Struktur atom oksigen Oksigen: sifat kimia unsur

DEFINISI

Oksigen- elemen kedelapan dari tabel periodik. Mengacu pada non-logam. Itu terletak di periode kedua grup VI A dari subkelompok.

Nomor urut adalah 8. Muatan inti adalah +8. Berat atom - 15,999 sma Tiga isotop oksigen terjadi di alam: 16 O, 17 O dan 18 O, di mana 16 O adalah yang paling umum (99,762%).

Struktur elektronik atom oksigen

Atom oksigen memiliki dua kulit, seperti semua unsur yang terletak pada periode kedua. Nomor golongan -VI (kalkogen) - menunjukkan bahwa ada 6 elektron valensi di tingkat elektronik terluar atom nitrogen. Ini memiliki kemampuan pengoksidasi yang tinggi (hanya fluor yang lebih tinggi).

Beras. 1. Representasi skematis dari struktur atom oksigen.

Konfigurasi elektron keadaan dasar ditulis sebagai berikut:

1s 2 2s 2 2p 4 .

Oksigen adalah elemen dari keluarga-p. Diagram energi elektron valensi dalam keadaan tidak tereksitasi adalah sebagai berikut:

Oksigen memiliki 2 pasang elektron berpasangan dan dua elektron tidak berpasangan. Dalam semua senyawanya, oksigen menunjukkan valensi II.

Beras. 2. Citra spasial struktur atom oksigen.

Contoh pemecahan masalah

CONTOH 1

DEFINISI

Oksigen- elemen periode kedua grup VIA dari sistem periodik elemen kimia D.I. Mendeleev, dengan nomor atom 8. Simbol - O.

Massa atom - 16 pagi Molekul oksigen adalah diatomik dan memiliki rumus - O 2

Oksigen termasuk dalam keluarga elemen-p. Konfigurasi elektron atom oksigen adalah 1s 2 2s 2 2p 4 . Dalam senyawanya, oksigen mampu menunjukkan beberapa keadaan oksidasi: "-2", "-1" (dalam peroksida), "+2" (F 2 O). Oksigen dicirikan oleh manifestasi fenomena alotropi - keberadaan dalam bentuk beberapa zat sederhana - modifikasi alotropik. Modifikasi alotropik oksigen adalah oksigen O2 dan ozon O3.

Sifat kimia oksigen

Oksigen merupakan oksidator kuat, karena untuk menyelesaikan eksternal tingkat elektronik dia hanya kekurangan 2 elektron, dan dia dengan mudah menempelkannya. Dalam hal reaktivitas, oksigen adalah yang kedua setelah fluor. Oksigen membentuk senyawa dengan semua unsur kecuali helium, neon, dan argon. Oksigen langsung bereaksi dengan halogen, perak, emas dan platinum (senyawanya diperoleh secara tidak langsung). Hampir semua reaksi yang melibatkan oksigen bersifat eksoterm. Fitur banyak reaksi kombinasi dengan oksigen - pelepasan sejumlah besar panas dan cahaya. Proses seperti itu disebut pembakaran.

Interaksi oksigen dengan logam. Jadi logam alkali(kecuali lithium) oksigen membentuk peroksida atau superoksida, dengan sisanya - oksida. Sebagai contoh:

4Li + O2 = 2Li2O;

2Na + O 2 \u003d Na 2 O 2;

K + O 2 \u003d KO 2;

2Ca + O 2 \u003d 2CaO;

4Al + 3O 2 \u003d 2Al 2 O 3;

2Cu + O 2 \u003d 2CuO;

3Fe + 2O 2 \u003d Fe 3 O 4.

Interaksi oksigen dengan non-logam. Interaksi oksigen dengan non-logam berlangsung ketika dipanaskan; semua reaksi eksotermik, kecuali interaksi dengan nitrogen (reaksi endoterm, terjadi pada 3000C di busur listrik, di alam - selama pelepasan petir). Sebagai contoh:

4P + 5O 2 \u003d 2P 2 O 5;

C + O 2 \u003d CO 2;

2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O;

N 2 + O 2 2NO - Q.

Interaksi dengan kompleks zat anorganik. Ketika zat kompleks dibakar dengan oksigen berlebih, oksida dari elemen yang sesuai terbentuk:

2H 2 S + 3O 2 \u003d 2SO 2 + 2H 2 O (t);

4NH 3 + 3O 2 \u003d 2N 2 + 6H 2 O (t);

4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O (t, kat);

2PH 3 + 4O 2 = 2H 3 PO 4 (t);

SiH 4 + 2O 2 \u003d SiO 2 + 2H 2 O;

4FeS 2 + 11O 2 \u003d 2Fe 2 O 3 + 8 SO 2 (t).

Oksigen mampu mengoksidasi oksida dan hidroksida menjadi senyawa dengan tingkat oksidasi yang lebih tinggi:

2CO + O 2 \u003d 2CO 2 (t);

2SO 2 + O 2 = 2SO 3 (t, V 2 O 5);

2NO + O 2 \u003d 2NO 2;

4FeO + O 2 \u003d 2Fe 2 O 3 (t).

