Оттегінің тірі табиғатта алатын орны

ҚАЗАҚСТАН  РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ  ҒЫЛЫМ  ЖӘНЕ  БІЛІМ  МИНИСТІРЛІГІ

С. АМАНЖОЛОВ  АТЫНДАҒЫ ШЫҒЫС ҚАЗАҚСТАН  МЕМЛЕКЕТТІК  УНИВЕРСИТЕТІ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тақырыбы: «Оттегінің тірі табиғатта алатын орны»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Орындаған:

                                                                                 Тексерген:  

 

Өскемен, 2009 жыл.

ЖОСПАР

 

     КІРІСПЕ.......................................................................................................3

 

1.  Оттегінің  жалпы  сипаттамасы...........................................................4
1. Оттегінің физикалық қасиеті..............................................................5
2. Оттегінің химиялық  қасиеті..............................................................6
3. Оттегінің алынуы, қолданылуы........................................................10

 

      ҚОРЫТЫНДЫ...........................................................................................12

      ПАЙДАЛАНҒАН  ӘДЕБИЕТТЕР  ТІЗІМІ..............................................13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КІРІСПЕ

 

Оттекті 1772 жылы швеция ғалымы Карл Шееле ашты. Оттек табиғатта ең көп тараған элемент. Жер қыртысы массасының 47,2% оттектің үлесіне келеді. Оттек табиғатта бос күйінде де, қосылыс күйінде де кездеседі. Бос күйінде ол ауада болады. Ауада көлемі жөнінен 21% немесе массасы жөнінен 23% оттек болады. Қосылыс түрінде оттек судың (88,8%)> толып жатқан минералдардың (SіО2, СаСО3, СаSО₄*2Н₂О, NaNOз) кұрамында, өсімдіктер мен жануарлар организмдерінде (60— 70%) болады.

ОТТЕК (лат. Охуgenium), О, О₂ — элементтердің периодтық жүйесінің VI тобындағы химиялық элемент, атомдық нөмірі 8, атомдық массасы 15,9994. Табиғатта ең көп таралған элемент, үш изотопы (¹⁶О, ¹⁷О, ¹⁸О) бар. Оттегі  элементі екі атомнан құралған О₂ жай затын түзеді. Швед ғалымымен бірге оны 1774 ж. ағылшын ғалымы Джерми Пристли (1733 - 1804) ашқан. Оттегі — түссіз, иіссіз газ, тығыздығы 0°С және қалыпты қысымда 1,42897 г/л, қайнау 1 182,9°С-та көгілдір сұйықтыққа айналады, қату t -218°С, балқу t- 58,4К, суда аз ериді, тұтқырлығы өте аз, магнитке тартылады. Қосылыстарында екі валентті. Химиялық  белсенділігі өте жоғары. Оттегі  жеңіл инертті газдардан басқа барлық элементтермен әрекеттесіп, химиялық қосылыстар — тотықтар түзеді.

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ОТТЕГІНІҢ  ЖАЛПЫ  СИПАТТАМАСЫ

 

Оттегі - 2-периодтың, ҮІ-топтың элементі. Атомның электрондық формуласы 1s² 2s ² 2p ⁴ , II және 0 тотығу дәрежелері тән. Оттегінің тотығу дәрежелерінің шкаласы:

+ІІ + ОҒ₂

   0+О₂, О3, 0°

   -I+Н ₂О, Nа₂ O₂, ВаО₂

 -II + ОН^- , Н ₂О, SО₃, NaОН, H₂SO₄,

          К ₃РО₄, КА1(SО₄)₂

Электртерістігі жоғары (3,50; фтордан кейінгі екінші элемент), типтік бейметалдық қасиеттерді көрсетеді. Не, Ne, Аг элементтерден басқа элементтермен қосылыстар береді, көптеген оксидтер, гидроксидтер, оттекті қышқылдар тұздарының құрамына енеді.

Жер қабатында 55% және табиғи суларда ең көп таралған элемент, бос және байланысқан түрде кездеседі. Минералдар мен тау жыныстары (алюмосиликаттар, кұм, балшық, құмдақтар т.б.) құрамына енеді. Бос (таза) оттегі ауа кұрамында болады (= 1,1 • 10¹⁵ т).

Барлық организмдердің тіршілігіне өте қажетті элемент, органикалық заттар көбінің құрамында болады, сан алуан биохимиялық процестерге қатынасады, тіршілікті қамтамасыз етеді.

