تقرير عن موضوع الأكسجين. الخواص الكيميائية والفيزيائية وتطبيق وإنتاج الأكسجين

الأكسجين هو عنصر كيميائي من المجموعة السادسة من الجدول الدوري لمندليف، وهو العنصر الأكثر شيوعاً في القشرة الأرضية (47% من كتلتها). الأكسجين عنصر حيوي في جميع الكائنات الحية تقريبًا. اقرأ المزيد عن وظائف واستخدامات الأكسجين في هذه المقالة.

معلومات عامة

الأكسجين هو غاز عديم اللون والطعم والرائحة، وهو قليل الذوبان في الماء. وهو جزء من الماء والمعادن والصخور. يتكون الأكسجين الحر من خلال عمليات التمثيل الضوئي. يلعب الأكسجين الدور الأكثر أهمية في حياة الإنسان. بادئ ذي بدء، الأكسجين ضروري لتنفس الكائنات الحية. كما أنه يشارك في عمليات تحلل الحيوانات والنباتات الميتة.

يحتوي الهواء على حوالي 20.95% من الأكسجين من حيث الحجم. يحتوي الغلاف المائي على ما يقرب من 86٪ من الأكسجين بالكتلة.

تم الحصول على الأكسجين في وقت واحد من قبل عالمين، لكنهم فعلوا ذلك بشكل مستقل عن بعضهم البعض. حصل السويدي ك. شيلي على الأكسجين عن طريق تكليس الملح الصخري ومواد أخرى، وحصل الإنجليزي ج. بريستلي على الأكسجين عن طريق تسخين أكسيد الزئبق.

أرز. 1. الحصول على الأكسجين من أكسيد الزئبق

استخدام الأكسجين في الصناعة

مجالات تطبيق الأكسجين واسعة.

في علم المعادن، من الضروري إنتاج الفولاذ، الذي يتم الحصول عليه من الخردة المعدنية والحديد الزهر. في العديد من الوحدات المعدنية، يتم استخدام الهواء الغني بالأكسجين لتحسين احتراق الوقود.

وفي الطيران، يستخدم الأكسجين كمؤكسد للوقود في محركات الصواريخ. وهو ضروري أيضًا للرحلات الجوية إلى الفضاء وفي الظروف التي لا يوجد فيها جو.

وفي مجال الهندسة الميكانيكية، يعتبر الأكسجين مهمًا جدًا في قطع ولحام المعادن. لإذابة المعدن تحتاج إلى موقد خاص يتكون من أنابيب معدنية. يتم إدخال هذين الأنبوبين في بعضهما البعض. تمتلئ المساحة الحرة بينهما بالأسيتيلين ويتم إشعالها. في هذا الوقت، يتم إطلاق الأكسجين من خلال الأنبوب الداخلي. يتم توفير كل من الأكسجين والأسيتيلين من أسطوانة مضغوطة. يتكون لهب تصل درجة حرارته إلى 2000 درجة. تقريبا أي معدن يذوب عند درجة الحرارة هذه.

أرز. 2. شعلة الأسيتيلين

يعد استخدام الأكسجين في صناعة اللب والورق أمرًا مهمًا للغاية. يتم استخدامه لتبييض الورق، للكحول، ولغسل المكونات الزائدة من السليلوز (إزالة اللجنين).

في الصناعة الكيميائية، يستخدم الأكسجين ككاشف.

هناك حاجة إلى الأكسجين السائل لصنع المتفجرات. يتم إنتاج الأكسجين السائل عن طريق تسييل الهواء ثم فصل الأكسجين عن النيتروجين.

استخدام الأكسجين في الطبيعة وحياة الإنسان

يلعب الأكسجين الدور الأكثر أهمية في حياة الإنسان والحيوان. يوجد الأكسجين الحر على كوكبنا بفضل عملية التمثيل الضوئي. التمثيل الضوئي هو عملية تكوين المادة العضوية في الضوء بمساعدة ثاني أكسيد الكربون والماء. ونتيجة لهذه العملية يتم إنتاج الأكسجين الضروري لحياة الحيوانات والإنسان. تستهلك الحيوانات والبشر الأكسجين باستمرار، لكن النباتات تستهلك الأكسجين فقط في الليل وتنتجه أثناء النهار.

استخدام الأكسجين في الطب

يستخدم الأكسجين أيضًا في الطب. استخدامه مهم بشكل خاص لصعوبة التنفس أثناء بعض الأمراض. يتم استخدامه لإثراء الشعب الهوائية في مرض السل الرئوي، ويستخدم أيضًا في معدات التخدير. يستخدم الأكسجين في الطب لعلاج الربو القصبي وأمراض الجهاز الهضمي. لهذه الأغراض، يتم استخدام كوكتيلات الأكسجين.

