Quin és el grau d'oxidació de l'oxigen? La valència de l'oxigen i el grau d'oxidació

Tots respiem aire, que bàsicament consisteix en molècules de nitrogen i oxigen amb poca addició d'altres elements. Així, l'oxigen és un dels elements químics més importants. A més, les seves molècules existeixen en una gran quantitat de compostos químics utilitzats en la vida quotidiana. Per descriure totes les propietats d'aquest element, no hi ha prou pàgines i cent, de manera que ens limitem als fets bàsics de la història, així com a les característiques bàsiques de l'element: la valència i el grau d'oxidació de l'oxigen, la gravetat específica, l'aplicació, les propietats físiques bàsiques.

La història del descobriment d'un element químic

La data oficial d'obertura de l'element químic "oxigen" és l'1 d'agost de 1774. Va ser en aquest dia quan el químic britànic J. Priestley va completar el seu experiment sobre la descomposició de l'òxid de mercuri en un vaixell tancat. Al final de l'experiment, el científic va rebre un gas que recolzava la combustió. Tanmateix, aquest descobriment va passar desapercebut fins i tot pel científic mateix. El senyor Priestley creia que havia aconseguit distingir no un nou element, sinó una part integral de l'aire. Amb els seus resultats, Joseph Priestley va compartir amb el famós científic i químic francès Antoine Lavoisier, que podia entendre el que l'anglès no podia fer. En 1775, Lavoisier va saber establir que la "part constitutiva de l'aire" resultant és, de fet, un element químic independent i l'anomenava oxigen, que en grec significa "formant àcid". Lavoisier creia llavors que l'oxigen es troba en tots els àcids. Posteriorment, es van obtenir fórmules per a àcids que no contenen àtoms d'oxigen, però el nom va ser adoptat.

Oxigen - característiques de l'estructura de la molècula

Aquest element químic és un gas incolor que no fa olor ni sabor. La fórmula química és O ₂ . Els químics anomenen oxigen diatòmic ordinari, ja sigui "oxigen atmosfèric" o "dioxigen". La molècula de la matèria consisteix en dos àtoms d'oxigen units. També hi ha molècules formades per tres àtoms: O ₃ . Aquesta substància s'anomena ozó, es detallarà més informació sobre això. Una molècula amb dos àtoms té un grau d'oxidació de l'oxigen -2, ja que conté dos impediments capaços de formar un enllaç covalent d'un electró. L'energia que s'allibera durant la descomposició (dissociació) de la molècula d'oxigen en àtoms és de 493,57 kJ / mol. Això és un gran valor.

València i grau d'oxidació de l'oxigen

Sota la valència d'un element químic , volem dir la seva capacitat d'unir-se a una determinada quantitat d'àtoms d'un altre element químic. La valència d'un àtom d'oxigen és dos. La valència de la molècula d'oxigen també és igual a dues, ja que dos àtoms estan connectats entre si i tenen la capacitat d'unir un altre àtom a la seva estructura, és a dir, formar un enllaç covalent amb aquest. Per exemple, es va obtenir una molècula d'aigua H ₂ O com a conseqüència de la formació d'un enllaç covalent entre un àtom d'oxigen i dos àtoms d'hidrogen.

L'oxigen es troba en molts dels compostos químics coneguts. Fins i tot hi ha un tipus independent de compostos químics: òxids. Són substàncies obtingudes combinant quasi qualsevol element químic amb oxigen. El grau d'oxidació de l'oxigen en els òxids és -2. Tanmateix, en alguns compostos aquest indicador pot ser diferent. A continuació es detallarà amb més detall.

Propietats físiques de l'oxigen

L'oxigen diatòmic normal és un gas que no té color, olor ni sabor. En l'estat normal, la seva densitat és d'1.42897 kg / m3. El pes d'1 litre de la substància és lleugerament inferior a 1,5 grams, és a dir, en forma pura, l'oxigen és més pesat que l'aire. Quan s'escalfa, la molècula es dissocia en àtoms.

Quan la temperatura del medi disminueix fins a -189.2 ° C, l'oxigen canvia la seva estructura de gasos a líquids. Al mateix temps, es produeix bulliment. Quan la temperatura disminueix fins a -218.35 ° C, l'estructura canvia de líquid a cristal·lina. A aquesta temperatura, l'oxigen té la forma de cristalls blaus.

A temperatura ambient, l'oxigen és feblement soluble en aigua: un litre representa 31 mil·lilitres d'oxigen. Solubilitat amb altres substàncies: 220 ml per 1 litre d'etanol, 231 ml per 1 litre d'acetona.

Propietats químiques de l'oxigen

Es pot escriure un Talmud sencer sobre les propietats químiques de l'oxigen. La propietat més important de l'oxigen és l'oxidació. Aquesta substància és un oxidant molt fort. L'oxigen és capaç d'interactuar amb gairebé tots els elements coneguts de la taula periòdica. Com a resultat d'aquesta interacció, es formen òxids, tal com s'ha comentat anteriorment. El grau d'oxidació de l'oxigen en compostos amb altres elements és bàsicament -2. Exemples d'aquests compostos són aigua (H ₂ O), diòxid de carboni (CO ₂ ), òxid de calci, òxid de liti, etc. Però hi ha una certa categoria d'òxids anomenats peróxidos o peròxids. La seva peculiaritat és que en aquests compostos hi ha un grup peróxido "-O-O-". Aquest grup redueix les propietats oxidatives de O ₂ , de manera que el grau d'oxidació de l'oxigen en el peròxid és -1.

En combinació amb els metalls alcalins actius, els formes d'oxigen superòxids o superexids. Un exemple d'aquestes formacions és:

• Superòxid de potassi (KO ₂ );
• Superòxid de rubidi (RbO ₂ ).

La seva peculiaritat és que el grau d'oxidació de l'oxigen en els superòxids és -1/2.

En combinació amb l'element químic més actiu - flúor, s'obtenen fluorurs. Es dirà sobre ells.

El major grau d'oxidació de l'oxigen en els compostos

Segons la substància amb què l'oxigen interactua, hi ha set graus d'oxidació de l'oxigen:

1. -2 en òxids i compostos orgànics.
2. -1 en peròxids.
3. -1/2 en superòxid.
4. -1/3 - en els ozonats inorgànics (vàlids per oxigen triatòmic - ozó).
5. +1/2 a les sals del catió d'oxigen.
6. +1 en monofluorur d'oxigen.
7. +2 - en el difluorur d'oxigen.

Com veiem, el màxim grau d'oxidació de l'oxigen s'aconsegueix en òxids i compostos orgànics, i en els fluorurs té fins i tot un grau positiu. No es poden realitzar tot tipus d'interaccions de forma natural. Alguns compostos requereixen condicions especials, per exemple: alta pressió, alta temperatura, exposició a compostos rars que gairebé no es troben a la natura. Considerem les connexions bàsiques de l'oxigen amb altres elements químics: òxids, peròxids i fluorurs.

Classificació d'òxids per propietats acid-base

Hi ha quatre tipus d'òxids:

• Bàsic;
• Àcid;
• Neutral;
• Amfòter.

El grau d'oxidació de l'oxigen en els compostos d'aquestes espècies és -2.

• Els òxids bàsics són compostos amb metalls que tenen baixos graus d'oxidació. En general, quan interactuen amb els àcids, s'obtenen la sal i l'aigua corresponents.
• Òxids àcids: òxids de metalls no metàl·lics amb un alt grau d'oxidació. Quan s'hi afegeix aigua, es forma un àcid.
• Els òxid neutres són compostos que no entren en reacció amb àcids o bases.
• Els òxids anfòtrics són compostos amb metalls que tenen una baixa electronegativitat. Ells, depenent de les circumstàncies, exhibeixen les propietats dels òxids àcids i bàsics.

