Хүчилтөрөгчийн химийн элемент нь үелэх системийн хуучирсан богино хувилбарын VI-р үндсэн бүлгийн хоёр дахь үе юм. Дугаарлалтын шинэ стандартын дагуу энэ нь 16 дахь бүлэг юм. Холбогдох шийдвэрийг IUPAC 1988 онд гаргасан. Энгийн бодис болох хүчилтөрөгчийн томъёо нь O2 юм. Үүний үндсэн шинж чанар, байгаль, эдийн засаг дахь үүрэг ролийг авч үзье. Хүчилтөрөгчөөр тэргүүлдэг үечилсэн системийн бүх бүлгийн шинж чанаруудаас эхэлье. Элемент нь түүнтэй холбоотой халкогенуудаас ялгаатай бөгөөд ус нь хүхэр, селен, теллурын устөрөгчийн нэгдлүүдээс ялгаатай. Бүх ялгагдах шинж чанаруудын тайлбарыг зөвхөн атомын бүтэц, шинж чанарын талаар мэдэж авах боломжтой.
Халькоген нь хүчилтөрөгчтэй холбоотой элементүүд юм
Ижил шинж чанартай атомууд үелэх системд нэг бүлгийг бүрдүүлдэг. Хүчилтөрөгч нь халькогений гэр бүлийг тэргүүлдэг боловч хэд хэдэн шинж чанараараа тэднээс ялгаатай.
Бүлгийн өвөг болох хүчилтөрөгчийн атомын масс нь 16 a.u. e. m. Устөрөгч ба металлын нэгдэл үүсэхэд халькоген нь ердийн шинж чанартай байдаг.исэлдэлтийн төлөв: -2. Жишээлбэл, усны найрлагад (Н2О) хүчилтөрөгчийн исэлдэлтийн тоо –2 байна.
Халкогений ердийн устөрөгчийн нэгдлүүдийн найрлага нь ерөнхий томьёотой тохирч байна: H2R. Эдгээр бодисыг уусгахад хүчил үүсдэг. Зөвхөн хүчилтөрөгчийн устөрөгчийн нэгдэл - ус нь онцгой шинж чанартай байдаг. Эрдэмтдийн үзэж байгаагаар энэ ер бусын бодис нь маш сул хүчил ба маш сул суурь юм.
Хүхэр, селен, теллур нь хүчилтөрөгч болон бусад өндөр цахилгаан сөрөг (EO) металл бус бодисуудтай нэгдлүүдэд эерэг исэлдэлтийн төлөвтэй байдаг (+4, +6). Халькогений ислийн найрлага нь ерөнхий томъёог тусгасан болно: RO2, RO3. Тэдгээрийн харгалзах хүчил нь дараах найрлагатай: H2RO3, H2RO 4.
Элементүүд нь хүчилтөрөгч, хүхэр, селен, теллур, полони зэрэг энгийн бодисуудтай тохирдог. Эхний гурван төлөөлөгч нь металл бус шинж чанарыг харуулдаг. Хүчилтөрөгчийн томъёо нь O2. Ижил элементийн аллотропик өөрчлөлт нь озон (О3) юм. Хоёр өөрчлөлт нь хий юм. Хүхэр ба селен нь хатуу металл биш юм. Теллур бол металлоид бодис, цахилгаан гүйдэл дамжуулагч, полони бол металл.
Хүчилтөрөгч бол хамгийн элбэг элемент
Дэлхийн царцдас дахь элементийн нийт атомын агууламж ойролцоогоор 47% (жингээр). Хүчилтөрөгч нь чөлөөт хэлбэрээр болон олон тооны нэгдлүүдийн найрлагад байдаг. Агаар мандалд O2 томьёотой энгийн бодис агуулагдаж, агаарын 21%-ийг (эзэлхүүнээр) эзэлдэг. Молекулын хүчилтөрөгч нь хөрсний хэсгүүдийн хооронд орших усанд уусдаг.
Ижил төрлийн химийн элемент энгийн бодис хэлбэрээр оршдог гэдгийг бид аль хэдийн мэдсэн. Энэ бол озон - дэлхийн гадаргуугаас 30 км-ийн өндөрт давхарга үүсгэдэг хий бөгөөд үүнийг ихэвчлэн озоны дэлгэц гэж нэрлэдэг. Хүчилтөрөгч нь усны молекул, олон чулуулаг, эрдэс бодис, органик нэгдлүүдийн найрлагад ордог.
Хүчилтөрөгчийн атомын бүтэц
Үелэх систем нь хүчилтөрөгчийн талаарх бүрэн мэдээллийг агуулдаг:
- Элементийн серийн дугаар 8.
- Цөмийн цэнэг - +8.
- Нийт электроны тоо 8.
- Хүчилтөрөгчийн электрон томьёо нь 1s22s22p4.
Байгаль дээр үелэх системд ижил серийн дугаартай, протон ба электроны найрлага нь ижил, харин нейтроны тоо өөр байдаг тогтвортой гурван изотоп байдаг. Изотопуудыг ижил тэмдгээр тэмдэглэсэн - O. Харьцуулахын тулд бид хүчилтөрөгчийн гурван изотопын найрлагыг тусгасан диаграммыг толилуулж байна:
Хүчилтөрөгчийн шинж чанар - химийн элемент
Атомын 2р-дэд түвшинд хосгүй хоёр электрон байдаг бөгөөд энэ нь исэлдэлтийн төлөв -2 ба +2 харагдахыг тайлбарладаг. Хүхэр болон бусад халкогентэй адил исэлдэлтийн төлөвийг +4 хүртэл нэмэгдүүлэхийн тулд хоёр хос электроныг салгаж болохгүй. Үүний шалтгаан нь үнэ төлбөргүй дэд түвшин байхгүй байна. Тиймээс нэгдлүүдэд хүчилтөрөгчийн химийн элемент нь валент, зэрэглэлийг харуулдаггүйүечилсэн системийн богино хувилбарт бүлгийн дугаартай тэнцүү исэлдэлтүүд (6). Түүний ердийн исэлдэлтийн тоо -2.
Зөвхөн фтортой нэгдлүүдэд хүчилтөрөгч +2 эерэг исэлдэлтийн төлөвийг харуулдаг. Хоёр хүчтэй металл бус металлын EO утга өөр байна: EO(O)=3.5; EO (F)=4. Илүү электрон сөрөг химийн элементийн хувьд фтор нь электронуудаа илүү хүчтэй барьж, хүчилтөрөгчийн атомын гаднах энергийн түвшинд валентын тоосонцорыг татдаг. Тиймээс фтортой урвалд ороход хүчилтөрөгч нь ангижруулагч бөгөөд электроныг өгдөг.
Хүчилтөрөгч бол энгийн бодис
Английн судлаач Д. Престли 1774 онд туршилтын үеэр мөнгөн усны исэл задрах явцад хий ялгаруулжээ. Хоёр жилийн өмнө К. Шээле ижил бодисыг цэвэр хэлбэрээр нь олж авсан. Хэдэн жилийн дараа Францын химич А. Лавуазье ямар төрлийн хий нь агаарын нэг хэсэг болохыг тогтоож, шинж чанарыг нь судалжээ. Хүчилтөрөгчийн химийн томъёо нь O2. Бодисын найрлагын бүртгэлд туйлшралгүй ковалент холбоо үүсэхэд оролцдог электронуудыг тусгацгаая - O::O. Холбогч электрон хос бүрийг нэг шугамаар орлуулъя: O=O. Хүчилтөрөгчийн энэхүү томьёо нь молекул дахь атомууд нь хоёр хос электрон хосын хооронд холбогдсон болохыг тодорхой харуулж байна.
Хялбар тооцоолол хийж, хүчилтөрөгчийн харьцангуй молекул жин хэд болохыг тодорхойлъё: Mr(O2)=Ar(O) x 2=16 x 2=32. Учир нь харьцуулалт: Mr(air)=29. Хүчилтөрөгчийн химийн томъёо нь озоны томъёоноос нэг хүчилтөрөгчийн атомаар ялгаатай. Тэгэхээр ноён(O3)=Ar(O) x 3=48. Озон нь хүчилтөрөгчөөс 1.5 дахин хүнд.
Физик шинж чанар
Хүчилтөрөгч нь өнгөгүй, амтгүй, үнэргүй хий (хэвийн температур, атмосферийн даралттай үед). Энэ бодис нь агаараас арай хүнд; усанд уусдаг, гэхдээ бага хэмжээгээр. Хүчилтөрөгчийн хайлах цэг нь сөрөг бөгөөд -218.3 ° C байна. Шингэн хүчилтөрөгч хийн хүчилтөрөгч болж хувирах цэг нь түүний буцлах цэг юм. O2 молекулуудын хувьд энэ физик хэмжигдэхүүний утга -182.96 °C хүрдэг. Шингэн болон хатуу төлөвт хүчилтөрөгч нь цайвар цэнхэр өнгөтэй болдог.
Лабораторид хүчилтөрөгч үйлдвэрлэх
Хүчилтөрөгч агуулсан бодис, тухайлбал калийн перманганатыг халаахад өнгөгүй хий ялгарч, колбонд эсвэл туршилтын хоолойд цуглуулж болно. Хэрэв та асдаг бамбарыг цэвэр хүчилтөрөгч рүү авчрах юм бол энэ нь агаараас илүү тод шатдаг. Хүчилтөрөгч авах лабораторийн өөр хоёр арга бол устөрөгчийн хэт исэл ба калийн хлорат (бертоллет давс) задрах явдал юм. Дулааны задралд ашигладаг төхөөрөмжийн схемийг авч үзье.
Туршилтын хоолой эсвэл дугуй колбонд бага зэрэг Бертолле давс хийнэ, хийн гаралтын хоолой бүхий таглаагаар хаа. Үүний эсрэг талын үзүүрийг (усан доор) колбонд эргүүлж эргүүлнэ. Хүзүүгээ усаар дүүргэсэн өргөн шил эсвэл талстжуулагч руу буулгах хэрэгтэй. Бертолле давстай туршилтын хоолойг халаахад хүчилтөрөгч ялгардаг. Энэ нь агааржуулалтын хоолойгоор дамжин ордогколбо, түүнээс усыг зайлуулна. Колбыг хийгээр дүүргэх үед усан доор бөглөөтэй таглаад эргүүлнэ. Энэхүү лабораторийн туршилтаар олж авсан хүчилтөрөгчийг энгийн бодисын химийн шинж чанарыг судлахад ашиглаж болно.
Шатах
Хэрэв лаборатори хүчилтөрөгч дэх бодисыг шатааж байгаа бол галын дүрмийг мэдэж, дагаж мөрдөх шаардлагатай. Устөрөгч нь агаарт шууд шатаж, хүчилтөрөгчтэй 2: 1 харьцаатай холилдож, тэсрэх аюултай. Цэвэр хүчилтөрөгч дэх бодисын шаталт нь агаараас хамаагүй илүү хүчтэй байдаг. Энэ үзэгдлийг агаарын найрлагаар тайлбарладаг. Агаар мандалд байгаа хүчилтөрөгч нь хэсгийн 1/5-аас арай илүү (21%) байна. Шатах гэдэг нь бодисын хүчилтөрөгчтэй урвалд ордог бөгөөд үүний үр дүнд янз бүрийн бүтээгдэхүүн, гол төлөв металл ба металл бус исэлүүд үүсдэг. O2-ийн шатамхай бодистой холимог нь шатамхай бөгөөд үүнээс гадна үүссэн нэгдлүүд нь хортой байж болно.
Энгийн лаа (эсвэл шүдэнз) шатахад нүүрстөрөгчийн давхар исэл үүснэ. Дараахь туршлагыг гэртээ хийж болно. Хэрэв та шилэн сав эсвэл том шилний доор бодисыг шатаавал бүх хүчилтөрөгч дууссаны дараа шаталт зогсох болно. Азот нь амьсгалах, шаталтыг дэмждэггүй. Исэлдэлтийн бүтээгдэхүүн болох нүүрстөрөгчийн давхар исэл нь хүчилтөрөгчтэй урвалд орохоо больсон. Тунгалаг шохойн ус нь лаа шатаасны дараа нүүрстөрөгчийн давхар исэл байгаа эсэхийг илрүүлэх боломжийг олгодог. Хэрэв шаталтын бүтээгдэхүүнийг кальцийн гидроксидоор дамжуулж байвал уусмал нь үүлэрхэг болно. Шохойн ус болон нүүрстөрөгчийн давхар ислийн хооронд химийн урвал явагдаж уусдаггүй кальцийн карбонат үүснэ.