تعتبر وسائد الأكسجين ذات أهمية كبيرة أيضًا - وهي عبارة عن حاوية مطاطية مملوءة بالأكسجين. يتم استخدامه للاستخدام الفردي للأكسجين الطبي.

أربعة عناصر "الكالكوجين" (أي "ولادة النحاس") تقود المجموعة الفرعية الرئيسية للمجموعة السادسة (حسب التصنيف الجديد - المجموعة السادسة عشرة) من النظام الدوري. بالإضافة إلى الكبريت والتيلوريوم والسيلينيوم، فإنها تشمل أيضا الأكسجين. دعونا نلقي نظرة فاحصة على خصائص هذا العنصر، الأكثر شيوعا على الأرض، وكذلك استخدام وإنتاج الأكسجين.

انتشار العنصر

في شكل ملزم، يتم تضمين الأكسجين في التركيب الكيميائي للمياه - تبلغ نسبته حوالي 89٪، وكذلك في تكوين خلايا جميع الكائنات الحية - النباتات والحيوانات.

يوجد الأكسجين في الهواء في حالة حرة على شكل O2، ويحتل خمس تركيبته، وعلى شكل أوزون - O3.

الخصائص الفيزيائية

الأكسجين O2 هو غاز عديم اللون والطعم والرائحة. قابل للذوبان قليلا في الماء. درجة غليانه هي 183 درجة تحت الصفر المئوي. في الحالة السائلة، يكون الأكسجين أزرق اللون، وفي الحالة الصلبة يشكل بلورات زرقاء. درجة انصهار بلورات الأكسجين هي 218.7 درجة تحت الصفر المئوي.

الخواص الكيميائية

عند تسخينه، يتفاعل هذا العنصر مع العديد من المواد البسيطة، سواء المعادن أو غير المعادن، وتشكيل ما يسمى بأكاسيد - مركبات العناصر مع الأكسجين. والتي تدخل فيها العناصر مع الأكسجين تسمى الأكسدة.

على سبيل المثال،

4Na + O2= 2Na2O

2. من خلال تحلل بيروكسيد الهيدروجين عند تسخينه في وجود أكسيد المنغنيز الذي يعمل كمحفز.

3. من خلال تحلل برمنجنات البوتاسيوم.

يتم إنتاج الأكسجين في الصناعة بالطرق التالية:

1. للأغراض الفنية يتم الحصول على الأكسجين من الهواء الذي يبلغ محتواه المعتاد حوالي 20٪ أي. الجزء الخامس. وللقيام بذلك، يتم حرق الهواء أولاً، لإنتاج خليط يحتوي على حوالي 54% أكسجين سائل، و44% نيتروجين سائل، و2% أرجون سائل. يتم بعد ذلك فصل هذه الغازات باستخدام عملية التقطير، باستخدام النطاق الصغير نسبيًا بين نقطتي غليان الأكسجين السائل والنيتروجين السائل - ناقص 183 وناقص 198.5 درجة، على التوالي. اتضح أن النيتروجين يتبخر قبل الأكسجين.

تضمن المعدات الحديثة إنتاج الأكسجين بأي درجة من النقاء. يستخدم النيتروجين، الذي يتم الحصول عليه عن طريق فصل الهواء السائل، كمادة خام في تركيب مشتقاته.

2. ينتج أيضًا أكسجينًا نقيًا جدًا. وقد أصبحت هذه الطريقة منتشرة على نطاق واسع في البلدان ذات الموارد الغنية والكهرباء الرخيصة.

تطبيق الأكسجين

الأكسجين هو العنصر الأكثر أهمية في حياة كوكبنا بأكمله. يتم استهلاك هذا الغاز الموجود في الغلاف الجوي من قبل الحيوانات والبشر.

يعد الحصول على الأكسجين أمرًا مهمًا للغاية في مجالات النشاط البشري مثل الطب واللحام وقطع المعادن والتفجير والطيران (للتنفس البشري وتشغيل المحرك) وعلم المعادن.

في عملية النشاط الاقتصادي البشري، يتم استهلاك الأكسجين بكميات كبيرة - على سبيل المثال، عند حرق أنواع مختلفة من الوقود: الغاز الطبيعي والميثان والفحم والخشب. وفي كل هذه العمليات يتكون، وفي الوقت نفسه وفرت الطبيعة عملية الارتباط الطبيعي لهذا المركب عن طريق عملية التمثيل الضوئي، والتي تتم في النباتات الخضراء تحت تأثير أشعة الشمس. ونتيجة لهذه العملية يتكون الجلوكوز الذي يستخدمه النبات بعد ذلك في بناء أنسجته.

