Ilt | ||||
---|---|---|---|---|
← Nitrogen | Fluor → | ||||
| ||||
Udseende af et simpelt stof | ||||
Flydende oxygen | ||||
Atom egenskaber | ||||
Navn, symbol, nummer | Oxygen / Oxygenium (Oxygen)(O), 8 | |||
Gruppe , punktum , blok |
16 (forældet 6), 2, p-element |
|||
Atommasse ( molær masse ) |
[15,99903; 15.99977] [komm. 1] [1] a. e. m. ( g / mol ) | |||
Elektronisk konfiguration |
[Han] 2s 2 2p 4 1s 2 2s 2 2p 4 |
|||
Atomradius | 60 (48) kl | |||
Kemiske egenskaber | ||||
kovalent radius | 73 kl | |||
Ion radius | 132 (-2e) kl | |||
Elektronegativitet | 3,44 (Pauling-skala) | |||
Elektrodepotentiale | 0 | |||
Oxidationstilstande | –2 , −1 , –½ , –⅓ , 0, +½, +1 , +2 | |||
Ioniseringsenergi (første elektron) |
1313,1 (13,61) kJ / mol ( eV ) | |||
Termodynamiske egenskaber af et simpelt stof | ||||
Termodynamisk fase | Gas | |||
Tæthed ( i.a. ) | 0,00142897 g/cm³ | |||
Smeltetemperatur | 54,8K (-218,35°C) | |||
Kogetemperatur | 90,19K (-182,96°C) | |||
Oud. fusionsvarme | 0,444 kJ/mol | |||
Oud. fordampningsvarme | 3,4099 kJ/mol | |||
Molær varmekapacitet | 29,4 [2] J/(K mol) | |||
Molært volumen | 22,4⋅10 3 cm³ / mol | |||
Krystalgitteret af et simpelt stof | ||||
Gitterstruktur | Monoklinisk | |||
Gitterparametre | a=5,403 b=3,429 c=5,086 β=135,53 Å | |||
Debye temperatur | 155.000 _ | |||
Andre egenskaber | ||||
Varmeledningsevne | (300 K) 0,027 W/(m K) | |||
Emissionsspektrum | ||||
otte | Ilt |
O15.999 | |
2s 2 2p 4 |
Ilt ( kemisk symbol - O , fra lat. O xygenium ) er et kemisk grundstof i den 16. gruppe (ifølge den forældede klassifikation - den sjette gruppe af hovedundergruppen, VIA), den anden periode af det periodiske system af D. I. Mendeleev , med atomnummer 8.
Ilt er et reaktivt ikke-metal og er det letteste element i kalkogengruppen .
Som et simpelt stof (under normale forhold ) er oxygen en farveløs , smagløs og lugtfri gas , hvis molekyle består af to atomer (formel - O 2 ). Systematisk navn : dioxygen [3] . Flydende ilt har en lyseblå farve, og fast ilt er lyseblå krystaller.
Der er andre allotrope former for ilt, for eksempel ozon - under normale forhold en blå gas med en specifik lugt, hvis molekyle består af tre iltatomer (formel O 3 ). Systematisk navn : trioxygen .
Det menes officielt [4] [5] at ilt blev opdaget af den engelske kemiker Joseph Priestley den 1. august 1774 ved at nedbryde kviksølvoxid i et hermetisk lukket kar (Priestley rettede solens stråler mod denne forbindelse ved hjælp af en stor linse).
.Men Priestley indså ikke først, at han havde opdaget et nyt simpelt stof , han troede, at han isolerede en af luftens bestanddele (og kaldte denne gas "dephlogisticated air"). Priestley rapporterede sin opdagelse til den fremragende franske kemiker Antoine Lavoisier . I 1775 slog Lavoisier fast, at oxygen er en integreret del af luft, syrer og er indeholdt i mange stoffer.
Få år tidligere (i 1771 ) havde den svenske kemiker Carl Scheele fået ilt . Han kalcinerede salpeter med svovlsyre og nedbrød derefter det resulterende lattergas . Scheele kaldte denne gas "ildluft" og beskrev hans opdagelse i en bog udgivet i 1777 (præcis fordi bogen blev udgivet senere, end Priestley annoncerede sin opdagelse, betragtes sidstnævnte som opdageren af ilt). Scheele rapporterede også sin oplevelse til Lavoisier.
Et vigtigt trin, der bidrog til opdagelsen af ilt, var den franske kemiker Pierre Bayens arbejde, som offentliggjorde arbejde om oxidation af kviksølv og den efterfølgende nedbrydning af dets oxid.
