گزارش در مورد موضوع اکسیژن. خواص شیمیایی و فیزیکی، کاربرد و تولید اکسیژن

اکسیژن یک عنصر شیمیایی از گروه VI جدول تناوبی مندلیف و رایج ترین عنصر در پوسته زمین (47٪ از جرم آن) است. اکسیژن یک عنصر حیاتی تقریباً در تمام موجودات زنده است. در این مقاله درباره عملکردها و کاربردهای اکسیژن بیشتر بخوانید.

اطلاعات کلی

اکسیژن گازی بی رنگ، بی مزه و بی بو است که در آب کمی حل می شود. بخشی از آب، مواد معدنی و سنگ است. اکسیژن آزاد از طریق فرآیندهای فتوسنتز تشکیل می شود. اکسیژن مهمترین نقش را در زندگی انسان ایفا می کند. اول از همه، اکسیژن برای تنفس موجودات زنده ضروری است. همچنین در فرآیندهای تجزیه حیوانات و گیاهان مرده شرکت می کند.

هوا حاوی حدود 20.95 درصد حجمی اکسیژن است. هیدروسفر حاوی تقریباً 86 درصد اکسیژن جرمی است.

اکسیژن به طور همزمان توسط دو دانشمند به دست آمد، اما آنها این کار را مستقل از یکدیگر انجام دادند. K. Scheele سوئدی با کلسینه کردن نمک نمک و سایر مواد اکسیژن بدست می آورد و J. Priestley انگلیسی با حرارت دادن اکسید جیوه اکسیژن بدست می آورد.

برنج. 1. بدست آوردن اکسیژن از اکسید جیوه

استفاده از اکسیژن در صنعت

زمینه های استفاده از اکسیژن بسیار گسترده است.

در متالورژی برای تولید فولادی که از ضایعات فلزی و چدن به دست می آید ضروری است. در بسیاری از واحدهای متالورژی از هوای غنی شده با اکسیژن برای احتراق بهتر سوخت استفاده می شود.

در هوانوردی، از اکسیژن به عنوان اکسید کننده سوخت در موتورهای موشک استفاده می شود. همچنین برای پرواز به فضا و در شرایطی که جو وجود ندارد ضروری است.

در زمینه مهندسی مکانیک، اکسیژن برای برش و جوشکاری فلزات بسیار مهم است. برای ذوب فلز به یک مشعل مخصوص متشکل از لوله های فلزی نیاز دارید. این دو لوله به یکدیگر وارد می شوند. فضای آزاد بین آنها با استیلن پر شده و مشتعل می شود. در این زمان، اکسیژن از طریق لوله داخلی آزاد می شود. هم اکسیژن و هم استیلن از یک سیلندر تحت فشار تامین می شود. شعله ای تشکیل می شود که دمای آن به 2000 درجه می رسد. تقریباً هر فلزی در این دما ذوب می شود.

برنج. 2. مشعل استیلن

استفاده از اکسیژن در صنعت خمیر و کاغذ بسیار مهم است. برای سفید کردن کاغذ، الکل کردن، و برای شستن اجزای اضافی از سلولز استفاده می شود.

در صنایع شیمیایی از اکسیژن به عنوان معرف استفاده می شود.

برای ایجاد مواد منفجره به اکسیژن مایع نیاز است. اکسیژن مایع با مایع شدن هوا و سپس جداسازی اکسیژن از نیتروژن تولید می شود.

استفاده از اکسیژن در طبیعت و زندگی انسان

اکسیژن مهمترین نقش را در زندگی انسان و حیوانات دارد. به لطف فتوسنتز، اکسیژن رایگان در سیاره ما وجود دارد. فتوسنتز فرآیند تشکیل مواد آلی در نور با کمک دی اکسید کربن و آب است. در نتیجه این فرآیند اکسیژن تولید می شود که برای زندگی حیوانات و انسان ضروری است. حیوانات و انسان ها دائماً اکسیژن مصرف می کنند، اما گیاهان فقط در شب اکسیژن مصرف می کنند و در روز آن را تولید می کنند.

استفاده از اکسیژن در پزشکی

از اکسیژن در پزشکی نیز استفاده می شود. استفاده از آن به ویژه برای مشکلات تنفسی در طول بیماری های خاص مهم است. از آن برای غنی سازی مجاری هوایی در سل ریوی استفاده می شود و همچنین در تجهیزات بیهوشی استفاده می شود. از اکسیژن در پزشکی برای درمان آسم برونش و بیماری های دستگاه گوارش استفاده می شود. برای این منظور از کوکتل های اکسیژن استفاده می شود.

همچنین بالشتک های اکسیژن از اهمیت بالایی برخوردار هستند - یک ظرف لاستیکی پر از اکسیژن. برای استفاده فردی از اکسیژن پزشکی استفاده می شود.

