Apa itu oksigen? senyawa oksigen

2024 Pengarang: Angel Austin | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-17 05:30

Oksigen (O) adalah unsur kimia non-logam golongan 16 (VIa) dari tabel periodik. Ini adalah gas tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa yang penting bagi organisme hidup – hewan yang mengubahnya menjadi karbon dioksida dan tumbuhan yang menggunakan CO₂ sebagai sumber karbon dan mengembalikan O 2 _{ke atmosfer. Oksigen membentuk senyawa dengan bereaksi dengan hampir semua unsur lain, dan juga menggantikan unsur kimia dari ikatan satu sama lain. Dalam banyak kasus, proses ini disertai dengan pelepasan panas dan cahaya. Senyawa oksigen yang paling penting adalah air.}

Riwayat penemuan

Pada tahun 1772, ahli kimia Swedia Carl Wilhelm Scheele pertama kali mendemonstrasikan oksigen dengan memanaskan kalium nitrat, merkuri oksida, dan banyak zat lainnya. Terlepas dari dia, pada tahun 1774, ahli kimia Inggris Joseph Priestley menemukan unsur kimia ini dengan dekomposisi termal oksida merkuri dan menerbitkan temuannya pada tahun yang sama, tiga tahun sebelum publikasi. Scheele. Pada 1775-1780, ahli kimia Prancis Antoine Lavoisier menafsirkan peran oksigen dalam respirasi dan pembakaran, menolak teori flogiston yang diterima secara umum pada saat itu. Dia mencatat kecenderungannya untuk membentuk asam ketika digabungkan dengan berbagai zat dan menamakan unsur oxygne, yang dalam bahasa Yunani berarti "menghasilkan asam".

Prevalensi

Apa itu oksigen? Membuat 46% dari massa kerak bumi, itu adalah elemen yang paling umum. Jumlah oksigen di atmosfer adalah 21% berdasarkan volume, dan menurut beratnya di air laut adalah 89%.

Dalam batuan, unsur tersebut bergabung dengan logam dan non-logam dalam bentuk oksida, yang bersifat asam (misalnya, belerang, karbon, aluminium dan fosfor) atau basa (garam kalsium, magnesium, dan besi), dan sebagai senyawa mirip garam yang dapat dianggap terbentuk dari oksida asam dan basa seperti sulfat, karbonat, silikat, aluminat, dan fosfat. Meskipun jumlahnya banyak, padatan ini tidak dapat berfungsi sebagai sumber oksigen, karena pemutusan ikatan suatu unsur dengan atom logam terlalu memakan energi.

Fitur

Jika suhu oksigen di bawah -183 °C, maka menjadi cairan biru pucat, dan pada -218 °C - padat. O₂ murni 1,1 kali lebih berat dari udara.

Selama respirasi, hewan dan beberapa bakteri mengkonsumsi oksigen dari atmosfer dan mengembalikan karbon dioksida, sedangkan selama fotosintesis, tumbuhan hijau di hadapan sinar matahari menyerap karbon dioksida dan melepaskan oksigen bebas. Hampirsemua O₂ di atmosfer dihasilkan oleh fotosintesis.

Pada 20 °C, sekitar 3 bagian volume oksigen larut dalam 100 bagian air tawar, sedikit lebih sedikit di air laut. Ini diperlukan untuk pernapasan ikan dan biota laut lainnya.

Oksigen alami adalah campuran dari tiga isotop stabil: ¹⁶O (99,759%), ¹⁷O (0,037 %) dan18^{O (0,204%). Beberapa isotop radioaktif yang diproduksi secara artifisial telah diketahui. Yang paling lama hidup adalah} 15^{O (dengan waktu paruh 124 detik), yang digunakan untuk mempelajari respirasi pada mamalia.}

Alotrop

Gagasan yang lebih jelas tentang apa itu oksigen, memungkinkan Anda mendapatkan dua bentuk alotropiknya, diatomik (O₂) dan triatomik (O_{3, ozon). Sifat-sifat bentuk diatomik menunjukkan bahwa enam elektron mengikat atom dan dua tetap tidak berpasangan, menyebabkan paramagnetisme oksigen. Tiga atom dalam molekul ozon tidak berada dalam satu garis lurus.}

Ozon dapat diproduksi sesuai dengan persamaan: 3O₂ → 2O₃.

