Vad är syre? syreföreningar

Syre (O) - icke-metalliskt grundämne i gruppen 16 (Via) i det periodiska systemet. Det är en färglös, smaklös och luktlös gas som krävs för levande organismer - djur som omvandlar den till koldioxid, och växter som använder CO ₂ som en kolkälla, och O ₂ återförs till atmosfären. Syre bildar en förening som reagerar med praktiskt taget alla andra element, och förskjuter de kemiska elementen i kommunikation med varandra. I många fall är dessa processer tillsammans med frigörandet av värme och ljus. Den viktigaste föreningen med syre är vatten.

History of discovery

I 1772, den svenska kemisten Carl Wilhelm Scheele först visas att ett sådant syre som mottar den genom upphettning nitrat kaliumoxid, kvicksilver, liksom många andra ämnen. Oberoende av honom i 1774, den engelska kemisten Dzhozef Pristli upptäckte grundämne genom termisk nedbrytning av kvicksilveroxid och publicerade sina resultat under samma år, tre år innan Scheele publicering. Under åren 1775-1780 den franske kemisten Antuan Lavuaze tolkat rollen av syre i utandningsluften och brännande, kasta phlogistonteorin, allmänt accepterat vid den tidpunkten. Det noteras för dess tendens att bilda syror när de kombineras med olika substanser och kallas Oxygène elementet, som på grekiska betyder "genererade syra".

prevalens

Vad är syre? Står för 46 vikt-% av jordskorpan, är det den vanligaste elementet i den. Mängden syre i atmosfären är 21 vol% och vikten av dess 89% i havsvatten.

I berg elementet kombineras med metallerna och icke-metaller såsom oxiderna som är sura (t ex svavel, kol, aluminium och fosfor) eller basisk (kalcium, magnesium och järn) och som ett saltliknande föreningar som kan anses vara bildad från syran och basiska oxider såsom sulfater, karbonater, silikater, fosfater och aluminater. Även om de är många, men dessa fasta ämnen inte kan fungera som syrekällor, såsom bindningsklyvning med metallelement atomer energiförbrukningen också.

funktioner

Om syre temperatur under -183 ° C, blir det svagt blå vätska, och vid -218 ° C - fast substans. Ren O ₂ är 1,1 gånger tyngre än luft.

Under andning djur och vissa bakterier förbrukar syre från atmosfären och återvinns koldioxid, medan i gröna växter fotosyntes i närvaro av solljus absorberar koldioxid och frisätter fritt syre. Nästan hela O ₂ i atmosfären produceras genom fotosyntesen.

Vid 20 ° C under ca 3 volymdelar syre löst i 100 delar färskvatten, lite mindre än - i havsvatten. Det är nödvändigt för andning av fisk och andra marina livet.

Naturliga syre är en blandning av tre stabila isotoper ¹⁶ O (99.759%), ¹⁷ O ^(0037%), och ¹⁸ O (0204%). Det finns flera konstgjorda radioaktiva isotoper. De flesta av dem är långlivade är ¹⁵ O (halveringstid 124) som används för att studera andas in däggdjur.

allotrope

En tydligare uppfattning om vad syre, möjliggör erhållande dess två allotropa former, tvåatomigt (O ₂₎ och triatomic (O _3, ozon). Egenskaper tvåatomigt formulär antyder att de sex elektronerna binder atomer och två förblir oparad, orsakar paramagnetism av syre. Tre atom ozonmolekyler är inte ligger på en rät linje.

Ozon kan framställas i enlighet med ekvationen: 3O ₂ → 2O _3.

Processen är endotermisk (kräver energi); omvandling av ozon tillbaka in tvåatomigt syre bidrar till närvaron av övergångsmetaller eller deras oxider. Rent syre omvandlas till ozon genom inverkan av en elektrisk glimurladdning. Reaktionen sker också vid absorption av ultraviolett ljus med en våglängd av ca 250 nm. Förekomsten av denna process i den övre atmosfären eliminerar strålningen som skulle vara skadligt för livet på ytan av jorden. Stickande lukt av ozon är närvarande inomhus med en gnistbildning elektrisk utrustning, såsom generatorer. Denna gas är ljusblå. Dess densitet vid 1,658 gånger större än luften, och har en kokpunkt av -112 ° C vid atmosfärstryck.

Ozon - starkt oxidationsmedel med förmåga att omvandla svaveldioxid, svaveltrioxid, sulfid till sulfat, jodid, jod (analytisk metod för att tillhandahålla sin bedömning) samt många syrehaltiga organiska kombinerade derivat, såsom aldehyder och syror. Omvandling av kolväten med ozon från bilavgaser i dessa syror och aldehyder är orsaken till smog. Inom industrin, är ozon används som en kemisk reaktant, desinfektionsmedel för rening av avloppsrör för vatten rening och blekning av tyger.

förfaranden för framställning

Process för framställning av syre beror på hur mycket gas som krävs för att ta emot. Laboratoriemetoder för följande:

1. Termisk sönderdelning av vissa salter såsom kaliumklorat eller kaliumnitrat:

• 2KClO ₃ → 2KCl + 3O _2.
• 2KNO ₃ → 2KNO ₂ + O _2.

Kaliumklorat nedbrytning katalyserad av övergångsmetalloxider. För detta används ofta mangandioxid (pyrolusit, MnO _2). Katalysatorn sänker den temperatur som krävs för syreutveckling från 400 till 250 ° C.

2. Nedbrytning av metalloxiderna under inverkan av temperaturen:

• 2HgO → 2HG + O _2.
• 2Ag ₂ O → 4AG + O _2.

Scheele och Priestley för detta grundämne används föreningen (oxid), syre och kvicksilver (II).

