מהי מידת החמצון של חמצן? Valence ואת מידת החמצון של חמצן

כולנו נושמים אוויר, אשר מורכב בעצםמולקולות של חנקן וחמצן עם תוספת מינורית של אלמנטים אחרים. לפיכך, חמצן הוא אחד היסודות הכימיים החשובים ביותר. יתר על כן, המולקולות שלו יש במגוון עצום של תרכובות כימיות המשמשות בחיי היומיום. כדי לתאר את כל המאפיינים של אלמנט זה אינו מספיק מאה עמודים, ולכן אנחנו מגבילים את העובדות הבסיסיות של הסיפורים, כמו גם מאפיינים אלמנט בסיסי - הערכיות ואת מידת החמצון של חמצן, שיעור החלת תכונות פיסיקליות בסיסיות.

ההיסטוריה של גילוי יסוד כימי

תאריך הגילוי הרשמי של האלמנט הכימי"חמצן" הוא 1 באוגוסט 1774. זה היה ביום כי כימאי הבריטי ג 'יי פריסטלי השלימה את הניסוי שלו על פירוק של תחמוצת כספית בכלי הרמטית אטום. בסוף הניסוי קיבל המדען גז שתמך בעירה. עם זאת, גילוי זה נעלם מעיניו אפילו על ידי המדען עצמו. מר פריסטלי חשב שהוא הצליח להבדיל לא אלמנט חדש, אלא חלק בלתי נפרד מהאוויר. עם התוצאות שלו, ג 'וזף פריסטלי משותף עם המדען הצרפתי המפורסם כימאי אנטואן Lavoisier, אשר יכול להבין מה האנגלי לא יכול לעשות. בשנת 1775, הצליח לבויזייה לקבוע כי "החלק המרכיבים של האוויר" הוא למעשה אלמנט כימי עצמאי, וכינה אותו חמצן, אשר ביוונית פירושו "יצירת חומצה". Lavoisier אז האמין כי החמצן הוא בכל חומצות. לאחר מכן, נוסחאות נגזרו עבור חומצות שאינן מכילות אטומי חמצן, אך השם אומץ.

חמצן - תכונות של המבנה של המולקולה

יסוד כימי זה הוא גז חסר צבע, כי אין ריח וטעם. נוסחה כימית - אודות₂. כימאים מתייחסים לחמצן דיאטומי קונבנציונלי כאל "חמצן אטמוספרי" או "חמצן".

המולקולה של החומר מורכבת משני אטומי חמצן. יש גם מולקולות המורכבות משלושה אטומים - O₃. חומר זה נקרא אוזון, בפירוט רב יותרעל זה יהיה כתוב להלן. למולקולה בעלת שני אטומים יש רמת חמצון של חמצן -2, מכיוון שהיא מכילה שני סוגים לא מזוהמים המסוגלים ליצור קשר קוולנטי של אלקטרון. האנרגיה המשתחררת במהלך הפירוק (דיסוציאציה) של מולקולת החמצן לאטומים היא 493.57 kJ / mol. זה ערך גדול למדי.

Valence ואת מידת החמצון של חמצן

תחת הערכיות של יסוד כימי יש בהיכולת לצרף לעצמו מספר מסוים של אטומים של יסוד כימי אחר. הערכיות של אטום חמצן היא שתיים. הערכיות של מולקולת חמצן שווה גם לשניים, שכן שני אטומים מחוברים זה לזה ויש להם את היכולת לצרף למבנה שלהם אטום נוסף של תרכובת אחרת, כלומר, ליצור קשר קוולנטי עם זה. לדוגמה, מולקולת המים H₂O הושג כתוצאה מהיווצרות קשר קוולנטי בין אטום חמצן אחד לשני אטומי מימן.

חמצן הוא הכיל רבים של ידועתרכובות כימיות. יש גם סוג נפרד של חומרים כימיים - תחמוצות. אלה חומרים המתקבלים על ידי שילוב של כמעט כל יסוד כימי עם חמצן. מידת החמצון של חמצן תחמוצות הוא -2. עם זאת, בכמה תרכובות מחוון זה עשוי להיות שונה. זה יתואר ביתר פירוט בהמשך.

תכונות פיסיקליות של חמצן

חמצן דיאטומי רגיל הוא גז שאין לו צבע, ריח וטעם. במצב רגיל, הצפיפות שלה היא 1.42897 ק"ג / מ '³. משקל של 1 ליטר של חומר הוא מעט פחות מ 1.5 גרם, כלומר, בצורה טהורה, החמצן הוא כבד יותר מאשר באוויר. כאשר מחומם, המולקולה מתנתקת לאטומים.

