MOLEKULÁRNY KYSLÍK: ŠTRUKTÚRA, VLASTNOSTI, POUŽITIE - CHÉMIA - 2026

Molekulárny kyslík alebo dioxygen , tiež volal diatomic kyslík alebo plyn, je najčastejší základný spôsob, ako je tento prvok na Zemi. Jeho vzorec je O ₂ , preto je diatomická a homonukleárna molekula, úplne nepolárna.

Vzduch, ktorý dýchame, je tvorený asi 21% kyslíka ako molekuly O ₂ . Ako sme stúpať, koncentrácia poklesu kyslíka plynu, a za prítomnosti ozónu, O _{3, sa zvyšuje} . Naše telo využíva O ₂ okysličenie svojich tkanív a vykonávať bunkovú respiráciu.

Bez kyslíka, ktorý obohacuje našu atmosféru, by bol život neudržateľný jav. Zdroj: Pixabay.

O ₂ je tiež zodpovedný za existenciu požiaru: bez neho by bolo takmer nemožné, aby došlo k požiarom a horeniu. To preto, že jeho hlavnou vlastnosťou je, že je silný oxidačný prostriedok, získava elektróny alebo zníženie sa v molekule vo vode, alebo v aniónov oxidov, O ² .

Molekulárny kyslík je nevyhnutný pre nespočet aeróbnych procesov, ktoré majú uplatnenie v metalurgii, medicíne a čistení odpadových vôd. Tento plyn je prakticky synonymom pre teplo, dýchanie, oxidáciu a na druhej strane s teplotami pod bodom mrazu, keď je v tekutom stave.

Štruktúra molekulárneho kyslíka

Molekulárna štruktúra plynného kyslíka. Zdroj: Benjah-bmm27 prostredníctvom Wikipédie.

Na hornom obrázku je molekulárna štruktúra plynného kyslíka zastúpená rôznymi modelmi. Posledné dve ukazujú charakteristiky kovalentnej väzby, ktorá drží atómy kyslíka pohromade: dvojitá väzba O = O, v ktorej každý atóm kyslíka dokončí svoj valenčný oktet.

O ₂ molekula je lineárna, homonukleární a symetrické. Jeho dvojitá väzba má dĺžku 121 pm. Táto krátka vzdialenosť znamená, že na prerušenie väzby O = O je potrebná určitá značná energia (498 kJ / mol), a preto je to relatívne stabilná molekula.

Ak nie, kyslík v atmosfére by sa časom úplne degradoval, alebo by sa vzduch z ničoho nič vznietil.

vlastnosti

Fyzický vzhľad

Molekulárny kyslík je bezfarebný, bez chuti a bez zápachu, ale keď kondenzuje a kryštalizuje, získava namodralé tóny.

Molárna hmota

32 g / mol (zaokrúhlená hodnota)

Bod topenia

-218 ° C

Bod varu

-183

rozpustnosť

Molekulárny kyslík je slabo rozpustný vo vode, ale postačuje na podporu morskej fauny. Ak by bola vaša rozpustnosť vyššia, bolo by menej pravdepodobné, že by ste sa utopili. Na druhej strane je jeho rozpustnosť omnoho vyššia v nepolárnych olejoch a tekutinách, pretože ich môže pomaly oxidovať a tým ovplyvňovať ich pôvodné vlastnosti.

Energetické štáty

Molekulárny kyslík je látka, ktorú podľa teórie valenčných väzieb (VTE) nemožno úplne opísať.

Elektronická konfigurácia kyslíka je nasledovná:

2s² 2p⁴

Má jeden pár nepárových elektrónov (O :). Keď sa stretnú dva atómy kyslíka, naviažu sa na dvojitú väzbu O = O, čím sa dokončí valenčný oktet.

Preto je O ₂ molekula by mala byť diamagnetické, so všetkými svojimi elektróny spárované. Je to však paramagnetická molekula a je to vysvetlené schémou jej molekulárnych orbitálov:

Molekulárna orbitálna schéma pre kyslíkový plyn. Zdroj: Anthony.Sebastian / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

To znamená, že molekulárne okružné teórie (TOM) najlepšie popisuje O ₂ . Dva nepárové elektróny sú umiestnené vo vysokoenergetických π ^* molekulárnych orbitaloch a dodávajú kyslíku jeho paramagnetický charakter.