Үйлдвэрийн хэмжээнд хүчилтөрөгчийн үйлдвэрлэл
Хамгийн хямд процесс нь агааргүй O2 молекулуудыг үүсгэдэг бөгөөд химийн урвал явагддаггүй. Аж үйлдвэрт, металлургийн үйлдвэрт агаарыг бага температур, өндөр даралтаар шингэрүүлдэг. Агаар мандлын хамгийн чухал бүрэлдэхүүн хэсгүүд болох азот, хүчилтөрөгч нь өөр өөр температурт буцалгана. Аажмаар хэвийн температурт халааж байх үед агаарын хольцыг салга. Эхлээд азотын молекулууд, дараа нь хүчилтөрөгч ялгардаг. Тусгаарлах арга нь энгийн бодисын өөр өөр физик шинж чанарт суурилдаг. Хүчилтөрөгчийн энгийн бодисын томъёо нь агаарыг хөргөх, шингэрүүлэхээс өмнөхтэй ижил байна, - O2.
Электролизийн зарим урвалын үр дүнд хүчилтөрөгч ялгарч, холбогдох электрод дээр цуглуулдаг. Аж үйлдвэр, барилгын аж ахуйн нэгжүүдэд хий их хэмжээгээр шаардлагатай байдаг. Хүчилтөрөгчийн хэрэгцээ, ялангуяа химийн үйлдвэрт байнга нэмэгдэж байна. Үүссэн хий нь үйлдвэрлэлийн болон эмнэлгийн зориулалтаар тэмдэглэгдсэн ган цилиндрт хадгалагддаг. Хүчилтөрөгчийн савыг бусад шингэрүүлсэн хий болох азот, метан, аммиакаас ялгахын тулд хөх эсвэл цэнхэр өнгөөр буддаг.
Молекулуудын оролцоотой урвалын томъёо ба тэгшитгэлийг ашиглан химийн тооцоолол O2
Хүчилтөрөгчийн молийн массын тоон утга нь өөр утгатай - харьцангуй молекул жинтэй давхцаж байна. Зөвхөн эхний тохиолдолд нэгжүүд байдагхэмжилт. Товчхондоо хүчилтөрөгчийн бодис ба түүний молийн массын томъёог дараах байдлаар бичнэ: M(O2)=32 г/моль. Хэвийн нөхцөлд аливаа хийн моль нь 22.4 литр эзэлхүүнтэй тохирч байна. Тэгэхээр 1 моль O2 нь 22.4 литр бодис, 2 моль O2 нь 44.8 литр байна. Хүчилтөрөгч ба устөрөгчийн урвалын тэгшитгэлийн дагуу та 2 моль устөрөгч ба 1 моль хүчилтөрөгч харилцан үйлчлэлцэж байгааг харж болно:
Хэрэв урвалд 1 моль устөрөгч оролцвол хүчилтөрөгчийн хэмжээ 0.5 моль • 22.4 л/моль=11.2 л болно.
О2 молекулуудын байгаль, хүний амьдрал дахь үүрэг
Хүчилтөрөгчийг дэлхий дээрх амьд организмууд хэрэглэдэг бөгөөд 3 тэрбум гаруй жилийн турш бодисын эргэлтэнд оролцдог. Энэ бол амьсгалын замын болон бодисын солилцооны гол бодис бөгөөд түүний тусламжтайгаар шим тэжээлийн молекулуудын задрал явагдаж, организмд шаардлагатай энерги нийлэгждэг. Дэлхий дээр хүчилтөрөгчийг байнга хэрэглэдэг боловч түүний нөөц нь фотосинтезээр нөхөгддөг. Оросын эрдэмтэн К. Тимирязев энэ үйл явцын ачаар манай гараг дээр амьдрал оршсоор байна гэж үзэж байсан.