چهار عنصر "کالکوژن" (یعنی "تولد مس") زیر گروه اصلی گروه VI (طبق طبقه بندی جدید - گروه شانزدهم) سیستم تناوبی را هدایت می کنند. علاوه بر گوگرد، تلوریم و سلنیوم، اینها حاوی اکسیژن نیز هستند. بیایید نگاهی دقیق‌تر به خواص این عنصر، رایج‌ترین عنصر روی زمین، و همچنین استفاده و تولید اکسیژن بیندازیم.

شیوع عنصر

به صورت پیوندی، اکسیژن در ترکیب شیمیایی آب گنجانده شده است - درصد آن حدود 89٪ است و همچنین در ترکیب سلول های همه موجودات زنده - گیاهان و حیوانات.

در هوا، اکسیژن به شکل O2 در حالت آزاد قرار دارد و یک پنجم ترکیب آن را اشغال می کند و به شکل ازن - O3 است.

مشخصات فیزیکی

اکسیژن O2 گازی بی رنگ، بی مزه و بی بو است. کمی در آب حل می شود. نقطه جوش 183 درجه زیر صفر است. در حالت مایع، اکسیژن آبی است و در حالت جامد بلورهای آبی را تشکیل می دهد. نقطه ذوب کریستال های اکسیژن 218.7 درجه زیر صفر سانتیگراد است.

خواص شیمیایی

هنگامی که گرم می شود، این عنصر با بسیاری از مواد ساده، اعم از فلزات و غیرفلزات، واکنش می دهد و به اصطلاح اکسیدهایی را تشکیل می دهد - ترکیبات عناصر با اکسیژن. که در آن عناصر با اکسیژن وارد می شوند اکسیداسیون نامیده می شود.

مثلا،

4Na + O2 = 2Na2O

2. از طریق تجزیه پراکسید هیدروژن هنگامی که در حضور اکسید منگنز گرم می شود، که به عنوان یک کاتالیزور عمل می کند.

3. از طریق تجزیه پرمنگنات پتاسیم.

اکسیژن در صنعت به روش های زیر تولید می شود:

1. برای اهداف فنی، اکسیژن از هوا به دست می آید، که در آن مقدار معمول آن حدود 20٪ است. قسمت پنجم برای انجام این کار ابتدا هوا را می سوزانند و مخلوطی حاوی حدود 54 درصد اکسیژن مایع، 44 درصد نیتروژن مایع و 2 درصد آرگون مایع تولید می کنند. سپس این گازها با استفاده از فرآیند تقطیر، با استفاده از محدوده نسبتاً کوچک بین نقاط جوش اکسیژن مایع و نیتروژن مایع - به ترتیب منفی 183 و منفی 198.5 درجه، جدا می شوند. معلوم شد که نیتروژن زودتر از اکسیژن تبخیر می شود.

تجهیزات مدرن تولید اکسیژن با هر درجه خلوص را تضمین می کند. نیتروژن که از جداسازی هوای مایع به دست می آید به عنوان ماده اولیه در سنتز مشتقات آن استفاده می شود.

2. همچنین اکسیژن بسیار خالص تولید می کند. این روش در کشورهایی با منابع غنی و برق ارزان رواج یافته است.

استفاده از اکسیژن

اکسیژن مهمترین عنصر در زندگی کل سیاره ما است. این گاز که در اتمسفر موجود است، در این فرآیند توسط حیوانات و مردم مصرف می شود.

به دست آوردن اکسیژن برای مناطقی از فعالیت های انسانی مانند پزشکی، جوشکاری و برش فلزات، انفجار، هوانوردی (برای تنفس انسان و برای کار موتور) و متالورژی بسیار مهم است.

در فرآیند فعالیت اقتصادی انسان، اکسیژن در مقادیر زیادی مصرف می شود - به عنوان مثال، هنگام سوزاندن انواع مختلف سوخت: گاز طبیعی، متان، زغال سنگ، چوب. در تمام این فرآیندها تشکیل می شود و در عین حال طبیعت فرآیند پیوند طبیعی این ترکیب را با استفاده از فتوسنتز فراهم کرده است که در گیاهان سبز تحت تأثیر نور خورشید انجام می شود. در نتیجه این فرآیند، گلوکز تشکیل می شود که سپس گیاه از آن برای ساختن بافت های خود استفاده می کند.