Interaksi dengan zat organik kompleks. Hampir semua zat organik terbakar, dioksidasi oleh oksigen atmosfer menjadi karbon dioksida dan air:

CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + H 2 O.

Selain reaksi pembakaran (oksidasi sempurna), reaksi oksidasi parsial atau katalitik juga dimungkinkan, dalam hal ini produk reaksi dapat berupa alkohol, aldehida, keton, asam karboksilat dan zat lainnya:

Oksidasi karbohidrat, protein dan lemak berfungsi sebagai sumber energi dalam organisme hidup.

Sifat fisik oksigen

Oksigen adalah unsur yang paling melimpah di bumi (47% massa). Udara mengandung 21% oksigen berdasarkan volume. oksigen - komponen air, mineral, bahan organik. Jaringan tumbuhan dan hewan mengandung 50-85% oksigen dalam bentuk berbagai senyawa.

Dalam keadaan bebas, oksigen adalah gas yang tidak berwarna, tidak berasa dan tidak berbau, sukar larut dalam air (3 liter oksigen larut dalam 100 liter air pada 20C. Oksigen cair warna biru, memiliki sifat paramagnetik (ditarik ke dalam medan magnet).

Mendapatkan oksigen

Ada metode industri dan laboratorium untuk memproduksi oksigen. Jadi, dalam industri, oksigen diperoleh dengan distilasi udara cair, dan metode laboratorium utama untuk memperoleh oksigen meliputi reaksi dekomposisi termal zat kompleks:

2KMnO 4 \u003d K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2

4K 2 Cr 2 O 7 \u003d 4K 2 CrO 4 + 2Cr 2 O 3 +3 O 2

2KNO 3 \u003d 2KNO 2 + O 2

2KClO 3 \u003d 2KCl + 3 O 2

Contoh pemecahan masalah

CONTOH 1

Latihan

Penguraian 95 g merkuri (II) oksida menghasilkan 4,48 liter oksigen (N.O.). Hitung proporsi dekomposisi merkuri (II) oksida (dalam% berat).

Keputusan

Mari kita tulis persamaan reaksi untuk penguraian merkuri oksida (II):

2HgO \u003d 2Hg + O 2.

Mengetahui volume oksigen yang dilepaskan, kami menemukan jumlah zatnya:

mol

Menurut persamaan reaksi n (HgO): n (O 2) \u003d 2: 1, oleh karena itu,

n (HgO) \u003d 2 × n (O 2) \u003d 0,4 mol.

Mari kita hitung massa oksida yang terdekomposisi. Banyaknya suatu zat berbanding lurus dengan massa zat tersebut dengan perbandingan :

Massa molar (berat molekul satu mol) merkuri (II) oksida, dihitung menggunakan tabel unsur kimia D.I. Mendeleev - 217 g/mol. Maka massa merkuri oksida (II) sama dengan:

m(HgO) = n(HgO) × M(HgO) \u003d 0,4 × 217 \u003d 86,8 g.

Mari kita tentukan fraksi massa oksida yang terdekomposisi:

Oksigen berada di periode kedua VIth grup utama versi pendek dari tabel periodik. Menurut standar penomoran baru, ini adalah grup ke-16. Keputusan terkait dibuat oleh IUPAC pada tahun 1988. rumus oksigen adalah zat sederhana- Tentang 2. Pertimbangkan sifat-sifat utamanya, perannya dalam alam dan ekonomi. Mari kita mulai dengan karakteristik seluruh kelompok sistem periodik, yang dipimpin oleh oksigen. Unsur ini berbeda dari kalkogen terkait, dan air berbeda dari hidrogen selenium dan telurium. Penjelasan untuk semua orang fitur khas dapat ditemukan hanya dengan mempelajari tentang struktur dan sifat atom.

Kalkogen adalah unsur yang berhubungan dengan oksigen.

Atom-atom dengan sifat yang sama membentuk satu golongan dalam sistem periodik. Oksigen mengepalai keluarga chalcogen, tetapi berbeda dari mereka dalam sejumlah sifat.

Massa atom oksigen, nenek moyang kelompok, adalah 16 sma. m. Kalkogen dalam pembentukan senyawa dengan hidrogen dan logam menunjukkan keadaan oksidasi yang biasa: -2. Misalnya, dalam komposisi air (H 2 O), bilangan oksidasi oksigen adalah -2.

Komposisi senyawa hidrogen khas chalcogens sesuai dengan rumus umum: H 2 R. Ketika zat ini dilarutkan, asam terbentuk. Hanya ikatan hidrogen oksigen - air - memiliki sifat khusus. Menurut para ilmuwan, zat yang tidak biasa ini adalah asam yang sangat lemah dan basa yang sangat lemah.

