الحصول على الأكسجين من معادلة الهواء السائل. درس الكيمياء حول "إنتاج الأكسجين"

عند قطع المعدن، يتم ذلك باستخدام لهب غاز عالي الحرارة يتم الحصول عليه عن طريق حرق غاز قابل للاشتعال أو بخار سائل ممزوج بالأكسجين النقي تقنيًا.

الأكسجين هو العنصر الأكثر وفرة على وجه الأرض، توجد على شكل مركبات كيميائية بمواد مختلفة: في الأرض - حتى 50٪ بالوزن، مع الهيدروجين في الماء - حوالي 86٪ بالوزن وفي الهواء - حتى 21٪ بالحجم و 23٪ بالوزن. وزن.

الأكسجين في الظروف العادية (درجة الحرارة 20 درجة مئوية، الضغط 0.1 ميجا باسكال) هو غاز عديم اللون وغير قابل للاشتعال، وأثقل قليلاً من الهواء، وعديم الرائحة، ولكنه يدعم الاحتراق بشكل فعال. عند الضغط الجوي الطبيعي ودرجة حرارة 0 درجة مئوية، تكون كتلة 1 م 3 من الأكسجين 1.43 كجم، وعند درجة حرارة 20 درجة مئوية والضغط الجوي الطبيعي - 1.33 كجم.

الأكسجين لديه نشاط كيميائي عاليوتكوين مركبات بجميع العناصر الكيميائية ما عدا (الأرجون والهيليوم والزينون والكريبتون والنيون). تحدث تفاعلات المركب مع الأكسجين مع إطلاق كمية كبيرة من الحرارة، أي أنها طاردة للحرارة بطبيعتها.

عندما يتلامس الأكسجين الغازي المضغوط مع المواد العضوية والزيوت والدهون وغبار الفحم والمواد البلاستيكية القابلة للاشتعال، فإنها قد تشتعل تلقائيًا نتيجة إطلاق الحرارة أثناء الضغط السريع للأكسجين والاحتكاك وتأثير الجزيئات الصلبة على المعدن أيضًا. مثل تفريغ شرارة الكهرباء الساكنة. ولذلك، عند استخدام الأكسجين، يجب الحرص على التأكد من عدم ملامسته للمواد القابلة للاشتعال أو الاشتعال.

يجب إزالة الشحوم من جميع معدات الأكسجين وخطوط وأسطوانات الأكسجين تمامًا.قادرة على تكوين مخاليط متفجرة مع غازات قابلة للاشتعال أو أبخرة سائلة قابلة للاشتعال على نطاق واسع، مما قد يؤدي أيضًا إلى حدوث انفجارات في وجود لهب مفتوح أو حتى شرارة.

يجب دائمًا مراعاة ميزات الأكسجين الملحوظة عند استخدامه في عمليات معالجة لهب الغاز.

الهواء الجوي عبارة عن خليط ميكانيكي من ثلاثة غازات ذات المحتوى الحجمي التالي: النيتروجين - 78.08٪، الأكسجين - 20.95٪، الأرجون - 0.94٪، والباقي ثاني أكسيد الكربون، وأكسيد النيتروز، وما إلى ذلك. يتم الحصول على الأكسجين عن طريق فصل الهواءللأكسجين وطريقة التبريد العميق (التسييل) مع فصل الأرجون الذي يتزايد استخدامه بشكل مستمر. يستخدم النيتروجين كغاز وقائي عند لحام النحاس.

ويمكن الحصول على الأكسجين كيميائيا أو عن طريق التحليل الكهربائي للماء. الطرق الكيميائيةغير فعالة وغير اقتصادية. في التحليل الكهربائي للمياهمع التيار المباشر، يتم إنتاج الأكسجين كمنتج ثانوي في إنتاج الهيدروجين النقي.

يتم إنتاج الأكسجين في الصناعةمن الهواء الجوي عن طريق التبريد العميق والتصحيح. في منشآت الحصول على الأكسجين والنيتروجين من الهواء، يتم تنظيف الأخير من الشوائب الضارة، وضغطه في ضاغط إلى ضغط دورة التبريد المناسب الذي يتراوح بين 0.6-20 ميجا باسكال، وتبريده في مبادلات حرارية إلى درجة حرارة التميع، والفرق في درجات حرارة التسييل هو 0.6-20 ميجا باسكال. الأكسجين والنيتروجين هي 13 درجة مئوية، وهي كافية لفصلهما بالكامل في الطور السائل.

يتراكم الأكسجين النقي السائل في جهاز فصل الهواء، ثم يتبخر ويتجمع في خزان الغاز، حيث يتم ضخه إلى الأسطوانات بواسطة الضاغط تحت ضغط يصل إلى 20 ميجا باسكال.

يتم أيضًا نقل الأكسجين الفني عبر خط الأنابيب. يجب أن يتم الاتفاق على ضغط الأكسجين المنقول عبر خط الأنابيب بين الشركة المصنعة والمستهلك. يتم تسليم الأكسجين إلى الموقع في أسطوانات الأكسجين، وفي شكل سائل في أوعية خاصة ذات عزل حراري جيد.