بدأ الاستخدام الصناعي للأكسجين على نطاق واسع في منتصف القرن العشرين، بعد اختراع الموسعات التوربينية - أجهزة التسييل والفصل.
استخدام الأكسجين متنوع للغاية ويعتمد على خصائصه الكيميائية.
الصناعة الكيميائية والبتروكيماوية.
يستخدم الأكسجين لأكسدة المواد المتفاعلة البادئة، وإنتاج حمض النيتريك، وأكسيد الإيثيلين، وأكسيد البروبيلين، وكلوريد الفينيل والمركبات الأساسية الأخرى. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدامه لزيادة إنتاجية محارق النفايات.
صناعة النفط والغاز.
زيادة إنتاجية عمليات تكسير النفط ومعالجة المركبات عالية الأوكتان وحقنها في المكمن لزيادة طاقة الإزاحة.
صناعة المعادن والتعدين.
يستخدم الأكسجين في إنتاج الصلب المحول، وتفجير الأكسجين في الأفران العالية، واستخراج الذهب من الخامات، وإنتاج السبائك الحديدية، وصهر النيكل والزنك والرصاص والزركونيوم والمعادن غير الحديدية الأخرى، والاختزال المباشر للحديد، وتجريد الألواح بالنار في المسابك، حفر النار للصخور الصلبة.
لحام وقطع المعادن.
يستخدم الأكسجين الموجود في الأسطوانات على نطاق واسع لقطع المعادن ولحامها بالشعلة، ولقطع المعادن بالبلازما عالي الدقة.
المعدات العسكرية.
في غرف الضغط العالي، لتشغيل محركات الديزل تحت الماء، يتم استخدام الوقود لمحركات الصواريخ.
صناعة الزجاج .
تستخدم أفران صهر الزجاج الأكسجين لتحسين عملية الاحتراق. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدامه لتقليل انبعاثات أكسيد النيتروجين إلى مستويات آمنة.
صناعة اللب والورق.
يستخدم الأكسجين في إزالة اللجنين والكحول وغيرها من العمليات.
الدواء.
في غرف الأكسجين، إعادة تعبئة مولدات الأكسجين (أقنعة الأكسجين، الوسائد، إلخ)، في غرف ذات مناخ محلي خاص، صنع كوكتيلات الأكسجين،
عند زراعة الكائنات الحية الدقيقة على البارافينات البترولية.

أمان

يمنع التدخين أو استخدام اللهب المكشوف بالقرب من عمل الأكسجين. يجب على الأشخاص غير المصرح لهم عدم دخول المناطق التي تحتوي على تركيزات عالية من الأكسجين في الهواء. بعد العمل في غرفة ذات تركيز عالٍ من الأكسجين في الهواء، من الضروري تهوية الملابس جيدًا.
يجب أن تكون الأدوات والملابس خالية من الزيوت والشحوم. يجب ألا يتلامس أي مكون يستخدم مع الأكسجين مع الزيت أو الشحوم.
عند العمل مع السائل الأكسجيناستخدم القفازات المناسبة ونظارات السلامة وأحذية السلامة وحماية الجسم.
مكافحة الحريق. نظرًا لأن الأكسجين يعزز الاحتراق بقوة، فإن إغلاق صمام مصدر الأكسجين بسرعة يمكن أن يقلل من شدة الحريق. إذا أمكن، قم بإزالة الأسطوانات إلى مكان آمن. لتجنب الانفجارات، حماية الاسطوانات من الحرارة.

يخطط:

تاريخ الاكتشاف

أصل الاسم

التواجد في الطبيعة

إيصال

الخصائص الفيزيائية

الخواص الكيميائية

طلب

10. النظائر

الأكسجين

الأكسجين- عنصر المجموعة السادسة عشرة (حسب التصنيف القديم - المجموعة الفرعية الرئيسية للمجموعة السادسة)، الفترة الثانية من النظام الدوري للعناصر الكيميائية لـ D. I. Mendeleev، برقم ذري 8. يُشار إليه بالرمز O (lat. Oxygenium) . الأكسجين هو عنصر غير معدني نشط كيميائيا وهو أخف عنصر في مجموعة الكالكوجينات. مادة بسيطة الأكسجين(رقم CAS: 7782-44-7) في الظروف العادية هو غاز عديم اللون والطعم والرائحة، يتكون جزيءه من ذرتي أكسجين (الصيغة O 2)، ولذلك يسمى أيضاً ثنائي الأكسجين.الأكسجين السائل له ضوء اللون الأزرق، والبلورات الصلبة ذات لون أزرق فاتح.

هناك أشكال أخرى متآصلة للأكسجين، على سبيل المثال الأوزون (رقم CAS: 10028-15-6) - في الظروف العادية، غاز أزرق ذو رائحة معينة، يتكون جزيءه من ثلاث ذرات أكسجين (الصيغة O 3).