V skutočnosti je tento energetický stav zodpovedá triplet kyslík, ³ O ₂ , najviac prevláda zo všetkých. Ďalší energetický stav kyslíka, ktorý je na Zemi menej hojný, je singlet, ¹ O ₂ .

transformácia

Molekulárny kyslík je značne stabilný, pokiaľ nie je v kontakte s akoukoľvek látkou, ktorá je náchylná na oxidáciu, oveľa menej, ak nie je k dispozícii blízky zdroj intenzívneho tepla, ako je napríklad iskra. Je to preto, že O ₂ má vysokú tendenciu sa redukovať, získavať elektróny z iných atómov alebo molekúl.

Ak sa zníži, dokáže vytvoriť široké spektrum spojení a tvarov. Ak vytvára kovalentné väzby, urobí tak s atómami menej elektronegatívnymi ako samotný, vrátane vodíka, za vzniku vody, HOH. Môže tiež vesmírovať uhlík, vytvárať väzby CO a rôzne typy okysličených organických molekúl (étery, ketóny, aldehydy atď.).

O ₂ môže tiež získať elektróny transformovať sa peroxid a peroxidových aniónov, O _2, ^2- a O ₂ ^- , resp. Keď je prevedený na peroxid v tele, peroxid vodíka, H ₂ O ₂ , HOOH, sa získa, škodlivé zlúčeniny, ktorá je spracovaná pôsobením špecifických enzýmov (peroxidázy a katalázy).

Na druhej strane, a nie menej dôležité, O ₂ reaguje s anorganickou hmotou a stáva sa oxidovým aniónom, O ² , čím vytvára nekonečný zoznam mineralogických hmôt, ktoré zahusťujú zemskú kôru a plášť.

aplikácia

Zváranie a spaľovanie

Kyslík sa používa na spaľovanie acetylénu a vydáva extrémne horúci plameň, ktorý je pri zváraní hodnotný. Zdroj: Sheila / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)

Kyslík sa používa na vykonávanie spaľovacej reakcie, pri ktorej sa látka exotermicky oxiduje a uvoľňuje oheň. Tento oheň a jeho teplota sa líšia v závislosti od horiacej látky. Takto sa dajú získať veľmi horúce plamene, ako je acetylén (vyššie), s ktorými sú zvárané kovy a zliatiny.

Keby to nebolo kyslík, palivo by nemohlo horieť a poskytnúť všetku svoju kalorickú energiu, ktorá sa používa na odpaľovanie rakiet alebo na štartovanie áut.

Oxidačné činidlo v zelenej chémii

Vďaka tomuto plynu sa syntetizuje alebo priemyselne vyrába nespočetné množstvo organických a anorganických oxidov. Tieto reakcie sú založené na oxidačnej schopnosti molekulárneho kyslíka, ktoré sú tiež jedným z najvýhodnejších činidiel v zelenej chémii na získanie farmaceutických výrobkov.

Asistované dýchanie a čistenie odpadových vôd

Kyslík je nevyhnutný na pokrytie respiračných potrieb u pacientov so závažnými zdravotnými stavmi, u potápačov pri zostupe do plytkých hĺbok a pri horolezcoch, v ktorých nadmorskej výške je koncentrácia kyslíka dramaticky znížená.

Kyslík tiež „živí“ aeróbne baktérie, ktoré pomáhajú rozkladať znečisťujúce zvyšky z odpadových vôd alebo pomáhajú rybám dýchať, vo vodných kultúrach na ochranu alebo obchodovanie.

Referencie

1. Shiver a Atkins. (2008). Anorganická chémia. (štvrté vydanie). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2020). Allotropy kyslíka. Obnovené z: en.wikipedia.org
3. Hone, CA, Kappe, CO (2019). Použitie molekulárneho kyslíka pre aeróbne oxidácie v kvapalnej fáze v nepretržitom toku. Top Curr Chem (Z) 377, 2. doi.org/10.1007/s41061-018-0226-z
4. Kevin Beck. (28. januára 2020). 10 použití pre kyslík. Obnovené z: sciencing.com
5. Cliffsnotes. (2020). Biochémia I: Chémia molekulárneho kyslíka. Obnovené z: cliffsnotes.com
6. Priemyselné dodávky GZ. (2020). Priemyselné výhody kyslíka. Obnovené z: gz-supplies.com