لتحويل الأكسجين السائل إلى غاز، يتم استخدام أجهزة التغويز أو المضخات المزودة بمبخرات الأكسجين السائل. عند الضغط الجوي الطبيعي ودرجة حرارة 20 درجة مئوية، فإن 1 dm3 من الأكسجين السائل عند التبخر يعطي 860 dm3 من الأكسجين الغازي. لذلك ينصح بإيصال الأكسجين إلى مكان اللحام في حالة سائلة حيث أن ذلك يقلل من وزن الحاوية 10 مرات مما يوفر المعدن لصناعة الأسطوانات ويقلل من تكلفة نقل وتخزين الأسطوانات.

للحام والقطعوفقًا لـ -78، يتم إنتاج الأكسجين التقني في ثلاث درجات:

1- نقاء لا يقل عن 99.7%
الثاني - لا يقل عن 99.5%
الثالث - ما لا يقل عن 99.2% من حيث الحجم

نقاء الأكسجين له أهمية كبيرة في قطع الوقود الأكسجين. كلما قلت شوائب الغاز التي تحتوي عليها، زادت سرعة القطع وأنظف وأقل استهلاكًا للأكسجين.

مرحباً.. اليوم سأخبركم عن الأكسجين وكيفية الحصول عليه. اسمحوا لي أن أذكرك أنه إذا كانت لديك أسئلة بالنسبة لي، فيمكنك كتابتها في التعليقات على المقال. إذا كنت بحاجة إلى أي مساعدة في الكيمياء. سأكون مسرورا بمساعدتك.

يتم توزيع الأكسجين في الطبيعة على شكل نظائر 16O، 17O، 18O، والتي لها النسب التالية على الأرض - 99.76%، 0.048%، 0.192% على التوالي.

في الحالة الحرة، يوجد الأكسجين على شكل ثلاثة تعديلات تآصلية : الأكسجين الذري - O o، ثنائي الأكسجين - O 2 والأوزون - O 3. علاوة على ذلك يمكن الحصول على الأكسجين الذري على النحو التالي:

بوكلو 3 = بوكل + 3O0

كنو 3 = كنو 2 + يا 0

الأكسجين جزء من أكثر من 1400 من المعادن والمواد العضوية المختلفة؛ ويبلغ محتواه في الغلاف الجوي 21% من حيث الحجم. ويحتوي جسم الإنسان على ما يصل إلى 65% من الأكسجين. الأكسجين هو غاز عديم اللون والرائحة، قابل للذوبان بشكل طفيف في الماء (3 أحجام من الأكسجين تذوب في 100 حجم من الماء عند 20 درجة مئوية).

يتم الحصول على الأكسجين في المختبر عن طريق التسخين المعتدل لبعض المواد:

1) عند تحلل مركبات المنغنيز (+7) و (+4):

2KMnO 4 → K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2
برمنجنات المنغنيز
البوتاسيوم البوتاسيوم

2MnO 2 → 2MnO + O 2

2) عند تحلل البيركلورات:

2KClO 4 → KClO 2 + بوكل + 3O 2
بيركلورات
البوتاسيوم

3) أثناء تحلل ملح البرثوليت (كلورات البوتاسيوم).
في هذه الحالة يتكون الأكسجين الذري:

2KClO3 → 2 بوكل + 6O0
كلورات
البوتاسيوم

4) أثناء تحلل أملاح حمض الهيبوكلوروس في الضوء- هيبوكلوريت:

2NaClO → 2NaCl + O2

Ca(ClO) 2 → CaCl 2 + O 2

5) عند تسخين النترات.
في هذه الحالة، يتم تشكيل الأكسجين الذري. اعتمادًا على موضع فلز النترات في سلسلة نشاطه، تتشكل نواتج التفاعل المختلفة:

2نانو 3 → 2نانو 2 + يا 2

Ca(NO 3) 2 → CaO + 2NO 2 + O 2

2AgNO3 → 2Ag + 2NO2 + O2

6) أثناء تحلل البيروكسيدات:

2 ح 2 يا 2 ↔ 2 ح 2 يا + يا 2

7) عند تسخين أكاسيد المعادن غير النشطة:

2Аg 2 O ↔ 4Аg + O 2

هذه العملية ذات صلة بالحياة اليومية. والحقيقة هي أن الأطباق المصنوعة من النحاس أو الفضة، والتي تحتوي على طبقة طبيعية من فيلم الأكسيد، تشكل الأكسجين النشط عند تسخينها، وهو تأثير مضاد للجراثيم. كما يؤدي ذوبان أملاح المعادن الخاملة، وخاصة النترات، إلى تكوين الأكسجين. على سبيل المثال، يمكن تمثيل العملية الشاملة لإذابة نترات الفضة على مراحل:

AgNO3 + H2O → AgOH + HNO3

2AgOH → Ag 2 O + O 2

2Ag 2 O → 4Ag + O 2

أو في شكل ملخص:

4AgNO3 + 2H2O → 4Ag + 4HNO3 + 7O2

8) عند تسخين أملاح الكروم ذات أعلى حالة أكسدة:

4K 2 Cr 2 O 7 → 4 K 2 CrO 4 + 2Cr 2 O 3 + 3 O 2
كرومات ثنائي كرومات
البوتاسيوم البوتاسيوم

في الصناعة يتم الحصول على الأكسجين:

1) التحلل الكهربائي للماء:

2ح2يا → 2ح2 + يا2

2) تفاعل ثاني أكسيد الكربون مع البيروكسيدات:

CO 2 + K2 O 2 →K 2 CO 3 + O 2

تعتبر هذه الطريقة حلاً تقنيًا لا غنى عنه لمشكلة التنفس في الأنظمة المعزولة: الغواصات والألغام والمركبات الفضائية.