تاريخ الاكتشاف

يُعتقد رسميًا أن الكيميائي الإنجليزي جوزيف بريستلي اكتشف الأكسجين في الأول من أغسطس عام 1774 عن طريق تحلل أكسيد الزئبق في وعاء مغلق بإحكام (وجه بريستلي ضوء الشمس إلى هذا المركب باستخدام عدسة قوية).

ومع ذلك، لم يدرك بريستلي في البداية أنه اكتشف مادة بسيطة جديدة، فقد اعتقد أنه عزل أحد الأجزاء المكونة للهواء (وأطلق على هذا الغاز اسم "الهواء المزيل للديفلوجيستيك"). أبلغ بريستلي اكتشافه للكيميائي الفرنسي المتميز أنطوان لافوازييه. في عام 1775، أثبت أ. لافوازييه أن الأكسجين هو أحد مكونات الهواء والأحماض ويوجد في العديد من المواد.

قبل بضع سنوات (في عام 1771)، تم الحصول على الأكسجين من قبل الكيميائي السويدي كارل شيل. قام بتكليس الملح الصخري بحمض الكبريتيك ثم قام بتحليل أكسيد النيتريك الناتج. أطلق شيلي على هذا الغاز اسم "هواء النار" ووصف اكتشافه في كتاب نُشر عام 1777 (على وجه التحديد لأن الكتاب نُشر بعد إعلان بريستلي عن اكتشافه، ويعتبر الأخير مكتشف الأكسجين). كما أبلغ شيلي تجربته إلى لافوازييه.

إحدى الخطوات المهمة التي ساهمت في اكتشاف الأكسجين كانت عمل الكيميائي الفرنسي بيير باين، الذي نشر أعمالاً عن أكسدة الزئبق والتحلل اللاحق لأكسيده.

أخيرًا، اكتشف أ. لافوازييه أخيرًا طبيعة الغاز الناتج، باستخدام معلومات من بريستلي وشيلي. كان لعمله أهمية كبيرة لأنه بفضله تم الإطاحة بنظرية الفلوجستون التي كانت سائدة في ذلك الوقت وأعاقت تطور الكيمياء. أجرى لافوازييه تجارب على احتراق مواد مختلفة ودحض نظرية الفلوجستون، ونشر نتائج عن وزن العناصر المحترقة. تجاوز وزن الرماد الوزن الأصلي للعنصر، مما أعطى لافوازييه الحق في الادعاء بأنه أثناء الاحتراق يحدث تفاعل كيميائي (أكسدة) للمادة، وبالتالي تزداد كتلة المادة الأصلية، وهو ما يدحض نظرية الفلوجيستون .

وهكذا، فإن الفضل في اكتشاف الأكسجين مشترك في الواقع بين بريستلي وشيل ولافوازييه.

أصل الاسم

كلمة الأكسجين (وتسمى أيضًا "المحلول الحمضي" في بداية القرن التاسع عشر) تدين بظهورها في اللغة الروسية إلى حد ما لـ M. V. Lomonosov ، الذي قدم كلمة "حمض" إلى جانب ألفاظ جديدة أخرى ؛ وبالتالي، فإن كلمة "الأكسجين"، بدورها، كانت عبارة عن تتبع لمصطلح "الأكسجين" (الأكسجين الفرنسي)، الذي اقترحه أ. لافوازييه (من اليونانية القديمة ὀξύς - "الحامض" و γεννάω - "الولادة")، وهو تُرجمت على أنها "حمض توليد" ، وهو ما يرتبط بمعناه الأصلي - "الحمض" ، والذي كان يعني سابقًا مواد تسمى الأكاسيد وفقًا للتسميات الدولية الحديثة.

التواجد في الطبيعة

الأكسجين هو العنصر الأكثر شيوعاً على الأرض، وتشكل حصته (في المركبات المختلفة، وخاصة السيليكات) حوالي 47.4% من كتلة القشرة الأرضية الصلبة. تحتوي مياه البحر والمياه العذبة على كمية كبيرة من الأكسجين المرتبط - 88.8% (من حيث الكتلة)، وفي الغلاف الجوي يبلغ محتوى الأكسجين الحر 20.95% من حيث الحجم و23.12% من حيث الكتلة. يحتوي أكثر من 1500 مركب في القشرة الأرضية على الأكسجين.

الأكسجين جزء من العديد من المواد العضوية وهو موجود في جميع الخلايا الحية. من حيث عدد الذرات في الخلايا الحية يبلغ حوالي 25٪ ومن حيث الكتلة - حوالي 65٪.

إيصال

حاليا، في الصناعة، يتم الحصول على الأكسجين من الهواء. الطريقة الصناعية الرئيسية لإنتاج الأكسجين هي التصحيح المبرد. كما أن مصانع الأكسجين التي تعمل على أساس تكنولوجيا الأغشية معروفة جيدًا وتستخدم بنجاح في الصناعة.

