Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Есть несколько известных аллотропов кислорода . Наиболее известным из них является молекулярный кислород (O 2 ), который присутствует в значительных количествах в атмосфере Земли и также известен как двуокись кислорода или триплетный кислород . Другой - это озон с высокой реакционной способностью (O 3 ). Другие:

Атомарный кислород [ править ]

Атомарный кислород, обозначаемый O ( 3 P) или O (3P), [1] очень реактивен, поскольку отдельные атомы кислорода имеют тенденцию быстро связываться с соседними молекулами. На поверхности Земли он не существует в природе очень долго, но в космическом пространстве присутствие большого количества ультрафиолетового излучения приводит к образованию атмосферы на низкой околоземной орбите, в которой 96% кислорода находится в атомарной форме. [1] [2]

Атомарный кислород был обнаружен на Марсе с помощью Mariner , Viking , и СОФИЙСКОЙ обсерватории. [3]

Dioxygen [ править ]

Основная статья: Кислород
Смотрите также: Кислород в биологических реакциях
Наиболее часто встречающийся аллотроп элементарного кислорода - это триплетный дикислород, бирадикал . Неспаренные электроны участвуют в трехэлектронной связи , показанной здесь пунктирными линиями.

Общий аллотроп элементарного кислорода на Земле, O
2, обычно известен как кислород, но может называться дикислородом , двухатомным кислородом , молекулярным кислородом или газообразным кислородом, чтобы отличить его от самого элемента и от трехатомного аллотропного озона , O
3. В качестве основного компонента (около 21% по объему) атмосферы Земли элементарный кислород чаще всего встречается в двухатомной форме. Аэробные организмы выделяют химическую энергию, хранящуюся в слабой сигма-связи атмосферного кислорода, конечного окислителя в клеточном дыхании . [4] Основное состояние дикислорода известно как триплетный кислород , 3 O 2 , потому что он имеет два неспаренных электрона. Первое возбужденное состояние, синглетный кислород , 1 O 2, не имеет неспаренных электронов и является метастабильным . дублетсостояние требует нечетного числа электронов, и поэтому не может возникать в дикислороде без получения или потери электронов, например, в супероксид- ионе ( O-
2) или диоксигенильный ион ( O+
2).

Основное состояние O
2имеет длину связи 121  пм и энергию связи 498 кДж / моль. [5] Это бесцветный газ с температурой кипения -183 ° C (90 K; -297 ° F). [6] Его можно конденсировать из воздуха путем охлаждения жидким азотом, температура кипения которого составляет -196 ° C (77 K; -321 ° F). Жидкий кислород бледно-голубого цвета и весьма парамагнитен из-за неспаренных электронов; жидкий кислород, содержащийся в колбе, подвешенной на веревке, притягивается к магниту.

Синглетный кислород [ править ]

Основная статья: Синглетный кислород

Синглетный кислород - это общее название, используемое для двух метастабильных состояний молекулярного кислорода (O 2 ) с более высокой энергией, чем триплетный кислород в основном состоянии . Из-за различий в их электронных оболочках синглетный кислород имеет другие химические и физические свойства, чем триплетный кислород, включая поглощение и излучение света на разных длинах волн. Он может быть образован в процессе фотосенсибилизации путем передачи энергии от молекул красителя, такого как бенгальский розовый , метиленовый синий или порфирины , или с помощью химических процессов, таких как спонтанное разложение триоксида водорода в воде или реакцияперекись водорода с гипохлоритом .

Озон [ править ]

Основная статья: Озон

Трехатомный кислород (озон, O 3 ) - это очень реактивный аллотроп кислорода, который разрушает такие материалы, как резина и ткани, а также разрушает легочную ткань. [7] Его следы можно обнаружить по резкому запаху хлора [6], исходящему от электродвигателей , лазерных принтеров и копировальных аппаратов . Он был назван «Озон» в 1840 году Шёнбейн , [8] от древнегреческого ὄζειν (ozein: «пахнуть») плюс суффикс -он (на английском языке -он ) обычно используется в то время для обозначения производного соединения.[9]

Озон является термодинамически неустойчивы к более общей форме молекулярного кислорода, и формируется посредством реакции O 2 с атомарным кислородом , полученного расщеплением O 2 с помощью УФ - излучения в верхних слоях атмосферы . [10] Озон сильно поглощается ультрафиолетом и действует как защита биосферы от мутагенных и других разрушительных эффектов солнечного УФ-излучения (см. Озоновый слой ). [10] Озон образуется у поверхности Земли в результате фотохимического распада диоксида азота из выхлопных газов автомобилей.. [11] Приземный озон является загрязнителем воздуха, который особенно опасен для пожилых людей, детей и людей с сердечными и легочными заболеваниями, такими как эмфизема , бронхит и астма . [12] иммунная система вырабатывает озон в качестве антимикробного (смотри ниже). [13] Жидкий и твердый O 3 имеют более глубокий синий цвет, чем обычный кислород, и они нестабильны и взрывоопасны. [10] [14]

Озон - это бледно-голубой газ, конденсирующийся в темно-синюю жидкость. Он образуется всякий раз, когда воздух подвергается электрическому разряду, и имеет характерный резкий запах свежескошенного сена или метро - так называемый «электрический запах».

