Оттегі

Оттегі, кейде оттек (лат. oxygenium – қышқылды тудыратын; O) — элементтердің периодты жүйесінің VI-тобындағы химиялық элемент. Реттік нөмірі 8, атом массасы 15,999 (г/моль). Оттегі – химияның ең маңызды элементі және Жер бетіндегі көптеген тірі ағзалардың тыныс алуын қамтамасыз етеді. Оттегісіз біз бірнеше минут қана өмір сүре аламыз.

8 Азот ← Оттегі → Фтор O ↓ S Периодическая система элементов 8O
Жай заттың сыртқы бейнесі
түссіз сұйық және қатты: бозғылт көк Сұйық оттегі
Атом қасиеті
Атауы, символ, нөмірі	Оттегі, 8
Топ типі	Басқа бейметалдар
Топ, период, блок	16, 2, p
Атомдық масса (молярлық масса)	15,9994 м. а. б. (г/моль)
Электрондық конфигурация	[He] 2s2 2p4
Атом радиусы	60 (48) пм
Химиялық қасиеттері
Ковалентті радиус	73 пм
Ван-дер-Ваальс радиусы	152 пм
Электртерістілігі	3,44 (Полинг шкаласы)
Электродты потенциал	0
Тотығу дәрежелері	-2, пероксидтер / -1, –½, –⅓, 0,½, + 1, +2
Иондалу энергиясы	1-ші: 1313,1 (13,61) кДж/моль (эВ) 2-ші: 3388.3 кДж/моль (эВ) 3-ші: 5300.5 кДж/моль (эВ)
Жай заттың термодинамикалық қасиеттері
Термодинамикалық фаза	Газ
Тығыздық (қ.ж.)	0,00142897 г/см³
Балқу температурасы	54,8 К (-218,35 °C)
Қайнау температурасы	90,19 К (-182,96 °C)
Балқу жылуы	0,444 кДж/моль
Булану жылуы	3,4099 кДж/моль
Қаныққан бу қысымы P (Па) 1 10 100 1000 10 000 100 000 T (К) 61 73 90
Жай заттың кристаллдық торы
Тор құрылымы	моноклиндік
Тор параметрлері	a=5,403 b=3,429 c=5,086 β=135,53 Å
Дебай температурасы	155 K
Басқа да қасиеттері
Жылуөткізгіштік	(300 K) 0,027 Вт/(м·К)
CAS нөмірі	7782-44-7

Оттегі O

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.

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.

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 (8-сурет).

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:

Шоқтанған шырпыны түтіктің аузына апарсақ, ол лап етіп жанады, себебі оттегі жануды қолдайтынын сендер бұрыннан білесіңдер.

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 сәл 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 (9-сурет).

Оттегінің қасиеттері

Оттектің физикалық қасиеті

Оттектің кейбір физикалық қасиеттері бұрыннан белгілі. Ол иіссіз, дәмсіз, түссіз газ. Сондықтан оны ауадан ажырату қиын. Тек XVIII ғасырда тәжірибе жүзінде ағылшын химигі Дж. Пристли (1774 ж.) мен швед ғалымы К. Шееле (1772 ж.) оттекті бос күйінде алып, оның ауаның құрамдас бөлігі екенін дәлелдеді. Оттек ауадан сәл ауыр . 0°С-та және бір атм қысымда (101,325 кПа) оның бір литрінің массасы 1,43 грамм, ал ауаныкі - 1,29 грамм тартады.

Оттек суда аз ериді. Қалыпты жағдайда 20°С-та және 1 атм қысымда судың 100 көлемінде небәрі 3 көлем оттек газы ериді. Осы қасиетіне орай, арнайы газ өлшегіш деп аталатын шыны аспаптағы суды ығыстыру арқылы оттек газын жинап сақтауға болады. Оттек - 183°С-та сұйылады, - 218°С-та қатады.

Химиялық қасиеттері

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

Жай заттармен әрекеттесуі

Бейметалдармен әрекеттесуін көру үшін оттегі толтырылған сынауыққа көмірдің түйірін салсақ, ол жарқырап жана бастайды (10-сурет):

С + O₂ = СO₂

Түзілген көмір қышқыл газын әк суына жіберсек оның лайланатыны сендерге белгілі. Бұдан басқа күкірт, фосфор, т.б. бейметалдар да оттегінде жанады (11-сурет):

S + O₂ = SO₂

4Р + 5O₂ = 2Р₂O₅

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 (12-сурет).

ЗFе + 2O₂ = Fе₃O₄ (FеO•Fе₂O₃)

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.

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

Металлургия өндірісінде өртеу пештерінде күрделі заттардың тотығу реакциялары жүреді:

2ZnS+3O₂ = 2ZnO + 2SO₂

Cu₂S + 2O₂ = 2CuO + SO₂

Сонымен, оттегі жай және күрделі заттармен әрекеттескенде жану реакциялары жүріп, нәтижесінде әр түрлі оксидтер түзіледі.

Оттегінің табиғаттағы айналымы және қолданылуы

Табиғатта оттегі негізінен фотосинтез нәтижесінде түзіледі, ол жапырақтарда және теңіз балдырларында жүретін үдеріс.

6СO₂ + 6Н₂O → С₆Н₁₂O₆ + 6O₂↑

Осы оттегімен адамдар мен жануарлар тыныс алады, одан басқа жер қыртысындағы минералдар түзіледі. Табиғатта оттегінің қатысуымен тоттану, шіру, aшy сияқты бүліну үдерістері де жүріп жатады. Оттегінін, атмосферадағы қоры 1,5•10¹⁵ т, оның 1•10¹⁰ тоннасы жану үшін жұмсалады. Тыныс алу жеке ағзаның өмірі үшін, ал шіру - эволюция (даму) үшін маңызды үдерістер.
Оттегінің қолданылуы оның қасиеттеріне негізделген, ол мына 4, 5-сызбанұсқаларда көрсетілген.

Оттегінің аллотропиялық түр өзгерістері. Озон

Оттегі табиғатта екі түрлі жай зат күйінде кездеседі, оның бірі O₂, екіншісі O₃, ол озон деп аталады. Енді озонмен жете таныссақ, озон найзағай ойнағанда ауада пайда болады. Сонда электр заря- дының әсерінен мына реакция жүреді:

3O₂ → 2O₃

Бір элементтің бірнеше жай зат күйінде болу құбылысы аллотропия деп аталады.

Озонның формуласы О₃, салыстырмалы молекулалық массасы 48, оттегінен 1,5 есе ауыр (48 : 32 = 1,5), суда аз еритін, -112°С-да қайнайтын, -193°С-да балқитын газ күйінде қою-көк түсті, ал қатты күйінде көктен қара-күлгін түске дейін боялады.

Озонның химиялық қасиеттері

Озон оттегіне қарағанда химиялық белсенді зат. Ол тіпті алтын, күміс, платина сияқты асыл металдарды да тотықтыра алады (7-кесте).

6Ag + O₃ = 3Ag₂O

Нөсер жаңбырдан кейін орманға барсақ, онда ауа тазарып дем алу жеңілдейді, себебі ауада пайда болған озон айырылып, ауаны тазартады. Озонның атмосферадағы мөлшері өте аз - 0,004%.

О₃ → O₂ + "О"

Озоннан молекулалық және атом күйіндегі оттек бөлінеді, соңғысы күштірек тотықтырғыш, ауадағы бактерияларды жояды. Озон осы қасиетіне қарай ауыз суды, құдыктарды, өндірістік сарқын суларды тазарту үшін (залалсыздандыру) және ағартқыш зат ретінде қолданылады. Атмосфераның жоғары қабатында, жерден 25 км биіктікте (стратосферада) күн сәулесінің әсерінен жерді қорғап тұратын өте жұқа озон қабаты әр түрлі кері әсерлердің салдарынан «тесіліп», сол жерлерден күннің ультракүлгін сәулелері жер бетіне жетіп, ондағы әр түрлі табиғи апаттарға әкеліп соғады. Олар: жер бетінің температурасының біртіндеп артуы, мәңгілік мұздақтар мен мұхиттардағы мұзтауларының еруі, терінің қауіпті ісігі көбейеді. Озонды зертханада озонатор деп аталатын құралда алуға болады.

Оттегі мен озонның салыстырмалы сипаттамалары

Оттегі (O2)	Озон (O3)
Ауадан сәл ауыр, ($D={\frac {M(O_{2})}{M(aya)}}={\frac {32}{29}}=1,1$) түссіз, иіссіз, суда нашар еритін газ (20°С-да судың 100 көлемінде оттегінің 3 көлемі, ал 0°С-да 5 көлемі ериді. Тыныс алу, жану, тотығу, шіру үдерістеріне қатысады.	Ашық көк түсті өзіне тән иісі бар, суда жақсы еритін, ауадан 1,655 есе, оттегіден 1,5 есе ауыр газ. Озон оттегіне қарағанда химиялық белсенділігі жоғары зат, бактерицидтік, ағартқыштық қасиеттері бар. Ол озонның ыдырауы нәтижесінде атом күйіндегі оттек бөлінуімен түсіндіріледі: O3 ↔ O2 + "O". Концентрациясы 10−5%-дан артқанда улы болады.