Készítette: Tóth Krisztián. Web: http://krissz.hu

Oxigén

8
15.9994
-2
O
2p4
Oxigén
Alapadatok
Név, vegyjel, rendszám oxigén, O, 8
Elemi sorozat nemfémek
Csoport, periódus, mező 16, 2, p
Megjelenés színtelen
Atomtömeg 15,9994(3) g/mol
Elektronszerkezet [He] 2s2 2p4
Elektronok héjanként 2, 6
Fizikai tulajdonságok
Halmazállapot gáz
Sűrűség (0 °C, 101,325 kPa)
1,429 g/L
Olvadáspont 54,36 K
(-218,79 °C, -361,82 °F)
Forráspont 90,20 K
(-182,95 °C, -297,31 °F)
Olvadáshő (O2) 0,444 kJ/mol
Párolgáshő (O2) 6,82 kJ/mol
Moláris hőkapacitás (25 °C) (O2)
29,378 J/(mol·K)
Atomi tulajdonságok
Kristályszerkezet köbös
Oxidációs állapotok −2, −1
(semleges oxid)
Elektronegativitás 3,44 (Pauling-skála)
Ionizációs energia 1.: 1313,9 kJ/mol
Atomsugár 60 pm
Atomsugár (számított) 48 pm
Kovalens sugár 73 pm
Van der Waals-sugár 152 pm
Egyéb jellemzők
Mágnesség paramágneses
Hővezetési tényező (300 K) 26,58 mW/(m·K)
Hangsebesség (gáz, 27 °C) 330 m/s
CAS-szám 7782-44-7

Az Oxigén bővebb leírása

Az oxigén (vagy régies nevén éleny vagy savító[1]) az oxigéncsoport elemei közé tartozik a kénnel, a szelénnel, és a tellúrral együtt. A rendszáma 8, a vegyjele O. Vegyértékelektron-szerkezete 2s22p4. Az oxigén a Föld leggyakoribb eleme, hiszen a földkéreg tömegének majdnem felét oxigén teszi ki (természetesen kötött állapotban), de az oxigén a világegyetem gyakoribb elemei közé is tartozik, hiszen az ötödik leggyakoribb elem. A légkör jelentős része oxigéngáz (O2), de ózon (O3) formában is megtalálható (igaz ez a molekulaszerkezet sokkal instabilabb, az ózon az oxigéngáz allotróp módosulata).

Az oxigént Joseph Priestley angol kémikus fedezte fel 1774-ben, de ő még deflogisztonizált levegőnek nevezte a flogiszton-elmélet nyomán. Később Antoine Laurent de Lavoisier francia kémikus nevezte el oxigénnek. Neve a görög oxigenium (savképző) szóból származik.

Fizikai tulajdonságai

Cseppfolyós oxigén

Az oxigéngáz színtelen, szagtalan, íztelen, kétatomos molekulákból álló anyag. Folyékony és szilárd halmazállapotban kék színű. Molekularácsban kristályosodik. Molekulája apoláris, benne kettős kötés található. Apoláris tulajdonsága miatt vízben rosszul, bár a nitrogénnél jobban oldódik (100 cm3 víz 20 °C-on 4,14 mg O2-t old). A vízben oldott oxigénnek jelentős élettani hatása van, csakúgy mint a légkörinek. Apoláris oldószerekben jól oldódik, ezért (is) okoz komoly problémát, ha olaj kerül a víz felszínére (az olaj filmréteget képezve elzárja az oxigént a víztől, így az képtelen abban oldódni, továbbá a már oldott oxigén „átvándorol” az olajba, ezzel csökkentve a vízben az oxigén mennyiségét).

Kémiai tulajdonságai

Az oxigén szobahőmérsékleten nem túl reakcióképes, ennek oka a kettős kötésben keresendő. Magas hőmérsékleten az elemekkel exoterm reakcióban egyesül (égés). Erős oxidálószer (innen a folyamat neve), különösen az egyatomos oxigén, mely annyira reagens, hogy a természetben csak nagyon rövid ideig létezik (jelölése 'O').