Оттегін 1769-1771 жылдары  швед химигі К.В. Шееле ашты және одан тәуелсіз 1774 жылы ағылшын химигі Дж. Пристли қоса ашты. Олар оттегін НgО мен КNО₃-ті қақтау арқылы алды.

 

 

 

 

 

1.1  ОТТЕГІНІҢ  ФИЗИКАЛЫҚ  ҚАСИЕТІ

 

Оттек молекуласы (О₂) екі атомнан тұрады. Оттек түссіз, иіссіз, дәмсіз газ. Оттектің бір литрінің массасы 1,43 г. Ауамен салыстырғандағы тығыздығы 1,1. 20°С температурада 1 көлем суда 0,03 көлем оттек ериді. Оттек атмосфералық қысымда және—183°С-та сұйыққа айналады. Сұйық оттек көкшіл түсті болады. —219°С-та оттек қар тәрізді қатты күйге көшеді.

Жай зат - оттегі үйектелмеген О₂ (диоттегі), бұл - элементтің бос түрдегі болуының тұрақты аллотроптық формасы. Газ түссіз, сұйық күйде ашық көкшіл, қатты күйде көк.

Ауаның құрама бөлігі: 20,94%. Сұйық ауадан азоттан N₂ кейін қайнап шығады.

Ауада көп заттардың  жануын қолдайды. Суда аз ериді (31 мл/1 л Н₂О, 20 °С), бұл N₂ азотпен салыстырғанда сәл жақсылау (көбірек).

Физикалық тұрақтылары:

Мг= 31,998 = 32,        р=1,43г/л (қ.ж.)

t_к = -182,962 °С           t_б =-218.7 °С          

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ОТТЕГІНІҢ  ХИМИЯЛЫҚ  ҚАСИЕТІ

 

Молекуласындағы қос байланыстың беріктігінен бөлме температурасында химиялық белсенділігі төмен. Қыздырғанда күшті тотықтырғыш, көп металдармен, бейметалдармен әрекеттеседі.

0₂+2Мg=2Мg0                                                                                                                                                                                                                          О₂+S = SО₂

Темірді таттандырады (баяу тотығу).

Қарапайым сапалық реакциясы - шала жанған ағаш жаңқасының оттегі атмосферасында ашық тұтануы.

Оттегін алу:

а) өнеркәсіпте - сұйық ауаны фракциялық дистилдеу, су электролизі;

ә) зертханада - оңай айырылатын оттегін

Nа ₂О₂, КCl₃, НgО, КNO₃, КМпО₄ заттарды қыздыру:

1)  2НgО = 2Нg + О₂

2)  2KMnО₄=К ₂МпО₄+МпО₂+О₂

Мn+1е^-=Мп^ҮІІ         }+4е^-

 Мп ^ҮІІ + Зе-=Мп^ІҮ }+4е^-

2О-^ІІ-4е^--2О ²₂ }-4е^-  

Негізгі химиялық өндірістің маңызды өнімі. Реагент ретінде  химиялық  технологияда (сульфидтік руданы күйдіруге, оксидтерді синтез-деуге), металлургияда (шойын және болат өндіруде), көмірді газдандыруға, металдарды дәнекерлеу мен кесуге қолданады, сұйық оттегі -зымырандық отынды тотықтырушы. Жану, шіру және дем алу процестері нәтижесінде атмосферадағы оттегінің кемуін фотосинтез арқылы өсімдіктер толтырады.

Адамдар және жануарлар  оттегін өкпесіне жұтқанда, ол қанның гемоглобинімен байланысады және клеткаға тасымалданады, ал онда оның көмегімен органикалық заттар тотығады (ең алдымен глюкоза), солай организмнің тіршілік энергиясы қамтамасыз етіледі.

2. Озонның физикалық қасиеттері

 

Жай зат- озон полюсті (үйектелген) О₃ молекулалардан құралады (триоттеп), оның кұрылысы аяқталмаған үшбұрыш [:О(О)₂] (sр²-гиб-ридтену, <(О-О-О) =117°, а-л-байланыстар. Ашық көк газ, өзіне тән («озондық») иісі бар. Суда еруі О₂-ге қарағанда артық (285 мл/1 л Н ₂О, 20°С-та). Физикалық  тұрақтылары:

Мг= 47,997 - 48,    р=2,14г/л(қ.ж.)

 t_б=-192,7 °С,       t_к=-111,9°С

 

                                  Озонның химиялық қасиеттері

 

Озон оттектің аллотропиялық түр өзгерісі. Ол табиғатта нажағай ойнағанда, ал лабораторияда оттекке баяу электр разрярын жіберу арқылы түзіледі:

ЗО₂ = 2О₃.