Sulfur, selenium, dan telurium memiliki bilangan oksidasi positif khas (+4, +6) dalam senyawa dengan oksigen dan non-logam elektronegativitas tinggi (EO) lainnya. Komposisi oksida chalcogen mencerminkan rumus umum: RO 2 , RO 3 . Asam yang sesuai memiliki komposisi: H 2 RO 3 , H 2 RO 4 .

Unsur sesuai dengan zat sederhana: oksigen, belerang, selenium, telurium dan polonium. Tiga perwakilan pertama menunjukkan sifat non-logam. Rumus oksigen adalah O2. Modifikasi alotropik dari unsur yang sama adalah ozon (O 3). Kedua modifikasi adalah gas. Sulfur dan selenium adalah non-logam padat. Telurium adalah zat metaloid, konduktor arus listrik, polonium adalah logam.

Oksigen adalah elemen yang paling umum

Kita telah mengetahui bahwa ada jenis lain dari keberadaan unsur kimia yang sama dalam bentuk zat sederhana. Ini adalah ozon, gas yang membentuk lapisan pada ketinggian sekitar 30 km dari permukaan bumi, sering disebut lapisan ozon. Oksigen terikat termasuk dalam molekul air, dalam komposisi banyak batuan dan mineral, senyawa organik.

Struktur atom oksigen

Tabel periodik Mendeleev berisi informasi lengkap tentang oksigen:

Nomor urut elemen adalah 8.
Biaya inti - +8.
Jumlah elektron adalah 8.
Rumus elektronik oksigen adalah 1s 2 2s 2 2p 4 .

Ada tiga di alam isotop stabil, yang memiliki nomor seri yang sama dalam tabel periodik, komposisi proton dan elektron yang identik, tetapi nomor berbeda neutron. Isotop dilambangkan dengan simbol yang sama - O. Sebagai perbandingan, kami menyajikan diagram yang mencerminkan komposisi tiga isotop oksigen:

Sifat oksigen - unsur kimia

Ada dua elektron tidak berpasangan pada sublevel 2p atom, yang menjelaskan munculnya keadaan oksidasi -2 dan +2. Dua elektron berpasangan tidak dapat dipisahkan untuk meningkatkan keadaan oksidasi menjadi +4, seperti halnya belerang dan kalkogen lainnya. Alasannya adalah tidak adanya sublevel gratis. Oleh karena itu, dalam senyawa unsur kimia oksigen tidak menunjukkan valensi dan keadaan oksidasi sama dengan nomor golongan dalam versi pendek sistem periodik (6). Bilangan oksidasi yang biasa adalah -2.

Hanya dalam senyawa dengan fluor oksigen menunjukkan keadaan oksidasi positif +2, yang tidak seperti biasanya. Nilai EO dua nonlogam kuat berbeda: EO(O) = 3,5; EO (F) = 4. Sebagai unsur kimia yang lebih elektronegatif, fluor memegang elektronnya lebih kuat dan menarik partikel valensi ke atom oksigen. Oleh karena itu, dalam reaksi dengan fluor, oksigen adalah zat pereduksi, ia menyumbangkan elektron.

Oksigen adalah zat sederhana

Peneliti Inggris D. Priestley pada tahun 1774, selama percobaan, melepaskan gas selama dekomposisi oksida merkuri. Dua tahun sebelumnya, K. Scheele memperoleh zat yang sama dalam bentuk murninya. Hanya beberapa tahun kemudian, ahli kimia Prancis A. Lavoisier menetapkan jenis gas apa yang merupakan bagian dari udara, mempelajari sifat-sifatnya. Rumus kimia oksigen - O2. Mari kita renungkan dalam rekaman komposisi zat elektron yang terlibat dalam pembentukan nonpolar Ikatan kovalen- Oh:: Oh. Mari kita ganti setiap pasangan elektron ikatan dengan satu garis: O=O. Rumus oksigen ini dengan jelas menunjukkan bahwa atom-atom dalam molekul terhubung antara dua pasangan elektron yang sama.

Mari kita lakukan perhitungan sederhana dan tentukan berapa berat molekul relatif oksigen: Mr (O 2) \u003d Ar (O) x 2 \u003d 16 x 2 \u003d 32. Sebagai perbandingan: Mr (udara) \u003d 29. Bahan kimia rumus oksigen berbeda dari satu atom oksigen. Artinya Mr (O 3) \u003d Ar (O) x 3 \u003d 48. Ozon 1,5 kali lebih berat dari oksigen.

Properti fisik

Oksigen adalah gas yang tidak berwarna, tidak berasa dan tidak berbau (pada suhu normal dan tekanan atmosfer). Substansinya sedikit lebih berat daripada udara; larut dalam air, tetapi dalam jumlah kecil. Titik leleh oksigen negatif dan -218,3 °C. Titik di mana oksigen cair berubah kembali menjadi oksigen gas adalah titik didihnya. Untuk molekul O2, nilai ini kuantitas fisik mencapai -182,96 °C. Dalam keadaan cair dan padat, oksigen memperoleh warna biru muda.