Prosesnya endotermik (membutuhkan energi); konversi ozon kembali menjadi oksigen diatomik difasilitasi oleh adanya logam transisi atau oksidanya. Oksigen murni diubah menjadi ozon oleh pelepasan listrik yang bersinar. Reaksi juga terjadi pada penyerapan sinar ultraviolet dengan panjang gelombang sekitar 250 nm. Terjadinya proses ini di atmosfer bagian atas menghilangkan radiasi yang dapat menyebabkankerusakan kehidupan di permukaan bumi. Bau ozon yang menyengat hadir di ruang tertutup dengan peralatan listrik yang memicu seperti generator. Ini adalah gas biru muda. Kepadatannya 1,658 kali lipat dari udara, dan memiliki titik didih -112°C pada tekanan atmosfer.

Ozon adalah oksidator kuat, mampu mengubah sulfur dioksida menjadi trioksida, sulfida menjadi sulfat, iodida menjadi yodium (menyediakan metode analisis untuk mengevaluasinya), dan banyak senyawa organik menjadi turunan teroksigenasi seperti aldehida dan asam. Konversi hidrokarbon dari knalpot mobil menjadi asam dan aldehida oleh ozon inilah yang menyebabkan kabut asap. Dalam industri, ozon digunakan sebagai bahan kimia, desinfektan, pengolahan air limbah, penjernihan air dan pemutihan kain.

Mendapatkan Metode

Cara oksigen diproduksi tergantung pada berapa banyak gas yang dibutuhkan. Metode laboratorium adalah sebagai berikut:

1. Dekomposisi termal beberapa garam seperti kalium klorat atau kalium nitrat:

2KClO₃ → 2KCl + 3O₂.
2KNO₃ → 2KNO₂ + O₂.

Dekomposisi kalium klorat dikatalisis oleh oksida logam transisi. Mangan dioksida (pirolusit, MnO₂) sering digunakan untuk ini. Katalis menurunkan suhu yang dibutuhkan untuk mengembangkan oksigen dari 400 menjadi 250 °C.

2. Dekomposisi suhu oksida logam:

2HgO → 2Hg +O₂.
2Ag₂O → 4Ag + O₂.

Scheele dan Priestley menggunakan senyawa (oksida) oksigen dan merkuri (II) untuk mendapatkan unsur kimia ini.

3. Dekomposisi termal peroksida logam atau hidrogen peroksida:

2BaO + O₂ → 2BaO₂.
2BaO₂ → 2BaO +O₂.
BaO₂ + H₂SO₄ → H₂ O₂ + BaSO₄.
2H₂O₂ → 2H₂O +O _2.

Metode industri pertama untuk memisahkan oksigen dari atmosfer atau untuk memproduksi hidrogen peroksida bergantung pada pembentukan barium peroksida dari oksida.

4. Elektrolisis air dengan pengotor kecil garam atau asam, yang memberikan konduktivitas arus listrik:

2H₂O → 2H₂ + O₂

Produksi industri

Jika perlu untuk mendapatkan oksigen dalam jumlah besar, digunakan distilasi fraksional udara cair. Dari konstituen utama udara, ia memiliki titik didih tertinggi dan karena itu kurang mudah menguap daripada nitrogen dan argon. Proses ini menggunakan pendinginan gas saat mengembang. Langkah-langkah utama operasi adalah sebagai berikut:

udara disaring untuk menghilangkan partikel;
kelembaban dan karbon dioksida dihilangkan dengan penyerapan ke dalam alkali;
udara dikompresi dan panas kompresi dihilangkan dengan prosedur pendinginan normal;
kemudian memasuki kumparan yang terletak dikamera;
bagian dari gas terkompresi (pada tekanan sekitar 200 atm) mengembang di dalam ruangan, mendinginkan koil;
gas yang diekspansi kembali ke kompresor dan melewati beberapa tahap ekspansi dan kompresi berikutnya, menghasilkan cairan pada -196 °C udara menjadi cair;
cairan dipanaskan untuk menyaring gas inert ringan pertama, kemudian nitrogen, dan oksigen cair yang tersisa. Fraksinasi berganda menghasilkan produk yang cukup murni (99,5%) untuk sebagian besar keperluan industri.

