Mikä on happi? happiyhdisteillä

Happi (O) - ei-metallinen alkuaine, ryhmän 16 (Via) jaksollisen. Se on väritön, mauton ja hajuton kaasu tarvitaan elävien organismien - eläimet, jotka muuttavat sen hiilidioksidia, ja kasveja, jotka hyödyntävät CO ₂ hiilen lähteenä, ja O ₂ palautetaan ilmakehään. Happi muodostaa yhdiste, joka reagoi käytännöllisesti katsoen minkä tahansa muun elementin, ja siirtää alkuaineet toistensa kanssa. Monissa tapauksissa nämä prosessit ovat mukana vapautumista lämpöä ja valoa. Tärkein yhdiste happea on vettä.

Historia löytö

Vuonna 1772, ruotsalainen kemisti Carl Wilhelm Scheele ensimmäinen osoitettu, että tällaiset happea vastaanottamisesta kuumentamalla nitraatti kaliumoksidia, elohopea, samoin kuin monet muut aineet. Hänestä riippumatta vuonna 1774, Englanti kemisti Dzhozef Pristli löysi alkuaine lämpöhajoamisen elohopea oksidi ja julkaisi havaintonsa samana vuonna, kolme vuotta ennen Scheele julkaisua. Vuosina 1775-1780 Ranskan kemisti Antuan Lavuaze tulkitsi roolia hapen hengityksen ja polttaminen heittäen flogiston-teoria, yleisesti hyväksytty tuolloin. On huomattava, sen taipumus muodostaa happoja, kun se yhdistetään eri aineiden ja kutsutaan Oxygène elementti, joka kreikaksi tarkoittaa "syntyy happo".

yleisyys

Mikä on happi? Osuus 46 paino-% kuoren, se on yleisin osasta. Hapen määrä ilmakehässä on 21 tilavuus-% ja painoa sen 89% merivedessä.

Kiviä elementti yhdessä metallien ja ei-metallien oksidit, jotka ovat happamia (esim., Rikkiä, hiiltä, alumiinia, ja fosfori) tai emäksinen (kalsium, magnesium ja rauta), ja sen suola, kuten yhdisteitä, joita voidaan pitää muodostettu haposta ja perus oksidit kuten sulfaatteja, karbonaatteja, silikaatteja, fosfaatteja ja alumi-. Vaikka ne ovat lukuisia, mutta nämä kiintoaineet eivät voi olla hapen lähteet, kuten sidoksen pilkkominen metallielementti atomit energiankulutusta liikaa.

piirteet

Jos hapen lämpötila alle -183 ° C: ssa, se muuttuu vaalean sinistä nestettä, ja -218 ° C - kiinteä aine. Puhdasta O ₂ on 1,1 kertaa ilmaa raskaampaa.

Hengityksen aikana eläimiä ja jotkin bakteerit kuluttavat happea ilmakehästä ja kierrätetään hiilidioksidia, kun taas vihreä kasvi fotosynteesi auringonvalossa hiilidioksidia ja vapauttaa vapaata happea. Melkein koko O ₂ ilmakehässä on fotosynteesissä tuotettuja.

20 ° C: ssa noin 3 tilavuusosaa happea liuotetaan 100 osaan makeaa vettä, hieman vähemmän kuin - merivedessä. On välttämätöntä, että hengityksen kaloja ja muita meren elämää.

Luonnollinen happi on seos kolmesta stabiilien isotooppien ¹⁶ O (99759%), ^17: ta ^(0,037%), ja ^18: lla (0204%). On olemassa useita keinotekoisesti radioaktiivisia isotooppeja. Useimmat niistä ovat pitkäikäisiä on ¹⁵ O (puoliintumisaika 124), jota käytetään tutkittaessa hengitys nisäkkäillä.

Allotropia

Selkeämpi käsitys siitä, mitä happea, tekee mahdolliseksi saada kahden allotrooppisia muotoja, kaksiatomiseksi (O ₂₎ ja triatomic (O _3, otsoni). Ominaisuudet kaksiatomiseksi muoto viittaavat siihen, että kuuden elektronit sitovat atomia ja kaksi edelleen parittoman, aiheuttaen paramagnetismi happea. Kolme atomin otsonimolekyylejä eivät sijaitse samalla suoralla.

Otsoni voidaan valmistaa yhtälön mukaisesti: 3O ₂ → 2O _3.

