El oxígeno es uno de los componentes del aire y es incoloro, inodoro e insípido. El oxígeno es más pesado que el aire y su densidad es de 1,429 g/L en condiciones estándar (0°C, presión atmosférica 101325pa). Es soluble en agua, pero con muy poca solubilidad.
Cuando la presión es de 101 kPa, el oxígeno se convierte en un líquido azul claro a unos -180 grados Celsius, y se convierte en un sólido azul claro parecido a la nieve a unos -218 grados Celsius.
El oxígeno puede combinarse directamente con muchos elementos para formar óxidos.
El oxígeno es necesario para que las plantas y los animales se quemen y respiren. El aire enriquecido con oxígeno se utiliza en medicina y en vuelos a gran altitud, el oxígeno puro se utiliza en la fabricación de acero, el corte y la soldadura de metales, y el oxígeno líquido se utiliza como oxidante en los motores de cohetes.
El oxígeno utilizado en la producción se fracciona del aire líquido. El oxígeno se produce por la descomposición de sales que contienen oxígeno (clorato de potasio, permanganato de potasio, etc.). ) mediante calentamiento en el laboratorio.
Propiedades físicas:
①Color, sabor y estado: gas incoloro e inodoro (estado estándar)
②Punto de fusión y ebullición:
③Densidad : Mayor que el aire.
④Solubilidad en agua: Insoluble en agua.
⑤Almacenamiento: cilindro azul cielo
Propiedades químicas:
1. Reacción entre oxígeno y metal:
2 mg+O2 = =. 2 MgO, arde violentamente, emite una luz deslumbrante, libera mucho calor y produce un sólido blanco.
3Fe+2O = = 2Fe3O4, el alambre de hierro al rojo vivo arde violentamente, se dispersan chispas, se libera una gran cantidad de calor y se forma un sólido negro.
2cu+O2 = = 2cuo, después del calentamiento, se forma una capa de sustancia negra en la superficie del alambre de cobre rojo brillante.
En segundo lugar, el oxígeno reacciona con los no metales:
C+O2 = = CO2, arde violentamente, emite luz blanca, libera calor y produce gases que enturbian el agua de cal.
S+O2 = = SO2, aparece una llama azul violeta brillante, libera calor y produce gas con un olor acre.
4p+5o2 = = 2p2o5, arde violentamente, emite luz brillante, desprende calor y produce humo blanco.
En tercer lugar, el oxígeno reacciona con alguna materia orgánica, como metano, acetileno, alcohol, parafina, etc., y la quema de oxígeno puede producir agua y dióxido de carbono.
CH4+2O==2CO2+2H2O
2C2H2+5O2==4CO2+2H2O
Oxígeno
Oxígeno
Un elemento químico. El símbolo químico o, número atómico 8, peso atómico 15,9994, pertenece al grupo VIa de la tabla periódica.
El descubrimiento del oxígeno en 1774 por J. Priestley de Inglaterra utilizó una gran lente convexa para enfocar la luz solar y luego calentó óxido de mercurio para producir oxígeno puro. Descubrió que el oxígeno puro favorece la combustión y ayuda a la respiración, lo que ayuda a respirar. se llama "aire desfosforizado". C.W. Scheler de Suecia produjo oxígeno calentando óxido de mercurio y otras sales ácidas de oxígeno un año antes que Priestley, pero su artículo "Tratado sobre la química del aire y el fuego" no se publicó hasta 1777, pero de hecho se produjeron oxígeno de forma independiente. En 1774, Priestley visitó Francia y explicó el método de A.-L. Lavoisier para producir oxígeno. Este último repitió el experimento en 1775 y llamó oxígeno al gas del aire, de la palabra griega oxígeno, que significa "generador de ácido". Por lo tanto, las generaciones posteriores reconocen a estos tres eruditos como los descubridores del oxígeno.