Pengambilan oksigen di laboratorium

Ketika zat yang mengandung oksigen, seperti kalium permanganat, dipanaskan, gas tidak berwarna, yang dapat dikumpulkan dalam labu atau tabung reaksi. Jika Anda membawa obor yang menyala ke oksigen murni, obor itu menyala lebih terang daripada di udara. Dua metode laboratorium lain untuk memperoleh oksigen adalah dekomposisi hidrogen peroksida dan kalium klorat (garam bertholet). Pertimbangkan skema perangkat yang digunakan untuk dekomposisi termal.

Dalam tabung reaksi atau labu alas bulat, tuangkan sedikit garam berthollet, tutup dengan sumbat dengan tabung saluran keluar gas. Ujung yang berlawanan harus diarahkan (di bawah air) ke labu terbalik. Leher harus diturunkan ke dalam gelas lebar atau crystallizer berisi air. Ketika tabung reaksi dengan garam Berthollet dipanaskan, oksigen dilepaskan. Melalui tabung outlet gas, ia memasuki labu, menggantikan air darinya. Ketika labu diisi dengan gas, itu ditutup di bawah air dengan gabus dan dibalik. Oksigen yang diperoleh dalam percobaan laboratorium ini dapat digunakan untuk mempelajari sifat-sifat kimia suatu zat sederhana.

Pembakaran

Jika laboratorium membakar zat dalam oksigen, maka Anda perlu mengetahui dan mengamati peraturan kebakaran. Hidrogen terbakar seketika di udara, dan dicampur dengan oksigen dalam perbandingan 2:1, bersifat eksplosif. Pembakaran zat dalam oksigen murni jauh lebih intens daripada di udara. Fenomena ini dijelaskan oleh komposisi udara. Oksigen di atmosfer sedikit lebih dari 1/5 bagian (21%). Pembakaran adalah reaksi zat dengan oksigen, sebagai akibatnya berbagai produk terbentuk, terutama oksida logam dan non-logam. Campuran O 2 dengan zat yang mudah terbakar bersifat mudah terbakar, selain itu senyawa yang dihasilkan dapat bersifat racun.

Pembakaran lilin biasa (atau korek api) disertai dengan pembentukan karbon dioksida. Pengalaman berikut bisa dilakukan di rumah. Jika Anda membakar zat di bawah toples kaca atau gelas besar, pembakaran akan berhenti segera setelah semua oksigen habis. Nitrogen tidak mendukung respirasi dan pembakaran. Karbon dioksida, produk oksidasi, tidak lagi bereaksi dengan oksigen. Transparan memungkinkan Anda untuk mendeteksi keberadaan setelah pembakaran lilin. Jika produk pembakaran dilewatkan melalui kalsium hidroksida, larutan menjadi keruh. Reaksi kimia terjadi antara air kapur dan karbon dioksida, menghasilkan kalsium karbonat yang tidak larut.

Produksi oksigen pada skala industri

Proses termurah, yang menghasilkan molekul O2 bebas udara, tidak melibatkan reaksi kimia. Dalam industri, katakanlah, di pabrik metalurgi, udara pada suhu rendah dan tekanan tinggi mencairkan. Seperti komponen penting atmosfer, seperti nitrogen dan oksigen, mendidih pada suhu yang berbeda. Pisahkan campuran udara sambil dipanaskan secara bertahap hingga suhu normal. Pertama, molekul nitrogen dilepaskan, lalu oksigen. Metode pemisahan didasarkan pada sifat fisik yang berbeda dari zat sederhana. Rumus zat sederhana oksigen sama seperti sebelum mendinginkan dan mencairkan udara - O 2.

Sebagai hasil dari beberapa reaksi elektrolisis, oksigen juga dilepaskan, dikumpulkan melalui elektroda yang sesuai. Gas dibutuhkan oleh perusahaan industri dan konstruksi dalam volume yang besar. Permintaan oksigen terus meningkat, terutama di industri kimia. Gas yang dihasilkan disimpan untuk keperluan industri dan medis dalam silinder baja yang dilengkapi dengan tanda. Tangki oksigen dicat biru atau cyan untuk membedakannya dari yang lain. gas cair- nitrogen, metana, amonia.

Perhitungan kimia menurut rumus dan persamaan reaksi yang melibatkan molekul O2

Nilai numerik masa molar oksigen bertepatan dengan nilai lain - berat molekul relatif. Hanya dalam kasus pertama ada satuan ukuran. Secara singkat, rumus untuk zat oksigen dan massa molarnya harus ditulis sebagai berikut: M (O 2) \u003d 32 g / mol. Dalam kondisi normal, satu mol gas sama dengan volume 22,4 liter. Artinya 1 mol O2 adalah 22,4 liter zat, 2 mol O2 adalah 44,8 liter. Menurut persamaan reaksi antara oksigen dan hidrogen, dapat dilihat bahwa 2 mol hidrogen dan 1 mol oksigen berinteraksi:

Jika 1 mol hidrogen terlibat dalam reaksi, maka volume oksigen akan menjadi 0,5 mol. 22,4 l / mol \u003d 11,2 l.

