Pada suhu kamar, aktivitas kimia oksigen. Sejarah penemuan. Oksidasi

Sifat kimia oksigen. Oksida

Paragraf ini berbicara tentang:

> tentang reaksi oksigen dengan sederhana dan zat kompleks;
> tentang reaksi majemuk;
> tentang senyawa yang disebut oksida.

Sifat kimia setiap zat diwujudkan dalam reaksi kimia dengan partisipasinya.

Oksigen adalah salah satu non-logam paling aktif. Namun dalam kondisi normal ia bereaksi dengan sedikit zat. Reaktivitasnya meningkat secara signifikan dengan meningkatnya suhu.

Reaksi oksigen dengan zat sederhana.

Oksigen bereaksi, sebagai suatu peraturan, ketika dipanaskan, dengan sebagian besar non-logam dan hampir semua logam.

Reaksi dengan batubara (karbon). Diketahui bahwa batu bara yang dipanaskan di udara hingga suhu tinggi akan terbakar. Hal ini menunjukkan adanya reaksi kimia suatu zat dengan oksigen. Panas yang dilepaskan selama proses ini digunakan, misalnya, untuk menghangatkan rumah di daerah pedesaan.

Produk utama pembakaran batu bara adalah karbon dioksida. Miliknya rumus kimia- CO 2 . Batubara merupakan campuran dari banyak zat. Fraksi massa karbon di dalamnya melebihi 80%. Dengan asumsi bahwa batubara hanya terdiri dari atom karbon, kita tulis persamaan kimianya:

T
C + O 2 = CO 2.

Karbon membentuk zat sederhana - grafit dan berlian. Mereka memiliki nama yang umum - karbon - dan bereaksi dengan oksigen ketika dipanaskan sesuai dengan yang diberikan persamaan kimia 1 .

Reaksi yang terbentuknya suatu zat dari beberapa zat disebut reaksi senyawa.

Reaksi dengan belerang.

Transformasi kimia ini terjadi ketika semua orang menyalakan korek api; belerang adalah bagian dari kepalanya. Di laboratorium, reaksi belerang dengan oksigen dilakukan dalam lemari asam. Sejumlah kecil belerang ( bubuk kuning muda atau kristal) dipanaskan dalam sendok besi. Zat mula-mula meleleh, kemudian terbakar akibat interaksi dengan oksigen di udara dan terbakar dengan nyala api biru yang nyaris tak terlihat (Gbr. 56, b). Ada bau menyengat dari produk reaksi - sulfur dioksida (kita mencium bau ini saat korek api menyala). Rumus kimia sulfur dioksida adalah SO 2, dan persamaan reaksinya adalah
T
S + O 2 = JADI 2.

Beras. 56. Belerang (a) dan pembakarannya di udara (b) dan oksigen (c)

1 Jika oksigen tidak mencukupi, senyawa Karbon lain terbentuk dengan Oksigen- karbon monoksida
T
BERSAMA: 2C + O 2 = 2CO.

Beras. 57. Fosfor merah (a) dan pembakarannya di udara (b) dan oksigen (c)

Jika sesendok belerang yang terbakar ditempatkan dalam bejana berisi oksigen, maka belerang akan terbakar dengan nyala api yang lebih terang daripada di udara (Gbr. 56, c). Hal ini dapat dijelaskan oleh fakta bahwa terdapat lebih banyak molekul O2 dalam oksigen murni daripada di udara.

Reaksi dengan fosfor. Fosfor, seperti belerang, terbakar lebih hebat di oksigen daripada di udara (Gbr. 57). Produk reaksinya berwarna putih padat- fosfor(\/) oksida (partikel kecilnya membentuk asap):
T
P + O 2 -> P 2 0 5 .

Ubah diagram reaksi menjadi persamaan kimia.

Reaksi dengan magnesium.

Sebelumnya reaksi ini digunakan fotografer untuk menciptakan pencahayaan terang (“lampu kilat magnesium”) saat mengambil foto. DI DALAM laboratorium kimia Eksperimen terkait dilakukan sebagai berikut. Dengan menggunakan pinset logam, ambil strip magnesium dan bakar di udara. Magnesium terbakar dengan nyala api putih yang menyilaukan (Gbr. 58, b); Anda tidak dapat melihatnya! Reaksi menghasilkan padatan putih. Ini adalah senyawa Magnesium dengan Oksigen; namanya magnesium oksida.

Beras. 58. Magnesium (a) dan pembakarannya di udara (b)

Tuliskan persamaan reaksi magnesium dengan oksigen.

Reaksi oksigen dengan zat kompleks. Oksigen dapat berinteraksi dengan beberapa senyawa yang mengandung oksigen. Misalnya, karbon monoksida CO terbakar di udara membentuk karbon dioksida:

T
2CO + O 2 = 2C0 2.

Kami melakukan banyak reaksi oksigen dengan zat kompleks di dalamnya Kehidupan sehari-hari, membakar gas alam (metana), alkohol, kayu, kertas, minyak tanah, dll. Ketika terbakar, karbon dioksida dan uap air terbentuk:
T
CH 4 + 20 2 = CO 2 + 2H 2 O;
metana
T
C 2 H 5 OH + 30 2 = 2C0 2 + 3H 2 O.
alkohol

Oksida.

Produk dari semua reaksi yang dibahas dalam paragraf ini adalah senyawa biner unsur dengan Oksigen.

Senyawa yang dibentuk oleh dua unsur, salah satunya adalah Oksigen, disebut oksida.

Rumus umum oksida adalah EnOm.

Setiap oksida memiliki nama kimia, dan beberapa juga merupakan nama tradisional, atau sepele 1 (Tabel 4). Nama kimia oksida terdiri dari dua kata. Kata pertama adalah nama unsur yang bersesuaian, dan kata kedua adalah kata “oksida”. Jika suatu unsur mempunyai valensi variabel, maka dapat membentuk beberapa oksida. Nama mereka harus berbeda. Untuk melakukan ini, setelah nama unsur, tunjukkan (tanpa lekukan) dalam angka Romawi dalam tanda kurung nilai valensinya dalam oksida. Contoh nama senyawa tersebut adalah tembaga(II) oksida (diucapkan tembaga-dua-oksida).

Tabel 4

1 Istilah ini berasal dari kata latin sepele - biasa.

kesimpulan

Oksigen adalah zat yang aktif secara kimia. Ia berinteraksi dengan sebagian besar zat sederhana serta zat kompleks. Produk dari reaksi tersebut adalah senyawa unsur dengan Oksigen - oksida.

Reaksi yang terbentuknya suatu zat dari beberapa zat disebut reaksi senyawa.

?
135. Apa perbedaan reaksi senyawa dan dekomposisi?

136. Ubah skema reaksi menjadi persamaan kimia:

a) Li + O 2 -> Li 2 O;
N2 + O 2 -> TIDAK;

b) JADI 2 + O 2 -> JADI 3;
CrO + O 2 -> Cr 2 O 3.

137. Pilih dari rumus berikut yang sesuai dengan oksida:

O 2, NaOH, H 2 O, HCI, I 2 O 5, FeO.

138. Berikan nama kimia pada oksida dengan rumus sebagai berikut:

TIDAK, Ti 2 O 3, Cu 2 O, MnO 2, CI 2 O 7, V 2 O 5, CrO 3.

Perlu diketahui bahwa unsur-unsur yang membentuk oksida ini memiliki valensi yang bervariasi.

139. Tuliskan rumus: a) timbal(I\/) oksida; b) kromium(III) oksida;
c) klorin(I) oksida; d) nitrogen(I\/) oksida; e) osmium(\/III) oksida.

140. Lengkapi rumus zat sederhana pada skema reaksi dan buatlah persamaan kimia:

a) ... + ... -> CaO;

b) TIDAK + ... -> TIDAK 2; ... + ... -> Sebagai 2 HAI 3 ; Mn 2 O 3 + ... -> MnO 2.

141. Tuliskan persamaan reaksi yang dapat digunakan untuk melakukan “rantai” transformasi berikut, yaitu mendapatkan zat kedua dari zat pertama, dan sepertiga dari zat kedua:

a) C -> BERSAMA -> BERSAMA 2;
b) P -> P 2 0 3 -> P 2 0 5 ;
c) Cu -> Cu 2 O -> CuO.

142.. Tuliskan persamaan reaksi yang terjadi ketika aseton (CH 3) 2 CO dan eter (C 2 H 5) 2 O terbakar di udara. Produk dari setiap reaksi adalah karbon dioksida dan air.

143. Fraksi massa Oksigen dalam oksida EO 2 adalah 26%. Identifikasi elemen E.

144. Dua labu berisi oksigen. Setelah ditutup, kelebihan magnesium dibakar di satu labu, dan kelebihan belerang di labu lainnya. Di dalam labu manakah terbentuk ruang hampa? Jelaskan jawabanmu.

Popel P.P., Kryklya L.S., Kimia: Pidruch. untuk kelas 7 zagalnosvit. navigasi. penutupan - K.: VC "Academy", 2008. - 136 hal.: sakit.