Peróxids, el grau d'oxidació de l'oxigen en peròxid d'hidrogen i altres compostos

Els peróxidos s'anomenen compostos d'oxigen amb metalls alcalins. S'obtenen cremant aquests metalls en oxigen. Els peróxids dels compostos orgànics són extremadament explosius. També es poden obtenir per absorció amb òxids d'oxigen. Exemples de peròxids:

• Peróxido d'hidrogen (H ₂ O ₂ );
• Peróxido de bari (BaO ₂ );
• Peróxido de sodi (Na ₂ O ₂ ).

Tots ells estan units pel fet que contenen el grup d'oxigen -OO-. Com a resultat, l'oxidació d'oxigen en peròxids és -1. Un dels compostos més famosos amb el grup -OO- és el peròxid d'hidrogen. En condicions normals, aquest compost és un líquid blau pàl·lid. Per les seves propietats químiques, el peròxid d'hidrogen és més proper a un àcid feble. Atès que el enllaç -OO- en el compost és feblement estable, fins i tot a temperatura ambient, la solució de peròxid d'hidrogen es pot descompondre en aigua i oxigen. És l'oxidant més fort, però, al interactuar amb oxidants més forts, les propietats de l'agent reductor són només peróxido d'hidrogen. El grau d'oxidació de l'oxigen en peròxid d'hidrogen, com en altres peróxidos, és -1.

Altres tipus de peròxids són:

• Superperòxids (superòxids, en els quals l'oxigen té una oxidació -1/2);
• Ozonoides inorgànics (compostos altament inservibles que tenen un anió d'ozó en la seva estructura);
• Ozonoides orgànics (compostos que tenen en la seva estructura un enllaç -OOO).

Fluorurs, oxidació d'oxigen en OF2

El fluor és l'element més actiu de tot el que es coneix actualment. Per tant, la interacció de l'oxigen amb flúor no produeix òxids, sinó flúor. Són nomenats així perquè en aquest compost no és oxigen, però el flúor és un oxidant. Els fluorurs no es poden obtenir naturalment. Són només sintetitzats, obtenint per associació de flúor amb una solució aquosa de KOH. Els fluorurs d'oxigen es divideixen en:

• Difluorur d'oxigen (DE ₂ );
• Monofluorur d'oxigen (O ₂ F ₂ ).

Anem a considerar amb més detall cadascuna de les connexions. El difluorat d'oxigen és un gas incolor amb una olor desagradable pronunciada. Quan es refreda, es condensa en un líquid groguenc. En estat líquid, es barreja malament amb aigua, però és bo amb l'aire, el flúor i l'ozó. Segons les seves propietats químiques, el difluorur d'oxigen és un oxidant molt fort. El grau d'oxidació de l'oxigen en OF2 és +1, és a dir, en aquest compost, el fluor és un oxidant i l'oxigen és un agent reductor. DE _{2 és} molt tòxic, en termes de toxicitat supera el flúor puro i s'aproxima al fosgeno. L'ús principal d'aquest compost és com un agent oxidant del combustible de coets, ja que el difluorur d'oxigen no és explosiu.

El monofluorur d'oxigen en estat normal és un sòlid groguenc. Quan es fona, forma un líquid vermell. És l'oxidant més potent, és extremadament explosiu quan interactua amb els compostos orgànics. En aquest compost, l'oxigen exhibeix estats d'oxidació de +2, és a dir, en aquest compost de flúor, l'oxigen actua com a agent reductor i el flúor com a oxidant.

L'ozó i els seus compostos

L'ozó és una molècula que té tres àtoms d'oxigen connectats entre si. En condicions normals, és un gas blau. Quan es refreda, forma un líquid blau intens, proper a l'índigo. En estat sòlid són cristalls de color blau fosc. L'ozó té una olor aguda, en la naturalesa es pot sentir en l'aire després d'una intensa tempesta.

L'ozó, com l'oxigen normal, és un oxidant molt fort. Per propietats químiques, s'aproxima a forts àcids. Quan s'exposa a òxids, l'ozó augmenta el seu estat d'oxidació amb l'alliberament d'oxigen. Però, al mateix temps, disminueix el grau d'oxidació de l'oxigen. A l'ozó, els enllaços químics no són tan forts com a O ₂ , de manera que en condicions normals sense esforços aplicats, es pot descompondre en oxigen amb l'alliberament de l'energia tèrmica. Quan la temperatura de l'efecte sobre la molècula d'ozó augmenta i quan la pressió disminueix, s'accelera el procés de descomposició en oxigen diatòmic amb l'alliberament de calor. En aquest cas, si hi ha un gran contingut d'ozó a l'espai, aquest procés pot anar acompanyat d'una explosió.

Atès que l'ozó és un oxidant molt fort i una gran quantitat d'O ₂ s'allibera en pràcticament tots els processos amb la seva participació, l'ozó és una substància extremadament tòxica. No obstant això, a les capes superiors de l'atmosfera, la capa d'ozó juga el paper d'un reflector de la radiació ultraviolada dels raigs del sol.

Des de l'ozó amb l'ajuda d'instruments de laboratori es creen ozonats orgànics i inorgànics. És molt inestable en la seva estructura de matèria, de manera que la seva creació en condicions naturals és impossible. Els ozóides només s'emmagatzemen a baixes temperatures, ja que a temperatures normals són extremadament explosives i tòxiques.

L'ús de l'oxigen i els seus compostos en la indústria

A causa del fet que els científics van aprendre en algun moment quin grau d'oxidació en oxigen va interactuar amb altres elements, aquest i els seus compostos van ser àmpliament utilitzats en la indústria. Especialment després que els turboexpansors es van inventar a mitjans del segle XX, els àrids capaços de convertir l'energia potencial de l'oxigen en mecànica. Atès que l'oxigen és una substància extremadament combustible, s'utilitza en totes les indústries on el foc i la calor són necessaris. Al tallar i soldar metalls, els cilindres amb oxigen comprimit també s'utilitzen per enfortir l'aparell de soldadura per flama de gas. L'oxigen és àmpliament utilitzat en la indústria de l'acer, on es manté una alta temperatura en els forns de gran abast amb O ₂ comprimit. El grau màxim d'oxidació de l'oxigen és -2. Aquesta característica s'utilitza activament per a la producció d'òxids amb la finalitat de la seva posterior combustió i l'alliberament de l'energia tèrmica. L'oxigen líquid, l'ozó i altres compostos que contenen grans quantitats d'O ₂ s'utilitzen com a oxidants propulsors. Oxidat per l'oxigen, alguns compostos orgànics s'utilitzen com a explosius.

En la indústria química, l'oxigen s'utilitza com a oxidant d'hidrocarburs en compostos que contenen àcids, com ara alcohols, àcids, etc. En medicina, s'utilitza sota pressió reduïda per tractar pacients amb problemes pulmonars, per mantenir l'activitat vital del cos. A l'agricultura, s'utilitzen petites dosis d'oxigen pur per a la reproducció de peixos en estanys, per augmentar la proporció de bestiar, etc.

L'oxigen és un potent oxidant, sense el qual és impossible d'existir

Sobretot, s'ha escrit sobre el que l'oxigen mostra els estats d'oxidació quan reacciona amb diversos compostos i elements, quins tipus de compostos d'oxigen existeixen, quins tipus són potencialment mortals i quins no. Un pot quedar incomprensible: com, per tota la seva toxicitat i alt nivell d'oxidació, l'oxigen és un dels elements sense els quals la vida a la Terra és impossible? El fet és que el nostre planeta és un organisme molt equilibrat, que s'ha adaptat específicament a aquelles substàncies que es troben a la capa atmosfèrica. Participa en un cicle que es veu així: una persona i tots els altres animals consumeixen oxigen i produeixen diòxid de carboni, i les plantes en la gran majoria consumeixen diòxid de carboni i produeixen oxigen. Tot el món està interconnectat, i la pèrdua d'un enllaç d'aquesta cadena pot provocar la ruptura de tota la cadena. No hem d'oblidar-nos d'això i tenir cura de la vida del planeta per complet, i no només dels seus representants individuals.