3. Den termiska sönderdelningen av metall peroxider eller väteperoxid:

• 2BaO + O ₂ → 2BaO _2.
• ₂ 2BaO → 2BaO + O _2.
• BaO ₂ + H ₂ SO ₄ → H ₂ O ₂ + Baso _4.
• 2H ₂ O ₂ → 2H ₂ O + O _2.

De första industriella metoder för separation av syre från atmosfären eller för framställning av väteperoxid beror på bildandet av en oxid av bariumperoxid.

4. Elektrolys av vatten med små tillsatser av salter eller syror som ger ledning av elektrisk ström:

2H ₂ O → 2H ₂ + O ₂

industriell produktion

Om så är nödvändigt för att erhålla stora mängder syre användes fraktionerad destillation av flytande luft. Av de viktigaste komponenterna i luft den har den högsta kokpunkten, och därför, i jämförelse med kväve och den mindre flyktiga argon. Processen använder en kylande gas under dess expansion. De viktigaste stegen i drift enligt följande:

• luft filtreras för avlägsnande av fasta partiklar;
• fukt och koldioxid avlägsnas genom absorption i alkali;
• luft komprimeras och kompressionsvärmen avlägsnas genom konventionella förfaranden kylning;
• då den träder in i spolen placerad inuti kammaren;
• en del av den komprimerade gasen (vid ett tryck av omkring 200 atm) i kammaren expanderar, kylning av spolen;
• expanderad gas återgår till kompressorn och passerar genom flera stadier av kompression och efterföljande expansion, varigenom åtmin -196 ° C, blir luften vätskan;
• uppvärmda flytande destillation första ljus inerta gaser, sedan kväve och flytande syre lämningar. Multipel fraktione ger en produkt tillräckligt ren (99,5%) för de flesta industriella applikationer.

Användning inom industrin

Metallurgy är den största konsumenten av rent syre för produktion av hög kolstål: bli av med koldioxid och andra föroreningar ickemetaller så snabbare och enklare än med luft.

Avloppsvatten syre löftet för mer effektiv behandling av vätskeutflöde än i andra kemiska processer. Det blir allt viktigare i avfallsförbrännings slutna system med ren _O2.

Den så kallade missil oxidationsmedlet är flytande syre. Ren O ₂ Detta används på ubåtar och i dykarklocka.

I den kemiska industrin, syre ersatte vanlig luft vid framställning av substanser såsom acetylen, etylenoxid och metanol. Medicinska tillämpningar inkluderar användning av syrgas i kamrarna inhalatorer och kuvöser. anestesigas berikad med syre ger livsuppehållande under narkos. Utan detta grundämne har kunnat existera ett antal industrier som använder ugnar. Det är vad syre.

De kemiska egenskaperna och reaktions

Stora värden på elektronaffinitet och elektronegativitet av syre är typiska komponenter som uppvisar metalliska egenskaper. Alla föreningar har negativa syre oxidationstillstånd. När två elektron orbitaler fyllda, bildad O ^2- jon. Peroxiderna (O ₂ ^2-) förutsätter att varje atom har en laddning av -1. Denna egenskap att mottaga elektroner med en total eller partiell överföring och bestämmer ett oxidationsmedel. När medlet reagerar med substansen, elektrondonatorn, minskar dess egen oxidationstillstånd. Ändringen (minskning) i syre oxidationstillstånd från noll till -2 kallas återhämtning.

Under normala förhållanden elementet bildar en dihydriska och trevärda föreningar. Dessutom finns är extremt instabila molekyler chetyrehatomnye. I diatomärt bildar två oparade elektroner är belägna på de icke-bindande orbitaler. Detta bekräftas av gas para beteende.

Intensiv reaktivitet ibland förklaras ozon antagandet att en av de tre atomer är i "atom" tillstånd. Omsättning av denna atom dissocieras från O _3, lämnar molekylärt syre.

O _2-molekyl vid normal temperatur och omgivningstryck svagt reaktiva. Atom syre är mycket mer aktiv. Dissociationen energi (O ₂ → 2O) är signifikant och 117,2 kcal mol.

anslutningar

C sådana icke-metaller såsom väte, kol, svavel, syre, bildar ett stort intervall av kovalent bundna föreningar, inklusive nonmetal oxider såsom vatten (H ₂ O), svaveldioxid (SO ₂₎ och koldioxid (CO _2); organiska föreningar såsom alkoholer, aldehyder och karboxylsyror; vanliga syror, såsom kolsyra _{(H2 CO3),} svavelsyra (H ₂ SO ₄₎ och salpetersyra (HNO _3); och motsvarande salter, såsom natriumsulfat (Na ₂ SO _4), natriumkarbonat (Na ₂ CO ₃₎ och natriumnitrat (NaNOs _3). Syre är närvarande i form av O ^2- jon i kristallstrukturen för fasta metalloxider, såsom förening (oxid), syre och CaO av kalcium. Metallsuperoxid (KO ₂₎ innehåller jon O ₂ ^-, medan metall peroxider (BaO ₂₎ innehåller jon O ₂ ^2-. syreföreningar har i allmänhet en -2 oxidationstillstånd.

viktiga egenskaper

Slutligen listar vi de viktigaste egenskaperna hos syre:

• Elektronkonfiguration: 1s 2s ^{2 2} 2p ^4.
• Atomnummer: 8.
• Atommassa: 15,9994.
• Kokpunkt: -183,0 ° C.
• Smältpunkt: -218,4 ° C.
• Densitet (om syretrycket är 1 atm vid 0 ° C): 1429 g / l.
• oxidationstillståndet för -1, -2, 2 (i föreningar med fluor).