Existen tres isótopos estables del oxígeno, a saber, el oxígeno 16, el oxígeno 17 y el oxígeno 18, de los cuales el oxígeno 16 representa el 99,759%. El contenido de oxígeno en la corteza terrestre es del 48,6%, ocupando el primer lugar. El oxígeno está ampliamente distribuido en la tierra y representa el 23% en la atmósfera. El agua compuesta de oxígeno se encuentra en todas partes en los océanos, ríos y lagos y representa el 88,8% del agua. En la tierra hay muchas sales de ácido oxigenado, como los aluminosilicatos contenidos en el suelo, así como silicatos, óxidos, carbonatos y otros minerales. El oxígeno de la atmósfera se utiliza constantemente en el metabolismo animal y representa el 65% del oxígeno del cuerpo humano. La fotosíntesis de las plantas puede convertir el dióxido de carbono en oxígeno, permitiendo que el oxígeno circule continuamente. Aunque la tierra está llena de oxígeno, este se extrae principalmente del aire, y existen recursos inagotables.
En términos de química física, el oxígeno es un gas incoloro, inodoro e insípido con un punto de fusión de -218,4°C, un punto de ebullición de -182,962°C, una densidad del gas de 1,429 g/cm3 , y el oxígeno líquido es de color azul claro.
El oxígeno es un elemento químicamente activo. A excepción de los gases inertes, cloro, bromo, yodo en halógenos y algunos metales inactivos (como el oro y el platino), la mayoría de los no metales y los metales dorados se pueden combinar directamente mediante oxidación, pero el oxígeno se puede combinar con el gas inerte xenón mediante oxidación indirecta. métodos La reacción produce óxidos:
XeF6 + 3H2OXeO3 + 6HF
De manera similar, el óxido de cloro también se puede preparar por métodos indirectos:
2cl 2+2g ohgo. ? Cloruro de mercurio + óxido de cloro
A temperatura ambiente, el oxígeno también puede oxidar otros compuestos:
2NO+O22NO2
El oxígeno puede oxidar la glucosa, que es la composición La principales reacciones de la respiración biológica:
C6H12O6+6O26CO2+6H2O
Los estados de oxidación del oxígeno son -2, -1 y +2. El efecto de oxidación del oxígeno es superado solo por el flúor, por lo que cuando el oxígeno reacciona con el flúor, aparece con una valencia de +2 para formar oxifluoruro (F2O). Los compuestos binarios formados por oxígeno y elementos metálicos son óxidos, peróxidos y superóxidos. Una molécula de oxígeno puede perder un electrón para formar oxígeno molecular (), formando compuestos como el O2PtF6.
Los métodos de preparación de oxígeno en laboratorio son: ①Descomposición térmica de clorato de potasio:
(2) Electrólisis del agua:
③Descomposición térmica de óxidos:
(4) Utilice dióxido de manganeso como catalizador para descomponer el peróxido de hidrógeno;
En la nave espacial, el gas de dióxido de carbono exhalado por los astronautas puede reaccionar con el peróxido de potasio para producir oxígeno para que los astronautas respiren. .
El método para la producción y aplicación de oxígeno a gran escala consiste en fraccionar el aire líquido. El aire primero se comprime y luego se congela hasta convertirlo en aire líquido. Debido a que los gases raros y el nitrógeno tienen puntos de ebullición más bajos que el oxígeno, lo que queda después del fraccionamiento es oxígeno líquido, que puede almacenarse en cilindros de alta presión. Todas las reacciones de oxidación y procesos de combustión requieren oxígeno, como la eliminación de impurezas como el azufre y el fósforo durante la fabricación del acero. Una mezcla de oxígeno y acetileno arde a temperaturas de hasta 3500°C y se utiliza para soldar y cortar acero. La fabricación de vidrio, la producción de cemento, la tostación de minerales y el procesamiento de hidrocarburos requieren oxígeno. El oxígeno líquido también se utiliza como combustible para cohetes y es más barato que otros combustibles. Para las personas que trabajan en ambientes hipóxicos o anóxicos, como buzos, astronautas, etc., el oxígeno es indispensable para mantener la vida. Los estados activos del oxígeno, como OH, H2O2, etc., provocan graves daños en los tejidos biológicos. La mayor parte de los daños en la piel y los ojos provocados por los rayos ultravioleta están relacionados con este efecto.