Оттекпен салыстырғанда озонның  тотықтырғыштық қасиеті өте күшті, өйткені ол өте активті атом күйдегі оттекті бөле ыдырайды:

О₃ = О₂ + О

Озон оттек әрекеттеспейтін  көптеген заттарды тотықтырады, мысалы:

2КІ^-+.О° +Н₂SO₄ = I₂+0'₂ +К ₂SО₄ + Н ₂О^2-

Озонның органикалық заттарды тотықтыру қасиетін судағы, ауадағы бактерияларды жоюға қолданады.

А у а. Атмосфералық ауа көп газдардың  қоспасы. Ол көлемі  жағынан 21% оттектен, 78% азоттан, 0,9%  инертті газдардан, 0,03% көміртек (IV) оксидінен және әр түрлі кездейсоқ қоспалардан (SО₂, Н₂S, СО, шаң, су буы т. б.) тұрады.

Оттек, азот және инертті газдар ауаның тұрақты кұрам бөлігі. Көміртек (IV) оксиді, су булары, шаң мөлшері жағдайға байланысты өзгеріп отыруы мүмкін.

Тотықгырғыш қасиеті О₂-ден көп артық, бөлме температурасында металмен, бейметалдармен және құрамы күрделі заттардың  көбісімен реакцияға түседі:

О₃+ Н₂= Н ₂О + О₂           О₃+ Н₂ S = SО₂+Н ₂О

ЗО₃+Сг = СгО₃ +ЗО₂       4О₃+ЗРЬS = ЗРЬSО₄

Оттегімен қоспасында тұрақты (озондалған оттегі), ультракүлгін сәулелері, катализаторлар және азот оксидтері әсерінен ыдырайды (атмосферадағы озон қабатының бұзылуы):

20₃             30₂

Сапалық реакция:

О₃+ Н ₂О +2Кl = І ₂   +О₂ +2КОН

(О₂ реакцияға түспейді)

Озонды алу және қолдану

Озонды электр әрекетімен арнайы аспап -озонаторда алады:

О₂            2О°,   0₂+0°             О₃

Ауыз суды дезинфекциялауға, маталарды және минералды майларды ағартуға, органикалық және бейорганикалық синтездерде реагент ретінде қолданылады. Жер атмосферасында озондық қабат (= 25 км биіктікте) тіршілік әлемін ғарыштық ультракүлгін сәулелерінен қорғайды.

 

Атомарлық оттегі

Оттегінің  үшінші аллотроптық формасы. Ең күшті тотықтырғыш (О₂ және О₃-пен салыстырғанда). Атомарлық оттегі ультракүлгін сәулелерінің әсерінен О₂ мен 0₃ молекулалары ыдырағанда туындайды. Оттекті заттарды термиялық айырғанда да түзіледі. Тотықсыздандырғыштар болмағанда бірден О₂ мен О₃-ке қайтадан түрленеді, тотықсыздандырғыштар болғанда, оларды тотықтырады.

KNO₃= KNO₂+0°

2 KNO₃+С (графит)= KNO₂ +С02

Табиғаттағы оттек үш түрлі изотоптан тұрады:

¹⁶ ₈O, ¹⁷ ₈О, ¹⁸₈О.

Оттектің сыртқы электрондық қабатында 6 электрон (s₂ p₄) болады. Ол сыртқы қабатын сегізге дейін толтыру үшін 2 электронды оңай қосып алып, күшті тотықтырғыш ретінде реакцияға қатынасады да, екі теріс зарядты ионға айналады:

О° + 2е- = О2-

Оттек көптеген металдармен, металл еместермен, күрделі заттармен әрекеттеседі. Оттек тікелей алтынмен, платинамен, хлормен, фтормен әрекеттеспейді.

Оттектің табиғаттағы  және техникадағы маңызы оның тотықтырғыштық қасиетіне байланысты. Тіршілік әрекетінің аса маңызды процестерінің бірі — тыныс алу оттек арқылы жүреді.

Өсімдіктер мен жануарлар сіңірген оттек арқылы органикалық заттар тотығып энергия бөлінеді. Тотыққан заттардың өнімдері ретінде организмнен көміртек (IV) оксиді, су т. б. заттар бөлінеді. Органикалық заттардың баяу тотығуын шіру деп атайды. Органикалық қалдық заттардың шіруінің нәтижесінде топырақта өсімдіктерге қажетті анорганикалық заттар түзіледі. Металдан жасалған заттардың оттек арқылы баяу тотығуын таттану дейді. Металдардың оттекпен әрекеттесіп бұзылуынан халық шаруашылығына үлкен зиян келеді. Оттек арқылы тотығуы нәтижесінде көп мөлшерде жарық пен жылу бөліну процесін жану дейді. Жану реакциясы тұрмыс пен техникада қажетті жылу алу үшін қолданылады.

