- Struktura tlenu cząsteczkowego
- Nieruchomości
- Wygląd fizyczny
- Masa cząsteczkowa
- Temperatura topnienia
- Temperatura wrzenia
- Rozpuszczalność
- Stany energetyczne
- Transformacje
- Aplikacje
- Spawanie i spalanie
- Utleniacz w zielonej chemii
- Wspomagane oddychanie i oczyszczanie ścieków
- Bibliografia
Tlen cząsteczkowy lub ditlenu , zwany także dwuatomowej tlenu lub gazu, jest najczęstszym sposobem jest elementarny element ten na Ziemi. Jego formuła to O 2 , będąc zatem cząsteczką dwuatomową i homojądrową, całkowicie niepolarną.
Powietrze, którym oddychamy, składa się w około 21% z tlenu w postaci cząsteczek O 2 . W miarę wznoszenia się stężenie gazu tlenowego spada, a obecność ozonu, O 3, wzrasta . Nasz organizm wykorzystuje O 2 do dotleniania tkanek i oddychania komórkowego.
Bez tlenu wzbogacającego naszą atmosferę życie byłoby zjawiskiem niezrównoważonym. Źródło: Pixabay.
O 2 jest również odpowiedzialny za istnienie ognia: bez niego prawie niemożliwe byłoby powstanie pożarów i spalanie. Dzieje się tak, ponieważ jego główną właściwością jest bycie silnym środkiem utleniającym, pozyskującym elektrony lub redukującym się w cząsteczce wody lub w anionach tlenkowych O 2- .
Tlen cząsteczkowy jest niezbędny w niezliczonych procesach aerobowych, mających zastosowanie w metalurgii, medycynie i oczyszczaniu ścieków. Gaz ten jest praktycznie synonimem ciepła, oddychania, utleniania, az drugiej strony ujemnych temperatur, gdy znajduje się w stanie ciekłym.
Struktura tlenu cząsteczkowego
Budowa molekularna tlenu gazowego. Źródło: Benjah-bmm27 za pośrednictwem Wikipedii.
Na górnym obrazie mamy strukturę molekularną tlenu gazowego reprezentowaną przez różne modele. Ostatnie dwa pokazują cechy wiązania kowalencyjnego, które utrzymuje razem atomy tlenu: podwójne wiązanie O = O, w którym każdy atom tlenu uzupełnia swój oktet walencyjny.
Cząsteczka O 2 jest liniowa, homojądrowa i symetryczna. Jego podwójne wiązanie ma długość 121 µm. Ta niewielka odległość oznacza, że do zerwania wiązania O = O wymagana jest znaczna energia (498 kJ / mol), a zatem jest to stosunkowo stabilna cząsteczka.
W przeciwnym razie tlen w atmosferze uległby całkowitej degradacji z biegiem czasu lub powietrze zapaliłoby się znikąd.
Nieruchomości
Wygląd fizyczny
Tlen cząsteczkowy jest gazem bezbarwnym, bez smaku i zapachu, ale gdy skrapla się i krystalizuje, nabiera niebieskawego odcienia.
Masa cząsteczkowa
32 g / mol (wartość zaokrąglona)
Temperatura topnienia
-218 ºC
Temperatura wrzenia
-183
Rozpuszczalność
Tlen cząsteczkowy jest słabo rozpuszczalny w wodzie, ale wystarczający do utrzymania fauny morskiej. Gdyby Twoja rozpuszczalność była wyższa, prawdopodobieństwo śmierci w wyniku utonięcia byłoby mniejsze. Z drugiej strony, jego rozpuszczalność jest znacznie wyższa w niepolarnych olejach i cieczach, ponieważ może je powoli utleniać, a tym samym wpływać na ich pierwotne właściwości.
Stany energetyczne
Tlen cząsteczkowy to substancja, której nie można w pełni opisać za pomocą teorii wiązań walencyjnych (VTE).
Elektroniczna konfiguracja tlenu jest następująca:
2s² 2p⁴
Ma jedną parę niesparowanych elektronów (O :). Kiedy dwa atomy tlenu spotykają się, łączą się, tworząc podwójne wiązanie O = O, dopełniając oktet walencyjny.
Dlatego cząsteczka O 2 powinna być diamagnetyczna, a wszystkie jej elektrony powinny być sparowane. Jest to jednak cząsteczka paramagnetyczna, co tłumaczy schemat jej orbitali molekularnych:
Molekularny diagram orbitalny dla tlenu gazowego. Źródło: Anthony.Sebastian / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)
Zatem teoria orbitali molekularnych (TOM) najlepiej opisuje O 2 . Dwa niesparowane elektrony znajdują się na orbitali molekularnych π * o wyższej energii i nadają tlenowi jego paramagnetyczny charakter.
W rzeczywistości ten stan energetyczny odpowiada trypletowi tlenu, 3 O 2 , najbardziej dominującemu ze wszystkich. Innym stanem energetycznym tlenu, mniej rozpowszechnionym na Ziemi, jest singlet, 1 O 2 .
Transformacje
Tlen cząsteczkowy jest stosunkowo stabilny, o ile nie styka się z żadną substancją podatną na utlenianie, a tym bardziej, jeśli w pobliżu nie ma źródła intensywnego ciepła, takiego jak iskra. Dzieje się tak, ponieważ O 2 ma dużą tendencję do redukcji się, pozyskiwania elektronów z innych atomów lub cząsteczek.
Po zmniejszeniu jest w stanie ustanowić szerokie spektrum połączeń i kształtów. Jeśli tworzy wiązania kowalencyjne, zrobi to z atomami mniej elektroujemnymi niż on sam, w tym wodorem, dając początek wodzie, HOH. Może również wytwarzać węgiel wszechświatowy, aby tworzyć wiązania CO i różne typy utlenionych cząsteczek organicznych (etery, ketony, aldehydy itp.).
O 2 może także pozyskiwać elektrony, które przekształcają się w aniony nadtlenkowe i ponadtlenkowe, odpowiednio O 2 2- i O 2 - . Po przemianie w nadtlenek w organizmie uzyskuje się nadtlenek wodoru, H 2 O 2 , HOOH, szkodliwy związek, który jest przetwarzany przez działanie określonych enzymów (peroksydazy i katalazy).
Z drugiej strony, co nie mniej ważne, O 2 reaguje z materią nieorganiczną, aby stać się anionem tlenkowym O 2- , tworząc nieskończoną listę mineralogicznych mas, które zagęszczają skorupę i płaszcz ziemski.
Aplikacje
Spawanie i spalanie
Tlen jest używany do spalania acetylenu i wydzielania niezwykle gorącego płomienia, który jest cenny podczas spawania. Źródło: Sheila / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)
Tlen jest używany do przeprowadzenia reakcji spalania, w wyniku której substancja ulega egzotermicznemu utlenieniu, wydzielając ogień. Ten ogień i jego temperatura różnią się w zależności od palącej się substancji. W ten sposób można uzyskać bardzo gorące płomienie, takie jak acetylen (powyżej), za pomocą których spawane są metale i stopy.
Gdyby nie tlen, paliwa nie mogłyby się spalić i dostarczyć całej swojej energii kalorycznej, wykorzystywanej do odpalania rakiet czy do uruchamiania samochodów.
Utleniacz w zielonej chemii
Dzięki temu gazowi niezliczone organiczne i nieorganiczne tlenki są syntetyzowane lub produkowane przemysłowo. Reakcje te opierają się na sile utleniania tlenu cząsteczkowego, który jest również jednym z najbardziej realnych odczynników w zielonej chemii do otrzymywania produktów farmaceutycznych.
Wspomagane oddychanie i oczyszczanie ścieków
Tlen jest niezbędny do zaspokojenia zapotrzebowania na drogi oddechowe u pacjentów z poważnymi schorzeniami, u nurków schodzących na płytkie głębokości oraz u alpinistów, na których wysokościach stężenie tlenu jest dramatycznie zmniejszone.
Ponadto tlen „odżywia” bakterie tlenowe, które pomagają rozkładać zanieczyszczające pozostałości ze ścieków lub pomagają rybom w oddychaniu w kulturach wodnych w celu ochrony lub handlu.
Bibliografia
- Shiver & Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna. (czwarta edycja). Mc Graw Hill.
- Wikipedia. (2020). Alotropy tlenu. Odzyskane z: en.wikipedia.org
- Hone, Kalifornia, Kappe, Kolorado (2019). Zastosowanie tlenu cząsteczkowego do utleniania tlenowego w fazie ciekłej w ciągłym przepływie. Top Curr Chem (Z) 377, 2. doi.org/10.1007/s41061-018-0226-z
- Kevin Beck. (28 stycznia 2020). 10 zastosowań tlenu. Odzyskany z: sciencing.com
- Fiszki. (2020). Biochemistry I: The Chemistry of Molecular Oxygen. Odzyskane z: cliffsnotes.com
- GZ Industrial Supplies. (2020). Przemysłowe zalety gazu tlenowego. Odzyskany z: gz-supplies.com