3) عندما يتفاعل الأوزون مع عوامل الاختزال:

يا 3 + 2 كيلو جول + ح 2 يا → ي 2 + 2كوه + يا 2

ومما له أهمية خاصة إنتاج الأكسجين أثناء عملية التمثيل الضوئي.تحدث في النباتات. تعتمد كل أشكال الحياة على الأرض بشكل أساسي على هذه العملية. عملية التمثيل الضوئي هي عملية معقدة متعددة الخطوات. الضوء يعطيها بدايتها. تتكون عملية التمثيل الضوئي نفسها من مرحلتين: الضوء والظلام. خلال مرحلة الضوء، تشكل صبغة الكلوروفيل الموجودة في أوراق النبات ما يسمى بمركب "امتصاص الضوء"، الذي يأخذ الإلكترونات من الماء، وبالتالي يقسمها إلى أيونات الهيدروجين والأكسجين:

2H2O = 4e + 4H + O2

تساهم البروتونات المتراكمة في تخليق ATP:

أدب + ف = أتب

خلال المرحلة المظلمة، يتم تحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى الجلوكوز. ويتم إطلاق الأكسجين كمنتج ثانوي:

6CO 2 + 6H 2 O = C 6 H 12 O 6 + O 2

blog.site، عند نسخ المادة كليًا أو جزئيًا، يلزم وجود رابط للمصدر الأصلي.

ل الحصول على الأكسجينستحتاج إلى مواد غنية به. هذه هي البيروكسيدات والنترات والكلورات. سوف نستخدم تلك التي يمكن الحصول عليها دون صعوبة كبيرة.

هناك عدة طرق للحصول على الأكسجين في المنزل؛ فلننظر إليها بالترتيب.

الطريقة الأبسط والأكثر سهولة للحصول على الأكسجين هي استخدام برمنجنات البوتاسيوم (أو الاسم الأصح هو برمنجنات البوتاسيوم). يعلم الجميع أن برمنجنات البوتاسيوم مطهر ممتاز ويستخدم كمطهر. إذا لم يكن لديك، يمكنك شرائه من الصيدلية.

دعونا نفعل ذلك بهذه الطريقة. صب بعض برمنجنات البوتاسيوم في أنبوب الاختبار، وأغلقه بأنبوب اختبار به فتحة، ثم قم بتركيب أنبوب مخرج غاز في الحفرة (سوف يتدفق الأكسجين من خلاله). ضع الطرف الآخر من الأنبوب في أنبوب اختبار آخر (يجب وضعه رأسًا على عقب، نظرًا لأن الأكسجين المنطلق أخف من الهواء وسيرتفع إلى أعلى. ونغلق أنبوب الاختبار الثاني بنفس السدادة.
ونتيجة لذلك، ينبغي أن يكون لدينا أنبوبين اختبار متصلين ببعضهما البعض بواسطة أنبوب مخرج الغاز من خلال المقابس. يوجد في أنبوب اختبار واحد (غير مقلوب) برمنجنات البوتاسيوم. سنقوم بتسخين أنبوب اختبار ببرمنجنات البوتاسيوم. سوف يختفي اللون الكرزي الداكن لبلورات برمنجنات البوتاسيوم ويتحول إلى بلورات منجنات البوتاسيوم ذات اللون الأخضر الداكن.

يستمر رد الفعل على النحو التالي:

2KMnO 4 → MnO 2 + K 2 MnO 4 +O 2

لذلك من 10 جرام من برمنجنات البوتاسيوم يمكنك الحصول على ما يقرب من 1 لتر من الأكسجين. بعد بضع دقائق، يمكنك إزالة قارورة برمنجنات البوتاسيوم من اللهب. تلقينا الأكسجين في أنبوب اختبار مقلوب. يمكننا التحقق من ذلك. للقيام بذلك، افصل الأنبوب الثاني (مع الأكسجين) بعناية من أنبوب مخرج الغاز، وقم بتغطية الفتحة بإصبعك. الآن، إذا قمت بإحضار عود ثقاب ضعيف الاحتراق إلى دورق به أكسجين، فسوف يشتعل بشكل ساطع!

الحصول على الأكسجينومن الممكن أيضًا استخدام نترات الصوديوم أو البوتاسيوم (أملاح الصوديوم والبوتاسيوم المقابلة لحمض النيتريك).
(تُباع نترات البوتاسيوم والصوديوم -المعروفة أيضًا بالنترات- في متاجر الأسمدة).

لذلك، للحصول على الأكسجين من الملح الصخري، خذ أنبوب اختبار مصنوع من الزجاج المقاوم للحرارة على الحامل، ضع مسحوق الملح الصخري هناك (ستحتاج إلى وضع كوب من السيراميك بالرمل تحت أنبوب الاختبار، لأن الزجاج). يمكن أن تذوب من درجة الحرارة والتدفق. وبالتالي، يجب تثبيت الموقد قليلاً على الجانب، ويجب تثبيت أنبوب الاختبار الذي يحتوي على النترات بزاوية.