استفاده صنعتی گسترده از اکسیژن در اواسط قرن بیستم، پس از اختراع توربو انبساط دهنده ها - دستگاه هایی برای مایع سازی و جداسازی آغاز شد.
استفاده از اکسیژن بسیار متنوع است و بر اساس خواص شیمیایی آن است.
صنایع شیمیایی و پتروشیمی.
اکسیژن برای اکسید کردن واکنش دهنده های شروع کننده، تولید اسید نیتریک، اکسید اتیلن، اکسید پروپیلن، وینیل کلرید و سایر ترکیبات اساسی استفاده می شود. علاوه بر این، می توان از آن برای افزایش بهره وری زباله سوز استفاده کرد.
صنعت نفت و گاز.
افزایش بهره وری فرآیندهای ترک نفت، پردازش ترکیبات با اکتان بالا، تزریق به مخزن برای افزایش انرژی جابجایی.
صنعت متالورژی و معدن.
اکسیژن در تولید فولاد مبدل، انفجار اکسیژن در کوره‌های بلند، استخراج طلا از سنگ معدن، تولید فروآلیاژها، ذوب نیکل، روی، سرب، زیرکونیوم و سایر فلزات غیر آهنی، احیای مستقیم آهن، جداسازی ورقه‌ها در آتش استفاده می‌شود. ریخته گری، حفاری آتش سنگ های سخت.
جوشکاری و برش فلزات.
اکسیژن در سیلندرها به طور گسترده برای برش شعله و جوش فلزات، برای برش پلاسما با دقت بالا فلزات استفاده می شود.
تجهیزات نظامی.
در اتاق های هایپرباریک، برای کارکردن موتورهای دیزلی در زیر آب، سوخت برای موتورهای موشک.
صنعت شیشه.
کوره های ذوب شیشه از اکسیژن برای بهبود احتراق استفاده می کنند. علاوه بر این، برای کاهش انتشار اکسید نیتروژن به سطوح ایمن استفاده می شود.
صنعت خمیر و کاغذ.
از اکسیژن در لایه‌برداری، الکل‌سازی و سایر فرآیندها استفاده می‌شود.
دارو.
در اتاقک های اکسیژن، پر کردن مجدد ژنراتورهای اکسیژن (ماسک اکسیژن، بالش و غیره)، در اتاق هایی با میکروکلیمای خاص، ساخت کوکتل های اکسیژن،
هنگام رشد میکروارگانیسم ها بر روی پارافین های نفتی.

ایمنی

سیگار کشیدن یا استفاده از شعله های باز در نزدیکی محل کار اکسیژن ممنوع است. افراد غیر مجاز نباید وارد مناطقی با غلظت اکسیژن در هوا شوند. پس از کار در اتاقی با غلظت بالای اکسیژن در هوا، لازم است لباس به خوبی تهویه شود.
ابزار و لباس باید عاری از روغن و گریس باشد. هیچ جزء مورد استفاده با اکسیژن نباید با روغن یا گریس تماس داشته باشد.
هنگام کار با مایع اکسیژناز دستکش مناسب، عینک ایمنی، کفش ایمنی و محافظ بدن استفاده کنید.
آتش نشانی. از آنجایی که اکسیژن به شدت باعث احتراق می شود، بستن سریع دریچه منبع اکسیژن می تواند شدت آتش سوزی را کاهش دهد. در صورت امکان، سیلندرها را در مکانی امن بردارید. برای جلوگیری از انفجار، سیلندرها را از گرما محافظت کنید.

طرح:

تاریخچه کشف

منشاء نام

بودن در طبیعت

اعلام وصول

مشخصات فیزیکی

خواص شیمیایی

کاربرد

10. ایزوتوپ ها

اکسیژن

اکسیژن- عنصر گروه شانزدهم (طبق طبقه بندی قدیمی - زیرگروه اصلی گروه VI)، دوره دوم سیستم تناوبی عناصر شیمیایی D.I. مندلیف، با عدد اتمی 8. با نماد O (lat. Oxygenium) مشخص شده است. . اکسیژن یک غیر فلز فعال شیمیایی است و سبک ترین عنصر از گروه کالکوژن ها است. ماده ساده اکسیژن(شماره CAS: 7782-44-7) در شرایط عادی گازی بی رنگ، بی مزه و بی بو است که مولکول آن از دو اتم اکسیژن تشکیل شده است (فرمول O 2) و به همین دلیل به آن دی اکسیژن نیز می گویند.اکسیژن مایع دارای نور است. رنگ آبی و کریستال های جامد به رنگ آبی روشن هستند.

سایر اشکال آلوتروپیک اکسیژن وجود دارد، به عنوان مثال، ازن (شماره CAS: 10028-15-6) - در شرایط عادی، یک گاز آبی با بوی خاص، که مولکول آن از سه اتم اکسیژن تشکیل شده است (فرمول O 3).

تاریخچه کشف

رسماً اعتقاد بر این است که اکسیژن توسط شیمیدان انگلیسی جوزف پریستلی در 1 اوت 1774 با تجزیه اکسید جیوه در یک ظرف مهر و موم شده کشف شد (پریستلی نور خورشید را با استفاده از یک عدسی قدرتمند به سمت این ترکیب هدایت کرد).

با این حال، پریستلی در ابتدا متوجه نشد که یک ماده ساده جدید را کشف کرده است؛ او معتقد بود که یکی از اجزای تشکیل دهنده هوا را جدا کرده است (و این گاز را "هوای دفلوژیزه شده" نامید). پریستلی کشف خود را به شیمیدان برجسته فرانسوی Antoine Lavoisier گزارش داد. در سال 1775، A. Lavoisier ثابت کرد که اکسیژن جزء هوا، اسیدها است و در بسیاری از مواد یافت می شود.

چند سال قبل (در سال 1771)، اکسیژن توسط شیمیدان سوئدی کارل شیله به دست آمد. او نمک نمک را با اسید سولفوریک کلسینه کرد و سپس اکسید نیتریک حاصل را تجزیه کرد. شیل این گاز را "هوای آتش" نامید و کشف خود را در کتابی که در سال 1777 منتشر شد توصیف کرد (دقیقاً به دلیل اینکه کتاب دیرتر از اعلام کشف خود پریستلی منتشر شد، دومی کاشف اکسیژن در نظر گرفته می شود). Scheele همچنین تجربه خود را به Lavoisier گزارش کرد.

گام مهمی که به کشف اکسیژن کمک کرد، کار شیمیدان فرانسوی پیر باین بود که آثاری را در مورد اکسیداسیون جیوه و تجزیه متعاقب آن اکسید آن منتشر کرد.

سرانجام، A. Lavoisier سرانجام با استفاده از اطلاعات Priestley و Scheele به ماهیت گاز حاصل پی برد. کار او از اهمیت فوق العاده ای برخوردار بود زیرا به لطف آن، نظریه فلوژیستون که در آن زمان غالب بود و مانع توسعه شیمی بود، سرنگون شد. Lavoisier آزمایشاتی را روی احتراق مواد مختلف انجام داد و نظریه فلوژیستون را رد کرد و نتایجی را در مورد وزن عناصر سوخته منتشر کرد. وزن خاکستر بیشتر از وزن اصلی عنصر بود که به لاووازیه این حق را داد که ادعا کند در حین احتراق یک واکنش شیمیایی (اکسیداسیون) ماده رخ می دهد و بنابراین جرم ماده اصلی افزایش می یابد که نظریه فلوژیستون را رد می کند. .

بنابراین، اعتبار کشف اکسیژن در واقع بین Priestley، Scheele و Lavoisier مشترک است.

منشاء نام

کلمه اکسیژن (که در آغاز قرن نوزدهم "محلول اسید" نیز نامیده می شود) ظاهر خود را در زبان روسی تا حدودی مدیون M.V. Lomonosov است که کلمه "اسید" را همراه با سایر نوئولوژی ها معرفی کرد. بنابراین، کلمه "اکسیژن" به نوبه خود ردیابی اصطلاح "اکسیژن" (به فرانسوی oxygène) بود که توسط A. Lavoisier (از یونانی باستان ὀξύς - "ترش" و γεννάω - "زایمان") پیشنهاد شد. به عنوان "تولید اسید" ترجمه شده است، که با معنای اصلی آن - "اسید" مرتبط است، که قبلاً به معنای موادی به نام اکسید طبق نامگذاری بین المللی مدرن بود.

بودن در طبیعت

اکسیژن رایج ترین عنصر روی زمین است؛ سهم آن (در ترکیبات مختلف، عمدتا سیلیکات ها) حدود 47.4 درصد از جرم پوسته جامد زمین را تشکیل می دهد. آبهای دریا و شیرین حاوی مقدار زیادی اکسیژن محدود - 88.8٪ (بر حسب جرم) هستند، محتوای اکسیژن آزاد در جو 20.95٪ حجمی و 23.12٪ از نظر جرم است. بیش از 1500 ترکیب در پوسته زمین حاوی اکسیژن است.

اکسیژن بخشی از بسیاری از مواد آلی است و در تمام سلول های زنده وجود دارد. از نظر تعداد اتم ها در سلول های زنده، حدود 25٪ و از نظر کسر جرمی - حدود 65٪ است.

اعلام وصول

در حال حاضر در صنعت، اکسیژن از هوا به دست می آید. روش صنعتی اصلی برای تولید اکسیژن، یکسوسازی برودتی است. کارخانه های اکسیژن که بر اساس تکنولوژی غشایی کار می کنند نیز به خوبی شناخته شده و با موفقیت در صنعت استفاده می شوند.

آزمایشگاه ها از اکسیژن تولید شده صنعتی استفاده می کنند که در سیلندرهای فولادی تحت فشار حدود 15 مگاپاسکال عرضه می شود.

با حرارت دادن پرمنگنات پتاسیم KMnO 4 می توان مقادیر کمی اکسیژن به دست آورد:

از واکنش تجزیه کاتالیزوری پراکسید هیدروژن H2O2 در حضور اکسید منگنز (IV) نیز استفاده می شود:

اکسیژن را می توان با تجزیه کاتالیزوری کلرات پتاسیم (نمک برتوله) KClO 3 به دست آورد:

روش‌های آزمایشگاهی برای تولید اکسیژن شامل روش الکترولیز محلول‌های آبی قلیایی و همچنین تجزیه اکسید جیوه (II) (در دمای 100 درجه سانتی‌گراد) است.

در زیردریایی ها معمولاً از واکنش پراکسید سدیم و دی اکسید کربن بازدم شده توسط انسان به دست می آید:

مشخصات فیزیکی

در اقیانوس های جهان، محتوای O2 محلول در آب سرد بیشتر و در آب گرم کمتر است.

در شرایط عادی، اکسیژن گازی است بدون رنگ، طعم و بو.

1 لیتر از آن 1.429 گرم جرم دارد و کمی سنگین تر از هوا است. کمی در آب (4.9 میلی لیتر/100 گرم در دمای 0 درجه سانتی گراد، 09/2 میلی لیتر/100 گرم در دمای 50 درجه سانتی گراد) و الکل (78/2 میلی لیتر/100 گرم در دمای 25 درجه سانتی گراد) حل می شود. در نقره مذاب به خوبی حل می شود (22 حجم O 2 در 1 حجم Ag در دمای 961 درجه سانتی گراد). فاصله بین اتمی - 0.12074 نانومتر. پارامغناطیس است.

هنگامی که اکسیژن گازی گرم می شود، تفکیک برگشت پذیر آن به اتم ها اتفاق می افتد: در 2000 درجه سانتیگراد - 0.03٪، در 2600 درجه سانتیگراد - 1٪، 4000 درجه سانتیگراد - 59٪، 6000 درجه سانتیگراد - 99.5٪.

اکسیژن مایع (نقطه جوش 182.98- درجه سانتیگراد) یک مایع آبی کم رنگ است.

نمودار فاز O2

اکسیژن جامد (نقطه ذوب -218.35 درجه سانتیگراد) - بلورهای آبی. 6 فاز کریستالی شناخته شده وجود دارد که سه فاز آن در فشار 1 اتمسفر وجود دارد:

α-O 2 - در دماهای کمتر از 23.65 K وجود دارد. بلورهای آبی روشن متعلق به سیستم مونوکلینیک، پارامترهای سلولی a=5.403 Å، b=3.429 Å، c=5.086 Å. β=132.53 درجه.

β-O 2 - در محدوده دما از 23.65 تا 43.65 K وجود دارد. کریستال های آبی کم رنگ (با افزایش فشار رنگ صورتی می شود) دارای یک شبکه لوزی شکل، پارامترهای سلولی a=4.21 Å، α=46.25 درجه هستند.

γ-O 2 - در دماهای 43.65 تا 54.21 K وجود دارد. بلورهای آبی کم رنگ دارای تقارن مکعبی، پارامتر شبکه a=6.83 Å هستند.

سه فاز دیگر در فشارهای بالا تشکیل می شود:

محدوده دما δ-O 2 20-240 K و فشار 6-8 GPa، کریستال های نارنجی.

فشار ε-O 4 از 10 تا 96 گیگا پاسکال، رنگ کریستالی از قرمز تیره تا سیاه، سیستم مونوکلینیک.

ز-On فشار بیش از 96 گیگا پاسکال، حالت فلزی با درخشش فلزی مشخص، در دماهای پایین به حالت ابررسانا تبدیل می‌شود.

خواص شیمیایی

یک عامل اکسید کننده قوی، تقریباً با همه عناصر تعامل دارد و اکسیدها را تشکیل می دهد. حالت اکسیداسیون -2. به عنوان یک قاعده، واکنش اکسیداسیون با آزاد شدن گرما ادامه می یابد و با افزایش دما شتاب می گیرد (احتراق را ببینید). نمونه ای از واکنش هایی که در دمای اتاق رخ می دهند:

ترکیباتی را که دارای عناصری با حالت اکسیداسیون کمتر از حداکثر هستند اکسید می کند:

اکثر ترکیبات آلی را اکسید می کند:

تحت شرایط خاص، می توان اکسیداسیون ملایم یک ترکیب آلی را انجام داد:

اکسیژن مستقیماً (در شرایط عادی، با حرارت دادن و/یا در حضور کاتالیزورها) با همه مواد ساده به جز طلا و گازهای بی اثر (He، Ne، Ar، Kr، Xe، Rn) واکنش می دهد. واکنش ها با هالوژن ها تحت تأثیر یک تخلیه الکتریکی یا اشعه ماوراء بنفش رخ می دهد. اکسیدهای طلا و گازهای بی اثر سنگین (Xe، Rn) به طور غیر مستقیم به دست آمد. در تمام ترکیبات دو عنصری اکسیژن با عناصر دیگر، اکسیژن به جز ترکیبات دارای فلوئور نقش یک عامل اکسید کننده را ایفا می کند.

اکسیژن پراکسیدهایی را تشکیل می دهد که حالت اکسیداسیون اتم اکسیژن به طور رسمی برابر با 1- است.

به عنوان مثال، پراکسیدها از احتراق فلزات قلیایی در اکسیژن تولید می شوند:

برخی از اکسیدها اکسیژن را جذب می کنند:

بر اساس تئوری احتراق که توسط A. N. Bach و K. O. Engler ایجاد شده است، اکسیداسیون در دو مرحله با تشکیل یک ترکیب پراکسید میانی رخ می دهد. این ترکیب میانی را می توان جدا کرد، به عنوان مثال، هنگامی که شعله ای از هیدروژن سوزان با یخ خنک می شود، پراکسید هیدروژن همراه با آب تشکیل می شود:

در سوپراکسیدها، اکسیژن به طور رسمی حالت اکسیداسیون ½- دارد، یعنی یک الکترون در هر دو اتم اکسیژن (یون O - 2). از واکنش پراکسیدها با اکسیژن در فشار و دمای بالا به دست می آید:

پتاسیم K، روبیدیم Rb و سزیم Cs با اکسیژن واکنش داده و سوپراکسیدها را تشکیل می دهند:

در یون دی اکسیژنیل O 2 +، اکسیژن به طور رسمی حالت اکسیداسیون ½ + دارد. به دست آمده از واکنش:

فلوراید اکسیژن

دی فلورید اکسیژن، از حالت اکسیداسیون 2 اکسیژن +2، با عبور فلوئور از محلول قلیایی تهیه می شود:

مونوفلورید اکسیژن (دی اکسی دی فلوراید)، O 2 F 2، ناپایدار است، حالت اکسیداسیون اکسیژن +1 است. به دست آمده از مخلوطی از فلوئور و اکسیژن در یک تخلیه درخشان در دمای -196 درجه سانتیگراد:

با عبور یک تخلیه درخشان از مخلوطی از فلوئور و اکسیژن در فشار و دمای معین، مخلوطی از فلوریدهای اکسیژن بالاتر O 3 F 2، O 4 F 2، O 5 F 2 و O 6 F 2 به دست می آید.

محاسبات مکانیکی کوانتومی وجود پایدار یون تری فلوئورو هیدروکسونیوم OF 3 + را پیش بینی می کند. اگر این یون واقعا وجود داشته باشد، آنگاه حالت اکسیداسیون اکسیژن موجود در آن برابر با 4+ خواهد بود.

اکسیژن از فرآیندهای تنفس، احتراق و پوسیدگی پشتیبانی می کند.

در شکل آزاد خود، این عنصر در دو تغییر آلوتروپیک وجود دارد: O 2 و O 3 (ازن). همانطور که پیر کوری و ماری اسکلودوسکا کوری در سال 1899 تأسیس کردند، تحت تأثیر تشعشعات یونیزان O 2 به O 3 تبدیل می شود.

کاربرد

استفاده صنعتی گسترده از اکسیژن در اواسط قرن بیستم و پس از اختراع توربو انبساط - دستگاه هایی برای مایع سازی و جداسازی هوای مایع آغاز شد.

که درمتالورژی

روش مبدل تولید فولاد یا فرآوری مات شامل استفاده از اکسیژن است. در بسیاری از واحدهای متالورژی، برای احتراق کارآمدتر سوخت، به جای هوا در مشعلها از مخلوط اکسیژن و هوا استفاده می شود.

جوشکاری و برش فلزات

اکسیژن در سیلندرهای آبی به طور گسترده برای برش شعله و جوش فلزات استفاده می شود.

سوخت موشک

اکسیژن مایع، پراکسید هیدروژن، اسید نیتریک و سایر ترکیبات غنی از اکسیژن به عنوان اکسید کننده برای سوخت موشک استفاده می شود. مخلوطی از اکسیژن مایع و ازن مایع یکی از قوی‌ترین اکسیدکننده‌های سوخت موشک است (ضربه ویژه مخلوط هیدروژن-ازون از تکانه ویژه جفت هیدروژن-فلورین و هیدروژن-اکسیژن فلوراید بیشتر است).

که دردارو

اکسیژن پزشکی در سیلندرهای گاز فلزی پرفشار (برای گازهای فشرده یا مایع) رنگ آبی با ظرفیت‌های مختلف از 1.2 تا 10.0 لیتر تحت فشار تا 15 مگاپاسکال (150 اتمسفر) ذخیره می‌شود و برای غنی‌سازی مخلوط‌های گاز تنفسی در تجهیزات بیهوشی استفاده می‌شود. در هنگام اختلالات تنفسی، برای تسکین حمله آسم برونش، برای از بین بردن هیپوکسی با هر منشا، برای بیماری رفع فشار، برای درمان آسیب شناسی های دستگاه گوارش به شکل کوکتل های اکسیژن. برای استفاده فردی، ظروف لاستیکی مخصوص - بالشتک های اکسیژن - از سیلندرها با اکسیژن پزشکی پر می شوند. استنشاق‌های اکسیژن با مدل‌ها و تغییرات مختلف برای تأمین اکسیژن یا مخلوط اکسیژن-هوا به طور همزمان به یک یا دو قربانی در مزرعه یا در بیمارستان استفاده می‌شوند. مزیت دستگاه تنفسی اکسیژن وجود یک خازن - مرطوب کننده مخلوط گاز است که از رطوبت هوای بازدمی استفاده می کند. برای محاسبه مقدار اکسیژن باقی مانده در سیلندر بر حسب لیتر، فشار سیلندر در اتمسفر (با توجه به فشار سنج کاهنده) معمولاً در ظرفیت سیلندر بر حسب لیتر ضرب می شود. مثلاً در سیلندر با ظرفیت 2 لیتر، فشار سنج فشار اکسیژن 100 اتمسفر را نشان می دهد. حجم اکسیژن در این مورد 100 × 2 = 200 لیتر است.

که درصنایع غذایی

در صنایع غذایی، اکسیژن به عنوان یک افزودنی غذایی E948، به عنوان پیشران و گاز بسته بندی ثبت شده است.

که درصنایع شیمیایی

در صنایع شیمیایی، اکسیژن به عنوان یک عامل اکسید کننده در سنتزهای متعدد استفاده می شود، به عنوان مثال، اکسیداسیون هیدروکربن ها به ترکیبات حاوی اکسیژن (الکل ها، آلدئیدها، اسیدها)، آمونیاک به اکسیدهای نیتروژن در تولید اسید نیتریک. با توجه به دمای بالا که در طول اکسیداسیون ایجاد می شود، دومی اغلب در حالت احتراق انجام می شود.

که درکشاورزی

در پرورش گلخانه ای، برای تهیه کوکتل های اکسیژن، برای افزایش وزن در حیوانات، برای غنی سازی محیط آبی با اکسیژن در پرورش ماهی.

نقش بیولوژیکی اکسیژن

تامین اکسیژن اضطراری در پناهگاه بمب

بیشتر موجودات زنده (هوازی) اکسیژن را از هوا تنفس می کنند. اکسیژن به طور گسترده در پزشکی استفاده می شود. در صورت بیماری های قلبی عروقی، برای بهبود فرآیندهای متابولیک، فوم اکسیژن ("کوکتل اکسیژن") به معده تزریق می شود. تزریق زیر جلدی اکسیژن برای زخم های تروفیک، فیل، قانقاریا و سایر بیماری های جدی استفاده می شود. غنی‌سازی ازن مصنوعی برای ضدعفونی و بوی‌زدایی هوا و تصفیه آب آشامیدنی استفاده می‌شود. ایزوتوپ اکسیژن رادیواکتیو 15 O برای مطالعه سرعت جریان خون و تهویه ریوی استفاده می شود.

مشتقات سمی اکسیژن

برخی از مشتقات اکسیژن (اصطلاحاً گونه های اکسیژن فعال)، مانند اکسیژن منفرد، پراکسید هیدروژن، سوپراکسید، ازن و رادیکال هیدروکسیل بسیار سمی هستند. آنها در طی فرآیند فعال شدن یا کاهش جزئی اکسیژن تشکیل می شوند. سوپراکسید (رادیکال سوپراکسید)، پراکسید هیدروژن و رادیکال هیدروکسیل می توانند در سلول ها و بافت های انسان و حیوانات تشکیل شوند و باعث استرس اکسیداتیو شوند.

ایزوتوپ ها

اکسیژن دارای سه ایزوتوپ پایدار است: 16 O، 17 O و 18 O که میانگین محتوای آنها به ترتیب 99.759٪، 0.037٪ و 0.204٪ از کل تعداد اتم های اکسیژن روی زمین است. غلبه شدید سبک ترین آنها، 16 O، در مخلوط ایزوتوپ ها به این دلیل است که هسته اتم 16 O از 8 پروتون و 8 نوترون (هسته جادویی دوگانه با پوسته های نوترون و پروتون پر شده) تشکیل شده است. و چنین هسته هایی، همانطور که از نظریه ساختار هسته اتم بر می آید، به ویژه پایدار هستند.

ایزوتوپ های رادیواکتیو اکسیژن با اعداد جرمی از 12 O تا 24 O نیز شناخته شده اند.تمامی ایزوتوپ های رادیواکتیو اکسیژن نیمه عمر کوتاهی دارند که طولانی ترین آنها 15 O با نیمه عمر ~120 ثانیه است. کوتاه ترین ایزوتوپ 12 O دارای نیمه عمر 5.8·10-22 ثانیه است.

گزارشی با موضوع "مصرف اکسیژن" که در این مقاله خلاصه شده است، به شما در مورد زمینه های صنعتی که این ماده نامرئی مزایای باورنکردنی را به همراه دارد، می گوید.

پیامی در مورد مصرف اکسیژن

اکسیژن بخشی جدایی ناپذیر از زندگی همه موجودات زنده و فرآیندهای شیمیایی روی کره زمین است. در این مقاله به رایج ترین موارد استفاده از اکسیژن می پردازیم:

استفاده از اکسیژن در پزشکی

در این زمینه، بسیار مهم است: عنصر شیمیایی برای حمایت از زندگی افرادی که از مشکل تنفسی رنج می برند و برای درمان بیماری های خاص استفاده می شود. قابل توجه است که در فشار معمولی نمی توانید برای مدت طولانی اکسیژن خالص تنفس کنید. این برای سلامتی ایمن نیست.

کاربرد اکسیژن در صنعت شیشه

این عنصر شیمیایی در کوره های ذوب شیشه به عنوان جزء بهبود احتراق در آنها استفاده می شود. همچنین، به لطف اکسیژن، صنعت انتشار اکسید نیتروژن را تا حدی کاهش می دهد که برای زندگی بی خطر است.

استفاده از اکسیژن در صنعت خمیر و کاغذ

این عنصر شیمیایی در الکل سازی، لایه برداری و سایر فرآیندها مانند:

1. کاغذ سفید کننده
2. تمیز کردن فاضلاب
3. تهیه آب آشامیدنی
4. تشدید احتراق زباله سوز
5. بازیافت لاستیک

کاربرد اکسیژن در هوانوردی

از آنجایی که فرد نمی تواند در خارج از جو بدون اکسیژن نفس بکشد، باید منبعی از این عنصر مفید را با خود به همراه داشته باشد. اکسیژن تولید شده مصنوعی توسط مردم برای تنفس در یک محیط بیگانه استفاده می شود: در هوانوردی در طول پرواز، در فضاپیما.

استفاده از اکسیژن در طبیعت

در طبیعت، یک چرخه اکسیژن وجود دارد: گیاهان در طول فرآیند فتوسنتز، دی اکسید کربن و آب را در نور به ترکیبات آلی تبدیل می کنند. این فرآیند با آزاد شدن اکسیژن مشخص می شود. مانند انسان ها و حیوانات، گیاهان نیز در شب اکسیژن اتمسفر را مصرف می کنند. چرخه اکسیژن در طبیعت با این واقعیت مشخص می شود که انسان ها و حیوانات اکسیژن مصرف می کنند و گیاهان در روز آن را تولید می کنند و در شب مصرف می کنند.

کاربرد اکسیژن در متالورژی

صنایع شیمیایی و متالورژی به اکسیژن خالص نیاز دارند نه اکسیژن اتمسفر. هر سال، شرکت های سراسر جهان بیش از 80 میلیون تن از این عنصر شیمیایی را دریافت می کنند. در فرآیند تولید فولاد از ضایعات فلزی و چدن استفاده می شود.

کاربرد اکسیژن در مهندسی مکانیک چیست؟

در ساخت و ساز و مهندسی مکانیک از آن برای برش و جوشکاری فلزات استفاده می شود. این فرآیندها در دماهای بالا انجام می شود.

استفاده از اکسیژن در زندگی

در زندگی، انسان در زمینه های مختلفی از اکسیژن استفاده می کند، مانند:

1. پرورش ماهی در مزارع برکه (آب اشباع از اکسیژن است).
2. تصفیه آب در طول تولید مواد غذایی
3. ضدعفونی انبارها و اماکن تولیدی با اکسیژن.
4. توسعه کوکتل های اکسیژن برای حیوانات به منظور افزایش وزن.

استفاده انسان از اکسیژن در الکتریسیته

نیروگاه های حرارتی و نیروگاهی که با نفت، گاز طبیعی یا زغال سنگ کار می کنند از اکسیژن برای سوزاندن سوخت استفاده می کنند. بدون آن، تمام کارخانه های تولید صنعتی به سادگی کار نمی کنند.