هــــــــــــدف

بررسی شیمیایی اکسیژن

اکسیژن گازی است بی رنگ، بی بو و بی طعم و دارای دما جوش بسیار ناچیز ( -183 درجه سانتی گراد ) و در حالت مایع به رنگ آبی روشن می باشد. اکسیژن به میزان ناچیز در آب حل می شود. یک لیتر آب در دمای 20 °C و فشار یک اتمسفر حدود 30 ml گاز اکسیژن را در خود حل می کند که همین میزان اندک نیز برای ادامه حیات آبزیان کافیست.

آرایش الکترونی اتم اکسیژن به صورت 1s¹2s²2p⁶ است. اکسیژن از نظر خاصیت الکترونگاتیوی بعد از فلوئور قرار دارد؛ از این رو، در ترکیب با فلوئور عدد اکسایش مثبت خواهد داشت. به عنوان مثال در OF₂ عدد اکسیژن عدد اکسایش +2 را دارد. اکسیژن با تمامی عنصرها به جز گازهای نجیب، هالوژن ها و بعضی از فلزها مانند نقره، طلا و پلاتین ترکیب می شود. اگرچه پیوند O - O در مولکول اکسیژن پایدار است؛ اما اکسیژن با بعضی از عوامل کاهنده قوی معدنی و با بسیاری از ترکیب های آلی خود به خود در دمای معمولی واکنش می دهد. زنگ زدن آهن و اکسایش بعضی از مواد آلی نیز واکنش با اکسیژن است که خود به خود انجام می گیرند، اما در دمای عادی کند هستند. برای واکنش موثر با اکسیژن به دمای زیاد و در مواردی نیز هم به فشار زیاد نیاز است.

تعدادی از واکنش های اکسیژن در زیر ذکر شده است:

C₄H₁₀ (l) + 13/2 O₂ (g) => 4 CO₂ (g) + 5H₂O (g)
SiH₄ + 2O₂ (g) => SiO₂ + 2H₂O (g)
4Fe(s) + 3/2 O₂ (g) + nH₂O (l) => Fe₂O₃ . nH₂O
S (s) + O₂ (g) => SO₂ (g)
P₄ (s) + 5O₂ (g) => P₄O₁₀ (s)
2Mg (s) + O₂ (g) => 2MgO (s)
4Al + 3O₂ (g) => 2Al₂O₃ (s)

ترکیب هر عنصر با اکسیژن یک واکنش اکسایش است. بر اثر واکنش هر ماده مرکب با اکسیژن غالباً محصولاتی بدست می آید که در آن ها هریک از عنصرهای سازنده ماده اصلی با اکسیژن ترکیب شده اند؛ مثلا واکنش آمونیاک و سولفید کربن با اکسیژن را در نظر بگیرید:

4NH₃ (g) + 5O₂ (g) => 4NO (g) + 6H₂O (g)
CS₂ (g) + 3O₂ (g)   => CO₂ (g) + 2SO₂ (g)

ملاحظه می شود که در واکنش آمونیاک با اکسیژن، هم نیتروژن و هم هیدروژن با اکسیژن ترکیب شده اند و مولکول های NO و آب را به وجود آورده اند. در مورد واکنش سولفید کربن با اکسیژن نیز محصولات واکنش حاصل ترکیب کربن با اکسیژن یعنی کربن دی اکسید و گوگرد با اکسیژن یعنی گوگرد دی اکسید است.

هر واکنش شیمیایی که با آزاد شدن گرما و نور همراه باشد، نظیر سوختن فلز منیزیم در اکسیژن اصطلاحاً احتراق نامیده می شود. از احتراق متان که جز اصلی گاز طبیعی است، مقدار قابل ملاحضه ای انرژی آزاد می شود:

CH4 (g) + 2O2 (g) => CO2 (g) + 2H2O (l)        ΔH = -890 KJ

نتیجه کامل احتراق کامل ترکیب هایی که از کربن و هیدروژن یا از کربن، هیدروژن و اکسیژن ( مانند کربوهیدرات ها ) تشکیل شده اند، با مقدار کافی اکسیژن، منحصراً کربن دی اکسید و آب است، اما اگر مقدار اکسیژن کافی نباشد، کربن مونو اکسید ( مونوکسید ) و آب حاصل تشکیل می شود.

طرز تهیه اکسیژن

بیش از 90% اکسیژن در صنعت از راه تقطیر جز به جز هوای مایع به دست می آید. بیشترین مصرف اکسیژن در صنایع فولاد سازی است. در تبدیل چدن به فولاد اکسیژن را مستقیماً اثر می دهند تا احتراق ناخالصی ها سریعتر صورت گیرد. اکسیژن در تصفیه فاضلاب نیز مورد استفاده قرار می گیرد. برای تولید اکسیژن از الکترولیز نیز استفاده می شود [ در بخش شیمی » الکتروشیمی مقاله ای در این باب موجود است ]، اماً هزینه آن زیاد است. اکسیژن حاصل از این راه خالص است.