Isi pelajaran kerangka pelajaran dan kerangka pendukung penyajian pelajaran teknologi interaktif metode pengajaran akselerator Praktik tes, pengujian tugas online dan latihan lokakarya pekerjaan rumah dan pertanyaan pelatihan untuk diskusi kelas Ilustrasi materi video dan audio foto, gambar, grafik, tabel, diagram, komik, perumpamaan, ucapan, teka-teki silang, anekdot, lelucon, kutipan Pengaya abstrak lembar contekan tips artikel penasaran (MAN) literatur dasar dan kamus istilah tambahan Menyempurnakan buku teks dan pelajaran mengoreksi kesalahan dalam buku teks, mengganti pengetahuan yang sudah ketinggalan zaman dengan yang baru Hanya untuk guru rencana kalender program pembelajaran pedoman

Isi artikel

OKSIGEN, O (oksigenium), suatu unsur kimia dari subkelompok VIA dari tabel periodik unsur: O, S, Se, Te, Po - anggota keluarga kalkogen. Ini adalah unsur yang paling umum di alam; kandungannya di atmosfer bumi adalah 21% (vol.), in kerak bumi dalam bentuk koneksi kira-kira. 50% (berat) dan di hidrosfer 88,8% (berat).

Oksigen diperlukan untuk keberadaan kehidupan di bumi: hewan dan tumbuhan mengonsumsi oksigen selama respirasi, dan tumbuhan melepaskan oksigen melalui fotosintesis. Makhluk hidup mengandung oksigen terikat tidak hanya dalam cairan tubuh (dalam sel darah, dll), tetapi juga dalam karbohidrat (gula, selulosa, pati, glikogen), lemak dan protein. Tanah liat, batuan, terdiri dari silikat dan senyawa anorganik lain yang mengandung oksigen seperti oksida, hidroksida, karbonat, sulfat dan nitrat.

Referensi sejarah.

Informasi pertama tentang oksigen diketahui di Eropa dari manuskrip Tiongkok abad ke-8. Pada awal abad ke-16. Leonardo da Vinci menerbitkan data terkait kimia oksigen, tanpa mengetahui bahwa oksigen adalah suatu unsur. Reaksi penambahan oksigen dijelaskan dalam karya ilmiah S. Geils (1731) dan P. Bayen (1774). Penelitian K. Scheele pada tahun 1771–1773 tentang interaksi logam dan fosfor dengan oksigen patut mendapat perhatian khusus. J. Priestley melaporkan penemuan oksigen sebagai suatu unsur pada tahun 1774, beberapa bulan setelah laporan Bayen tentang reaksi dengan udara. Nama oksigenium (“oksigen”) diberikan kepada unsur ini tidak lama setelah penemuannya oleh Priestley dan berasal dari kata Yunani yang berarti “penghasil asam”; hal ini disebabkan oleh kesalahpahaman bahwa oksigen ada di semua asam. Penjelasan tentang peran oksigen dalam proses respirasi dan pembakaran adalah milik A. Lavoisier (1777).

Struktur atom.

Setiap atom oksigen yang terbentuk secara alami mengandung 8 proton dalam intinya, namun jumlah neutronnya bisa 8, 9, atau 10. Isotop oksigen yang paling umum (99,76%) adalah 16 8 O (8 proton dan 8 neutron) . Kandungan isotop lain, 18 8 O (8 proton dan 10 neutron), hanya 0,2%. Isotop ini digunakan sebagai label atau untuk mengidentifikasi molekul tertentu, serta untuk melakukan studi biokimia dan medikokimia (metode untuk mempelajari jejak non-radioaktif). Isotop oksigen non-radioaktif ketiga 17 8 O (0,04%) mengandung 9 neutron dan memiliki nomor massa 17. Setelah massa isotop karbon 12 6 C diadopsi oleh Komisi Internasional sebagai massa atom standar pada tahun 1961, maka rata-rata tertimbang massa atom oksigen menjadi sama dengan 15,9994. Hingga tahun 1961, para ahli kimia menganggap satuan standar massa atom adalah massa atom oksigen, yang diasumsikan sebesar 16.000 untuk campuran tiga isotop oksigen alami. Fisikawan mengambil nomor massa isotop oksigen 16 8 O sebagai satuan standar massa atom, sehingga pada skala fisika massa atom rata-rata oksigen adalah 16,0044.

Sebuah atom oksigen memiliki 8 elektron, dengan 2 elektron di tingkat dalam dan 6 elektron di tingkat terluar. Oleh karena itu, dalam reaksi kimia, oksigen dapat menerima hingga dua elektron dari donor, sehingga kulit terluarnya menjadi 8 elektron dan membentuk muatan negatif berlebih.

Oksigen molekuler.

Seperti kebanyakan unsur lainnya, atom yang kekurangan 1-2 elektron untuk melengkapi kulit terluar dari 8 elektron, oksigen membentuk molekul diatomik. Proses ini melepaskan banyak energi (~490 kJ/mol) dan, oleh karena itu, jumlah energi yang sama harus dikeluarkan untuk proses kebalikan dari disosiasi molekul menjadi atom. Kekuatan ikatan O–O sangat tinggi sehingga pada suhu 2300°C hanya 1% molekul oksigen yang terdisosiasi menjadi atom. (Perlu dicatat bahwa selama pembentukan molekul nitrogen N2, kekuatan ikatan N–N bahkan lebih tinggi lagi, ~710 kJ/mol.)

Struktur elektronik.

DI DALAM struktur elektronik molekul oksigen tidak menyadari, seperti yang diharapkan, distribusi elektron dalam oktet di sekitar setiap atom, tetapi terdapat elektron yang tidak berpasangan, dan oksigen menunjukkan sifat-sifat yang khas dari struktur tersebut (misalnya, ia berinteraksi dengan Medan gaya, menjadi paramagnetik).

Reaksi.

Dalam kondisi yang sesuai, molekul oksigen bereaksi dengan hampir semua unsur kecuali gas mulia. Namun, dalam kondisi ruangan, hanya unsur paling aktif yang bereaksi cukup cepat dengan oksigen. Kemungkinan besar sebagian besar reaksi terjadi hanya setelah oksigen terdisosiasi menjadi atom, dan disosiasi hanya terjadi pada suhu yang sangat tinggi. Namun, katalis atau zat lain dalam sistem reaksi dapat mendorong disosiasi O 2 . Diketahui bahwa logam alkali (Li, Na, K) dan alkali tanah (Ca, Sr, Ba) bereaksi dengan molekul oksigen membentuk peroksida:

Tanda terima dan aplikasi.

Karena adanya oksigen bebas paling banyak di atmosfer metode yang efektif ekstraksinya adalah pencairan udara, dari mana kotoran, CO 2, debu, dll dihilangkan. metode kimia dan fisika. Proses siklik meliputi kompresi, pendinginan dan ekspansi, yang mengarah pada pencairan udara. Dengan kenaikan suhu yang lambat (metode distilasi fraksional), pertama-tama gas mulia (yang paling sulit dicairkan) menguap dari udara cair, kemudian nitrogen, dan oksigen cair tetap ada. Akibatnya, oksigen cair mengandung sedikit gas mulia dan persentase nitrogen yang relatif besar. Bagi banyak aplikasi, kotoran ini tidak menjadi masalah. Namun, untuk mendapatkan oksigen dengan kemurnian ekstrim, proses distilasi harus diulangi. Oksigen disimpan dalam tangki dan silinder. Ini digunakan dalam jumlah besar sebagai pengoksidasi minyak tanah dan bahan bakar lainnya di roket dan pesawat ruang angkasa. Industri baja menggunakan gas oksigen untuk meniup besi cair menggunakan metode Bessemer untuk menghilangkan kotoran C, S dan P dengan cepat dan efektif. Ledakan oksigen menghasilkan baja lebih cepat dan kualitas lebih tinggi dibandingkan ledakan udara. Oksigen juga digunakan untuk mengelas dan memotong logam (api oksi-asetilen). Oksigen juga digunakan dalam pengobatan, misalnya untuk memperkaya lingkungan pernapasan pasien yang mengalami kesulitan bernapas. Oksigen dapat diperoleh dengan berbagai cara metode kimia, dan beberapa di antaranya digunakan untuk memperoleh oksigen murni dalam jumlah kecil dalam praktik laboratorium.

Elektrolisa.

Salah satu metode untuk memperoleh oksigen adalah dengan elektrolisis air yang mengandung sedikit tambahan NaOH atau H 2 SO 4 sebagai katalis: 2H 2 O ® 2H 2 + O 2. Dalam hal ini, pengotor hidrogen kecil terbentuk. Dengan menggunakan alat pelepasan, sisa hidrogen dalam campuran gas diubah kembali menjadi air, yang uapnya dihilangkan melalui pembekuan atau adsorpsi.

Disosiasi termal.