تستخدم المختبرات الأكسجين المنتج صناعيا، والذي يتم توفيره في أسطوانات فولاذية تحت ضغط يبلغ حوالي 15 ميجا باسكال.

يمكن الحصول على كميات صغيرة من الأكسجين عن طريق تسخين برمنجنات البوتاسيوم KMnO 4:

يستخدم أيضًا تفاعل التحلل التحفيزي لبيروكسيد الهيدروجين H2O2 في وجود أكسيد المنغنيز (IV):

يمكن الحصول على الأكسجين عن طريق التحلل الحفزي لكلورات البوتاسيوم (ملح بيرثوليت) KClO 3:

تشمل الطرق المختبرية لإنتاج الأكسجين طريقة التحليل الكهربائي للمحاليل المائية للقلويات، وكذلك تحلل أكسيد الزئبق الثنائي (عند درجة حرارة t = 100 درجة مئوية):

يتم الحصول عليه في الغواصات عادةً عن طريق تفاعل بيروكسيد الصوديوم وثاني أكسيد الكربون الذي يزفره الإنسان:

الخصائص الفيزيائية

وفي محيطات العالم يكون محتوى الأكسجين المذاب أكبر في الماء البارد وأقل في الماء الدافئ.

في الظروف العادية، يكون الأكسجين غازًا بدون لون أو طعم أو رائحة.

كتلة 1 لتر منه 1.429 جرام، وهو أثقل قليلاً من الهواء. قابل للذوبان قليلاً في الماء (4.9 مل/100 جم عند 0 درجة مئوية، 2.09 مل/100 جم عند 50 درجة مئوية) والكحول (2.78 مل/100 جم عند 25 درجة مئوية). يذوب جيدًا في الفضة المنصهرة (22 مجلدًا من O 2 في 1 حجم Ag عند 961 درجة مئوية). المسافة بين الذرية - 0.12074 نانومتر. غير مغناطيسي.

عندما يتم تسخين الأكسجين الغازي، يحدث تفككه العكسي إلى ذرات: عند 2000 درجة مئوية - 0.03%، عند 2600 درجة مئوية - 1%، 4000 درجة مئوية - 59%، 6000 درجة مئوية - 99.5%.

الأكسجين السائل (نقطة الغليان -182.98 درجة مئوية) هو سائل أزرق شاحب.

مخطط المرحلة O2

الأكسجين الصلب (نقطة الانصهار -218.35 درجة مئوية) - بلورات زرقاء. هناك 6 مراحل بلورية معروفة، ثلاثة منها توجد عند ضغط 1 ATM:

α-O 2 - يوجد عند درجات حرارة أقل من 23.65 كلفن؛ تنتمي البلورات الزرقاء الساطعة إلى النظام أحادي الميل، ومعلمات الخلية a=5.403 Å، b=3.429 Å، c=5.086 Å؛ β = 132.53 درجة.

β-O 2 - موجود في نطاق درجات الحرارة من 23.65 إلى 43.65 كلفن؛ تحتوي البلورات الزرقاء الشاحبة (مع زيادة الضغط، يتحول اللون إلى اللون الوردي) على شبكة معينة السطوح، ومعلمات الخلية a=4.21 Å، α=46.25°.

γ-O 2 - موجود عند درجات حرارة تتراوح من 43.65 إلى 54.21 كلفن؛ البلورات الزرقاء الشاحبة لها تماثل مكعب، معلمة الشبكة a=6.83 Å.

تتشكل ثلاث مراحل أخرى عند الضغوط العالية:

δ-O 2 نطاق درجة الحرارة 20-240 كلفن والضغط 6-8 جيجا باسكال، بلورات برتقالية؛

ε-O 4 ضغط من 10 إلى 96 جيجا باسكال، لون كريستالي من الأحمر الداكن إلى الأسود، نظام أحادي الميل؛

ζ-O n ضغط أكثر من 96 جيجا باسكال، وهي حالة معدنية ذات بريق معدني مميز، عند درجات حرارة منخفضة تتحول إلى حالة فائقة التوصيل.

الخواص الكيميائية

وهو عامل مؤكسد قوي، ويتفاعل مع جميع العناصر تقريبًا، مكونًا الأكاسيد. حالة الأكسدة −2. كقاعدة عامة، يستمر تفاعل الأكسدة مع إطلاق الحرارة ويتسارع مع زيادة درجة الحرارة (انظر الاحتراق). مثال على التفاعلات التي تحدث في درجة حرارة الغرفة:

أكسدة المركبات التي تحتوي على عناصر أقل من حالة الأكسدة القصوى:

أكسدة معظم المركبات العضوية:

في ظل ظروف معينة، من الممكن إجراء أكسدة خفيفة لمركب عضوي:

يتفاعل الأكسجين مباشرة (في الظروف العادية، مع التسخين و/أو في وجود المواد الحفازة) مع جميع المواد البسيطة باستثناء Au والغازات الخاملة (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn); تحدث التفاعلات مع الهالوجينات تحت تأثير التفريغ الكهربائي أو الأشعة فوق البنفسجية. تم الحصول على أكاسيد الذهب والغازات الخاملة الثقيلة (Xe، Rn) بشكل غير مباشر. في جميع المركبات المكونة من عنصرين للأكسجين مع عناصر أخرى، يلعب الأكسجين دور عامل مؤكسد، باستثناء المركبات التي تحتوي على الفلور

يشكل الأكسجين بيروكسيدات مع حالة أكسدة ذرة الأكسجين تساوي رسميًا −1.

على سبيل المثال، يتم إنتاج البيروكسيدات عن طريق احتراق الفلزات القلوية في الأكسجين:

بعض الأكاسيد تمتص الأكسجين:

وفقًا لنظرية الاحتراق التي طورها A. N. Bach وK. O. Engler، تحدث الأكسدة على مرحلتين مع تكوين مركب بيروكسيد وسيط. يمكن عزل هذا المركب الوسيط، على سبيل المثال، عند تبريد لهب الهيدروجين المحترق بالثلج، يتكون بيروكسيد الهيدروجين مع الماء:

في الأكاسيد الفائقة، يكون للأكسجين رسميًا حالة أكسدة تبلغ −½، أي إلكترون واحد لكل ذرتين أكسجين (O − 2 أيون). يتم الحصول عليه عن طريق تفاعل البيروكسيدات مع الأكسجين عند ضغط ودرجة حرارة مرتفعين:

يتفاعل البوتاسيوم K والروبيديوم Rb والسيزيوم Cs مع الأكسجين لتكوين أكاسيد فائقة:

في أيون ثنائي الأكسجينيل O 2 +، يكون للأكسجين رسميًا حالة أكسدة قدرها +½. تم الحصول عليها عن طريق رد الفعل:

فلوريد الأكسجين

يتم تحضير ثنائي فلوريد الأكسجين، OF 2 حالة أكسدة الأكسجين +2، عن طريق تمرير الفلور عبر محلول قلوي:

أحادي فلوريد الأكسجين (ثنائي أكسيد ثنائي فلوريد) ، O 2 F 2 ، غير مستقر ، وحالة أكسدة الأكسجين هي +1. تم الحصول عليه من خليط من الفلور والأكسجين في تفريغ متوهج عند درجة حرارة -196 درجة مئوية:

عن طريق تمرير تفريغ توهج من خلال خليط من الفلور والأكسجين عند ضغط ودرجة حرارة معينة، يتم الحصول على مخاليط من فلوريد الأكسجين الأعلى O 3 F 2، O 4 F 2، O 5 F 2 و O 6 F 2.

تتنبأ حسابات ميكانيكا الكم بالوجود المستقر لأيون ثلاثي فلورو هيدروكسونيوم OF 3+. إذا كان هذا الأيون موجودا بالفعل، فإن حالة أكسدة الأكسجين فيه ستكون مساوية لـ +4.

يدعم الأكسجين عمليات التنفس والاحتراق والتحلل.

في شكله الحر، يوجد العنصر في تعديلين متآصلين: O 2 و O 3 (الأوزون). كما أنشأها بيير كوري وماري سكودوفسكا كوري في عام 1899، تحت تأثير الإشعاع المؤين O 2 يتحول إلى O 3 .

طلب

بدأ الاستخدام الصناعي للأكسجين على نطاق واسع في منتصف القرن العشرين، بعد اختراع الموسعات التوربينية - وهي أجهزة لتسييل وفصل الهواء السائل.

فيعلم المعادن

تتضمن طريقة التحويل لإنتاج الفولاذ أو المعالجة غير اللامعة استخدام الأكسجين. في العديد من الوحدات المعدنية، من أجل احتراق الوقود بشكل أكثر كفاءة، يتم استخدام خليط الأكسجين والهواء بدلا من الهواء في الشعلات.

لحام وقطع المعادن

يستخدم الأكسجين الموجود في الأسطوانات الزرقاء على نطاق واسع في قطع المعادن ولحامها باللهب.

وقود الصواريخ

ويستخدم الأكسجين السائل وبيروكسيد الهيدروجين وحمض النيتريك وغيرها من المركبات الغنية بالأكسجين كمؤكسدات لوقود الصواريخ. يعد خليط الأكسجين السائل والأوزون السائل أحد أقوى المؤكسدات لوقود الصواريخ (يتجاوز النبض النوعي لخليط الهيدروجين والأوزون النبض المحدد لأزواج الهيدروجين والفلور وفلوريد الهيدروجين والأكسجين).

