Jaki jest stopień utlenienia tlenu? Walidacja i stopień utlenienia tlenu

Wszyscy oddychamy powietrzem, które zasadniczo składa się zz cząsteczek azotu i tlenu z nieznacznym dodatkiem innych pierwiastków. Tak więc tlen jest jednym z najważniejszych pierwiastków chemicznych. Ponadto, jego cząsteczki są na ogromną różnorodność związków chemicznych, które są stosowane w życiu codziennym. Aby opisać wszystkie właściwości tego elementu nie wystarczy i sto stron, więc ograniczać podstawowe fakty z historii, a także podstawowe cechy element - Valence i stopień utlenienia tlenu proporcji stosując podstawowe właściwości fizyczne.

Historia odkrycia pierwiastka chemicznego

Oficjalna data odkrycia pierwiastka chemicznego"Tlen" to 1 sierpnia 1774. Tego samego dnia, brytyjski chemik John. Priestley zakończył eksperyment na rozkład tlenku rtęci, która jest w zamkniętym naczyniu. Pod koniec eksperymentu naukowiec otrzymał gaz wspomagający spalanie. Jednak odkrycie to zostało niezauważone nawet przez samego naukowca. Pan Priestley pomyślał, że udało mu się odróżnić nie nowy element, ale integralną część powietrza. Joseph Priestley ich wyniki udostępniane słynnego francuskiego naukowca i chemik Antoine Lavoisier, który był w stanie zrozumieć, co udało się zrobić Anglika. W 1775 r. Lavoisier był w stanie ustalić, że powstała "część składowa powietrza" jest w rzeczywistości niezależnym pierwiastkiem chemicznym i nazywa go tlenem, co w języku greckim oznacza "tworzenie kwasu". Lavoisier wierzył wówczas, że tlen jest we wszystkich kwasach. Następnie wyprowadzono wzory dla kwasów, które nie zawierają atomów tlenu, ale nazwa została przyjęta.

Tlen - cechy struktury cząsteczki

Ten pierwiastek chemiczny jest bezbarwnym gazem, który nie pachnie i nie smakuje. Wzór chemiczny - O mnie₂. Chemicy określają konwencjonalny dwuatomowy tlen jako "tlen atmosferyczny" lub "dwutlenek tlenu".

Cząsteczka materii składa się z dwóch powiązanych atomów tlenu. Istnieją również cząsteczki składające się z trzech atomów - O₃. Substancja ta jest nazywana ozonem, bardziej szczegółowoo tym zostanie napisane poniżej. Cząsteczka z dwoma atomami ma stopień utlenienia tlenu -2, ponieważ zawiera dwa niesparowane, zdolne do tworzenia kowalencyjnego wiązania elektronu. Energia uwalniana podczas rozkładu (dysocjacji) cząsteczki tlenu w atomy wynosi 493,57 kJ / mol. To dość duża wartość.

Walidacja i stopień utlenienia tlenu

Pod wartościowości pierwiastka chemicznego mają wzdolność przyłączania się do pewnej liczby atomów innego pierwiastka chemicznego. Wartośćowości atomu tlenu to dwa. Walencyjność cząsteczki tlenu jest również równa dwóm, ponieważ dwa atomy są połączone ze sobą i mają zdolność przyłączania do swojej struktury jeszcze jednego atomu innego związku, to jest, tworząc z nim wiązanie kowalencyjne. Na przykład cząsteczka wody H₂O uzyskano w wyniku utworzenia wiązania kowalencyjnego między jednym atomem tlenu i dwoma atomami wodoru.

Tlen jest zawarty w wielu znanychzwiązki chemiczne. Istnieje nawet oddzielny rodzaj związków chemicznych - tlenki. Są to substancje otrzymane przez połączenie prawie dowolnego pierwiastka chemicznego z tlenem. Stopień utlenienia tlenu w tlenkach wynosi -2. Jednak w niektórych związkach wskaźnik ten może być inny. Zostanie to opisane bardziej szczegółowo poniżej.

Właściwości fizyczne tlenu

Normalny tlen dwuatomowy jest gazem, który nie ma koloru, zapachu i smaku. W stanie normalnym jego gęstość wynosi 1,42897 kg / m³. Masa 1 litra substancji wynosi nieco mniej niż 1,5 grama, to znaczy w czystej postaci tlen jest cięższy od powietrza. Po podgrzaniu cząsteczka dysocjuje na atomy.