Endelig fandt A. Lavoisier endelig ud af arten af den resulterende gas ved hjælp af oplysninger fra Priestley og Scheele. Hans arbejde var af stor betydning, fordi takket være det blev phlogiston-teorien , der dominerede på det tidspunkt og hindrede udviklingen af kemi, væltet . Lavoisier udførte et eksperiment om forbrænding af forskellige stoffer og tilbageviste teorien om phlogiston ved at offentliggøre resultaterne om ændringen i vægten af de brændte elementer. Vægten af asken oversteg grundstoffets begyndelsesvægt, hvilket gav Lavoisier ret til at hævde, at der under forbrænding sker en kemisk reaktion (oxidation) af stoffet, i forbindelse hermed øges massen af det oprindelige stof, hvilket modbeviser teorien om phlogiston.
Således er æren for opdagelsen af ilt faktisk delt af Priestley, Scheele og Lavoisier.
Ordet oxygen (det blev stadig kaldt "syre" i begyndelsen af det 19. århundrede) skylder til en vis grad sin optræden i det russiske sprog til M.V. Lomonosov , der sammen med andre neologismer introducerede ordet "syre"; således var ordet "ilt" til gengæld et sporingspapir af udtrykket " ilt " ( fr. oxygène ), foreslået af A. Lavoisier (fra andet græsk. ὀξύς - "surt" og γεννάω - "jeg føder" ), som oversættes som " frembringende syre ", som er forbundet med dens oprindelige betydning - " syre ", som tidligere betød stoffer kaldet oxider ifølge moderne international nomenklatur .
Ilt er det mest almindelige grundstof i jordskorpen; dets andel (i sammensætningen af forskellige forbindelser, hovedsageligt silikater ) tegner sig for omkring 47% af massen af den faste jordskorpe . Hav- og ferskvand indeholder en enorm mængde bundet ilt - 85,82% (efter masse). Mere end 1500 forbindelser af jordskorpen indeholder ilt i deres sammensætning [6] .
I atmosfæren er indholdet af fri oxygen 20,95 volumenprocent og 23,10 vægtprocent (ca. 10 15 tons [7] ). Men før fremkomsten af de første fotosyntetiske mikrober i det arkæiske område for 3,5 milliarder år siden, var det praktisk talt fraværende i atmosfæren. Fri ilt begyndte at dukke op i store mængder i Paleoproterozoikum (3-2,3 milliarder år siden) som følge af en global ændring i atmosfærens sammensætning (iltkatastrofe ) . I de første milliard år blev næsten al ilten absorberet af jernet opløst i havene og dannede aflejringer af jaspilit . Ilt begyndte at blive frigivet til atmosfæren for 3-2,7 milliarder år siden og nåede 10 % af det nuværende niveau for 1,7 milliarder år siden [8] [9] .
Tilstedeværelsen af store mængder opløst og fri ilt i havene og atmosfæren førte til udryddelse af de fleste anaerobe organismer. Imidlertid har cellulær respiration med ilt gjort det muligt for aerobe organismer at producere meget mere ATP end anaerobe organismer, hvilket gør dem dominerende [10] .
Siden begyndelsen af Kambrium for 540 millioner år siden har iltindholdet svinget fra 15 % til 30 % efter volumen [11] . Ved slutningen af karbonperioden (for omkring 300 millioner år siden) toppede dets niveau med 35% i volumen, hvilket kan have bidraget til den store størrelse af insekter og padder på dette tidspunkt [12] .
Det meste af ilten på Jorden frigives af havenes planteplankton. Omkring 60 % af den ilt, der bruges af levende væsener, bruges på nedbrydnings- og nedbrydningsprocesser, 80 % af den ilt, der produceres af skovene, bruges på forrådnelse og nedbrydning af skovvegetation [13] .
Menneskelige aktiviteter har meget lille effekt på mængden af fri ilt i atmosfæren [14] . Med den nuværende fotosyntesehastighed vil det tage omkring 2000 år at genoprette al ilten i atmosfæren [15] .
Ilt er en bestanddel af mange organiske stoffer og er til stede i alle levende celler. Med hensyn til antallet af atomer i levende celler er det omkring 25%, i form af massefraktion - omkring 65% [6] .
I 2016 beviste danske forskere, at fri ilt var en del af atmosfæren allerede for 3,8 milliarder år siden [16] .
Under normale forhold er ilt en farveløs, smagløs og lugtfri gas .
1 liter af det under normale forhold har en masse på 1.429 g , det vil sige lidt tungere end luft . Lidt opløseligt i vand ( 4,9 ml/100 g ved 0°C, 2,09 ml/100 g ved +50°C) og alkohol (2,78 ml/100 g ved +25°C). Det opløses godt i smeltet sølv (22 volumener O 2 i 1 volumen Ag ved +961 ° C). Det opløses godt i perfluorerede kulbrinter (20-40 vol %) .
Interatomisk afstand - 0,12074 nm. Det er en paramagnet . I flydende form tiltrækkes det af en magnet.
