산소 원자의 구조. 산소: 원소의 화학적 성질

정의

산소- 주기율표의 여덟 번째 요소. 비금속을 말합니다. 하위 그룹의 VI 그룹 A의 두 번째 기간에 있습니다.

시퀀스 번호는 8입니다. 핵의 전하는 +8입니다. 원자량 - 15.999amu 산소의 세 가지 동위 원소는 자연에서 발생합니다 : 16 O, 17 O 및 18 O, 그 중 16 O가 가장 일반적입니다 (99.762 %).

산소 원자의 전자 구조

산소 원자는 두 번째 기간에 위치한 모든 요소와 마찬가지로 두 개의 껍질을 가지고 있습니다. 그룹 번호 -VI(칼코겐) -는 질소 원자의 외부 전자 수준에 6개의 원자가 전자가 있음을 나타냅니다. 그것은 높은 산화 능력을 가지고 있습니다 (불소 만 더 높음).

쌀. 1. 산소 원자 구조의 개략도.

접지 상태의 전자 구성은 다음과 같이 작성됩니다.

1초 2 2초 2 2p 4 .

산소는 p-패밀리의 요소입니다. 여기되지 않은 상태의 원자가 전자에 대한 에너지 다이어그램은 다음과 같습니다.

산소는 2쌍의 짝을 이룬 전자와 2개의 짝을 이루지 않은 전자를 가지고 있습니다. 모든 화합물에서 산소는 원자가 II를 나타냅니다.

쌀. 2. 산소 원자 구조의 공간 이미지.

문제 해결의 예

실시예 1

정의

산소- 화학 원소 D.I.의 주기율표 VIA 그룹의 두 번째 기간 요소 멘델레예프, 원자 번호 8. 기호 - O.

원자 질량 - 오전 16시 산소 분자는 이원자이며 공식은 - O 2

산소는 p-요소 계열에 속합니다. 산소 원자의 전자 배열은 1s 2 2s 2 2p 4 입니다. 화합물에서 산소는 "-2", "-1"(과산화물에서), "+2"(F 2 O)와 같은 여러 산화 상태를 나타낼 수 있습니다. 산소는 동소체 현상의 징후 - 여러 가지 단순한 물질 형태의 존재 - 동소체 변형이 특징입니다. 산소의 동소체 변형은 산소 O 2 및 오존 O 3입니다.

산소의 화학적 성질

산소는 강력한 산화제이기 때문에 외부를 완성하기 위해 전자 수평계그는 2개의 전자만 부족하고 쉽게 부착합니다. 반응성 측면에서 산소는 불소 다음으로 두 번째입니다. 산소는 헬륨, 네온 및 아르곤을 제외한 모든 원소와 화합물을 형성합니다. 산소는 할로겐, 은, 금 및 백금과 직접 반응합니다(그 화합물은 간접적으로 얻음). 산소와 관련된 거의 모든 반응은 발열 반응입니다. 특징산소와의 결합의 많은 반응 - 많은 양의 열과 빛의 방출. 이러한 과정을 연소라고 합니다.

산소와 금속의 상호 작용. 그래서 알칼리 금속(리튬 제외) 산소는 과산화물 또는 과산화물을 형성하고 나머지는 산화물입니다. 예를 들어:

4Li + O 2 = 2Li 2 O;

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.

비금속과 산소의 상호 작용. 가열되면 산소와 비금속의 상호 작용이 진행됩니다. 질소와의 상호 작용을 제외하고 모든 반응은 발열 반응입니다(반응은 흡열 반응이며 3000C에서 발생합니다. 전기 아크, 자연에서 - 번개 방전 중). 예를 들어:

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.

콤플렉스와의 상호작용 무기물. 복잡한 물질이 과량의 산소로 연소되면 해당 원소의 산화물이 형성됩니다.

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).

산소는 산화물과 수산화물을 산화 상태가 더 높은 화합물로 산화시킬 수 있습니다.

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).

복잡한 유기 물질과의 상호 작용. 거의 모든 유기 물질은 연소되어 대기 산소에 의해 이산화탄소와 물로 산화됩니다.

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

연소 반응(완전 산화) 외에도 부분적 또는 촉매적 산화 반응도 가능하며, 이 경우 반응 생성물은 알코올, 알데히드, 케톤, 카르복실산및 기타 물질:

탄수화물, 단백질 및 지방의 산화는 살아있는 유기체의 에너지 원으로 작용합니다.