عندما يتم تسخين النترات بقوة، فإنها تبدأ في الذوبان، مما يؤدي إلى إطلاق الأكسجين. رد الفعل يذهب مثل هذا:

2كنو 3 → 2كنو 2 + يا 2

المادة الناتجة هي نتريت البوتاسيوم (أو نتريت الصوديوم، اعتمادا على نوع الملح الصخري المستخدم) - ملح حمض النيتروز.

طريق اخر الحصول على الأكسجين- استخدام بيروكسيد الهيدروجين. البيروكسيد والهيدروبيريت كلها نفس المادة. يباع بيروكسيد الهيدروجين على شكل أقراص وعلى شكل محاليل (3%، 5%، 10%)، ويمكن شراؤها من الصيدلية.

على عكس المواد السابقة، الملح الصخري أو برمنجنات البوتاسيوم، فإن بيروكسيد الهيدروجين مادة غير مستقرة. بالفعل في وجود الضوء، يبدأ في التحلل إلى الأكسجين والماء. لذلك، في الصيدليات، يتم بيع البيروكسيد في عبوات زجاجية داكنة.

بالإضافة إلى ذلك، تساهم المحفزات مثل أكسيد المنغنيز والكربون المنشط ومسحوق الفولاذ (النشارة الناعمة) وحتى اللعاب في التحلل السريع لبيروكسيد الهيدروجين إلى ماء وأكسجين. لذلك ليست هناك حاجة لتسخين بيروكسيد الهيدروجين، فالمحفز يكفي!

مرحبًا. لقد قرأت بالفعل مقالاتي على مدونة Tutoronline.ru. سأخبركم اليوم عن الأكسجين وكيفية الحصول عليه. اسمحوا لي أن أذكرك أنه إذا كانت لديك أسئلة بالنسبة لي، فيمكنك كتابتها في التعليقات على المقال. إذا كنت بحاجة إلى أي مساعدة في الكيمياء، قم بالتسجيل في دروسي في الموعد المحدد. سأكون مسرورا بمساعدتك.

بوكلو 3 = بوكل + 3O0

كنو 3 = كنو 2 + يا 0

يتم الحصول على الأكسجين في المختبر عن طريق التسخين المعتدل لبعض المواد:

1) عند تحلل مركبات المنغنيز (+7) و (+4):

2KMnO 4 → K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2
برمنجنات المنغنيز
البوتاسيوم البوتاسيوم

2MnO 2 → 2MnO + O 2

2) عند تحلل البيركلورات:

2KClO 4 → KClO 2 + بوكل + 3O 2
بيركلورات
البوتاسيوم

3) أثناء تحلل ملح البرثوليت (كلورات البوتاسيوم).
في هذه الحالة يتكون الأكسجين الذري:

2KClO3 → 2 بوكل + 6O0
كلورات
البوتاسيوم

4) أثناء تحلل أملاح حمض الهيبوكلوروس في الضوء- هيبوكلوريت:

2NaClO → 2NaCl + O2

Ca(ClO) 2 → CaCl 2 + O 2

2نانو 3 → 2نانو 2 + يا 2

Ca(NO 3) 2 → CaO + 2NO 2 + O 2

2AgNO3 → 2Ag + 2NO2 + O2

6) أثناء تحلل البيروكسيدات:

2 ح 2 يا 2 ↔ 2 ح 2 يا + يا 2

7) عند تسخين أكاسيد المعادن غير النشطة:

2Аg 2 O ↔ 4Аg + O 2

AgNO3 + H2O → AgOH + HNO3

2AgOH → Ag 2 O + O 2

2Ag 2 O → 4Ag + O 2

أو في شكل ملخص:

4AgNO3 + 2H2O → 4Ag + 4HNO3 + 7O2

8) عند تسخين أملاح الكروم ذات أعلى حالة أكسدة:

4K 2 Cr 2 O 7 → 4 K 2 CrO 4 + 2Cr 2 O 3 + 3 O 2
كرومات ثنائي كرومات
البوتاسيوم البوتاسيوم

في الصناعة يتم الحصول على الأكسجين:

1) التحلل الكهربائي للماء:

2ح2يا → 2ح2 + يا2

2) تفاعل ثاني أكسيد الكربون مع البيروكسيدات:

CO 2 + K2 O 2 →K 2 CO 3 + O 2

3) عندما يتفاعل الأوزون مع عوامل الاختزال:

يا 3 + 2 كيلو جول + ح 2 يا → ي 2 + 2كوه + يا 2

2H2O = 4e + 4H + O2

تساهم البروتونات المتراكمة في تخليق ATP:

أدب + ف = أتب

خلال المرحلة المظلمة، يتم تحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى الجلوكوز. ويتم إطلاق الأكسجين كمنتج ثانوي:

6CO 2 + 6H 2 O = C 6 H 12 O 6 + O 2

موقع الويب، عند نسخ المادة كليًا أو جزئيًا، يلزم وجود رابط للمصدر.

