Хүчилтөрөгч гэж юу вэ? Хүчилтөрөгчийн нэгдлүүд

2024 Зохиолч: Angel Austin | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2023-12-17 05:36

Хүчилтөрөгч (O) нь үелэх системийн 16 (VIa) бүлгийн металл бус химийн элемент юм. Энэ нь амьд организмд зайлшгүй шаардлагатай өнгөгүй, үнэргүй, амтгүй хий бөгөөд үүнийг нүүрстөрөгчийн давхар исэл болгон хувиргадаг амьтад болон CO₂-г нүүрстөрөгчийн эх үүсвэр болгон ашиглаж, O _{буцаадаг ургамал юм. 2} агаар мандалд. Хүчилтөрөгч нь бараг ямар ч элементтэй урвалд орж нэгдлүүдийг үүсгэдэг бөгөөд химийн элементүүдийг бие биенээсээ холбодог. Ихэнх тохиолдолд эдгээр процессууд нь дулаан, гэрлийн ялгаралт дагалддаг. Хамгийн чухал хүчилтөрөгчийн нэгдэл бол ус.

Нээлтийн түүх

1772 онд Шведийн химич Карл Вильгельм Шееле калийн нитрат, мөнгөн усны исэл болон бусад олон бодисыг халааж хүчилтөрөгчийг анх үзүүлжээ. Түүнээс үл хамааран 1774 онд Английн химич Жозеф Пристли энэхүү химийн элементийг мөнгөн усны ислийн дулааны задралаар олж илрүүлж, нийтлэгдэхээс гурван жилийн өмнө мөн онд олж нийтэлсэн байна. Шееле. 1775-1780 онд Францын химич Антуан Лавуазье амьсгалах, шатаахад хүчилтөрөгчийн үүргийг тайлбарлаж, тухайн үед нийтээр хүлээн зөвшөөрөгдсөн флогистоны онолыг үгүйсгэв. Тэрээр янз бүрийн бодисуудтай холилдоход хүчил үүсгэх хандлагыг тэмдэглэж, элементийг oxygène гэж нэрлэсэн бөгөөд энэ нь грекээр "хүчил үйлдвэрлэх" гэсэн утгатай.

Тархалт

Хүчилтөрөгч гэж юу вэ? Дэлхийн царцдасын массын 46% -ийг эзэлдэг энэ нь түүний хамгийн түгээмэл элемент юм. Агаар мандалд хүчилтөрөгчийн хэмжээ эзлэхүүний 21%, далайн усанд жингийн хувьд 89% байна.

Чулуулагт элемент нь хүчиллэг (жишээлбэл, хүхэр, нүүрстөрөгч, хөнгөн цагаан, фосфор) эсвэл үндсэн (кальци, магни, төмрийн давс) оксид хэлбэрээр метал ба металл бус металлуудтай нийлдэг., мөн сульфат, карбонат, силикат, алюминат, фосфат зэрэг хүчиллэг болон үндсэн ислээс үүссэн гэж үзэж болох давс төст нэгдлүүд. Хэдийгээр тэдгээр нь маш олон боловч эдгээр хатуу биетүүд хүчилтөрөгчийн эх үүсвэр болж чадахгүй, учир нь металлын атомуудтай элементийн холбоог таслахад хэт их энерги зарцуулдаг.

Онцлогууд

Хэрэв хүчилтөрөгчийн температур -183 °C-аас доош байвал цайвар цэнхэр шингэн, -218 °C-д хатуу болно. Цэвэр O₂ нь агаараас 1.1 дахин хүнд.

Амьсгалын явцад амьтад болон зарим бактери агаар мандлаас хүчилтөрөгч авч нүүрсхүчлийн хийг буцаан авдаг бол фотосинтезийн явцад ногоон ургамал нарны гэрэлд нүүрсхүчлийн давхар ислийг шингээж, чөлөөт хүчилтөрөгч ялгаруулдаг. Бараг лАгаар мандалд байгаа бүх O₂ нь фотосинтезээр үүсгэгддэг.