  • reakciója fémekkel:
\mathrm{4\ Fe + 3\ O_2 \rightarrow 2\ Fe_2O_3}
  • reakciója nemfémes elemekkel:
\mathrm{C + O_2 \rightarrow CO_2}
  • reakciója szervetlen vegyületekkel:
\mathrm{2\ SO_2 + O_2 \rightleftharpoons 2\ SO_3}
  • reakciója szerves vegyületekkel:
\mathrm{CH_4 + 2\ O_2 \rightarrow CO_2 + 2\ H_2O}
  • az ózonképződés egyenlete: (megfordítható)
\mathrm{O_2 + O \rightleftharpoons O_3}

Élettani szerep

Az oxigén nélkülözhetetlen az élethez (a biológiai oxidáció folyamatához). Az ózon fertőtlenítő hatású. A légkör felső rétegeiben ózonréteget képezve véd az UV-sugaraktól, a földfelszín közelében lévő ózon azonban mérgező.

Előfordulása, előállítása

A földkéreg súlyának fele oxigén, mind kötött, mind szabad állapotban előfordul. A földi élet elengedhetetlen feltétele, az atmoszféra 21% oxigént tartalmaz. Mennyisége a fotoszintézissel növekszik, a biológiai oxidációval csökken. Jelenléte biztosítja a földi életet, jelenléte következtében a légkörünk oxidáló légkör. 99%-ban a folyékony levegő frakcionált desztillációjával és 1%-ban a víz elektrolitikus bontásával állítják elő.

Az ózon a légkör felső rétegeiben keletkezik elektromos szikra és rövidhullámú sugárzás hatására. Az ózon elnyeli a káros ultraibolya (UV) sugarakat, a légkör magasabb rétegeiben ózonréteget alkot, mely napjainkban sajnos némely helyeken meglehetősen elvékonyodott (átlagos vastagsága 8 km).

Leggyakoribb oxigénvegyületek

  • hidridjei (víz és hidrogén-peroxid)
  • szerves vegyületek, pl.: alkoholok, fenolok, karbonsavak, éterek, észterek, aldehidek, ketonok
  • szervetlen savak
  • különböző oxidok (lásd lentebb)

Felhasználása

Nagy részét égőkben a befúvott levegő dúsítására használják és a metanol, valamint az acél gyártásánál is fontos a szerepe. Orvosi célokra is felhasználják. A cseppfolyós oxigén a folyékony hajtóanyagú rakétákban a tüzelőanyag elégetéséhez szükséges. Forgalomba nagynyomású, kék színű acélpalackban hozzák. Rendkívüli elővigyázatosságot igényel a palack használata a nagyfokú robbanásveszély miatt!

Az ózont fertőtlenítésre, fehérítésre, italok érlelésére használják

Naszcensz oxigén

A naszcensz latin szó, jelentése 'a születés pillanatában lévő'. A kémiában a keletkező, kiválás pillanatában lévő, még atomos állapotú elemekre (gázokra) használják. Az ilyen naszcensz anyagok atomos állapotuk miatt rendkívül reakcióképesek.

Ilyen például a hidrogén-peroxidból felszabaduló oxigén:

\mathrm{H_2O_2 \rightarrow H_2O + O}

Naszcensz oxigén szabadul fel az ózonból és a hidrogén-peroxidból, ezért ezek nagyon erős oxidálószerek.

Nevezetes oxidok

Vanádium-pentoxid
Vas(III)-oxid
  • Dihidrogén-oxid, víz, H2O
  • Hidrogén-peroxid, H2O2
  • Lítium-oxid, Li2O
  • Berillium-oxid, BeO
  • Szén-monoxid, CO
  • Szén-dioxid, CO2
  • Dinitrogén-oxid, kéjgáz, N2O
  • Nitrogén-monoxid, NO
  • Nitrogén-trioxid, N2O3
  • Nitrogén-dioxid, NO2
  • Nitrogén-tetroxid, N2O4
  • Nitrogén-pentoxid, N2O5
  • Nátrium-oxid, Na2O
  • Magnézium-oxid, MgO
  • Alumínium-oxid, Al2O3
  • Szilícium-dioxid, kvarc, SiO2
  • Foszfor-pentaoxid, P2O5
  • Kén-dioxid (SIV), SO2
  • Kén-trioxid (SVI), SO3
  • Kálium-oxid, K2O
  • Kálium-peroxid, K2O2
  • Kálium-szuperoxid, Kálium-dioxid, KO2
  • Kalcium-oxid, égetett mész, CaO
  • Titán-dioxid, TiO2
  • Mangán-dioxid, MnO2
  • Vas(II)-oxid, Wüstit, FeO
  • Vas(III)-oxid, vörösvasérc, Fe2O3
  • Vas(II, III)-oxid, Fe3O4
  • Vanádium-pentoxid, V2O5
  • Volfrám-trioxid, WO3