يخطط:

تاريخ الاكتشاف

أصل الاسم

التواجد في الطبيعة

إيصال

الخصائص الفيزيائية

الخواص الكيميائية

طلب

10. النظائر

الأكسجين

الأكسجين- عنصر المجموعة السادسة عشرة (حسب التصنيف القديم - المجموعة الفرعية الرئيسية للمجموعة السادسة)، الفترة الثانية من النظام الدوري للعناصر الكيميائية لـ D.I Mendeleev، برقم ذري 8. يُشار إليه بالرمز O (lat. Oxygenium) . الأكسجين هو عنصر غير معدني نشط كيميائيا وهو أخف عنصر في مجموعة الكالكوجينات. مادة بسيطة الأكسجين(رقم CAS: 7782-44-7) في الظروف العادية هو غاز عديم اللون والطعم والرائحة، ويتكون جزيءه من ذرتين أكسجين (الصيغة O 2)، ولذلك يطلق عليه أيضاً الأكسجين السائل ثنائي الأكسجين وله ضوء اللون الأزرق، والبلورات الصلبة ذات لون أزرق فاتح.

هناك أشكال أخرى متآصلة للأكسجين، على سبيل المثال الأوزون (رقم CAS: 10028-15-6) - في الظروف العادية، غاز أزرق ذو رائحة معينة، يتكون جزيءه من ثلاث ذرات أكسجين (الصيغة O 3).

تاريخ الاكتشاف

يُعتقد رسميًا أن الكيميائي الإنجليزي جوزيف بريستلي اكتشف الأكسجين في الأول من أغسطس عام 1774 عن طريق تحلل أكسيد الزئبق في وعاء مغلق بإحكام (وجه بريستلي ضوء الشمس إلى هذا المركب باستخدام عدسة قوية).

ومع ذلك، لم يدرك بريستلي في البداية أنه اكتشف مادة بسيطة جديدة، واعتقد أنه عزل أحد الأجزاء المكونة للهواء (وأطلق على هذا الغاز اسم "الهواء المزيل للديفلوجيستيك"). أبلغ بريستلي اكتشافه للكيميائي الفرنسي المتميز أنطوان لافوازييه. في عام 1775، أثبت أ. لافوازييه أن الأكسجين هو أحد مكونات الهواء والأحماض ويوجد في العديد من المواد.

قبل بضع سنوات (في عام 1771)، تم الحصول على الأكسجين من قبل الكيميائي السويدي كارل شيل. قام بتكليس الملح الصخري بحمض الكبريتيك ثم قام بتحليل أكسيد النيتريك الناتج. أطلق شيلي على هذا الغاز اسم "هواء النار" ووصف اكتشافه في كتاب نُشر عام 1777 (على وجه التحديد لأن الكتاب نُشر بعد إعلان بريستلي عن اكتشافه، ويعتبر الأخير مكتشف الأكسجين). كما أبلغ شيلي تجربته إلى لافوازييه.

إحدى الخطوات المهمة التي ساهمت في اكتشاف الأكسجين كانت عمل الكيميائي الفرنسي بيير باين، الذي نشر أعمالاً عن أكسدة الزئبق والتحلل اللاحق لأكسيده.

أخيرًا، اكتشف أ. لافوازييه أخيرًا طبيعة الغاز الناتج، باستخدام معلومات من بريستلي وشيلي. كان لعمله أهمية كبيرة لأنه بفضله تم الإطاحة بنظرية الفلوجستون التي كانت سائدة في ذلك الوقت وأعاقت تطور الكيمياء. أجرى لافوازييه تجارب على احتراق مواد مختلفة ودحض نظرية الفلوجستون، ونشر نتائج عن وزن العناصر المحترقة. تجاوز وزن الرماد الوزن الأصلي للعنصر، مما أعطى لافوازييه الحق في الادعاء بأنه أثناء الاحتراق يحدث تفاعل كيميائي (أكسدة) للمادة، وبالتالي تزداد كتلة المادة الأصلية، وهو ما يدحض نظرية الفلوجيستون .

وهكذا، فإن الفضل في اكتشاف الأكسجين مشترك في الواقع بين بريستلي وشيل ولافوازييه.

أصل الاسم

كلمة الأكسجين (وتسمى أيضًا "المحلول الحمضي" في بداية القرن التاسع عشر) تدين بظهورها في اللغة الروسية إلى حد ما لـ M. V. Lomonosov، الذي قدم كلمة "حمض" إلى جانب مصطلحات جديدة أخرى؛ وبالتالي، فإن كلمة "الأكسجين"، بدورها، كانت عبارة عن تتبع لمصطلح "الأكسجين" (الأكسجين الفرنسي)، الذي اقترحه أ. لافوازييه (من اليونانية القديمة ὀξύς - "الحامض" و γεννάω - "الولادة")، وهو تُرجمت على أنها "حمض توليد" ، وهو ما يرتبط بمعناه الأصلي - "الحمض" ، والذي كان يعني سابقًا مواد تسمى الأكاسيد وفقًا للتسميات الدولية الحديثة.

التواجد في الطبيعة

الأكسجين هو العنصر الأكثر شيوعاً على الأرض؛ وتشكل حصته (في المركبات المختلفة، وخاصة السيليكات) حوالي 47.4% من كتلة القشرة الأرضية الصلبة. تحتوي مياه البحر والمياه العذبة على كمية كبيرة من الأكسجين المرتبط - 88.8% (من حيث الكتلة)، وفي الغلاف الجوي يبلغ محتوى الأكسجين الحر 20.95% من حيث الحجم و23.12% من حيث الكتلة. يحتوي أكثر من 1500 مركب في القشرة الأرضية على الأكسجين.