Når gasformig oxygen opvarmes , sker dets __ _;atomer tildissociationreversible
Flydende oxygen koger ved et tryk på 101,325 kPa ved -182,98 °C og er en lyseblå væske . Den kritiske temperatur for oxygen er 154,58 K (-118,57 °C), det kritiske tryk er 4,882 MPa [17] .
Fast oxygen (smeltepunkt -218,35 °C) - blå krystaller .
Der kendes 6 krystallinske faser , hvoraf tre eksisterer ved et tryk på 1 atm :
Der findes yderligere tre faser ved højtryk:
Et stærkt oxidationsmiddel, det mest aktive ikke-metal efter fluor, danner binære forbindelser ( oxider ) med alle grundstoffer undtagen helium , neon , argon , fluor (ilt danner oxygenfluorid med fluor , da fluor er mere elektronegativt end oxygen). Den mest almindelige oxidationstilstand er -2. Som regel forløber oxidationsreaktionen med frigivelse af varme og accelererer med stigende temperatur (se Forbrænding ). Et eksempel på reaktioner, der forekommer ved stuetemperatur:
Oxiderer forbindelser, der indeholder grundstoffer med en ikke-maksimal oxidationstilstand:
Oxiderer de fleste organiske forbindelser i forbrændingsreaktioner :
Under visse forhold er det muligt at udføre en mild oxidation af en organisk forbindelse:
Ilt reagerer direkte (under normale forhold , når det opvarmes og/eller i nærværelse af katalysatorer ) med alle simple stoffer undtagen Au og inerte gasser ( He , Ne , Ar , Kr , Xe , Rn ); reaktioner med halogener opstår under påvirkning af en elektrisk udladning eller ultraviolet lys . Oxider af guld og tunge inerte gasser (Xe, Rn) blev opnået indirekte . I alle to-elementforbindelser af oxygen med andre grundstoffer spiller oxygen rollen som et oxidationsmiddel, undtagen forbindelser med fluor (se nedenfor # Iltfluorider ).
Ilt danner peroxider med oxygenatomets oxidationstilstand formelt lig -1.
I denne reaktion udviser oxygen reducerende egenskaber.
Ilt understøtter åndedrætsprocesser , forbrænding , henfald .
I sin frie form eksisterer grundstoffet i to allotropiske modifikationer: O 2 og O 3 ( ozon ). Som etableret i 1899 af Pierre Curie og Maria Skłodowska-Curie , under påvirkning af ioniserende stråling, omdannes O 2 til O 3 [23] [24] .
På nuværende tidspunkt, i industrien, opnås ilt fra luften. Den vigtigste industrielle metode til at opnå ilt er kryogen destillation . Også velkendte og med succes brugt i industrien er oxygenanlæg, der opererer på basis af membranteknologi, såvel som ved hjælp af adsorptionsprincippet.
Laboratorier anvender industriel oxygen leveret i stålcylindre under et tryk på omkring 15 MPa .
Små mængder ilt kan opnås ved at opvarme kaliumpermanganat KMnO 4 :
Reaktionen af den katalytiske nedbrydning af hydrogenperoxid H 2 O 2 i nærvær af mangan (IV) oxid anvendes også :
Ilt kan opnås ved katalytisk nedbrydning af kaliumchlorat ( bertoletsalt ) KClO 3 :
Nedbrydningen af kviksølv(II)oxid (ved t = 100 °C) var den første metode til oxygensyntese:
Laboratoriemetoder til fremstilling af oxygen omfatter metoden til elektrolyse af fortyndede vandige opløsninger af alkalier, syrer og nogle salte (sulfater, alkalimetalnitrater):
I ubåde og orbitalstationer opnås det normalt ved reaktion af natriumperoxid og kuldioxid udåndet af en person:
For at balancere mængderne af absorberet kuldioxid og frigivet ilt tilsættes kaliumsuperoxid til det . Rumfartøjer bruger nogle gange lithiumperoxid til at reducere vægten .
Den udbredte industrielle brug af ilt begyndte i midten af det 20. århundrede , efter opfindelsen af turboexpanders - anordninger til at fortætte og separere flydende luft.
Konvertermetoden til stålproduktion eller matforarbejdning er forbundet med brugen af ilt. I mange metallurgiske enheder, for mere effektiv forbrænding af brændstof , bruges en ilt-luft-blanding i brændere i stedet for luft.
Ilt i blå cylindere er meget brugt til flammeskæring og svejsning af metaller.
Flydende ilt , hydrogenperoxid , salpetersyre og andre iltrige forbindelser bruges som et oxidationsmiddel til raketbrændstof . En blanding af flydende oxygen og flydende ozon er et af de mest kraftfulde raketbrændstofoxidationsmidler (den specifikke impuls af en hydrogen-ozonblanding overstiger den specifikke impuls for et brint - fluor- og brint - ilt-fluorid- par ).
