Oxigen

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Notă despre dezambiguizare.svg Dezambiguizare - Dacă sunteți în căutarea altor semnificații, consultați Oxigen (dezambiguizare) .
Oxigen
 

8
SAU
 
        
        
                  
                  
                                
                                
  

azot ← oxigen → fluor

Generalitate
Numele, simbolul, numărul atomic oxigen, O, 8
Serie nemetalice
Group , perioada , bloc 16 (VIA) , 2 , p
Densitate 1,429 kg / m³ a 273 K [1]
Configurare electronică
Configurare electronică
Termen spectroscopic 3 P 2
Proprietăți atomice
Greutate atomica 15.9994 u
Raza atomică (calc.) 60 pm
Raza covalentă Ora 73 pm
Raza Van der Waals Ora 15:00
Configurare electronică [ El ] 2s 2 2p 4
și - pentru nivelul de energie 2, 6
Stări de oxidare 0, ± 1, ± 2
Structură cristalină cub
Proprietăți fizice
Stare a materiei gazos ( paramagnetic )
Punct de fuziune 50,35 K (-222,80 ° C )
Punct de fierbere 90,18 K (-182,97 ° C)
Punct critic −118,57 ° C a 5,04295 MPa [2]
Punct triplu −218,787 ° C a 151,99 Pa [2]
Volumul molar 17,36 × 10 −3 m³ / mol
Entalpia vaporizării 3,4099 kJ / mol
Căldura de fuziune 0,22259 kJ / mol
Viteza sunetului 317,5 m / s a 293 K
Alte proprietăți
numar CAS 7782-44-7
Electronegativitate 3.44 ( scară Pauling )
Căldura specifică 920 J / (kg K)
Conductivitate termică 0,02674 W / (m K)
Energia primei ionizări 1 313,9 kJ / mol
A doua energie de ionizare 3 388,3 kJ / mol
A treia energie de ionizare 5 300 , 5 kJ / mol
Energia celei de-a patra ionizări 6 222,7 kJ / mol
A cincea energie de ionizare 7 469,2 kJ / mol
Izotopi mai stabili
iso N / A TD DM DE DP
16 O 99,762% Este stabil cu 8 neutroni
17 O 0,038% Este stabil cu 9 neutroni
18 O 0,2% Este stabil cu 10 neutroni
ISO: izotop
NA: abundență în natură
TD: timp de înjumătățire
DM: modul de descompunere
DE: energia de descompunere în MeV
DP: produs de descompunere

Oxigenul este un element chimic cu număr atomic 8 ( simbol O ). Face parte din grupul 16 de elemente de pe tabelul periodic și este un agent nemetalic ( oxidant ) foarte reactiv care formează cu ușurință oxizi și alți compuși cu cele mai multe elemente. [3] Prin masă , este al treilea cel mai abundent element din univers [1] după hidrogen și heliu . [3] Izotopul său cel mai stabil are masa 16.

La temperatură și presiune standard, doi atomi ai elementului legătură pentru a forma o moleculă de dioxigenați ( formula chimică O 2), un incolor și inodor gaz care reprezintă 20,8% din pamant e atmosfera (oxigen chimic este prea reactiv pentru a rămâne un element liber în aer [4] ); legat de alte elemente, este cel mai frecvent element chimic din scoarța terestră , reprezentând aproximativ 47% din masa sa [5] și intră, de asemenea, în molecula de apă.

Oxigenul este esențial pentru viața majorității ființelor vii, deoarece este necesar pentru respirație ; în plus, principalele clase de molecule organice prezente în organismele vii, precum proteinele , acizii nucleici , carbohidrații și lipidele , conțin oxigen.