Циклический озон [ править ]

Основная статья: Циклический озон

Тетраоксиген [ править ]

Основная статья: Tetraoxygen

Предполагалось, что тетраоксиген существует с начала 1900-х годов, когда он был известен как оксозон. Он был обнаружен в 2001 году группой под руководством Фульвио Какаче из Римского университета. [15] Молекула O
4считалось, что он находится в одной из фаз твердого кислорода, позже идентифицированного как O
8. Команда Cacace предложила O
4вероятно, состоит из двух гантелей O
2 молекулы слабо удерживаются вместе наведенными дипольными дисперсионными силами.

Фазы твердого кислорода [ править ]

Основная статья: твердый кислород

Есть шесть известных различных фаз твердого кислорода. Один из них - темно-красный O
8кластер. Когда кислород подвергаются воздействию давления 96 ГПА, она становится металлической , таким же образом , как водород , [16] и становится более похожим на более тяжелые халькогены , такие как теллур и полоний , оба из которых показывают значительный металлический характер. При очень низких температурах эта фаза также становится сверхпроводящей .

Ссылки [ править ]

  1. ^ а б Райан Д. МакКалла, Университет Сент-Луиса (2010). «Атомарный кислород O (3P): фотогенерация и реакции с биомолекулами» .
  2. ^ "Из воздуха" . NASA.gov. 17 февраля 2011 г.
  3. ^ [1]
  4. ^ Шмидт-Рор, Клаус (2020). «Кислород - это высокоэнергетическая молекула, питающая сложную многоклеточную жизнь: фундаментальные поправки к традиционной биоэнергетике» . САУ Омега . 5 (5): 2221–2233. DOI : 10.1021 / acsomega.9b03352 . PMC  7016920 . PMID  32064383 .
  5. ^ Чие, Чанг. «Связь длины и энергии» . Университет Ватерлоо. Архивировано из оригинального 14 декабря 2007 года . Проверено 16 декабря 2007 года .
  6. ^ a b Учебник по химии: аллотропы с сайта AUS-e-TUTE.com.au
  7. ^ Stwertka 1998 , с.48
  8. ^ Кристиан Фридрих Шёнбейн, Über die Erzeugung des Ozons auf chemischen Wege , стр. 3, Базель: Schweighauser'sche Buchhandlung, 1844.
  9. ^ "ozone", Оксфордский словарь английского языка онлайн, получено 29 июня 2020 г.
  10. ^ a b c Меллор 1939
  11. ^ Stwertka 1998 , с.49
  12. ^ "Кто больше всего подвержен риску воздействия озона?" . airnow.gov. Архивировано из оригинального 17 -го января 2008 года . Проверено 6 января 2008 .
  13. ^ Пол Вентворт младший; Джонатан Э. Макданн; Анита Д. Вентворт; Синди Такеучи; Хорхе Ниева; Тереза ​​Джонс; Кристина Баутиста; Джули М. Руеди; Абель Гутьеррес; Ким Д. Джанда; Бернар М. Бабиор ; Альберт Эшенмозер; Ричард А. Лернер (2002-12-13). «Доказательства катализированного антителами образования озона при уничтожении бактерий и воспалении». Наука . 298 (5601): 2195–2199. Bibcode : 2002Sci ... 298.2195W . DOI : 10.1126 / science.1077642 . PMID 12434011 . S2CID 36537588 .  
  14. ^ Коттон, Ф. Альберт и Уилкинсон, Джеффри (1972). Высшая неорганическая химия: подробный текст . (3-е издание). Нью-Йорк, Лондон, Сидней, Торонто: Interscience Publications. ISBN 0-471-17560-9 . 
  15. ^ Cacace Фульвио (2001). «Экспериментальное обнаружение тетраоксигена». Angewandte Chemie International Edition . 40 (21): 4062–4065. DOI : 10.1002 / 1521-3773 (20011105) 40:21 <4062 :: АИД-ANIE4062> 3.0.CO; 2-Х . PMID 12404493 . 
  16. ^ Питер П. Эдвардс; Фридрих Хензель (14 января 2002). «Металлический кислород». ХимФисХим . 3 (1): 53–56. DOI : 10.1002 / 1439-7641 (20020118) 3: 1 <53 :: АИД-CPHC53> 3.0.CO; 2-2 . PMID 12465476 . 

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Парки, ГД; Меллор, JW (1939). Современная неорганическая химия Меллора (6-е изд.). Лондон: Longmans, Green and Co.
  • Ствертка, Альберт (1998). Путеводитель по элементам (пересмотренная ред.). Издательство Оксфордского университета. ISBN 0-19-508083-1.