Ozono
Amor, odio y odio por el ozono
El efecto protector de la capa de ozono en la atmósfera sobre la vida en la Tierra ahora es bien conocido: absorbe la energía liberada por el sol La mayoría de los rayos UV, protegiendo a los animales y plantas de este rayo. Para compensar la cada vez más delgada capa de ozono e incluso el agujero de la capa de ozono, se están intentando todos los medios, como promover el uso de refrigerantes sin flúor para reducir el daño al ozono causado por el freón y otras sustancias. El mundo también celebra un día internacional para proteger la capa de ozono. Esto da la impresión de que cuanto más protegido sea el ozono, mejor. De hecho, no es así. Si se acumula demasiado ozono en la atmósfera, especialmente cerca de la tierra, la concentración excesiva de ozono será un desastre para los humanos.
El ozono es un gas traza en la atmósfera terrestre. Se forma al descomponer las moléculas de oxígeno de la atmósfera en átomos de oxígeno mediante la radiación solar y luego combinar los átomos de oxígeno con las moléculas de oxígeno circundantes. . Más del 90% del ozono de la atmósfera se encuentra en la atmósfera superior o estratosfera, entre 10 y 50 kilómetros sobre el suelo. Esta es la capa de ozono de la atmósfera que necesita protección humana. Todavía hay una pequeña cantidad de moléculas de ozono flotando cerca del suelo, que aún pueden desempeñar un cierto papel en el bloqueo de los rayos ultravioleta. Sin embargo, en los últimos años se ha descubierto que la concentración de ozono en la atmósfera cercana al suelo tiene una tendencia de rápido aumento, lo cual no es bueno.
¿De dónde viene el ozono? Al igual que la contaminación por plomo y los sulfuros, también provienen de las actividades humanas. Los automóviles, los combustibles y los petroquímicos son fuentes importantes de contaminación por ozono. Al caminar por las concurridas calles, a menudo vemos que el aire es ligeramente marrón claro con un olor acre, lo que comúnmente se conoce como smog fotoquímico. El ozono es el componente principal del smog fotoquímico. No se emite directamente, sino que se convierte. Por ejemplo, los óxidos de nitrógeno emitidos por los coches pueden producir ozono siempre que estén expuestos a la luz solar y en condiciones meteorológicas adecuadas. A medida que aumentan las emisiones industriales y de vehículos, la contaminación por ozono a nivel del suelo se ha convertido en un fenómeno común en muchas ciudades de Europa, América del Norte, Japón y China. Según los datos de que disponen actualmente los expertos, se espera que en 2005 la capa de ozono de la atmósfera cercana a la superficie se convierta en el principal contaminante que afectará a la calidad del aire en el norte de China.
Las investigaciones muestran que cuando la concentración de ozono en el aire está en un nivel de 0,012 ppm, que también es un nivel típico en muchas ciudades, puede causar picazón en la piel de las personas, irritación de los ojos, nasofaringe y tracto respiratorio y deterioro de la función pulmonar. Puede verse afectado, provocando síntomas como tos, dificultad para respirar y dolor en el pecho. El nivel de ozono en el aire aumentó a 0,05 ppm y el número de hospitalizaciones aumentó en una media del 7% al 10%. La razón es que, como oxidante fuerte, el ozono puede reaccionar con casi cualquier tejido biológico. Después de que el ozono se inhala en el tracto respiratorio, reaccionará rápidamente con las células, fluidos y tejidos del tracto respiratorio, provocando un debilitamiento de la función pulmonar y daño tisular. Para las personas con asma, enfisema y bronquitis crónica, el daño del ozono es más evidente.
Por la naturaleza del ozono, puede tanto ayudar como dañar a las personas. No es sólo un paraguas protector del cielo y de la humanidad, sino que a veces es como un veneno feroz. En la actualidad, la gente comprende perfectamente los efectos positivos del ozono y las medidas que los seres humanos deben tomar para proteger la capa de ozono, y se ha trabajado mucho al respecto. Sin embargo, aunque se conoce el impacto negativo de la capa de ozono, no existe una forma realmente factible de abordarlo más allá del monitoreo atmosférico y el pronóstico de la contaminación del aire.
El principio de desinfección con ozono se puede considerar como una reacción de oxidación.
(1) El mecanismo de inactivación de bacterias por el ozono:
La inactivación de bacterias por el ozono siempre ocurre muy rápidamente. A diferencia de otros bactericidas, el ozono puede reaccionar con los dobles enlaces lipídicos de la pared celular bacteriana, penetrar en las bacterias, actuar sobre proteínas y lipopolisacáridos, cambiar la permeabilidad de las células y provocar la muerte bacteriana. El ozono también actúa sobre sustancias nucleares de las células, como las purinas y pirimidinas de los ácidos nucleicos, para dañar el ADN.
(2) El mecanismo de inactivación de los virus por el ozono:
El primer efecto del ozono sobre los virus es que las cuatro cadenas polipeptídicas de la proteína de la cápside del virus se destruyen y el ARN se destruye. destruidos, especialmente los que lo forman. Después de que el bacteriófago se oxida con ozono, la epidermis del bacteriófago se rompe en muchos fragmentos bajo un microscopio electrónico, de los cuales se libera una gran cantidad de ácido ribonucleico, lo que interfiere con su adsorción en los sedimentos.
No hay duda de la minuciosidad de la esterilización con ozono.
La destrucción de la capa de ozono nos pone en peligro a todos.
Los rayos ultravioleta afectan la salud humana de muchas maneras. Las personas pueden desarrollar quemaduras solares, enfermedades oculares, cambios en el sistema inmunológico, cambios en la luz y enfermedades de la piel (incluido el cáncer de piel). El cáncer de piel es una enfermedad persistente y una mayor exposición a los rayos ultravioleta aumenta el riesgo. Los fotones ultravioleta tienen suficiente energía para romper los dobles enlaces. Los rayos ultravioleta de onda media y corta pueden penetrar profundamente en la piel humana, causar inflamación de la piel humana, dañar el material genético humano, el ADN (ácido desoxirribonucleico), convertir células que crecen normalmente en células cancerosas y continuar creciendo hasta convertirse en una pieza completa de cáncer de piel. . Otros dicen que la luz del sol penetra la capa superficial de la piel. La radiación ultravioleta bombardea las unidades básicas de ADN en los núcleos de las células de la piel, derritiendo muchas unidades en fragmentos inútiles. El proceso de reparación de estos defectos puede ser anormal y provocar cáncer. La epidemiología confirma que la incidencia de cánceres de piel no melanoma en las fábricas está estrechamente relacionada con la exposición al sol. Personas de todo tipo de piel corren riesgo de desarrollar cáncer de piel no melanoma, pero las personas de piel clara tienen tasas más altas. Los experimentos con animales han demostrado que la región de longitud de onda ultravioleta B es la región de longitud de onda con el efecto cancerígeno más fuerte.
Se espera que la cantidad total de ozono disminuya en un 1% (es decir, la radiación ultravioleta B aumentará en un 2%) y la tasa de cáncer celular básico aumentará en aproximadamente un 4%. Investigaciones recientes han descubierto que los rayos UVB pueden alterar la función del sistema inmunológico. Algunos resultados experimentales sugieren que las enfermedades infecciosas de la piel también pueden estar relacionadas con la mejora de la radiación ultravioleta B causada por la reducción del ozono. Se espera que la cantidad total de ozono disminuya en un 1%, la incidencia de cáncer de piel aumente entre un 5% y un 7% y el número de pacientes con cataratas aumente entre un 0,2% y un 0,6%. Desde 1983, la incidencia del cáncer de piel en Canadá ha aumentado en un 235%, llegando a 47.000 personas con enfermedades de la piel en 1991. El director de la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos dijo que en los próximos 50 años morirán de cáncer de piel en Estados Unidos 200.000 personas más de lo previsto anteriormente. A los australianos les gusta tomar el sol y broncearse. A pesar de las repetidas advertencias de los científicos de que una mayor exposición al sol puede provocar cáncer de piel, todavía favorecen la piel más oscura. Como resultado, la gente no se despertó hasta que la tasa de incidencia de cáncer de piel en Australia fue el doble que la del resto del mundo. Las personas que padecen cáncer de piel representan 1/3 del número total de pacientes con cáncer en el mundo.
El Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente advierte que si la capa de ozono de la Tierra continúa disminuyendo y adelgazando al ritmo actual, la proporción de cáncer de piel en todo el mundo aumentará un 26% en el año 2000, alcanzando a 300.000 personas.
Si la capa de ozono disminuye un 10% a principios del próximo siglo, el número de personas que padecen cataratas en todo el mundo cada año podría alcanzar entre 16.000 y 17.500.
La exposición a la luz ultravioleta también puede provocar sarampión, varicela, malaria, sarna, enfermedades fúngicas, tuberculosis, lepra y linfoma.
El aumento de los rayos ultravioleta provocará también la muerte masiva de plancton marino, larvas de camarones y cangrejos y mariscos, llevando a la extinción de algunos organismos. Como resultado de la radiación ultravioleta, las bandadas de conejos se volverán miopes y miles de ovejas quedarán ciegas.
La radiación ultravioleta B debilita la función de la plataforma luminosa. Según experimentos realizados en zonas costeras de África, se especula que bajo una irradiación ultravioleta B mejorada, la fotosíntesis del plancton se debilita en aproximadamente un 5%. Los rayos UVB mejorados también pueden alterar los ecosistemas de agua dulce al destruir los microorganismos en el agua, debilitando así la capacidad del agua para purificarse. La radiación ultravioleta B mejorada también puede matar peces juveniles, camarones y cangrejos. Si el plancton original del Océano Antártico disminuye drásticamente, la vida marina en general sufrirá enormes cambios. Sin embargo, algunos plancton son sensibles a los rayos ultravioleta, mientras que otros no. El grado de daño al ADN de diferentes organismos por la luz ultravioleta varía 100 veces.
Dificultando gravemente el crecimiento normal de diversos cultivos y árboles. Algunas plantas, como el maní y el trigo, son muy resistentes a los rayos UVB, mientras que otras, como la lechuga, los tomates, la soja y el algodón, son muy sensibles. Tremola, del Centro de Biotecnología Agrícola de la Universidad de Maryland, utilizó luces solares para observar seis variedades de soja. Los resultados mostraron que tres variedades de soja eran extremadamente sensibles a la radiación ultravioleta. Específicamente, la intensidad fotosintética de las hojas de soja disminuye, lo que resulta en una disminución del rendimiento, mientras que el contenido de proteína y aceite del cultivo de soja disminuye. Si la capa de ozono de la atmósfera pierde un 1%, la producción de soja también disminuirá un 1%.
Tremola también pasó cuatro años observando los efectos de altas dosis de radiación ultravioleta en el crecimiento de los árboles. Los resultados mostraron que la acumulación de madera se redujo significativamente y se obstaculizó el crecimiento de las raíces.
Efectos adversos sobre el clima global: una gran reducción del ozono en la estratosfera superior y un aumento correspondiente del ozono en la estratosfera inferior y la troposfera superior pueden tener efectos adversos sobre el clima global. La redistribución vertical del ozono puede calentar la atmósfera inferior, exacerbando el efecto invernadero causado por el aumento de dióxido de carbono.
Contaminación fotoquímica del aire El exceso de rayos ultravioleta hace que los materiales poliméricos, como los plásticos, sean propensos al envejecimiento y la descomposición, creando un nuevo tipo de contaminación: la contaminación fotoquímica del aire.
Oxígeno
....
:O::O:
Ozono
... .
:O::O::O:
Eso es todo.
La electronegatividad del ozono se puede obtener cambiando la electronegatividad del dióxido de carbono:
....
:O::C::O:
Pero cabe señalar que aunque el ozono y el dióxido de carbono tienen electrones similares, tienen estructuras moleculares diferentes. El ozono es lineal, el dióxido de carbono es lineal. La explicación de esto requiere conocimientos universitarios de química inorgánica.
Los científicos de la NASA descubrieron recientemente que el enorme agujero de ozono sobre la Antártida de la Tierra cambió significativamente en septiembre, desde su forma de vórtice original a una forma de "ameba" con dos extremos grandes y un centro pequeño.
Aunque el agujero de ozono parece estar reduciéndose en los últimos dos años, los científicos advierten que es demasiado pronto para decir que la capa de ozono se está "reparando y disminuyendo". Los expertos en ozono de la NASA, incluido Newman, dicen que el aumento de las temperaturas atmosféricas está provocando que el agujero de la capa de ozono se reduzca. En 2000, la superficie del agujero de ozono en la Antártida alcanzó los 2,8 millones de kilómetros cuadrados, equivalente a la superficie de tres continentes americanos. A principios de septiembre de 2002, los científicos de la NASA estimaron que el vacío se había reducido a 654,38+500.000 kilómetros cuadrados.
Un equipo australiano de investigación del ozono una vez informó una buena noticia al mundo: debido a la implementación efectiva de medidas de protección ambiental a lo largo de los años, el agujero de ozono sobre la Antártida se está reduciendo, y se espera que esto sea "notorio". El enorme agujero desaparecerá en 2050 y se "llenará" por completo.
Según informes, el agujero de ozono sobre la Antártida ha sido uno de los problemas que más ha preocupado a los ambientalistas de todo el mundo. En su peor momento, el agujero de la capa de ozono era tres veces mayor que el de Australia. Los científicos han descubierto que el culpable de "tragar" el ozono son los clorofluorocarbonos de la atmósfera: compuestos orgánicos que contienen cloro, flúor y carbono (comúnmente conocidos como "freón").
Para evitar una mayor exacerbación del agujero de la capa de ozono y proteger el medio ambiente ecológico y la salud humana, el país formuló en 1990 el Protocolo de Montreal, que imponía restricciones estrictas a la emisión de clorofluorocarbonos. Ahora, años de incansables esfuerzos por parte de grupos ambientalistas finalmente han dado sus frutos: ¡el ozono ha vuelto! Paul Frescher, experto en investigación atmosférica de la Organización de Investigación Científica e Industrial de la Commonwealth de Australia (CSIRO), dijo con entusiasmo: "Esta es una gran noticia. Hemos estado esperando este día durante mucho tiempo. ¡Aunque todavía quedan muchos!" factores Factores que afectan el proceso de reducción del agujero de ozono, como el efecto invernadero y el cambio climático, "Concluimos que, teniendo en cuenta todos los factores, el agujero de ozono sobre la Antártida desaparecerá por completo en menos de 50 años".
Se informa que desde la década de 1950, con el uso generalizado de refrigeradores y acondicionadores de aire (la principal fuente de clorofluorocarbonos), el contenido de clorofluorocarbonos en la atmósfera ha aumentado año tras año, alcanzando un máximo en 2000. Posteriormente, con el nacimiento de nuevos frigoríficos sin flúor, el contenido de clorofluorocarbonos empezó a disminuir significativamente.