ऑक्सीजन क्या है? ऑक्सीजन यौगिक

2024 लेखक: Angel Austin | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2023-12-17 05:27

ऑक्सीजन (O) आवर्त सारणी के समूह 16 (VIa) का एक अधात्विक रासायनिक तत्व है। यह एक रंगहीन, गंधहीन और स्वादहीन गैस है जो जीवित जीवों के लिए आवश्यक है - जानवर जो इसे कार्बन डाइऑक्साइड में बदल देते हैं और पौधे जो कार्बन स्रोत के रूप में CO₂ का उपयोग करते हैं और O लौटाते हैं। 2 _{वातावरण में। ऑक्सीजन लगभग किसी भी अन्य तत्व के साथ प्रतिक्रिया करके यौगिक बनाती है, और रासायनिक तत्वों को एक दूसरे के साथ बंधन से विस्थापित भी करती है। कई मामलों में, ये प्रक्रियाएं गर्मी और प्रकाश की रिहाई के साथ होती हैं। सबसे महत्वपूर्ण ऑक्सीजन यौगिक पानी है।}

खोज इतिहास

1772 में, स्वीडिश रसायनज्ञ कार्ल विल्हेम शीले ने पहली बार पोटेशियम नाइट्रेट, पारा ऑक्साइड और कई अन्य पदार्थों को गर्म करके ऑक्सीजन का प्रदर्शन किया। स्वतंत्र रूप से, 1774 में, अंग्रेजी रसायनज्ञ जोसेफ प्रीस्टले ने पारा ऑक्साइड के थर्मल अपघटन द्वारा इस रासायनिक तत्व की खोज की और प्रकाशन से तीन साल पहले उसी वर्ष अपने निष्कर्ष प्रकाशित किए।शीले। 1775-1780 में, फ्रांसीसी रसायनज्ञ एंटोनी लावोइसियर ने श्वसन और दहन में ऑक्सीजन की भूमिका की व्याख्या की, उस समय आम तौर पर स्वीकार किए गए फ्लॉजिस्टन सिद्धांत को खारिज कर दिया। उन्होंने विभिन्न पदार्थों के साथ मिलकर एसिड बनाने की अपनी प्रवृत्ति को नोट किया और तत्व का नाम ऑक्सीजीन रखा, जिसका ग्रीक में अर्थ है "एसिड का उत्पादन"।

प्रसार

ऑक्सीजन क्या है? पृथ्वी की पपड़ी के द्रव्यमान का 46% हिस्सा बनाते हुए, यह इसका सबसे आम तत्व है। वायुमंडल में ऑक्सीजन की मात्रा आयतन के हिसाब से 21% और समुद्र के पानी में वजन के हिसाब से 89% है।

चट्टानों में, तत्व धातुओं और अधातुओं के साथ ऑक्साइड के रूप में संयुक्त होता है, जो अम्लीय (उदाहरण के लिए, सल्फर, कार्बन, एल्यूमीनियम और फास्फोरस) या मूल (कैल्शियम, मैग्नीशियम और लोहे के लवण) होते हैं।, और नमक जैसे यौगिकों के रूप में माना जा सकता है कि यह अम्लीय और मूल ऑक्साइड जैसे सल्फेट्स, कार्बोनेट्स, सिलिकेट्स, एल्यूमिनेट्स और फॉस्फेट से बनता है। हालांकि वे असंख्य हैं, ये ठोस ऑक्सीजन के स्रोत के रूप में काम नहीं कर सकते हैं, क्योंकि धातु के परमाणुओं के साथ एक तत्व के बंधन को तोड़ना बहुत ऊर्जा-खपत है।

विशेषताएं

यदि ऑक्सीजन का तापमान -183 डिग्री सेल्सियस से नीचे है, तो यह हल्का नीला तरल और -218 डिग्री सेल्सियस पर - ठोस हो जाता है। शुद्ध ओ₂ हवा से 1.1 गुना भारी है।

श्वसन के दौरान, जानवर और कुछ बैक्टीरिया वातावरण से ऑक्सीजन का उपभोग करते हैं और कार्बन डाइऑक्साइड लौटाते हैं, जबकि प्रकाश संश्लेषण के दौरान, हरे पौधे सूर्य के प्रकाश की उपस्थिति में कार्बन डाइऑक्साइड को अवशोषित करते हैं और मुक्त ऑक्सीजन छोड़ते हैं। लगभगवायुमंडल में सभी O₂ प्रकाश संश्लेषण द्वारा निर्मित होते हैं।