כאשר הטמפרטורה של המדיום יורדת ל -189.2 ^oC חמצן משנה את המבנה שלה מן גז נוזלי. במקביל, מתרחשת רותח. עם ירידה בטמפרטורה ל -218.35 ^oC יש שינוי המבנה מנוזל כדי גבישי. בטמפרטורה זו, חמצן יש צורה של גבישים כחלחלים.

בטמפרטורת החדר, חמצן מסיס חלושות במים - ליטר אחד של זה מהווה 31 מיליליטר של חמצן. מסיסות עם חומרים אחרים: 220 מ"ל לכל 1 ליטר של אתנול, 231 מ"ל לכל 1 ליטר אצטון.

תכונות כימיות של חמצן

תכונות כימיות של חמצן ניתן לכתובתלמוד שלם. המאפיין החשוב ביותר של חמצן הוא חמצון. חומר זה הוא חזק מאוד oxidant. חמצן הוא מסוגל לתקשר עם כמעט כל האלמנטים הידועים מן הטבלה המחזורית. כתוצאה מאינטראקציה זו, נוצרים תחמוצות, כפי שפורט לעיל. מידת החמצון של חמצן בתרכובות עם אלמנטים אחרים הוא בעצם -2. דוגמה של תרכובות כאלה הוא מים (H₂O), פחמן דו חמצני (CO₂), תחמוצת סידן, תחמוצת ליתיום וכו '. אבל יש קטגוריה מסוימת של תחמוצות, הנקראים חמצן או חמצן. הייחודיות שלהם היא שבתחנות אלה יש קבוצת חמצן "O-O-". קבוצה זו מפחיתה את תכונות חמצון של O₂, כך מידת החמצון של חמצן פרוקסיד הוא -1.

בשילוב עם מתכות אלקליות פעיל, חמצן צורות superoxides או superexides. דוגמה לכך היא:

• אשלגן סופרוקסיד (KO)₂);
• רובידיום סופרוקסיד (Rbo)₂).

הייחודיות שלהם היא כי מידת החמצון של חמצן superoxides הוא -1/2.

בשילוב עם אלמנט כימי פעיל ביותר - פלואור, פלואורידים מתקבלים. הם יתוארו להלן.

דרגה גבוהה של חמצון של חמצן בתרכובות

בהתאם לחומר שבו חמצן אינטראקציה, יש שבע מעלות של חמצון של חמצן:

1. -2 תחמוצות ותרכובות אורגניות.
2. -1 peroxides.
3. 1-2 superoxide.
4. -1 / 3 - ב ozonides אנאורגני (תקף עבור חמצן טריאטומי - אוזון).
5. 1/2 במלחי קטיון החמצן.
6. +1 ב monofluoride חמצן.
7. +2 - ב דיפלואוריד חמצן.

כפי שאנו רואים, את הרמה הגבוהה ביותר של חמצון של חמצןמושגת תחמוצות ותרכובות אורגניות, ו פלואורידים יש לו אפילו תואר חיובי. לא כל סוגי האינטראקציות יכולים להתבצע באופן טבעי. תרכובות מסוימות דורשות תנאים מיוחדים, כגון: לחץ גבוה, טמפרטורה גבוהה, חשיפה לתרכובות נדירות שכמעט ואינן מתרחשות בטבע. בואו ניקח בחשבון את החיבורים הבסיסיים של חמצן עם אלמנטים כימיים אחרים: תחמוצות, חמצני ופלואורידים.

סיווג תחמוצות על ידי חומצה בסיס נכסים

ישנם ארבעה סוגים של תחמוצות:

• בסיסי;
• חומ
• ניטרלי;
• אמפוטרי.

מידת החמצון של חמצן בתרכובות של מינים אלה הוא -2.

• תחמוצות בסיסיות הן תרכובות עם מתכות בעלות דרגות נמוכות של חמצון. בדרך כלל, כאשר אינטראקציה עם חומצות, המקביל מלח ומים מתקבלים.
• תחמוצת חומצה - תחמוצות של nonmetals עם רמה גבוהה של חמצון. כאשר המים מתווספים אליהם, נוצר חומצה.
• תחמוצות נייטרליות הן תרכובות שאינן נכנסות לתגובה עם חומצות או בסיסים.
• תחמוצות אמפוטריות הם תרכובות עם מתכות שיש להם electronegativity נמוכה. הם, בהתאם לנסיבות, להציג את המאפיינים של חומצות הן חומצה בסיסית.