Penggunaan industri

Metalurgi adalah konsumen oksigen murni terbesar untuk produksi baja karbon tinggi: membuang karbon dioksida dan kotoran non-logam lainnya lebih cepat dan lebih mudah daripada menggunakan udara.

Pengolahan air limbah oksigen menjanjikan untuk mengolah limbah cair lebih efisien daripada proses kimia lainnya. Pembakaran sampah dalam sistem tertutup menggunakan O₂.

. murni menjadi semakin penting

Yang disebut pengoksidasi roket adalah oksigen cair. Pure O₂ Digunakan di kapal selam dan lonceng selam.

Dalam industri kimia, oksigen telah menggantikan udara normal dalam produksi zat seperti asetilena, etilen oksida, dan metanol. Aplikasi medis termasuk penggunaan gas di ruang oksigen, inhaler, dan inkubator bayi. Gas anestesi yang diperkaya oksigen memberikan dukungan hidup selama anestesi umum. Tanpa unsur kimia ini, sejumlahindustri yang menggunakan tungku peleburan. Itulah oksigen.

Sifat kimia dan reaksi

Keelektronegatifan tinggi dan afinitas elektron oksigen adalah ciri khas unsur yang menunjukkan sifat non-logam. Semua senyawa oksigen memiliki keadaan oksidasi negatif. Ketika dua orbital diisi dengan elektron, ion O^2- terbentuk. Dalam peroksida (O₂^2-) setiap atom diasumsikan memiliki muatan -1. Sifat menerima elektron dengan transfer total atau parsial ini menentukan zat pengoksidasi. Ketika zat tersebut bereaksi dengan zat donor elektron, keadaan oksidasinya sendiri diturunkan. Perubahan (penurunan) bilangan oksidasi oksigen dari nol menjadi -2 disebut reduksi.

Dalam kondisi normal, unsur membentuk senyawa diatomik dan triatomik. Selain itu, ada molekul empat atom yang sangat tidak stabil. Dalam bentuk diatomik, dua elektron tidak berpasangan terletak di orbital non-ikatan. Ini dikonfirmasi oleh perilaku paramagnetik gas.

Reaktivitas ozon yang intens terkadang dijelaskan dengan asumsi bahwa salah satu dari tiga atom berada dalam keadaan "atom". Memasuki reaksi, atom ini terdisosiasi dari O₃, meninggalkan molekul oksigen.

Molekul O₂ reaktif lemah pada suhu dan tekanan lingkungan normal. Oksigen atom jauh lebih aktif. Energi disosiasi (O₂ → 2O) adalah signifikan danadalah 117,2 kkal per mol.

Koneksi

Dengan non-logam seperti hidrogen, karbon, dan belerang, oksigen membentuk berbagai senyawa ikatan kovalen, termasuk oksida non-logam seperti air (H₂O), belerang dioksida (SO₂) dan karbon dioksida (CO₂); senyawa organik seperti alkohol, aldehida dan asam karboksilat; asam umum seperti karbonat (H₂CO₃), sulfat (H₂SO 4_{) dan nitrogen (HNO}3_{); dan garam yang sesuai seperti natrium sulfat (Na}2_SO4_{), natrium karbonat (Na}2 _CO 3_{) dan natrium nitrat (NaNO}3_{). Oksigen terdapat dalam bentuk ion O}2- ^{dalam struktur kristal oksida logam padat, seperti senyawa (oksida) oksigen dan kalsium CaO. Superoksida logam (KO}2_{) mengandung ion O}2-^{, sedangkan peroksida logam (BaO2}), mengandung ion O₂_2-. Senyawa oksigen terutama memiliki bilangan oksidasi -2.