Metode laboratorium penting untuk memproduksi oksigen, yang diusulkan oleh J. Priestley, adalah dekomposisi termal oksida logam berat: 2HgO ® 2Hg + O 2 . Untuk melakukan ini, Priestley memfokuskan sinar matahari pada bubuk merkuri oksida. Terkenal metode laboratorium juga merupakan disosiasi termal garam okso, misalnya kalium klorat dengan adanya katalis - mangan dioksida:

Mangan dioksida, ditambahkan dalam jumlah kecil sebelum kalsinasi, memungkinkan mempertahankan suhu dan laju disosiasi yang diperlukan, dan MnO 2 itu sendiri tidak berubah selama proses berlangsung.

Metode dekomposisi termal nitrat juga digunakan:

serta peroksida dari beberapa logam aktif, misalnya:

2BaO 2 ® 2BaO + O 2

Metode terakhir ini pernah digunakan secara luas untuk mengekstraksi oksigen dari atmosfer dan terdiri dari pemanasan BaO di udara sampai terbentuknya BaO 2, diikuti dengan dekomposisi termal peroksida. Metode dekomposisi termal tetap penting untuk produksi hidrogen peroksida.

BEBERAPA SIFAT FISIK OKSIGEN
Nomor atom	8
Massa atom	15,9994
Titik lebur, °C	–218,4
Titik didih, °C	–183,0
Kepadatan
keras, g/cm 3 (at T tolong)	1,27
cairan g/cm 3 (at T tidur)	1,14
berbentuk gas, g/dm 3 (pada 0° C)	1,429
relatif udara	1,105
kritis a, g/cm 3	0,430
Suhu kritis a, °C	–118,8
Tekanan kritis a, atm	49,7
Kelarutan, cm 3 /100 ml pelarut
dalam air (0°C)	4,89
dalam air (100°C)	1,7
dalam alkohol (25° C)	2,78
Jari-jari, Å	0,74
kovalen	0,66
ionik (O 2–)	1,40
Potensi ionisasi, V
Pertama	13,614
Kedua	35,146
Keelektronegatifan (F=4)	3,5
a Temperatur dan tekanan dimana massa jenis gas dan cairan sama.

Properti fisik.

Oksigen dalam kondisi normal adalah gas yang tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa. Oksigen cair memiliki warna biru pucat. Oksigen padat ada setidaknya dalam tiga modifikasi kristal. Gas oksigen larut dalam air dan kemungkinan membentuk senyawa lemah seperti O2HH2O, dan mungkin O2H2H2O.

Sifat kimia.

Seperti telah disebutkan, aktivitas kimia oksigen ditentukan oleh kemampuannya untuk berdisosiasi menjadi atom O, yang sangat reaktif. Hanya logam dan mineral paling aktif yang bereaksi dengan O 2 dengan kecepatan tinggi di suhu rendah. Logam alkali paling aktif (subgrup IA) dan beberapa logam alkali tanah (subgrup IIA) membentuk peroksida seperti NaO 2 dan BaO 2 dengan O 2 . Unsur dan senyawa lain hanya bereaksi dengan produk disosiasi O2. Dalam kondisi yang sesuai, semua unsur, kecuali gas mulia dan logam Pt, Ag, Au, bereaksi dengan oksigen. Logam-logam ini juga membentuk oksida, tetapi kapan kondisi khusus.

Struktur elektronik oksigen (1s 2 2s 2 2p 4) sedemikian rupa sehingga atom O membentuk lapisan luar yang stabil kulit elektron dua elektron ke tingkat terluar, membentuk ion O 2–. Dalam oksida logam alkali ikatan ionik dominan terbentuk. Dapat diasumsikan bahwa elektron dari logam-logam ini hampir seluruhnya tertarik pada oksigen. Pada oksida logam dan non-logam yang kurang aktif, transfer elektron tidak lengkap, dan kerapatan muatan negatif pada oksigen lebih kecil, sehingga ikatannya kurang ionik atau lebih kovalen.

Ketika logam dioksidasi dengan oksigen, panas dilepaskan, yang besarnya berkorelasi dengan kekuatan ikatan M–O. Selama oksidasi beberapa nonlogam, panas diserap, yang menunjukkan lemahnya ikatannya dengan oksigen. Oksida semacam itu tidak stabil secara termal (atau kurang stabil dibandingkan oksida dengan ikatan ionik) dan seringkali sangat reaktif. Tabel tersebut menunjukkan perbandingan entalpi pembentukan oksida logam yang paling khas, logam transisi dan nonlogam, unsur subkelompok A dan B (tanda minus berarti pelepasan panas).

Beberapa kesimpulan umum yang dapat ditarik tentang sifat-sifat oksida:

1. Suhu leleh oksida logam alkali menurun dengan bertambahnya jari-jari atom logam; Jadi, T tolong (Cs 2 O) t tolong (Na 2 O). Oksida yang didominasi ikatan ionik memiliki titik leleh lebih tinggi daripada titik leleh oksida kovalen: T tolong (Na 2 O) > T tolong (JADI 2).

2. Oksida logam reaktif (subkelompok IA–IIIA) lebih stabil secara termal dibandingkan oksida logam transisi dan nonlogam. Oksida logam berat dengan bilangan oksidasi tertinggi pada disosiasi termal membentuk oksida dengan bilangan oksidasi lebih rendah (misalnya, 2Hg 2+ O ® (Hg +) 2 O + 0,5O 2 ® 2Hg 0 + O 2). Oksida dengan tingkat oksidasi tinggi dapat menjadi oksidator yang baik.

3. Logam paling aktif bereaksi dengan oksigen molekuler pada suhu tinggi membentuk peroksida:

Sr + O 2 ® SrO 2 .

4. Oksida logam aktif membentuk larutan tidak berwarna, sedangkan oksida dari sebagian besar logam transisi berwarna dan praktis tidak larut. Larutan oksida logam dalam air menunjukkan sifat basa dan merupakan hidroksida yang mengandung gugus OH, dan oksida non-logam dalam larutan air membentuk asam yang mengandung ion H +.

5. Logam dan nonlogam subgolongan A membentuk oksida dengan bilangan oksidasi sesuai dengan nomor golongannya, misalnya Na, Be dan B membentuk Na 1 2 O, Be II O dan B 2 III O 3, dan non- logam IVA–VIIA dari subkelompok C, N , S, Cl membentuk C IV O 2, N V 2 O 5, S VI O 3, Cl VII 2 O 7. Nomor golongan suatu unsur hanya berkorelasi dengan bilangan oksidasi maksimum, karena oksida dengan bilangan oksidasi unsur yang lebih rendah mungkin terjadi. Dalam proses pembakaran senyawa, produk yang khas adalah oksida, misalnya:

2H 2 S + 3O 2 ® 2SO 2 + 2H 2 O

Zat yang mengandung karbon dan hidrokarbon, jika dipanaskan sedikit, akan teroksidasi (terbakar) menjadi CO 2 dan H 2 O. Contoh zat tersebut adalah bahan bakar - kayu, minyak, alkohol (serta karbon - batu bara, kokas dan arang). Panas dari proses pembakaran digunakan untuk menghasilkan uap (dan kemudian listrik atau digunakan untuk pembangkit listrik), serta untuk pemanas rumah. Persamaan umum untuk proses pembakaran adalah:

a) kayu (selulosa):

(C6H10O5) N + 6N HAI 2 ® 6 N CO2+5 N H 2 O + energi panas

b) minyak atau gas (bensin C 8 H 18 atau gas alam CH 4):

2C 8 H 18 + 25O 2 ® 16CO 2 + 18H 2 O + energi panas

CH 4 + 2O 2 ® CO 2 + 2H 2 O + energi panas

C 2 H 5 OH + 3O 2 ® 2CO 2 + 3H 2 O + energi panas

d) karbon (batubara atau arang, kokas):

2C + O 2 ® 2CO + energi panas

2CO + O 2 ® 2CO 2 + energi panas

Sejumlah senyawa yang mengandung C-, H-, N-, O dengan cadangan energi yang tinggi juga dapat terbakar. Oksigen untuk oksidasi dapat digunakan tidak hanya dari atmosfer (seperti pada reaksi sebelumnya), tetapi juga dari zat itu sendiri. Untuk memulai suatu reaksi, aktivasi kecil dari reaksi, seperti pukulan atau guncangan, sudah cukup. Dalam reaksi ini, produk pembakaran juga berupa oksida, tetapi semuanya berbentuk gas dan mengembang dengan cepat pada suhu akhir proses yang tinggi. Oleh karena itu, zat tersebut bersifat eksplosif. Contoh bahan peledak adalah trinitrogliserin (atau nitrogliserin) C 3 H 5 (NO 3) 3 dan trinitrotoluena (atau TNT) C 7 H 5 (NO 2) 3.