20°С-т хүчилтөрөгчийн 3 эзлэхүүний хэсэг нь 100 хэсэг цэвэр усанд уусдаг бол далайн усанд арай бага хэмжээгээр уусдаг. Энэ нь загас болон далайн бусад амьтдын амьсгалахад зайлшгүй шаардлагатай.

Байгалийн хүчилтөрөгч нь тогтвортой гурван изотопын холимог юм: ¹⁶O (99.759%), ¹⁷O (0.037%) ба¹⁸O (0.204%). Хиймэл аргаар үйлдвэрлэсэн хэд хэдэн цацраг идэвхт изотопуудыг мэддэг. Эдгээрээс хамгийн урт насалдаг нь хөхтөн амьтдын амьсгалыг судлахад ашигладаг ¹⁵O (хагас задралын хугацаа 124 секунд) юм.

Аллотропууд

Хүчилтөрөгч гэж юу болох талаар илүү тодорхой ойлголттой болсноор хоёр атомт (O₂) ба гурвалсан атомт (O_{3) гэсэн хоёр аллотроп хэлбэрийг олж авах боломжтой.} , озон). Хоёр атомт хэлбэрийн шинж чанараас харахад зургаан электрон атомуудыг холбож, хоёр нь хосгүй хэвээр үлдэж, хүчилтөрөгчийн парамагнетизм үүсгэдэг. Озоны молекул дахь гурван атом шулуун шугаманд оршдоггүй.

Озоныг тэгшитгэлийн дагуу гаргаж болно: 3O₂ → 2O₃.

Энэ процесс нь эндотермик (эрчим хүч шаарддаг); озоныг хоёр атомт хүчилтөрөгч болгон хувиргахад шилжилтийн металлууд эсвэл тэдгээрийн исэлүүд байдаг. Цэвэр хүчилтөрөгч нь гялалзсан цахилгаан ялгаралтаар озон болж хувирдаг. Мөн 250 нм долгионы урттай хэт ягаан туяаг шингээх үед урвал үүсдэг. Агаар мандлын дээд давхаргад энэ процесс явагдах нь үүсгэж болох цацрагийг арилгадагдэлхийн гадарга дээрх амьдралыг гэмтээх. Озоны хурц үнэр нь генератор гэх мэт оч гаргадаг цахилгаан тоног төхөөрөмж бүхий битүү орон зайд байдаг. Энэ нь цайвар цэнхэр хий юм. Түүний нягт нь агаараас 1.658 дахин их бөгөөд атмосферийн даралтад буцлах цэг нь -112°C байна.

Озон нь хүхрийн давхар ислийг триоксид, сульфидыг сульфат, иодыг иод болгон хувиргах (үүнийг үнэлэх аналитик арга), олон органик нэгдлүүдийг альдегид, хүчил зэрэг хүчилтөрөгчжүүлсэн дериватив болгон хувиргах чадвартай хүчтэй исэлдүүлэгч бодис юм. Автомашины яндан дахь нүүрсустөрөгчийг озоноор эдгээр хүчил, альдегид болгон хувиргах нь утаа үүсгэдэг. Аж үйлдвэрт озоныг химийн бодис, ариутгагч бодис, бохир ус цэвэрлэх, ус цэвэршүүлэх, даавууг цайруулах зэрэгт ашигладаг.

Авах арга

Хүчилтөрөгч үүсэх арга нь хэр их хий шаардагдахаас хамаарна. Лабораторийн аргууд дараах байдалтай байна:

1. Калийн хлорат эсвэл калийн нитрат зэрэг зарим давсны дулааны задрал:

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

Калийн хлоратын задрал нь шилжилтийн металлын исэлд ордог. Үүнд ихэвчлэн манганы давхар исэл (пиролюзит, MnO₂) ашиглагддаг. Катализатор нь хүчилтөрөгч боловсруулахад шаардлагатай температурыг 400-аас 250°C хүртэл бууруулдаг.

