Թթվածինն է Թթվածնի բանաձևը. թթվածնի մոլեկուլ

2024 Հեղինակ: Angel Austin | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-17 05:30

Երկրագնդի բոլոր նյութերի մեջ առանձնահատուկ տեղ է զբաղեցնում այն, ինչը կյանք է ապահովում՝ թթվածին գազը։ Դա նրա ներկայությունն է, որ մեր մոլորակը դարձնում է եզակի բոլոր մյուսների մեջ, առանձնահատուկ: Այս նյութի շնորհիվ աշխարհում այնքան գեղեցիկ արարածներ են ապրում՝ բույսեր, կենդանիներ, մարդիկ։ Թթվածինը բացարձակապես անփոխարինելի, եզակի և չափազանց կարևոր միացություն է։ Ուստի կփորձենք պարզել, թե ինչ է այն, ինչ հատկանիշներ ունի։

Քիմիական տարր թթվածին. բնութագրեր

Նախ, եկեք բնութագրենք այս տարրի գտնվելու վայրը պարբերական համակարգում: Դա կարելի է անել մի քանի քայլով:

1. Սովորական թիվ - 8.
2. Ատոմային զանգված - 15, 99903.
3. Գտնվում է համակարգի երկրորդ շրջանի հիմնական ենթախմբի վեցերորդ խմբում։
4. Միջուկային լիցք՝ +8, պրոտոնների թիվը՝ 8, էլեկտրոններ՝ 8, նեյտրոններ՝ 8։ Այսպիսով, ստացվում է կրկնակի կախարդական թիվը, որի շնորհիվ դիտվում է հիմնական իզոտոպային ձևի կայունությունը ^{։ 16} O.
5. Տարրի լատիներեն անվանումն է թթվածին: Ռուսերեն - թթվածին, այս անունը ձևավորվում է արտահայտությունից«թթուներ արտադրող». Կա նաև հոմանիշ, որը երբեմն կոչվում է թթվածին։

Հատուկ ուշադրության է արժանի ատոմի էլեկտրոնային կառուցվածքի վերլուծությունը, քանի որ այն բացատրում է մոլեկուլի կայունությունը և դրսևորվող ֆիզիկական և քիմիական հատկությունները։

Մոլեկուլի կառուցվածքը

Ատոմի էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիան ներկայացված է 1s²2s²2p^{4 բանաձեւով. Այս գրառումից ակնհայտ է դառնում, որ մինչև էներգիայի մակարդակի ավարտը և բաղձալի օկտետի ստեղծումը թթվածնին պակասում է երկու էլեկտրոն։ Սա բացատրում է հետևյալ բնութագրերը.}

• դիատոմային թթվածնի մոլեկուլ;
• տարրի օքսիդացման վիճակը միշտ -2 է (բացառությամբ պերօքսիդների և ֆտորի օքսիդի, որոնցում այն փոխվում է համապատասխանաբար -1 և +2);
• ամենաուժեղ օքսիդացնող նյութն է;
• հեշտ է արձագանքում նույնիսկ նորմալ պայմաններում;
• պայթուցիկ միացություններ առաջացնելու ունակ։

Այժմ հաշվի առեք կառուցվածքի հարցը։ Ինչպե՞ս է ձևավորվում թթվածնի մոլեկուլը: Նախ՝ ձևավորման մեխանիզմը կովալենտային ոչ բևեռ է, այսինքն՝ յուրաքանչյուր ատոմի էլեկտրոնների սոցիալականացման շնորհիվ։ Այսպիսով, կապը նույնպես կովալենտային ոչ բևեռային է: Ավելին, այն կրկնակի է, քանի որ ատոմներից յուրաքանչյուրն ունի երկու չզույգված էլեկտրոն արտաքին մակարդակում։ Շատ պարզ է պատկերել, թե ինչ տեսք ունի թթվածինը։ Բանաձևն է՝ O₂ կամ O=O.

Նման կապի առկայության շնորհիվ մոլեկուլը շատ կայուն է։ Դրա հետ կապված շատ ռեակցիաներ պահանջում են հատուկ պայմաններ՝ ճնշման բարձրացում, տաքացում, կատալիզատորների օգտագործում։

Ինչպես քիմիական տարրթթվածինը ատոմ է, որն ունի երեք կայուն իզոտոպներ բնության մեջ: Նրանց զանգվածային թվերը համապատասխանաբար հավասար են 16, 17, 18-ի: Սակայն տոկոսը շատ տարբեր է, քանի որ ¹⁶Օ 99,759%, իսկ մնացածները 0,5%-ից պակաս են: Հետևաբար, ամենատարածված և կայուն իզոտոպը 16 զանգվածային թվով է։