Oksida logam atau non-logam dengan bilangan oksidasi lebih rendah dari unsur tersebut bereaksi dengan oksigen membentuk oksida derajat tinggi oksidasi unsur ini:

Oksida alam, diperoleh dari bijih atau disintesis, berfungsi sebagai bahan mentah untuk produksi banyak logam penting, misalnya besi dari Fe 2 O 3 (hematit) dan Fe 3 O 4 (magnetit), aluminium dari Al 2 O 3 (alumina ), magnesium dari MgO (magnesia). Oksida logam ringan digunakan dalam industri kimia untuk menghasilkan alkali atau basa. Kalium peroksida KO 2 memiliki kegunaan yang tidak biasa karena dengan adanya uap air dan sebagai hasil reaksi dengannya, ia melepaskan oksigen. Oleh karena itu, KO 2 digunakan dalam respirator untuk menghasilkan oksigen. Kelembaban dari udara yang dihembuskan melepaskan oksigen di respirator, dan KOH menyerap CO2. Produksi CaO oksida dan kalsium hidroksida Ca(OH) 2 – produksi skala besar dalam teknologi keramik dan semen.

Air (hidrogen oksida).

Pentingnya air H 2 O baik dalam praktek laboratorium untuk reaksi kimia maupun dalam proses kehidupan memerlukan pertimbangan khusus terhadap zat ini AIR, ES DAN UAP). Seperti telah disebutkan, selama interaksi langsung oksigen dan hidrogen dalam kondisi, misalnya, terjadi pelepasan percikan, ledakan dan pembentukan air, dan 143 kJ/(mol H 2 O) dilepaskan.

Molekul air memiliki struktur hampir tetrahedral, sudut H–O–H adalah 104° 30°. Ikatan dalam molekul sebagian bersifat ionik (30%) dan sebagian kovalen dengan kepadatan muatan negatif yang tinggi pada oksigen dan, karenanya, muatan positif pada hidrogen:

Karena kekuatan ikatan H–O yang tinggi, hidrogen sulit dipisahkan dari oksigen dan air sangat lemah sifat asam. Banyak sifat air ditentukan oleh distribusi muatan. Misalnya, molekul air membentuk hidrat dengan ion logam:

Air memberikan satu pasangan elektron kepada akseptor, yang dapat berupa H+:

Oksoanion dan oksokasi

– partikel yang mengandung oksigen yang mempunyai muatan sisa negatif (oksoanion) atau sisa positif (oksokasi). Ion O2– mempunyai afinitas yang tinggi (tinggi reaktivitas) menjadi partikel bermuatan positif tipe H+. Perwakilan paling sederhana dari oksoanion stabil adalah ion hidroksida OH –. Hal ini menjelaskan ketidakstabilan atom dengan kepadatan muatan tinggi dan stabilisasi parsialnya akibat penambahan partikel bermuatan positif. Oleh karena itu, ketika logam aktif (atau oksidanya) bekerja pada air, OH– yang terbentuk, dan bukan O 2–:

2Na + 2H 2 O ® 2Na + + 2OH – + H 2

Na 2 O + H 2 O ® 2Na + + 2OH –

Oksoanion yang lebih kompleks terbentuk dari oksigen dengan ion logam atau partikel nonlogam yang bermuatan positif besar, sehingga menghasilkan partikel bermuatan rendah yang lebih stabil, misalnya:

°C terbentuk fase padat berwarna ungu tua. Ozon cair sedikit larut dalam oksigen cair, dan 49 cm 3 O 3 larut dalam 100 g air pada 0 ° C. Berdasarkan sifat kimianya, ozon jauh lebih aktif daripada oksigen dan menempati urutan kedua setelah O, F 2 dan OF 2 (oksigen difluorida) dalam hal sifat pengoksidasi. Selama oksidasi normal, oksida dan molekul oksigen O 2 terbentuk. Ketika ozon bekerja pada logam aktif dalam kondisi khusus, ozonida dengan komposisi K + O 3 – terbentuk. Ozon diproduksi secara industri untuk tujuan khusus; merupakan disinfektan yang baik dan digunakan untuk memurnikan air dan sebagai pemutih, memperbaiki kondisi atmosfer dalam sistem tertutup, mendisinfeksi benda dan makanan, dan mempercepat pematangan biji-bijian dan buah-buahan. Ozonizer sering digunakan di laboratorium kimia untuk menghasilkan ozon yang dibutuhkan untuk beberapa metode. analisis kimia dan sintesis. Karet mudah rusak meskipun terkena ozon dengan konsentrasi rendah. Di beberapa kota industri, konsentrasi ozon yang signifikan di udara menyebabkan kerusakan produk karet dengan cepat jika tidak dilindungi oleh antioksidan. Ozon sangat beracun. Menghirup udara secara terus-menerus, bahkan dengan konsentrasi ozon yang sangat rendah, menyebabkan sakit kepala, mual, dan kondisi tidak menyenangkan lainnya.

Oksigen ditandai dengan aktivitas kimia yang tinggi. Banyak zat bereaksi dengan oksigen pada suhu kamar. Misalnya, potongan apel segar dengan cepat berubah warna menjadi coklat, hal ini terjadi karena reaksi kimia antara zat organik yang terkandung dalam apel dan oksigen yang terkandung di udara. Oksigen biasanya bereaksi dengan zat sederhana bila dipanaskan. Tempatkan batu bara dalam sendok logam untuk membakar zat, panaskan hingga membara dalam nyala lampu alkohol dan turunkan ke dalam wadah berisi oksigen. Kami mengamati pembakaran batu bara yang terang dalam oksigen. Batubara merupakan zat sederhana yang dibentuk oleh unsur karbon. Reaksi oksigen dengan karbon menghasilkan karbon dioksida:

Perlu dicatat bahwa banyak bahan kimia memiliki nama yang sepele. Karbon dioksida adalah nama sepele untuk suatu zat. Nama-nama zat yang sepele digunakan dalam kehidupan sehari-hari, banyak di antaranya berasal dari zaman kuno. Misalnya soda kue, garam bertholet. Namun setiap zat kimia juga mempunyai nama kimia yang sistematis, yang penyusunannya diatur oleh aturan internasional - tata nama kimia yang sistematis.

Jadi, karbon dioksida memiliki nama sistematis karbon monoksida (IV).

Karbon dioksida adalah zat kompleks, senyawa biner yang mengandung oksigen. Tempatkan belerang dalam sendok bahan bakar dan panaskan. Belerangnya meleleh, lalu terbakar. Di udara, belerang terbakar dengan nyala api biru yang pucat dan hampir tidak terlihat. Mari kita tambahkan belerang ke dalam wadah berisi oksigen - belerang terbakar dengan nyala api biru cerah. Reaksi belerang dengan oksigen menghasilkan belerang dioksida:

Sulfur dioksida, seperti karbon dioksida, termasuk dalam kelompok oksida. Ini adalah sulfur oksida(IV) adalah gas tidak berwarna dengan bau yang menyengat dan menyengat. Sekarang mari kita tambahkan fosfor merah yang menyala ke dalam bejana berisi oksigen. Fosfor terbakar dengan nyala api yang terang dan menyilaukan. Kapal itu dipenuhi asap putih. Asap putih adalah produk reaksi, partikel padat kecil Fosfor (V) oksida:

4P + 5O2 = 2P2O5

Tidak hanya non-logam yang dapat terbakar dalam oksigen. Logam juga bereaksi kuat dengan oksigen. Misalnya, magnesium terbakar di oksigen dan udara dengan nyala api putih yang menyilaukan. Produk reaksi – magnesium oksida:

2Mg + O2 = 2MgO

Mari kita coba membakar zat besi dalam oksigen. Panaskan kawat baja dalam nyala lampu alkohol dan segera turunkan ke dalam wadah berisi oksigen. Besi terbakar dalam oksigen menghasilkan banyak percikan api. Zat yang diperoleh dari reaksi disebut oksida besi:

3Fe + 2O2 = Fe3O4.

Berkas bunga api yang dihasilkan ketika kembang api terbakar disebabkan oleh pembakaran serbuk besi, yang merupakan bagian dari produk kembang api tersebut. Setelah mempertimbangkan reaksi-reaksi tersebut, kesimpulan penting dapat ditarik: oksigen bereaksi dengan logam dan non-logam; Seringkali reaksi ini disertai dengan pembakaran zat. Produk reaksi oksigen dengan zat sederhana adalah oksida. Harap dicatat bahwa ketika oksigen berinteraksi dengan zat sederhana - logam dan non-logam - zat kompleks terbentuk - oksida. Reaksi kimia seperti ini disebut reaksi majemuk.

Reaksi majemuk - reaksi yang menghasilkan pembentukan zat yang lebih kompleks dari dua atau lebih zat yang kurang kompleks

Interaksi oksigen dengan zat kompleks

Oksigen juga dapat bereaksi dengan zat kompleks. Sebagai contoh, perhatikan reaksi yang terjadi selama pembakaran gas rumah tangga, yang terdiri dari metana CH4. Berdasarkan pembakaran metana pada kompor, dapat disimpulkan bahwa reaksi berlangsung dengan pelepasan energi berupa panas dan cahaya. Apa produk dari reaksi ini?

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O.