Gdy temperatura medium spadnie do -189,2 ^oC tlen zmienia swoją strukturę z gazowej na cieczową. W tym samym czasie dochodzi do wrzenia. Przy spadku temperatury do -28,31 ^oC następuje zmiana struktury z ciekłej na krystaliczną. W tej temperaturze tlen ma postać niebieskawych kryształów.

W temperaturze pokojowej tlen jest słabo rozpuszczalny w wodzie - jeden litr zawiera 31 mililitrów tlenu. Rozpuszczalność z innymi substancjami: 220 ml na 1 litr etanolu, 231 ml na 1 litr acetonu.

Właściwości chemiczne tlenu

Chemiczne właściwości tlenu można zapisaćcały Talmud. Najważniejszą właściwością tlenu jest utlenianie. Ta substancja jest bardzo silnym utleniaczem. Tlen może wchodzić w interakcje z prawie wszystkimi znanymi pierwiastkami z układu okresowego. W wyniku tej interakcji powstają tlenki, jak to omówiono wcześniej. Stopień utlenienia tlenu w związkach z innymi pierwiastkami wynosi zasadniczo -2. Przykładem takich związków jest woda (H₂O), dwutlenek węgla (CO₂), tlenek wapnia, tlenek litu itp. Istnieje jednak pewna kategoria tlenków, nazywanych nadtlenkami lub nadtlenkami. Ich szczególną cechą jest to, że w tych związkach występuje grupa nadtlenkowa "-O-O-". Ta grupa zmniejsza utleniające właściwości O.₂, więc stopień utlenienia tlenu w nadtlenku wynosi -1.

W połączeniu z aktywnymi metalami alkalicznymi tlen tworzy supertlenki lub supereksyty. Przykładem takich formacji jest:

• nadtlenek potasu (KO₂);
• Nadtlenek rubidu (RbO₂).

Ich cechą szczególną jest to, że stopień utlenienia tlenu w ponadtlenkach wynosi -1/2.

W połączeniu z najbardziej aktywnym pierwiastkiem chemicznym - fluorem, otrzymuje się fluorki. Zostaną opisane poniżej.

Najwyższy stopień utlenienia tlenu w związkach

W zależności od substancji, z którą oddziałuje tlen, występuje siedem stopni utlenienia tlenu:

1. -2 w tlenkach i związkach organicznych.
2. -1 w nadtlenkach.
3. -1/2 w supertlenku.
4. -1/3 - w nieorganicznych ozonkach (obowiązuje dla trójatomowego tlenu - ozonu).
5. +1/2 w solach kationu tlenowego.
6. +1 w monofluorek tlenu.
7. +2 - w difluorku tlenu.

Jak widzimy, najwyższy stopień utlenienia tlenuosiąga się w tlenkach i związkach organicznych, a we fluorkach ma nawet pozytywny stopień. Nie wszystkie rodzaje interakcji można przeprowadzać w sposób naturalny. Niektóre związki wymagają specjalnych warunków, na przykład: wysokiego ciśnienia, wysokiej temperatury, narażenia na rzadkie związki, które prawie nie występują w przyrodzie. Rozważmy podstawowe połączenia tlenu z innymi pierwiastkami chemicznymi: tlenkami, nadtlenkami i fluorkami.

Klasyfikacja tlenków według właściwości kwasowo-zasadowych

Istnieją cztery rodzaje tlenków:

• podstawowy;
• kwas;
• neutralny;
• amfoteryczne.

Stopień utlenienia tlenu w związkach tych gatunków wynosi -2.

• Podstawowe tlenki to związki z metalami o niskim stopniu utlenienia. Zwykle podczas interakcji z kwasami otrzymuje się odpowiednią sól i wodę.
• Tlenki kwasowe - tlenki niemetali o wysokim stopniu utlenienia. Po dodaniu wody powstaje kwas.
• Neutralne tlenki to związki, które nie wchodzą w reakcję z kwasami lub zasadami.
• Amfoteryczne tlenki są związkami z metalami, które mają niską elektroujemność. W zależności od okoliczności wykazują właściwości zarówno tlenków kwasowych, jak i zasadowych.

Nadtlenki, stopień utlenienia tlenu w nadtlenku wodoru i innych związków

Nadtlenki są związkami tlenu zmetale alkaliczne. Otrzymuje się je spalając te metale w tlenie. Nadtlenki związków organicznych są wyjątkowo wybuchowe. Można je również uzyskać przez absorpcję z tlenkami tlenu. Przykłady nadtlenków:

• nadtlenek wodoru (H.₂O₂);
• nadtlenek baru (BaO₂);
• nadtlenek sodu (Na₂O₂).

Wszystkie są zjednoczone faktem, że zawierają one grupę tlenową -O-O-. W rezultacie utlenianie tlenu w nadtlenkach wynosi -1.

Jeden z najbardziej znanych związków z grupą-O-O- oznacza nadtlenek wodoru. W normalnych warunkach związek ten jest bladoniebieską cieczą. Dzięki swoim właściwościom chemicznym nadtlenek wodoru jest bliższy słabemu kwasowi. Ponieważ wiązanie -O-O- w związku ma słabą odporność, nawet w temperaturze pokojowej roztwór nadtlenku wodoru można rozłożyć na wodę i tlen. Jest to najsilniejszy utleniacz, jednak w interakcji z silniejszymi utleniaczami, właściwościami środka redukującego są po prostu nadtlenek wodoru. Stopień utlenienia tlenu w nadtlenku wodoru, podobnie jak w innych nadtlenkach, wynosi -1.

Inne rodzaje nadtlenków to:

• supereksydów (nadtlenki, w których tlen ma utlenienie -1/2);
• nieorganiczne ozonki (wysoce nietrwałe związki zawierające anion ozonowy w swojej strukturze);
• Ozonidy organiczne (związki mające w swojej strukturze wiązanie -O-O-O).

Fluorki, stopień utlenienia tlenu w OF2

Fluor jest najbardziej aktywnym elementem ze wszystkichznany. Dlatego oddziaływanie tlenu z fluorem nie powoduje powstawania tlenków, ale fluorków. Są nazywane tak, ponieważ w tym związku nie jest tlenem, ale fluor jest utleniaczem. Fluorki nie mogą być uzyskane naturalnie. Są one syntetyzowane tylko poprzez połączenie fluoru z wodnym roztworem KOH. Fluorki tlenu są podzielone na:

• difluorek tlenu (OF₂);
• Monofluorek tlenowy (O₂F₂).

Rozważmy bardziej szczegółowo każde z połączeń. Difluorid tlenowy jest bezbarwnym gazem o wyraźnym nieprzyjemnym zapachu. Po ochłodzeniu skrapla się do żółtawej cieczy. W stanie ciekłym słabo miesza się z wodą, ale dobrze działa z powietrzem, fluorem i ozonem. Zgodnie z jego właściwościami chemicznymi, difluorek tlenu jest bardzo silnym utleniaczem. Stopień utlenienia tlenu w OF2 wynosi +1, to znaczy w tym związku fluorek jest utleniaczem, a tlen jest czynnikiem redukującym. OF₂ Jest bardzo toksyczny, pod względem toksyczności przekraczaczysty fluor i zbliża się do fosgenu. Głównym zastosowaniem tego związku jest utlenianie paliwa rakietowego, ponieważ difluorek tlenu nie jest wybuchowy.

Monofluorek tlenowy w stanie normalnymjest żółtawym ciałem stałym. Podczas topienia tworzy czerwoną ciecz. Jest silnym utleniaczem, jest bardzo wybuchowy w interakcji ze związkami organicznymi. W tym związku tlen wykazuje poziomy utlenienia równe +2, to jest w tym związku fluoru, tlen działa jako czynnik redukujący, a fluor jako utleniacz.

Ozon i jego związki

Ozon to cząsteczka, która ma trzy atomy tlenu,połączone ze sobą. W normalnych warunkach jest to niebieski gaz. Po schłodzeniu tworzy ciemnoniebieski płyn zbliżony do indygo. W stanie stałym są to kryształy o ciemnoniebieskim kolorze. Ozon ma ostry zapach, w naturze można go poczuć w powietrzu po silnej burzy.

Ozon, podobnie jak zwykły tlen, jest bardzosilny utleniacz. Dzięki właściwościom chemicznym zbliża się do silnych kwasów. Po wystawieniu na działanie tlenków ozon zwiększa ich stan utlenienia z uwolnieniem tlenu. Ale jednocześnie zmniejsza się stopień utleniania tlenu. W przypadku ozonu wiązania chemiczne nie są tak silne jak w O₂, dlatego w normalnych warunkach bez załączonegomoże rozpadać się na tlen przy uwolnieniu energii cieplnej. Kiedy temperatura oddziaływania na cząsteczkę ozonu wzrasta i gdy ciśnienie spada, proces rozkładu do dwuatomowego tlenu z uwalnianiem ciepła jest przyspieszany. W takim przypadku, jeżeli w przestrzeni znajduje się duża zawartość ozonu, procesowi temu może towarzyszyć eksplozja.

Ponieważ ozon jest bardzo silnym utleniaczem i praktycznie wszystkie procesy z jego udziałem wytwarzają dużą ilość O.₂, a następnie ozon jest niezwykle toksyczną substancją. Jednak w górnych warstwach atmosfery warstwa ozonowa pełni rolę odbłyśnika od promieniowania ultrafioletowego promieni słonecznych.

Od ozonu za pomocą przyrządów laboratoryjnychtworzyć organiczne i nieorganiczne ozonki. Jest to bardzo niestabilne w swojej strukturze materii, więc ich tworzenie w warunkach naturalnych jest niemożliwe. Ozonidy są przechowywane tylko w niskich temperaturach, ponieważ w normalnej temperaturze są bardzo wybuchowe i toksyczne.

Wykorzystanie tlenu i jego związków w przemyśle

Ze względu na to, że kiedyś naukowcy dowiedzieli się,Jaki stopień utlenienia w tlenie w interakcji z innymi pierwiastkami, on i jego związki są szeroko stosowane w przemyśle. Zwłaszcza po wynalezieniu turboexpanders w połowie XX wieku - agregatów zdolnych do zamiany energii potencjalnej tlenu na energię mechaniczną.

Ponieważ tlen jest substancją bardzo łatwopalną,następnie jest stosowany we wszystkich gałęziach przemysłu, w których ogień i ciepło są niezbędne. Podczas cięcia i spawania metali, cylindry ze sprężonym tlenem są również wykorzystywane do wzmacniania urządzenia do spawania płomieniem gazowym. Szerokie zastosowanie tlenu w przemyśle stalowym, w którym stosuje się sprężone O₂ wysoka temperatura w wielkich piecach. Maksymalne utlenienie tlenu wynosi -2. Ta cecha jest aktywnie wykorzystywana do produkcji tlenków w celu ich dalszego spalania i uwalniania energii cieplnej. Ciekły tlen, ozon i inne związki zawierające dużą ilość O._2, są używane jako utleniacze paliwa rakietowego. Utlenione przez tlen niektóre związki organiczne są stosowane jako materiały wybuchowe.

W przemyśle chemicznym stosuje się tlenjako utleniacz węglowodorów w związkach zawierających kwasy, takich jak alkohole, kwasy itp. W medycynie stosuje się go pod zmniejszonym ciśnieniem, aby leczyć pacjentów z problemami z płucami, w celu utrzymania funkcji życiowych organizmu. W rolnictwie małe dawki czystego tlenu są wykorzystywane do hodowli ryb w stawach, w celu zwiększenia udziału bydła itp.

Tlen jest silnym utleniaczem, bez którego nie można istnieć

Ponad to zostało napisane o tym, jaki rodzaj tlenuwykazuje stany utleniania podczas reakcji z różnymi związkami i pierwiastkami, jakie rodzaje związków tlenowych istnieją, jakie rodzaje są zagrażające życiu, a które nie. Można pozostać niezrozumiałym - jak, z całą jego toksycznością i wysokim stopniem utlenienia, tlen jest jednym z elementów, bez których życie na Ziemi nie jest możliwe? Faktem jest, że nasza planeta jest bardzo zrównoważonym organizmem, który przystosował się specjalnie do tych substancji, które są zawarte w warstwie atmosferycznej. Uczestniczy w cyklu, który wygląda tak: człowiek i wszystkie inne zwierzęta zużywają tlen i produkują dwutlenek węgla, a rośliny w ogromnej większości zużywają dwutlenek węgla i produkują tlen. Wszystko na świecie jest ze sobą powiązane, a utrata jednego ogniwa w tym łańcuchu może doprowadzić do zerwania całego łańcucha. Nie powinniśmy o tym zapominać i dbać o życie na planecie w całości, a nie tylko jej poszczególnych przedstawicieli.

</ p>