Оттегі және оның қосылыстары

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ  ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

БОЛАШАҚ УНИВЕРСИТЕТІ

 

 

 

 

 

 

 

Химия пәнінен курстық  жұмыс

Тақырыбы: Оттегі және оның қосылыстары

 

 

 

 

 

 

                              Орындаған: 

                                Қабылдаған:             

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Қызылорда 2013

Жоспары

 

Кіріспе………………………………………………………........………………...3

1 Оттегінің алынуы..................................................................................................7

2 Оттегінің қасиеттері.............................................................................................9

3 Оттегінің табиғаттағы айналымы және қолданылуы......................................12

4 Оттегінің ағза үшін маңызы…………………………………………………..14

5 Оттегінің аллотропиялық түр өзгерістері. Озон..............................................16

5.1 Озонның химиялық қасиеттері......................................................................17

6 Оттегі қосылыстары...........................................................................................18

Қорытынды............................................................................................................19

Қосымшалар.......................................................................................................... 20

Қолданылған әдебиеттер тізімі............................................................................23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кіріспе

Оттегі (латынша Oxygenium) O – элементтердің периодты жүйесінің VI-тобындағы химиялық элемент. Реттік нөмірі 8, атом массасы 15,999(сурет 1).

Оттегі –химияның ең маңызды элементі және Жер бетіндегі көптеген тірі ағзалардың тыныс алуын қамтамасыз етеді. Оттегісіз біз бірнеше минут қана өмір сүре аламыз. Жасушалар мен талшықтар өмір тіршілігіне қажетті өздеріндегі энергияны босата отырып, органикалық заттарды тотықтыру үшін оттегіні пайдаланады. Оттегінің физиологиялық әсері өте көп қырлы, алайда, оның емдік әсерінде маңызды рөлді ағза талшықтардағы оттегі жетіспеушілігін орнына қайта келтіру қабілеті атқарады [1].

Адам ағзасының барлық мүшелері мен талшықтары қалыпты жұмыс  істеуі үшін біздің айналамыздағы ауаның құрамында кем дегенде 21% таза оттегі болуы керек. Үлкен қала – бұл  өте жылдам өмір ырғағы (біз күн  сайын энергия жоғалтамыз), газдалған ауа (созылмалы гипоксия) Ірі мегаполис тұрғындарының оттегіне мұқтаждықтары орасан зор. Экологиялық ахуалдың жалпы деңгейде нашарлауы ірі қалаларда ауадағы таза оттегі мөлшері кейде 10-12%-дан артпауына алып келді. Осының салдарынан гипоксия (оттегі жетіспеушілігі) туындайды.

Оттегі — түссіз, иіске ие емес газ. Ол суда нашар ериді және ауадан аздап ауыр (сурет 2). −183 °С дейін салқындату кезінде оттегі тығыздығы су тығыздығынан асатын мөлдір көгілдір сұйықтыққа айналады.

Оттегі инертті газдан өзге барлық элементтермен реакцияға түседі және оксидтер деп аталатын жалғасулар класын жасайды.

Оттегі —типтік тотықтандырғыш, ауада 30%-ға дейін және жоғары бұл газдың шоғырлануы асқан жағдайда мұндай атмосферада барлық дерлік заттардың өте қарқынды жануы орын алады.

Оттегіде әртүрлі металдар, металл еместер, және  көміртегі, күкірт, магний, темір күкірт сутегісі секілді күрделі заттар жанады.

 

                                                                  

 

 

Оттегі - Жерде кең тараған  элементтің бірі, оның үлесіне жер  қыртысының жалпы 47,4% массасын қамтиды. Оттегі элементі жер қыртыысындағы 1500-ден астам қосылыстың құрамына кіреді.

Оттегі тотығу-тотықсықдану реакциясына қатысады. Оттегі медицинада кең қолданылады. Жүрек-қантамырлар  ауруларын емдегенде алмасу процестерін  жақсарту үшін асқазанға оттегі көпіршігі (оттегі коктейлі)енгізіледі. Оттегіні теріастында енгізуді трофикалық язва, гангренамен ауырғанда қолданылады. Оттегіні тазарту және дезинфекциялау үшін және суды тазалау үшін озонмен  байытады.

Оттегінің кейбір қосындылары, мысалы синглетті оттегі, сутегі перекисі, супероксид, озон және гидроксилді  радикал улы болып келеді. Олар оттегінің қайта орынғуынан немесе активтендірілуінен түзіледі.

Тағам өндірісінде оттегі Е941 тағамдық қоспа ретінде тіркелген.

Ашылу тарихы

Ресми түрде оттегі, ағылшын химигі Джозеф Пристлимен 1774 жылдың 1 тамызында саңылаусыз жабық ыдыста сынап оксидін салу арқылы ашылған болатын (Пристли бұл жалғасуға қуатты линза көмегімен күн сәулелерін бағыттаған болатын)[2].

2HgO (t) → 2Hg + O₂↑

Алайда Пристли  ең алғашында жаңа қарапайым затты ашқандығын түсінбеді, ол ауаның құрамдас бөлшектерінің бірін бөліп көрсеттім деп есептеді (және бұл газды «дефлогистацияланған ауа» деп атады). Өзінің жаңалығы туралы Пристли көрнекі француз химигі Антуан Лавуазьеге жеткізді. 1775 жылы А. Лавуазье оттегінің ауаның құрамдас бір бөлігі болып табылатындығын, қышқыл және көптеген заттардың бар екендігін орнатты.

Осыдан бірнеше  жыл бұрын (1771 жылы) оттегіні швед химигі Карл Шееле алған болатын. Ол күкірт қышқылы бар селитраны тесіп және алынған азот оксидін жая бастаған болатын. Шееле бұл газды «отты ауа» деп атады және өз жаңалығын 1777 жылы кітапқа басып шығарды (кітаптың Пристли өз жаңалығын жариялағаннан кейін басылып шыққандықтан Пристли оттегі алғашқы ашушысы болып табылады). Шееле сонымен бірге өз тәжірибесі туралы Лавуазьеге хабарлаған болатын.

Оттегі ашылуына әсер еткен маңызды кезең сынап тотығуы және оның кейіннен оксидтерге жайылуы бойынга жұмыстарын басып шығарған француз химигі Петр Байен болды.

Соңында, Пристли және Шееледен алынған, ақпараттарды қолдана отырып алынған газ табиғатына соңғы нүктені А. Лавуазье қойды. Оның жұмысы орасан зор маңыздылыққа ие болды, себебі осы жұмыс арқасында сол уақытта химия дамуын тежеп отырған флогистон теориясы теріске шығарылды. Лавуазье әртүрлі заттарды жандыру бойынша тәжірибе жүргізді және жанған элементтер салмағы бойынша нәтижелерді басып шығара отырып флогистон теориясын теріске шығарды. Күйе салмағы элементтің бастапқы салмағынан асып кетеді, бұл Лавуазьеге жану кезінде химиялық реакция (тотығу) жүретіндігіне, осыған байланысты соңғы зат салмағы ұлғаятындығына көз жеткізді, осылайша флогистон теориясын теріске шығарды.

Осылайша, оттегінің ашылу  мәртебесін Пристли, Шееле және Лавуазье өзара бөліп алады.

 

 

 

Қарапайым заттың сыртқы түрі
Түссіз, дәмсіз және иіссіз газ көгілдір сұйықтық  (төмен температураларда)
Атом  қасиеттері
Аты, белгісі, нөмірі	Оттегі/Oxygenium (Oxygen), O, 8
Атом салмағы (моляр салмағы)	15,9994 а. е. м. (г/моль)
Электрон сырт пішіні	[He] 2s2 2p4
Атом радиусы	60 (48) пм
Химиялық  қасиеттері
Ковалент радиусы	73 пм
Ион радиусы	132 (−2e) пм
Электр терістілігі	3,44 (Полинг бағаны )
Электродты әлеуеті	0
Тотығу-деңгейі	−2, −1, 0, +1, +2, −½
Иондалу қуаты (бірінші  электрон)	1313,1 (13,61) кДж/моль (эВ)
Қарапайым зат термодинамикалық қасиеттері
Тығыздығы (н. у.)	0,00142897 г./см3
Еру температурасы	54,8 K
Қайнау температурасы	90,19 K
Еру жылуы	0,444 кДж/моль
Булынау жылуы	3,4099 кДж/моль кДж/моль
Молярлық жылу сыйымдылығы	29,4 Дж/(K·моль)
Молярлы көлемі	14,0 см3/моль
Қарапайым зат кристалл торы
Тор құрылымы	моноклинді
Тор шамалары	a=5,403 b=3,429 c=5,086 β=135,53 Å
Дебай температурасы	155 K
Өзге  сипаттамалары
Жылу өткізгіштігі	(300 K) 0,027 Вт/(м·К)

 

1 Оттегінің алынуы

Оттегін өнеркәсіпте ауаны қысып сұйылтады да, азот пен оттегінің қайнау температураларының айырмашылығына қарай буландырып бөліп алады. Осылайша алынған оттегі көгілдір түсті баллондарда сақталады, себебі сұйық оттегі ашық-көгілдір түсті болады. Ал зертханалық алу әдістері кейбір оттегіге бай күрделі қосылыстарды айыруға негізделген (сурет 3).

 

Сурет 3. Оттегін жинау

 

1. Тұрмыста жиі қолданылатын «марганцовканы» айыру. Ол үшін құрғақ сынауыққа аздаған түйірлерін салып, оның аузын газ шығатын түтігі бар тығынмен жауып қыздырамыз. Сонда мына реакция жүреді:

1. Калий хлоратын айыру. Бұл реакцияның жүруін тездету үшін марганец (IV) диоксидін (өршіткі) қосамыз, сонда оттегі көп мөлшерде бөліне бастайды:

Өршіткі - реакцияның жылдамдығын  өзгертетін, бірақ өзі жұмсалмайтын зат (МnO₂ — өршіткі (катализатор)).

Бөлінген оттегін екі әдіспен жинауға болады:

1. Ауадан сөл ауыр болғандықтан (М_r(O₂)=32, М_r(ауа)=29) ауаны ығыстыру арқылы (8, а-сурет).
2. Суда нашар еритіндігінен суды ығыстыру арқылы жинау (8, ә-сурет).

Оттегін сынап (II) оксидін (HgO) айырып ағылшын  ғалымы Д. Пристли алған (1774).

 

Газдарды зертханада жинайтын құрал  газометр деп аталады. Ол қалың қабырғалы  шыныдан жасалған екі бөлімнен тұратын  ыдыс, оның сол жағында табанына жақын жерде (1) және оң жақ иығында (2) тығындалатын екі тесігі бар. Ал үстіңгі  бөлігі (тубус) ұзын түтікті құйғы  сияқты болып жасалған, ол астыңғы  бөлігіне кигізілген. Оған газ жинау  үшін тубустың шүмегін (А) ашып сумен  толтырамыз. Одан кейін тубустың шүмегін  жауып, астыңғы тығынға кигізілген шүмекті ашамыз да, осы жерден оттегін  жібереміз, ол суды ығыстырып шығарады. Газды жинап болғаннан кейін  астыңғы шүмекті жабамыз. Тәжірибеге оттегі керек болғанда тубустың шүмегін  ашамыз, одан аққан су оттегін ығыстырады, ол жоғары оң жақ, иықтағы шүмектен (Б) шығады, оны бір ыдысқа жинап алу керек (сурет 4).

 

Сурет 4.Газометр

2 Оттегінің қасиеттері

 

Физикалық қасиеттері

Оттегі (O2) түссіз, суда аз еритін (20°С-та судың 100 көлемінде 3,1 көлем O2 ериді) газ күйіндегі зат. Қалыпты жағдайда (0°С, 1 атм=101,3 кПа) 1 л оттегінің салмағы 1,43 г, ал 1 л ауа - 1,29 г болады.

Химиялық қасиеттері

Оттегі қыздырған кезде  көптеген заттармен әрекеттеседі, бұл  үдеріс жану деп аталады, ол жылу мен  жарықты бөле жүреді.

Жай заттармен әрекеттесуі

Бейметаллдармен әрекеттесуін көру үшін оттегі толтырылған сынауыққа көмірдің түйірін салсақ, ол жарқырап жана бастайды (сурет 5):

С + O₂ = СO₂

Сурет 5. Заттардың: а-көмірдің,ә-күкірттің,б-фосфордың,в-темірдің оттегіндң жануы

 

Түзілген көмірқышқыл газын әк суына жіберсек оның лайланатыны сендерге белгілі. Бұдан басқа күкірт, фосфор, т.б. бейметалдар да оттегінде жанады (сурет 6):

S + O₂ = SO₂

4Р + 5O₂ = 2Р₂O₅

Сурет 6. Фосфордың оттегінде жануы өте қарқынды жүреді.Бірнеше секундта колба ақ түтінге толады да қабырғаларына фосфор(V)оксиді қонады.

 

Кейбір металдар да оттегінде жанып  оксидтер түзеді. Мысалы, оттегімен  толтырылған сынауыққа магний ұнтақтарын сепсек, оның жарқырап жанғанын көруге болады.

2Mg + O₂ = 2МgО

Болат сымның ұшына кішкентай көмір  түйірін шаншып алып, оны тұтатып  оттегімен толтырылған ыдысқа салсақ жанған көмірден бөлінген жылудың әсерінен темір жана бастайды (сурет 7).

ЗFе + 2O₂ = Fе₃O₄ (FеO•Fе₂O₃)

 

Сурет 7.Темір(а),оның жануы(ә) және қосылыстары(б)

 

Элементтер оттегімен әрекеттесіп  оксидтер түзеді, бұл тотығу үдерісі. 
Оксидтер дегеніміз молекула құрамы екі элементтен тұрып, оның бірі оттек болатын күрделі заттар.

Оксидтерді атағанда элемент таңбасынан кейін жақшаның ішіне валенттілігі көрсетіледі де оксиді деген сөз  қосылады. Мысалы, SO₂ - күкірт (IV) оксиді, SО₃ күкірт (VI) оксиді. Халықаралық номенклатура (атау әдісі) бойынша оксидтердің құрамындағы элемент атомдарының сандары грек сандарымен көрсетіліп аталады: CO - кеміртек монооксиді, СО₂ - көміртек диоксиді, МnO₂ - марганец диоксиді, Мn₂O₇ - димарганец гептаоксиді [1].

Күрделі заттармен әрекеттесуі

Кейбір күрделі заттар да оттегінде  жанып оксидтер береді, мысалы, тамақ  пісіргенде ас үйдегі газ пешінде  қолданылатын пропанның (С₃Н₈) жануы:

С₃Н₈+ 5O₂ = ЗСO₂+ 4Н₂O

Автогендік әдіспен металдарды кесу мен жалғауда мына реакция жүреді:

2С₂Н₂ + 5O₂ = 4СO₂+ 2Н₂O