الأكسجين جزء من العديد من المواد العضوية وهو موجود في جميع الخلايا الحية. من حيث عدد الذرات في الخلايا الحية يبلغ حوالي 25٪ ومن حيث الكتلة - حوالي 65٪.

إيصال

حاليا، في الصناعة، يتم الحصول على الأكسجين من الهواء. الطريقة الصناعية الرئيسية لإنتاج الأكسجين هي التصحيح المبرد. كما أن مصانع الأكسجين التي تعمل على أساس تكنولوجيا الأغشية معروفة جيدًا وتستخدم بنجاح في الصناعة.

تستخدم المختبرات الأكسجين المنتج صناعيا، والذي يتم توفيره في أسطوانات فولاذية تحت ضغط يبلغ حوالي 15 ميجا باسكال.

يمكن الحصول على كميات صغيرة من الأكسجين عن طريق تسخين برمنجنات البوتاسيوم KMnO 4:

يستخدم أيضًا تفاعل التحلل التحفيزي لبيروكسيد الهيدروجين H2O2 في وجود أكسيد المنغنيز (IV):

يمكن الحصول على الأكسجين عن طريق التحلل الحفزي لكلورات البوتاسيوم (ملح بيرثوليت) KClO 3:

تشمل الطرق المختبرية لإنتاج الأكسجين طريقة التحليل الكهربائي للمحاليل المائية للقلويات، وكذلك تحلل أكسيد الزئبق الثنائي (عند درجة حرارة t = 100 درجة مئوية):

يتم الحصول عليه في الغواصات عادة عن طريق تفاعل بيروكسيد الصوديوم وثاني أكسيد الكربون الذي يزفره الإنسان:

الخصائص الفيزيائية

وفي محيطات العالم يكون محتوى الأكسجين المذاب أكبر في الماء البارد وأقل في الماء الدافئ.

في الظروف العادية، يكون الأكسجين غازًا بدون لون أو طعم أو رائحة.

1 لتر منه كتلته 1.429 جرام أثقل قليلاً من الهواء. قابل للذوبان قليلاً في الماء (4.9 مل/100 جم عند 0 درجة مئوية، 2.09 مل/100 جم عند 50 درجة مئوية) والكحول (2.78 مل/100 جم عند 25 درجة مئوية). يذوب جيدًا في الفضة المنصهرة (22 مجلدًا من O 2 في 1 حجم Ag عند 961 درجة مئوية). المسافة بين الذرية - 0.12074 نانومتر. غير مغناطيسي.

عندما يتم تسخين الأكسجين الغازي، يحدث تفككه العكسي إلى ذرات: عند 2000 درجة مئوية - 0.03%، عند 2600 درجة مئوية - 1%، 4000 درجة مئوية - 59%، 6000 درجة مئوية - 99.5%.

الأكسجين السائل (نقطة الغليان -182.98 درجة مئوية) هو سائل أزرق شاحب.

مخطط المرحلة O2

الأكسجين الصلب (نقطة الانصهار -218.35 درجة مئوية) - بلورات زرقاء. هناك 6 مراحل بلورية معروفة، ثلاثة منها توجد عند ضغط 1 ATM:

α-O 2 - يوجد عند درجات حرارة أقل من 23.65 كلفن؛ تنتمي البلورات الزرقاء الساطعة إلى النظام أحادي الميل، ومعلمات الخلية a=5.403 Å، b=3.429 Å، c=5.086 Å؛ β = 132.53 درجة.

β-O 2 - موجود في نطاق درجات الحرارة من 23.65 إلى 43.65 كلفن؛ تحتوي البلورات الزرقاء الشاحبة (مع زيادة الضغط، يتحول اللون إلى اللون الوردي) على شبكة معينة السطوح، ومعلمات الخلية a=4.21 Å، α=46.25°.

γ-O 2 - موجود عند درجات حرارة تتراوح من 43.65 إلى 54.21 كلفن؛ البلورات الزرقاء الشاحبة لها تماثل مكعب، معلمة الشبكة a=6.83 Å.

تتشكل ثلاث مراحل أخرى عند الضغوط العالية:

δ-O 2 نطاق درجة الحرارة 20-240 كلفن والضغط 6-8 GPa، بلورات برتقالية؛

ε-O 4 ضغط من 10 إلى 96 جيجا باسكال، لون كريستالي من الأحمر الداكن إلى الأسود، نظام أحادي الميل؛

ζ-O n ضغط أكثر من 96 جيجا باسكال، وهي حالة معدنية ذات بريق معدني مميز، عند درجات حرارة منخفضة تتحول إلى حالة فائقة التوصيل.