산소의 물리적 특성

산소는 지구상에서 가장 풍부한 원소입니다(질량의 47%). 공기에는 부피 기준으로 21%의 산소가 포함되어 있습니다. 산소 - 요소물, 미네랄, 유기물. 식물과 동물의 조직은 다양한 화합물의 형태로 50-85%의 산소를 함유하고 있습니다.

자유 상태에서 산소는 무색, 무미, 무취의 기체로 물에 잘 녹지 않습니다(3리터의 산소는 20C에서 100리터의 물에 용해됩니다. 액체 산소 푸른 색, 상자성 특성이 있습니다(자장으로 끌어당김).

산소 얻기

산소를 생산하는 산업적 방법과 실험실적 방법이 있습니다. 따라서 산업에서 산소는 액체 공기의 증류에 의해 얻어지며 산소를 얻는 주요 실험실 방법에는 복합 물질의 열분해 반응이 포함됩니다.

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

문제 해결의 예

실시예 1

연습

95g의 산화수은(II)을 분해하여 4.48리터의 산소(N.O.)를 생성했습니다. 분해된 수은(II) 산화물의 비율(wt.%)을 계산합니다.

결정

수은 산화물(II)의 분해 반응식을 작성해 보겠습니다.

2HgO \u003d 2Hg + O 2.

방출 된 산소의 양을 알면 물질의 양을 찾습니다.

몰.

반응식에 따르면 n(HgO): n(O 2) \u003d 2: 1, 따라서,

n(HgO) \u003d 2 × n(O 2) \u003d 0.4 mol.

분해된 산화물의 질량을 계산해 봅시다. 물질의 양은 다음 비율로 물질의 질량과 관련이 있습니다.

D.I.의 화학 원소 표를 사용하여 계산된 산화수은(II)의 몰 질량(분자량 1몰). 멘델레예프 - 217g/mol. 그러면 산화수은(II)의 질량은 다음과 같습니다.

중(HgO) = N(HgO) × 중(HgO) \u003d 0.4 × 217 \u003d 86.8g.

분해 된 산화물의 질량 분율을 결정합시다.

산소는 VIth의 두 번째 기간에 있습니다. 메인 그룹주기율표의 오래된 짧은 버전. 새로운 번호 매기기 표준에 따르면 이것은 16번째 그룹입니다. 이에 상응하는 결정은 1988년 IUPAC에 의해 이루어졌습니다. 산소 공식은 단순 물질- 약 2. 주요 속성, 자연 및 경제에서의 역할을 고려하십시오. 산소가 이끄는 주기율표 전체 그룹의 특성부터 시작하겠습니다. 원소는 관련 칼코겐과 다르며 물은 수소 셀레늄 및 텔루르와 다릅니다. 모두를 위한 설명 고유 한 특징원자의 구조와 속성에 대해 학습해야만 찾을 수 있습니다.

칼코겐은 산소와 관련된 원소입니다.

유사한 성질을 가진 원자는 다음의 한 그룹을 형성합니다. 주기율표. 산소는 칼코겐 계열을 이끌지만 여러 속성에서 다릅니다.

그룹의 조상인 산소의 원자량은 16amu입니다. m. 수소 및 금속과의 화합물 형성에서 칼코겐은 일반적인 산화 상태를 나타냅니다: -2. 예를 들어, 물(H 2 O)의 조성에서 산소의 산화수는 -2입니다.

칼코겐의 전형적인 수소 화합물의 조성은 일반식에 해당합니다. H 2 R. 이러한 물질이 용해되면 산이 형성됩니다. 오직 수소 결합산소 - 물 -에는 특별한 속성이 있습니다. 과학자들에 따르면, 이 특이한 물질은 매우 약한 산이자 매우 약한 염기입니다.

유황, 셀레늄 및 텔루륨은 산소 및 기타 높은 전기 음성도(EO) 비금속 화합물에서 전형적인 양의 산화 상태(+4, +6)를 나타냅니다. 칼코겐 산화물의 조성은 다음을 반영합니다. 일반 공식: RO 2 , RO 3 . 상응하는 산의 조성은 H 2 RO 3 , H 2 RO 4 입니다.

원소는 산소, 황, 셀레늄, 텔루륨 및 폴로늄과 같은 단순 물질에 해당합니다. 처음 세 가지 대표자는 비금속 특성을 나타냅니다. 산소의 공식은 O2입니다. 동일한 원소의 동소체 변형은 오존(O3)이다. 두 수정 모두 가스입니다. 유황과 셀레늄은 고체 비금속입니다. 텔루륨은 준금속 물질, 도체 전류, 폴로늄은 금속입니다.