 

3. ОТТЕГІНІҢ  АЛЫНУЫ, ҚОЛДАНЫЛУЫ

 

Техникада оттекті ауадан алады. Ол үшін ауаны сұйық күйге  айналдырады, одан соң буландырады. Алдымен қайнау температурасы (—196°С) төмен азот буланады, ал ыдыста қайнау температурасы (—183°С) жоғары оттек қалады.

Техникада таза оттекті  суды электролиздеу арқылы алады.

Лабораторияда оттекті  кейбір оксидтерді, тұздарды қыздырып ыдырату арқылы алады, мысалы:

2КС1О₃ = 2КС1 + ЗО₂

2НgО = 2Нg + О₂

Оттек химия өнеркәсібінде тотығуды тездету (азот, күкірт қышқылдарын өндіру) үшін қолданылады. Оттекпен байытылған ауаны домнаға, мартен, бессемер пештеріне үрлеу шойын және болат қорыту процестерін тездетіп қана қоймай, алынатын заттардың сапасын да арттырады. Оттектің көп мөлшерін металлургияда пайдаланады. Оттек металдарды пісіру үшін қолданылады. Сутек-оттек жалынының температурасы 3000°С, ал ацетилен-оттек горелкасының жалынының қызуы 3500°С-қа жетеді.

Оттекпен емдеу: Оттек медицинада тыныс алуы нашарлаған, уланған адамдарға дем алдыру, жер астында, су астында жұмыс істегенде, өте биікке ұшқанда тыныс алу үшін қолданылады. оттекті әр түрлі ауруларға қарсы емдік мақсатта қолдану.  Тыныс алу (мыс, бронхы демікпесінде, өкпе қабынғанда, т.б.) және қан айналу жүйелері (жүрек ақауында, т.б.) бұзылғанда, түрлі газдармен уланғанда, естен танып калғанда, өкпеде ісік пайда болған жағдайда және ауыр хирургиялық операциядан кейін қолданылады. Егер науқастың оттекпен ұзақ уақыт тыныс алуы қажет болса, бұл арнайы құрал-жабдықтармен (оттектік ингалятор, палатка) тек стационар жағдайында жасалады. Ал үйде оттекті жастық арқылы беруге болады. Оттектік емдеу тек дәрігердің рұқсатымен жасалады. Оның мөлшерін де дәрігер белгілейді, себебі, мөлшерінен көп берілсе, ол да науқасқа қауіпті болады. Отегімен емдеуді қолданғанда тыныс алу, жүректің жұмысы қалпына келіп, науқастың жалпы жағдайы жақсарады. Оттекті конвертірлер — оттекті конвертерлік процесс. Оттекті конвентірлік процесс - конвертерде балқытылған шойын бетін таза оттекпен (95%-дан артық) үрлеу арқылы болатқа айналдыру әдістерінің бірі. Үрлеу нәтижесінде шойынның құрамындағы қоспалар (кремний, марганец, көміртек, т.б.) тотықтанып, едәуір жылу бөлінеді. Соның сал-дарынан балқыманың температурасы жоғарылап, ондағы бөгде қоспалардың мөлшері кемиді. Оттек үрлеу мерзімі әдетте 15 — 22 мин-қа созылады. Болат құрамындағы оттек мөлшері қажетті шамадан көп болғандықтан конвертерден құйылып алу алдында ол тотықсыздандыры-лады. Шойынның кұрамындағы қоспалардың тотықтану реті процестің температуралық режиміне сәйкес жүреді. Құйылып алынатын болаттың температурасы шамамен 1600°С болады. Конвертерлеу процесі кезінде ауа орнына оттек үрлеу арқылы болаттың құрамындағы азоттың мөлшерін 0,002 - 0,006%-ға дейін азайтуға болады. Таза оттек үрлеу тотықтанатын элементтердің бірлік көлеміне тиетін жылудың мөлшерін арттырады (азотты қыздыруға едәуір жылу жұмсалып конвертердің п.ә.к. төмендейді). Осының нәтижесінде кремний мен фосфоры аз шойын, болат сынықтары, темір кентасы қайта өңделеді. Оттекті конвертерлік процессте жоғары температураның әсерінен көміртек тотықтанады да металдағы үлесі кемиді, болаттың сапасы артады.