Produk reaksinya adalah oksida: karbon dioksida (karbon (IV) monoksida) dan air (hidrogen oksida). Reaksi oksigen dengan mineral pirit FeS2 (mineral penting besi dan belerang) menghasilkan oksida belerang dan besi. Reaksi yang terjadi ketika dipanaskan:

4FeS2 + 11O2 = 8SO2 + 2Fe2O3

Oksidasi – pembakaran dan oksidasi lambat

Pembakaran- Ini adalah reaksi kimia pertama yang diketahui manusia. Api... Mungkinkah membayangkan keberadaan kita tanpa api? Dia memasuki hidup kita dan menjadi tidak terpisahkan darinya. Tanpa api, seseorang tidak dapat memasak makanan atau baja, tanpa api, transportasi tidak mungkin dilakukan. Api telah menjadi sahabat dan sekutu kita, simbol perbuatan mulia, perbuatan baik, dan kenangan masa lalu.

Dari sudut pandang kimia, pembakaran adalah reaksi kimia yang disertai pelepasan aliran gas panas dan energi berupa panas dan cahaya. Kita dapat mengatakan bahwa oksigen, ketika bereaksi dengan zat sederhana, mengoksidasinya:

Zat sederhana + Oksidasi oksigen → Produk oksidasi (oksida) + Energi.

Oksidasi suatu zat tidak boleh disertai dengan pembakaran, yaitu keluarnya nyala api. Proses seperti ini disebut oksidasi lambat. Oksidasi lambat adalah proses interaksi zat dengan oksigen secara bertahap, dengan pelepasan panas secara perlahan, tidak disertai pembakaran. Misalnya, karbon dioksida terbentuk tidak hanya selama pembakaran karbon dalam oksigen, tetapi juga selama oksidasi lambat bahan organik oksigen di udara (membusuk, dekomposisi).

Ringkasan artikel:

Oksida terbentuk ketika zat sederhana bereaksi dengan oksigen
Reaksi zat sederhana dengan oksigen biasanya terjadi bila dipanaskan
Reaksi zat sederhana dengan oksigen merupakan reaksi senyawa
Nama-nama sepele suatu zat kimia tidak mencerminkan komposisi kimia zat tersebut, digunakan dalam praktek sehari-hari, banyak di antaranya telah berkembang secara historis.
Nama sistematis zat kimia mencerminkan komposisi kimia zat tersebut dan sesuai dengan nomenklatur sistematis internasional
Reaksi senyawa adalah reaksi yang menghasilkan pembentukan zat yang lebih kompleks dari dua atau lebih zat yang kurang kompleks.
Oksigen mampu bereaksi dengan zat kompleks
Pembakaran merupakan reaksi kimia yang disertai pelepasan energi berupa panas dan cahaya
Oksidasi lambat adalah proses interaksi zat dengan oksigen secara bertahap, dengan pelepasan panas secara perlahan, tidak disertai pembakaran

Proses pembakaran dan respirasi telah lama menarik perhatian para ilmuwan. Indikasi pertama bahwa tidak semua udara, tetapi hanya bagian “aktif” yang mendukung pembakaran, ditemukan dalam manuskrip Tiongkok abad ke-8. Belakangan, Leonardo da Vinci (1452-1519) menganggap udara sebagai campuran dua gas, hanya satu yang dikonsumsi selama pembakaran dan respirasi. Penemuan terakhir dari dua komponen utama udara - nitrogen dan oksigen, yang menjadi sebuah era dalam sains, baru terjadi pada akhir abad ke-18. Oksigen diperoleh hampir bersamaan oleh K. Scheele (1769-70) dengan mengkalsinasi sendawa (KNO 3, NaNO 3), mangan dioksida MnO 2 dan zat lainnya dan J. Priestley (1774) dengan memanaskan timbal merah Pb 3 O 4 dan merkuri oksida HgO. Pada tahun 1772 D. Rutherford menemukan nitrogen. Pada tahun 1775, A. Lavoisier, setelah melakukan analisis kuantitatif terhadap udara, menemukan bahwa udara “terdiri dari dua (gas) yang berbeda dan, bisa dikatakan, sifatnya berlawanan,” yaitu Oksigen dan Nitrogen. Berdasarkan penelitian eksperimental yang ekstensif, Lavoisier dengan tepat menjelaskan pembakaran dan respirasi sebagai proses interaksi zat dengan Oksigen. Karena Oksigen adalah bagian dari asam, Lavoisier menyebutnya oksigen, yaitu, “pembentuk asam” (dari bahasa Yunani oxys - asam dan gennao - saya melahirkan; karenanya nama Rusia"oksigen").

Distribusi oksigen di alam. Oksigen adalah unsur kimia paling melimpah di bumi. Oksigen Terikat membentuk sekitar 6/7 massa cangkang air bumi - hidrosfer (85,82% massa), hampir setengah litosfer (47% massa), dan hanya di atmosfer, di mana Oksigen berada dalam keadaan bebas. negara bagian, apakah ia menempati posisi kedua (23,15% berat) setelah nitrogen.

Oksigen juga menempati urutan pertama dalam jumlah mineral yang dibentuknya (1364); Di antara mineral yang mengandung Oksigen, silikat (feldspar, mika dan lain-lain), kuarsa, oksida besi, karbonat dan sulfat mendominasi. Organisme hidup rata-rata mengandung sekitar 70% Oksigen; itu adalah bagian dari sebagian besar senyawa organik terpenting (protein, lemak, karbohidrat, dll.) dan dalam komposisi senyawa anorganik kerangka. Peran oksigen bebas sangat penting dalam proses biokimia dan fisiologis, terutama dalam respirasi. Kecuali beberapa mikroorganisme anaerobik, semua hewan dan tumbuhan memperoleh energi yang diperlukan untuk kehidupan melalui oksidasi biologis berbagai zat dengan bantuan Oksigen.

Seluruh massa Oksigen bebas di Bumi muncul dan terpelihara berkat aktivitas vital tumbuhan hijau di darat dan Samudra Dunia, yang melepaskan Oksigen dalam proses fotosintesis. Di permukaan bumi, di mana fotosintesis terjadi dan oksigen bebas mendominasi, kondisi oksidasi yang tajam terbentuk. Sebaliknya, di magma, serta di cakrawala dalam air tanah, di lumpur laut dan danau, di rawa-rawa, di mana tidak ada oksigen bebas, terbentuklah lingkungan reduksi. Proses redoks yang melibatkan Oksigen menentukan konsentrasi banyak unsur dan pembentukan endapan mineral - batu bara, minyak, belerang, bijih besi, tembaga, dll. Perubahan dalam siklus Oksigen disebabkan oleh aktivitas ekonomi orang. Di beberapa negara industri, pembakaran bahan bakar mengkonsumsi lebih banyak oksigen daripada yang dihasilkan tanaman selama fotosintesis. Secara total, sekitar 9·10 9 ton Oksigen dikonsumsi setiap tahun di dunia untuk pembakaran bahan bakar.

Isotop, atom dan molekul Oksigen. Oksigen memiliki tiga isotop stabil: 16 O, 17 O, dan 18 O, yang kandungan rata-ratanya masing-masing adalah 99,759%, 0,037%, dan 0,204% dari jumlah total atom Oksigen di Bumi. Dominasi tajam isotop yang paling ringan, 16 O, dalam campuran isotop disebabkan oleh fakta bahwa inti atom 16 O terdiri dari 8 proton dan 8 neutron. Dan inti seperti itu, sebagai berikut dari teori inti atom, sangat stabil.

Menurut posisi Oksigen di tabel periodik unsur Mendeleev, elektron atom Oksigen terletak di dua kulit: 2 di bagian dalam dan 6 di bagian luar (konfigurasi 1s 2 2s 2 2p 4). Karena kulit terluar atom Oksigen tidak terisi dan potensial ionisasi serta afinitas elektron masing-masing adalah 13,61 dan 1,46 eV, atom Oksigen dalam senyawa kimia biasanya memperoleh elektron dan memiliki muatan efektif negatif. Sebaliknya, senyawa yang elektronnya terlepas (lebih tepatnya, ditarik menjauh) dari atom Oksigen sangat jarang terjadi (misalnya, F 2 O, F 2 O 3). Sebelumnya, hanya berdasarkan posisi Oksigen dalam tabel periodik, atom Oksigen dalam oksida dan sebagian besar senyawa lainnya diberi muatan negatif (-2). Namun, seperti yang ditunjukkan oleh data eksperimen, ion O 2- tidak ada baik dalam keadaan bebas maupun dalam senyawa, dan muatan efektif negatif atom Oksigen hampir tidak pernah melebihi kesatuan secara signifikan.