산소는 가장 흔한 원소

우리는 이미 동일한 화학 원소가 단순한 물질 형태로 존재한다는 것을 알고 있습니다. 이것은 종종 오존 스크린이라고 불리는 지구 표면에서 약 30km 높이에서 층을 형성하는 가스인 오존입니다. 결합된 산소는 많은 암석과 광물의 구성에 있는 물 분자에 포함되어 있습니다. 유기 화합물.

산소 원자의 구조

멘델레예프의 주기율표에는 산소에 대한 완전한 정보가 포함되어 있습니다.

요소의 서수는 8입니다.
코어 차지 - +8.
총 전자 수는 8입니다.
산소의 전자식은 1s 2 2s 2 2p 4 입니다.

자연에는 세 가지가 있다 안정 동위원소, 주기율표에서 동일한 일련 번호, 양성자와 전자의 동일한 구성을 갖지만, 다른 번호중성자. 동위 원소는 동일한 기호 - O로 지정됩니다. 비교를 위해 세 가지 산소 동위 원소의 구성을 반영하는 다이어그램을 제시합니다.

산소의 속성 - 화학 원소

원자의 2p 하위 수준에는 2개의 짝을 이루지 않은 전자가 있으며, 이는 산화 상태 -2 및 +2의 모양을 설명합니다. 두 쌍의 전자는 유황 및 기타 칼코겐과 마찬가지로 산화 상태를 +4로 증가시키기 위해 분리될 수 없습니다. 그 이유는 무료 하위 수준이 없기 때문입니다. 따라서 화합물에서 화학 원소산소는 원자가 및 산화 상태를 그룹 번호와 동일하게 나타내지 않습니다. 짧은 버전주기율표(6). 일반적인 산화수는 -2입니다.

불소가 있는 화합물에서만 산소가 +2의 양의 산화 상태를 나타내지 않는데, 이는 비특징적입니다. 두 개의 강한 비금속의 EO 값은 다릅니다. EO(O) = 3.5; EO(F) = 4. 더 전기음성도가 높은 화학 원소인 불소는 전자를 더 강하게 유지하고 원자가 입자를 산소 원자로 끌어당깁니다. 따라서 불소와의 반응에서 산소는 환원제이며 전자를 제공합니다.

산소는 단순한 물질이다

1774 년 영국 연구원 D. Priestley는 실험 중에 수은 산화물이 분해되는 동안 가스를 방출했습니다. 2년 전에 K. Scheele은 순수한 형태로 동일한 물질을 얻었습니다. 불과 몇 년 후, 프랑스의 화학자 A. Lavoisier는 어떤 종류의 가스가 공기의 일부인지 확인하고 특성을 연구했습니다. 화학식산소 - O 2. 무극성 형성에 관여하는 전자의 물질 조성 기록에 반영합시다. 공유 결합- 오, 오. 각 결합 전자쌍을 O=O 한 줄로 바꾸자. 이 산소 공식은 분자의 원자가 두 개의 공통 전자 쌍 사이에 연결되어 있음을 분명히 보여줍니다.

간단한 계산을 수행하고 산소의 상대 분자량이 얼마인지 결정합시다: Mr (O 2) \u003d Ar (O) x 2 \u003d 16 x 2 \u003d 32. 비교를 위해: Mr (공기) \u003d 29. 화학 물질 산소의 공식은 하나의 산소 원자와 다릅니다. 이것은 Mr (O 3) \u003d Ar (O) x 3 \u003d 48을 의미합니다. 오존은 산소보다 1.5배 무겁습니다.

물리적 특성

산소는 무색, 무미, 무취의 기체입니다(상온 및 대기압에서). 물질은 공기보다 약간 무겁습니다. 물에 용해되지만 소량. 산소의 융점은 음이며 -218.3 °C입니다. 액체 산소가 기체 산소로 되돌아가는 지점이 끓는점입니다. O 2 분자의 경우 이 값은 물리량-182.96 °C에 도달합니다. 액체 및 고체 상태에서 산소는 밝은 파란색을 얻습니다.

실험실에서 산소 얻기

과망간산칼륨과 같은 산소 함유 물질을 가열하면 무색 가스, 플라스크나 시험관에 채취할 수 있습니다. 불을 붙인 횃불을 순수한 산소에 가져오면 공기 중에서보다 더 밝게 타오릅니다. 산소를 얻기 위한 두 가지 다른 실험실 방법은 과산화수소와 염소산칼륨(베르톨레염)의 분해입니다. 열분해에 사용되는 장치의 계획을 고려하십시오.

시험관이나 둥근바닥 플라스크에 약간의 베르톨레염을 붓고 가스배출관이 있는 마개로 막는다. 반대쪽 끝은 (물 아래) 거꾸로 된 플라스크로 향해야 합니다. 목은 물로 채워진 넓은 유리 또는 결정기로 내려야합니다. Berthollet 염이 있는 시험관을 가열하면 산소가 방출됩니다. 가스 배출관을 통해 플라스크에 들어가 물을 빼냅니다. 플라스크에 가스가 채워지면 코르크 마개로 물 아래에서 닫히고 뒤집어집니다. 이 실험실 실험에서 얻은 산소는 단순한 물질의 화학적 특성을 연구하는 데 사용할 수 있습니다.

연소

실험실에서 산소로 물질을 태우고 있다면 다음을 알고 관찰해야 합니다. 화재 규정. 수소는 공기 중에서 순간적으로 연소되며 산소와 2:1의 비율로 혼합되어 폭발합니다. 순수한 산소에서 물질의 연소는 공기보다 훨씬 더 강렬합니다. 이 현상은 공기의 구성으로 설명됩니다. 대기 중의 산소는 부분(21%)의 1/5보다 약간 많습니다. 연소는 물질과 산소의 반응으로, 그 결과 다양한 생성물, 주로 금속 및 비금속 산화물이 형성됩니다. 가연성 물질과 O 2의 혼합물은 가연성이며 생성 된 화합물은 유독 할 수 있습니다.

일반 양초 (또는 성냥)를 태울 때 이산화탄소가 형성됩니다. 다음 경험은 집에서 할 수 있습니다. 아래에서 물질을 태우면 유리 병또는 큰 유리의 경우 산소가 모두 소모되는 즉시 연소가 중지됩니다. 질소는 호흡과 연소를 지원하지 않습니다. 산화의 산물인 이산화탄소는 더 이상 산소와 반응하지 않습니다. 투명하면 양초를 태운 후 존재를 감지할 수 있습니다. 연소 생성물이 수산화칼슘을 통과하면 용액이 흐려집니다. 석회수와 이산화탄소 사이에 화학 반응이 일어나 불용성 탄산칼슘이 생성됩니다.

산업적 규모의 산소 생산

공기가 없는 O 2 분자를 생성하는 가장 저렴한 공정은 화학 반응을 포함하지 않습니다. 산업, 예를 들어 야금 공장에서 낮은 온도의 공기와 고압녹이다. 그런 필수 구성 요소질소와 산소와 같은 대기는 끓는점 다른 온도. 서서히 상온으로 가열하면서 공기 혼합물을 분리하십시오. 먼저 질소 분자가 방출된 다음 산소가 방출됩니다. 분리 방법은 단순 물질의 서로 다른 물리적 특성을 기반으로 합니다. 산소 단체의 공식은 공기를 냉각 액화하기 전과 동일합니다 - O 2.

일부 전기 분해 반응의 결과로 산소도 방출되고 해당 전극 위에 수집됩니다. 가스는 산업 및 건설 기업에서 대량으로 필요합니다. 산소에 대한 수요는 특히 화학 산업에서 지속적으로 증가하고 있습니다. 생성된 가스는 표시가 있는 강철 실린더에 산업용 및 의료용으로 저장됩니다. 산소 탱크는 다른 탱크와 구별하기 위해 파란색 또는 청록색으로 칠해져 있습니다. 액화 가스- 질소, 메탄, 암모니아.

O 2 분자를 포함하는 반응의 공식 및 방정식에 따른 화학 계산

수치 몰 질량산소는 상대 분자량과 같은 다른 값과 일치합니다. 첫 번째 경우에만 측정 단위가 있습니다. 간단히 말해서, 산소 물질과 그 몰 질량에 대한 공식은 M (O 2) \u003d 32g / mol로 작성해야합니다. 정상적인 조건에서 기체 1몰은 22.4리터의 부피에 해당합니다. 이것은 1 mol O 2 는 22.4 리터의 물질이고 2 mol O 2 는 44.8 리터임을 의미합니다. 산소와 수소의 반응식에 따르면 2몰의 수소와 1몰의 산소가 상호작용함을 알 수 있다.

1몰의 수소가 반응에 관여하면 산소의 부피는 0.5몰이 됩니다. 22.4 l / mol \u003d 11.2 l.

자연과 인간의 삶에서 O 2 분자의 역할

산소는 지구상의 살아있는 유기체에 의해 소비되며 30억년 이상 동안 물질의 순환에 관여해 왔습니다. 이것은 호흡과 신진 대사의 주요 물질이며 분자 분해가 일어납니다. 영양소, 유기체에 필요한 에너지가 합성됩니다. 산소는 지구에서 끊임없이 소비되지만 광합성을 통해 매장량을 보충합니다. 러시아 과학자 K. Timiryazev는 이 과정 덕분에 우리 행성에 생명체가 여전히 존재한다고 믿었습니다.

자연과 경제에서 산소의 역할은 큽니다.

살아있는 유기체에 의한 호흡 과정에 흡수됨;
식물의 광합성 반응에 참여합니다.
유기 분자의 일부입니다.
부패, 발효, 부식 과정은 산화제로 작용하는 산소의 참여로 진행됩니다.
유기 합성의 귀중한 제품을 얻는 데 사용됩니다.

실린더의 액화 산소는 고온에서 금속 절단 및 용접에 사용됩니다. 이러한 프로세스는 기계 제작 공장, 운송 및 건설 회사. 수중 작업, 지하 작업용 높은 고도공기가 없는 공간에서 사람들은 또한 O 2 분자가 필요합니다. 아픈 사람들이 흡입하는 공기의 구성을 풍부하게 하기 위해 의학에서 사용됩니다. 의료용 가스는 불순물과 냄새가 거의 없다는 점에서 공업용 가스와 다릅니다.

산소는 이상적인 산화제입니다.

산소 화합물은 족의 첫 번째 대표자를 제외하고 주기율표의 모든 화학 원소로 알려져 있습니다. 희가스. 할로겐, 금, 백금을 제외한 많은 물질이 O 원자와 직접 반응합니다. 큰 중요성빛과 열의 방출을 동반하는 산소와 관련된 현상이 있습니다. 이러한 프로세스는 일상 생활과 산업에서 널리 사용됩니다. 야금에서 광석과 산소의 상호 작용을 배소라고 합니다. 미리 분쇄된 광석은 산소가 풍부한 공기와 혼합됩니다. 고온에서 금속은 황화물에서 단순 물질로 환원됩니다. 이것은 철과 일부 비철금속을 얻는 방법입니다. 순수한 산소의 존재는 속도를 증가시킵니다 기술 프로세스화학, 기술 및 야금의 다양한 분야에서.

낮은 온도에서 성분으로 분리하여 공기로부터 산소를 얻는 저렴한 방법의 출현은 많은 영역의 개발을 자극 산업 생산품. 화학자들은 O 2 분자와 O 원자를 이상적인 산화제로 간주합니다. 이들은 천연 재료이며 자연에서 끊임없이 갱신되며 오염되지 않습니다. 환경. 게다가, 화학 반응산소의 참여로 가장 자주 다른 자연적이고 안전한 제품 인 물의 합성으로 끝납니다. 독성 산업 폐기물의 중화, 오염으로부터 물의 정화에서 O 2의 역할은 큽니다. 산소 외에 소독용으로 사용 동소체 수정— 오존. 이 단체는 높은 산화 활성을 가지고 있습니다. 물이 오존화되면 오염 물질이 분해됩니다. 오존은 또한 병원성 미생물총에 해로운 영향을 미칩니다.

주기율표의 짧은 형태(긴 형태의 16족)의 VI족 화학 원소인 OXYGEN(라틴 산소), O는 칼코겐에 속합니다. 원자 번호 8, 원자 질량 15.9994. 천연 산소는 16O(99.757%), 17O(0.038%) 및 18O(0.205%)의 세 가지 동위원소로 구성됩니다. 혼합물에서 가장 가벼운 16 O 동위원소가 우세한 것은 16 O 원자의 핵이 8개의 양성자와 8개의 중성자로 구성되어 있기 때문입니다. 동일한 수의 양성자와 중성자는 핵에서의 결합의 높은 에너지와 나머지와 비교하여 16 O 핵의 가장 큰 안정성을 결정합니다. 방사성 동위원소는 인공적으로 질량수 12-26.

역사 참조.산소는 1774년 K. Scheele(질산칼륨 KNO 3 및 NaNO 3 나트륨, 이산화망간 MnO 2 및 기타 물질을 소성하여)과 J. Priestley(사산화납 Pb 3 O 4 및 수은 산화물 HgO를 가열하여)에 의해 독립적으로 얻어졌습니다. 나중에, 산소가 산의 일부라는 것이 발견되었을 때 A. Lavoisier는 oxygène이라는 이름을 제안했습니다. 러시아 이름"산소").

자연의 분포.산소는 지구상에서 가장 흔한 화학 원소입니다. 수권에서 화학적으로 결합된 산소의 함량은 85.82%(주로 물의 형태)입니다. 지각-49중량%. 1400가지 이상의 미네랄이 산소를 함유하는 것으로 알려져 있습니다. 그 중 산소를 함유한 산의 염에 의해 형성된 광물(가장 중요한 부류는 천연 탄산염, 천연 규산염, 천연 황산염, 천연 인산염)과 이를 기반으로 한 암석(예: 석회암, 대리석) 및 다양한 천연 산화물, 천연 수산화물 및 바위(예: 현무암). 분자 산소는 지구 대기의 20.95부피%(질량비 23.10%)를 구성합니다. 대기 산소는 생물학적 기원이며 다음에서 형성됩니다. 녹색 식물광합성 과정에서 물과 이산화탄소의 엽록소를 포함합니다. 식물이 방출하는 산소의 양은 부패, 연소 및 호흡 과정에서 소비되는 산소의 양을 보상합니다.

생물학적 요소인 산소는 천연 유기 화합물(단백질, 지방, 핵산, 탄수화물 등) 및 구성 무기화합물해골.

속성. 산소 원자의 외부 전자 껍질의 구조 2s 2 2p 4; 화합물에서 산화 상태 -2, -1, 드물게 +1, +2를 나타냅니다. 폴링 전기 음성도 3.44(불소 다음으로 가장 전기 음성도가 높은 원소); 원자 반경오후 60시; O 2 이온의 반경은 -121pm(배위 번호 2)입니다. 기체, 액체 및 고체 상태에서 산소는 다음과 같은 형태로 존재합니다. 이원자 분자약 2 . O 2 분자는 상자성입니다. 또한 삼원자 O 3 분자로 구성된 산소 - 오존의 동소체 변형이 있습니다.

바닥 상태에서 산소 원자는 우수원자가 전자, 그 중 2개는 짝을 이루지 않습니다. 따라서 낮은 에너지의 빈 d-오비탈이 없는 산소는 대부분의 화합물에서 2가입니다. 화학 결합의 성질과 화합물의 결정 구조 유형에 따라 산소의 배위 수는 다를 수 있습니다. O(원자 산소), 1(예: O 2, CO 2), 2(예: H 2 O, H 2 O 2), 3(예: H 3 O +), 4(예: Be 및 Zn 옥소아세테이트), 6(예: MgO, CdO), 8(예: Na 2 O, Cs 2 O). 원자의 반경이 작기 때문에 산소는 다른 원자(예: 산소 원자(O 2, O 3), 탄소, 질소, 황 및 인)와 강한 π-결합을 형성할 수 있습니다. 따라서 산소의 경우 하나의 이중 결합(494kJ/mol)이 두 개의 단순 결합(146kJ/mol)보다 에너지적으로 더 유리합니다.

O 2 분자의 상자성(paramagnetism)은 이중 축퇴 반결합 π* 궤도에서 평행 스핀을 가진 2개의 짝을 이루지 않은 전자의 존재로 설명됩니다. 분자의 결합 궤도에는 느슨한 궤도보다 4개의 전자가 더 많기 때문에 O 2 의 결합 순서는 2입니다. 즉, 산소 원자 사이의 결합은 2배입니다. 광화학적 또는 화학적 작용 하에서 반대 스핀을 가진 두 개의 전자가 동일한 π * 궤도에 나타나면 바닥 상태보다 에너지가 92kJ/mol 더 높은 첫 번째 여기 상태가 발생합니다. 산소 원자가 여기될 때 두 개의 전자가 두 개의 서로 다른 π* 궤도를 차지하고 반대 스핀을 가지면 두 번째 여기 상태가 발생하며 그 에너지는 바닥 상태보다 155kJ/mol 더 높습니다. 흥분은 원자간 원자의 증가를 동반합니다. O-O 거리: 바닥 상태에서 오후 120시 74분부터 첫 번째 들뜬 상태에서 오후 121시 55분까지, 두 번째 여기 상태에서 오후 122시 77분까지, 차례로 약화로 이어집니다. O-O 연결그리고 산소의 반응성이 증가합니다. O 2 분자의 두 들뜬 상태는 기체 상태의 산화 반응에서 중요한 역할을 합니다.

산소는 무색, 무취, 무미의 기체입니다. t pl -218.3 ° С, t kip -182.9 ° С, 기체 산소 밀도 1428.97 kg / dm 3 (0 ° С 및 상압에서). 액체 산소는 옅은 파란색 액체이고, 고체 산소는 파란색 결정질 물질입니다. 0 °C에서 열전도율은 24.65-10 -3 W/(mK), 일정 압력에서의 몰 열용량은 29.27 J/(mol K), 기체 산소의 유전율은 1.000547, 액체 산소의 유전율은 다음과 같습니다. 1.491. 산소는 물에 잘 녹지 않으며(20°C에서 3.1% 산소), 퍼플루오로데칼린(0°C에서 4500% 산소)과 같은 일부 유기불소 용매에는 쉽게 용해됩니다. 상당한 양의 산소가 은, 금 및 백금과 같은 귀금속에 의해 용해됩니다. 용융은 (962 ° C에서 2200 체적 %)의 가스 용해도는 온도가 감소함에 따라 급격히 감소하므로 공기 중에서 냉각하면 용존 산소의 강렬한 방출로 인해 은이 "끓고" 튀게 됩니다.

산소는 반응성이 높고 강력한 산화제입니다. 정상적인 조건에서 대부분의 단순한 물질과 상호 작용하며 주로 해당 산화물의 형성(실온 또는 그 이상에서 천천히 진행되는 많은 반응) 저온, 가열되면 폭발과 많은 양의 열 방출이 수반됩니다. 산소는 정상적인 조건에서 수소와 상호 작용합니다(물 H 2 O가 형성됨, 산소와 수소의 혼합물은 폭발성 - 폭발 가스 참조), 가열될 때 - 황(이산화황 SO 2 및 삼산화황 SO 3), 탄소(산화탄소 CO , 이산화탄소 CO 2), 인(산화인), 많은 금속(금속 산화물), 특히 알칼리 및 알칼리 토금속(주로 금속 과산화물 및 과산화물, 예를 들어 과산화바륨 BaO 2, 과산화칼륨 KO 2)과 쉽게 결합합니다. 산소는 1200 °C 이상의 온도에서 또는 전기 방전에 노출될 때 질소와 상호작용합니다(일산화질소 NO가 형성됨). 크세논, 크립톤, 할로겐, 금 및 백금과의 산소 화합물은 간접적으로 얻습니다. 산소는 헬륨, 네온 및 아르곤과 화합물을 형성하지 않습니다. 액체 산소는 또한 강력한 산화제입니다. 액체 산소가 함침 된 면모는 점화되면 즉시 타 버리고 일부 휘발성 유기 물질은 액체 산소가있는 열린 용기에서 몇 미터 떨어진 곳에있을 때 자체 발화 할 수 있습니다.

산소는 세 가지 이온 형태를 형성하며, 각각은 별도의 화합물 종류의 특성을 결정합니다. O 2 - 과산화물(산소 원자의 공식 산화 상태는 -0.5), O 2 - 과산화물 화합물( 산소 원자는 -1, 예를 들어 과산화수소 H 2 O 2), O 2 - 산화물(산소 원자의 산화 상태 -2). 양의 산화 상태 +1 및 +2 산소는 각각 불화물 О 2 F 2 및 OF 2에서 나타납니다. 불화산소는 불안정하며 강한 산화제 및 불소화 시약입니다.

분자 산소는 약한 리간드이며 일부 Fe, Co, Mn, Cu 착물에 추가됩니다. 이러한 복합물 중 가장 중요한 것은 온혈 동물의 체내에서 산소 전달을 수행하는 단백질인 헤모글로빈의 일부인 철 포르피린입니다.

생물학적 역할. 자유 형태와 형태 모두의 산소 다양한 물질(예를 들어, 효소 oxidase 및 oxidoreductases) 살아있는 유기체에서 발생하는 모든 산화 과정에 참여합니다. 그 결과 눈에 띄는 많은 수의삶의 과정에서 소비되는 에너지.

영수증. 산업적 규모에서 산소는 물의 전기분해뿐만 아니라 공기의 액화 및 분별 증류(기사의 공기 분리 참조)에 의해 생성됩니다. 실험실 조건에서 과산화수소(2P 2 O 2 \u003d 2H 2 O + O 2), 금속 산화물(예: 수은 산화물: 2HgO \u003d 2Hg + O 2), 산소 염을 가열하여 산소를 분해하여 산소를 얻습니다. NaOH 수용액의 전기 분해에 의한 산화성 산 함유 (예 : 염소산 칼륨 : 2KlO 3 \u003d 2KCl + 3O 2, 과망간산 칼륨 : 2KMnO 4 \u003d K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2). 기체 산소는 15 및 42 MPa의 압력, 액체 산소 - 금속 Dewar 선박 또는 특수 탱크 탱크에서 파란색으로 칠해진 강철 실린더에 저장 및 운송됩니다.

