ΟΞΥΓΟΝΟ Z = 8 1s 2 2s 2 2p 4

Transcript

1 ΟΞΥΓΟΝΟ Z = 8 1s 2 2s 2 2p 4 Θεωρεία του φλογιστού Οξυγόνο "ὀξύς" (oxys) και "-γενής" (-genēs) (Lavoisier 1775) Νέος αέρας 2Hg -> 2Hg + 2 Priestley 1774, Scheele 1773

2 Το οξυγόνο στη ζωή Το πιο άφθονο από όλα τα στοιχεία Αέρας ( 2 ): 20,9% v/v ή 23% w/w Φλοιός Γης: 46,6% w/w Ωκεανοί : 85,8% w/w Νερό: 88,8% w/w Σχετικά μικρή διαλυτότητα στο νερό, αρκετή όμως για τις ανάγκες των υδρόβιων οργανισμών Παράγεται κατά τη φωτοσύνθεση Η αιμοσφαιρίνη μεταφέρει οξυγόνο από τους πνεύμονες στους ιστούς. Η μυοσφαιρίνη είναι φορέας οξυγόνου στα μυϊκά κύτταρα.

3 Χρήσεις οξυγόνου Στο εμπόριο βρίσκεται σε χαλύβδινες οβίδες (υγροποιημένο ή συμπιεσμένο) Τεράστιο εμπορικό ενδιαφέρον (3 ο μετά Η 2 S 4, N 2 ) Οξειδωτικό με την ευρύτερη εφαρμογή 2/3 της παραγωγής στην χαλυβουργία. Παρασκευή μετάλλων χάλυβα υπεροξειδικών ενώσεων Εξόρυξη και επεξεργασία πετραδιών γυαλιού Οξυγονοκολλήσεις Λεύκανση χαρτοπολτού χαρτιού Ιατρική: ενίσχυση αναπνοής ασθενών Καύση Η 2 στα διαστημόπλοια προωθητικό

4 Εργαστηριακές παρασκευές Ο 2 Με θέρμανση KCl C ή 150 C με καταλύτη πυρολουσίτη (Mn 2 ) 2 KCl 3 2 KCl Βιομηχανικές παρασκευές Ο 2 Το 99%: Υγροποίηση αέρα και κλασματική απόσταξη Ηλεκτρόλυση νερού

5 Ιδιότητες οξυγόνου Μόριο Ο 2 ή διοξυγόνο διατομικό, παραμαγνητικό Αέριο άοσμο, άχρωμο. Το υγρό και το στερεό υποκύανο Ατομική ακτίνα : 0,73 0,74 Å Μικρή διαλυτότητα στο νερό και πολύ μεγαλύτερη σε οργανικούς διαλύτες Μονοατομικό οξυγόνο: όταν ένα μόριο οξυγόνου απορροφά ένα φωτόνιο και διεγείρεται κατά την αποδιέγερση μπορεί να γίνει είτε εκπομπή ακτινοβολίας είτε διάσταση του μορίου Ο 2 και παραγωγή μονατομικού οξυγόνου. 2 * -----> 2 + hv ή 2 * -----> +

6 Χημικές ιδιότητες οξυγόνου Το δεύτερο πιο ηλεκτραρνητικό (μετά το F) Διαμόρφωση ατόμου: 1s 2 2s 2 2p x 2 2p z 1 2p z 1 Ο = Ο Παραμαγνητικό μόριο!!!!!!!!!! Εξώθερμες αντιδράσεις Μέταλλα (εκτός Au, Pt) καύση οξείδια Είδος οξειδίου που σχηματίζεται: ανάλογα με την συγκέντρωση Ο 2, μετάλλου, συνθήκες αντίδρασης Αμέταλλα (εκτός αλογόνο, ευγενή αέρια): με απευθείας αντίδραση

7 Μοριακά τροχιακά Ο 2 Π* χ,y 2p 2p Π χ,y σ z 2s 2s Εξήγηση από τη θεωρία των ΜΟΡΙΑΚΩΝ ΤΡΟΧΙΑΚΩΝ. Η παρουσία 2 μονήρων ηλεκτρονίων στα πχ* και πy*

8 Το οξυγόνο σχηματίζει 4 Ιόντα Μόριο Μήκος Δεσμού (Å) Ένωση Τάξη δεσμού Κατιόν Ο + 2 1,12 Ο + 2 [AsF 6 ] 2,5 Μοριακό Ο 2 1,21 2 (g) 2 Σουπεροξείδιο Ο - 2 1,32 K 2 1,5 Υπεροξείδιο Ο 2-2 1,49 Na Τάξη δεσμού = δεσμικά ηλεκτρόνια αντιδεσμικά ηλεκτρόνια 2

9 Κατιόν Ο 2 + Ιόν Ο 2 + Ο 2 Ο e Παραμαγνητικό Δεσμός Ο-Ο όχι πολύ σταθερά, θέλει μεγάλα μη οξειδούμενα ανιόντα π x * π x σ pz 2 + Pt + 3 F 2 (280 C) 2 [PtF 6 ] π y * π y

10 Αλλοτροπία : Οξυγόνο (Ο 2 )- μονοατομικό οξυγόνο(ο) Όζον (Ο 3 ) Όζει, ατμόσφαιρα hv ή ηλεκτρικές εκκενώσεις 3 Ο 2 2 Ο 3 ΔΗ = +285 kj Κυανό αέριο Καστανοϊώδες στερεό (σ.τ C) 1.278Å 116.8

11 Όζον στη φύση Στρατόσφαιρα (10-15 km) όχι πλούσια σε όζον: απορρόφηση υπεριώδους ακτινοβολίας nm από το οξυγόνο: Ο (hv) Οζονόσφαιρα (25 km): προστασία από υπεριώδη ακτινοβολία (λ < 310 nm). Οργανικά μόρια και βιολογικοί οργανισμοί ευαίσθητα στην UV. Χρήση όζοντος: βιολογικό καθαρισμό νερού, απολυμαντικό, αποστειρωτικό, αποσμητικό

12 Καταστροφή όζοντος στη φύση Βραβείο Nobel 1995 ΤΡΥΠΑ ΟΖΟΝΤΟΣ!!!!! Υπερηχητικά αεροπλάνα αποφορτίζουν τα ΝΟ, ΝΟ 2 Χλωροφθοράνθρακες (αεροζόλ) CFCl 3, CF 2 Cl 2, πηγές ατόμων χλωρίου, διάσπαση Ο 3 στρατόσφαιρας Ο 3 + Cl Ο 2 + Cl Cl + Cl + Ο 2 και τελικά Ο Ο 2

13 Ιδιότητες όζοντος Ο 2, Ο 3 : καλά οξειδωτικά αντιδραστήρια: Ο 2(g) + 4H + + 4e 2H 2 3(g) + 2H + + 2e H 2 + 2(g) Διάσπαση Ο 3 Ο 3 + Η 2 Ο + 2e Ο 2 + 2ΟΗ - E 0 = +1,23V E 0 = +2,07V E 0 = +1,24V 3 : Δεύτερο ισχυρό οξειδωτικό αντιδραστήριο KI + H 2 I KH + 2 (ανίχνευση ποσοτικός προσδιορισμός Ο 3 )

14 Οξείδια Ανάλογα με την ποσότητα Οξυγόνου Το οξυγόνο σχηματίζει 4 διαφορετικά ανιόντα Κανονικά οξείδια Υπεροξείδια Σουπεροξείδια Οζονίδια

15 Κανονικά οξείδια Οξειδωτική κατάσταση : -2 Δεν υπάρχει δεσμός Ο Ο Βασικά οξείδια με μέταλλα (αριστερά του ΠΠ) (Ba, Ca, Na 2 ), Ομοιοπολικά οξείδια με αμέταλλα (S 2, ) εμφανίζουν πόλωση λόγω διαφορετικής ηλεκτραρνητικότητας - Όξινα

16 Χαρακτήρας κανονικών οξειδίων X H X + + H - (βασική) Χ:ηλεκτροθετικό X H H + + X - (όξινη) Χ:ηλεκτραρνητικό Ιονισμός μεταξύ ατόμων με μεγάλη διαφορά ηλεκτραρνητικότητας (επηρεάζει δεσμό Χ-Ο). Όσο ηλεκτροθετικότερο το Χ τόσο χαλαρότερος ο δεσμός Χ-Ο και το οξείδιο βασικό. Αντίθετα στα ηλεκτραρνητικά ισχυροποιείται ο δεσμός Χ-Ο και το οξείδιο δρα ως οξύ Όξινος χαρακτήρας: αυξάνεται προς τα δεξιά π.χ. ΗΝΟ 3 > Η 2 C 3 > H 3 B 3

17 Υπεροξείδια Οξειδωτική κατάσταση : -1 Δεσμός Ο Ο π x * π x π y * π y Παρασκευές σ pz 2 Na + 2 Na LiH H 2 + H 2 2 Li H 2 Ασταθείς ενώσεις (διάσπαση με θ, οξέα)

18 Υπεροξείδιο του υδρογόνου Δομή Η 2 Ο 2 Δεσμός Ο Ο, Ο 2 2- Κάθε άτομο οξυγόνου παρουσιάζει sp 2 υβριδισμό H 1.47 Å 96 o 52' 0.97Å H 93 o 51' Παρασκευές (στερεό Ba 2 + αρ. H 2 S 4 )

19 Ιδιότητες Η 2 Ο 2 Ασταθές: Διάσπαση από μέταλλα, άλατα, φως 2 Η 2 Ο 2 2 Η 2 Ο + Ο 2 (g) Ως ασθενές οξύ (Κ α = ) Η 2 Ο 2 + Η 2 Ο Η 3 Ο + + ΗΟ 2 - Καλός διαλύτης οξειδοαναγωγική δράση Ως αναγωγικό 5H Mn H (g) + 2Mn H 2 Ως οξειδωτικό H I - + 2H 3 + I 2 + 4H 2 Ανίχνευση και ποσοτικός προσδιορισμός Mn 4 -, I -

20 Σουπεροξείδια Οξειδωτική κατάσταση : -1/2 K, Rb, Cs : ΜΟ 2 Ο 2 - : 13 ηλεκτρόνια σθένους Το Ιόν μόνο στη στερεά κατάσταση, χρωματισμένα, παραμαγνητικά Διάσπαση με νερό π x * π x σ pz π y * π y Ισχυρά οξειδωτικά Ως πηγή οξυγόνου (υποβρύχια)

21 Οζονίδια Τα πολύ ηλεκτροθετικά στοιχεία (Rb, Cs, K) και το NH ΜΟΗ + 5 Ο 3 2 ΜΟ Ο 2 + Η 2 Ο Μ Ι Ο 3 : παραμαγνητικά, έγχρωμα, εκρηκτικά, ασταθή διασπώνται σε σουπεροξείδια + Ο 2 ΜΟ 3 ΜΟ 2 + ½ Ο Å 120

22 Νερό ΑΡΧΗ ΠΑΝΤΩΝ ΥΔΩΡ H 2

23 Κύκλος νερού

24 Μόριο Η 2 Ο Μη-γραμμικό μόριο Πολωμένοι δεσμοί Διπολική ροπή 1,85 D Σύνδεση μορίων με δεσμούς Η

25 Πάγος Υπάρχουν πολλά είδη πάγου ανάλογα με τις συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας που επικρατούν. Γνωστή σε εμάς είναι η μορφή του ICE Ih που εμφανίζεται στην φύση με τις ακόλουθες μορφές: διάφοροι τύποι νιφάδων χιονιού χιονόνερο- χαλάζι παγετώνας σε πίεση 1 atm.

26 Υπάρχουν και άλλες μορφές πάγου!! Πάγος ICE Ih Πάγος ICE Ic

27 Κρυσταλλική δομή Πάγου ICE III Κρυσταλλική δομή Πάγου ICE II Πάγος ICE IV

28 Κρυσταλλική δομή Πάγου ICE V Κρυσταλλική δομή Πάγου ICE VI Πάγος ICE VIII

29 Το νερό ως διαλύτης Ως διαλύτης ιοντικών ενώσεων: η διαλυτότητα εξαρτάται από την ενέργεια πλέγματος, την ενέργεια εφυδάτωσης και την εντροπία ιόντων (2) M n+ (g) + X n- (g) MX(s) (1) (3) (4) M n+ (aq) + X n- (aq) (1) διάλυση, (2) διάσταση, (3),(4) εφυδάτωση

30 Είδη κρυσταλλικού νερού Υδρίτες: στερεά που αποτελούνται από μόρια ένωσης και νερού. Ανάλογα με τον τρόπο σύνδεσης: Κατιονικό νερό Ανιονικό νερό Νερό κρυσταλλικού πλέγματος Ζεολιθικό νερό

31 Κατιονικό ανιονικό νερό CuS 4.5H 2, ZnS 4.7H 2, FeS 4.7H 2 Κατιονικό νερό (σύμπλοκο κατιόν) (εφυδατωμένα ιόντα με 4 ή 6 μόρια νερού) απομακρύνεται εύκολα [Zn(H 2 ) 6 ] 2+, [Fe(H 2 ) 6 ] 2+ Ανιονικό νερό [Cu(H 2 ) 4 ] 2+ [(H 2 )(S 4 )] 2- H H H H Cu H H H H S H H

32 Νερό στο κρυσταλλικό πλέγμα Νερό κρυσταλλικού πλέγματος (θέσεις πλέγματος) απομάκρυνση καταστροφή κρυσταλλικού πλέγματος Al 2 (S 4 ) 3 Na 2 S 4 24H 2 (στυπτηρίες τα 6 μόρια νερού είναι κρυσταλλικού πλέγματος) Ζεολιθικό νερό (θέσεις μεταξύ στιβάδων κρυσταλλικού πλέγματος) απομάκρυνση ΌΧΙ καταστροφή κρυσταλλικού πλέγματος Na 12 (Al 2 ) 12 (Si 2 ) 12 27H 2 Αφυδατωμένοι ζεόλιθοι χρησιμοποιούνται ως καταλύτες και μοριακά κόσκινα