氧气

氧(O)、非金属化学元素组16(通过,或氧组)的元素周期表。氧气是一种无色、无臭、无味的气体基本生物,被动物了,把它转换成二氧化碳;反过来,植物利用二氧化碳的碳和氧气回到大气中。氧气与几乎其他任何元素形成化合物的反应,以及反应取代元素相互组合;在许多情况下,这些过程都伴随着进化的光和热,在这种情况下被称为燃烧。其最重要的化合物是水。

氧气是由瑞典化学家发现了约1772,卡尔·威廉舍勒谁得到它通过加热硝酸钾,氧化汞和许多其他物质。英国化学家,约瑟夫普利斯特里、独立于1774年发现了氧气氧化汞的热分解和发表他的发现,前三年舍勒出版。在1775 - 80年,法国化学家Antoine-Laurent Lavoisier,以惊人的洞察力,解释在呼吸氧气的作用以及燃烧,丢弃燃素说,一直被接受到时间;他指出其趋势形成酸结合许多不同的物质和相应的命名的元素氧气(oxygene从希腊单词“酸前。”

质量的46%,氧气是地壳中最丰富的元素。大气中氧气的体积的比例是21%,重量在海水中是89%。在岩石,加上金属和非金属矿物酸性氧化物的形式(如硫、碳、铝、磷)或基本(如钙、镁、铁)和saltlike化合物可能被视为形成的酸性和碱性氧化物,硫酸盐、碳酸盐、硅酸盐、铝酸盐类和磷酸盐。丰富,这些固体化合物不是有用的氧气来源,因为它分离的元素与金属原子的紧密组合太贵了。

下面−183°C (297°F−),氧气是一个淡蓝色的液体;它变成固体−218°C (361°F−)。纯氧比空气重的1.1倍。

在呼吸、动物和一些细菌把大气中的氧气回到二氧化碳,而通过光合作用,绿色植物吸收二氧化碳在阳光的存在和发展自由氧。几乎所有的自由大气中氧气是由于光合作用。氧气的体积大约3部分溶于100地区的淡水在20°C (68°F),在海水略少。溶解氧是至关重要的鱼类和其他海洋生物的呼吸作用。

天然氧三种稳定同位素的混合物:oxygen-16 (99.759%)、oxygen-17(0.037%),和氧18 (0.204%)。准备几个人为放射性同位素是已知的。寿命最长,oxygen-15第二半衰期(124 -),已被用于研究哺乳动物的呼吸。

氧有两种同素异形的形式,双原子(O₂)和三原子(O₃、臭氧)。双原子的属性表单显示6个电子债券原子和两个电子仍未配对,占氧的顺磁性。三个原子的臭氧分子沿着直线不撒谎。

可能产生臭氧的氧气根据方程:

写的过程,是吸热(必须提供能量,让它继续);臭氧转化回双原子氧是由过渡金属及其氧化物的存在。纯氧部分转化为臭氧,无声放电;带来的反应也是吸收紫外线的波长约为250纳米(纳米、纳米等于10⁻⁹米);这个过程发生在高层大气中去除辐射会危害地球表面上的生命。臭氧是明显的刺鼻气味封闭区域引发的电气设备,如发电机的房间。臭氧是浅蓝色;它的密度是空气的1.658倍,它的沸点是112°C (170°F)−−在大气压力。

臭氧是一种强氧化剂,能够将二氧化硫转化为三氧化硫,硫化物硫酸盐,对碘碘化(提供一个分析方法的估计),和许多有机化合物醛等含氧衍生物和酸。转换的臭氧碳氢化合物从汽车废气这些酸和醛有助于刺激性烟雾的性质。商业、臭氧被用作化学试剂,消毒剂,在污水处理、水净化,和漂白纺织品。

生产方法选择取决于氧元素的数量。实验室程序包括以下:

1。某些盐的热分解,氯酸钾、硝酸钾等:

氯酸钾的分解是通过过渡金属氧化物的催化;二氧化锰(MnO,软锰矿₂)是经常使用的。影响氧的进化所需的温度从400°C减少到250°C的催化剂。

2。热分解的重金属氧化物:

舍勒和普利斯特里使用氧气氧化汞(II)的准备。

3所示。热分解金属过氧化物或过氧化氢:

早期的商业程序隔离大气中的氧气或过氧化氢的生产依赖于形成的过氧化钡氧化物如方程所示。

4所示。电解水含有小比例的盐或酸,使传导电流:

所需的吨位数量时,氧气是由液态空气分馏。主要组件的空气,氧气沸点最高,因此比氮和氩波动较小。过程利用压缩气体时,允许扩展,它冷却。主要操作包括以下步骤:(1)空气过滤去除颗粒;(2)在碱吸收水分和二氧化碳;(3)空气压缩和压缩被普通冷却过程的热;(4)压缩和冷却空气通过进入线圈包含在室;(5)压缩空气的一部分(约为200个大气压的压力)是允许扩大室,冷却线圈;(6)扩大气体返回到压缩机与多个后续扩展和压缩步骤导致压缩空气的液化最后−196°C的温度;(7)允许液态空气温暖先提取稀有气体,氮,使液态氧。 Multiple fractionations will produce a product pure enough (99.5 percent) for most industrial purposes.

钢铁行业是最大的消费者“吹”的纯氧高碳钢材,挥发二氧化碳和其他非金属杂质更快速、更容易控制的过程比如果空气。污水由氧的治疗更有效治疗的液体比其他化学过程废水。焚烧废物使用纯氧在封闭系统已成为重要的。所谓的液态氧火箭氧化剂液氧燃料;液态氧的消耗取决于太空计划的活动。纯氧用于潜艇和潜水钟。

商业氧气或富氧空气取代了普通空气化工制造oxidation-controlled化学品如乙炔、环氧乙烷和甲醇。医学的应用包括使用氧帐篷、吸入器,儿科孵化器。富氧气体麻醉剂麻醉期间确保生命支持。氧气是重要的工业窑炉使用。

大的电负性值和氧的电子亲和能的典型元素,只显示非金属行为。氧的化合物,假设预计负氧化态的两个装外轨道。当这些轨道是由电子转移,氧化物离子O²⁻被创建。在过氧化物(包含离子物种O₂²⁻)假设每个氧负责−1。这个属性接受电子的完全或部分转移定义了一个氧化剂。当这样一个代理与一个电子基反应物质,降低其氧化态。变化(降低),从零到−2在氧气的情况下,被称为减少。氧气可能被认为是“原始”氧化剂,使用的术语来描述氧化和减少这种行为是基于典型的氧气。

同素异形一节中描述,形成了双原子氧物种,O₂,在正常情况下,三原子物种臭氧、O₃。有一些证据表明一种非常不稳定的四价,O₄。双原子分子的形成有两个未配对电子,躺在反键轨道。氧气的顺磁行为证实了这种电子的存在。

的强烈反应臭氧有时被解释为暗示三个氧原子之一是在一个“原子”状态;脱离的反应,这个原子O₃分子,分子氧。

分子的物种,O₂,不是特别反应在正常温度和压力(环境)。原子物种,O,更活泼。游离的能量(O₂→2 o)是117.2千卡每摩尔。

氧的氧化态−2在大多数的化合物。它形成一个大范围的共价键的化合物,其中是非金属元素的氧化物,例如水(H₂O)、二氧化硫(₂)和二氧化碳(有限公司₂);有机化合物,如醇类、醛类、羧酸;常见的酸,如硫酸(H₂所以₄)、碳酸(H₂有限公司₃)、氮(HNO₃);和相应的盐,如硫酸钠(Na₂所以₄)、碳酸钠(Na₂有限公司₃)和硝酸钠(NaNO₃)。氧气氧化离子存在,O^{2- - - - - -}晶体结构的固体金属氧化物如氧化钙,曹。钾等金属过氧化物,过氧化物,KO₂,包含O₂^{- - - - - -}离子,而金属过氧化物、过氧化钡、包等₂,包含O₂^{2 -}离子。

罗伯特·c·Brasted