Kisik je Formula kisika. molekula kisika

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-17 05:28

Među svim tvarima na Zemlji, posebno mjesto zauzima ono što osigurava život - plin kisik. Upravo njegova prisutnost čini naš planet jedinstvenim među svim ostalima, posebnim. Zahvaljujući ovoj tvari, toliko lijepih stvorenja živi na svijetu: biljke, životinje, ljudi. Kisik je apsolutno nezamjenjiv, jedinstven i iznimno važan spoj. Stoga ćemo pokušati saznati što je to, koje karakteristike ima.

Kemijski element kisik: karakteristike

Prvo, okarakterizirajmo mjesto ovog elementa u periodnom sustavu. To se može učiniti u nekoliko koraka.

1. Redni broj - 8.
2. Atomska masa - 15, 99903.
3. Smješten u šestoj skupini glavne podskupine drugog razdoblja sustava.
4. Nuklearni naboj - +8, broj protona - 8, elektrona - 8, neutrona - 8. Tako se dobiva dvostruko veći magični broj, zbog čega se opaža stabilnost glavnog izotopskog oblika ¹⁶ O.
5. Latinsko ime elementa je kisik. Ruski - kisik, ovo ime je formirano od fraze"proizvođač kiselina". Postoji i sinonim, koji se ponekad naziva kisik.

Posebnu pažnju zaslužuje analiza elektronske strukture atoma, budući da objašnjava stabilnost molekule i očitovana fizička i kemijska svojstva.

Struktura molekule

Elektronska konfiguracija atoma predstavljena je formulom 1s²2s²2p^{4. Iz ovog zapisa je očito da prije završetka energetske razine i stvaranja željenog okteta kisiku nedostaju dva elektrona. Ovo objašnjava sljedeće karakteristike:}

• dijatomska molekula kisika;
• oksidacijsko stanje elementa je uvijek -2 (osim za perokside i fluor oksid, u kojima se mijenja u -1 odnosno +2);
• je najjače oksidacijsko sredstvo;
• lako reagira čak i pod normalnim uvjetima;
• sposobno stvarati eksplozivne spojeve.

Sada razmotrite pitanje strukture. Kako nastaje molekula kisika? Prvo, mehanizam formiranja je kovalentan nepolaran, to jest, zbog socijalizacije elektrona svakog atoma. Dakle, veza je također kovalentna nepolarna. Štoviše, dvostruko je, budući da svaki od atoma ima dva nesparena elektrona na vanjskoj razini. Vrlo je jednostavno opisati kako kisik izgleda. Formula je: O₂ ili O=O.

Zbog prisutnosti takve veze, molekula je vrlo stabilna. Mnoge reakcije koje ga uključuju zahtijevaju posebne uvjete: povećani tlak, zagrijavanje, korištenje katalizatora.

Kao kemijski elementkisik je atom koji u prirodi ima tri stabilno postojeća izotopa. Njihovi maseni brojevi su redom jednaki 16, 17, 18. Međutim, postotak je vrlo različit, budući da je ¹⁶O 99,759%, a ostatak manji od 0,5%. Stoga je najčešći i stabilniji izotop s masenim brojem 16.

Jednostavna tvar kisik

Ako govorimo o ovom elementu kao jednostavnom spoju, onda bismo odmah trebali označiti stanje agregacije u normalnim uvjetima. Kisik je plin koji nema okus, boju i miris. Dvoatomska molekula koja je najzastupljenija tvar na planetu, nakon vodika i plemenitog plina helija.

Postoje i druga stanja agregacije ove tvari. Dakle, pri negativnoj temperaturi od -183⁰S, kisik se kondenzira u prekrasnu plavu tekućinu. Ako prijeđete prag od -200⁰S, tada će tekućina prerasti u svijetloplave kristale monoklinskog oblika igle.

Ukupno, postoje tri glavne vrste postojanja kisika u čvrstom stanju.

1. Alfa oblik (α-O₂). Postoji ispod 200 ⁰C.
2. Beta obrazac (β-O₂). Raspon temperature -200-400⁰S.
3. Gamma oblik (γ-O₂). Interval od -400 do -500⁰C.

Kisik je jedan od najvažnijih i najvažnijih plinova. Ne samo za život živih bića na planeti, već za prirodu općenito. Teško je imenovati prirodni mineral ili spoj u koji ne bi bio uključen kaostavka.