Prosessi on endoterminen (vaatii energiaa); muuntaminen otsonin takaisin kaksiatomiseksi happi myötävaikuttaa läsnäolo siirtymämetalleja tai niiden oksideja. Puhdasta happea muunnetaan otsoni vaikutuksesta sähköisen hohtopurkausmenetelmä. Reaktio tapahtuu myös absorption ultraviolettivaloa, jonka aallonpituus on noin 250 nm. Esiintyminen tämä prosessi yläilmakehässä eliminoi säteily olisi haitallista elämää maan pinnalla. Pistävä haju otsonia on läsnä sisätiloissa kanssa kipinöivistä sähkölaitteista, kuten generaattoreita. Tämä kaasu on vaaleansininen. Sen tiheys 1658 kertaa suurempi kuin ilman, ja jonka kiehumispiste on -112 ° C ilmakehän paineessa.

Otsoni - voimakas hapetin, joka kykenee muuntamaan rikkidioksidin, rikkitrioksidin, sulfidi sulfaatti-, jodidi, jodin (analyyttinen menetelmä tarjoaa sen arviointi) sekä monia happea sisältävän orgaanisen yhdisteen johdannaiset, kuten aldehydit ja hapot. Hiilivetyjen konversiota kanssa otsonin auto pakokaasuista näiden happojen ja aldehydien on syy savusumun. Teollisuuden, otsonia käytetään kemiallista reaktanttia, desinfiointiainetta jäteveden käsittely, veden puhdistus ja valkaisu kankaista.

valmistusmenetelmiä

Menetelmä hapen riippuu siitä, kuinka paljon kaasua tarvitaan vastaanottamaan. Laboratoriomenetelmiä seuraavasti:

1. Terminen hajoaminen noin suoloja, kuten kaliumkloraattia tai kaliumnitraatti:

• 2KClO ₃ → 2KCl + 3 O _2.
• 2KNO ₃ → 2KNO ₂ + O _2.

Kaliumkloraatin hajoaminen katalysoi siirtymämetallin oksideja. Tämän usein käytetään mangaanidioksidia (pyrolusiitti, MnO _2). Katalyytin lämpötila laskee tarvitaan hapen kehitykseen, 400-250 ° C

2. hajoaminen metallioksidien vaikutuksen alaisena lämpötila:

• 2HgO → 2HG + O _2.
• 2Ag ₂ O → 4Ag + O _2.

Scheele ja Priestley tämän alkuaineita käytetään yhdistettä (oksidi), hapen ja elohopea (II).

3. Terminen hajotus metallin peroksidit tai vetyperoksidi:

• 2BaO + O ₂ → 2BaO _2.
• ₂ 2BaO → 2BaO + O _2.
• BaO ₂ + H ₂ SO ₄ → H ₂ O ₂ + BaSO _4.
• 2H _{2O 2} → 2H ₂ O + O _2.

Ensimmäinen teollinen menetelmiä hapen erottamisessa ilmakehään tai tuotantoon vetyperoksidin riippuu muodostumista oksidi bariumperoksidi.

4. elektrolyysi vettä pieniä seoksia suoloja tai happoja, jotka tarjoavat johtuminen sähkövirran:

2H _2O → 2H ₂ + O ₂

teollisuustuotanto

Jos on tarpeen saada suuria määriä happea käytetään jakotislaamalla nestemäinen ilma. Pääkomponenttien ilman että sillä on korkein kiehumispiste, ja siksi, verrattuna typellä ja vähemmän haihtuvia argon. Prosessissa käytetään jäähdytyskaasun aikana sen laajentamista. Tärkein toiminnan vaiheissa seuraavasti:

• suodatetaan kiinteiden hiukkasten poistamiseksi;
• kosteus ja hiilidioksidi poistetaan imeytyminen alkali;
• ilma puristuu ja puristus lämpö poistetaan tavanomaisilla menetelmillä jäähdyttämällä;
• sitten se tulee kela sijaitsee kammion sisällä;
• osa puristetun kaasun (paineessa noin 200 atm) kammioon laajenee, jäähdytetään kela;
• paisunut kaasu palaa kompressorin ja kulkee useita vaiheita puristus ja sen jälkeen laajeneminen, jolloin -196 ° C: ssa, ilma muuttuu nestemäiseksi;
• kuumennetun nesteen tislaamalla ensimmäinen valoa inerttejä kaasuja, sitten typen ja nestemäistä happea edelleen. Useiden fraktiointi tuottaa tuotteen, joka oli riittävän puhdasta (99,5%) useimpiin teollisiin sovelluksiin.

Käyttö teollisuudessa

Metallurgian on suurin kuluttaja puhtaan hapen tuotantoon korkean hiiliteräksestä: päästä eroon hiilidioksidia ja muita epäpuhtauksia epämetalliatomeja niin nopeammin ja helpommin kuin ilmalla.

Jäteveden happi lupausta tehokkaampaan hoitoon nestepoisteita kuin muissa kemiallisissa prosesseissa. Se on yhä tärkeämpää suljetuissa jätteenpolton käyttävät puhdasta _O2.

Ns ohjus hapetin on nestemäistä happea. Pure _O2 Tätä käytetään sukellusveneisiin ja sukelluskellossa.

Kemian teollisuuden, happi korvattiin tavallisessa ilmassa tuotannossa aineita, kuten asetyleeni, eteeni oksidi ja metanolia. Lääketieteellisiä sovelluksia ovat käyttö happikaasun kammioissa inhalaattorit ja keskoskaapeille. nukutuskaasu rikastettu hapella antaa elämää ylläpitävä yleisanestesiassa. Ilman tätä alkuainetta ovat voineet olla olemassa useita aloja, jotka käyttävät uuneissa. Sitähän happea.

Kemialliset ominaisuudet ja reaktio

Suuret arvot elektronin affiniteetti ja elektronegatiivisuutta hapen ovat tyypillisiä komponentteja, joilla on metallinen ominaisuuksia. Kaikki yhdisteillä on negatiivinen happi-hapetustilassa. Kun kahden elektronin orbitaalit täytetty, on muodostettu ^O-2- ioni. Peroksidit (O ₂ ^2-) oletetaan, että kukin atomi on varaus -1. Tämä ominaisuus hyväksyä elektronien kokonaan tai osittain lähetyksen ja määrittää hapetinta. Kun aine reagoi aineen kanssa, elektronidonorin, sen oma hapetustila pienenee. Muutos (pieneneminen) hapen hapetustilassa nollasta -2 kutsutaan elpymistä.

Normaaliolosuhteissa elementti muodostaa kaksiarvoisen ja kolmiarvoisia yhdisteitä. Lisäksi on olemassa erittäin epävakaa molekyylejä chetyrehatomnye. Vuonna kaksiatomiseksi muodostavat kaksi parittomia elektroneja sijaitsevat hajottavien orbitaalien. Tämän vahvistaa kaasua paramagneettinen käyttäytymistä.

Voimakas reaktiivisuus on joskus selittää otsoni olettaen, että yksi kolmesta atomien on "atomi" tilaan. Saattamalla tämä atomi on erottaa O _3, jolloin molekulaarista happea.

O _2-molekyylin normaalissa lämpötilassa ja ympäröivässä paineessa heikosti reaktiivinen. Atomihappi on paljon aktiivisempi. Dissosiaatio energia (O ₂ → 2O) on merkittävä ja 117,2 kcal mol.

liitännät

C kuten epämetalliatomeja kuten vedyn, hiilen, rikki, happi, muodostaa suuren valikoiman kovalenttisesti sidottu yhdisteet, mukaan lukien Epämetalli oksidit, kuten vettä (H _2O), rikkidioksidi (SO ₂₎ ja hiilidioksidi (CO _2); orgaaniset yhdisteet, kuten alkoholit, aldehydit ja karboksyylihapot; yhteinen hapot, kuten hiilihappo _{(H2 CO3),} rikkihappoa (H _{2SO 4)} ja typpihapon (HNO _3); ja vastaavat suolat, kuten natriumsulfaatti (Na _{2SO 4),} natriumkarbonaattia (Na _{2CO 3)} ja natriumnitraattia (NaNO _3). Happea on läsnä muodossa O ^2- ionin kiderakenne kiinteiden metallioksidien, kuten yhdiste (oksidi), hapen ja CaO kalsiumia. Metalli superoksidin (KO ₂₎ sisältää ioni O ₂ ^-, kun taas metalli peroksideja (BaO ₂₎ sisältää ioni O ₂ ^2-. happi yhdisteillä on yleensä -2 hapetustilassa.

avainominaisuuksia

Lopuksi luetellaan tärkeimmät ominaisuudet hapen:

• Elektronikonfiguraatio: 1s 2s ^{2 2} 2p ^4.
• Järjestysluku: 8.
• Atomimassa: 15,9994.
• Kiehumispiste: -183,0 ° C
• Sulamispiste: -218,4 ° C
• Tiheys (jos hapen paine on 1 atm: ssä 0 ° C: ssa): 1,429 g / l.
• hapetusaste -1, -2, +2 (yhdisteisiin, joilla on fluori).