În activitățile umane este utilizat în mod obișnuit pentru terapia cu oxigen , sistemul de susținere a vieții aeronavelor , submarinelor și navelor spațiale , pentru activități recreative subacvatice , ca propulsor pentru rachete . De asemenea, intră în procesele de producție a oțelului și plasticului , lipirea , sudarea și tăierea unor metale.

fundal

Oxigenul a fost descoperit de farmacistul suedez Carl Wilhelm Scheele în 1771, dar descoperirea nu a fost recunoscută imediat; în schimb, cea realizată în 1774 de Joseph Priestley a primit imediat recunoaștere publică. În 1777 Antoine-Laurent de Lavoisier a dat numele elementului [6] , care derivă din grecescul ὀξύς, oxýs , „acid” (literal: „ascuțit”) și rădăcina γεν-, ghen- , care înseamnă „a genera ". [7] [1] Acest lucru se datorează faptului că, în momentul numirii, s-a crezut din greșeală că a intrat în compoziția tuturor acizilor . În același an, Scheele a recunoscut-o ca fiind o componentă a aerului . În 1781, Lavoisier și-a stabilit funcția pentru fenomenele de respirație și combustie .

Izotopi

Oxigenul are trei izotopi stabili cu numere de masă 16, 17 și 18 și zece izotopi radioactivi . Toți radioizotopii au timpi de descompunere mai mici de trei minute.

Cu toate acestea, masa atomică a oxigenului este mai mică de 16, deși izotopul 16 O este prezent timp de aproximativ 99%, deoarece carbonul-12 a fost ales ca referință pentru calculul maselor și din motive relativiste există un defect de masă în sinteza elementelor mai grele. De fapt, formarea nucleului are loc cu o scădere a masei și o eliberare de energie, cauzată de fuziunea nucleară .

Alotropii

Oxigenul diatomic

La temperatura și presiunea standard , oxigenul este sub forma unui gaz format din doi atomi (oxigen diatomic). Este indicat ca: O 2 ( număr CAS : 7782-44-7 ). Această substanță este o componentă importantă a aerului , fiind produs in mod constant in fotosinteza clorofilă a plantelor de apă și dioxid de carbon , și este necesar pentru respirația ființelor vii.

Specia O 2 este numită frecvent și necorespunzător „oxigen” pentru sinecdoșă ; pentru o nomenclatură lipsită de ambiguitate, pe lângă oxigenul diatomic, pot fi folosiți și următorii termeni: oxigen molecular, oxigen diatomic și oxigen

Oxigenul diatomic O 2 , în stare lichidă și solidă , are o culoare albastră și este extrem de paramagnetic . Teoria orbitalilor moleculare a explicat fenomenul paramagnetism și a confirmat faptul că legătura trebuie să fie considerată dublă: cei doi electroni cel legat în O 2 ocupă orbitalii degenerați de simetrie π și au paralele rotiri . Acest lucru duce la o stare de bază a tripletului care are ca rezultat o inerție cinetică extraordinară în reacțiile de oxidare a moleculelor organice diamagnetice , deoarece aceste reacții au loc fără conservarea numărului cuantic total de spin.

Ozon

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Ozonul .

Un alt alotrop de oxigen este ozonul (O 3 ), un gaz capabil să absoarbă în mod semnificativ radiațiile ultraviolete . Datorită acestei proprietăți, stratul de ozon prezent la altitudini mari ajută la protejarea biosferei de aceste radiații. Cu toate acestea, în apropierea suprafeței terestre, ozonul, care este un produs secundar al smogului , este considerat un poluant, deoarece este un gaz cu efect de seră .

Tetraoxigen

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Tetraoxigen .

Tetraoxigenul este una dintre formele alotropice în care poate fi găsit oxigenul.

Molecula de tetraoxigen (O4) a fost teoretizată în 1924 de Gilbert Lewis, care a propus-o ca explicație a faptului că oxigenul lichid nu respectă legea lui Curie. Astăzi s-a descoperit că Lewis a greșit, deși nu s-a îndepărtat de realitate: simulările pe computer arată că, deși nu există molecule O4 stabile în oxigenul lichid, moleculele O2 tind să se asocieze în perechi cu spin antiparalel. Formând temporar molecule stabile de O4.

