Соединения кислорода - Compounds of oxygen

Вода (ЧАС2O) - наиболее известное кислородное соединение

В степень окисления из кислород равен −2 почти во всех известных соединения кислорода. Степень окисления -1 встречается у нескольких соединений, таких как перекиси. Соединения, содержащие кислород в других степенях окисления, встречаются очень редко:1⁄2 (супероксиды ), −​1⁄3 (озониды ), 0 (элементаль, гипофтористая кислота ), +​1⁄2 (диоксигенил ), +1 (дифторид кислорода ) и +2 (дифторид кислорода ).

Кислород реакционноспособен и образует оксиды со всеми другими элементами, кроме благородные газы гелий, неон, аргон, и криптон.[1]

Оксиды

Вода (ЧАС
2О) это окись из водород и самое знакомое кислородное соединение. Его объемные свойства частично являются результатом взаимодействия составляющих его атомов, кислорода и водорода, с атомами соседних молекул воды. Атомы водорода ковалентно связанный к кислороду в молекуле воды, но также обладают дополнительным притяжением (около 23,3 кДж · моль−1 на атом водорода) к соседнему атому кислорода в отдельной молекуле.[2] Эти водородные связи между молекулами воды удерживают их примерно на 15% ближе, чем можно было бы ожидать от простой жидкости с Силы Ван-дер-Ваальса.[3][4]

Оксиды, такие как оксид железа или же ржавчина, Fe
2О
3, образуются, когда кислород соединяется с другими элементами

Из-за своего электроотрицательность, кислородные формы химические связи почти со всеми другими свободными элементами при повышенных температурах, чтобы получить соответствующие оксиды. Однако некоторые элементы, такие как утюг который окисляется до оксид железа, или ржавчина, Fe
2О
3, легко окисляются при стандартные условия по температуре и давлению (СТП). Поверхность металлов как алюминий и титан окисляются в присутствии воздуха и покрываются тонкой пленкой оксида, которая пассивирует металл и замедляется дальше коррозия.[5] Так называемые благородные металлы, такие как золото и платина, устойчивы к прямому химическому соединению с кислородом и такими веществами, как оксид золота (III) (Au
2О
3) должен формироваться непрямым путем.

В щелочных металлов и щелочноземельные металлы все они самопроизвольно реагируют с кислородом при контакте с сухим воздухом с образованием оксидов и гидроксидов в присутствии кислорода и воды. В результате ни один из этих элементов не встречается в природе как свободный металл. Цезий настолько реактивен с кислородом, что используется как добытчик в вакуумные трубки. Хотя твердый магний медленно реагирует с кислородом в STP, он способен гореть на воздухе, создавая очень высокие температуры, а его металлический порошок может образовывать взрывоопасные смеси с воздухом.

Кислород присутствует в атмосфере в виде соединений в следовых количествах в виде углекислый газ (CO
2) и оксиды азота (НЕТИкс). В земная кора камень состоит в основном из оксидов кремний (кремнезем SiO
2, нашел в гранит и песок ), алюминий (оксид алюминия Al
2О
3, в боксит и корунд ), утюг (оксид железа (III) Fe
2О
3, в гематит и ржавчина ) и другие оксиды металлы.

Другие неорганические соединения

Кварцевый это обычный кристаллический минерал, состоящий из кремнезем, или же диоксид кремния (SiO
2)

Остальная часть земной коры также образована кислородными соединениями, что особенно важно. карбонат кальция (в известняк ) и силикаты (в полевые шпаты ). Вода-растворимый силикаты в виде Na
4SiO
4, Na
2SiO
3, и Na
2Si
2О
5 используются как моющие средства и клеи.[6]

Перекиси сохраняют часть исходной молекулярной структуры кислорода ((−О-О−). Белый или светло-желтый перекись натрия (Na
2О
2) образуется при металлическом натрий горит в кислороде. Каждый атом кислорода в своей перекиси ион может иметь полный октет из 4 пар электроны.[6] Супероксиды представляют собой класс соединений, которые очень похожи на пероксиды, но имеют только один неспаренный электрон для каждой пары атомов кислорода (О−
2).[6] Эти соединения образуются при окислении щелочных металлов с большими ионными радиусами (K, Rb, Cs). Например, супероксид калия (КО
2) представляет собой оранжево-желтое твердое вещество, образующееся при калий реагирует с кислородом.

Пероксид водорода (ЧАС
2О
2) могут быть произведены пропусканием объема от 96% до 98% водород и от 2 до 4% кислорода за счет электрического разряда.[7] Более коммерчески жизнеспособный метод - позволить автоокисление органического промежуточного продукта, 2-этилантрагидрохинон растворяется в органическом растворителе, окисляется до ЧАС
2О
2 и 2-этилантрахинон.[7] Затем 2-этилантрахинон восстанавливается и возвращается обратно в процесс.

При растворении в воде многие оксиды металлов образуют щелочной растворов, а многие оксиды неметаллов образуют кислый решения. Например, оксид натрия в растворе образует прочную основу едкий натр, пока пятиокись фосфора в форме раствора фосфорная кислота.[7]

Насыщенный кислородом анионы Такие как хлораты (ClO−
3), перхлораты (ClO−
4), хроматы (CrO2−
4), дихроматы (Cr
2О2−
7), перманганаты (MnO−
4), и нитраты (НЕТ−
3) являются сильными окислителями. Формы кислорода гетерополикислоты и полиоксометаллат ионы с вольфрам, молибден и некоторые другие переходные металлы, Такие как фосфорновольфрамовая кислота (ЧАС
3PW
12О
40) и октадекамолибдофосфорной кислоты (ЧАС
6п
2Пн
18О
62).

Одно неожиданное кислородное соединение - диоксигенил гексафтороплатинат, О+
2PtF−
6, обнаруженных при изучении свойств гексафторид платины (PtF
6).[8] Изменение цвета, когда это соединение подвергалось воздействию атмосферного воздуха, предполагало, что кислород окисляется (в свою очередь, сложность окисления кислорода привела к гипотезе, что ксенон может быть окислен PtF
6, что привело к открытию первого соединения ксенона гексафтороплатинат ксенона Xe+
PtF−
6). Катионы кислорода образуются только в присутствии более сильных окислителей, чем кислород, что ограничивает их действие фтором и некоторыми соединениями фтора. Простой фториды кислорода известны.[9]

Органические соединения

Ацетон является важным питательным материалом в химической промышленности.
(кислород - красный, углерод - черный, водород - белый)

Среди наиболее важных классов органических соединений, содержащих кислород (где «R» - органическая группа): алкоголь (R-OH); эфиры (R-O-R); кетоны (R-CO-R); альдегиды (R-CO-H); карбоновые кислоты (R-COOH); сложные эфиры (R-COO-R); ангидриды кислот (R-CO-O-CO-R); амиды (R-C (O) -NR2). Есть много важных органических растворители содержащие кислород, среди которых: ацетон, метанол, этиловый спирт, изопропанол, фуран, THF, диэтиловый эфир, диоксан, ацетат этила, DMF, ДМСО, уксусная кислота, муравьиная кислота. Ацетон ((CH
3)
2CO) и фенол (C
6ЧАС
5ОЙ) используются в качестве питающих материалов при синтезе множества различных веществ. К другим важным органическим соединениям, содержащим кислород, относятся: глицерин, формальдегид, глутаральдегид, лимонная кислота, уксусный ангидрид, ацетамид, так далее. Эпоксиды находятся эфиры в котором атом кислорода является частью кольца из трех атомов.

Кислород самопроизвольно реагирует со многими органический соединения при комнатной температуре или ниже в процессе, называемом самоокисление.[7] Щелочные растворы пирогаллол, бензол-1,2,3-триол поглощают кислород из воздуха и используются для определения концентрации кислорода в атмосфере. Большинство из органические соединения содержащие кислород, не образуются под прямым действием кислорода. Органические соединения, важные для промышленности и торговли, получают путем прямого окисления прекурсора, включая:[6]

C
2ЧАС
4 + ½ О
2 + катализатор
———→ C
2ЧАС
4О
CH
3CHO + О
2 + катализатор
———→ CH
3C (O) -OOH

Биомолекулы

Кислород составляет более 40% молекулярный вес из АТФ молекула

Этот элемент встречается практически во всех биомолекулы которые важны для жизни или порождаются ею. Лишь несколько распространенных сложных биомолекул, таких как сквален и каротины, не содержат кислорода. Из органических соединений, имеющих биологическое значение, углеводы содержат наибольшую массовую долю кислорода (около 50%). Все жиры, жирные кислоты, аминокислоты, и белки содержат кислород (из-за наличия карбонил группы в этих кислотах и ​​их сложный эфир остатки). Более того, семь аминокислот, которые включены в белки, также имеют кислород, включенный в их боковые цепи. Кислород также встречается в фосфат (PO43−) группы в биологически важных энергоносителях АТФ и ADP, в позвоночнике и пурины (Кроме аденин ) и пиримидины из РНК и ДНК, И в кости в качестве фосфат кальция и гидроксилапатит.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Химические свойства кислорода, Леннтех. Проверено 25 января 2008 г. «Кислород реакционноспособен и образует оксиды со всеми другими элементами, кроме гелия, неона, аргона и криптона».
  2. ^ Максютенко П., Риццо Т. Р., Бояркин О. В. (2006). «Прямое измерение энергии диссоциации воды», J. Chem. Phys. 125 дой 181101.
  3. ^ Чаплин, Мартин (04.01.2008). «Водородная связь». Получено 2008-01-06.
  4. ^ Кроме того, поскольку кислород имеет более высокую электроотрицательность, чем водород, разница зарядов делает его полярная молекула. Взаимодействие между разными диполи каждой молекулы вызывают чистую силу притяжения.
  5. ^ В оксид алюминия слой может быть увеличен до большей толщины в процессе электролитический анодирование.
  6. ^ а б c d Повар 1968, стр.507
  7. ^ а б c d Повар 1968, стр.506
  8. ^ Повар 1968, стр.505
  9. ^ Коттон, Ф. Альберт и Уилкинсон, Джеффри (1972). Продвинутая неорганическая химия: подробный текст. (3-е издание). Нью-Йорк, Лондон, Сидней, Торонто: Interscience Publications. ISBN  0-471-17560-9.