De zuurstof het is een chemisch element dat wordt voorgesteld door het symbool O. Het is een zeer reactief gas, waarvan de kopgroep 16 is: chalcogenen. Deze naam is te danken aan het feit dat zwavel en zuurstof in bijna alle mineralen aanwezig zijn.
Zijn hoge elektronegativiteit verklaart zijn grote hebzucht naar elektronen, wat hem ertoe brengt te combineren met een groot aantal elementen; Zo ontstaat een breed scala aan minerale oxiden die de aardkorst verrijken. De resterende zuurstof wordt dus samengesteld en maakt de atmosfeer ademend..
Zuurstof is het derde meest voorkomende element in het heelal, na waterstof en helium, en het is ook het hoofdbestanddeel in massa van de aardkorst. Het heeft een volumepercentage van 20,8% van de atmosfeer van de aarde en vertegenwoordigt 89% van de watermassa.
Het heeft gewoonlijk twee allotrope vormen: twee atomen zuurstof (Otwee), de meest voorkomende vorm in de natuur, en ozon (O3), gevonden in de stratosfeer. Er zijn echter nog twee andere (O4 me8) die bestaan in hun vloeibare of vaste fasen, en onder enorme druk.
Zuurstof wordt constant geproduceerd door het proces van fotosynthese, uitgevoerd door fytoplankton en landplanten. Eenmaal geproduceerd, wordt het vrijgelaten zodat levende wezens het kunnen gebruiken, terwijl een klein deel ervan oplost in de zeeën en het waterleven ondersteunt..
Het is daarom een essentieel element voor levende wezens; niet alleen omdat het aanwezig is in de meeste verbindingen en moleculen die ze vormen, maar ook omdat het ingrijpt in al hun metabolische processen.
Hoewel het isolement ervan controversieel wordt toegeschreven aan Carl Scheele en Joseph Priestley in 1774, zijn er aanwijzingen dat zuurstof in 1608 voor het eerst werd geïsoleerd door Michael Sendivogius..
Dit gas wordt in de medische praktijk gebruikt om de levensomstandigheden van patiënten met ademhalingsmoeilijkheden te verbeteren. Evenzo wordt zuurstof gebruikt om mensen in staat te stellen hun functies te vervullen in omgevingen met verminderde of geen toegang tot zuurstof uit de lucht..
Commercieel geproduceerde zuurstof wordt voornamelijk gebruikt in de metallurgische industrie voor de omzetting van ijzer in staal..
Artikel index
In 1500, Leonardo da Vinci, gebaseerd op de experimenten van Philo van Byzantium uitgevoerd in de tweede eeuw voor Christus. C., concludeerde dat een deel van de lucht werd verbruikt tijdens verbranding en ademhaling.
In 1608 liet Cornelius Drebble zien dat door salpetre (zilvernitraat, KNO3) er werd een gas geproduceerd. Dit gas, zoals het later bekend zou worden, was zuurstof; maar Drebble kon het niet identificeren als een nieuw item.
Toen, in 1668, wees John Majow erop dat een deel van de lucht dat hij "Spiritus nitroaerus" noemde, verantwoordelijk was voor vuur en dat het ook werd verbruikt tijdens ademhaling en de verbranding van stoffen. Majow merkte op dat substanties niet verbrandden in afwezigheid van de nitroariële geest.
Majow voerde de verbranding van antimoon uit en observeerde een toename van het gewicht van antimoon tijdens de verbranding. Toen concludeerde Majow dat antimoon in combinatie met de nitroariële geest.
Hoewel hij tijdens zijn leven of na zijn dood niet de erkenning van de wetenschappelijke gemeenschap ontving, is het waarschijnlijk dat Michael Sandivogius (1604) de ware ontdekker van zuurstof is..
Sandivogius was een Zweedse alchemist, filosoof en arts die de thermische ontleding van kaliumnitraat produceerde. Zijn experimenten leidden hem tot de bevrijding van zuurstof, die hij "cibus vitae" noemde: levensmiddel.
Tussen 1771 en 1772 verwarmde de Zweedse chemicus Carl W Scheele verschillende verbindingen: kaliumnitraat, mangaanoxide en kwikoxide. Scheele merkte op dat er een gas uit hen kwam dat de verbranding verhoogde en dat hij 'vuurlucht' noemde..
In 1774 verhitte de Engelse chemicus Joseph Priestly kwikoxide door een vergrootglas van 30 cm te gebruiken dat zonlicht concentreerde. Door het kwikoxide kwam een gas vrij waardoor de kaars veel sneller brandde dan normaal..
Bovendien testte Priestly de biologische werking van gas. Om dit te doen, plaatste hij een muis in een gesloten container waarvan hij verwachtte dat hij het vijftien minuten zou overleven; In aanwezigheid van het gas overleefde hij echter een uur, langer dan hij had ingeschat.
Priestly publiceerde zijn resultaten in 1774; terwijl Scheele het deed in 1775. Om deze reden wordt de ontdekking van zuurstof vaak toegeschreven aan Priestly.
Antoine Lavoisier, Frans chemicus (1777), ontdekte dat lucht 20% zuurstof bevat en dat wanneer een stof verbrandt, het in feite wordt gecombineerd met zuurstof.
Lavoisier concludeerde dat de schijnbare gewichtstoename die de stoffen tijdens hun verbranding ondervonden te wijten was aan het gewichtsverlies dat optreedt in de lucht; omdat zuurstof gecombineerd met deze stoffen en dus de massa van de reactanten behouden bleef.
Hierdoor kon Lavoisier de wet van behoud van materie vaststellen. Lavoisier suggereerde de naam van zuurstof die voortkwam uit de vorming van wortelzuur "oxys" en "genen". Dus zuurstof betekent 'zuurvormend'.
Deze naam is onjuist, aangezien niet alle zuren zuurstof bevatten; bijvoorbeeld waterstofhalogeniden (HF, HCl, HBr en HI).
Dalton (1810) kende de chemische formule HO toe aan water en daarom was het atoomgewicht van zuurstof 8. Een groep chemici, waaronder: Davy (1812) en Berzelius (1814) corrigeerden de benadering van Dalton en concludeerden dat de juiste formule voor water H istweeO en het atoomgewicht van zuurstof is 16.
Kleurloos, reukloos en smaakloos gas; terwijl ozon een penetrante geur heeft. Zuurstof bevordert de verbranding, maar is op zichzelf geen brandstof.
In zijn vloeibare vorm (bovenste afbeelding) is het bleekblauw van kleur, en zijn kristallen zijn ook blauwachtig; maar ze kunnen roze, oranje en zelfs roodachtige tinten krijgen (zoals zal worden uitgelegd in het gedeelte over de structuur).
15.999 u.
8.
-218,79 ºC.
-182.962 ºC.
Onder normale omstandigheden: 1.429 g / L. Zuurstof is een gas dat dichter is dan lucht. Bovendien is het een slechte geleider van warmte en elektriciteit. En op het kookpunt (vloeistof) is de dichtheid 1,141 g / ml.
54,361 K en 0,1463 kPa (14,44 atm).
154,581 K en 5,043 MPa (49770,54 atm).
0,444 kJ / mol.
6,82 kJ / mol.
29.378 J / (mol K).
Bij een temperatuur van 90 K heeft het een dampspanning van 986,92 atm.
-2, -1, +1, +2. De belangrijkste oxidatietoestand is -2 (Otwee-.
3,44 op de schaal van Pauling
Ten eerste: 1.313,9 kJ / mol.
Ten tweede: 3.388,3 kJ / mol.
Ten derde: 5.300,5 kJ / mol.
Paramagnetisch.
De oplosbaarheid van zuurstof in water neemt af naarmate de temperatuur stijgt. Dus bijvoorbeeld: 14,6 ml zuurstof / l water wordt opgelost bij 0 ºC en 7,6 ml zuurstof / l water bij 20 ºC. De oplosbaarheid van zuurstof in drinkwater is hoger dan in zeewater.
Bij een temperatuur van 25 ºC en een druk van 101,3 kPa kan drinkwater 6,04 ml zuurstof / L water bevatten; terwijl zeewater slechts 4,95 ml zuurstof / l water bevat.