În 1999, cercetătorii au crezut că oxigenul solid există în faza ε ca O4, descoperind doar în 2006 că este de fapt o formă octamoleculară de oxigen.

Structura tetraoxigenului nu este încă pe deplin înțeleasă. Un grup de studiu de la Universitatea Sapienza din Roma a efectuat, de asemenea, studii în 2001 pentru a investiga structura O4.

Disponibilitate

Oxigenul este cel mai abundent element din scoarța terestră [8] . Oxigenul formează 87% din oceane ca componentă a apei (H 2 O) și 20% din atmosfera terestră sub formă de oxigen molecular O 2 sau ca ozon O 3 . Compușii oxigenului, în special oxizii metalici, silicații (SiO 4− 4 ) și carbonații (CO 2− 3 ), se găsesc frecvent în roci și sol. Apa cu gheață este un solid comun pe planete și comete . Compușii de oxigen se găsesc în tot universul, iar spectrul de oxigen se găsește adesea în stele. Oxigenul este de obicei foarte rar pe planetele cu gaz .

O 2 dizolvat la suprafața apei (date din 2005). Se observă că în regiunile polare, unde apa este mai rece, conținutul de O 2 dizolvat este mai mare (în termeni tehnici, sistemul apă-oxigen are solubilitate inversă ).

În plus față de molecula de O 2 , oxigenul poate fi găsit în natură sub formă de ozon (O 3 ): este format prin descărcări electrostatice în prezența oxigenului molecular. [9] Un dimer al moleculei de oxigen (O 2 ) 2 se găsește ca component minor în O 2 lichid.

Producție

Pregătirea în laborator

Pregătirea oxigenului diatomic O 2 în laborator are loc prin reacții endoterme care implică compuși oxigenați, de exemplu: [10]

această reacție are un caracter exploziv și, prin urmare, se efectuează la temperatură scăzută pe un catalizator pe bază de dioxid de mangan (MnO 2 ). [10]

Mai mult, oxigenul diatomic este produs în timpul procesului de electroliză a apei din care se obține și hidrogen gazos diatomic H 2 .

Pregătirea industrială

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Fracționarea aerului .

La nivel industrial este posibil să se obțină oxigen diatomic prin:

Procesul de separare criogenică a aerului, dezvoltat între 1901 și 1910 de inginerul german Carl von Linde , [11] implică distilarea fracționată a aerului lichid care este alcătuit în principal din azot molecular N 2 și oxigen molecular O 2 . Această operație unitară este efectuată în jurul a 77,35 K (-195,80 ° C ), deoarece la această temperatură oxigenul diatomic este lichid, în timp ce azotul molecular este gazos, astfel încât este posibil să le separați. [14]

Echipamente pentru producerea de oxigen diatomic pentru separarea criogenică a aerului.

Compuși

Datorită electronegativității sale, oxigenul formează legături chimice cu aproape toate celelalte elemente și aceasta este originea definiției oxidării . Singurele elemente care scapă de oxidare sunt heliul , neonul și argonul . [8]

Mineralele sunt întotdeauna compuse din siliciu și oxigen, cu excepția unor minerale precum magnetitul și sideritul

Introduceți compoziția substanțelor organice și anorganice. Oxigenul poate realiza maximum 2 legături covalente .

Oxizii, cum ar fi rugina , se formează atunci când oxigenul reacționează cu alte elemente.

Oxigenul se leagă în moduri diferite în funcție de element și de condiții: creează oxizi , peroxizi , superoxizi sau hidroxizi . Cel mai comun este oxidul monoxidului diacid, apă (H2O). Alte exemple includ compuși de carbon și oxigen, cum ar fi: dioxid de carbon (CO 2 ), alcooli (R-OH), aldehide (R-CHO) și acizi carboxilici (R-COOH).