20 डिग्री सेल्सियस पर, ऑक्सीजन के लगभग 3 मात्रा वाले हिस्से ताजे पानी के 100 भागों में घुल जाते हैं, समुद्र के पानी में थोड़ा कम। यह मछली और अन्य समुद्री जीवों की सांस लेने के लिए आवश्यक है।

प्राकृतिक ऑक्सीजन तीन स्थिर समस्थानिकों का मिश्रण है: ¹⁶O (99.759%), ¹⁷O (0.037%) और¹⁸ओ (0.204%)। कई कृत्रिम रूप से उत्पादित रेडियोधर्मी समस्थानिक ज्ञात हैं। इनमें से सबसे लंबे समय तक जीवित रहने वाला ¹⁵O (124 s के आधे जीवन के साथ) है, जिसका उपयोग स्तनधारियों में श्वसन का अध्ययन करने के लिए किया जाता है।

एलोट्रोप्स

ऑक्सीजन क्या है, इसका एक स्पष्ट विचार, आपको इसके दो एलोट्रोपिक रूपों, डायटोमिक (O₂) और ट्रायटोमिक (O_{3) प्राप्त करने की अनुमति देता है।, ओजोन)। द्विपरमाणुक रूप के गुणों से पता चलता है कि छह इलेक्ट्रॉन परमाणुओं को बांधते हैं और दो अयुग्मित रहते हैं, जिससे ऑक्सीजन पैरामैग्नेटिज्म होता है। ओजोन अणु में तीन परमाणु एक सीधी रेखा में नहीं हैं।}

ओजोन का उत्पादन समीकरण के अनुसार किया जा सकता है: 3O₂ → 2O₃।

प्रक्रिया ऊष्माशोषी है (ऊर्जा की आवश्यकता है); ओजोन के वापस डायटोमिक ऑक्सीजन में रूपांतरण संक्रमण धातुओं या उनके आक्साइड की उपस्थिति से सुगम होता है। शुद्ध ऑक्सीजन एक चमकदार विद्युत निर्वहन द्वारा ओजोन में परिवर्तित हो जाती है। प्रतिक्रिया भी लगभग 250 एनएम की तरंग दैर्ध्य के साथ पराबैंगनी प्रकाश के अवशोषण पर होती है। ऊपरी वायुमंडल में इस प्रक्रिया के होने से विकिरण समाप्त हो जाता है जो पैदा कर सकता हैपृथ्वी की सतह पर जीवन को नुकसान। ओजोन की तीखी गंध जनरेटर जैसे स्पार्किंग विद्युत उपकरणों के साथ संलग्न स्थानों में मौजूद है। यह हल्के नीले रंग की गैस है। इसका घनत्व हवा के 1.658 गुना है, और वायुमंडलीय दबाव में इसका क्वथनांक -112 डिग्री सेल्सियस है।

ओजोन एक मजबूत ऑक्सीकरण एजेंट है, जो सल्फर डाइऑक्साइड को ट्राइऑक्साइड, सल्फाइड से सल्फेट, आयोडाइड से आयोडीन (इसका मूल्यांकन करने के लिए एक विश्लेषणात्मक विधि प्रदान करता है), और कई कार्बनिक यौगिकों को ऑक्सीजन युक्त डेरिवेटिव जैसे एल्डिहाइड और एसिड में परिवर्तित करने में सक्षम है। कार के निकास से हाइड्रोकार्बन का इन एसिड और एल्डिहाइड में ओजोन द्वारा रूपांतरण स्मॉग का कारण बनता है। उद्योग में, ओजोन का उपयोग रासायनिक एजेंट, कीटाणुनाशक, अपशिष्ट जल उपचार, जल शोधन और कपड़े विरंजन के रूप में किया जाता है।

तरीके प्राप्त करना

जिस तरह से ऑक्सीजन का उत्पादन होता है वह इस बात पर निर्भर करता है कि कितनी गैस की जरूरत है। प्रयोगशाला के तरीके इस प्रकार हैं:

1. पोटेशियम क्लोरेट या पोटेशियम नाइट्रेट जैसे कुछ लवणों का थर्मल अपघटन:

2KClO₃ → 2KCl + 3O₂।
2KNO₃ → 2KNO₂ + O₂।

पोटेशियम क्लोरेट का अपघटन संक्रमण धातु ऑक्साइड द्वारा उत्प्रेरित होता है। इसके लिए अक्सर मैंगनीज डाइऑक्साइड (पाइरोलुसाइट, MnO₂) का उपयोग किया जाता है। उत्प्रेरक ऑक्सीजन विकसित करने के लिए आवश्यक तापमान को 400 से 250°C तक कम कर देता है।