فيالدواء

يتم تخزين الأكسجين الطبي في أسطوانات غاز معدنية عالية الضغط (للغازات المضغوطة أو المسالة) ذات لون أزرق بسعات مختلفة من 1.2 إلى 10.0 لتر تحت ضغط يصل إلى 15 ميجا باسكال (150 ضغط جوي) ويستخدم لإثراء مخاليط الغازات التنفسية في أجهزة التخدير ، عند اضطرابات التنفس، لتخفيف نوبة الربو القصبي، للقضاء على نقص الأكسجة من أي أصل، لمرض تخفيف الضغط، لعلاج أمراض الجهاز الهضمي في شكل كوكتيلات الأكسجين. للاستخدام الفردي، يتم تعبئة حاويات مطاطية خاصة - وسائد الأكسجين - من اسطوانات بالأكسجين الطبي. تُستخدم أجهزة استنشاق الأكسجين بمختلف النماذج والتعديلات لتزويد الأكسجين أو خليط الأكسجين والهواء في وقت واحد لضحية واحدة أو اثنتين في الميدان أو في المستشفى. ميزة جهاز استنشاق الأكسجين هي وجود مكثف ومرطب لخليط الغاز الذي يستخدم رطوبة هواء الزفير. لحساب كمية الأكسجين المتبقية في الاسطوانة باللتر، عادة ما يتم ضرب الضغط في الاسطوانة في الأجواء (حسب مقياس ضغط المخفض) بسعة الاسطوانة باللتر. على سبيل المثال، في أسطوانة بسعة 2 لتر، يُظهر مقياس الضغط ضغط أكسجين يبلغ 100 ضغط جوي. حجم الأكسجين في هذه الحالة هو 100 × 2 = 200 لتر.

فيالصناعات الغذائية

في صناعة المواد الغذائية، يتم تسجيل الأكسجين كمادة مضافة للأغذية E948، كمادة دافعة وغاز التعبئة والتغليف.

فيالصناعة الكيميائية

في الصناعة الكيميائية، يستخدم الأكسجين كعامل مؤكسد في العديد من التوليفات، على سبيل المثال، أكسدة الهيدروكربونات إلى مركبات تحتوي على الأكسجين (الكحول، الألدهيدات، الأحماض)، والأمونيا إلى أكاسيد النيتروجين في إنتاج حمض النيتريك. نظرا لارتفاع درجات الحرارة التي تتطور أثناء الأكسدة، غالبا ما يتم تنفيذ الأخير في وضع الاحتراق.

فيزراعة

في الزراعة المحمية، لصنع كوكتيلات الأكسجين، لزيادة الوزن عند الحيوانات، لإثراء البيئة المائية بالأكسجين في تربية الأسماك.

الدور البيولوجي للأكسجين

إمدادات الأكسجين في حالات الطوارئ في ملجأ القنابل

تتنفس معظم الكائنات الحية (الكائنات الهوائية) الأكسجين من الهواء. يستخدم الأكسجين على نطاق واسع في الطب. في حالة أمراض القلب والأوعية الدموية، لتحسين عمليات التمثيل الغذائي، يتم حقن رغوة الأكسجين ("كوكتيل الأكسجين") في المعدة. يستخدم إعطاء الأكسجين تحت الجلد للقرح الغذائية وداء الفيل والغرغرينا وغيرها من الأمراض الخطيرة. يستخدم تخصيب الأوزون الاصطناعي لتطهير وإزالة الروائح الكريهة من الهواء وتنقية مياه الشرب. يستخدم نظير الأكسجين المشع 15O لدراسة سرعة تدفق الدم والتهوية الرئوية.

مشتقات الأكسجين السامة

بعض مشتقات الأكسجين (ما يسمى بأنواع الأكسجين التفاعلية)، مثل الأكسجين المفرد، وبيروكسيد الهيدروجين، والأكسيد الفائق، والأوزون وجذر الهيدروكسيل، شديدة السمية. يتم تشكيلها أثناء عملية التنشيط أو التخفيض الجزئي للأكسجين. يمكن أن يتشكل الأكسيد الفائق (جذر الأكسيد الفائق) وبيروكسيد الهيدروجين وجذر الهيدروكسيل في خلايا وأنسجة البشر والحيوانات ويسبب الإجهاد التأكسدي.

النظائر

للأكسجين ثلاثة نظائر مستقرة: 16O و17O و18O، ويبلغ متوسط ​​محتواها على التوالي 99.759% و0.037% و0.204% من إجمالي عدد ذرات الأكسجين على الأرض. ترجع الغلبة الحادة لأخفها، 16O، في خليط النظائر إلى حقيقة أن نواة ذرة 16O تتكون من 8 بروتونات و8 نيوترونات (نواة سحرية مزدوجة تحتوي على نيوترونات وبروتونات مملوءة). وهذه النوى، على النحو التالي من نظرية بنية النواة الذرية، مستقرة بشكل خاص.