애플리케이션. 공업용 산소는 야금(예: 산소 변환기 공정 참조), 금속의 가스 화염 처리(예: 산소 연료 절단 참조)에서 산화제로 사용됩니다. 화학 산업인공 액체 연료, 윤활유, 질산 및 황산, 메탄올, 암모니아 및 암모니아 비료, 금속 과산화물 등의 생산에 사용됩니다. 순수한 산소는 산소 호흡 장치에 사용됩니다. 우주선, 잠수함, 높은 고도로 올라갈 때, 수중 작업을 수행할 때, 의약 목적의학에서 (산소 요법 기사 참조). 액체 산소는 산화제로 사용됩니다 로켓 추진제, 발파 중. 일부 유기불소 용매에서 기체 산소 용액의 수성 에멀젼은 인공 혈액 대용품(예: 퍼프토란)으로 사용하도록 제안되었습니다.

직역: Saunders N. Oxygen 그리고 16족 원소. Oxf., 2003; Drozdov A. A., Zlomanov V. P., Mazo G. N., Spiridonov F. M. 무기 화학. M., 2004. T. 2; Shriver D., Atkins P. 무기 화학. 엠., 2004. T. 1-2.

소개

매일 우리는 필요한 공기를 들이마십니다. 공기가 무엇으로 구성되어 있는지, 더 정확하게는 어떤 물질인지 생각해 본 적이 있습니까? 무엇보다 질소(78%), 산소(21%), 불활성 기체(1%)가 뒤를 잇습니다. 산소는 공기의 가장 기본적인 부분을 구성하지 않지만 산소가 없으면 대기는 거주할 수 없습니다. 그 덕분에 질소는 함께 또는 개별적으로 인간에게 해롭기 때문에 지구에 생명체가 존재합니다. 산소의 성질을 살펴보자.

산소의 물리적 특성

공기에서 산소는 정상적인 조건에서 맛, 색 및 냄새가 없는 기체이기 때문에 단순히 구별할 수 없습니다. 그러나 산소는 인위적으로 다른 응집 상태로 이동할 수 있습니다. 따라서 -183 o C에서 액체가 되고 -219 o C에서 경화됩니다. 그러나 고체 및 액체 산소는 사람만이 얻을 수 있으며 자연에서는 기체 상태로만 존재합니다. 이렇게 생겼습니다(사진). 그리고 얼음처럼 단단합니다.

산소의 물리적 성질은 또한 단순한 물질 분자의 구조이다. 산소 원자는 산소(O 2)와 오존(O 3)이라는 두 가지 물질을 형성합니다. 산소 분자의 모델은 아래와 같습니다.

산소. 화학적 특성

원소의 화학적 특성이 시작되는 첫 번째 것은 D. I. Mendeleev의 주기율표에서의 위치입니다. 따라서 산소는 8 번 주 하위 그룹의 6 번째 그룹의 2 번째주기에 있습니다. 원자량은 16 amu이며 비금속입니다.

에 무기화학다른 원소와 이원 화합물은 별도의 산화물로 결합되었습니다. 산소가 형성될 수 있습니다 화합물금속과 비금속 모두.

실험실에서 얻는 것에 대해 이야기합시다.

화학적으로 과망간산칼륨, 과산화수소, 바톨레트염, 질산염을 분해하여 산소를 얻을 수 있습니다. 활성 금속및 중금속 산화물을 포함한다. 이러한 각 방법에 대한 반응식을 고려하십시오.

1. 물 전기분해:

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

5. 중금속 산화물(예: 수은 산화물)의 분해:

2HgO \u003d 2Hg + O 2

6. 활성 금속의 질산염 분해(예: 질산나트륨):

2NaNO 3 \u003d 2NaNO 2 + O 2

산소의 적용

우리는 화학적 특성으로 끝났습니다. 이제 인간 생활에서 산소의 사용에 대해 이야기할 때입니다. 전기 및 화력 발전소의 연료 연소에 필요합니다. 주철과 고철로 강철을 생산하고 금속을 용접하고 절단하는 데 사용됩니다. 산소는 소방관의 마스크, 잠수부의 실린더에 필요하며 철 및 비철 야금, 심지어 폭발물 제조에도 사용됩니다. 에서도 음식 산업산소는 식품 첨가물 E948로 알려져 있습니다. 안쓰는 산업은 없는 것 같지만 의학에서 가장 중요한 역할을 하고 있습니다. 그곳에서 그는 "의료용 산소"라고 불립니다. 산소를 사용할 수 있도록 미리 압축해 둡니다. 산소의 물리적 특성은 산소가 압축될 수 있다는 사실에 기여합니다. 이 형태로 이와 유사한 실린더 내부에 보관됩니다.