Պարզ նյութ թթվածին

Եթե մենք խոսում ենք այս տարրի մասին որպես պարզ միացության, ապա մենք պետք է անմիջապես նշենք ագրեգացման վիճակը նորմալ պայմաններում: Թթվածինը գազ է, որը չունի համ, գույն կամ հոտ: Դիատոմային մոլեկուլ, որն ամենաառատ նյութն է մոլորակի վրա՝ ջրածնից և ազնիվ գազից հելիումից հետո։

Այս նյութի ագրեգացման այլ վիճակներ կան: Այսպիսով, -183⁰С բացասական ջերմաստիճանի դեպքում թթվածինը խտանում է գեղեցիկ կապույտ հեղուկի: Եթե դուք գերազանցում եք -200⁰С-ի շեմը, ապա հեղուկը կվերածվի մոնոկլինիկ ասեղի ձևի վառ կապույտ բյուրեղների:

Ընդհանուր առմամբ, պինդ վիճակում թթվածնի գոյության երեք հիմնական տեսակ կա:

1. Ալֆա ձև (α-O₂): Գոյություն ունի 200-ից ցածր ⁰C.
2. Բետա ձև (β-O₂): Ջերմաստիճանի միջակայք -200-400⁰С.
3. Գամմա ձև (γ-O₂): Ընդմիջում -400-ից մինչև -500⁰C.

Թթվածինը ամենակարևոր և կարևոր գազերից է։ Ոչ միայն մոլորակի վրա ապրող էակների կյանքի, այլ ընդհանրապես բնության համար։ Դժվար է անվանել բնական հանքանյութ կամ միացություն, որի մեջ այն չի ներառվի որպեստարր.

Հայտնաբերման պատմություն

Առաջին հիշատակումը, որ օդը պարունակում է ինչ-որ գազ, որն ապահովում է այրման գործընթացները, հայտնվեց 8-րդ դարում: Սակայն այն ժամանակ տեխնիկական հնարավորություն չկար այն ուսումնասիրելու, դրա գոյությունն ապացուցելու եւ բացելու համար։ Միայն գրեթե մեկ հազարամյակից հետո՝ XVIII դարում, դա արվեց մի քանի գիտնականների աշխատանքի շնորհիվ։

1. 1771 Կարլ Շելեն փորձարարականորեն հաստատեց օդի բաղադրությունը և պարզեց, որ հիմնական երկու գազերն են թթվածինը և ազոտը:
2. Պիեռ Բայենը փորձեր է անցկացնում սնդիկի և նրա օքսիդի տարրալուծման վերաբերյալ և պաշտոնապես գրանցում արդյունքները։
3. 1773 Շելեն պաշտոնապես հայտնաբերում է թթվածին տարրը, բայց չի ստանում այն իր մաքուր տեսքով:
4. 1774 Փրիսթլին, անկախ Շելից, անում է նույն հայտնագործությունը, ինչ նա, և մաքուր թթվածին ստանում է սնդիկի օքսիդի տարրալուծմամբ:
5. 1775 Անտուան Լավուազեն անվանում է այս տարրը և ստեղծում այրման տեսություն, որը գոյություն ունի հարյուրավոր տարիներ:
6. 1898 Թոմփսոնը ստիպում է հասարակությանը մտածել, որ օդի թթվածինը կարող է սպառվել մթնոլորտ ածխաթթու գազի մեծ արտանետումների պատճառով:
7. Նույն տարում Տիմիրյազևն ապացուցում է հակառակը, քանի որ նա բացատրում է, որ մոլորակի կանաչ բույսերը թթվածնի մատակարարն են։

Այսպիսով հայտնի դարձավ, թե ինչ է թթվածինը, ինչ կարևոր և նշանակալի գազ է այն կյանքի համար։ Դրանից հետո ուսումնասիրվել են նյութի բոլոր ֆիզիկական և քիմիական հատկությունները, դիտարկվել են դրա արտադրության մեթոդները և հաշվարկվել է մոտավոր պարունակությունը ջրում, երկրակեղևում, մթնոլորտում և մոլորակի այլ վայրերում։

Ֆիզիկական հատկություններ

Տրենք հիմնական ֆիզիկական պարամետրերը, որոնք կարող են բնութագրել տվյալ միացությունը:

1. Թթվածինը սովորական պայմաններում գազ է, որը օդի անբաժանելի մասն է (21%)։ Այն չունի գույն, համ և հոտ: Օդից թեթև, ջրում վատ լուծվող։
2. Ակտիվորեն ներծծվում է ածխի և մետաղի փոշիներով, լուծվում է օրգանական նյութերում:
3. Եռման կետը -183⁰C.
4. Հալում -218, 35⁰C.
5. Խտությունը 0,0014 գ/սմ է³.
6. Բյուրեղյա ցանցը մոլեկուլային է:

Թթվածինն իր հեղուկ վիճակում պարամագնիսական է:

Քիմիական հատկություններ

Այն մասին, թե որքան ակտիվ է խնդրո գազը, ինչպես է այն իրեն պահում այլ նյութերի հետ ռեակցիաներում, քիմիան մանրամասն պատմում է։ Թթվածինն ի վիճակի է դրսևորել մի քանի օքսիդացման վիճակներ, թեև ամենատարածվածը -2-ն է, որը համարվում է հաստատուն: Բացի դրանից, կան միացություններ, որոնց արժեքները հետևյալն են՝

• -1;
• -0, 5;
• -1/3;
• +0, 5;
• +1;
• +2.

Քիմիական ակտիվությունը բացատրվում է էլեկտրոնի նկատմամբ բարձր մերձեցմամբ, քանի որ Փոլինգի էլեկտրաբացասականության արժեքը 3,44 է: Միայն ֆտորինը (4) է ավելի բարձր: Հետեւաբար, թթվածինը շատ ուժեղ օքսիդացնող նյութ է: Միևնույն ժամանակ, նույնիսկ ավելի ուժեղ օքսիդացնող նյութերի հետ ռեակցիաներում այն իրեն պահում է որպես վերականգնող նյութ՝ դրսևորելով դրական օքսիդացման վիճակ։ Օրինակ՝ ֆտորի օքսիդում O⁺² F₂^-.

Կա միացությունների հսկայական քանակություն, որոնք պարունակում են թթվածին: Սրանք նյութերի դասեր են, ինչպիսիք են՝

• օքսիդներ;
• պերօքսիդներ;
• օզոնիդներ;
• սուպերօքսիդներ;
• թթուներ;
• հիմք;
• աղ;
• օրգանական մոլեկուլներ.

Բոլոր տարրերի հետ թթվածինը կարող է արձագանքել նորմալ պայմաններում, բացառությամբ ազնիվ մետաղների, հելիումի, նեոնի և արգոնի և հալոգենների: Այն ոչ մի դեպքում չի փոխազդում իներտ գազերի հետ։

Ստացված է արդյունաբերության կողմից

Օդում և ջրում թթվածնի պարունակությունն այնքան բարձր է (համապատասխանաբար 21 և 88%), որ դրա սինթեզի հիմնական արդյունաբերական մեթոդը հեղուկ օդի կոտորակային թորումն է և ջրի էլեկտրոլիզը։

Առաջին մեթոդը հատկապես հաճախ օգտագործվում է. Ի վերջո, այս գազից շատ բան կարող է ազատվել օդից: Այնուամենայնիվ, այն ամբողջովին մաքուր չի լինի: Եթե ավելի բարձր որակի արտադրանք է անհրաժեշտ, ապա օգտագործվում են էլեկտրոլիզի գործընթացներ: Սրա համար հումքը կա՛մ ջուրն է, կա՛մ ալկալի: Լուծույթի էլեկտրական հաղորդունակությունը բարձրացնելու համար օգտագործվում է նատրիումի կամ կալիումի հիդրօքսիդ։ Ընդհանուր առմամբ, գործընթացի էությունը վերածվում է ջրի քայքայման:

Լաբորատոր ստացում

Լաբորատոր մեթոդներից լայնորեն կիրառվում է ջերմային մշակման մեթոդը՝

• պերօքսիդներ;
• թթվածին պարունակող թթուների աղեր.

Բարձր ջերմաստիճանի դեպքում դրանք քայքայվում են՝ թթվածնային գազ արտազատելու համար: Ամենից հաճախ կատալիզացրեք գործընթացըմանգանի (IV) օքսիդ. Նրանք թթվածին են հավաքում՝ ջուրը տեղահանելով, և այն գտնում են մխացող բեկորով։ Ինչպես գիտեք, թթվածնի մթնոլորտում բոցը շատ վառ է բռնկվում։

Մեկ այլ նյութ, որն օգտագործվում է դպրոցական քիմիայի դասերին թթվածին արտադրելու համար, ջրածնի պերօքսիդն է: Նույնիսկ 3% լուծույթը կատալիզատորի ազդեցության տակ ակնթարթորեն քայքայվում է մաքուր գազի արտազատմամբ: Պարզապես պետք է հավաքել: Կատալիզատորը նույնն է՝ մանգանի օքսիդ MnO₂.

Ամենահաճախ օգտագործվող աղերի թվում՝

• Բերտոլեի աղ, կամ կալիումի քլորատ;
• կալիումի պերմանգանատ կամ կալիումի պերմանգանատ։

Գործընթացը նկարագրելու համար կարող եք տալ հավասարում: Բավականաչափ թթվածին է թողարկվում լաբորատոր և հետազոտական կարիքների համար՝

2KClO₃=2KCl + 3O₂↑.