الخواص الكيميائية

وهو عامل مؤكسد قوي، ويتفاعل مع جميع العناصر تقريبًا، مكونًا الأكاسيد. حالة الأكسدة −2. كقاعدة عامة، يستمر تفاعل الأكسدة مع إطلاق الحرارة ويتسارع مع زيادة درجة الحرارة (انظر الاحتراق). مثال على التفاعلات التي تحدث في درجة حرارة الغرفة:

أكسدة المركبات التي تحتوي على عناصر أقل من حالة الأكسدة القصوى:

أكسدة معظم المركبات العضوية:

في ظل ظروف معينة، من الممكن إجراء أكسدة خفيفة لمركب عضوي:

يتفاعل الأكسجين مباشرة (في الظروف العادية، مع التسخين و/أو في وجود المواد الحفازة) مع جميع المواد البسيطة باستثناء Au والغازات الخاملة (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn); تحدث التفاعلات مع الهالوجينات تحت تأثير التفريغ الكهربائي أو الأشعة فوق البنفسجية. تم الحصول على أكاسيد الذهب والغازات الخاملة الثقيلة (Xe، Rn) بشكل غير مباشر. في جميع المركبات المكونة من عنصرين للأكسجين مع عناصر أخرى، يلعب الأكسجين دور عامل مؤكسد، باستثناء المركبات التي تحتوي على الفلور

يشكل الأكسجين بيروكسيدات مع حالة أكسدة ذرة الأكسجين تساوي رسميًا −1.

على سبيل المثال، يتم إنتاج البيروكسيدات عن طريق احتراق الفلزات القلوية في الأكسجين:

بعض الأكاسيد تمتص الأكسجين:

وفقًا لنظرية الاحتراق التي طورها A. N. Bach وK. O. Engler، تحدث الأكسدة على مرحلتين مع تكوين مركب بيروكسيد وسيط. يمكن عزل هذا المركب الوسيط، على سبيل المثال، عند تبريد لهب الهيدروجين المحترق بالثلج، يتكون بيروكسيد الهيدروجين مع الماء:

في الأكاسيد الفائقة، يكون للأكسجين رسميًا حالة أكسدة تبلغ −½، أي إلكترون واحد لكل ذرتين أكسجين (O − 2 أيون). يتم الحصول عليه عن طريق تفاعل البيروكسيدات مع الأكسجين عند ضغط ودرجة حرارة مرتفعين:

يتفاعل البوتاسيوم K والروبيديوم Rb والسيزيوم Cs مع الأكسجين لتكوين أكاسيد فائقة:

في أيون ثنائي الأكسجينيل O 2 +، يكون للأكسجين رسميًا حالة أكسدة قدرها +½. تم الحصول عليها عن طريق رد الفعل:

فلوريد الأكسجين

يتم تحضير ثنائي فلوريد الأكسجين، OF 2 حالة أكسدة الأكسجين +2، عن طريق تمرير الفلور عبر محلول قلوي:

أحادي فلوريد الأكسجين (ثنائي أكسيد ثنائي فلوريد) ، O 2 F 2 ، غير مستقر ، وحالة أكسدة الأكسجين هي +1. تم الحصول عليه من خليط من الفلور والأكسجين في تفريغ متوهج عند درجة حرارة -196 درجة مئوية:

عن طريق تمرير تفريغ توهج من خلال خليط من الفلور والأكسجين عند ضغط ودرجة حرارة معينة، يتم الحصول على مخاليط من فلوريد الأكسجين العالي O 3 F 2، O 4 F 2، O 5 F 2 و O 6 F 2.

تتنبأ حسابات ميكانيكا الكم بالوجود المستقر لأيون ثلاثي فلورو هيدروكسونيوم OF 3+. إذا كان هذا الأيون موجودا بالفعل، فإن حالة أكسدة الأكسجين فيه ستكون مساوية لـ +4.

يدعم الأكسجين عمليات التنفس والاحتراق والتحلل.

في شكله الحر، يوجد العنصر في تعديلين متآصلين: O 2 و O 3 (الأوزون). كما أنشأها بيير كوري وماري سكوودوفسكا كوري في عام 1899، تحت تأثير الإشعاع المؤين O 2 يتحول إلى O 3 .

طلب

بدأ الاستخدام الصناعي للأكسجين على نطاق واسع في منتصف القرن العشرين، بعد اختراع الموسعات التوربينية - وهي أجهزة لتسييل وفصل الهواء السائل.

فيعلم المعادن

تتضمن طريقة التحويل لإنتاج الفولاذ أو المعالجة غير اللامعة استخدام الأكسجين. في العديد من الوحدات المعدنية، من أجل احتراق الوقود بشكل أكثر كفاءة، يتم استخدام خليط الأكسجين والهواء بدلا من الهواء في الشعلات.

لحام وقطع المعادن

يستخدم الأكسجين الموجود في الأسطوانات الزرقاء على نطاق واسع في قطع المعادن ولحامها باللهب.

وقود الصواريخ

ويستخدم الأكسجين السائل وبيروكسيد الهيدروجين وحمض النيتريك وغيرها من المركبات الغنية بالأكسجين كمؤكسدات لوقود الصواريخ. يعد خليط الأكسجين السائل والأوزون السائل أحد أقوى المؤكسدات لوقود الصواريخ (يتجاوز النبض النوعي لخليط الهيدروجين والأوزون النبض المحدد لأزواج الهيدروجين والفلور وفلوريد الهيدروجين والأكسجين).