Zuurstof is een zeer reactief gas dat direct reageert met bijna alle elementen bij kamertemperatuur en hoge temperaturen; behalve voor metalen met een hoger reductiepotentieel dan koper.
Het kan ook reageren met verbindingen en de daarin aanwezige elementen oxideren. Dit is wat er gebeurt als het reageert met glucose, bijvoorbeeld om water en kooldioxide te produceren; of wanneer hout of een koolwaterstof brandt.
Zuurstof kan elektronen accepteren door volledige of gedeeltelijke overdracht, daarom wordt het als een oxidatiemiddel beschouwd.
Het meest voorkomende oxidatiegetal of oxidatietoestand voor zuurstof is -2. Met dit oxidatiegetal wordt het aangetroffen in water (H.tweeO), zwaveldioxide (SOtwee) en kooldioxide (COtwee.
Ook in organische verbindingen zoals aldehyden, alcoholen, carbonzuren; gewone zuren zoals HtweeSW4, H.tweeCO3, HNO3en de daarvan afgeleide zouten: NatweeSW4, NatweeCO3 oke Nee3. In alle gevallen zou het bestaan van de O kunnen worden aangenomentwee- (wat niet geldt voor organische verbindingen).
Zuurstof is aanwezig als Otwee- in de kristalstructuren van metaaloxiden.
Aan de andere kant, in metallische superoxiden, zoals kaliumsuperoxide (KOtwee), zuurstof is als het O-iontwee-. Terwijl in metaalperoxiden, zeg maar bariumperoxide (BaOtwee), komt zuurstof voor als het O-iontweetwee- (Batwee+OFtweetwee-.
Zuurstof heeft drie stabiele isotopen: 16O, met 99,76% overvloed; de 17Of, met 0,04%; en de 18Of met 0,20%. Merk op dat de 16Of is het verreweg de meest stabiele en overvloedige isotoop.
Zuurstof in de grondtoestand is een atoom waarvan de elektronische configuratie is:
[Hij] 2stwee 2 Blz4
Volgens de valentiebindingstheorie (TEV) zijn twee zuurstofatomen covalent gebonden zodat beide afzonderlijk hun valentie-octet voltooien; naast het feit dat hij zijn twee solitaire elektronen kan koppelen vanuit de 2p-orbitalen.
Op deze manier kan het diatomische zuurstofmolecuul, Otwee (bovenste afbeelding), die een dubbele binding heeft (O = O). Zijn energetische stabiliteit is zodanig dat zuurstof nooit als individuele atomen in de gasfase wordt aangetroffen, maar eerder als moleculen..
Omdat de Otwee het is homonucleair, lineair en symmetrisch, het mist een permanent dipoolmoment; daarom zijn hun intermoleculaire interacties afhankelijk van hun moleculaire massa en de Londense verstrooiingskrachten. Deze krachten zijn relatief zwak voor zuurstof, wat verklaart waarom het onder aardse omstandigheden een gas is..
Echter, wanneer de temperatuur daalt of de druk toeneemt, komen de O-moleculentwee ze worden gedwongen zich te verenigen; tot het punt dat hun interacties significant worden en de vorming van vloeibare of vaste zuurstof mogelijk maken. Om ze moleculair te proberen te begrijpen, is het noodzakelijk om de O niet uit het oog te verliezentwee als een structurele eenheid.
Zuurstof kan andere aanzienlijk stabiele moleculaire structuren aannemen; dat wil zeggen, het wordt in de natuur (of in het laboratorium) aangetroffen in verschillende allotrope vormen. Ozon (onderste afbeelding), O3, het is bijvoorbeeld de op een na bekendste allotroop van zuurstof.
Nogmaals, de TEV beargumenteert, legt uit en laat zien dat in de O3 er moeten resonantiestructuren zijn die de positieve formele lading van de zuurstof in het midden stabiliseren (rode stippellijnen); terwijl de zuurstofatomen aan de uiteinden van de boemerang een negatieve lading afgeven, waardoor de totale lading voor ozon neutraal wordt.
Op deze manier zijn de banden niet enkelvoudig, maar ook niet dubbel. Voorbeelden van resonantiehybriden komen heel vaak voor in evenveel anorganische moleculen of ionen.
De Otwee me3, Omdat hun moleculaire structuren verschillend zijn, geldt hetzelfde voor hun fysische en chemische eigenschappen, vloeibare fasen of kristallen (zelfs als ze allebei uit zuurstofatomen bestaan). Ze theoretiseren dat de grootschalige synthese van cyclische ozon, waarvan de structuur lijkt op die van een roodachtige en zuurstofrijke driehoek, waarschijnlijk is..
Dit is het einde van de "normale allotropen" van zuurstof. Er zijn echter nog twee andere om te overwegen: O4 me8, gevonden of voorgesteld in respectievelijk vloeibare en vaste zuurstof.
Gasvormige zuurstof is kleurloos, maar wanneer de temperatuur daalt tot -183 ºC, condenseert het tot een bleekblauwe vloeistof (vergelijkbaar met lichtblauw). Interacties tussen O-moleculentwee is nu zodanig dat zelfs zijn elektronen fotonen in het rode gebied van het zichtbare spectrum kunnen absorberen om de karakteristieke blauwe kleur te reflecteren.
Er is echter een theorie dat er meer dan eenvoudige O-moleculen in deze vloeistof zitten.twee, maar ook een molecuul O4 (onderste afbeelding). Het lijkt alsof de ozon "vastzit" door een ander zuurstofatoom dat op de een of andere manier tussenkomt voor de positieve formele lading die zojuist is beschreven..
Het probleem is dat volgens computationele en moleculaire simulaties, genoemde structuur voor O4 het is niet bepaald stabiel; ze voorspellen echter dat ze bestaan als eenheden (ORtweetwee, dat wil zeggen, twee moleculen van Otwee ze komen zo dichtbij dat ze een soort onregelmatig raamwerk vormen (de O-atomen staan niet tegenover elkaar).
Zodra de temperatuur daalt tot -218,79 ºC, kristalliseert zuurstof in een eenvoudige kubische structuur (γ-fase). Naarmate de temperatuur verder daalt, ondergaat het kubische kristal overgangen naar de β-fasen (rhombohedraal en bij -229,35 ºC) en α (monoklien en bij -249,35 ºC).
Al deze kristallijne fasen van vaste zuurstof komen voor bij omgevingsdruk (1 atm). Wanneer de druk wordt verhoogd tot 9 GPa (~ 9000 atm), verschijnt de δ-fase, waarvan de kristallen oranje zijn. Als de druk blijft stijgen tot 10 GPa, verschijnt de rode vaste zuurstof of ε-fase (opnieuw monoklien).
De ε-fase is bijzonder omdat de druk zo enorm is dat de moleculen Otwee niet alleen ondergebracht als O-eenheden4, maar ook O8
Merk op dat deze O8 bestaat uit twee O-units4 waar je het onregelmatige frame al kunt zien, uitgelegd. Evenzo is het geldig om het als vier O's te beschouwentwee nauw uitgelijnd en in verticale posities. De stabiliteit onder deze druk is echter zodanig dat O4 me8 zijn twee extra allotropen voor zuurstof.
En tot slot hebben we de fasefase, metaalachtig (bij drukken hoger dan 96 GPa), waarin de druk ervoor zorgt dat de elektronen zich verspreiden in het kristal; net als metalen.
Zuurstof is in massa het derde element in het heelal, na waterstof en helium. Het is het meest voorkomende element in de aardkorst en vertegenwoordigt ongeveer 50% van zijn massa. Het wordt voornamelijk gevonden in combinatie met silicium, in de vorm van siliciumoxide (SiOtwee.
Zuurstof wordt aangetroffen als onderdeel van ontelbare mineralen, zoals: kwarts, talk, veldspaat, hematiet, cupriet, bruciet, malachiet, limoniet, enz. Evenzo bevindt het zich als onderdeel van talrijke verbindingen zoals carbonaten, fosfaten, sulfaten, nitraten, enz..
Zuurstof vormt 20,8 vol.% Van de atmosferische lucht. In de troposfeer wordt het voornamelijk aangetroffen als een diatomisch zuurstofmolecuul. Terwijl het in de stratosfeer, een gasvormige laag tussen 15 en 50 km van het aardoppervlak, wordt aangetroffen als ozon.
Ozon wordt geproduceerd door een elektrische ontlading op het O-molecuultwee. Deze allotroop van zuurstof absorbeert ultraviolet licht van zonnestraling en blokkeert de schadelijke werking ervan op mensen, die in extreme gevallen wordt geassocieerd met het verschijnen van melanomen..
Zuurstof is een belangrijk onderdeel van zeewater en zoet water uit meren, rivieren en grondwater. Zuurstof maakt deel uit van de chemische formule van water en vormt 89% in massa.
Aan de andere kant, hoewel de oplosbaarheid van zuurstof in water relatief laag is, is de hoeveelheid zuurstof die erin wordt opgelost essentieel voor het waterleven, dat veel soorten dieren en algen omvat..
De mens bestaat voor ongeveer 60% uit water en is tegelijkertijd rijk aan zuurstof. Maar daarnaast maakt zuurstof deel uit van talloze verbindingen, zoals fosfaten, carbonaten, carbonzuren, ketonen, enz., Die essentieel zijn voor het leven.
Zuurstof is ook aanwezig in polysacchariden, lipiden, eiwitten en nucleïnezuren; dat wil zeggen, de zogenaamde biologische macromoleculen.
Het maakt ook deel uit van schadelijk afval van menselijke activiteit, bijvoorbeeld: koolmonoxide en -dioxide, evenals zwaveldioxide..
Zuurstof wordt geproduceerd tijdens fotosynthese, een proces waarbij marien fytoplankton en landplanten lichtenergie gebruiken om kooldioxide te laten reageren met water, waardoor glucose wordt aangemaakt en zuurstof vrijkomt..
Geschat wordt dat meer dan 55% van de door fotosynthese geproduceerde zuurstof het gevolg is van de werking van marien fytoplankton. Daarom vormt het de belangrijkste bron van zuurstofopwekking op aarde en is het verantwoordelijk voor het in stand houden van het leven erop..
De belangrijkste methode voor het produceren van zuurstof in industriële vorm is die welke in 1895 werd gecreëerd, onafhankelijk door Karl Paul Gottfried Von Linde en William Hamson. Deze methode wordt nog steeds gebruikt, met enkele aanpassingen.
Het proces begint met een compressie van de lucht om de waterdamp te condenseren en zo te verwijderen. Vervolgens wordt de lucht gezeefd door te worden geleid door een mengsel van zeoliet en silicagel, voor het verwijderen van kooldioxide, zware koolwaterstoffen en de rest van water..
Vervolgens worden de componenten van de vloeibare lucht gescheiden door een gefractioneerde destillatie, waardoor de daarin aanwezige gassen worden gescheiden door hun verschillende kookpunten. Met deze methode is het mogelijk om zuurstof te verkrijgen met een zuiverheid van 99%.
Zuurstof wordt geproduceerd door elektrolyse van sterk gezuiverd water en met een elektrische geleidbaarheid die niet hoger is dan 1 µS / cm. Water wordt door elektrolyse gescheiden in zijn componenten. Waterstof beweegt als kation naar de kathode (-); terwijl zuurstof naar de anode beweegt (+).
De elektroden hebben een speciale structuur om de gassen op te vangen en vervolgens vloeibaar te maken..
Bij thermische ontleding van verbindingen zoals kwikoxide en salpetre (kaliumnitraat) komt zuurstof vrij, die kan worden opgevangen voor gebruik. Hiervoor worden ook peroxiden gebruikt.
Zuurstof wordt geproduceerd door fytoplankton en landplanten door middel van fotosynthese. Het passeert de longwand en wordt in het bloed opgenomen door hemoglobine, dat het naar verschillende organen transporteert om later te worden gebruikt bij het cellulaire metabolisme..
In dit proces wordt zuurstof gebruikt tijdens het metabolisme van koolhydraten, vetzuren en aminozuren, om uiteindelijk kooldioxide en energie te produceren..
Ademhaling kan als volgt worden geschetst:
C6H.12OF6 + OFtwee => COtwee + H.tweeO + energie
Glucose wordt gemetaboliseerd in een reeks opeenvolgende chemische processen, waaronder glycolyse, de Krebs-cyclus, de elektronentransportketen en oxidatieve fosforylering. Deze reeks gebeurtenissen produceert energie die zich ophoopt als ATP (adenosinetrifosfaat)..
ATP wordt gebruikt in verschillende processen in cellen, waaronder het transport van ionen en andere stoffen door het plasmamembraan; de intestinale opname van stoffen; de samentrekking van verschillende spiercellen; het metabolisme van verschillende moleculen, enz..
Polymorfonucleaire leukocyten en macrofagen zijn fagocytische cellen die zuurstof kunnen gebruiken om superoxide-ionen, waterstofperoxide en singletzuurstof te produceren, die worden gebruikt om micro-organismen te vernietigen..
Het inademen van zuurstof onder hoge druk kan misselijkheid, duizeligheid, spierspasmen, gezichtsverlies, toevallen en bewustzijnsverlies veroorzaken. Bovendien veroorzaakt het langdurig inademen van zuivere zuurstof longirritatie, die zich manifesteert door hoesten en kortademigheid..
Het kan ook de oorzaak zijn van de vorming van longoedeem: een zeer ernstige aandoening die de ademhalingsfunctie beperkt..
Een atmosfeer met een hoge zuurstofconcentratie kan gevaarlijk zijn, omdat het de ontwikkeling van branden en explosies bevordert.
Zuurstof wordt toegediend aan patiënten met ademhalingsfalen; dat is het geval bij patiënten met longontsteking, longoedeem of emfyseem. Ze konden geen omgevingszuurstof inademen omdat ze ernstig zouden worden aangetast.
Patiënten met hartfalen met vochtophoping in de longblaasjes hebben ook zuurstoftoevoer nodig; evenals patiënten die een ernstig cerebrovasculair accident (CVA) hebben gehad.
Brandweerlieden die brand bestrijden in een omgeving met onvoldoende ventilatie, hebben het gebruik van maskers en zuurstofflessen nodig waarmee ze hun functies kunnen vervullen zonder hun leven in gevaar te brengen..
De onderzeeërs zijn uitgerust met zuurstofproductieapparatuur waarmee zeilers in een gesloten omgeving en zonder toegang tot atmosferische lucht kunnen verblijven..
Duikers doen hun werk ondergedompeld in water en daardoor geïsoleerd van de atmosferische lucht. Ze ademen door zuurstof die wordt gepompt door buizen die zijn verbonden met hun duikpak of door het gebruik van cilinders die aan het lichaam van de duiker zijn bevestigd..
Astronauten voeren hun activiteiten uit in omgevingen die zijn uitgerust met zuurstofgeneratoren die het mogelijk maken om te overleven tijdens ruimtereizen en in een ruimtestation.
Meer dan 50% van de industrieel geproduceerde zuurstof wordt verbruikt bij de omzetting van ijzer in staal. Een straal zuurstof wordt in het gesmolten ijzer geïnjecteerd om de aanwezige zwavel en koolstof te verwijderen; reageren om de gassen SO te producerentwee en cotwee, respectievelijk.
Acetyleen wordt in combinatie met zuurstof gebruikt om metalen platen te snijden en ook om hun soldeer te produceren. Zuurstof wordt ook gebruikt bij de productie van glas, waardoor de verbranding bij het bakken van het glas wordt verhoogd om de transparantie te verbeteren..
De combinatie van acetyleen en zuurstof wordt gebruikt om monsters van verschillende oorsprong te branden in een atoomabsorptiespectrofotometer.
Tijdens de procedure valt een lichtstraal van een lamp op de vlam, wat specifiek is voor het te kwantificeren element. De vlam absorbeert het licht van de lamp, waardoor het element kan worden gekwantificeerd.
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.