Թթվածնի ալոտրոպային փոփոխություններ

Կա մեկ ալոտրոպիկ փոփոխություն, որն ունի թթվածինը: Այս միացության բանաձևը O₃ է, այն կոչվում է օզոն: Սա գազ է, որը ձևավորվում է բնական պայմաններում, երբ ենթարկվում է ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման և կայծակնային արտանետումների օդի թթվածնի վրա: Ի տարբերություն ինքնին O₂-ի, օզոնն ունի հաճելի թարմ հոտ, որը զգացվում է օդում անձրևից և ամպրոպից հետո:

Թթվածնի և օզոնի տարբերությունը կայանում է ոչ միայն մոլեկուլում ատոմների քանակի, այլ նաև բյուրեղային ցանցի կառուցվածքի մեջ: Քիմիապես, օզոնը նույնիսկ ավելի ուժեղ օքսիդացնող նյութ է։

Թթվածինը օդի բաղադրիչ է

Բնության մեջ թթվածնի բաշխումը շատ լայն է։ Թթվածինը տեղի է ունենում՝

• ժայռեր և հանքանյութեր;
• աղ և քաղցր ջուր;
• հիմք;
• բուսական և կենդանական օրգանիզմներ;
• օդ, ներառյալ վերին մթնոլորտը։

Ակնհայտ է, որ Երկրի բոլոր թաղանթները զբաղեցնում են այն՝ լիտոսֆերան, հիդրոսֆերան, մթնոլորտը և կենսոլորտը։ Հատկապես կարևոր է դրա պարունակությունը օդի բաղադրության մեջ։ Ի վերջո, հենց այս գործոնն է, որ թույլ է տալիս կյանքի ձևերին, ներառյալ մարդկանց, գոյություն ունենալ մեր մոլորակի վրա:

Օդի բաղադրությունը, որը մենք շնչում ենք, չափազանց տարասեռ է: Այն ներառում է ինչպես հաստատուն բաղադրիչներ, այնպես էլ փոփոխականներ: Անփոփոխներն ու միշտ ներկան են՝

• ածխածնի երկօքսիդ;
• թթվածին;
• ազոտ;
• ազնիվ գազեր.

Փոփոխականները ներառում են ջրի գոլորշի, փոշու մասնիկներ, օտար գազեր (արտանետում, այրման արտադրանք, փտում և այլն), բույսերի ծաղկափոշին, բակտերիաները, սնկերը և այլն:

Թթվածնի նշանակությունը բնության մեջ

Շատ կարևոր է, թե որքան թթվածին կա բնության մեջ։ Ի վերջո, հայտնի է, որ այդ գազի հետքեր են հայտնաբերվել հիմնական մոլորակների որոշ արբանյակների վրա (Յուպիտեր, Սատուրն), բայց այնտեղ ակնհայտ կյանք չկա: Մեր Երկիրը բավականաչափ քանակություն ունի, ինչը ջրի հետ համատեղ հնարավոր է դարձնում բոլոր կենդանի օրգանիզմների գոյությունը։

Բացի շնչառության ակտիվ մասնակից լինելուց, թթվածինը իրականացնում է նաև անթիվ օքսիդացման ռեակցիաներ, որոնց արդյունքում էներգիա է ազատվում կյանքի համար։

Բնության մեջ այս եզակի գազի հիմնական մատակարարները կանաչ բույսերն են և որոշներըբակտերիաների տեսակները. Դրանց շնորհիվ պահպանվում է թթվածնի և ածխաթթու գազի մշտական հավասարակշռություն։ Բացի այդ, օզոնը պաշտպանիչ վահան է ստեղծում ամբողջ Երկրի վրա, որը թույլ չի տալիս մեծ քանակությամբ կործանարար ուլտրամանուշակագույն ճառագայթների ներթափանցում։

Անաէրոբ օրգանիզմների միայն որոշ տեսակներ (բակտերիաներ, սնկեր) կարող են ապրել թթվածնային մթնոլորտից դուրս: Այնուամենայնիվ, նրանք շատ ավելի քիչ են, քան նրանք, ովքեր իսկապես դրա կարիքն ունեն:

Թթվածնի և օզոնի օգտագործումը արդյունաբերության մեջ

Արդյունաբերության մեջ թթվածնի ալոտրոպների հիմնական օգտագործումը հետևյալն է.

1. Մետալուրգիա (մետաղների եռակցման և կտրման համար).
2. Բժշկություն.
3. Գյուղատնտեսություն.
4. Որպես հրթիռային վառելիք։
5. Բազմաթիվ քիմիական միացությունների սինթեզ, ներառյալ պայթուցիկները:
6. Ջրի մաքրում և ախտահանում.

Դժվար է նշել գոնե մեկ գործընթաց, որին չի մասնակցում այս մեծ գազը՝ եզակի նյութ՝ թթվածին։