Medicinsk ilt opbevares i blå højtryksmetalgasflasker med forskellige kapaciteter fra 1,2 til 10,0 liter under tryk op til 15 MPa (150 atm ) og bruges til at berige luftvejsgasblandinger i anæstesiudstyr til at stoppe i tilfælde af respirationssvigt et bronkialt angreb , eliminering af hypoxi af enhver oprindelse, med dekompressionssyge , til behandling af patologi i mave-tarmkanalen i form af oxygencocktails . Store medicinske institutioner kan ikke bruge komprimeret ilt i cylindere, men flydende ilt i et stort Dewar- beholder. Til individuel brug fyldes medicinsk ilt fra cylindere med specielle gummibeholdere - iltpuder . For at tilføre ilt eller en ilt-luft-blanding samtidigt til et eller to ofre i marken eller på et hospital, bruges iltinhalatorer af forskellige modeller og modifikationer. Fordelen ved en iltinhalator er tilstedeværelsen af en kondensator-befugter af gasblandingen, som bruger fugten fra den udåndede luft. For at beregne mængden af tilbageværende ilt i cylinderen i liter, multipliceres trykket i cylinderen i atmosfærer (ifølge reduktionstrykmåleren ) normalt med cylinderkapaciteten i liter. For eksempel i en cylinder med en kapacitet på 2 liter viser trykmåleren et ilttryk på 100 atm. Rumfanget af oxygen er i dette tilfælde 100 × 2 = 200 liter [25] .
I fødevareindustrien er ilt registreret som et fødevaretilsætningsstof E948 [26] , som drivgas og emballeringsgas.
I den kemiske industri bruges oxygen som oxidationsmiddel i talrige synteser , for eksempel oxidation af kulbrinter til oxygenholdige forbindelser ( alkoholer , aldehyder , syrer ), svovldioxid til svovltrioxid , ammoniak til nitrogenoxider i produktionen af salpetersyre . På grund af de høje temperaturer, der udvikles under oxidation , udføres de sidst beskrevne reaktioner ofte i forbrændingstilstand .
I et drivhus til fremstilling af iltcocktails , til vægtøgning hos dyr, til berigelse af vandmiljøet med ilt i fiskeopdræt .
De fleste levende ting ( aerobe ) indånder ilt. Ilt er meget udbredt i medicin. Ved hjerte-kar-sygdomme, for at forbedre metaboliske processer, indføres iltskum ("oxygencocktail") i maven . Subkutan administration af ilt bruges til trofiske sår, elefantiasis , koldbrand og andre alvorlige sygdomme. Kunstig ozonberigelse bruges til at desinficere og deodorisere luft og rense drikkevandet . Den radioaktive isotop af oxygen 15 O bruges til at studere hastigheden af blodgennemstrømning, lungeventilation .
Nogle derivater af oxygen (de såkaldte reaktive oxygenarter ), såsom singlet oxygen , hydrogenperoxid , superoxid , ozon og hydroxylradikalet , er meget giftige produkter. De dannes i processen med aktivering eller delvis reduktion af ilt. Superoxid (superoxidradikal), hydrogenperoxid og hydroxylradikal kan dannes i celler og væv i menneske- og dyrekroppen og forårsage oxidativ stress .
Langvarig indånding af ren ilt kan have farlige konsekvenser for kroppen. Det er sikkert at trække vejret i lang tid ved normalt tryk med blandinger, der indeholder op til 60 % ilt. Indånding af 90 % ilt i 3 dage fører til takykardi, opkastning, lungebetændelse, kramper. Med stigende tryk accelererer og intensiveres den giftige virkning af ilt. Unge mennesker er mere følsomme over for de toksiske virkninger af ilt end ældre [27] .
Ilt har tre stabile isotoper: 16 O, 17 O og 18 O, hvis gennemsnitlige indhold er henholdsvis 99,759 %, 0,037 % og 0,204 % af det samlede antal iltatomer på Jorden. Den skarpe overvægt af de letteste af dem, 16 O, i blandingen af isotoper skyldes, at kernen i 16 O-atomet består af 8 protoner og 8 neutroner (dobbelt magisk kerne med fyldte neutron- og protonskaller). Og sådanne kerner, som følger af teorien om strukturen af atomkernen, har en særlig stabilitet.
Der kendes også radioaktive iltisotoper med massetal fra 12 O til 28 O. Alle radioaktive iltisotoper har en kort halveringstid , den længste af dem er 15 O med en halveringstid på ~120 sekunder. Den kortestlevende isotop 12 O har en halveringstid på 5,8⋅10 −22 sekunder.
Fra BDT:
![]() |
| |||
---|---|---|---|---|
|
Periodisk system af kemiske elementer af D. I. Mendeleev | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|