Peran molekul O2 di alam dan kehidupan manusia

Oksigen dikonsumsi oleh organisme hidup di Bumi dan telah terlibat dalam siklus materi selama lebih dari 3 miliar tahun. Ini adalah zat utama untuk respirasi dan metabolisme, dengan bantuannya terjadi dekomposisi molekul. nutrisi, energi yang diperlukan untuk organisme disintesis. Oksigen terus dikonsumsi di Bumi, tetapi cadangannya diisi ulang melalui fotosintesis. Ilmuwan Rusia K. Timiryazev percaya bahwa berkat proses ini, kehidupan masih ada di planet kita.

Peran oksigen di alam dan ekonomi sangat besar:

diserap dalam proses respirasi oleh organisme hidup;
berpartisipasi dalam reaksi fotosintesis pada tanaman;
merupakan bagian dari molekul organik;
proses pembusukan, fermentasi, karat berlangsung dengan partisipasi oksigen, yang bertindak sebagai zat pengoksidasi;
digunakan untuk mendapatkan produk yang berharga dari sintesis organik.

Oksigen cair dalam silinder digunakan untuk memotong dan mengelas logam pada suhu tinggi. Proses ini dilakukan di pabrik pembuatan mesin, transportasi dan perusahaan konstruksi. Untuk bekerja di bawah air, bawah tanah, di dataran tinggi di ruang hampa udara, manusia juga membutuhkan molekul O2. digunakan dalam pengobatan untuk memperkaya komposisi udara yang dihirup oleh orang sakit. Gas untuk keperluan medis berbeda dari gas teknis karena hampir tidak ada kotoran dan bau.

Oksigen adalah zat pengoksidasi yang ideal

Senyawa oksigen dikenal dengan semua unsur kimia dari tabel periodik, kecuali untuk perwakilan pertama dari keluarga gas mulia. Banyak zat yang langsung bereaksi dengan atom O, kecuali halogen, emas, dan platina. Sangat penting memiliki fenomena yang melibatkan oksigen, yang disertai dengan pelepasan cahaya dan panas. Proses tersebut banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari dan industri. Dalam metalurgi, interaksi bijih dengan oksigen disebut pemanggangan. Bijih yang telah dihancurkan sebelumnya dicampur dengan udara yang diperkaya oksigen. Pada suhu tinggi, logam direduksi dari sulfida menjadi zat sederhana. Ini adalah bagaimana besi dan beberapa logam non-ferrous diperoleh. Kehadiran oksigen murni meningkatkan kecepatan proses teknologi dalam berbagai cabang kimia, teknologi dan metalurgi.

Munculnya metode murah untuk memperoleh oksigen dari udara dengan pemisahan menjadi komponen-komponen pada suhu rendah mendorong pengembangan banyak bidang produksi industri. Ahli kimia menganggap molekul O2 dan atom O sebagai oksidator ideal. Ini adalah bahan alami, mereka terus diperbarui di alam, tidak mencemari lingkungan. Di samping itu, reaksi kimia dengan partisipasi oksigen paling sering diakhiri dengan sintesis produk alami dan aman lainnya - air. Peran O2 dalam netralisasi limbah industri beracun, pemurnian air dari polusi sangat besar. Selain oksigen, digunakan untuk desinfeksi modifikasi alotropik- ozon. Zat sederhana ini memiliki aktivitas pengoksidasi yang tinggi. Ketika air diozonisasi, polutan terurai. Ozon juga memiliki efek merugikan pada mikroflora patogen.

OKSIGEN (Oksigenium Latin), O, unsur kimia dari kelompok VI bentuk pendek (kelompok ke-16 dari bentuk panjang) dari sistem periodik, milik chalcogens; nomor atom 8, massa atom 15.9994. Oksigen alami terdiri dari tiga isotop: 16 O (99,757%), 17 O (0,038%) dan 18 O (0,205%). Dominasi isotop 16 O paling ringan dalam campuran disebabkan oleh fakta bahwa inti atom 16 O terdiri dari 8 proton dan 8 neutron. Jumlah proton dan neutron yang sama menentukan energi tinggi ikatannya dalam inti dan stabilitas terbesar inti 16 O dibandingkan dengan inti lainnya. Radioisotop telah diperoleh secara artifisial dengan nomor massa 12-26.

Referensi sejarah. Oksigen diperoleh secara independen pada tahun 1774 oleh K. Scheele (dengan mengkalsinasi kalium nitrat KNO 3 dan natrium NaNO 3 , mangan dioksida MnO 2 dan zat lainnya) dan J. Priestley (dengan memanaskan timbal tetroksida Pb 3 O 4 dan merkuri oksida HgO). Kemudian, ketika ditemukan bahwa oksigen adalah bagian dari asam, A. Lavoisier mengusulkan nama oxygène (dari bahasa Yunani - asam dan - saya melahirkan, maka nama Rusia"oksigen").

distribusi di alam. Oksigen adalah unsur kimia yang paling umum di Bumi: kandungan oksigen yang terikat secara kimia di hidrosfer adalah 85,82% (terutama dalam bentuk air), di kerak bumi-49% berat. Lebih dari 1400 mineral diketahui mengandung oksigen. Di antara mereka, mineral yang dibentuk oleh garam asam yang mengandung oksigen mendominasi (kelas yang paling penting adalah karbonat alami, silikat alami, sulfat alami, fosfat alami), dan batuan berdasarkan mereka (misalnya, batu kapur, marmer), serta berbagai oksida alami, hidroksida alami dan batu(misalnya, basal). Oksigen molekuler membentuk 20,95% volume (23,10% massa) atmosfer bumi. Oksigen atmosfer berasal dari biologis dan terbentuk di tanaman hijau mengandung klorofil dari air dan karbon dioksida selama fotosintesis. Jumlah oksigen yang dilepaskan oleh tanaman mengkompensasi jumlah oksigen yang dikonsumsi dalam proses pembusukan, pembakaran, dan respirasi.

Oksigen - elemen biogenik - adalah bagian dari kelas paling penting dari senyawa organik alami (protein, lemak, asam nukleat, karbohidrat, dll.) dan dalam komposisi senyawa anorganik kerangka.

Properti. Struktur kulit elektron terluar atom oksigen 2s 2 2p 4; dalam senyawa menunjukkan bilangan oksidasi -2, -1, jarang +1, +2; Keelektronegatifan Pauling 3,44 (unsur paling elektronegatif setelah fluor); jari-jari atom pukul 60 malam; jari-jari ion O2 adalah -121 pm (bilangan koordinasi 2). Dalam keadaan gas, cair dan padat, oksigen ada dalam bentuk: molekul diatomik Tentang 2 . Molekul O2 bersifat paramagnetik. Ada juga modifikasi alotropik oksigen - ozon, yang terdiri dari molekul O 3 triatomik.

Dalam keadaan dasar, atom oksigen memiliki bilangan genap elektron valensi, dua di antaranya tidak berpasangan. Oleh karena itu, oksigen, yang tidak memiliki d-opbital kosong berenergi rendah, bersifat bivalen di sebagian besar senyawa kimia. Tergantung pada sifat ikatan kimia dan jenis struktur kristal senyawa, bilangan koordinasi oksigen dapat berbeda: O (oksigen atom), 1 (misalnya, O 2, CO 2), 2 (misalnya, H 2 O, H 2 O 2), 3 (misalnya H 3 O +), 4 (misalnya Be dan Zn oksoasetat), 6 (misalnya MgO, CdO), 8 (misalnya Na 2 O, Cs 2 O). Karena jari-jari atom yang kecil, oksigen mampu membentuk ikatan yang kuat dengan atom lain, misalnya dengan atom oksigen (O 2, O 3), karbon, nitrogen, belerang, dan fosfor. Oleh karena itu, untuk oksigen, satu ikatan rangkap (494 kJ/mol) secara energetik lebih disukai daripada dua ikatan sederhana (146 kJ/mol).

Sifat paramagnetik molekul O2 dijelaskan dengan adanya dua elektron tidak berpasangan dengan spin paralel dalam orbital * antiikatan yang terdegenerasi ganda. Karena ada empat elektron lebih banyak di orbital ikatan molekul daripada di orbital lepas, urutan ikatan di O 2 adalah 2, yaitu, ikatan antara atom oksigen adalah ganda. Jika, di bawah aksi fotokimia atau kimia, dua elektron dengan putaran berlawanan muncul pada orbital * yang sama, keadaan tereksitasi pertama muncul, terletak 92 kJ / mol lebih tinggi dalam energi daripada keadaan dasar. Jika, pada eksitasi atom oksigen, dua elektron menempati dua orbital * yang berbeda dan memiliki spin yang berlawanan, keadaan tereksitasi kedua muncul, yang energinya 155 kJ/mol lebih tinggi daripada energi keadaan dasar. Eksitasi disertai dengan peningkatan interatomic Jarak O-O: dari 120.74 pm dalam keadaan dasar ke 121.55 pm untuk yang pertama dan hingga 122.77 pm untuk keadaan tereksitasi kedua, yang pada gilirannya menyebabkan melemahnya koneksi O-O dan peningkatan reaktivitas oksigen. Kedua keadaan tereksitasi dari molekul O2 memainkan peran penting dalam reaksi oksidasi dalam fase gas.

Oksigen adalah gas yang tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa; t pl -218,3 ° , t kip -182,9 ° , kerapatan gas oksigen 1428,97 kg / dm 3 (pada 0 ° dan tekanan normal). Oksigen cair adalah cairan biru pucat, oksigen padat adalah zat kristal biru. Pada 0 °C, konduktivitas termal adalah 24,65-10 -3 W/(mK), kapasitas panas molar pada tekanan konstan adalah 29,27 J/(mol K), permitivitas gas oksigen adalah 1,000547, dan oksigen cair adalah 1.491. Oksigen sulit larut dalam air (3,1% oksigen berdasarkan volume pada 20 °C), mudah larut dalam beberapa pelarut organofluorin, seperti perfluorodecalin (4500% oksigen berdasarkan volume pada 0 °C). Sejumlah besar oksigen dilarutkan oleh logam mulia: perak, emas, dan platinum. Kelarutan gas dalam perak cair (2200% volume pada 962 ° C) menurun tajam dengan penurunan suhu, oleh karena itu, ketika didinginkan di udara, perak meleleh "mendidih" dan memercik karena pelepasan oksigen terlarut yang intens.

Oksigen sangat reaktif, oksidator kuat: berinteraksi dengan sebagian besar zat sederhana dalam kondisi normal, terutama dengan pembentukan oksida yang sesuai (banyak reaksi yang berlangsung lambat pada suhu kamar atau lebih suhu rendah, ketika dipanaskan, disertai dengan ledakan dan pelepasan sejumlah besar panas). Oksigen berinteraksi dalam kondisi normal dengan hidrogen (air H 2 O terbentuk; campuran oksigen dengan hidrogen bersifat eksplosif - lihat Gas peledak), ketika dipanaskan - dengan belerang (sulfur dioksida SO 2 dan belerang trioksida SO 3), karbon (karbon oksida CO , karbon dioksida CO 2), fosfor (oksida fosfor), banyak logam (oksida logam), terutama dengan mudah dengan logam alkali dan alkali tanah (terutama peroksida logam dan superoksida, seperti barium peroksida BaO 2, kalium superoksida KO 2). Oksigen berinteraksi dengan nitrogen pada suhu di atas 1200 °C atau ketika terkena pelepasan listrik (nitrogen monoksida NO terbentuk). Senyawa oksigen dengan xenon, kripton, halogen, emas dan platinum diperoleh secara tidak langsung. Oksigen tidak membentuk senyawa kimia dengan helium, neon dan argon. Oksigen cair juga merupakan oksidator kuat: kapas yang diresapi dengannya segera terbakar ketika dinyalakan, beberapa zat organik yang mudah menguap mampu menyala sendiri ketika berada pada jarak beberapa meter dari bejana terbuka dengan oksigen cair.

Oksigen membentuk tiga bentuk ionik, yang masing-masing menentukan sifat-sifat kelas senyawa kimia yang terpisah: O 2 - superoksida (keadaan oksidasi formal atom oksigen adalah -0,5), O 2 - - senyawa peroksida (keadaan oksidasi atom oksigen adalah -0,5). atom oksigen adalah -1, misalnya hidrogen peroksida H 2 O 2), O 2- - oksida (keadaan oksidasi atom oksigen -2). Bilangan oksidasi positif menunjukkan oksigen +1 dan +2 dalam fluorida 2 F 2 dan OF 2, masing-masing. Fluorida oksigen tidak stabil, mereka adalah oksidator kuat dan reagen fluorinasi.

Oksigen molekuler adalah ligan lemah dan menambahkan beberapa kompleks Fe, Co, Mn, Cu. Di antara kompleks seperti itu, yang paling penting adalah porfirin besi, yang merupakan bagian dari hemoglobin, protein yang melakukan transfer oksigen dalam tubuh hewan berdarah panas.

Peran biologis. Oksigen, baik dalam bentuk bebas maupun dalam berbagai zat(misalnya, enzim oksidase dan oksidoreduktase) mengambil bagian dalam semua proses oksidatif yang terjadi pada organisme hidup. Hasilnya, itu menonjol sejumlah besar energi yang dikeluarkan dalam proses kehidupan.

Resi. Pada skala industri, oksigen diproduksi dengan pencairan dan distilasi fraksional udara (lihat Pemisahan udara dalam artikel), serta dengan elektrolisis air. Dalam kondisi laboratorium, oksigen diperoleh dengan dekomposisi dengan memanaskan hidrogen peroksida (2P 2 O 2 \u003d 2H 2 O + O 2), oksida logam (misalnya, merkuri oksida: 2HgO \u003d 2Hg + O 2), garam oksigen- mengandung asam pengoksidasi (misalnya, kalium klorat : 2KlO 3 \u003d 2KCl + 3O 2, kalium permanganat: 2KMnO 4 \u003d K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2), dengan elektrolisis larutan NaOH dalam air. Oksigen gas disimpan dan diangkut dalam silinder baja, dicat biru, pada tekanan 15 dan 42 MPa, oksigen cair - dalam bejana Dewar logam atau dalam tangki tangki khusus.