2. धातु आक्साइड का तापमान अपघटन:

2HgO → 2Hg +ओ₂.
2एजी₂ओ → 4एजी + ओ₂।

इस रासायनिक तत्व को प्राप्त करने के लिए स्कील और प्रीस्टली ने ऑक्सीजन और पारा (II) के एक यौगिक (ऑक्साइड) का उपयोग किया।

3. धातु पेरोक्साइड या हाइड्रोजन पेरोक्साइड का थर्मल अपघटन:

2BaO + O₂ → 2BaO₂।
2BaO₂ → 2BaO +O₂।
BaO₂ + H₂SO₄ → H₂ ओ₂ + बेसो₄.
2H₂O₂ → 2H₂O +O _2.

वातावरण से ऑक्सीजन को अलग करने या हाइड्रोजन पेरोक्साइड के उत्पादन के लिए पहली औद्योगिक विधियाँ ऑक्साइड से बेरियम पेरोक्साइड के बनने पर निर्भर करती थीं।

4. नमक या एसिड की छोटी अशुद्धियों के साथ पानी का इलेक्ट्रोलिसिस, जो विद्युत प्रवाह की चालकता प्रदान करता है:

2H₂O → 2H₂ + O₂

औद्योगिक उत्पादन

यदि बड़ी मात्रा में ऑक्सीजन प्राप्त करना आवश्यक हो, तो तरल वायु के भिन्नात्मक आसवन का उपयोग किया जाता है। वायु के प्रमुख घटकों में इसका क्वथनांक उच्चतम होता है और इसलिए यह नाइट्रोजन और आर्गन की तुलना में कम वाष्पशील होता है। यह प्रक्रिया गैस के विस्तार के रूप में शीतलन का उपयोग करती है। ऑपरेशन के मुख्य चरण इस प्रकार हैं:

पार्टिकुलेट मैटर को हटाने के लिए हवा को फिल्टर किया जाता है;
क्षार में अवशोषण द्वारा नमी और कार्बन डाइऑक्साइड को हटा दिया जाता है;
हवा को संपीड़ित किया जाता है और सामान्य शीतलन प्रक्रियाओं द्वारा संपीड़न की गर्मी को हटा दिया जाता है;
फिर यह. स्थित कुण्डली में प्रवेश करती हैकैमरा;
संपीड़ित गैस का हिस्सा (लगभग 200 एटीएम के दबाव पर) कक्ष में फैलता है, कुंडल को ठंडा करता है;
विस्तारित गैस कंप्रेसर में वापस आ जाती है और बाद के विस्तार और संपीड़न के कई चरणों से गुजरती है, जिसके परिणामस्वरूप -196 डिग्री सेल्सियस पर एक तरल तरल बन जाता है;
तरल को पहले प्रकाश अक्रिय गैसों के आसवन के लिए गर्म किया जाता है, फिर नाइट्रोजन और तरल ऑक्सीजन बची रहती है। बहु-विभाजन अधिकांश औद्योगिक उद्देश्यों के लिए पर्याप्त शुद्ध (99.5%) उत्पाद का उत्पादन करता है।

औद्योगिक उपयोग

उच्च कार्बन स्टील के उत्पादन के लिए धातु विज्ञान शुद्ध ऑक्सीजन का सबसे बड़ा उपभोक्ता है: हवा का उपयोग करने की तुलना में कार्बन डाइऑक्साइड और अन्य गैर-धातु अशुद्धियों से जल्दी और आसानी से छुटकारा पाएं।

ऑक्सीजन अपशिष्ट जल उपचार अन्य रासायनिक प्रक्रियाओं की तुलना में तरल अपशिष्ट को अधिक कुशलता से उपचारित करने का वादा करता है। शुद्ध O₂.

