Այն աստղը...իմն է...: Թթվածին: Օքսիդներ: Այրում:

Թթվածին (լատ.՝ Oxygenium), պարբերական համակարգի 2-րդ պարբերության, 6-րդ խմբի քիմիական տարր, կարգահամարը՝ 8, ատոմական զանգվածը՝ 15,9994։ Ատոմի էլեկտրոնային թաղանթների կառուցվածքը ls22s22p4 է։ Սովորական պայմաններում թթվածինը անգույն, անհոտ և անհամ գազ է: Թթվածինը ամենատարածված քիմիական տարրն է Երկրի վրա:

Թթվածինը մտնում է բոլոր այն նյութերի բադադրության մեջ, որոնցից կազմված են կենդանի օրգանիզմները, օրինակ, մարդու օրգանիզմը պարունակում է մոտավորապես 65 % թթվածին։ Ունի երեք կայուն իզոտոպ՝ Օ16 (99,75 %), Օ17 (0,037 %) և Օ18 (0,204 %)։ Արհեստականորեն ստացվել են 14, 15 և 19 զանգվածի թվերով ռադիոակտիվ իզոտոպներ։ Թթվածնի բոլոր իզոտոպների միջուկները կազմված են 8պրոտոնից և համապատասխանաբար 6, 7, 8, 9, 10 և 11 նեյտրոնից, իսկ էլեկտրոնային թաղանթը՝ երկու ներքին և վեց արտաքին էլեկտրոններից:

Թթվածինը մտնում է մեր սննդամթերքի՝ ածխաջրերի, ճարպերի, սպիտակուցների բաղադրության մեջ: Այն մթնոլորտումնվում է ազատ վիճակում (O2): Մթնոլորտի վերին շերտերում թթվածինը գտնվում է օզոնի (O3) ձևով, որը կարևոր նշանակություն ունի Երկրի վրա կյանքի պահպանության խնդրում:

Բացահայտման պատմություն

Առաջին անգամ միմյանցից անկախ թթվածինը ստացել են շվեդ, գիտնական Շեելեն (1769-1970 թվականին՝մագնեզիումի նիտրատի, թորակների ջերմային քայքայումից) և անգլիացի գիտնական Պրիստելին (1774թվականին՝ սնդիկի օքսիդի և սուսրի տաքացումից).

2HgO t°--> 2Hg + O2^

Անվան ծագումը

1775 թվականին Ա. Լավաազիեն հաստատեց օդի բաղադրությունը, ցույց տվեց, որ թթվածինը համարվում էթթուների բաղադրիչ մասը և անվանեց այն oxygene - «թթու առաջացնող», այստեղից էլ հայերեն «թթվածին» անվանումը:

-------------------------

Երկիր մոլորակի օդային մթնոլորտը կազմված է հիմնականում երկու գազից՝ թթվածնից (O2) և ազոտից (N2)։ Օդի բաղադրությունում թթվածնի ծավալային բաժինը 20,93 % է, իսկ զանգվածայինը՝ 23,15 %։ Սակայն թթվածնի հիմնական զանգվածը մեր մոլորակում պարունակվում է տարբեր միացությունների (բարդ նյութերի) բաղադրությունում։ Երկրագնդի ջրապաշարներում թթվածնի զանգվածային բաժինը 85,82 % է, ավազում՝ 53 %, կավերում, լեռնային ապարներում ու հանքերում՝ մոտավորապես 56 %։ Բոլոր կենդանի օրգանիզմներում պարունակվող նյութերի (ճարպ, շաքար, սպիտակուց և այլն) բաղադրությունում առկա հիմնական տարրերից մեկը թթվածինն է:

Օդում թթվածնի ծախսը հիմնականում պայմանավորված է նյութերի օքսիդացմամբ, այրմամբ, օրգանական նյութերի նեխմամբ ու կենդանի օրգանիզմներիշնչառությամբ։ Սակայն ծախսված թթվածինը վերականգնվում է լուսասինթեզի միջոցով, որը հիմնականում կատարվում է բույսերում։ Կանաչ բույսերում արևի լուսային էներգիան խթանում է ածխաթթու գազի (CO2) և ջրի (H2O) մոլեկուլների միջև քիմիական փոխազդեցություն, որի հետևանքով ածխաթթու գազի ծավալին հավասար թթվածին է անջատվում: Այդ գործընթացում նաև մի շարք օրգանական միացություններ են առաջանում:

Բնության մեջ թթվածնի ահռելի ծախսը լրացնում է ֆոտոսինթեզի ռեակցիան, որը ընթանում է լույսի և քլորոֆիլի պայմաններում.

\mathsf{ 6CO_2 + 6H_2O \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \uparrow }

Արտադրության մեջ թթվածինը ստացվում է օդից։ Օդը սովորական ճնշման տակ -200°С սառեցնելիս՝ վեր է ածվում բաց երկնագույն հեղուկի, ապա զգույշ տաքացնում են -195°С-ում անջատվում է ազոտը, իսկ -183°С-ում անջատվում է թթվածինը։ Գազային թթվածինը պահում են պողպատե գլանանոթներում (բալոններում) 10-15 ՄՊԱ ճնշման տակ 1 մմ սնդիկի սյան, որը հավասար է 133,3 Պա։

Մաքուր թթվածին ստանում են նաև ջրի էլեկտրոլիզի (էլեկտրատարրալուծման) միջոցով.

\mathsf{ 2H_2O_2 \ \xrightarrow{MnO_2} \ 2H_2O + O_2 \uparrow }

Գազային թթվածինը սովորաբար պահում են պողպատե կապույտ գլանանոթներում (բալոններում)՝ 1-1,5 ՄՊա ճնշման տակ (1 ՄՊա = 103 կՊա = 106 Պա)։

Լաբորատորիայում թթվածինը ստանում են թթվածին պարունակող բարդ նյութերի քայքայումից.

\mathrm{2\,BaO_2 \ \xrightarrow{700\,^{\circ}C} \ 2\, BaO + O_2}

~\mathrm{2H_2O\xrightarrow{NaOH^\circ }\ 2H_2 +O_2\uparrow}

Կալիումի պերմանգանատը (KMnO4) տաքացնելիս քայքայվում է` անգույն գազի (թթվածնի) անջատմամբ.

\mathsf{ 2KMnO_4 \rightarrow K_2MnO_4 + MnO_2 + O_2 \uparrow }

Ստացված թթվածինը կարելի է հավաքել օդը դուրս մղելու եղանակով, քանի որ թթվածնի խտությունը մեծ է օդի խտությունից։

Ջրածնի պերօքսիդով (H2O2) լցված փորձանոթը նույնիսկ ձեռքով տաքացնելիս այդ նյութը քայքայվում է.

\mathsf{ 2HgO \rightarrow 2Hg + O_2 \uparrow }

Այս ռեակցիան ավելի արագ է ընթանում մանգանի (IV) օքսիդ (MnO2) նյութի առկայությամբ, որն անվանվում է կատալիզատոր:

Ֆիզիկական հատկությունները

Հայտնի է, որ թթվածինը.
սովորական պայմաններում գազ է,
հոտ չունի,
անգույն է,
համ չունի,
եռում է -1830 °C ջերմաստիճանում,
պնդանում է -2190 °C ջերմաստիճանում,
հեղուկ և պինդ վիճակում երկնագույն է,
հեղուկ վիճակում դեպի մագնիսն է ձգվում:

Քիմիական հատկությունները

Թթվածինն ազատ վիճակում քիմիապես ակտիվ պարզ նյութերից է ու հեշտությամբ փոխազդում է մեծ թվով պարզ և բարդ նյութերի հետ։

Թթվածնի փոխազդեցությունը ոչ մետաղների հետ.
Թթվածնի հետ անմիջականորեն փոխազդում են գրեթե բոլոր ոչ մետաղները` ֆտորից (F2), քլորից (Cl2), բրոմից (Br2) և յոդից (J2) բացի:
Փոխազդեցությունը մետաղների հետ.
Թթվածնի հետ անմիջականորեն փոխազդում են նաև գրեթե բոլոր մետաղները:
Թթվածնով օքսիդանում են նաև բարդ նյութերը.

\mathsf{ 2SO_2 + O_2 \rightarrow 2SO_3 }

\mathsf{ CH_4+ 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O }

Նորից նշեմ, որ թթվածինը նպաստում է այրմանը և շնչառությանը։ Այն մեծ չափով նպաստում է մետալուրգիական գործընթացներին՝ թուջի, պողպատի, ինչպես նաև գունավոր մետաղների (Cu, Zn, Sn, Au) արտադրության համար։ Բժշկության մեջ ծանր հիվանդներին տալիս են թթվածին։ Թթվածին ծախսվում է մետաղների կտրման և եռակցման ժամանակ, սուզանավերում, տիեզերանավերում, ջրի տակ աշխատող մարդկանց համար:

Օքսիդներ

Օքսիդներ, երկտարր միացություններ են, որոնք բաղկացած են որևէ տարրի և թթվածնի ատոմներից։ Կա օքսիդների 4 հիմնական դաս`հիմնային, թթվային, երկդիմի և աղ չառաջացնող։

Հիմնային են այն օքսիդները, որոնց համապատասխանում են Հիմքեր.դրանք մետաղների օքսիդներ են, օրինակ`Na₂O, K₂O, CaO, Fe₂O₃։ Թթվային են այն օքսիդները, որոնց համապատասխանում են Թթուներ.դրանք էլ ոչ մետաղների օքսիդներն են, օրինակ`N₂O₃, P₂O₅, Cl₂O₇, Mn₂O₇։ Երկդիմի են այն օքսիդները, որոնք կարող են փոխազդել թե թթուների, թե հիմքերի հետ.դրանք բոլորը համեմատաբար պասիվ մետաղների օքսիդներ են, ինչպես ZnO, FeO, Al₂O₃ օքսիդները։ Աղ չեն առաջացնում այն օքսիդները, որոնք չեն փոխազդում ոչ թթուների, ոչ հիմքերի հետ.դրանք ոչ մետաղների օքսիդներ են, ինչպես`NO, N₂O, CO և այլն։

Ստացումը

Ամենապարզ եղանակը պարզ նյութի և թթվածնի փոխազդեցությունն է` S+O₂= SO_2, Cu+O₂=CuO

Օքսիդներ են ստացվում նաև`

· Անլուծելի հիմքը տաքացնելով քայքայելիս`

Fe(OH)₂=FeO+H₂O Cu(OH)₂=CuO+H₂O

· Անկայուն կամ թույլ թթուն քայքայելիս`

H₂SiO₃=SiO₂+H₂O H₂CO₃=CO₂↑+H₂O

· Որոշ աղեր քայքայելիս`

CaCO₃=CaO+CO₂↑ MgCO₃=MgO+CO₂↑

· Նաև որոշ օքսիդներ այրելիս`

2CO+O₂=2CO₂↑ 2SO₂+O₂2SO₃↑

Քիմիական հատկություններ

Նախևառաջ`թթվային և հիմնային(խոսքը ալկալիներին համապատասխանող օքսիդների մասին է) օքսիդները փոխազդում են ջրի հետ`համապատասխանաբար թթուներ և հիմքեր առաջացնելով` CaO+H₂O=CaOH SO₃+H₂O=H₂SO₄

Հիմնային օքսիդները փոխազդում են թթուների հետ և առաջացնում աղ և ջուր, օրինակ` Na₂O+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂O CaO+HCl=CaCl₂+H₂O Fe₂O₃+2H₃PO₄=2FePO₄+3H₂O

իսկ թթվային օքսիդները`հիմքերի հետ`դարձյալ աղ և ջուր առաջացնելով` KOH+SO₃=K₂SO₄+H₂O Fe(OH)₂+N₂O₅=Fe(NO₃)₂+2H₂O։

Թթվային և հիմնային օքսիդները իրենց հերթին կարող են փոխազդել իրար հետ`նույն արգասիքները առաջացնելով, օրինակ` CaO+SO₃=CaSO₄ Na₂O+N₂O₅=2NaNO₃։

Ինչ վերաբերվում է երկդիմի օքսիդներին`նրանք փոխազդում են թե թթուների, թե հիմքերի հետ` ZnO+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂O ZnO+NaOH=NaZnO₂+H₂O

Աղ չառաջացնող օքսիդները չեզոք են, սակայն դրանք կարելի է այրել և ստանալ նոր օքսիդ. 2CO+O₂=2CO₂↑ 2SO₂+O₂=SO₃↑

Այրում

Այրումն արագ ընթացող քիմիական ռեակցիա, որն ուղեկցվում է մեծ քանակի ջերմության անջատումով, հաճախ նաև լուսարձակումով։ Այրումը բարդ ֆիզիկաքիմիական երևույթ է, սովորական օքսիդացման-վերականգնման ռեակցիա և ինքնարագացող պրոցես։ Վերջինիս պատճառը անջատված ջերմության կուտակումն է։ Շատ մեծ ինքնարագացումով ընթացող այրումն առաջացնում է պայթյուն։ Գազերի առկայության դեպքում այրումն ուղեկցվում է բոցով։ Այրումը տեղի է ունենում նաև առանց թթվածնի (օր. մետաղների և ջրածնի այրումը քլորում են)։ Գործնական նշանակություն ունի վառելանյութերի (ածուխ, նավթամթերքներ, բնական և արհեստական այրվող գազեր) այրումը օդում։ Այն սկսելու համար սովորաբար հարկ է լինում վառելանյութը նախապես բոցավառել (տաքացում, կայծ)։ Որոշ նյութեր համապատասխան օքսիդիչի առկայությամբ կարող են ինքնաբոցավառվել (օր. սպիտակ ֆոսֆորը օդում ինքնաբոցավառվում է 60°C–ում, ֆոսֆինը՝ սենյակային ջերմաստիճանում):

Այն աստղը...իմն է...

Էջ

Sunday, May 31, 2015

Թթվածին: Օքսիդներ: Այրում:

No comments:

Post a Comment

Translate