MOLEKULĀRAIS SKĀBEKLIS: STRUKTŪRA, ĪPAŠĪBAS, LIETOJUMI - ĶĪMIJA - 2026

Molekulārā skābekļa vai dioxygen , ko sauc arī no diviem atomiem sastāvošs skābekļa vai gāzes, ir visizplatītākais pamatskolas veids ir šis elements uz Zemes. Tā formula ir O ₂ , tāpēc tā ir diatomiska un homonukleāra molekula, pilnīgi apolāra.

Gaisu, ko mēs elpojam, veido apmēram 21% skābekļa kā O ₂ molekulas . Pakāpjoties, samazinās skābekļa koncentrācija un palielinās ozona O ₃ klātbūtne . Mūsu ķermenis izmanto O ₂ priekšrocības, lai sadedzinātu savus audus un veiktu šūnu elpošanu.

Bez skābekļa, kas bagātinātu mūsu atmosfēru, dzīve būtu neilgtspējīga parādība. Avots: Pixabay.

O ₂ ir arī atbildīgs par pastāvēšanu uguns: bez tā būtu gandrīz neiespējami, lai būtu ugunsgrēki un degšanu. Tas ir tāpēc, ka tās galvenais īpašība ir tā, ka par to spēcīgs oksidētājs, iegūstot elektronus vai samazinot sevi ūdens molekula, vai oksīds anjonus, O ^2- .

Molekulārais skābeklis ir būtisks neskaitāmiem aerobiem procesiem, jo ​​tos var izmantot metalurģijā, medicīnā un notekūdeņu attīrīšanā. Šī gāze praktiski ir sinonīms karstumam, elpošanai, oksidēšanai un, no otras puses, sasalšanas temperatūrai, kad tā ir šķidrā stāvoklī.

Molekulārā skābekļa uzbūve

Gāzveida skābekļa molekulārā struktūra. Avots: Benjah-bmm27, izmantojot Wikipedia.

Augšējā attēlā mums ir gāzveida skābekļa molekulārā struktūra, kas attēlota ar dažādiem modeļiem. Pēdējie divi parāda kovalentās saites raksturlielumus, kas kopā satur skābekļa atomus: divkāršā saite O = O, kurā katrs skābekļa atoms pabeidz savu valences oktetu.

O ₂ molekula ir lineāra, homonukleāra un simetriska. Tās dubultās saites garums ir 121 pm. Šis mazais attālums nozīmē, ka O = O saites pārrāvšanai ir nepieciešama ievērojama enerģija (498 kJ / mol), un tāpēc tā ir samērā stabila molekula.

Ja nē, laika gaitā skābeklis atmosfērā būtu pilnībā noārdījies vai gaiss aizdegtos no nekurienes.

Īpašības

Ārējais izskats

Molekulārais skābeklis ir bezkrāsaina, bez garšas un bez smaržas, bet, kondensējoties un kristalizējoties, iegūst zilganus toņus.

Molārā masa

32 g / mol (noapaļota vērtība)

Kušanas punkts

-218 ºC

Vārīšanās punkts

-183

Šķīdība

Molekulārais skābeklis slikti šķīst ūdenī, bet ir pietiekams, lai uzturētu jūras faunu. Ja jūsu šķīdība būtu augstāka, tad mazāka iespēja nomirt no noslīkšanas. No otras puses, tā šķīdība ir daudz augstāka nepolārajās eļļās un šķidrumos, spējot tās lēnām oksidēt un tādējādi ietekmēt to sākotnējās īpašības.

Enerģijas stāvokļi

Molekulārais skābeklis ir viela, kuru nevar pilnībā aprakstīt ar valences saites teoriju (VTE).

Skābekļa elektroniskā konfigurācija ir šāda:

2s² 2p⁴

Tam ir viens nepāra elektronu pāris (O :). Kad satiekas divi skābekļa atomi, tie savienojas, veidojot O = O divkāršo saiti, abi aizpildot valences oktetu.

Tāpēc O ₂ molekulai jābūt diamagnētiskai, un visi tās elektroni ir savienoti pārī. Tomēr tā ir paramagnētiska molekula, un to izskaidro ar tās molekulāro orbitāļu diagrammu:

Skābekļa gāzes molekulārā orbitāla diagramma. Avots: Anthony.Sebastian / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Tādējādi molekulārā orbitāla teorija (TOM) vislabāk raksturo O ₂ . Abi nepāra elektroni atrodas augstākas enerģijas π ^* molekulārajās orbitālēs un piešķir skābeklim tā paramagnētisko raksturu.

Faktiski šis enerģētiskais stāvoklis atbilst trīskāršajam skābeklim - ³ O ₂ , kas ir visizplatītākais no visiem. Otrs skābekļa enerģijas stāvoklis, kas uz Zemes ir mazāk bagātīgs, ir vienskaitlis, ¹ O ₂ .

Pārvērtības

Molekulārais skābeklis ir ievērojami stabils, kamēr tas nav saskarē ar kādu vielu, kas ir jutīga pret oksidēšanu, vēl mazāk, ja tuvumā nav intensīva karstuma avota, piemēram, dzirksteles. Tas ir tāpēc, ka O ₂ ir liela tendence samazināties, iegūt elektronus no citiem atomiem vai molekulām.

Samazināts, tas spēj izveidot plašu saišu un formu spektru. Ja tas veido kovalento saiti, tas notiks ar atomiem, kas ir mazāk elektronegatīvi nekā pats, ieskaitot ūdeņradi, lai radītu ūdeni, HOH. Tas var arī darbināt oglekli, lai radītu CO saites un dažāda veida ar skābekli piesātinātas organiskās molekulas (ēteri, ketoni, aldehīdi utt.).

O ₂ var arī iegūt elektroni pārveidot peroksīda un superoksīda anjonu, O ₂ ^2- un O ₂ ^- , attiecīgi. Ķermenī to pārvēršot peroksīdā , tiek iegūts ūdeņraža peroksīds, H ₂ O ₂ , HOOH, kas ir kaitīgs savienojums, kas tiek apstrādāts ar īpašu enzīmu (peroksidāžu un katalāžu) darbību.

No otras puses, un ne mazāk svarīgi, O ₂ reaģē ar neorganiskām vielām, kļūstot par oksīda anjonu O ^2- , veidojot nebeidzamu mineraloģisko masu sarakstu, kas sabiezē zemes garoza un mantijas.

Lietojumprogrammas

Metināšana un sadedzināšana

Skābekli izmanto, lai sadedzinātu acetilēnu un izdalītu īpaši karstu liesmu, kas ir vērtīga metināšanā. Avots: Šeila / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)

Degšanas reakcijas veikšanai tiek izmantots skābeklis, pēc kura viela tiek eksotermiski oksidēta, izdalot uguni. Šis uguns un tā temperatūra mainās atkarībā no degošās vielas. Tādējādi var iegūt ļoti karstas liesmas, piemēram, acetilēnu (iepriekš), ar kuru palīdzību metina metālus un sakausējumus.

Ja ne skābekli, degviela nevarētu sadedzināt visu enerģiju, ko izmantotu raķešu palaišanai vai automašīnu iedarbināšanai.

Oksidētājs zaļajā ķīmijā

Pateicoties šai gāzei, tiek sintezēti vai rūpnieciski ražoti neskaitāmi organiski un neorganiski oksīdi. Šīs reakcijas ir balstītas uz molekulārā skābekļa oksidācijas jaudu, kas ir arī viens no dzīvotspējīgākajiem reaģentiem zaļajā ķīmijā farmaceitisko produktu iegūšanai.

Elpošana un notekūdeņu attīrīšana

Skābeklis ir ārkārtīgi svarīgs, lai segtu elpošanas ceļu pieprasījumu pacientiem ar nopietniem veselības stāvokļiem, ūdenslīdējiem, nolaižoties seklā dziļumā, un kalnos kāpējiem, kuru augstumā dramatiski samazinās skābekļa koncentrācija.

Arī skābeklis "baro" aerobās baktērijas, kas palīdz sadalīt piesārņojošos notekūdeņu atlikumus vai palīdz zivīm elpot, ūdens kultūrās aizsardzībai vai tirdzniecībai.

Atsauces

1. Šiveris un Atkins. (2008). Neorganiskā ķīmija. (ceturtais izdevums). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2020). Skābekļa alotropi. Atgūts no: en.wikipedia.org
3. Hone, Kalifornija, Kappe, CO (2019). Molekulārā skābekļa izmantošana šķidrās fāzes aerobās oksidācijas gadījumā nepārtrauktā plūsmā. Top Curr Chem (Z) 377, 2. doi.org/10.1007/s41061-018-0226-z
4. Kevins Bērks. (2020. gada 28. janvāris). 10 skābekļa pielietojumi. Atgūts no: sciencing.com
5. Cliffsnotes. (2020). Bioķīmija I: molekulārā skābekļa ķīmija. Atgūts no: cliffsnotes.com
6. GZ rūpniecības piederumi. (2020). Skābekļa gāzes rūpnieciskās priekšrocības. Atgūts no: gz-supplies.com