חמצן, מידת החמצון של חמצן במי חמצן ותרכובות אחרות

חמצן הם תרכובות חמצן עםמתכות אלקליות. הם מתקבלים על ידי שריפת מתכות אלה חמצן. פרוקסידים של תרכובות אורגניות הם חומר נפץ רב. הם יכולים גם להיות מושגת על ידי קליטה עם תחמוצות של חמצן. דוגמאות של חמצן:

• מי חמצן (H₂הו₂);
• תחמוצת הברום₂);
• נתרן פרוקסיד (Na₂הו₂).

כולם מאוחדים על ידי העובדה שהם מכילים את קבוצת החמצן - O-O-. כתוצאה מכך, חמצון חמצן peroxides הוא -1.

אחד התרכובות המפורסמות ביותר עם הקבוצה-O-O- מי חמצן. בתנאים רגילים, המתחם הזה הוא נוזל כחול חיוור. על ידי התכונות הכימיות שלו מי חמצן הוא קרוב יותר חומצה חלשה. מאז הקשר- O-O במתחם יש התנגדות חלשה, אפילו בטמפרטורת החדר הפתרון מי חמצן יכול להתפרק לתוך מים וחמצן. זהו החמצן החזק ביותר, עם זאת, כאשר אינטראקציה עם חמצון חזק יותר, המאפיינים של הסוכן הפחתת הם רק מי חמצן. מידת החמצון של חמצן במי חמצן, כמו חמצן אחרים, הוא -1.

סוגים אחרים של פרוקסידים הם:

• superexides (superoxides, שבו חמצן יש חמצון -1/2);
• אורגניזמים לא אורגניים (תרכובות בלתי יציבות במיוחד בעלות מבנה האוזון במבנה שלהן);
• אורגניטים אורגניים (תרכובות שיש במבנה שלהם - O-O-O- הקשר).

פלואורידים, מידת החמצון של חמצן ב OF2

פלואוריד הוא החלק הפעיל ביותר של כלידוע. לכן, האינטראקציה של חמצן עם פלואור מייצרת לא תחמוצות, אבל פלואורידים. הם נקראים כך כי במתחם זה זה לא חמצן, אבל פלואור הוא מחמצן. פלואורידים לא ניתן להשיג באופן טבעי. הם מסונתזים רק, להשיג על ידי שיוך של פלואור עם תמיסה מימית של KOH. פלואוריד חמצן מחולקים:

• חמצן דיפלואוריד₂);
• חמצן monofluoride (O₂F₂).

הבה נבחן בפירוט רב יותר את כל החיבורים. Oxluoride חמצן הוא גז חסר צבע עם ריח לא מורגש בולט. עם הקירור, הוא מתעבה לתוך נוזל צהבהב. במצב נוזלי, הוא מתערבב היטב עם מים, אבל זה טוב עם אוויר, פלואור ואוזון. על פי התכונות הכימיות שלו, difluoride חמצן הוא חזק מאוד חמצון. מידת החמצון של חמצן ב OF2 הוא 1, כלומר, במתחם זה, פלואור הוא מחמצן, וחמצן הוא סוכן הפחתת. היסטוריה₂ זה רעיל מאוד, במונחים של רעילות עולהפלואורין טהור וגישות פוסגן. השימוש העיקרי של המתחם הזה הוא כסוכן חמצון דלק טילים, מאז difluoride חמצן אינו נפץ.

מונופלואוריד חמצן במצב תקיןהוא מוצק צהבהב. כאשר המסה, זה יוצר נוזל אדום. זהו מחמצן רב עוצמה, הוא נפץ מאוד כאשר אינטראקציה עם תרכובות אורגניות. במתחם זה, חמצן מציג רמות חמצון של 2, כלומר, במתחם זה פלואור, מעשים חמצן כסוכן הפחתת, ו פלואור כחמצן.

אוזון ותרכובותיו

אוזון הוא מולקולה שיש לה שלושה אטומי חמצן,מחוברים זה לזה. במצב רגיל, זה גז כחול. כאשר מקורר, הוא יוצר נוזל כחול עמוק, קרוב לאינדיגו. במצב מוצק זה גבישים בצבע כחול כהה. אוזון יש ריח חריף, בטבע זה יכול להיות מורגש באוויר לאחר סופת רעמים חמורה.

אוזון, כמו חמצן רגיל, הוא מאודחמצון חזק. על ידי תכונות כימיות, הוא מתקרב חומצות חזקות. כאשר נחשפים תחמוצות, האוזון מגביר את מצב החמצון שלהם עם שחרור של חמצן. אבל באותו זמן, את מידת החמצון של חמצן פוחתת. באוזון, הקשרים הכימיים אינם חזקים כמו ב- O₂, ולכן בתנאים רגילים ללא המצורפתזה יכול להתפרק לתוך חמצן עם שחרורו של אנרגיית החום. כאשר הטמפרטורה של ההשפעה על מולקולת האוזון עולה וכאשר הלחץ יורד, תהליך הפירוק לתוך חמצן diatomic עם שחרורו של חום מואצת. במקרה זה, אם יש תוכן אוזון גדול בחלל, אז התהליך הזה עשוי להיות מלווה בפיצוץ.

מאז האוזון הוא מחמצן חזק מאוד כמעט כל התהליכים עם השתתפותה לייצר כמות גדולה של O₂, אז אוזון הוא חומר רעיל ביותר. עם זאת, בשכבות העליונות של האטמוספירה, שכבת האוזון משחקת תפקיד של רפלקטור מקרינה אולטרה סגולה של קרני השמש.

מאוזון בעזרת כלי מעבדהליצור אורגניזמים אורגניים ואורגניים. זה מאוד לא יציב במבנה החומר שלו, ולכן הבריאה שלהם בתנאים טבעיים בלתי אפשרי. Ozonides מאוחסנים רק בטמפרטורות נמוכות, שכן בטמפרטורות הרגילות הם מאוד נפץ ורעיל.

השימוש בחמצן ובתרכובותיו בתעשייה

בשל העובדה כי פעם למד המדענים,באיזו מידה של חמצון בחמצן כאשר אינטראקציה עם גורמים אחרים, הוא ותרכובות שלו היו בשימוש נרחב בתעשייה. במיוחד לאחר המצאות טורבו באמצע המאה העשרים - אגרגטים המסוגלים להמיר את האנרגיה הפוטנציאלית של חמצן לתוך אחד מכני.

מאז החמצן הוא חומר דליק ביותר,אז זה משמש בכל הענפים שבהם יש צורך בשימוש באש וחום. כאשר חיתוך וריתוך של מתכות משמש גם בלוני חמצן בלחץ לשפר את מכשיר ריתוך להבה. חמצן הוא בשימוש נרחב בתעשיית הפלדה, שם ידי דחוס O₂ טמפרטורה גבוהה תנורים הפיצוץ. החמצון המרבי של החמצן הוא -2. מאפיין זה משמש באופן פעיל לייצור תחמוצות לצורך שריפתם נוספת ושחרור של אנרגיה תרמית. נוזלי חמצן, אוזון ותרכובות אחרות המכילות כמות גדולה של O_2, משמשים כמחמצנים של דלק טילים. חמצון על ידי חמצן כמה תרכובות אורגניות משמשים חומר נפץ.

בתעשייה הכימית, נעשה שימוש בחמצןכסוכן חמצון תרכובות פחמימנים חומצה, כגון אלכוהול, חומצות וכדומה. ד. התרופה משמשת בלחץ מופחת עבור חולים עם בעיות ריאה, כדי לשמור על החיים של האורגניזם. בחקלאות, במנות קטנות של חמצן טהור משמשות לרביית דגים בבריכות, להגדלת שיעור הבקר וכיוצא באלה. ד

חמצן הוא מחמצן רב עוצמה, שבלעדיו אי אפשר להתקיים

מעל הרבה נכתב על איזה סוג של חמצןמציג מצבי חמצון כאשר מגיבים עם תרכובות ואלמנטים שונים, איזה סוגים של תרכובות חמצן קיימים, אילו סוגים הם מסכני חיים ואינם. אחד יכול להישאר בלתי נתפס - איך, על כל הרעילות שלה ואת רמת החמצון הגבוהה, חמצן הוא אחד האלמנטים שבלעדיהם החיים על כדור הארץ הוא בלתי אפשרי? העובדה היא שכוכב הלכת שלנו הוא אורגניזם מאוזן מאוד, אשר מותאם במיוחד לאותם חומרים הכלולים בשכבת האטמוספירה. הוא משתתף במחזור, שנראה כך: אדם וכל בעלי חיים אחרים צורכים חמצן ומייצרים פחמן דו חמצני, וצמחים ברובם המכריע צורכים פחמן דו-חמצני ומייצרים חמצן. כל דבר בעולם מקושר, ואובדן חוליה אחת בשרשרת זו עלול להוביל לקריעת השרשרת כולה. אנחנו לא צריכים לשכוח את זה ולדאוג לחיים על כדור הארץ לחלוטין, ולא רק נציגים בודדים שלה.

</ p>