Χημεία (Β Γυμνασίου) - Βιβλίο Μαθητή
3.1 Σύσταση Του Ατμοσφαιρικού Αέρα 3.3 Διοξείδιο Του Άνθρακα Επιστροφή στην αρχική σελίδα του μαθήματος

 

3.2 Οξυγόνο

Πρώτες σκέψεις: Το 1969 το «APOLLO 11» εκτοξεύτηκε από τη Γη σε προορισμό τη Σελήνη. Ήταν η πρώτη φορά που ο άνθρωπος θα περπατούσε σε άλλο ουράνιο σώμα. Η ενέργεια που απαιτήθηκε, για να εκτοξευτεί το διαστημόπλοιο και να μπει σε τροχιά γύρω από τη Σελήνη, προήρθε από τη διαδοχική καύση κηροζίνης και υδρογόνου, μέσα σε καθαρό οξυγόνο.

Μετά τη μελέτη αυτού του κεφαλαίου θα μπορείς:

  1. Να αναφέρεις τις φυσικές ιδιότητες του οξυγόνου.
  2. Να παρασκευάζεις και να ανιχνεύεις το οξυγόνο στο εργαστήριο.
  3. Να ορίζεις την καύση και την οξείδωση, να αναφέρεις παραδείγματα καύσης και οξείδωσης και να γράφεις τις σχετικές χημικές εξισώσεις.
  4. Να τεκμηριώνεις τη σημασία του οξυγόνου στο φαινόμενο της ζωής.
φυσικές ιδιότητες οξυγόνου, παρασκευή οξυγόνου, καύση, οξείδωση, βιολογική σημασία οξυγόνου

Το χημικό στοιχείο οξυγόνο

Το οξυγόνο της ατμόσφαιρας που αναπνέουμε είναι σε μορφή μορίων. Κάθε μόριο οξυγόνου αποτελείται από δύο άτομα (Ο2). Το οξυγόνο είναι το περισσότερο διαδεδομένο χημικό στοιχείο στο στερεό φλοιό της Γης, όπου υπάρχει σε ποσοστό 47% v/v. Εκεί βρίσκεται ενωμένο με άλλα στοιχεία, σχηματίζοντας χημικές ενώσεις.

Παρασκευή οξυγόνου

Το οξυγόνο μπορεί να παρασκευαστεί στο εργαστήριο από τη διάσπαση του νερού (Η2O) με ηλεκτρόλυση, όπως έχει ήδη αναφερθεί στο κεφάλαιο (2.6). Ένας άλλος εργαστηριακός τρόπος παρασκευής του οξυγόνου είναι από τη διάσπαση του υπεροξειδίου του υδρογόνου (Η2O2).
img13

Παράθυρο στο εργαστήριο 1: Ανίχνευση του οξυγόνου

  1. Παίρνουμε ένα μακρύ και λεπτό ξυλάκι (παρασχίδα) και, αφού το ανάψουμε και δημιουργηθεί φλόγα, το σβήνουμε, αφήνοντας ωστόσο το άκρο του πυρωμένο (καύτρα).
  2. Εισάγουμε τη μισοσβησμένη παρασχίδα μέσα στο δοκιμαστικό σωλήνα όπου παράγεται οξυγόνο. Παρατηρούμε ότι η παρασχίδα αναφλέγεται, δηλαδή ενισχύεται η καύση της. Αυτή είναι μία χαρακτηριστική ιδιότητα του οξυγόνου: είναι απαραίτητο για τις καύσεις.
  

Ιδιότητες του οξυγόνου

Φυσικές ιδιότητες

Το οξυγόνο είναι αέριο άχρωμο και άοσμο. Στο νερό διαλύεται σε πολύ μικρή ποσότητα. Η ποσότητα αυτή είναι επαρκής για να αναπνέουν οι υδρόβιοι οργανισμοί.

Φυσικές σταθερές του Ο22
Σημείο πήξεως 2190C
Σημείο ζέσεως -1830C
Πυκνότητα 1,3 g/L (στους 250C)

 

Η ζωή στο νερό δε θα ήταν δυνατή χωρίς το οξυγόνο

Η ζωή στο νερό δε θα ήταν δυνατή χωρίς το οξυγόνο
img13

Παράθυρο στο εργαστήριο 2:Τα οξείδια

Πείραμα 1ο: Θερμαίνουμε στο λύχνο ένα χάλκινο σύρμα. Όταν απομακρύνουμε το σύρμα από το λύχνο διαπιστώνουμε ότι στην επιφάνεια του σύρματος σχηματίστηκε μια μαύρη ουσία, που είναι οξείδιο του χαλκού (CuO).

      

2Cu + O2 → 2CuO

Πείραμα 2ο: Τοποθετούμε λίγη σκόνη θείου σε πορσελάνινη κάψα. Τη μεταφέρουμε στην απαγωγό εστία και την αναφλέγουμε. Το θείο καίγεται με γαλάζια φλόγα. Το αέριο που παράγεται είναι διοξείδιο του θείου(SO2).

S + O2 → SO2

 

Οξειδώθηκα μες τη νοτιά των ανθρώπων»

Οδυσσέας Ελύτης, Άξιον Εστί

Όταν οι όροι της Χημείας ξεπερνούν τα όρια της.

 

Οξείδωση και καύση

Όλα σχεδόν τα στοιχεία αντιδρούν με το οξυγόνο και σχηματίζουν χημικές ενώσεις, οι οποίες ονομάζονται οξείδια. Οι αντιδράσεις αυτές ανήκουν σε μια μεγάλη κατηγορία χημικών αντιδράσεων, τις οξειδώσεις. Μια γνωστή οξείδωση είναι αυτή του σιδήρου, που αποδίδεται με την εξίσωση:

4Fe + 3O2 → 2Fe2O3

Οι οξειδώσεις κατά τις οποίες εμφανίζεται φλόγα και εκλύεται θερμότητα ονομάζονται καύσεις. Έως τώρα έχουν αναφερθεί οι καύσεις του θείου, του υδρογόνου (κεφ. 2.6) και του μαγνησίου (κεφ. 2.7).

Οι καύσεις του υδρογόνου και του μαγνησίου αποδίδονται με τις εξισώσεις:

2Η2 + O2 → 2Η2O + θερμότητα

και;

2Μg + O2 → 2ΜgO + θερμότητα

Οι καύσεις, ως εξώθερμες αντιδράσεις, χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ενέργειας. Τα καύσιμα είναι συνήθως μείγματα ουσιών. Ένα παραδοσιακό καύσιμο είναι το κάρβουνο που αποτελείται κυρίως από άνθρακα. Από την καύση του παράγεται διοξείδιο του άνθρακα

(CΟ2): C + O2 → CΟ2 + θερμότητα

Το φυσικό αέριο αποτελείται κυρίως από μεθάνιο. Η καύση του αποδίδεται με την εξίσωση:

CΗ4 + 2O2 → CΟ2 + 2Η2O + θερμότητα

Το οξυγόνο είναι απαραίτητο για τη ζωή Οι περισσότεροι οργανισμοί προσλαμβάνουν οξυγόνο για τη λειτουργία της κυτταρικής αναπνοής. Το οξυγόνο μεταφέρεται στα κύτταρα, όπου οξειδώνει τις ουσίες των τροφών (π.χ. τη γλυκόζη).

Η ενέργεια που ελευθερώνεται από τις οξειδώσεις αυτές χρησιμοποιείται από τους οργανισμούς για την ανάπτυξή τους και τις δραστηριότητές τους. Αυτές οι αντιδράσεις, που πολλές φορές ονομάζονται βιολογικές καύσεις, δε συνοδεύονται από φλόγα.

Το οξυγόνο που καταναλώνεται από τους οργανι-σμούς κατά την κυτταρική αναπνοή αναπληρώνεται στην ατμόσφαιρα από τη φωτοσύνθεση. Έτσι, η περιε-κτικότητα του αέρα σε οξυγόνο διατηρείται σταθερή.

 

Συνοψίζοντας

Από την Ιστορία της Χημείας

Η ανακάλυψη του οξυγόνου αποδίδεται τόσο στο Σουηδό Σέελε (Scheele), όσο και στο Βρετανό Πρίστλυ. Την ονομασία του ωστόσο την πήρε το οξυγόνο από το Γάλλο Λαβουαζιέ, που το μελέτησε συστηματικά:

Οξύ + γεννώ → οξυγόνο, αυτό που παράγει οξύ.

Καρλ Βίλεμ Σέελε
Τζόζεφ Πρίστλυ
Αντουάν Λαβουαζιέ
Καρλ Βίλεμ Σέελε
Τζόζεφ Πρίστλυ
Αντουάν Λαβουαζιέ

Στάση για εμπέδωση

1. Να αναφέρεις τις φυσικές ιδιότητες του οξυγόνου. (Στόχος 1ος)
2.
Να περιγράψεις το πείραμα παραγωγής και ανίχνευσης του οξυγόνου. (Στόχος 2ος)
3. Να συμπληρώσεις τις παρακάτω χημικές εξισώσεις: (Στόχος 3ος) C + O2 ……… S + ………  SO2 ……Μg + ……… ……ΜgO
4.

Να συμπληρώσεις τις προτάσεις στην επόμενη σελίδα: (Στόχος 3ος)

Το οξυγόνο αντιδρά με όλα σχεδόν τα στοιχεία. Οι αντιδράσεις αυτές ονομάζονται …………………………… Τις χημικές ενώσεις που σχηματίζονται τις ονομάζουμε ………………………………

Πολλές χημικές αντιδράσεις με οξυγόνο πραγματοποιούνται πολύ γρήγορα, είναι εξώθερμες και συνοδεύονται από φλόγα. Αυτές τις αντιδράσεις τις ονομάζουμε …………………………………

5. Να συμπληρώσεις τις παρακάτω προτάσεις: (Στόχος 4ος)

Οι περισσότεροι οργανισμοί προσλαμβάνουν οξυγόνο για να επιτελέσουν τη λειτουργία της ………………………………… Το οξυγόνο μεταφέρεται στα κύτταρα, όπου ………………………… τις ουσίες που προέρχονται από την τροφή. Το οξυγόνο παράγεται από τα φυτά με τη διαδικασία της ………………………… και ελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα.