուս մետաղները, երկաթը փոխազդում է պարզ նյութերի հետ։ Երկաթի և հալոգենների (անկախ հալոգենի տեսակից) ռեակցիաները տեղի են ունենում տաքացման ժամանակ։ Երկաթի փոխազդեցությունը բրոմի հետ տեղի է ունենում վերջինիս գոլորշիների ճնշման բարձրացման դեպքում.

2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3;

3Fe + 4I 2 = Fe 3 I 8.

Երկաթի փոխազդեցությունը ծծմբի (փոշի), ազոտի և ֆոսֆորի հետ տեղի է ունենում նաև տաքացնելիս.

6Fe + N 2 = 2Fe 3 N;

2Fe + P = Fe 2 P;

3Fe + P = Fe 3 P.

Երկաթը ի վիճակի է արձագանքել ոչ մետաղների հետ, ինչպիսիք են ածխածինը և սիլիցիումը.

3Fe + C = Fe 3 C;

Երկաթի բարդ նյութերի հետ փոխազդեցության ռեակցիաների շարքում հատուկ դերՀետևյալ ռեակցիաները խաղում են. երկաթն ունակ է աղի լուծույթներից (1) նվազեցնել ակտիվության շարքում գտնվող մետաղները (1), նվազեցնելով երկաթի (III) միացությունները (2).

Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu (1);

Fe + 2FeCl 3 = 3FeCl 2 (2):

Երկաթը, բարձր ճնշման դեպքում, փոխազդում է ոչ աղ առաջացնող օքսիդի՝ CO-ի հետ՝ առաջացնելով բարդ բաղադրության նյութեր՝ կարբոնիլներ՝ Fe (CO) 5, Fe 2 (CO) 9 և Fe 3 (CO) 12։

Երկաթը, կեղտերի բացակայության դեպքում, կայուն է ջրի և նոսր ալկալիների լուծույթներում:

Երկաթ ստանալը

Երկաթի ստացման հիմնական եղանակը երկաթի հանքաքարից (հեմատիտ, մագնետիտ) կամ դրա աղերի լուծույթների էլեկտրոլիզն է (այս դեպքում ստացվում է «մաքուր» երկաթ, այսինքն՝ երկաթ առանց կեղտերի):

Խնդիրների լուծման օրինակներ

ՕՐԻՆԱԿ 1

Զորավարժություններ

10 գ կշռող երկաթի կշեռք Fe 3 O 4 նախ մշակվել է 150 մլ աղաթթվի լուծույթով (խտությունը 1,1 գ/մլ) քլորաջրածնի զանգվածային բաժնով 20%, ապա ստացված լուծույթին ավելացվել է ավելցուկ երկաթ։ Որոշեք լուծույթի բաղադրությունը (ըստ կշռի տոկոսի):

Լուծում

Գրենք ռեակցիայի հավասարումները՝ ըստ խնդրի պայմանների. 8HCl + Fe 3 O 4 = FeCl 2 + 2FeCl 3 + 4H 2 O (1); 2FeCl 3 + Fe = 3FeCl 2 (2): Իմանալով աղաթթվի լուծույթի խտությունը և ծավալը, կարող եք գտնել դրա զանգվածը. m sol (HCl) = V (HCl) × ρ (HCl); մ սոլ (HCl) = 150×1,1 = 165 գ: Եկեք հաշվարկենք քլորաջրածնի զանգվածը. m(HCl) = m sol (HCl) ×ω(HCl)/100%; m(HCl) = 165×20%/100% = 33 գ. Աղաթթվի մոլային զանգվածը (մեկ մոլի զանգվածը)՝ հաշվարկված քիմիական տարրերի աղյուսակի միջոցով Դ.Ի. Մենդելեև – 36,5 գ/մոլ. Եկեք գտնենք ջրածնի քլորիդի քանակը. v(HCl) = m(HCl)/M(HCl); v(HCl) = 33/36.5 = 0.904 մոլ: Կշեռքի մոլային զանգված (մեկ մոլի զանգված), որը հաշվարկված է քիմիական տարրերի աղյուսակի միջոցով Դ.Ի. Մենդելեև – 232 գ/մոլ. Եկեք գտնենք մասշտաբի նյութի քանակը. v(Fe 3 O 4) = 10/232 = 0.043 մոլ: Համաձայն 1 հավասարման՝ v(HCl)՝ v(Fe 3 O 4) = 1:8, հետևաբար, v(HCl) = 8 v(Fe 3 O 4) = 0.344 մոլ: Այնուհետև (0,344 մոլ) հավասարմամբ հաշվարկված քլորաջրածնի քանակությունը պակաս կլինի խնդրի դրույթում նշվածից (0,904 մոլ): Հետևաբար, աղաթթուավելցուկ է, և կառաջանա մեկ այլ ռեակցիա. Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2 (3): Եկեք որոշենք առաջին ռեակցիայի արդյունքում ձևավորված երկաթի քլորիդ նյութի քանակը (հատուկ ռեակցիան նշում ենք ինդեքսներով). v 1 (FeCl 2):v(Fe 2 O 3) = 1:1 = 0.043 մոլ; v 1 (FeCl 3):v(Fe 2 O 3) = 2:1; v 1 (FeCl 3) = 2 × v (Fe 2 O 3) = 0,086 մոլ: Եկեք որոշենք քլորաջրածնի քանակը, որը չի արձագանքել ռեակցիա 1-ում և երկաթի (II) քլորիդի քանակը, որը ձևավորվել է ռեակցիայի 3-ի ժամանակ. v rem (HCl) = v(HCl) – v 1 (HCl) = 0,904 – 0,344 = 0,56 մոլ; v 3 (FeCl 2): ​​v rem (HCl) = 1:2; v 3 (FeCl 2) = 1/2 × v rem (HCl) = 0.28 մոլ: Եկեք որոշենք 2-րդ ռեակցիայի ընթացքում ձևավորված FeCl 2 նյութի քանակը, FeCl 2 նյութի ընդհանուր քանակը և դրա զանգվածը. v 2 (FeCl 3) = v 1 (FeCl 3) = 0,086 մոլ; v 2 (FeCl 2): ​​v 2 (FeCl 3) = 3:2; v 2 (FeCl 2) = 3/2× v 2 (FeCl 3) = 0,129 մոլ; v գումար (FeCl 2) = v 1 (FeCl 2) + v 2 (FeCl 2) + v 3 (FeCl 2) = 0,043 + 0,129 + 0,28 = 0,452 մոլ; m(FeCl 2) = v գումար (FeCl 2) × M (FeCl 2) = 0,452 × 127 = 57,404 գ: Եկեք որոշենք նյութի և երկաթի զանգվածը, որը մտել է 2 և 3 ռեակցիաների մեջ. v 2 (Fe): v 2 (FeCl 3) = 1:2; v 2 (Fe) = 1/2× v 2 (FeCl 3) = 0,043 մոլ; v 3 (Fe): v rem (HCl) = 1:2; v 3 (Fe) = 1/2×v rem (HCl) = 0.28 մոլ; v գումար (Fe) = v 2 (Fe) + v 3 (Fe) = 0,043+0,28 = 0,323 մոլ; m(Fe) = v գումար (Fe) ×M(Fe) = 0,323 ×56 = 18,088 գ: Հաշվարկենք նյութի քանակությունը և ջրածնի զանգվածը, որը թողարկվել է 3-րդ ռեակցիայում. v(H 2) = 1/2×v rem (HCl) = 0.28 մոլ; m(H 2) = v(H 2) ×M(H 2) = 0.28 × 2 = 0.56 գ: Որոշե՛ք ստացված լուծույթի զանգվածը m’ sol և զանգվածային բաժին FeCl 2 դրանում. m’ sol = m sol (HCl) + m (Fe 3 O 4) + m (Fe) – m (H 2);

§ 27. ԹԹՎԱԾՆԻ ՔԻՄԻԱԿԱՆ ՀԱՏԿՈՒԹՅՈՒՆՆԵՐԸ. ՀԱՄԱԿՑԱԿԱՆ ՌԵԱԿՑԻԱ

Այս պարբերության ուսումնասիրությունը կօգնի ձեզ.

· անվանել կազմը և բերել օքսիդների օրինակներ;

· բնութագրել քիմիական հատկություններթթվածին;

· ստեղծել թթվածին պարունակող ռեակցիաների հավասարումներ;

· տարբերակել տարրալուծման և միացությունների ռեակցիաները;

Բացատրե՛ք միացությունների ռեակցիաների էությունը

Գիտեք, որ նյութերի քիմիական հատկությունները այլ նյութերի հետ փոխազդելու կարողությունն են: Փոխազդեցությունը ավարտվում է ռեակցիայի արտադրանքի կառուցվածքային մասնիկների ձևավորմամբ այն կառուցվածքային մասնիկներից, որոնք ռեագենտների մաս էին կազմում: Թթվածնի մասնակցությամբ նման պրոցեսներ տեղի են ունենում բազմաթիվ պարզ, ինչպես նաև բարդ նյութերի դեպքում։ Սա հիմք է տալիս թթվածինը ակտիվ նյութ անվանել։

ԹԹՎԱԾՆԻ ՓՈԽԱԶԴԻՐՈՒԹՅՈՒՆԸ ՊԱՐԶ ՆՅՈՒԹԵՐԻ ՀԵՏ.

1. Ածխածնի հետ փոխազդեցություն. Սպիրտային լամպի կրակի մեջ տաքացրեք ածուխը և ավելացրեք թթվածնով լցված կոլբայի մեջ։ Ածուխը արագ այրվում է՝ առանց մուր կամ ծուխ առաջացնելու (նկ. 87, ա), իսկ կոլբայի պատերը տաքանում են։ Կոլբայի մեջ կրաքարի ջուր լցնել, այն պղտորվելու է։ Եվ սա ապացուցում է, որ կոլբայի մեջ, որը նախկինում պարունակում էր թթվածին, ածխածնի երկօքսիդ.

Լույսի և ջերմության արտազատումը ցույց է տալիս, որ տեղի է ունեցել այրում, որը քիմիական երևույթ է.

C + O 2 = CO 2 - ածխածնի երկօքսիդ կամ ածխածնի (IV) օքսիդ (1)

2. Փոխազդեցություն ջրածնի հետ. Վառված լուցկի դրեք ջրածնով լցված չոր փորձանոթի վրա: Մենք անմիջապես կլսենք խուլ պայթյուն։ Դա պայմանավորված է նրանով, որ ջրածինը արձագանքում է թթվածնի հետ ակնթարթորեն՝ պայթուցիկ: Չոր փորձանոթի պատերին ջրի կաթիլների հայտնվելը այս նյութի առաջացման համոզիչ վկայությունն է.

2H 2 + O 2 = 2H 2 O - ջուր կամ ջրածնի օքսիդ (2)

3. Փոխազդեցություն ծծմբի հետ. Այրվող նյութերի գդալը 1/3-ով լցնում ենք ծծումբով, ավելացնում սպիրտային լամպի կրակի մեջ և հարում այնքան, մինչև ծծումբը հալվի և սկսի այրվել։ Դրանից հետո թթվածնով կոլբայի մեջ մի գդալ ավելացրեք։ Ծծումբն անմիջապես բռնկվում է վառ կապույտ բոցով, կոլբը լցվում է ծծմբի երկօքսիդով (նկ. 87, բ):

S + O 2 = SO 2 - ծծմբի երկօքսիդ կամ ծծմբի (IV) օքսիդ (3)

Այս ռեակցիան ուղեկցվում է ծծմբի երկօքսիդի սուր, հատուկ հոտի առաջացմամբ։

4. Փոխազդեցություն մագնեզիումի հետ։ Եկեք կրակ դնենք մագնեզիումի շերտը, և այն արագ կվառվի պայծառ, շլացուցիչ բոցով.

2Mg + O 2 = 2MgO մագնեզիումի օքսիդ (4)

Այս քիմիական ռեակցիայի տեսանելի նշանը լույսի տեսքն է։

5. Փոխազդեցություն երկաթի հետ. Եկեք փորձենք, ինչպես մագնեզիումը, այրել բարակ երկաթե ասեղը: Մենք չենք կարողանա դա անել օդում: Եկեք ստուգենք՝ այրվում է արդյոք թթվածնով լցված կոլբայի ասեղը։ Փորձն անվտանգ անցկացնելու համար կոլբայի հատակը ծածկեք ավազի շերտով: Աչքի հատվածի հետ բարակ ասեղ դրեք փայտե փայտիկի մեջ և ասեղի ծայրին լուցկի պատրաստեք: Լուցկին վառելուց անմիջապես հետո ասեղը թթվածնով դանդաղ մտցրեք կոլբայի մեջ: Երկաթը արագ բռնկվում է, ամանորյա կայծերը հիշեցնող վառ կայծերից առաջացած ռեակցիայի արտադրանքը ցրվում է տարբեր ուղղություններով (նկ. 87, գ)։ Ասեղը մի փոքրիկ հալված գնդիկ է թողնում այն ​​տեղում, որտեղ այն ամրացված է: Կոլբայի պատերը տաքանում են։ Այս քիմիական երևույթն արտահայտվում է հետևյալ ռեակցիայի հավասարմամբ.

3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4 երկաթե կշեռք (բ)

Ռեակցիան ուղեկցվում է լույսի և ջերմության արտազատմամբ։

6. Փոխազդեցություն պղնձի հետ: Պղնձե ափսեը մի քանի րոպե պահեք սպիրտային լամպի կրակի վրա: Մենք կդիտարկենք, թե ինչպես է սևը հայտնվում կարմիր-պղնձի գույնի փոխարեն.

2Cu + O 2 = 2CuO - բաժակի (II) օքսիդ (գ)

Ռեակցիան ուղեկցվում է գունային փոփոխությամբ։

ՕՔՍԻԴՆԵՐԻ ՀԱՍԿԱՑՈՒԹՅՈՒՆ. Բոլոր նոր դիտարկված ռեակցիաներում ձևավորվել են տարրի երկուական միացություններ թթվածնի հետ՝ օքսիդներ:

Դեպի պարզ կամ բարդ նյութերներառում են օքսիդներ. Բացատրեք ձեր պատասխանը:

Բրինձ. 87. Ածխի (ա), ծծմբի (6) և երկաթի (գ) այրումը թթվածնում.

Դուք արդեն գիտեք, որ օքսիդները թթվածնով տարրերի երկուական միացություններ են և գիտեք, թե ինչպես կարելի է որոշել քիմիական տարրի վալենտությունը օքսիդում: Դուք կարող եք հիշել դա՝ հղում կատարելով 18-րդ պարբերությանը։

Երկաթի և թթվածնի փոխազդեցության արդյունքը երկաթի կշեռք է Fe 3 O 4 - թթվածնի հատուկ երկուական միացություն: Այն ձևավորվում է երկու օքսիդներից՝ FeO և Fe 2 O 3:

Որոշեք երկու օքսիդների բանաձևերը. դրանցից որում է Ferum մետաղական տարրը երկվալենտ, իսկ որում՝ եռավալենտ։

ՀԱՄԱԿՑԱԿԱՆ ՌԵԱԿՑԻԱ. Քննված վեց օրինակներից յուրաքանչյուրում ընդհանուր բանն այն էր, որ մեկ նյութ առաջացել է երկու նյութից: Նման ռեակցիաները կոչվում են բարդ ռեակցիաներ:

Այն ռեակցիաները, որոնք հանգեցնում են երկու կամ ավելի նյութերից մեկ նյութի առաջացմանը, կոչվում են բարդ ռեակցիաներ:

Որպեսզի դիտարկված օրինակներից հետո տպավորություն չստեղծվի, որ կարելի է միացնել միայն պարզ նյութերը, մենք կբերենք ռեակցիայի հավասարումների օրինակներ բարդ և համակցման համար. պարզ նյութ; երկու բարդ նյութեր.

2CO + O 2 = 2CO 2 (7)

Na 2 O + SO 3 = Na 3 SO 4 - նատրիումի սուլֆատ (8)

Ինչպես տեսնում ենք, համակցված ռեակցիաների համար գլխավորն այն է, որ ձևավորվում է մեկ ռեակցիայի արտադրանք, և ռեակտիվները կարող են լինել ինչպես բարդ, այնպես էլ պարզ նյութեր, բայց դրանք, անշուշտ, պետք է լինեն երկու կամ ավելի:

Եկեք ամփոփենք այն, ինչ սովորեցինք.

ԹԹՎԱԾՆԻ ՓՈԽԱԶԴԻՐՈՒԹՅՈՒՆԸ ԲԱՐԴ ՆՅՈՒԹԵՐԻ ՀԵՏ. Փոխազդեցություն մեթանի հետ. Ամեն անգամ, երբ մարդիկ վառում են գազի վառարանը, նրանք քիմիական ռեակցիա են իրականացնում մեթանի CH 4-ի միջև (հիմնականը. բաղադրիչբնական գազ) և թթվածին.

Այս քիմիական երեւույթն ուղեկցվում է երկու ֆիզիկական երեւույթներով՝ լույս եւ ջերմություն։ Նրա հոսքի ընթացքում խոհանոցում թթվածնի պարունակությունը նվազում է, իսկ ածխաթթու գազը, ընդհակառակը, ավելանում է։ Հետեւաբար, նրանք, ովքեր օդափոխում են խոհանոցը, պատուհանը բաց են պահում, էլեկտրական գլխարկներ տեղադրողները ճիշտ են անում։

Թթվածնի փոխազդեցությունը ջրածնի սուլֆիդի հետ H 2 S. Ջրածնի սուլֆիդը կամ ջրածնի սուլֆիդը նույնպես այրվում է թթվածնում: Եթե ​​կա բավարար քանակությամբ թթվածին, ռեակցիան ուղեկցվում է արդեն հայտնի ծծմբի երկօքսիդի և ջրի ձևավորմամբ.

2H 2 S + 3O 2 = 2 SO 2 + 2H 2 O (10)

Գլյուկոզայի ամբողջական օքսիդացում C 6 H 12 O 6. Հենց այն փաստը, որ մարդն առանց շնչելու կարող է ապրել ոչ ավելի, քան 5-7 րոպե, հուշում է օրգանիզմի համար թթվածնի չափազանց կարևորության մասին։ Երբևէ մտածե՞լ եք մեր օրգանիզմում թթվածնի գործառույթների մասին: Ի վերջո, դրա օրական ընդունումը այնքան էլ փոքր չէ՝ մոտ 700 գ։

Գիտնականներն ուսումնասիրել են, որ օրգանիզմում թթվածնի մասնակցությամբ բազմաթիվ ռեակցիաներ են տեղի ունենում։ Մասնավորապես, գլյուկոզան, որը սննդի հետ ներթափանցում է մարդու օրգանիզմ, նույնպես արձագանքում է թթվածնի հետ։ Փոխազդեցությունը տեղի է ունենում ֆերմենտների (կատալիզատորների) առկայությամբ և ավարտվում է ածխաթթու գազի և ջրի ձևավորմամբ։ Սա կարող է արտահայտվել հետևյալ ընդհանուր ռեակցիայի հավասարմամբ.

C 6 H 12 O 6 + 6O 2 = 6CO 2 + 6H 2 O (11)

Դիտարկված բոլոր օրինակներում, անկախ նրանից՝ պարզ կամ բարդ նյութը փոխազդում է թթվածնի հետ, ձևավորվում են այն տարրերի օքսիդներ, որոնք ռեակտիվների մաս են կազմում։ Սակայն թթվածնի հետ բարդ նյութի ոչ լրիվ փոխազդեցության դեպքում կարող է առաջանալ նաև պարզ նյութ։ Օրինակ, թթվածնի փոխազդեցությունը ջրածնի սուլֆիդի H2S-ի հետ, որը քննարկվել է վերևում, կարող է առաջանալ ծծմբի և ջրի ձևավորման հետ, եթե կա թթվածնի պակաս.

2H 2 S + O 2 = 2S + 2H 2 O (12)

Թթվածինը պատկանում է ակտիվ նյութեր. Այն հեշտությամբ փոխազդում է պարզ և բարդ նյութերի հետ։ Այս ռեակցիաների արգասիքները օքսիդներ են։

Էրուդիտ խոզաբուծություն

Պարբերության սկզբում ասվեց, որ պարզ նյութերի մեծ մասը փոխազդում է թթվածնի հետ։ Մետաղների օրինակներ, որոնք ներառված չեն այս մեծամասնության մեջ, ոսկին Au-ն, պլատինե Pt-ն են, այդ իսկ պատճառով դրանք կոչվում են ազնիվ մետաղներ: Ոչ մետաղներից հելիումը He, նեոն Ne, արգոն Ar, կրիպտոն Kr, քսենոն Xe և ռադոն Rn-ն «անտարբերություն» կամ իներտություն են ցուցաբերում թթվածնի նկատմամբ։ Հետեւաբար, այդ գազային նյութերը միասին կոչվում են իներտ գազեր:

Երկար ժամանակ գիտության մեջ հավատում էին, որ իներտ գազերը չեն փոխազդում որևէ նյութի հետ։ Այնուամենայնիվ, վերջին կես դարում հնարավոր է եղել ստանալ դրանց միացություններից մի քանիսը, այդ թվում՝ թթվածնով, թեև ոչ թե իներտ գազը թթվածնի հետ միացնելու ռեակցիայի միջոցով, այլ այլ մեթոդներով։

1. Ինչից են բաղկացած օքսիդները: Բերե՛ք օքսիդների օրինակներ:

2. Նկարագրե՛ք թթվածնի քիմիական հատկությունները:

3. Ո՞ր ռեակցիաներն են կոչվում բարդ ռեակցիաներ: Բերեք օրինակներ։

4. Ո՞րն է տարբերությունը տարրալուծման և զուգակցման քիմիական ռեակցիաների միջև:

5. Պարբերության տեքստից գրի՛ր քեզ համար նորություն ունեցող նյութերի բանաձեւերն ու անվանումները:

6. Օգտագործելով պարբերության տեքստում առկա օքսիդների բանաձևերը՝ որոշիր, թե դրանցից որն է ամենափոքրը և որն է ամենամեծ զանգվածային բաժինը թթվածինը:

7. Օգտագործելով տրված գծապատկերները, գրի՛ր ռեակցիայի հավասարումները.

ա) Ba + O 2 -> BaO

բ) PbS + O 2 -> PbO + SO 2

գ) Cu + O 2 -> CuO

դ) HgS + O 2 -> Hg + SO 2

8. Գրի՛ր թթվածնի ռեակցիաների հավասարումները.

ա) ամոնիում NH3, եթե ստացված օքսիդում ազոտի վալենտությունը 2 է.

6) ցինկի սուլֆիդ ZnS, եթե ստացված օքսիդում ծծմբի վալենտությունը IV է.

Պարզեք իներտ գազերի գտնվելու վայրը Դ.Ի.Մենդելեևի քիմիական տարրերի պարբերական համակարգում:

Ներածություն

Ամեն օր մենք շնչում ենք մեզ անհրաժեշտ օդը։ Երբևէ մտածե՞լ եք, թե ինչ, ավելի ճիշտ, ինչ նյութերից է բաղկացած օդը: Դրա մեծ մասը պարունակում է ազոտ (78%), որին հաջորդում են թթվածինը (21%) և իներտ գազերը (1%)։ Թեև թթվածինը օդի ամենահիմնական մասը չէ, առանց դրա մթնոլորտն անպիտան կլիներ: Դրա շնորհիվ Երկրի վրա գոյություն ունի կյանք, քանի որ ազոտը ինչպես միասին, այնպես էլ առանձին-առանձին կործանարար է մարդկանց համար։ Դիտարկենք թթվածնի հատկությունները։

Թթվածնի ֆիզիկական հատկությունները

Դուք պարզապես չեք կարող տարբերակել օդի թթվածինը, քանի որ նորմալ պայմաններում այն ​​գազ է առանց համի, գույնի կամ հոտի: Բայց թթվածինը հնարավոր է արհեստականորենփոխանցել ուրիշներին ագրեգացման վիճակներ. Այսպիսով, -183 o C-ում այն ​​դառնում է հեղուկ, իսկ -219 o C-ում այն ​​կարծրանում է: Բայց միայն մարդիկ կարող են ստանալ պինդ և հեղուկ թթվածին, իսկ բնության մեջ այն գոյություն ունի միայն գազային վիճակ. այսպիսի տեսք ունի (լուսանկար). Իսկ կոշտը սառույցի տեսք ունի։

Թթվածնի ֆիզիկական հատկությունները նաև պարզ նյութի մոլեկուլի կառուցվածքն են։ Թթվածնի ատոմները ձևավորում են երկու այդպիսի նյութ՝ թթվածին (O 2) և օզոն (O 3): Ստորև ներկայացված է թթվածնի մոլեկուլի մոդելը:

Թթվածին. Քիմիական հատկություններ

Առաջին բանը, որից պետք է սկսել քիմիական բնութագրումտարր - նրա դիրքը Դ.Ի. Այսպիսով, թթվածինը գտնվում է 6-րդ խմբի 2-րդ շրջանում հիմնական ենթախումբհամար 8. Նրա ատոմային զանգված- 16 ամու, ոչ մետաղ է։

IN անօրգանական քիմիանրա երկուական միացությունները այլ տարրերի հետ միավորվեցին առանձին մեկի՝ օքսիդների մեջ։ Թթվածինը կարող է ձևավորվել քիմիական միացություններինչպես մետաղների, այնպես էլ ոչ մետաղների հետ:

Եկեք խոսենք այն լաբորատորիաներում ստանալու մասին:

Քիմիապես թթվածին կարելի է ստանալ կալիումի պերմանգանատի, ջրածնի պերօքսիդի, բերտոլիտի աղի, ակտիվ մետաղների նիտրատների և օքսիդների տարրալուծման միջոցով։ ծանր մետաղներ. Դիտարկենք ռեակցիայի հավասարումները այս մեթոդներից յուրաքանչյուրն օգտագործելիս:

1. Ջրի էլեկտրոլիզ.

H 2 O 2 = H 2 O + O 2

5. Ծանր մետաղների օքսիդների տարրալուծում (օրինակ՝ սնդիկի օքսիդ).

2HgO = 2Hg + O2

6. Ակտիվ մետաղների նիտրատների (օրինակ՝ նատրիումի նիտրատ) տարրալուծում.

2NaNO3 = 2NaNO2 + O2

Թթվածնի կիրառում

Մենք ավարտել ենք քիմիական հատկությունները: Հիմա ժամանակն է խոսել մարդու կյանքում թթվածնի օգտագործման մասին: Այն անհրաժեշտ է էլեկտրական և ջերմային էլեկտրակայաններում վառելիքի այրման համար։ Օգտագործվում է թուջից և մետաղի ջարդոնից պողպատ ստանալու համար, մետաղի եռակցման և կտրելու համար։ Թթվածինն անհրաժեշտ է հրշեջների դիմակների, սուզորդների բալոնների համար և օգտագործվում է գունավոր և գունավոր մետալուրգիայում և նույնիսկ պայթուցիկ նյութերի արտադրության մեջ։ Նաև ներս սննդի արդյունաբերությունթթվածինը հայտնի է որպես սննդային հավելում E948. Թվում է, թե չկա արդյունաբերություն, որտեղ այն չօգտագործվի, բայց նրա ամենակարեւոր դերը բժշկության մեջ է։ Այնտեղ այն կոչվում է «բժշկական թթվածին»: Որպեսզի թթվածինը պիտանի լինի օգտագործման համար, այն նախապես սեղմվում է։ Թթվածնի ֆիզիկական հատկությունները նշանակում են, որ այն կարող է սեղմվել: Այս տեսքով այն պահվում է դրանց նման բալոնների ներսում:

Այն օգտագործվում է ինտենսիվ թերապիայի և հիվանդ հիվանդի մարմնում կենսական գործընթացները պահպանելու համար սարքավորումների վիրահատությունների ժամանակ, ինչպես նաև որոշ հիվանդությունների բուժման մեջ՝ դեկոպրեսիա, ստամոքս-աղիքային տրակտի պաթոլոգիաներ: Նրա օգնությամբ բժիշկներն ամեն օր բազմաթիվ կյանքեր են փրկում։ Քիմիական և ֆիզիկական հատկություններթթվածինը նպաստում է դրա լայն կիրառմանը:

Մեր մոլորակի ամենակարևոր տարրերից մեկը թթվածինն է: Այս նյութի քիմիական հատկությունները թույլ են տալիս մասնակցել կենսաբանական գործընթացներին, և նրա ակտիվության բարձրացումը թթվածինը դարձնում է զգալի մասնակից բոլոր հայտնի քիմիական ռեակցիաներին: Ազատ վիճակում այս նյութը հասանելի է մթնոլորտում։ Կապված վիճակում թթվածինը հանքանյութերի, ապարների և բարդ նյութերի մի մասն է, որոնք կազմում են տարբեր կենդանի օրգանիզմներ։ Երկրի վրա թթվածնի ընդհանուր քանակը գնահատվում է մեր մոլորակի ընդհանուր զանգվածի 47%-ը։

Թթվածնի նշանակումը

Պարբերական աղյուսակում թթվածինը զբաղեցնում է այս աղյուսակի ութերորդ բջիջը։ Նրա միջազգային անվանումն է օքսիգենիում։ Քիմիական նշումներում այն ​​նշվում է լատիներեն «O» տառով: IN բնական միջավայրատոմային թթվածինը չի առաջանում, նրա մասնիկները միանում են՝ առաջացնելով զուգակցված գազի մոլեկուլներ, որոնց մոլեկուլային զանգվածը 32 գ/մոլ է։

Օդ և թթվածին

Օդը Երկրի վրա տարածված մի քանի գազերի խառնուրդ է: Առավել ներս օդային զանգվածազոտ՝ 78,2% ծավալով և 75,5% զանգվածով։ Թթվածինը ծավալով միայն երկրորդն է՝ 20,9%, իսկ զանգվածով՝ 23,2%։ Երրորդ տեղը հատկացված է ազնիվ գազերին։ Մնացած կեղտերը՝ ածխաթթու գազ, ջրային գոլորշի, փոշի և այլն, ընդհանուր օդի զանգվածում զբաղեցնում են ընդամենը տոկոսի մասնաբաժիններ:

Բնական թթվածնի ամբողջ զանգվածը երեք իզոտոպների խառնուրդ է՝ 16 O, 17 O, 18 O: Այս իզոտոպների տոկոսը ընդհանուր զանգվածթթվածինը կազմում է համապատասխանաբար 99,76%, 0,04% և 0,2%:

Թթվածնի ֆիզիկական և քիմիական հատկությունները

Մեկ լիտր օդը նորմալ պայմաններում կշռում է 1,293 գ, երբ ջերմաստիճանը իջնում ​​է -140⁰C, օդը դառնում է անգույն թափանցիկ հեղուկ: Չնայած ցածր եռման կետին, օդը կարող է պահպանվել այնտեղ հեղուկ վիճակնույնիսկ սենյակային ջերմաստիճանում: Դա անելու համար հեղուկը պետք է տեղադրվի այսպես կոչված Dewar կոլբայի մեջ։ Հեղուկ թթվածնի մեջ ընկղմվելը արմատապես փոխում է առարկաների բնականոն հատկությունները:

Էթիլային սպիրտը և շատ գազեր դառնում են պինդ առարկաներ, սնդիկը դառնում է կարծր և ճկուն, իսկ ռետինե գնդիկը կորցնում է իր առաձգականությունը և փշրվում ամենափոքր հարվածի դեպքում։

Թթվածինը լուծվում է ջրի մեջ, թեև փոքր քանակությամբ. ծովի ջուրպարունակում է 3-5% թթվածին։ Բայց նույնիսկ այս գազի նման փոքր քանակությունը առաջացրեց ձկների, խեցեմորթների և ծովային տարբեր օրգանիզմների գոյության համար, որոնք ջրից թթվածին են ստանում՝ իրենց սեփական կենսաապահովման գործընթացներին աջակցելու համար:

Թթվածնի ատոմի կառուցվածքը

Թթվածնի նկարագրված հատկությունները հիմնականում բացատրվում են այս տարրի ներքին կառուցվածքով։

Թթվածինը պատկանում է վեցերորդ խմբի տարրերի հիմնական ենթախմբին պարբերական աղյուսակ. Արտաքինում էլեկտրոնային ամպՏարրը պարունակում է վեց էլեկտրոն, որոնցից չորսը զբաղեցնում են p-օրբիտալներ, իսկ մնացած երկուսը գտնվում են s-օրբիտալներում։ Սա ներքին կառուցվածքըառաջացնում է էներգիայի մեծ ծախսեր՝ ուղղված էլեկտրոնային կապերի խզմանը. թթվածնի ատոմի համար ավելի հեշտ է փոխառել երկու բացակայող էլեկտրոններ արտաքին ուղեծրից, քան հրաժարվել իր վեցից: Հետեւաբար, թթվածնի կովալենտությունը շատ դեպքերում երկու է: Երկու ազատ էլեկտրոնի շնորհիվ թթվածինը հեշտությամբ ձևավորում է երկատոմային մոլեկուլներ, որոնք բնութագրվում են կապի բարձր ամրությամբ։ Միայն 498 Ջ/մոլից բարձր կիրառվող էներգիայի դեպքում մոլեկուլները քայքայվում են և առաջանում է ատոմային թթվածին։ Այս տարրի քիմիական հատկությունները թույլ են տալիս նրան արձագանքել բոլոր հայտնի նյութերի հետ՝ բացառելով հելիումը, նեոնը և արգոնը: Փոխազդեցության արագությունը կախված է ռեակցիայի ջերմաստիճանից և նյութի բնույթից:

Թթվածնի քիմիական հատկությունները

Թթվածինը փոխազդում է տարբեր նյութերի հետ՝ առաջացնելով օքսիդներ, և այդ ռեակցիաները բնորոշ են ինչպես մետաղներին, այնպես էլ ոչ մետաղներին։ Մետաղների հետ թթվածնի միացությունները կոչվում են հիմնական օքսիդներ. դասական օրինակծառայում է որպես մագնեզիումի օքսիդ և կալցիումի օքսիդ: Մետաղների օքսիդների փոխազդեցությունը ջրի հետ հանգեցնում է հիդրօքսիդների առաջացմանը՝ հաստատելով թթվածնի ակտիվ քիմիական հատկությունները։ Ոչ մետաղների հետ այս նյութը ձևավորվում է թթվային օքսիդներ- օրինակ, ծծմբի եռօքսիդ SO 3: Երբ այս տարրը փոխազդում է ջրի հետ, ստացվում է ծծմբաթթու:

Քիմիական ակտիվություն

Թթվածինը ուղղակիորեն փոխազդում է տարրերի ճնշող մեծամասնության հետ: Բացառություն են կազմում ոսկին, հալոգենները և պլատինը: Որոշ նյութերի հետ թթվածնի փոխազդեցությունը զգալիորեն արագանում է կատալիզատորների առկայության դեպքում։ Օրինակ, ջրածնի և թթվածնի խառնուրդը պլատինի առկայության դեպքում արձագանքում է նույնիսկ սենյակային ջերմաստիճանում: Խլացնող պայթյունով խառնուրդը վերածվում է սովորական ջրի, որի կարևոր բաղադրիչը թթվածինն է։ Տարրի քիմիական հատկությունները և բարձր ակտիվությունը բացատրում են մեկուսացումը մեծ քանակությամբլույս և ջերմություն, հետևաբար քիմիական ռեակցիաներթթվածնի հետ հաճախ կոչվում է այրում:

Մաքուր թթվածնի մեջ այրումը տեղի է ունենում շատ ավելի ինտենսիվ, քան օդում, չնայած ռեակցիայի ընթացքում թողարկված ջերմության քանակը մոտավորապես նույնն է լինելու, բայց գործընթացը, ազոտի բացակայության պատճառով, շատ ավելի արագ է ընթանում, և այրման ջերմաստիճանը դառնում է ավելի բարձր:

Թթվածին ստանալը

1774 թվականին անգլիացի գիտնական Դ. Պրիստլին սնդիկի օքսիդի քայքայման ռեակցիայից մեկուսացրեց անհայտ գազ։ Բայց արձակված գազը գիտնականը չի կապել արդեն հայտնի նյութի հետ, որը օդի մի մասն է։ Միայն մի քանի տարի անց մեծն Լավուազեն սովորեց ֆիզիկական և քիմիական հատկություններթթվածինը ստացվել է այս ռեակցիայի արդյունքում և ապացուցել է իր նույնականությունը օդի մաս կազմող գազի հետ: IN ժամանակակից աշխարհթթվածինը ստացվում է օդից։ Լաբորատորիաներում ես օգտագործում եմ արդյունաբերական թթվածին, որը մատակարարվում է բալոններով մոտ 15 ՄՊա ճնշման տակ։ Մաքուր թթվածին կարելի է ստանալ նաև լաբորատոր պայմաններում.

Օզոնի արտադրություն

Եթե ​​էլեկտրաէներգիան փոխանցվի թթվածնի կամ օդի միջով, մթնոլորտում կհայտնվի բնորոշ հոտ՝ ազդարարելով նոր նյութի՝ օզոնի ի հայտ գալը։ Օզոն կարելի է ստանալ նաև քիմիապես մաքուր թթվածնից։ Այս նյութի ձևավորումը կարող է արտահայտվել բանաձևով.

Այս ռեակցիան չի կարող ինքնուրույն ընթանալ, դրա հաջող ավարտի համար պահանջվում է արտաքին էներգիա. Բայց օզոնի հակառակ փոխակերպումը թթվածնի տեղի է ունենում ինքնաբերաբար: Թթվածնի և օզոնի քիմիական հատկությունները շատ առումներով տարբերվում են: Օզոնը թթվածնից տարբերվում է խտությամբ, հալման և եռման կետերով։ Նորմալ պայմաններում այս գազը կապույտ գույն ունի և ունի բնորոշ հոտ։ Օզոնն ավելի մեծ էլեկտրական հաղորդունակություն ունի և ջրի մեջ ավելի լուծելի է, քան թթվածինը: Օզոնի քիմիական հատկությունները բացատրվում են դրա տարրալուծման գործընթացով. այս նյութի մոլեկուլի տարրալուծման ժամանակ ձևավորվում է թթվածնի երկատոմային մոլեկուլ գումարած այս տարրի մեկ ազատ ատոմ, որը ագրեսիվորեն արձագանքում է այլ նյութերի հետ: Օրինակ, հայտնի է օզոնի և թթվածնի ռեակցիան՝ 6Ag+O 3 =3Ag 2 O.

Բայց սովորական թթվածինը նույնիսկ բարձր ջերմաստիճանում չի միանում արծաթի հետ։

Բնության մեջ օզոնի ակտիվ քայքայումը հղի է այսպես կոչված օզոնային անցքերի ձևավորմամբ, որոնք սպառնում են մեր մոլորակի կենսագործունեությանը:

Հոդվածի բովանդակությունը

ԹԹՎԱԾԻՆ, O (թթվածին), քիմիական տարրՏարրերի պարբերական աղյուսակի VIA ենթախմբերը՝ O, S, Se, Te, Po – քալկոգենների ընտանիքի անդամ: Սա բնության մեջ ամենատարածված տարրն է, որի պարունակությունը Երկրի մթնոլորտում կազմում է 21% (ծավալ), երկրակեղևում՝ միացությունների տեսքով, մոտ. 50% (քաշ) և հիդրոսֆերայում՝ 88,8% (քաշ):

Թթվածինն անհրաժեշտ է երկրի վրա կյանքի գոյության համար. կենդանիները և բույսերը թթվածին են սպառում շնչառության ընթացքում, իսկ բույսերը թթվածին են թողարկում ֆոտոսինթեզի միջոցով։ Կենդանի նյութպարունակում է կապված թթվածին ոչ միայն մարմնի հեղուկներում (արյան բջիջներում և այլն), այլև ածխաջրերում (շաքար, բջջանյութ, օսլա, գլիկոգեն), ճարպեր և սպիտակուցներ։ Կավեր, սիլիկատներից և թթվածին պարունակող այլ ապարներից անօրգանական միացություններ, ինչպիսիք են օքսիդները, հիդրօքսիդները, կարբոնատները, սուլֆատները և նիտրատները:

Պատմական տեղեկություններ.

Թթվածնի մասին առաջին տեղեկությունները Եվրոպայում հայտնի են դարձել 8-րդ դարի չինական ձեռագրերից։ 16-րդ դարի սկզբին։ Լեոնարդո դա Վինչին հրապարակել է տվյալներ՝ կապված թթվածնի քիմիայի հետ՝ դեռ չիմանալով, որ թթվածինը տարր է։ Թթվածնի ավելացման ռեակցիաները նկարագրված են գիտական ​​աշխատություններ S. Geils (1731) և P. Bayen (1774): Առանձնահատուկ ուշադրության են արժանի Կ.Շեյլի 1771–1773 թթ.-ին կատարված հետազոտությունները թթվածնի հետ մետաղների և ֆոսֆորի փոխազդեցության վերաբերյալ։ Ջ. Փրիսթլին զեկուցել է թթվածնի որպես տարր հայտնաբերելու մասին 1774 թվականին՝ օդի հետ ռեակցիաների մասին Բայենի զեկույցից մի քանի ամիս անց։ Օքսիգենիում («թթվածին») անվանումը տրվել է այս տարրին Պրիստլիի կողմից դրա հայտնաբերումից անմիջապես հետո և առաջացել է հունարեն բառերից, որոնք նշանակում են «թթու արտադրող»; սա պայմանավորված է այն սխալ պատկերացմամբ, որ թթվածինը առկա է բոլոր թթուներում: Շնչառության և այրման գործընթացներում թթվածնի դերի բացատրությունը, սակայն, պատկանում է Ա.Լավուազիեին (1777 թ.)։

Ատոմի կառուցվածքը.

Թթվածնի ցանկացած ատոմ միջուկում պարունակում է 8 պրոտոն, սակայն նեյտրոնների թիվը կարող է լինել 8, 9 կամ 10: Թթվածնի երեք իզոտոպներից ամենատարածվածը (99,76%) 16 8 O-ն է (8 պրոտոն և 8 նեյտրոն): . Մեկ այլ իզոտոպի՝ 18 8 O-ի (8 պրոտոն և 10 նեյտրոն) պարունակությունը կազմում է ընդամենը 0,2%: Այս իզոտոպն օգտագործվում է որպես պիտակ կամ որոշ մոլեկուլներ նույնականացնելու, ինչպես նաև կենսաքիմիական և բժշկաքիմիական հետազոտություններ անցկացնելու համար (ոչ ռադիոակտիվ հետքերի ուսումնասիրության մեթոդ): Թթվածնի երրորդ ոչ ռադիոակտիվ իզոտոպը՝ 17 8 O (0,04%), պարունակում է 9 նեյտրոն և ունի 17 զանգվածային թիվ։ Այն բանից հետո, երբ ածխածնի իզոտոպի զանգվածը 12 6 C ընդունվեց որպես ստանդարտ ատոմային զանգված Միջազգային հանձնաժողովի կողմից։ 1961 թթվածնի միջին կշռված ատոմային զանգվածը դարձավ 15. 9994։ Մինչև 1961 թվականը քիմիկոսները ատոմային զանգվածի ստանդարտ միավոր էին համարում թթվածնի ատոմային զանգվածը, որը ենթադրվում էր 16000 թթվածնի երեք բնական իզոտոպների խառնուրդի համար։ Ֆիզիկոսները որպես ատոմային զանգվածի ստանդարտ միավոր վերցրել են 16 8 O թթվածնի իզոտոպի զանգվածային թիվը, ուստի ֆիզիկական սանդղակի վրա թթվածնի միջին ատոմային զանգվածը եղել է 16,0044։

Թթվածնի ատոմն ունի 8 էլեկտրոն՝ 2 էլեկտրոն ներքին մակարդակում և 6 էլեկտրոն՝ արտաքին մակարդակում։ Հետևաբար, քիմիական ռեակցիաներում թթվածինը կարող է ընդունել մինչև երկու էլեկտրոն դոնորներից՝ իր արտաքին թաղանթը հասցնելով 8 էլեկտրոնի և առաջացնելով ավելորդ բացասական լիցք։

Մոլեկուլային թթվածին.

Ինչպես շատ այլ տարրեր, որոնց ատոմներին պակասում է 1–2 էլեկտրոն՝ 8 էլեկտրոնի արտաքին թաղանթն ավարտելու համար, թթվածինը ձևավորում է երկատոմային մոլեկուլ։ Այս պրոցեսն ազատում է մեծ քանակությամբ էներգիա (~490 կՋ/մոլ) և, համապատասխանաբար, նույն քանակությամբ էներգիա պետք է ծախսվի մոլեկուլի ատոմների տարանջատման հակառակ գործընթացի համար։ O–O կապի ուժգնությունն այնքան բարձր է, որ 2300°C ջերմաստիճանում թթվածնի մոլեկուլների միայն 1%-ն է տարանջատվում ատոմների։ (Հատկանշական է, որ N2 ազոտի մոլեկուլի առաջացման ժամանակ N–N կապի ուժգնությունն էլ ավելի մեծ է՝ ~710 կՋ/մոլ։

Էլեկտրոնային կառուցվածք.

Թթվածնի մոլեկուլի էլեկտրոնային կառուցվածքում, ինչպես և կարելի էր սպասել, էլեկտրոնների բաշխումը օկտետում յուրաքանչյուր ատոմի շուրջ չի իրականացվում, բայց կան. չզույգված էլեկտրոններ, իսկ թթվածինը ցուցաբերում է նման կառուցվածքին բնորոշ հատկություններ (օրինակ՝ այն փոխազդում է մագնիսական դաշտ, լինելով պարամագնիսական):

Ռեակցիաներ.

Համապատասխան պայմաններում մոլեկուլային թթվածինը փոխազդում է գրեթե ցանկացած տարրի հետ, բացի ազնիվ գազերից։ Այնուամենայնիվ, սենյակային պայմաններում միայն ամենաակտիվ տարրերն են բավական արագ արձագանքում թթվածնի հետ: Հավանական է, որ ռեակցիաների մեծ մասը տեղի է ունենում միայն թթվածնի ատոմների տարանջատումից հետո, իսկ տարանջատումը տեղի է ունենում միայն շատ բարձր ջերմաստիճանի դեպքում: Այնուամենայնիվ, կատալիզատորները կամ այլ նյութեր արձագանքող համակարգում կարող են նպաստել O 2-ի տարանջատմանը: Հայտնի է, որ ալկալային (Li, Na, K) և հողալկալիական (Ca, Sr, Ba) մետաղները փոխազդում են մոլեկուլային թթվածնի հետ՝ առաջացնելով պերօքսիդներ.

Անդորրագիր և դիմում.

Մթնոլորտում ազատ թթվածնի առկայության շնորհիվ՝ ամենաշատը արդյունավետ մեթոդդրա արդյունահանումը օդի հեղուկացումն է, որից հեռացվում են կեղտերը, CO 2, փոշին և այլն։ քիմիական և ֆիզիկական մեթոդներով. Ցիկլային գործընթացը ներառում է սեղմում, սառեցում և ընդլայնում, ինչը հանգեցնում է օդի հեղուկացման: Ջերմաստիճանի դանդաղ բարձրացմամբ (կոտորակային թորման մեթոդ) սկզբում ազնիվ գազերը (ամենադժվարը հեղուկացվում են) հեղուկ օդից գոլորշիանում են, ապա ազոտը և մնում է հեղուկ թթվածին։ Արդյունքում հեղուկ թթվածինը պարունակում է ազնիվ գազերի հետքեր և համեմատաբար մեծ տոկոսազոտ. Շատ կիրառությունների համար այս կեղտերը խնդիր չեն: Այնուամենայնիվ, ծայրահեղ մաքրության թթվածին ստանալու համար թորման գործընթացը պետք է կրկնվի: Թթվածինը պահվում է տանկերում և բալոններում։ Այն մեծ քանակությամբ օգտագործվում է որպես կերոսինի և այլ վառելիքի օքսիդիչ հրթիռների և տիեզերանավ. Պողպատի արդյունաբերությունը օգտագործում է թթվածնային գազ՝ հալած երկաթի միջով փչելու համար՝ օգտագործելով Բեսեմերի մեթոդը՝ արագ և արդյունավետ կերպով հեռացնելու C, S և P կեղտերը: Թթվածինը օգտագործվում է նաև մետաղների եռակցման և կտրման համար (օքսի-ացետիլենային բոց): Թթվածինն օգտագործվում է նաև բժշկության մեջ, օրինակ՝ շնչառության դժվարությամբ հիվանդների շնչառական միջավայրը հարստացնելու համար։ Թթվածին կարելի է ստանալ տարբեր ձևերով քիմիական մեթոդներ, իսկ դրանցից մի քանիսն օգտագործվում են լաբորատոր պրակտիկայում փոքր քանակությամբ մաքուր թթվածին ստանալու համար։

Էլեկտրոլիզ.

Թթվածնի արտադրության մեթոդներից մեկը ջրի էլեկտրոլիզն է, որը պարունակում է NaOH կամ H 2 SO 4 փոքր հավելումներ՝ որպես կատալիզատոր՝ 2H 2 O ® 2H 2 + O 2: Այս դեպքում առաջանում են ջրածնային մանր կեղտեր։ Լիցքաթափման սարքի միջոցով գազային խառնուրդում ջրածնի հետքերը կրկին վերածվում են ջրի, որի գոլորշիները հեռացվում են սառեցման կամ կլանման միջոցով։

Ջերմային դիսոցացիա.

Ջ. Փրիսթլիի կողմից առաջարկված թթվածնի արտադրության կարևոր լաբորատոր մեթոդը ծանր մետաղների օքսիդների ջերմային տարրալուծումն է՝ 2HgO ® 2Hg + O 2: Դրա համար Փրիսթլին արևի ճառագայթները կենտրոնացրել է սնդիկի օքսիդի փոշու վրա: Հայտնի լաբորատոր մեթոդնաև օքսո աղերի ջերմային տարանջատումն է, օրինակ՝ կալիումի քլորատը կատալիզատորի՝ մանգանի երկօքսիդի առկայության դեպքում.

Մանգանի երկօքսիդը, որը փոքր քանակությամբ ավելացվում է նախքան կալցինացումը, թույլ է տալիս պահպանել անհրաժեշտ ջերմաստիճանը և տարանջատման արագությունը, իսկ MnO 2-ն ինքնին չի փոխվում գործընթացի ընթացքում:

Օգտագործվում են նաև մեթոդներ ջերմային տարրալուծումնիտրատներ:

ինչպես նաև որոշ ակտիվ մետաղների պերօքսիդներ, օրինակ.

2BaO 2 ® 2BaO + O 2

Վերջին մեթոդը ժամանակին լայնորեն կիրառվում էր մթնոլորտից թթվածին հանելու համար և բաղկացած էր օդում BaO-ի տաքացումից մինչև BaO 2-ի առաջացումը, որին հաջորդում էր պերօքսիդի ջերմային տարրալուծումը։ Ջրածնի պերօքսիդի արտադրության համար կարևոր է մնում ջերմային տարրալուծման մեթոդը:

ԹԹՎԱԾՆԻ ՈՐՈՇ ՖԻԶԻԿԱԿԱՆ ՀԱՏԿՈՒԹՅՈՒՆՆԵՐ
Ատոմային համարը	8
Ատոմային զանգված	15,9994
Հալման կետ, °C	–218,4
Եռման կետ, °C	–183,0
Խտություն
կոշտ, գ/սմ 3 (ժամ տ pl)	1,27
հեղուկ գ/սմ 3 (ժամ տկիպ)	1,14
գազային, գ/դմ 3 (0°C-ում)	1,429
օդային բարեկամ	1,105
կրիտիկական ա, գ/սմ 3	0,430
Կրիտիկական ջերմաստիճան a, °C	–118,8
Կրիտիկական ճնշում ա, ատմ	49,7
Լուծելիություն, սմ 3 /100 մլ լուծիչ
ջրի մեջ (0°C)	4,89
ջրի մեջ (100°C)	1,7
ալկոհոլի մեջ (25°C)	2,78
Շառավիղ, Å	0,74
կովալենտ	0,66
իոնային (O 2–)	1,40
Իոնացման ներուժը, Վ
առաջին	13,614
երկրորդ	35,146
Էլեկտրբացասականություն (F=4)	3,5
ա Ջերմաստիճանը և ճնշումը, որի դեպքում գազի և հեղուկի խտությունը նույնն է։

Ֆիզիկական հատկություններ.

Թթվածին նորմալ պայմաններում – անգույն գազանհոտ և անհամ: Հեղուկ թթվածինը գունատ կապույտ գույն ունի: Պինդ թթվածինը գոյություն ունի առնվազն երեք բյուրեղային փոփոխություններով: Թթվածին գազը լուծելի է ջրում և, հավանաբար, առաջացնում է թույլ միացություններ, ինչպիսիք են O2HH2O և հնարավոր է O2H2H2O:

Քիմիական հատկություններ.

Ինչպես արդեն նշվեց, թթվածնի քիմիական ակտիվությունը որոշվում է O ատոմների մեջ տարանջատվելու ունակությամբ, որոնք բարձր ռեակտիվ են: Միայն ամենաշատը ակտիվ մետաղներիսկ միներալները արձագանքում են O 2-ի հետ բարձր արագությամբ ցածր ջերմաստիճաններ. Ամենաակտիվ ալկալիները (IA ենթախմբեր) և որոշ հողալկալիական (IIA ենթախմբեր) մետաղները կազմում են պերօքսիդներ, ինչպիսիք են NaO 2 և BaO 2-ը O 2-ով: Մյուս տարրերը և միացությունները փոխազդում են միայն դիսոցման O2 արդյունքի հետ։ Հարմար պայմաններում բոլոր տարրերը, բացառությամբ ազնիվ գազերի և մետաղների Pt, Ag, Au, արձագանքում են թթվածնի հետ։ Այս մետաղները նույնպես առաջացնում են օքսիդներ, բայց հատուկ պայմաններում։

Թթվածնի էլեկտրոնային կառուցվածքը (1s 2 2s 2 2p 4) այնպիսին է, որ O ատոմը ձևավորում է կայուն արտաքին էլեկտրոնային թաղանթերկու էլեկտրոն դեպի արտաքին մակարդակ՝ ձևավորելով O 2– իոն: Օքսիդներում ալկալիական մետաղներձևավորվում է գերակշռող իոնային կապ. Կարելի է ենթադրել, որ այս մետաղների էլեկտրոնները գրեթե ամբողջությամբ ձգվում են դեպի թթվածին: Պակաս ակտիվ մետաղների և ոչ մետաղների օքսիդներում էլեկտրոնի փոխանցումը թերի է, և թթվածնի վրա բացասական լիցքի խտությունը ավելի քիչ է արտահայտված, ուստի կապը պակաս իոնային է կամ ավելի կովալենտ:

Երբ մետաղները օքսիդացվում են թթվածնով, ջերմություն է արտանետվում, որի մեծությունը փոխկապակցված է M–O կապի ուժի հետ։ Որոշ ոչ մետաղների օքսիդացման ժամանակ ջերմություն է ներծծվում, ինչը ցույց է տալիս թթվածնի հետ նրանց ավելի թույլ կապերը։ Նման օքսիդները ջերմային առումով անկայուն են (կամ ավելի քիչ կայուն, քան իոնային կապակցված օքսիդները) և հաճախ ունեն բարձր քիմիական ակտիվություն. Աղյուսակը համեմատության համար ցույց է տալիս առավել բնորոշ մետաղների, անցումային մետաղների և ոչ մետաղների, A- և B ենթախմբերի տարրերի օքսիդների ձևավորման էթալպիաների արժեքները (մինուս նշանը նշանակում է ջերմության արտազատում):

Օքսիդների հատկությունների մասին կարելի է մի քանի ընդհանուր եզրակացություններ անել.

1. Ալկալիական մետաղների օքսիդների հալման ջերմաստիճանը նվազում է մետաղի ատոմային շառավիղի մեծացման հետ; Այսպիսով, տ pl (Cs 2 O) t pl (Na 2 O): Ավելի շատ են օքսիդները, որոնցում գերակշռում է իոնային կապը բարձր ջերմաստիճաններհալման ջերմաստիճանը, քան կովալենտային օքսիդների հալման կետը. տ pl (Na 2 O) > տ pl (SO 2):

2. Ռեակտիվ մետաղների օքսիդները (IA–IIIA ենթախմբեր) ջերմային առումով ավելի կայուն են, քան անցումային մետաղների և ոչ մետաղների օքսիդները։ Ծանր մետաղների օքսիդները, որոնք գտնվում են ամենաբարձր օքսիդացման վիճակում, ջերմային տարանջատման ժամանակ առաջացնում են օքսիդներ ավելի ցածր օքսիդացման վիճակներով (օրինակ՝ 2Hg 2+ O ® (Hg +) 2 O + 0.5O 2 ® 2Hg 0 + O 2): Նման օքսիդները բարձր օքսիդացման վիճակներում կարող են լավ օքսիդացնող նյութեր լինել:

3. Ամենաակտիվ մետաղները բարձր ջերմաստիճաններում փոխազդում են մոլեկուլային թթվածնի հետ՝ առաջացնելով պերօքսիդներ.

Sr + O 2 ® SrO 2.

4. Ակտիվ մետաղների օքսիդները առաջացնում են անգույն լուծույթներ, մինչդեռ անցումային մետաղների մեծ մասի օքսիդները գունավոր են և գործնականում անլուծելի։ Մետաղների օքսիդների ջրային լուծույթներն ունեն հիմնական հատկություններ և հանդիսանում են OH խմբեր պարունակող հիդրօքսիդներ և ոչ մետաղական օքսիդներ ջրային լուծույթներձևավորում են H + իոն պարունակող թթուներ:

5. A ենթախմբերի մետաղները և ոչ մետաղները կազմում են խմբի թվին համապատասխան օքսիդացման աստիճանով օքսիդներ, օրինակ՝ Na, Be և B ձևավորում են Na 1 2 O, Be II O և B 2 III O 3, իսկ ոչ. C, N , S ենթախմբերի IVA–VIIA մետաղները, Cl ձևավորում են C IV O 2, N V 2 O 5, S VI O 3, Cl VII 2 O 7: Տարրի խմբի համարը փոխկապակցված է միայն առավելագույն օքսիդացման վիճակի հետ, քանի որ հնարավոր են տարրերի ավելի ցածր օքսիդացման աստիճաններով օքսիդներ: Միացությունների այրման գործընթացներում բնորոշ արտադրանքները օքսիդներն են, օրինակ.

2H 2 S + 3O 2 ® 2SO 2 + 2H 2 O

Ածխածին պարունակող նյութերը և ածխաջրածինները թեթևակի տաքացնելիս օքսիդանում են (այրվում) մինչև CO 2 և H 2 O: Նման նյութերի օրինակներ են վառելանյութերը՝ փայտը, նավթը, սպիրտները (ինչպես նաև ածխածինը, ածուխը, կոքսը և ածուխը): Այրման գործընթացից ստացվող ջերմությունն օգտագործվում է գոլորշու արտադրության համար (այնուհետև էլեկտրաէներգիա կամ գնում է էլեկտրակայաններ), ինչպես նաև տների ջեռուցման համար: Այրման գործընթացների բնորոշ հավասարումներն են.

ա) փայտ (ցելյուլոզ).

(C6H10O5) n + 6n O 2 ® 6 n CO2+5 n H 2 O + ջերմային էներգիա

բ) նավթ կամ գազ (բենզին C 8 H 18 կամ բնական գազ CH 4).

2C 8 H 18 + 25O 2 ® 16CO 2 + 18H 2 O + ջերմային էներգիա

CH 4 + 2O 2 ® CO 2 + 2H 2 O + ջերմային էներգիա

C 2 H 5 OH + 3O 2 ® 2CO 2 + 3H 2 O + ջերմային էներգիա

դ) ածխածին (ածուխ կամ փայտածուխ, կոքս).

2C + O 2 ® 2CO + ջերմային էներգիա

2CO + O 2 ® 2CO 2 + ջերմային էներգիա

Այրման ենթակա են նաև մի շարք C-, H-, N-, O պարունակող միացություններ, որոնք ունեն էներգիայի մեծ պաշար: Օքսիդացման համար թթվածինը կարող է օգտագործվել ոչ միայն մթնոլորտից (ինչպես նախորդ ռեակցիաներում), այլև հենց նյութից: Ռեակցիան սկսելու համար բավարար է ռեակցիայի մի փոքր ակտիվացում, ինչպիսին է հարվածը կամ ցնցումը: Այս ռեակցիաներում այրման արտադրանքները նույնպես օքսիդներ են, բայց դրանք բոլորը գազային են և արագորեն ընդլայնվում են գործընթացի վերջնական բարձր ջերմաստիճանում: Հետեւաբար, նման նյութերը պայթուցիկ են: Պայթուցիկ նյութերի օրինակներ են տրինիտրոգլիցերինը (կամ նիտրոգլիցերինը) C 3 H 5 (NO 3) 3 և տրինիտրոտոլուենը (կամ TNT) C 7 H 5 (NO 2) 3:

Մետաղների կամ ոչ մետաղների օքսիդները տարրի օքսիդացման ավելի ցածր աստիճանով փոխազդում են թթվածնի հետ՝ առաջացնելով այդ տարրի բարձր օքսիդացման վիճակների օքսիդներ.

Հանքաքարերից ստացված կամ սինթեզված բնական օքսիդները ծառայում են որպես հումք շատ կարևոր մետաղների արտադրության համար, օրինակ՝ երկաթ Fe 2 O 3 (հեմատիտ) և Fe 3 O 4 (մագնետիտ), ալյումին Al 2 O 3 (կավահող) ), մագնեզիում MgO-ից (մագնեզիա)։ Մետաղի թեթև օքսիդները օգտագործվում են քիմիական արդյունաբերությունալկալիներ կամ հիմքեր ստանալու համար: Կալիումի պերօքսիդ KO 2-ն անսովոր կիրառություն ունի, քանի որ խոնավության առկայության և դրա հետ ռեակցիայի արդյունքում այն ​​արտազատում է թթվածին: Հետևաբար, KO 2-ն օգտագործվում է ռեսպիրատորներում՝ թթվածին արտադրելու համար: Արտաշնչված օդի խոնավությունը շնչառական սարքում թթվածին է թողնում, իսկ KOH-ը կլանում է CO 2-ը: CaO օքսիդի և կալցիումի հիդրօքսիդի արտադրություն Ca(OH) 2 – լայնածավալ արտադրություն կերամիկայի և ցեմենտի տեխնոլոգիայում:

Ջուր (ջրածնի օքսիդ):

H 2 O ջրի կարևորությունը ինչպես լաբորատոր պրակտիկայում քիմիական ռեակցիաների, այնպես էլ կենսագործունեության գործընթացներում պահանջում է հատուկ ուշադրություն այս նյութի նկատմամբ ՋՈՒՐ, ՍԱՌՈՒՅՑ ԵՎ ԳՈԼՈՐԴԻ: Ինչպես արդեն նշվեց, պայմաններում թթվածնի և ջրածնի անմիջական փոխազդեցության ժամանակ, օրինակ, տեղի է ունենում կայծի արտահոսք, պայթյուն և ջրի առաջացում, և արտանետվում է 143 կՋ/(մոլ H 2 O):

Ջրի մոլեկուլն ունի գրեթե քառանիստ կառուցվածք, H–O–H անկյունը 104° 30° է։ Մոլեկուլում կապերը մասամբ իոնային են (30%) և մասամբ կովալենտային բարձր խտությունբացասական լիցք թթվածնի վրա և, համապատասխանաբար, դրական լիցքեր ջրածնի վրա.

H–O կապերի բարձր ամրության պատճառով ջրածինը դժվար է պառակտվել թթվածնից, իսկ ջուրը շատ թույլ է դրսևորում։ թթվային հատկություններ. Ջրի շատ հատկություններ որոշվում են լիցքերի բաշխմամբ։ Օրինակ՝ ջրի մոլեկուլը մետաղական իոնով հիդրատ է ձևավորում.

Ջուրը ընդունում է մեկ էլեկտրոնային զույգ, որը կարող է լինել H +:

Օքսոանիոններ և օքսոկացիաներ

- թթվածին պարունակող մասնիկներ, որոնք ունեն մնացորդային բացասական (օքսոանիոններ) կամ մնացորդային դրական (օքսոկացիաներ): O 2– իոնն ունի բարձր մերձեցում (բարձր ռեակտիվություն) H + տիպի դրական լիցքավորված մասնիկների նկատմամբ։ Կայուն օքսոանիոնների ամենապարզ ներկայացուցիչը հիդրօքսիդ իոն OH – է: Դրանով է բացատրվում լիցքի բարձր խտությամբ ատոմների անկայունությունը և դրանց մասնակի կայունացումը՝ դրական լիցք ունեցող մասնիկի ավելացման արդյունքում։ Հետևաբար, երբ ակտիվ մետաղը (կամ դրա օքսիդը) գործում է ջրի վրա, առաջանում է OH–, և ոչ թե O 2–.

2Na + 2H 2 O ® 2Na + + 2OH – + H 2

Na 2 O + H 2 O ® 2Na + + 2OH –

Ավելի բարդ օքսոանիոններ ձևավորվում են թթվածնից մետաղական իոնով կամ ոչ մետաղական մասնիկով, որն ունի մեծ դրական լիցք, ինչը հանգեցնում է ցածր լիցքավորվող մասնիկի, որն ավելի կայուն է, օրինակ.

°C առաջանում է մուգ մանուշակագույն պինդ փուլ։ Հեղուկ օզոնը մի փոքր լուծվում է հեղուկ թթվածնում, իսկ 49 սմ 3 O 3-ը լուծվում է 100 գ ջրի մեջ 0 ° C ջերմաստիճանում: Քիմիական հատկությունների առումով օզոնը շատ ավելի ակտիվ է, քան թթվածինը և օքսիդացնող հատկություններզիջում է միայն O, F 2-ին և OF 2-ին (թթվածնի դիֆտորիդ): Նորմալ օքսիդացման ժամանակ առաջանում են օքսիդ և մոլեկուլային թթվածին O 2։ Երբ օզոնը հատուկ պայմաններում գործում է ակտիվ մետաղների վրա, ձևավորվում են K + O 3 բաղադրության օզոնիդներ: Օզոնը արտադրվում է արդյունաբերության մեջ հատուկ նպատակներով, այն լավ ախտահանիչ է և օգտագործվում է ջրի մաքրման համար և որպես սպիտակեցնող միջոց, բարելավում է մթնոլորտի վիճակը. փակ համակարգեր, ախտահանում է առարկաները և սնունդը, արագացնում է հացահատիկի և մրգերի հասունացումը։ IN քիմիական լաբորատորիաՈրոշ մեթոդների համար անհրաժեշտ օզոն արտադրելու համար հաճախ օգտագործվում է օզոնիզատոր քիմիական վերլուծությունև սինթեզ։ Կաուչուկը հեշտությամբ ոչնչացվում է նույնիսկ օզոնի ցածր կոնցենտրացիաների ազդեցության տակ: Որոշ արդյունաբերական քաղաքներում օդում օզոնի զգալի կոնցենտրացիաները հանգեցնում են ռետինե արտադրանքի արագ քայքայման, եթե դրանք պաշտպանված չեն հակաօքսիդանտներով: Օզոնը շատ թունավոր է: Օդի անընդհատ ներշնչումը, նույնիսկ օզոնի շատ ցածր կոնցենտրացիաների դեպքում, առաջացնում է գլխացավեր, սրտխառնոց և այլ տհաճ պայմաններ: