- Структура молекулярного кислорода
- Свойства
- Внешность
- Молярная масса
- Температура плавления
- Точка кипения
- Растворимость
- Энергетические состояния
- Трансформации
- Приложения
- Сварка и горение
- Окислитель в зеленой химии
- Вспомогательное дыхание и очистка сточных вод
- Ссылки
Молекулярный кислород или молекулярный кислород , также называемый двухатомный кислородом или газом, является наиболее распространенным способом является элементарным этим элементом на Земле. Его формула - O 2 , поэтому он представляет собой двухатомную и гомоядерную молекулу, полностью неполярную.
Воздух, которым мы дышим, на 21% состоит из молекул кислорода O 2 . Когда мы поднимаемся, концентрация газообразного кислорода уменьшается, а присутствие озона, O 3, увеличивается . Наше тело использует O 2 для насыщения тканей кислородом и клеточного дыхания.
Без кислорода, обогащающего нашу атмосферу, жизнь была бы неустойчивым явлением. Источник: Pixabay.
O 2 также ответственен за существование огня: без него было бы почти невозможно возгорание и возгорание. Это связано с тем, что его основным свойством является то, что он является мощным окислителем, приобретает электроны или восстанавливается в молекуле воды или оксидных анионах O 2- .
Молекулярный кислород необходим для бесчисленных аэробных процессов, применяемых в металлургии, медицине и очистке сточных вод. Этот газ практически является синонимом тепла, дыхания, окисления и, с другой стороны, температуры замерзания, когда он находится в жидком состоянии.
Структура молекулярного кислорода
Молекулярная структура газообразного кислорода. Источник: Benjah-bmm27 через Википедию.
На верхнем изображении представлена молекулярная структура газообразного кислорода, представленная различными моделями. Последние два показывают характеристики ковалентной связи, которая удерживает атомы кислорода вместе: двойная связь O = O, в которой каждый атом кислорода завершает свой октет валентности.
Молекула O 2 является линейной, гомоядерной и симметричной. Его двойная связь имеет длину 121 пм. Это короткое расстояние означает, что для разрыва связи O = O требуется значительная энергия (498 кДж / моль), и, следовательно, это относительно стабильная молекула.
В противном случае кислород в атмосфере со временем полностью разложился бы, или воздух загорелся бы из ниоткуда.
Свойства
Внешность
Молекулярный кислород - это бесцветный газ без вкуса и запаха, но когда он конденсируется и кристаллизуется, он приобретает голубоватый оттенок.
Молярная масса
32 г / моль (округленное значение)
Температура плавления
-218 ºC
Точка кипения
-183
Растворимость
Молекулярный кислород плохо растворяется в воде, но его достаточно для поддержания морской фауны. Если бы ваша растворимость была выше, у вас было бы меньше шансов умереть от утопления. С другой стороны, его растворимость намного выше в неполярных маслах и жидкостях, поскольку он способен медленно их окислять и, таким образом, влиять на их первоначальные свойства.
Энергетические состояния
Молекулярный кислород - это вещество, которое не может быть полностью описано теорией валентных связей (VTE).
Электронная конфигурация кислорода следующая:
2s² 2p⁴
У него одна пара неспаренных электронов (O :). Когда два атома кислорода встречаются, они соединяются, образуя двойную связь O = O, и оба завершают октет валентности.
Следовательно, молекула O 2 должна быть диамагнитной, со всеми ее электронами спаренными. Однако это парамагнитная молекула, и это объясняется диаграммой ее молекулярных орбиталей:
Молекулярная орбитальная диаграмма газообразного кислорода. Источник: Anthony.Sebastian / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)
Таким образом, теория молекулярных орбиталей (TOM) лучше всего описывает O 2 . Два неспаренных электрона расположены на молекулярных орбиталях π * с более высокой энергией и придают кислороду его парамагнитный характер.
Фактически, это энергетическое состояние соответствует наиболее преобладающему из всех триплетному кислороду 3 O 2 . Другое энергетическое состояние кислорода, менее распространенное на Земле, - синглет, 1 O 2 .
Трансформации
Молекулярный кислород в значительной степени стабилен до тех пор, пока он не контактирует с каким-либо веществом, подверженным окислению, тем более, если поблизости нет источника сильного тепла, такого как искра. Это потому, что O 2 имеет высокую тенденцию к самовосстановлению, получению электронов от других атомов или молекул.
При уменьшении он может создавать широкий спектр связей и форм. Если он образует ковалентные связи, он будет делать это с атомами менее электроотрицательными, чем он сам, включая водород, с образованием воды, HOH. Он также может вселенский углерод, образовывать связи CO и различные типы кислородсодержащих органических молекул (простые эфиры, кетоны, альдегиды и т. Д.).
O 2 также может получать электроны для превращения в анионы пероксида и супероксида, O 2 2- и O 2 - соответственно. Когда он превращается в перекись в организме, образуется перекись водорода, H 2 O 2 , HOOH, вредное соединение, которое перерабатывается под действием определенных ферментов (пероксидазы и каталазы).
С другой стороны, что не менее важно, O 2 реагирует с неорганическими веществами, превращаясь в оксид-анион O 2- , составляя бесконечный список минералогических масс, утолщающих земную кору и мантию.
Приложения
Сварка и горение
Кислород используется для сжигания ацетилена и получения чрезвычайно горячего пламени, что очень важно при сварке. Источник: Sheila / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)
Кислород используется для проведения реакции горения, при которой вещество экзотермически окисляется с образованием огня. Этот огонь и его температура различаются в зависимости от горящего вещества. Таким образом, может быть получено очень горячее пламя, такое как ацетилен (см. Выше), которым свариваются металлы и сплавы.
Если бы не кислород, топливо не могло бы гореть и обеспечивать всю свою калорийную энергию, используемую для запуска ракет или запуска автомобилей.
Окислитель в зеленой химии
Благодаря этому газу синтезируется или промышленно производится множество органических и неорганических оксидов. Эти реакции основаны на окислительной способности молекулярного кислорода, который также является одним из наиболее жизнеспособных реагентов в зеленой химии для получения фармацевтических продуктов.
Вспомогательное дыхание и очистка сточных вод
Кислород жизненно необходим для удовлетворения респираторных потребностей пациентов с серьезными заболеваниями, дайверов при спуске на небольшие глубины и альпинистов, на высоте которых концентрация кислорода резко снижается.
Кроме того, кислород «питает» аэробные бактерии, которые помогают расщеплять загрязнения из сточных вод или помогают рыбам дышать в водных культурах для защиты или торговли.
Ссылки
- Шивер и Аткинс. (2008). Неорганическая химия . (Четвертое издание). Мак Гроу Хилл.
- Wikipedia. (2020). Аллотропы кислорода. Получено с: en.wikipedia.org
- Хон, Калифорния, Каппе, Колорадо (2019). Использование молекулярного кислорода для жидкофазного аэробного окисления в непрерывном потоке. Наверх Curr Chem (Z) 377, 2. doi.org/10.1007/s41061-018-0226-z
- Кевин Бек. (28 января 2020 г.). 10 видов использования кислорода. Получено с: sciencing.com
- Cliffsnotes. (2020). Биохимия I: химия молекулярного кислорода. Получено с: cliffsnotes.com
- GZ Industrial Supplies. (2020). Промышленные преимущества газообразного кислорода. Получено с: gz-supplies.com