Aplikasi. Oksigen teknis digunakan sebagai zat pengoksidasi dalam metalurgi (lihat, misalnya, proses pengubah Oksigen), dalam pemrosesan logam dengan nyala gas (lihat, misalnya, pemotongan bahan bakar Oxy), di industri kimia dalam produksi bahan bakar cair buatan, minyak pelumas, asam nitrat dan asam sulfat, metanol, amonia dan pupuk amonia, peroksida logam, dll. Oksigen murni digunakan dalam alat bantu pernapasan oksigen untuk pesawat luar angkasa, kapal selam, saat mendaki ke ketinggian, melakukan pekerjaan bawah air, di tujuan pengobatan dalam pengobatan (lihat artikel Terapi Oksigen). Oksigen cair digunakan sebagai oksidator propelan roket, selama peledakan. Emulsi berair dari larutan oksigen gas dalam beberapa pelarut organofluorin diusulkan untuk digunakan sebagai pengganti darah buatan (misalnya, perftoran).

Lit.: Saunders N. Oksigen dan unsur golongan 16. Oxf., 2003; Drozdov A. A., Zlomanov V. P., Mazo G. N., Spiridonov F. M. Kimia anorganik. M., 2004. T.2; Shriver D., Atkins P. Kimia Anorganik. M., 2004. T. 1-2.

pengantar

Setiap hari kita menghirup udara yang kita butuhkan. Pernahkah Anda berpikir tentang apa, lebih tepatnya, zat apa yang terdiri dari udara? Sebagian besar mengandung nitrogen (78%), diikuti oleh oksigen (21%) dan gas inert (1%). Meskipun oksigen tidak membentuk bagian paling dasar dari udara, tanpanya atmosfer tidak dapat dihuni. Berkat dia, kehidupan ada di Bumi, karena nitrogen, baik bersama-sama maupun sendiri-sendiri, merugikan manusia. Mari kita lihat sifat-sifat oksigen.

Sifat fisik oksigen

Di udara, oksigen sama sekali tidak dapat dibedakan, karena dalam kondisi normal ia adalah gas tanpa rasa, warna, dan bau. Tetapi oksigen dapat ditransfer secara artifisial ke keadaan agregasi lain. Jadi, pada -183 o C menjadi cair, dan pada -219 o C mengeras. Tetapi oksigen padat dan cair hanya dapat diperoleh oleh seseorang, dan di alam itu hanya ada dalam keadaan gas. terlihat seperti ini (foto). Dan keras seperti es.

Sifat fisik oksigen juga merupakan struktur molekul zat sederhana. Atom oksigen membentuk dua zat seperti itu: oksigen (O 2) dan ozon (O 3). Model molekul oksigen ditunjukkan di bawah ini.

Oksigen. Sifat kimia

Hal pertama yang memulai karakteristik kimia suatu unsur adalah posisinya dalam sistem periodik D. I. Mendeleev. Jadi, oksigen berada pada periode ke-2 dari kelompok ke-6 dari subkelompok utama di nomor 8. Massa atomnya adalah 16 sma, itu adalah non-logam.

PADA kimia anorganik senyawa binernya dengan elemen lain digabungkan menjadi satu - oksida yang terpisah. oksigen dapat terbentuk senyawa kimia baik logam maupun non logam.

Mari kita bicara tentang mendapatkannya di laboratorium.

Secara kimiawi, oksigen dapat diperoleh dengan menguraikan kalium permanganat, hidrogen peroksida, garam bartolet, nitrat logam aktif dan oksida logam berat. Pertimbangkan persamaan reaksi untuk masing-masing metode ini.

1. Elektrolisis air:

H 2 O 2 \u003d H 2 O + O 2

5. Penguraian oksida logam berat (misalnya oksida merkuri):

2HgO \u003d 2Hg + O2

6. Penguraian nitrat dari logam aktif (misalnya, natrium nitrat):

2NaNO 3 \u003d 2NaNO 2 + O 2

Aplikasi oksigen

Kami selesai dengan sifat kimia. Sekarang saatnya berbicara tentang penggunaan oksigen dalam kehidupan manusia. Hal ini diperlukan untuk pembakaran bahan bakar di pembangkit listrik dan termal. Ini digunakan untuk memproduksi baja dari besi tuang dan besi tua, untuk pengelasan dan pemotongan logam. Oksigen dibutuhkan untuk masker pemadam kebakaran, silinder penyelam, digunakan dalam metalurgi besi dan non-besi, dan bahkan dalam pembuatan bahan peledak. juga di Industri makanan oksigen dikenal sebagai aditif makanan E948. Tampaknya tidak ada industri di mana tidak digunakan, tetapi memainkan peran paling penting dalam pengobatan. Di sana ia disebut "oksigen medis". Agar oksigen dapat digunakan, itu dikompresi sebelumnya. Sifat fisik oksigen berkontribusi pada fakta bahwa ia dapat dikompresi. Dalam bentuk ini, disimpan di dalam silinder yang mirip dengan ini.

Ini digunakan dalam perawatan intensif dan dalam operasi dalam peralatan untuk memelihara proses kehidupan dalam tubuh pasien yang sakit, serta dalam pengobatan penyakit tertentu: dekompresi, patologi saluran pencernaan. Dengan bantuannya, dokter menyelamatkan banyak nyawa setiap hari. Kimia dan properti fisik oksigen berkontribusi pada fakta bahwa itu digunakan secara luas.