2. Металлын оксидын температурын задрал:

2HgO → 2Hg +O₂.
2Ag₂O → 4Ag + O₂.

Шээл, Пристли нар энэ химийн элементийг авахын тулд хүчилтөрөгч ба мөнгөн усны (II) нэгдэл (оксид) ашигласан.

3. Металлын хэт исэл буюу устөрөгчийн хэт ислийн дулааны задрал:

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

Агаар мандлаас хүчилтөрөгчийг ялгах эсвэл устөрөгчийн хэт исэл гаргах үйлдвэрлэлийн анхны аргууд нь исэлээс барийн хэт исэл үүсэхээс шалтгаалж байсан.

4. Цахилгаан гүйдлийн дамжуулалтыг хангадаг давс, хүчлийн бага хэмжээний хольцтой усны электролиз:

2H₂O → 2H₂ + O₂

Аж үйлдвэрийн үйлдвэрлэл

Хэрэв их хэмжээний хүчилтөрөгч авах шаардлагатай бол шингэн агаарыг фракциар нэрэх аргыг хэрэглэнэ. Агаарын үндсэн бүрэлдэхүүн хэсгүүдээс хамгийн их буцлах цэгтэй тул азот, аргоноос бага дэгдэмхий байдаг. Уг процесс нь хийг тэлэх үед хөргөх аргыг ашигладаг. Үйл ажиллагааны үндсэн үе шатууд нь дараах байдалтай байна:

тоосонцорыг арилгахын тулд агаарыг шүүдэг;
чийг болон нүүрстөрөгчийн давхар ислийг шүлтэнд шингээх замаар зайлуулдаг;
агаарыг шахаж, шахалтын дулааныг ердийн хөргөлтийн горимоор арилгана;
дараа нь байрлах ороомог руу ордогкамер;
шахсан хийн нэг хэсэг (ойролцоогоор 200 атм даралттай) тасалгаанд өргөжиж, ороомогыг хөргөнө;
Өргөтгөсөн хий нь компрессор руу буцаж, дараагийн тэлэлт, шахалтын хэд хэдэн үе шатыг дамждаг бөгөөд ингэснээр -196 °C-т шингэн агаар шингэн болдог;
шингэнийг халааж эхлээд хөнгөн идэвхгүй хий, дараа нь азот, шингэн хүчилтөрөгч үлдэнэ. Олон тооны бутархай нь ихэнх үйлдвэрлэлийн зориулалтаар хангалттай цэвэр бүтээгдэхүүн (99.5%) гаргадаг.

Үйлдвэрийн хэрэглээ

Металлурги бол нүүрстөрөгчийн өндөр агууламжтай ган үйлдвэрлэхэд цэвэр хүчилтөрөгчийн хамгийн том хэрэглэгч юм: нүүрстөрөгчийн давхар исэл болон бусад металл бус хольцоос агаарыг ашиглахаас илүү хурдан бөгөөд амархан ангижруулна.

Хүчилтөрөгчийн бохир усыг цэвэрлэх нь бусад химийн процессуудаас илүү үр дүнтэй шингэнийг цэвэрлэх амлалт өгч байна. Цэвэр O₂.

. ашиглан хаалттай системд хог шатаах нь улам бүр чухал болж байна.

Пуужингийн исэлдүүлэгч гэж нэрлэгддэг бодис нь шингэн хүчилтөрөгч юм. Цэвэр O₂ Шумбагч онгоц, шумбалтын хонх зэрэгт ашигладаг.

Химийн үйлдвэрт ацетилен, этилений исэл, метанол зэрэг бодис үйлдвэрлэхэд хүчилтөрөгч ердийн агаарыг орлуулжээ. Эмнэлгийн хэрэглээнд хүчилтөрөгчийн камер, ингалятор, хүүхдийн инкубаторт хий ашиглах зэрэг орно. Хүчилтөрөгчөөр баяжуулсан мэдээ алдуулагч хий нь ерөнхий мэдээ алдуулалтын үед амьдралыг тэтгэдэг. Энэхүү химийн элементгүйгээр хэд хэдэнхайлуулах зуух ашигладаг үйлдвэрүүд. Хүчилтөрөгч гэж ийм л байдаг.

Химийн шинж чанар ба урвал

Хүчилтөрөгчийн өндөр цахилгаан сөрөг ба электроны хамаарал нь металл бус шинж чанарыг харуулдаг элементүүдийн онцлог шинж юм. Бүх хүчилтөрөгчийн нэгдлүүд сөрөг исэлдэлтийн төлөвтэй байдаг. Хоёр орбиталыг электроноор дүүргэхэд O^2- ион үүснэ. Хэт исэлд (O₂^2-) атом бүрийг -1 цэнэгтэй гэж үздэг. Электроныг бүхэлд нь эсвэл хэсэгчлэн дамжуулах замаар хүлээн авах энэхүү шинж чанар нь исэлдүүлэгч бодисыг тодорхойлдог. Ийм бодис нь электрон хандивлагч бодистой урвалд ороход түүний исэлдэлтийн түвшин буурдаг. Хүчилтөрөгчийн исэлдэлтийн төлөв тэгээс -2 болж өөрчлөгдөхийг (бууралт) бууралт гэнэ.

Хэвийн нөхцөлд уг элемент нь хоёр болон гурван атомт нэгдлүүдийг үүсгэдэг. Үүнээс гадна маш тогтворгүй дөрвөн атомын молекулууд байдаг. Хоёр атомт хэлбэрийн хувьд хосгүй хоёр электрон нь холбоогүй тойрог замд байрладаг. Үүнийг хийн парамагнит үйлдэл нотолж байна.

Озоны эрчимтэй урвалыг заримдаа гурван атомын аль нэг нь "атомын" төлөвт байна гэсэн таамаглалаар тайлбарладаг. Урвалд ороход энэ атом O₃-аас салж, молекулын хүчилтөрөгч үлдэнэ.

O₂ молекул нь орчны хэвийн температур, даралтад сул урвалд ордог. Атомын хүчилтөрөгч илүү идэвхтэй байдаг. Диссоциацийн энерги (O₂ → 2O) чухал бөгөөдНэг мэнгэ нь 117.2 ккал байна.

Холболтууд

Устөрөгч, нүүрстөрөгч, хүхэр зэрэг металл бус бодисуудтай хүчилтөрөгч нь ус (H₂O) зэрэг металл бусын исэл зэрэг олон төрлийн ковалент холбоот нэгдлүүдийг үүсгэдэг.), хүхрийн давхар исэл (SO₂) ба нүүрстөрөгчийн давхар исэл (CO₂); спирт, альдегид, карбоксилын хүчил зэрэг органик нэгдлүүд; нүүрстөрөгчийн (H₂CO₃), хүхрийн (H₂SOзэрэг нийтлэг хүчил 4_{) ба азот (HNO}3_{); натрийн сульфат (Na}2_SO4_{), натрийн карбонат (Na}2 _{CO зэрэг холбогдох давсууд} 3_{) болон натрийн нитрат (NaNO}3_{). Хүчилтөрөгч нь хүчилтөрөгч, кальцийн CaO-ийн нэгдэл (оксид) зэрэг хатуу металлын ислийн талст бүтцэд O}2- ^{ионы хэлбэрээр байдаг. Металлын хэт исэл (KO}2_{) нь O}2- ^{ион агуулдаг бол металлын хэт исэл (BaO) 2}), O₂_2- ионыг агуулна. Хүчилтөрөгчийн нэгдлүүд нь ихэвчлэн -2 исэлдэлтийн төлөвтэй байдаг.