ومن المعروف أيضًا النظائر المشعة للأكسجين ذات الأعداد الكتلية من 12O إلى 24O. جميع نظائر الأكسجين المشعة لها نصف عمر قصير، وأطولها عمرًا هو 15O مع نصف عمر يبلغ حوالي 120 ثانية. النظير الأقصر عمرًا 12O له نصف عمر يبلغ 5.8·10−22 ثانية.

سيخبرك التقرير حول موضوع "استخدامات الأكسجين"، الذي تم تلخيصه في هذه المقالة، عن مجالات الصناعة التي تحقق فيها هذه المادة غير المرئية فوائد لا تصدق.

رسالة حول استخدام الأكسجين

يعد الأكسجين جزءًا لا يتجزأ من حياة جميع الكائنات الحية والعمليات الكيميائية على هذا الكوكب. في هذه المقالة سوف نلقي نظرة على الاستخدامات الأكثر شيوعًا للأكسجين:

استخدام الأكسجين في الطب

في هذا المجال، من المهم للغاية: يتم استخدام العنصر الكيميائي لدعم حياة الأشخاص الذين يعانون من صعوبة في التنفس وعلاج بعض الأمراض. يشار إلى أنه عند الضغط الطبيعي لا يمكنك استنشاق الأكسجين النقي لفترة طويلة. وهذا ليس آمنا للصحة.

تطبيق الأكسجين في صناعة الزجاج

ويستخدم هذا العنصر الكيميائي في أفران صهر الزجاج كمكون يعمل على تحسين عملية الاحتراق فيها. وأيضًا، بفضل الأكسجين، تقلل الصناعة من انبعاثات أكسيد النيتروجين إلى مستوى آمن للحياة.

استخدام الأكسجين في صناعة اللب والورق

يستخدم هذا العنصر الكيميائي في الكحولية، وإزالة اللجنين وغيرها من العمليات، مثل:

1. ورق تبييض
2. تنظيف المصارف
3. تحضير مياه الشرب
4. تكثيف حرق محارق النفايات
5. إعادة تدوير الإطارات

تطبيق الأكسجين في الطيران

وبما أن الإنسان لا يستطيع التنفس خارج الغلاف الجوي بدون أكسجين، فإنه يحتاج إلى أن يأخذ معه مخزوناً من هذا العنصر المفيد. يستخدم الناس الأكسجين المنتج صناعيًا للتنفس في بيئة غريبة: في الطيران أثناء الرحلات الجوية، في المركبات الفضائية.

استخدام الأكسجين في الطبيعة

في الطبيعة، هناك دورة الأكسجين: خلال عملية التمثيل الضوئي، تقوم النباتات بتحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى مركبات عضوية في الضوء. تتميز هذه العملية بإطلاق الأكسجين. مثل البشر والحيوانات، تستهلك النباتات الأكسجين من الغلاف الجوي ليلاً. وتتحدد دورة الأكسجين في الطبيعة من خلال أن الإنسان والحيوان يستهلكان الأكسجين، وتقوم النباتات بإنتاجه أثناء النهار وتستهلكه ليلاً.

تطبيق الأكسجين في المعادن

تتطلب الصناعات الكيميائية والمعدنية الأكسجين النقي، وليس الأكسجين الجوي. تتلقى الشركات في جميع أنحاء العالم كل عام أكثر من 80 مليون طن من هذا العنصر الكيميائي. يتم استخدامه في عملية إنتاج الفولاذ من الخردة المعدنية والحديد الزهر.

ما هو استخدام الأكسجين في الهندسة الميكانيكية؟

في البناء والهندسة الميكانيكية يتم استخدامه لقطع ولحام المعادن. تتم هذه العمليات في درجات حرارة عالية.

استخدام الأكسجين في الحياة

في الحياة، يستخدم الإنسان الأكسجين في مجالات مختلفة، مثل:

1. تربية الأسماك في مزارع الأحواض الأرضية (المياه مشبعة بالأكسجين).
2. معالجة المياه أثناء إنتاج الغذاء.
3. تطهير مرافق التخزين وأماكن الإنتاج بالأكسجين.
4. تطوير كوكتيلات الأكسجين للحيوانات حتى تزيد وزنها.

استخدام الإنسان للأكسجين في الكهرباء

تستخدم المحطات الحرارية ومحطات الطاقة التي تعمل بالنفط أو الغاز الطبيعي أو الفحم الأكسجين لحرق الوقود. بدونها، لن تعمل جميع مصانع الإنتاج الصناعي.