Хүчилтөрөгчийн байгаль, эдийн засагт гүйцэтгэх үүрэг асар их:
- амьд организм амьсгалах үед шингэдэг;
- ургамлын фотосинтезийн урвалд оролцдог;
- органик молекулуудын нэг хэсэг;
- муудах, исгэх, зэврэх үйл явц нь исэлдүүлэгч бодисын үүрэг гүйцэтгэдэг хүчилтөрөгчийн оролцоотойгоор явагддаг;
- үнэ цэнэтэй органик синтезийн бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэхэд ашигладаг.
Шингэрүүлсэн хүчилтөрөгчцилиндрийг өндөр температурт металл зүсэх, гагнахад ашигладаг. Эдгээр үйл явц нь машин үйлдвэрлэлийн үйлдвэр, тээвэр, барилгын аж ахуйн нэгжүүдэд хийгддэг. Усан дор, газар доор, өндөрт вакуум орчинд ажил гүйцэтгэхийн тулд хүмүүст O2 молекул хэрэгтэй. Хүчилтөрөгчийн дэр нь өвчтэй хүмүүсийн амьсгалах агаарын найрлагыг баяжуулах зорилгоор анагаах ухаанд ашигладаг. Эмнэлгийн зориулалттай хий нь хольц, үнэргүй бараг бүрэн техникийн хийнээс ялгаатай.
Хүчилтөрөгч нь хамгийн тохиромжтой исэлдүүлэгч бодис юм
Хүчилтөрөгчийн нэгдлүүд нь язгуур хийн гэр бүлийн анхны төлөөлөгчдөөс бусад үелэх системийн бүх химийн элементүүдээр мэдэгддэг. Галоген, алт, цагаан алтнаас бусад олон бодисууд O атомуудтай шууд урвалд ордог. Хүчилтөрөгчтэй холбоотой үзэгдлүүд нь гэрэл, дулаан ялгаруулдаг нь маш чухал юм. Ийм үйл явц нь өдөр тутмын амьдрал, үйлдвэрлэлд өргөн хэрэглэгддэг. Металлургийн хувьд хүдрийн хүчилтөрөгчтэй харилцан үйлчлэлцэхийг шарах гэж нэрлэдэг. Урьдчилан буталсан хүдрийг хүчилтөрөгчөөр баяжуулсан агаартай холино. Өндөр температурт металыг сульфидаас энгийн бодис болгон бууруулдаг. Төмөр болон зарим өнгөт металлыг ингэж гаргаж авдаг. Цэвэр хүчилтөрөгч байгаа нь хими, технологи, металлургийн янз бүрийн салбар дахь технологийн процессын хурдыг нэмэгдүүлдэг.
Бага температурт бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд ялган агаараас хүчилтөрөгч авах хямд арга бий болсон нь олон газар нутгийг хөгжүүлэхэд түлхэц болсон.аж үйлдвэрийн үйлдвэрлэл. Химичид O2 молекулууд болон O атомуудыг хамгийн тохиромжтой исэлдүүлэгч бодис гэж үздэг. Эдгээр нь байгалийн материал бөгөөд байгальд байнга шинэчлэгддэг, хүрээлэн буй орчныг бохирдуулдаггүй. Нэмж дурдахад хүчилтөрөгчтэй холбоотой химийн урвалууд нь ихэвчлэн өөр байгалийн, аюулгүй бүтээгдэхүүн болох усны нийлэгжилтээр төгсдөг. Үйлдвэрийн хорт хаягдлыг саармагжуулах, усыг бохирдлоос цэвэрлэхэд O2-ийн үүрэг их юм. Хүчилтөрөгчөөс гадна түүний аллотропик өөрчлөлт болох озоныг халдваргүйжүүлэхэд ашигладаг. Энэхүү энгийн бодис нь исэлдүүлэх үйл ажиллагаа өндөртэй байдаг. Усыг озонжуулах үед бохирдуулагч бодисууд задардаг. Мөн озон нь эмгэг төрүүлэгч микрофлорт хортой нөлөө үзүүлдэг.