Anioni oxigenați, cum ar fi clorați (clo - 3), perclorați CLO (- 4), cromați (CRO 2- 4), bicromați (Cr 2 O 2- 7), permanganati (MnO - 4) și nitrați (NO - 3) , sunt agenți oxidanți puternici. Multe metale se leagă de atomii de oxigen generând diverși compuși, de exemplu fierul dă naștere la oxid de fier (3+) (Fe 2 O 3 ), denumit în mod obișnuit rugină .

Aplicații

Oxigenul găsește o utilizare considerabilă ca oxidant și comburent ; [8] numai fluorul are o electronegativitate mai mare. [7]
Oxigenul diatomic O 2 este utilizat sub formă lichidă ca oxidant în propulsia rachetelor ; este esențial pentru respirație și, prin urmare, este utilizat în medicină ; este folosit ca rezervă de aer în avioane sau pentru urcări de alpinism la mare altitudine; se folosește la sudare și la producția de oțel și metanol . Datorită proprietății sale de a rămâne în stare lichidă, dacă este menținut la o presiune ușoară ( 4 bar ), poate fi depozitat în cantități mari în cilindri pregătiți corespunzător; printr-un corp de vaporizare (sau încălzitor), este apoi gazificat pentru a fi introdus în liniile de distribuție sub formă gazoasă.

Una dintre aplicațiile cele mai importante ale O 2 în zona terapeutică, spital și subacvatic este „ oxigen si“ terapia cu oxigen hiperbaric , prin care este posibilă tratarea și / sau accelera procesul de vindecare a unei lungi serii de diferite boli ca precum și cele din descompresia tipică a scafandrilor și scafandrilor. Pentru pacienții cu dificultăți de respirație, se folosesc măști speciale de O 2 , care cresc concentrația în aerul inhalat. La baza acestor cereri se află principiul conform căruia transportabilitatea O 2 în sânge crește cu presiunea parțială.

Fiind un medicament cu drepturi depline ( Decretul legislativ 219/06), din mai 2010, O 2 utilizat în spitale după ce a fost produs prin distilare fracționată este tratat și analizat în continuare. Odată verificate caracteristicile sale, care trebuie să fie ca cele raportate în Farmacopeea oficială , este „etichetat” cu un număr de lot, așa cum este cazul medicamentelor, este indicată data de expirare (în cazul medicamentului O 2 este 5 ani) și livrate la unitățile de sănătate printr-o operațiune de „eliberare pe lot” sub responsabilitatea deplină a farmacistului companiei care a produs-o. Ca medicament cu drepturi depline, prin urmare, pe lângă faptul că deține un AIC (autorizație de introducere pe piață) legat de tipul de ambalaj ( cilindru , rezervor etc.), acesta trebuie administrat sub prescripție medicală, indicând metodele de administrare, dozajul și durata terapiei.

Alte utilizări ale O 2 sunt în amestecuri numite „stimulanți respiratori“; aceste amestecuri sunt compuse în principal din O 2 în faza gazoasă (95%) și dioxid de carbon (5%) și sunt utilizate în spitale. Aceste amestecuri au particularitatea de a permite o expulzare mai rapidă a moleculelor dăunătoare din organism, de exemplu în cazul otrăvirii cu monoxid de carbon (CO).

Precauții

Simboluri de pericol chimic
oxidant gaz comprimat
Pericol
fraze H 270 - 280
Expresii R. R 8
sfat P 244 - 220 - 370 + 376 - 403 [15]
Fraze S. S 2-17

Produsele chimice
trebuie manipulat cu precauție
Avertizări

Pericol de explozie sau combustie

O presiune parțială puternică de O 2 poate provoca arderea spontană, poate accelera arderea deja în curs și poate produce explozii dacă sunt prezenți combustibili buni. Acest lucru este valabil și pentru compușii foarte bogați în oxigen, cum ar fi clorați, perclorați, dicromați etc.

Compatibilitatea oxigenului

Etichetarea pe un cilindru de oxigen.

Atunci când manipulați O 2 comprimat pur, pentru a evita riscul de ardere sau explozie, este necesar să utilizați așa-numitele echipamente compatibile cu oxigenul sau cu oxigen curat [16] , adică curățate cu atenție de toate urmele de grăsimi și uleiuri și în pe care comprimatul O 2 nu îl contactează niciodată cu materiale combustibile, precum garnituri sau metale incompatibile.

Toxicitate

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Toxicitatea oxigenului .

Oxigenul este un element foarte instabil și, prin urmare, reacționează violent cu celelalte elemente pentru a-i crește stabilitatea. Compatibilitatea cu viața în prezența sa este legată de posibilitatea de a o folosi ca un reactiv prețios și puternic (este literalmente o fântână de electroni ) fără a fi deteriorat de aceasta.

Ființele vii aerobe au structuri metabolice care le neutralizează efectele nocive. Efectele nocive sunt evident evidente pe de altă parte la ființele vii anaerobe care nu au structuri fiziologice de protecție și care sunt distruse de O 2 și care pot supraviețui numai dacă sunt echipate cu bariere fizice care împiedică contactul lor.

Expunerea prelungită la O 2 la presiuni parțiale ridicate este toxică, deoarece depășește nivelurile de neutralizare și poate avea consecințe pulmonare și neurologice severe în funcție de presiune și timpul de expunere. Efectele pulmonare includ pierderea capacității și deteriorarea țesuturilor . Efectele neurologice pot include convulsii, orbire și comă.

Toxicitatea compușilor

Compușii oxigenului, cum ar fi peroxizii , superoxizii și ozonul său alotrop, sunt foarte reactivi și, prin urmare, letali pentru organisme.

Notă

  1. ^ a b c ( EN ) Thermopedia, „Oxigen”
  2. ^ a b Foaie de oxigen Sapio ( PDF ), pe cms.sapio.it . Adus la 10 aprilie 2010 (arhivat din original la 14 iulie 2011) .
  3. ^ a b WebElements: tabelul periodic de pe web - Oxigen: electronegativități , pe webelements.com . Adus pe 7 noiembrie 2011.
  4. ^ Cook & Lauer 1968 , 500
  5. ^ Oxigen , la periodic.lanl.gov , Laboratorul Național Los Alamos. Adus la 16 decembrie 2007 (arhivat din original la 26 octombrie 2007) .
  6. ^ GD Parks și JW Mellor, Mellor's Modern Inorganic Chemistry , 6th, London, Longmans, Green and Co., 1939.
  7. ^ a b Rolla , p. 283 .
  8. ^ a b c Rolla , p. 284 .
  9. ^ Rolla , p. 287 .
  10. ^ a b Rolla , p. 285 .
  11. ^ a b lui Ullmann , cap. 4.1 .
  12. ^ Ullmann's , cap. 4.2 .
  13. ^ Ullmann's , cap. 4.3 .
  14. ^ Rolla , p. 286 .
  15. ^ card oxigen pe IFA-GESTIS , pe gestis-en.itrust.de . Adus pe 9 mai 2021 (Arhivat din original la 16 octombrie 2019) .
  16. ^ (EN) US Navy Diving Manual (PDF), Naval Sea Systems Command, Statele Unite. Naval Sea Systems Command, 2008, ediția a 6-a, ISBN 1-57980-454-3 (arhivat din original la 6 februarie 2009) .

Bibliografie

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității Tesauro BNCF 607 · LCCN (EN) sh85096329 · GND (DE) 4051803-6 · BNF (FR) cb11977353d (dată) · BNE (ES) XX534245 (dată) · NDL (EN, JA) 00.570.181
Chimie Portalul chimiei : portalul științei compoziției, proprietăților și transformărilor materiei