فيالدواء

يتم تخزين الأكسجين الطبي في أسطوانات غاز معدنية عالية الضغط (للغازات المضغوطة أو المسالة) ذات لون أزرق بسعات مختلفة من 1.2 إلى 10.0 لتر تحت ضغط يصل إلى 15 ميجا باسكال (150 ضغط جوي) ويستخدم لإثراء مخاليط الغازات التنفسية في أجهزة التخدير ، عند اضطرابات التنفس، لتخفيف نوبة الربو القصبي، للقضاء على نقص الأكسجة من أي أصل، لمرض تخفيف الضغط، لعلاج أمراض الجهاز الهضمي في شكل كوكتيلات الأكسجين. للاستخدام الفردي، يتم تعبئة حاويات مطاطية خاصة - وسائد الأكسجين - من اسطوانات بالأكسجين الطبي. تُستخدم أجهزة استنشاق الأكسجين بمختلف النماذج والتعديلات لتزويد الأكسجين أو خليط الأكسجين والهواء في وقت واحد لضحية واحدة أو اثنتين في الميدان أو في المستشفى. ميزة جهاز استنشاق الأكسجين هي وجود مكثف ومرطب لخليط الغاز الذي يستخدم رطوبة هواء الزفير. لحساب كمية الأكسجين المتبقية في الاسطوانة باللتر، عادة ما يتم ضرب الضغط في الاسطوانة في الأجواء (حسب مقياس ضغط المخفض) بسعة الاسطوانة باللتر. على سبيل المثال، في أسطوانة بسعة 2 لتر، يُظهر مقياس الضغط ضغط أكسجين يبلغ 100 ضغط جوي. حجم الأكسجين في هذه الحالة هو 100 × 2 = 200 لتر.

فيالصناعات الغذائية

في صناعة المواد الغذائية، يتم تسجيل الأكسجين كمادة مضافة للأغذية E948، كمادة دافعة وغاز التعبئة والتغليف.

فيالصناعة الكيميائية

في الصناعة الكيميائية، يستخدم الأكسجين كعامل مؤكسد في العديد من التوليفات، على سبيل المثال، أكسدة الهيدروكربونات إلى مركبات تحتوي على الأكسجين (الكحول، الألدهيدات، الأحماض)، والأمونيا إلى أكاسيد النيتروجين في إنتاج حمض النيتريك. نظرا لارتفاع درجات الحرارة التي تتطور أثناء الأكسدة، غالبا ما يتم تنفيذ الأخير في وضع الاحتراق.

فيزراعة

في الزراعة المحمية، لصنع كوكتيلات الأكسجين، لزيادة الوزن عند الحيوانات، لإثراء البيئة المائية بالأكسجين في تربية الأسماك.

الدور البيولوجي للأكسجين

إمدادات الأكسجين في حالات الطوارئ في ملجأ القنابل

تتنفس معظم الكائنات الحية (الكائنات الهوائية) الأكسجين من الهواء. يستخدم الأكسجين على نطاق واسع في الطب. في حالة أمراض القلب والأوعية الدموية، لتحسين عمليات التمثيل الغذائي، يتم حقن رغوة الأكسجين ("كوكتيل الأكسجين") في المعدة. يستخدم إعطاء الأكسجين تحت الجلد للقرح الغذائية وداء الفيل والغرغرينا وغيرها من الأمراض الخطيرة. يستخدم تخصيب الأوزون الاصطناعي لتطهير وإزالة الروائح الكريهة من الهواء وتنقية مياه الشرب. يستخدم نظير الأكسجين المشع 15O لدراسة سرعة تدفق الدم والتهوية الرئوية.

مشتقات الأكسجين السامة

بعض مشتقات الأكسجين (ما يسمى بأنواع الأكسجين التفاعلية)، مثل الأكسجين المفرد، وبيروكسيد الهيدروجين، والأكسيد الفائق، والأوزون وجذر الهيدروكسيل، شديدة السمية. يتم تشكيلها أثناء عملية التنشيط أو التخفيض الجزئي للأكسجين. يمكن أن يتشكل الأكسيد الفائق (جذر الأكسيد الفائق) وبيروكسيد الهيدروجين وجذر الهيدروكسيل في خلايا وأنسجة البشر والحيوانات ويسبب الإجهاد التأكسدي.

النظائر

للأكسجين ثلاثة نظائر مستقرة: 16O و17O و18O، ويبلغ متوسط محتواها على التوالي 99.759% و0.037% و0.204% من إجمالي عدد ذرات الأكسجين على الأرض. ترجع الغلبة الحادة لأخفها، 16O، في خليط النظائر إلى حقيقة أن نواة ذرة 16O تتكون من 8 بروتونات و8 نيوترونات (نواة سحرية مزدوجة تحتوي على نيوترونات وبروتونات مملوءة). وهذه النوى، على النحو التالي من نظرية بنية النواة الذرية، مستقرة بشكل خاص.

ومن المعروف أيضًا أن نظائر الأكسجين المشعة ذات الأعداد الكتلية من 12O إلى 24O، جميع نظائر الأكسجين المشعة لها نصف عمر قصير، وأطولها عمرًا هو 15O مع نصف عمر يبلغ حوالي 120 ثانية. النظير الأقصر عمرًا 12O له نصف عمر يبلغ 5.8·10−22 ثانية.