. का उपयोग कर बंद सिस्टम में अपशिष्ट भस्मीकरण तेजी से महत्वपूर्ण होता जा रहा है

तथाकथित रॉकेट ऑक्सीकारक तरल ऑक्सीजन है। शुद्ध ओ₂ पनडुब्बियों और गोताखोरी की घंटियों में प्रयुक्त।

रासायनिक उद्योग में, एसिटिलीन, एथिलीन ऑक्साइड और मेथनॉल जैसे पदार्थों के उत्पादन में ऑक्सीजन ने सामान्य हवा की जगह ले ली है। चिकित्सा अनुप्रयोगों में ऑक्सीजन कक्षों, इनहेलर और बेबी इन्क्यूबेटरों में गैस का उपयोग शामिल है। एक ऑक्सीजन युक्त संवेदनाहारी गैस सामान्य संज्ञाहरण के दौरान जीवन समर्थन प्रदान करती है। इस रासायनिक तत्व के बिना, कईपिघलने वाली भट्टियों का उपयोग करने वाले उद्योग। यही ऑक्सीजन है।

रासायनिक गुण और प्रतिक्रियाएं

ऑक्सीजन की उच्च वैद्युतीयऋणात्मकता और इलेक्ट्रॉन बंधुता उन तत्वों के विशिष्ट हैं जो गैर-धातु गुणों को प्रदर्शित करते हैं। सभी ऑक्सीजन यौगिकों में एक नकारात्मक ऑक्सीकरण अवस्था होती है। जब दो कक्षक इलेक्ट्रॉनों से भरे होते हैं, तो एक O^2- आयन बनता है। परॉक्साइड्स (O₂^2-) में प्रत्येक परमाणु का चार्ज -1 माना जाता है। कुल या आंशिक स्थानांतरण द्वारा इलेक्ट्रॉनों को स्वीकार करने का यह गुण ऑक्सीकरण एजेंट को निर्धारित करता है। जब ऐसा एजेंट इलेक्ट्रॉन दाता पदार्थ के साथ प्रतिक्रिया करता है, तो इसकी स्वयं की ऑक्सीकरण अवस्था कम हो जाती है। ऑक्सीजन की ऑक्सीकरण अवस्था में शून्य से -2 तक परिवर्तन (कमी) को अपचयन कहते हैं।

सामान्य परिस्थितियों में, तत्व द्विपरमाणुक और त्रिपरमाण्विक यौगिक बनाता है। इसके अलावा, अत्यधिक अस्थिर चार-परमाणु अणु होते हैं। द्विपरमाणुक रूप में, दो अयुग्मित इलेक्ट्रॉन अबंधक कक्षकों में स्थित होते हैं। इसकी पुष्टि गैस के अनुचुंबकीय व्यवहार से होती है।

ओजोन की तीव्र प्रतिक्रिया को कभी-कभी इस धारणा से समझाया जाता है कि तीन परमाणुओं में से एक "परमाणु" अवस्था में है। प्रतिक्रिया में प्रवेश करते हुए, यह परमाणु आणविक ऑक्सीजन छोड़कर O₃ से अलग हो जाता है।

O₂ अणु सामान्य परिवेश के तापमान और दबाव पर कमजोर रूप से प्रतिक्रियाशील होता है। परमाणु ऑक्सीजन बहुत अधिक सक्रिय है। वियोजन ऊर्जा (O₂ → 2O) महत्वपूर्ण है और117.2 किलो कैलोरी प्रति मोल है।

कनेक्शन

हाइड्रोजन, कार्बन और सल्फर जैसे गैर-धातुओं के साथ, ऑक्सीजन सहसंयोजक बंधित यौगिकों की एक विस्तृत श्रृंखला बनाती है, जिसमें पानी जैसे गैर-धातुओं के ऑक्साइड शामिल हैं (H₂O), सल्फर डाइऑक्साइड (SO₂) और कार्बन डाइऑक्साइड (CO₂); अल्कोहल, एल्डिहाइड और कार्बोक्जिलिक एसिड जैसे कार्बनिक यौगिक; सामान्य अम्ल जैसे कार्बोनिक (H₂CO₃), सल्फ्यूरिक (H₂SO 4_{) और नाइट्रोजन (HNO}3_{); और संबंधित लवण जैसे सोडियम सल्फेट (Na}2_SO4_{), सोडियम कार्बोनेट (Na}2 _CO 3_{) और सोडियम नाइट्रेट (NaNO}3_{)। ऑक्सीजन ठोस धातु आक्साइड की क्रिस्टल संरचना में O}2- ^{आयन के रूप में मौजूद होता है, जैसे ऑक्सीजन और कैल्शियम CaO के यौगिक (ऑक्साइड)। धातु सुपरऑक्साइड (KO}2_{) में O}2- ^{आयन होते हैं, जबकि धातु पेरोक्साइड (BaO) 2}), आयन होते हैं O₂_2-। ऑक्सीजन यौगिकों में मुख्य रूप से -2 की ऑक्सीकरण अवस्था होती है।