Povijest otkrića

Prvi spomen da zrak sadrži neku vrstu plina koji podržava procese izgaranja pojavio se u 8. stoljeću. Međutim, tada nije bilo tehničke mogućnosti proučiti je, dokazati njeno postojanje i otvoriti. Tek nakon gotovo tisućljeća, u XVIII stoljeću, to je učinjeno zahvaljujući radu nekoliko znanstvenika.

1. 1771 Karl Scheele je eksperimentalno ustanovio sastav zraka i otkrio da su glavna dva plina kisik i dušik.
2. Pierre Bayen provodi eksperimente o razgradnji žive i njenog oksida i službeno bilježi rezultate.
3. 1773 Scheele službeno otkriva element kisik, ali ga ne dobiva u čistom obliku.
4. 1774 Priestley, bez obzira na Scheelea, dolazi do istog otkrića kao i on, i dobiva čisti kisik razgradnjom živinog oksida.
5. 1775 Antoine Lavoisier imenuje ovaj element i stvara teoriju izgaranja koja postoji stotinama godina.
6. 1898 Thompson tjera društvo da misli da kisika u zraku može ponestati zbog velikih emisija ugljičnog dioksida u atmosferu.
7. Iste godine, Timiryazev dokazuje suprotno, jer objašnjava da su zelene biljke planeta opskrbljivač kisikom.

Tako se doznalo što je kisik, koliko je to važan i značajan plin za život. Nakon toga su proučena sva fizikalna i kemijska svojstva tvari, razmotreni su načini njezine proizvodnje i izračunat je približan sadržaj u vodi, zemljinoj kori, atmosferi i drugim mjestima na planeti.

Fizička svojstva

Navedimo glavne fizičke parametre koji mogu karakterizirati dotični spoj.

1. Kisik je plin u normalnim uvjetima, koji je sastavni dio zraka (21%). Nema boju, okus ni miris. Lakši od zraka, slabo topiv u vodi.
2. Aktivno apsorbira ugljen i metalni prah, topiv u organskoj tvari.
3. Točka ključanja je -183⁰C.
4. Taljenje -218, 35⁰C.
5. Gustoća je 0,0014g/cm³.
6. Kristalna rešetka je molekularna.

Kisik je paramagnetski u svom tekućem stanju.

Kemijska svojstva

O tome koliko je dotični plin aktivan, kako se ponaša u reakcijama s drugim tvarima, kemija detaljno govori. Kisik može pokazati nekoliko oksidacijskih stanja, iako je najčešće -2, što se smatra konstantnim. Osim toga, postoje spojevi u kojima su vrijednosti sljedeće:

• -1;
• -0, 5;
• -1/3;
• +0, 5;
• +1;
• +2.

Kemijska aktivnost se objašnjava visokim afinitetom prema elektronu, budući da je Polling vrijednost elektronegativnosti 3,44. Samo je fluor (4) veći. Stoga je kisik vrlo jako oksidacijsko sredstvo. Istodobno, u reakcijama s još jačim oksidacijskim sredstvima, ponaša se kao redukcijsko sredstvo, pokazujući pozitivno oksidacijsko stanje. Na primjer, u fluor oksidu O⁺² F₂^-.

Postoji ogroman broj spojeva koji sadrže kisik. To su klase tvari kao što su:

• oksidi;
• peroksidi;
• ozonidi;
• superoksidi;
• kiseline;
• osnove;
• sol;
• organske molekule.

Sa svim elementima, kisik može reagirati u normalnim uvjetima, osim plemenitih metala, helija, neona i argona i halogena. Ni pod kojim okolnostima ne stupa u interakciju s inertnim plinovima.

Dobavljeno od strane industrije

Sadržaj kisika u zraku i vodi je toliko visok (21 odnosno 88%) da je glavna industrijska metoda za njegovu sintezu frakcijska destilacija tekućeg zraka i elektroliza vode.

Prva metoda se posebno često koristi. Uostalom, puno se tog plina može ispustiti iz zraka. Međutim, neće biti potpuno čist. Ako je potreban kvalitetniji proizvod, tada se koriste postupci elektrolize. Sirovina za to je voda ili lužina. Za povećanje električne vodljivosti otopine koristi se natrijev ili kalijev hidroksid. Općenito, bit procesa svodi se na razgradnju vode.

Laboratorijsko dobivanje

Među laboratorijskim metodama široko se koristi metoda toplinske obrade:

• peroksidi;
• soli kiselina koje sadrže kisik.

Na visokim temperaturama se razgrađuju i oslobađaju plin kisika. Najčešće katalizirajte procesmangan (IV) oksid. Kisik skupljaju istiskivanjem vode, a pronalaze ga s tinjajućom ivercom. Kao što znate, u atmosferi kisika, plamen bukti vrlo jako.

Druga tvar koja se koristi za proizvodnju kisika u školskim satovima kemije je vodikov peroksid. Čak i 3% otopina pod djelovanjem katalizatora trenutno se razgrađuje s oslobađanjem čistog plina. Samo ga treba prikupiti. Katalizator je isti - mangan oksid MnO₂.

Među najčešće korištenim solima:

• Bertoletova sol ili kalijev klorat;
• kalijev permanganat ili kalijev permanganat.

Da biste opisali proces, možete dati jednadžbu. Otpušta se dovoljno kisika za potrebe laboratorija i istraživanja:

2KClO₃=2KCl + 3O₂↑.

Alotropne modifikacije kisika

Postoji jedna alotropska modifikacija koju kisik ima. Formula ovog spoja je O₃, naziva se ozon. To je plin koji nastaje u prirodnim uvjetima kada je izložen ultraljubičastom zračenju i munjevitim pražnjenjima na kisiku u zraku. Za razliku od samog O₂, ozon ima ugodan svježi miris koji se osjeća u zraku nakon kiše uz munje i grmljavinu.

Razlika između kisika i ozona nije samo u broju atoma u molekuli, već iu strukturi kristalne rešetke. Kemijski, ozon je još jači oksidacijski agens.

Kisik je komponenta zraka

Distribucija kisika u prirodi je vrlo široka. Kisik se javlja u:

• stijene i minerali;
• sol i slatka voda;
• zemlje;
• biljni i životinjski organizmi;
• zrak, uključujući gornju atmosferu.

Očito su njime zauzete sve ljuske Zemlje - litosfera, hidrosfera, atmosfera i biosfera. Posebno je važan njegov sadržaj u sastavu zraka. Naposljetku, upravo ovaj čimbenik omogućuje životnim oblicima, uključujući ljude, postojanje na našem planetu.

Sastav zraka koji udišemo izuzetno je heterogen. Uključuje i konstantne komponente i varijable. Nepromjenjivi i uvijek prisutni su:

• ugljični dioksid;
• kisik;
• dušik;
• plemeniti plinovi.

Varijable uključuju vodenu paru, čestice prašine, strane plinove (ispušni plinovi, produkti izgaranja, truljenje i drugo), pelud biljaka, bakterije, gljive i ostalo.

Važnost kisika u prirodi

Vrlo je važno koliko kisika ima u prirodi. Uostalom, poznato je da su količine ovog plina u tragovima pronađene na nekim satelitima velikih planeta (Jupiter, Saturn), ali tamo nema očitog života. Naša Zemlja ga ima dovoljno, što u kombinaciji s vodom omogućuje postojanje svih živih organizama.

Osim što je aktivan sudionik u disanju, kisik također provodi bezbroj oksidacijskih reakcija, uslijed kojih se energija oslobađa za cijeli život.

Glavni dobavljači ovog jedinstvenog plina u prirodi su zelene biljke i nekevrste bakterija. Zahvaljujući njima održava se stalna ravnoteža kisika i ugljičnog dioksida. Osim toga, ozon gradi zaštitni štit nad cijelom Zemljom, koji ne dopušta prodiranje velike količine razornog ultraljubičastog zračenja.

Samo neke vrste anaerobnih organizama (bakterije, gljive) mogu živjeti izvan atmosfere kisika. Međutim, puno ih je manje od onih kojima je to stvarno potrebno.

Upotreba kisika i ozona u industriji

Glavne upotrebe alotropa kisika u industriji su sljedeće.

1. Metalurgija (za zavarivanje i rezanje metala).
2. medicina.
3. Poljoprivreda.
4. Kao raketno gorivo.
5. Sinteza mnogih kemijskih spojeva, uključujući eksplozive.
6. Pročišćavanje i dezinfekcija vode.

Teško je imenovati barem jedan proces u kojem ne sudjeluje ovaj veliki plin, jedinstvena tvar - kisik.