Dalam kondisi normal, molekul Oksigen bersifat diatomik (O 2); dalam pelepasan listrik yang tenang, molekul triatomik O 3 - ozon - juga terbentuk; pada tekanan tinggi molekul O 4 ditemukan dalam jumlah kecil. Struktur elektronik O 2 sangat menarik secara teoritis. Dalam keadaan dasar, molekul O2 memiliki dua elektron tidak berpasangan; klasik "biasa" tidak berlaku untuknya Formula struktural O=O dengan dua ikatan dua elektron. Penjelasan komprehensif mengenai fakta ini diberikan dalam kerangka teori orbital molekul. Energi ionisasi molekul Oksigen (O 2 - e → O 2 +) adalah 12,2 eV, dan afinitas elektron (O 2 + e → O 2 -) adalah 0,94 eV. Disosiasi molekul Oksigen menjadi atom-atom pada suhu biasa dapat diabaikan; hanya terlihat pada suhu 1500°C; pada 5000°C, molekul oksigen hampir seluruhnya terdisosiasi menjadi atom.

Sifat fisik Oksigen. Oksigen adalah gas tidak berwarna yang mengembun pada -182,9°C dan tekanan normal menjadi cairan biru pucat, yang membeku pada -218,7°C, membentuk kristal biru. Massa jenis gas oksigen (pada 0°C dan tekanan normal) adalah 1,42897 g/l. Suhu kritis Oksigen cukup rendah (T crit = -118,84°C), yaitu lebih rendah dibandingkan suhu kritis Cl 2, CO 2, SO 2 dan beberapa gas lainnya; T kritis = 4,97 Mn/m2 (49,71 at). Konduktivitas termal (pada 0°C) 23,86·10 -3 W/(m·K). Kapasitas panas molar (pada 0°C) dalam J/(mol K) C p = 28,9, C v = 20,5, C p /C v = 1,403. Konstanta dielektrik gas Oksigen adalah 1,000547 (0°C), cair 1,491. Viskositas 189 ppm (0°C). Oksigen sedikit larut dalam air: pada 20°C dan 1 atm, 0,031 m3 air larut dalam 1 m3, dan pada 0°C - 0,049 m3 oksigen. Penyerap oksigen padat yang baik adalah platinum black dan arang aktif.

Sifat kimia Oksigen. Oksigen terbentuk senyawa kimia dengan semua unsur kecuali gas inert ringan. Menjadi non-logam yang paling aktif (setelah fluor), Oksigen berinteraksi langsung dengan sebagian besar unsur; pengecualiannya adalah gas inert berat, halogen, emas dan platinum; hubungannya dengan oksigen diperoleh secara tidak langsung. Hampir semua reaksi Oksigen dengan zat lain - reaksi oksidasi - bersifat eksotermik, yaitu disertai dengan pelepasan energi. Oksigen bereaksi sangat lambat dengan hidrogen pada suhu normal; di atas 550°C reaksi ini terjadi secara eksplosif:

2H 2 + O 2 = 2H 2 O.

Oksigen bereaksi sangat lambat dengan belerang, karbon, nitrogen, dan fosfor dalam kondisi normal. Dengan meningkatnya suhu, laju reaksi meningkat dan pada suhu penyalaan tertentu yang merupakan karakteristik setiap elemen, pembakaran dimulai. Reaksi nitrogen dengan Oksigen, karena kekuatan khusus molekul N2, bersifat endotermik dan hanya terlihat di atas 1200°C atau dalam pelepasan listrik: N2 + O2 = 2NO. Oksigen aktif mengoksidasi hampir semua logam, terutama logam alkali dan alkali tanah. Aktivitas interaksi antara logam dan Oksigen bergantung pada banyak faktor - keadaan permukaan logam, tingkat penggilingan, dan adanya pengotor.

Dalam proses interaksi suatu zat dengan Oksigen, peranan air sangatlah penting. Misalnya saja ini logam aktif, seperti kalium, tidak bereaksi dengan Oksigen yang sama sekali tidak mengandung uap air, tetapi terbakar dalam Oksigen pada suhu biasa dengan adanya uap air dalam jumlah yang sedikit sekalipun. Diperkirakan hingga 10% dari seluruh logam yang diproduksi hilang setiap tahunnya akibat korosi.

Oksida beberapa logam, dengan menambahkan oksigen, membentuk senyawa peroksida yang mengandung 2 atau lebih atom oksigen yang saling berhubungan. Jadi, peroksida Na 2 O 2 dan BaO 2 meliputi ion peroksida O 2 2-, superoksida NaO 2 dan СО 2 - ion O 2 -, dan ozonida NaO 3, СО 3, RbO 3 dan CsO 3 - ion O 3 -. Oksigen bereaksi secara eksotermis dengan banyak zat kompleks. Jadi, amonia terbakar dalam Oksigen tanpa adanya katalis, reaksi berlangsung menurut persamaan: 4NH 3 + ZO 2 = 2N 2 + 6H 2 O. Oksidasi amonia dengan oksigen dengan adanya katalis menghasilkan NO (proses ini digunakan dalam produksi asam sendawa). Yang paling penting adalah pembakaran hidrokarbon (gas alam, bensin, minyak tanah) - sumber panas terpenting dalam kehidupan sehari-hari dan industri, misalnya CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O. Interaksi hidrokarbon dengan Oksigen mendasari banyak proses produksi yang paling penting - misalnya, apa yang disebut konversi metana yang dilakukan untuk menghasilkan hidrogen: 2CH 4 + O 2 + 2H 2 O = 2CO 2 + 6H 2. Banyak senyawa organik (hidrokarbon dengan ikatan rangkap atau rangkap tiga, aldehida, fenol, serta terpentin, minyak pengering, dan lain-lain) menambah oksigen dengan kuat. Oksidasi dengan Oksigen nutrisi dalam sel ia berfungsi sebagai sumber energi bagi organisme hidup.

Mendapatkan Oksigen. Ada 3 cara utama untuk memperoleh Oksigen: kimia, elektrolisis (elektrolisis air) dan fisik (pemisahan udara).

Metode kimia ditemukan lebih awal dari yang lain. Oksigen dapat diperoleh misalnya dari garam Berthollet KClO3, yang bila dipanaskan terurai, melepaskan O 2 sebanyak 0,27 m 3 per 1 kg garam. Barium oksida BaO, ketika dipanaskan hingga 540°C, pertama-tama menyerap Oksigen dari udara, membentuk BaO 2 peroksida, dan setelah pemanasan berikutnya hingga 870°C, BaO 2 terurai, melepaskan Oksigen murni. Itu juga dapat diperoleh dari KMnO 4, Ca 2 PbO 4, K 2 Cr 2 O 7 dan zat lain dengan memanaskan dan menambahkan katalis. Metode kimia untuk memproduksi Oksigen memiliki produktivitas rendah dan mahal, tidak memiliki kepentingan industri dan hanya digunakan dalam praktik laboratorium.

Metode elektrolisis terdiri dari melewatkan konstanta arus listrik melalui air, yang telah ditambahkan larutan natrium hidroksida NaOH untuk meningkatkan konduktivitas listriknya. Dalam hal ini, air terurai menjadi Oksigen dan Hidrogen. Oksigen terkumpul di dekat elektroda positif elektroliser, dan hidrogen terkumpul di dekat elektroda negatif. Dengan cara ini, Oksigen diproduksi sebagai produk sampingan dalam produksi hidrogen. Untuk memperoleh 2 m 3 hidrogen dan 1 m 3 oksigen, dibutuhkan listrik 12-15 kWh.

Pemisahan udara adalah metode utama memperoleh Oksigen dalam teknologi modern. Sangat sulit untuk memisahkan udara dalam keadaan gas normal, sehingga udara terlebih dahulu dicairkan dan kemudian dipisahkan menjadi bagian-bagian komponennya. Cara memperoleh Oksigen ini disebut pemisahan udara dengan menggunakan metode pendinginan dalam. Pertama, udara dikompresi oleh kompresor, kemudian setelah melewati penukar panas, udara mengembang di mesin expander atau katup throttle, akibatnya didinginkan hingga suhu 93 K (-180 ° C) dan berputar. ke udara cair. Pemisahan lebih lanjut udara cair, yang sebagian besar terdiri dari nitrogen cair dan oksigen cair, didasarkan pada perbedaan titik didih komponennya [T bap O 2 90,18 K (-182,9 ° C), t bap N 2 77,36 K (- 195,8° C)]. Dengan penguapan udara cair secara bertahap, nitrogen terutama diuapkan terlebih dahulu, dan sisa cairan semakin diperkaya dengan Oksigen. Dengan mengulangi proses serupa berkali-kali pada baki distilasi kolom pemisahan udara, diperoleh Oksigen cair dengan kemurnian (konsentrasi) yang diperlukan. Uni Soviet memproduksi pabrik pemisahan oksigen-udara berukuran kecil (beberapa liter) dan terbesar di dunia (35.000 m 3 /jam oksigen). Instalasi ini memproduksi Oksigen teknologi dengan konsentrasi 95-98,5%, Oksigen teknis dengan konsentrasi 99,2-99,9% dan Oksigen medis yang lebih murni, menghasilkan produk dalam bentuk cair dan gas. Konsumsi energi listrik berkisar antara 0,41 hingga 1,6 kW jam/m 3.

Oksigen juga dapat diperoleh dengan memisahkan udara dengan metode permeasi selektif (difusi) melalui partisi membran. Udara bertekanan tinggi dilewatkan melalui partisi fluoroplastik, kaca atau plastik, yang kisi strukturalnya mampu melewatkan molekul dari beberapa komponen dan menahan molekul lainnya.

Oksigen Gas disimpan dan diangkut dalam silinder dan penerima baja pada tekanan 15 dan 42 Mn/m2 (masing-masing 150 dan 420 bar, atau 150 dan 420 atm), Oksigen cair dalam bejana Dewar logam atau dalam tangki tangki khusus. Pipa khusus juga digunakan untuk mengangkut Oksigen cair dan gas. Tabung oksigen dicat biru dan ada tulisan “oksigen” berwarna hitam.

Penerapan Oksigen. Oksigen Teknis digunakan dalam proses pengolahan logam dengan api gas, dalam pengelasan, pemotongan oksigen, pengerasan permukaan, metalisasi dan lain-lain, serta dalam penerbangan, di kapal selam, dll. Oksigen Teknologi digunakan dalam industri kimia untuk produksi bahan bakar cair buatan, minyak pelumas, asam nitrat dan sulfat, metanol, pupuk amonia dan amonia, peroksida logam dan produk kimia lainnya. Oksigen Cair digunakan dalam operasi peledakan, mesin jet, dan praktik laboratorium sebagai pendingin.

Oksigen murni yang dibungkus dalam silinder digunakan untuk bernafas di ketinggian, di penerbangan luar angkasa, saat scuba diving dan lain-lain.Dalam pengobatan, Oksigen diberikan untuk inhalasi kepada pasien yang sakit parah, digunakan untuk persiapan mandi oksigen, air dan udara (dalam tenda oksigen), untuk pemberian intramuskular, dll.

Oksigen banyak digunakan dalam metalurgi untuk mengintensifkan sejumlah proses pirometalurgi. Penggantian sebagian atau seluruh udara yang memasuki unit metalurgi dengan oksigen mengubah kimia proses, parameter termal, serta indikator teknis dan ekonominya. Ledakan oksigen memungkinkan pengurangan kehilangan panas oleh gas buang, yang sebagian besar adalah nitrogen selama ledakan udara. Tanpa mengambil bagian penting dalam proses kimia, nitrogen memperlambat jalannya reaksi, mengurangi konsentrasi reagen aktif di lingkungan redoks. Ketika dibersihkan dengan Oksigen, konsumsi bahan bakar berkurang, kualitas logam meningkat, di unit metalurgi dimungkinkan untuk memperoleh jenis produk baru (misalnya, terak dan gas dengan komposisi yang tidak biasa untuk proses tertentu, yang memerlukan teknis khusus aplikasi), dll.

Eksperimen pertama penggunaan ledakan yang diperkaya oksigen dalam produksi tanur tinggi untuk peleburan besi kasar dan ferromangan dilakukan secara bersamaan di Uni Soviet dan Jerman pada tahun 1932-33. Peningkatan kandungan Oksigen dalam tanur sembur disertai dengan penurunan besar dalam konsumsi tanur sembur, sementara kandungan karbon monoksida dalam gas tanur sembur meningkat dan panas pembakarannya meningkat. Memperkaya ledakan dengan Oksigen memungkinkan peningkatan produktivitas tanur sembur, dan jika dikombinasikan dengan bahan bakar gas dan cair yang disuplai ke perapian, hal ini akan mengurangi konsumsi kokas. Dalam hal ini, untuk setiap tambahan persentase Oksigen dalam ledakan, produktivitas meningkat sekitar 2,5%, dan konsumsi kokas menurun sebesar 1%.

Oksigen dalam produksi perapian terbuka di Uni Soviet pertama kali digunakan untuk mengintensifkan pembakaran bahan bakar (dalam skala industri, oksigen pertama kali digunakan untuk tujuan ini di pabrik Serp dan Molot dan Krasnoye Sormovo pada tahun 1932-33). Pada tahun 1933, mereka mulai menyuntikkan Oksigen langsung ke dalam penangas cairan untuk mengoksidasi kotoran selama periode penyelesaian. Dengan peningkatan intensitas hembusan lelehan sebesar 1 m 3 /t per 1 jam, produktivitas tungku meningkat 5-10%, dan konsumsi bahan bakar berkurang 4-5%. Namun, saat bertiup, kehilangan logam meningkat. Ketika konsumsi Oksigen mencapai 10 m 3 /t per 1 jam, hasil baja sedikit menurun (hingga 1%). Oksigen menjadi semakin umum dalam produksi perapian terbuka. Jadi, jika pada tahun 1965 52,1% baja dilebur menggunakan oksigen dalam tungku perapian terbuka, maka pada tahun 1970 sudah menjadi 71%.

Eksperimen penggunaan oksigen dalam tungku listrik di Uni Soviet dimulai pada tahun 1946 di pabrik Elektrostal. Pengenalan ledakan oksigen memungkinkan peningkatan produktivitas tungku sebesar 25-30%, mengurangi konsumsi energi spesifik sebesar 20-30%, meningkatkan kualitas baja, dan mengurangi konsumsi elektroda dan beberapa aditif paduan yang langka. Pasokan Oksigen ke tungku listrik ternyata sangat efektif dalam produksi baja tahan karat dengan kandungan karbon rendah, yang peleburannya sangat sulit karena efek karburasi pada elektroda. Pangsa baja listrik yang diproduksi di Uni Soviet menggunakan oksigen terus meningkat dan pada tahun 1970 berjumlah 74,6% dari total produksi baja.

Dalam peleburan kubah, ledakan yang diperkaya oksigen digunakan terutama untuk pemanasan berlebih yang tinggi pada besi tuang, yang diperlukan dalam produksi coran berkualitas tinggi, khususnya paduan tinggi (silikon, kromium, dll.). Tergantung pada tingkat pengayaan oksigen dari ledakan kubah, konsumsi bahan bakar berkurang 30-50%, kandungan sulfur dalam logam berkurang 30-40%, produktivitas kubah meningkat 80-100% dan suhu besi cor yang dihasilkan darinya meningkat secara signifikan (hingga 1500°C) .

Oksigen menyebar luas dalam metalurgi non-ferrous agak lambat dibandingkan metalurgi besi. Ledakan yang diperkaya oksigen digunakan dalam mengubah matte, dalam proses distilasi terak, Waeltzing, aglomerasi, dan peleburan reflektif konsentrat tembaga. Dalam produksi timbal, tembaga dan nikel, ledakan oksigen mengintensifkan proses peleburan poros, mengurangi konsumsi kokas sebesar 10-20%, meningkatkan penetrasi sebesar 15-20% dan mengurangi jumlah fluks dalam beberapa kasus sebanyak 2-3 kali lipat. Pengayaan ledakan udara dengan oksigen hingga 30% selama pemanggangan konsentrat seng sulfida meningkatkan produktivitas proses sebesar 70% dan mengurangi volume gas buang sebesar 30%.

§ 27. SIFAT KIMIA OKSIGEN. REAKSI KOMBINASI

Mempelajari paragraf ini akan membantu Anda:

· sebutkan komposisinya dan berikan contoh oksidanya;

· mengkarakterisasi sifat kimia oksigen;

· membuat persamaan reaksi yang melibatkan oksigen;

· membedakan antara reaksi dekomposisi dan reaksi majemuk;

Jelaskan inti dari reaksi majemuk

Tahukah Anda bahwa sifat kimia suatu zat adalah kemampuannya berinteraksi dengan zat lain. Interaksi diakhiri dengan pembentukan partikel struktural produk reaksi dari partikel struktural yang merupakan bagian dari reagen. Dengan partisipasi oksigen, proses serupa terjadi pada banyak zat sederhana dan kompleks. Hal ini memberi alasan untuk menyebut oksigen sebagai zat aktif.

INTERAKSI OKSIGEN DENGAN ZAT SEDERHANA.

1. Interaksi dengan karbon. Panaskan batu bara dalam nyala lampu alkohol dan tambahkan ke dalam labu berisi oksigen. Batubara terbakar dengan cepat tanpa membentuk jelaga atau asap (Gbr. 87, a), dan dinding labu menjadi panas. Tuangkan air jeruk nipis ke dalam labu, maka akan menjadi keruh. Dan ini membuktikan bahwa telah muncul karbon dioksida di dalam labu yang sebelumnya berisi oksigen.

Pelepasan cahaya dan panas menunjukkan telah terjadi pembakaran, yang merupakan fenomena kimia:

C + O 2 = CO 2 - karbon dioksida, atau karbon(IV) oksida (1)

2. Interaksi dengan hidrogen. Tempatkan korek api yang menyala pada tabung reaksi kering yang berisi hidrogen. Kita akan segera mendengar suara ledakan yang teredam. Ini karena hidrogen langsung bereaksi dengan oksigen - dengan ledakan. Munculnya tetesan air pada dinding tabung reaksi kering merupakan bukti yang meyakinkan terbentuknya zat ini:

2H 2 + O 2 = 2H 2 O - air, atau hidrogen oksida (2)

3. Interaksi dengan belerang. Isi sendok bahan bakar 1/3 dengan belerang, masukkan ke dalam nyala lampu alkohol dan aduk hingga belerang meleleh dan mulai terbakar. Setelah itu, tambahkan satu sendok ke dalam labu berisi oksigen. Belerang segera menyala dengan nyala api biru terang, labu diisi dengan belerang dioksida (Gbr. 87, b):

S + O 2 = SO 2 - sulfur dioksida, atau sulfur (IV) oksida (3)

Reaksi ini disertai dengan munculnya bau sulfur dioksida yang tajam dan spesifik.

4. Interaksi dengan magnesium. Mari kita bakar strip magnesium, dan strip tersebut akan segera terbakar dengan nyala api yang terang dan menyilaukan:

2Mg + O 2 = 2MgO magnesium oksida (4)

Tanda nyata dari reaksi kimia ini adalah munculnya cahaya.

5. Interaksi dengan zat besi. Mari kita coba, seperti magnesium, membakar jarum besi tipis. Kami tidak akan bisa melakukan ini di udara. Mari kita periksa apakah jarum dalam labu berisi oksigen terbakar. Untuk melakukan percobaan dengan aman, tutupi bagian bawah labu dengan lapisan pasir. Tempatkan jarum tipis yang bagian matanya terletak pada tongkat kayu dan cocokkan pada ujung jarum. Segera setelah menyalakan korek api, masukkan jarum secara perlahan ke dalam labu berisi oksigen. Setrika dengan cepat menyala, produk reaksi yang dihasilkan dengan percikan terang, mengingatkan pada kembang api Tahun Baru, tersebar ke dalamnya sisi yang berbeda(Gbr. 87, c). Jarum meninggalkan bola kecil yang meleleh di tempat pemasangannya. Dinding labu memanas. Fenomena kimia ini dinyatakan dengan persamaan reaksi berikut:

3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4 kerak besi (b)

Reaksi tersebut disertai dengan pelepasan cahaya dan panas.

6. Interaksi dengan tembaga. Pegang pelat tembaga di atas nyala lampu alkohol selama beberapa menit. Kita akan mengamati bagaimana warna hitam muncul alih-alih warna merah-tembaga:

2Cu + O 2 = 2CuO - tembaga(II) oksida (c)

Reaksi tersebut disertai dengan perubahan warna.

KONSEP OKSIDA. Dalam semua reaksi yang baru saja dipertimbangkan, senyawa biner unsur dengan Oksigen - oksida - terbentuk.

Apakah oksida merupakan zat sederhana atau kompleks? Jelaskan jawabanmu.

Beras. 87. Pembakaran batubara (a), belerang (6) dan besi (c) dalam oksigen

Anda telah mengetahui bahwa oksida adalah senyawa biner suatu unsur dengan Oksigen dan Anda telah mengetahui cara menentukan valensi suatu unsur kimia dalam suatu oksida. Anda dapat mengingatnya dengan mengacu pada paragraf 18.

Produk interaksi besi dengan oksigen adalah kerak besi Fe 3 O 4 - senyawa biner khusus Oksigen. Ini terbentuk dari dua oksida - FeO dan Fe 2 O 3.

Tentukan rumus kedua oksida. di yang mana elemen logam Ferum bersifat bivalen, dan dalam beberapa kasus bersifat trivalen.

REAKSI KOMBINASI. Dalam masing-masing dari enam contoh yang dipertimbangkan, kesamaannya adalah bahwa satu zat terbentuk dari dua zat. Reaksi seperti ini disebut sebagai reaksi gabungan.

Reaksi yang menghasilkan terbentuknya satu zat dari dua zat atau lebih disebut reaksi senyawa.

Agar setelah melihat contoh-contoh tersebut anda tidak mendapat kesan bahwa hanya zat sederhana yang dapat digabungkan, kami akan memberikan contoh persamaan reaksi penggabungan zat kompleks dan zat sederhana; dua zat kompleks:

2CO + O 2 = 2CO 2 (7)

Na 2 O + SO 3 = Na 3 SO 4 - natrium sulfat (8)

Seperti yang bisa kita lihat, hal utama dalam reaksi kombinasi adalah terbentuknya satu produk reaksi, dan reagennya dapat berupa zat kompleks dan sederhana, tetapi pastinya harus ada dua atau lebih zat tersebut.

Mari kita rangkum apa yang kita pelajari:

INTERAKSI OKSIGEN DENGAN ZAT KOMPLEKS. Interaksi dengan metana. Setiap kali orang menyalakan kompor gas, mereka melakukan reaksi kimia antara metana CH4 (komponen utama gas alam) dan oksigen:

Fenomena kimia ini disertai dua hal fenomena fisik cahaya dan panas. Selama alirannya, kandungan oksigen di dapur berkurang, dan sebaliknya karbon dioksida meningkat. Oleh karena itu, mereka yang memberi ventilasi pada dapur, membiarkan jendela tetap terbuka, dan memasang tudung listrik melakukan hal yang benar.

Interaksi oksigen dengan hidrogen sulfida H 2 S. Hidrogen sulfida, atau hidrogen sulfida, juga terbakar dalam oksigen. Jika terdapat cukup oksigen, reaksinya disertai dengan pembentukan sulfur dioksida dan air, yang sudah Anda ketahui:

2H 2 S + 3O 2 = 2 JADI 2 + 2H 2 O (10)

Oksidasi sempurna glukosa C 6 H 12 O 6. Fakta bahwa seseorang dapat hidup tidak lebih dari 5-7 menit tanpa bernapas menunjukkan betapa pentingnya oksigen bagi tubuh. Pernahkah Anda memikirkan tentang fungsi oksigen dalam tubuh kita? Bagaimanapun, asupan hariannya tidak terlalu kecil - sekitar 700 g.

Para ilmuwan telah mempelajari bahwa banyak reaksi terjadi di dalam tubuh yang melibatkan oksigen. Secara khusus, glukosa, yang masuk ke tubuh manusia melalui makanan, juga bereaksi dengan oksigen. Interaksi terjadi dengan adanya enzim (katalis) dan diakhiri dengan pembentukan karbon dioksida dan air. Hal ini dapat dinyatakan dengan persamaan reaksi keseluruhan berikut:

C 6 H 12 O 6 + 6O 2 = 6CO 2 + 6H 2 O (11)

Dalam semua contoh yang dipertimbangkan, terlepas dari apakah zat sederhana atau kompleks berinteraksi dengan oksigen, oksida dari unsur-unsur yang merupakan bagian dari reagen akan terbentuk. Namun, dengan interaksi yang tidak lengkap suatu zat kompleks dengan oksigen, zat sederhana juga dapat terbentuk. Misalnya interaksi oksigen dengan hidrogen sulfida H2S yang dibahas di atas dapat terjadi dengan pembentukan belerang dan air jika terjadi kekurangan oksigen:

2H 2 S + O 2 = 2S + 2H 2 O (12)

Oksigen milik zat aktif. Ia mudah berinteraksi dengan zat sederhana dan kompleks. Produk dari reaksi ini adalah oksida.

Celengan terpelajar

Di awal paragraf dikatakan bahwa sebagian besar zat sederhana berinteraksi dengan oksigen. Contoh logam yang tidak termasuk mayoritas ini adalah emas Au, platina Pt sehingga disebut logam mulia. Di antara nonlogam, helium He, neon Ne, argon Ar, kripton Kr, xenon Xe, dan radon Rn menunjukkan “ketidakpedulian” atau kelembaman terhadap oksigen. Oleh karena itu, zat gas ini secara kolektif disebut gas inert.

Ilmu pengetahuan telah lama percaya bahwa gas inert tidak berinteraksi dengan zat apa pun. Namun, selama setengah abad terakhir, beberapa senyawanya, termasuk dengan Oksigen, dapat diperoleh, meskipun tidak melalui reaksi penggabungan gas inert dengan oksigen, tetapi dengan metode lain.

1. Oksida terdiri dari apa? Berikan contoh oksida.

2. Mendeskripsikan sifat kimia oksigen.

3. Reaksi apa yang disebut reaksi majemuk? Berikan contoh.

4. Apa perbedaan antara reaksi kimia dekomposisi dan koneksi?

5. Tuliskan dari teks paragraf rumus dan nama zat yang baru Anda ketahui.

6. Dengan menggunakan rumus oksida yang tersedia dalam teks paragraf, tentukan mana yang terkecil dan mana yang terbesar fraksi massa Oksigen.

7. Dengan menggunakan diagram di bawah, tuliskan persamaan reaksinya:

a) Ba + O 2 -> BaO

b) PbS + O 2 -> PbO + SO 2

c) Cu + O 2 -> CuO

d) HgS + O 2 -> Hg + SO 2

8. Tuliskan persamaan reaksi oksigen dengan: