День: 2 декабря 2020

Рубрика: Քիմիա

Թթվածին

Опубликовано автором naremkrtchyan

1.-Թթվածնի տարածվածությունը երկրագնդի վրա

 Կապված թթվածինը կազմում է Երկրի ջրային շերտի զանգվածի 6/7 մասը (85,82 % ըստ զանգվածի), մթնոլորտում, որտեղ նա գտնվում է ազատ վիճակում, պարունակությամբ երկրորդն է (23,15 % ըստ զանգվածի) ազոտից հետո։ Փոփոխությունը օդում 0,1 % -ից չի անցնում։ Մթնոլորտում թթվածնի կորուստը օքսիդացման, այրման, նեխման և շնչառության պատճառով լրացվում է ֆոտոսինթեզով։ Թթվածինը առաջին տեղն է առաջացրած միներալների թվով (1364), որոնց մեջ թթվածնի պարունակությամբ գերակշռում են սիլիկատները, քվարցը, երկաթի օքսիդները, կարբոնատները և սուլֆատները:

2. -Թթվածնի ֆիզիկական և քիմիական հատկությունները

ֆիզիկական

  • սովորական պայմաններում գազ է,
  • հոտ չունի,
  • անգույն է,
  • համ չունի,
  • եռում է 90,19 Կ (-182,96 °C) ջերմաստիճանում,
  • գոլորշիանում է 54,8 Կ (-218,35 °C) ջերմաստիճանում,
  • հեղուկ և պինդ վիճակում երկնագույն է,
  • հեղուկ վիճակում դեպի մագնիսն է ձգվում

Թթվածնի խտությունը 0 °C ջերմաստիճանում և 101 կՊա ճնշման տակ հավասար է 1,43 գ/լ, ինչը 1,11 անգամ մեծ է օդի խտությունից։ Թթվածինը ջրում քիչ է լուծվում. 20 °C ջերմաստիճանում 100 ծավալ ջրում լուծվում է 3 ծավալ թթվածին, որն էլ, ապահովում է ջրային կենդանիների ու բույսերի շնչառությունը։

Ջերմաստիճանը բարձրացնելիս թթվածնի, ինչպես և՝ ցանկացած այլ գազի, լուծելիությունը ջրում նվազում է, իսկ իջեցնելիս՝ աճում։ Օրինակ՝ 0 °C ջերմաստիճանում թթվածնի լուծելիությունը 100 ծավալ ջրում 5 ծավալ է, և այդ հանգամանքի հետ է մասամբ կապված հյուսիսային ծովերի ձկնառատությունը։Թթվածնի հատկություններն ուսումնասիրելու համար այն պետք է ստանալ մաքուր վիճակում:Շվեդացի գիտնական Կարլ Շելեն 1771թ.առաջին անգամ անգամ թթվածին ստացել,ապա անգլիացի քիմիկոս Ջոզեֆ Փրիսթլին1774թ. կարմիր սնդիկի օքսիդի HgO քայքայումից.

քիմիական

Թթվածնի հետ անմիջականորեն փոխազդում են գրեթե բոլոր ոչ մետաղները՝ ֆտորից (F2), քլորից (Cl2), բրոմից (Br2) և յոդից (J2) բացի։

Փոխազդում է ածխի հետ{\displaystyle {\mathsf {C+O_{2}\rightarrow CO_{2}\uparrow }}}

Կարևոր է նշել, որ թթվածնի պակասի դեպքում ածխի այրումից առաջանում է խիստ վտանգավոր գազ՝ ածխածնի (II) օքսիդ (CO՝ շմոլ գազ). {\displaystyle {\mathsf {2C+O_{2}\rightarrow 2CO\uparrow }}}

Սենյակային ջերմաստիճանում ծծումբը նույնիսկ մաքուր թթվածնում չի փոփոխվում, բայց օդում տաքացնելիս այրվում է թույլ երկնագույն բոցով։ {\displaystyle {\mathsf {S+O_{2}\rightarrow SO_{2}\uparrow }}}

Փոխազդում է ֆոսֆորի հետ. {\displaystyle {\mathsf {4P+5O_{2}\rightarrow 2P_{2}O_{5}}}}

Այս ռեակցիան սկսելու համար անհրաժեշտ է բարձր ջերմաստիճան ռեակցիան ընթանում է ինքնաբերաբար՝ լույսի ու ջերմության անջատմամբ։

Թթվածնի հետ անմիջականորեն փոխազդում են նաև գրեթե բոլոր մետաղները, օրինակ՝ ոսկին (Au)։ Այդպիսի ռեակցիաներն սկսելու համար սովորաբար տաքացում է պահանջվում. {\displaystyle {\mathsf {2Na+O_{2}\rightarrow Na_{2}O_{2}}}}

Օդում մագնեզիումը (Mg) այրվում է շլացուցիչ բոցով, ռեակցիայի հետևանքով առաջանում է սպիտակ փոշի՝ մագնեզիումի օքսիդ. {\displaystyle {\mathsf {2Mg+O_{2}\rightarrow 2MgO}}} {\displaystyle {\mathsf {3Fe+2O_{2}\rightarrow Fe_{3}O_{4}}}}

Պղինձը (Cu) միանում է թթվածնին՝ առաջացնելով սև փոշի՝ պղնձի (II) օքսիդ (CuO).{\displaystyle {\mathsf {2Cu+O_{2}\rightarrow 2CuO}}}

{\displaystyle {\mathsf {2SO_{2}+O_{2}\rightarrow 2SO_{3}}}}{\displaystyle {\mathsf {2SO_{2}+O_{2}\rightarrow 2SO_{3}}}}{\displaystyle {\mathsf {CH_{4}+2O_{2}\rightarrow CO_{2}+2H_{2}O}}}{\displaystyle {\mathsf {CH_{4}+2O_{2}\rightarrow CO_{2}+2H_{2}O}}}

3.-Թթվածնի կիրառումը

ազմազան են թթվածնի կիրառման բնագավառները. տեխնիկայում գործընթացների գրեթե 80 %-ն այս նյութի կիրառման վրա է հիմնված։

  • Մետաղների արտադրություն.

Դոմենային վառարանում թուջի ստացման գործընթացն արագացնելու նպատակով հաճախ թթվածնով հարստացված օդ է կիրառվում։ Մաքուր թթվածնում այրումն ընթանում է մոտ հինգ անգամ արագ, քան օդում։ Մեծ քանակությամբ թթվածին է օգտագործվում նաև պողպատահալման գործընթացում։

  • Մետաղների կտրում, զոդում ու եռակցում.

Ջրածինը (H2) թթվածնի հետ հատուկ այրիչներում այրելիս բոցի ջերմաստիճանը հասնում է մինչև 3200 °C, իսկ ացետիլեն (C2H2) օգտագործելիս՝ նույնիսկ մինչև 3500 °C։ Ացետիլենի այրման ռեակցիայի հավասարումն է.

4.-Օքսիդավերականգնման ռեակցիաներ

Այն ռեակցիաները, որոնք ընթանում են նյութերի բաղադրության մեջ առկա տարրերի ատոմների օքսիդացման աստիճանների փոփոխությամբ, անվանում են օքսիդացման-վերականգնման ռեակցիաներ:Այդ ռեակցիաների ընթացքը պայմանավորված է էլեկտրոնի անցմամբ մեկ ատոմից (իոնից, մոլեկուլից) մյուսին, ինչի հետևանքով էլ օքսիդացման աստիճանի փոփոխություն է տեղի ունենում:

5.- Լաբորատոր փորձ՝ <<Օդի բաղադրությունը>>

Օդն անհոտ, անհամ, տարբեր գազերի համասեռ խառնուրդ է: Հեղուկանում է −200°C-ում: 1774 թվականին ֆրանսիացի գիտնական Անտուան Լավուազիեն փորձով բացահայտել է, որ օդի ծավալի մոտ 1/5մասը (21)  թթվածինն է, իսկ մոտ 4/5 մասը (78) ` ազոտ և այլ գազեր:  Նա առաջարկել է նաև օդի հիմնական բաղադրիչ մասերի անվանումներ:

         Օդն ունի հաստատուն բաղադրություն, որը պահպանվում է բնական փոխանակության ճանապարհով: Ներկայացնենք չոր օդի բաղադրությունները՝ բաղադրամասերի միջին քանակությունները` ծավալային տոկոսներով. 

ԲաղադրիչներՄիջին քանակություն  (ծավալային %)Բաղադրիչներ     Միջին  քանակություն     (ծավալային %)             
             N2             78,09      Ne       0,0018
             Օ2             20,95      He       0,0005
             Ar             0,93  

 Բացի նշված գազերից, օդը պարունակում է նաև ոչ հաստատուն բաղադրամասեր՝ ածխածնի (IV) օքսիդ՝ 0,03%, ջրային գոլորշիներ և գազային այլ խառնուրդներ: Թթվածնի մասնակցությամբ քիմիական ռեակցիաները հիմնականում ընթանում են օդում, այլ ոչ մաքուր թթվածնում: Օդում թթվածնի զանգվածային բաժինը մոտ 23%  է՝ ըստ զանգվածի:Օդը կանխում է երկրի մակերևույթի գերտաքացումն արևից և միաժամանակ՝ պահպանում վերջինիս ջերմությունը տարածության մեջ ցրվելուց:Առանց օդի գրեթե ոչ մի կենդանի օրգանիղզմ չի կարող գոյություն ունենալ:

Անհատական-հետազոտական  աշխատանքներ՝

1.Թթվածնի ամենակարևոր հատկությունների  մասին (շնչառություն, այրում)

Շնչառություն, արտաքին միջավայրից օդի անցումը թոքեր և հակառակ ուղղությամբ, որի ընթացքում օրգանիզմը ստանում է թթվածին և արտազատում ածխածնի երկօքսիդ։

Բոլոր աերոբ օրգանիզմները օգտագործում են թթվածինը բջջային շնչառության համար, որի ընթացքում նրա միջոցով սննդի բաղադրամասերը ճեղքվում են և առաջանում է էներգիա, իսկ որպես վերջնանյութ՝ ածխածնի երկօքսիդ։ «Արտաքին շնչառության» ժամանակ մթնոլորտային օդը անցնում է թոքեր, որտեղ ալվեոլներում դիֆուզիայի միջոցով կատարվում է գազափոխանակություն։ Արյունատար համակարգի միջոցով այս գազերը տեղափոխվում են բջիջներ, որտեղ տեղի է ունենում «բջջային շնչառությունը» [1][2]։

Պատկեր:X-ray video of a female American alligator (Alligator mississippiensis) while breathing - pone.0004497.s009.ogv

Ամերիկյան էգ ալիգատորի շնչառության ռենտգենային նկարահանումը

Պատկեր:Real-time MRI - Thorax.ogv

Շնչառության ժամանակ կրծքավանդակի մագնիսական ռեզոնանսային պատկերումըՏուբերկուլոզով հիվանդ մարդու թոքերը։

Ողնաշարավոր կենդանիների մեծամասնության շնչառությունը կատարվում է թոքերի միջոցով, կազմած է ներշնչման և արտաշնչման հաջորդական փուլերից, որոնք կատարվում են քթի խոռոչից մինչև ալվեոլներ տեղափոխող խողովակների կամ օդուղիների բարձր ճյուղավորված համակարգի միջոցով։

Թթվածնի այրում

յրում, բարդ ֆիզիկաքիմիական պրոցես սկզբնական նյութերի վերափոխում: Երբեմն այրումը որոշվում է որպես օքսիդանտի և վառելիքի միջև եղած ռեակցիա:

Սակայն, այրման գործընթացները ներառում են, օրինակ, մոնոմոլեկուլային վառելիքի այրումը և օզոնի տարրալուծումը, երբ քիմիական էներգիան պահեստավորվում է մեկ նյութի քիմիական կապերով: Այրման մուտքում եղած նյութերում տեղի են ունենում էկզոթերմիկ ռեակցիաներ, որն ընթանում է ջերմության ինտենսիվ արտադրությամբ: Քիմիական էներգիան, որը պահեստավորված է ընթացիկ խառնուրդում, կարող է առանձնանալ որպես Ջերմային ճառագայթում և լույս: Լուսավոր շերտը կոչվում է կրակի ճակատ կամ ուղղակի կրակ:

Կրակի տիրապետումը հին մարդկանց կողմից խաղաց առանցքային դեր մարդկային քաղաքակրթության զարգացման գործում: Կրակը մարդկանց տվեց հնարավորություն սնունդ պատրաստելու և կացարանները տաքացնելու համար, իսկ արդյունքում-զարգացում՝ մետալուրգիա, Էներգետիկա և նոր, ավելի կատարելագործված գործիքների և տեխնոլոգիաների ստեղծում: Այրման գործընթացի կառավարումը ընկած է ավտոմեքենաների, նավերի և հրթիռների շարժիչների ստեղծման հիմքում:

2.Ի՞նչ է մթնոլորտը, շերտերը

 երկնային մարմնի գազային ծածկ, որը նրա շուրջը պահպանվում է ձգողականության շնորհիվ։ Քանի որ մթնոլորտի և միջմոլորակային տարածությունների միջև չկա հստակ սահման, ապա ընդունված է մթնոլորտ համարել գազային այն միջավայրը, որը պտտվում է մոլորակի հետ զուգընթաց որպես մեկ ամբողջություն։ Մի շարք մոլորակների մթնոլորտային շերտը, որը հիմնականում բաղկացած է գազերից, կարող է չափազանց հաստ լինել։ Աստղերի արտաքին միջավայրը բնութագրելու համար, որը սկսվում է ֆոտոսֆերայից, օգտագործվում է աստեղային մթնոլորտ հասկացությունը։ Երկիր մոլորակի մթնոլորտը ներառում է թթվածին, որն օգտագործվում է կենդանի օրգանիզմների շնչառության համար, և ածխածնի երկօքսիդ, որն օգտագործում են բույսերը, ջրիմուռները, բակտերիաները ֆոտոսինթեզի համար։ Մթնոլորտը հանդես է գալիս նաև որպես մոլորակը արևի ուլտրամանուշակագույն ճառագայթներից պաշտպանող շերտ։

3.Թթվածնի հայտնագործումը

Առաջին անգամ միմյանցից անկախ թթվածինը ստացել են շվեդ, գիտնական Շեելեն (1769—1970 թվականին՝ մագնեզիումի նիտրատի, թորակների ջերմային քայքայումից) և անգլիացի գիտնական Պրիստելին (1774 թվականին՝ սնդիկի օքսիդի և սուսրի տաքացումից).

{\displaystyle {\mathsf {2HgO\ {\xrightarrow {^{o}t}}\ 2Hg+O_{2}\uparrow }}}

4.Օզոն, օզոնային շերտ, օզոնայինճեղքերիվտանգավորությունը

Առաջադրանքներ՝Հաստատեք կամ հերքեք  պնդումների  ճշմարտացիությունը  օքսիդների  վերաբերյալ.

  1. Թթվածին պարունակող  երկտարր  միացություններ են, որոնցում  թթվածնի  օքսիդացման  աստիճանը  -2  է:
  2. Բոլոր օքսիդները  ջրում  լուծելի  են:
  3. Բոլոր օքսիդները   փոխազդում  են  թթուների  հետ:
  4. Հիմնային օքսիդները, փոխազդելով  թթուների  հետ, առաջացնում  են  աղ  և  ջուր:
  5. Ըստ CaCO3  → CaO  +  CO2  ռեակցիայի հավասարման  ստացված  թթվային  օքսիդի  զանգվածը  ելային  աղի  զանգվածի  56 %- ն  է:
  6. Na2O, CO2, N2O5, CaO, SO3  օքսիդների  շարքում  գրված  է  երեք  հիմնային  օքսիդ: