I - CẤU TẠO PHÂN TỬ OXI
Nguyên tử oxi có cấu hình electron $1s^22s^22p^4$, lớp ngoài cùng có $2$ electron độc thân. Hai nguyên tử $O$ liên kết cộng hóa trị không cực, tạo thành phân tử $O_2$. Công thức cấu tạo của phân tử oxi có thể viết là: $O=O$
II - TÍNH CHẤT VẬT LÍ VÀ TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN CỦA OXI
1. Tính chất vật lí
Oxi là chất khí không màu, không mùi, nặng hơn không khí $[d=\frac{32}{29}\approx 1,1 ]$. Dưới áp suất khí quyển, oxi hóa hỏng ở nhiệt độ $-183^0C$.
Khí oxi ít tan trong nước [$100 ml$ nước ở $20^0C$ và $1atm$ hòa tan được $3,1 ml$ khí oxi. Độ tan $S=0,0043 g/100 g H_2O]$.
2. Trạng thái tự nhiên
Oxi trong không khí là sản phẩm của quá trình quang hợp. Cây xanh là nhà máy sản xuất cacbohiđrat và oxi từ cacbon đioxit và nước dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời. Nhờ sự quang hợp của cây xanh mà lượng khí oxi trong không khí hầu như không đổi:
III - TÍNH CHẤT HÓA HỌC CỦA OXI
Nguyên tố oxi có độ âm điện lớn $[3,44]$, chỉ đứng sau flo $[3,98]$. Khi tham gia phản ứng, nguyên tử $O$ dễ dàng nhận thêm $2e$. Do vậy, oxi là nguyên tố phi kim hoạt động, có tính oxi hóa mạnh. Trong các hợp chất [trừ hợp chất với flo và hợp chất peoxit], nguyên tố oxi có số oxi hóa là $-2$.
Oxi tác dụng với hầu hết các kim loại [trừ $Au, Pt...$] và phi kim [trừ halogen]. Oxi tác dụng với nhiều hợp chất vô cơ và hữu cơ.
Quá trình oxi hóa các chất đều tỏa nhiệt, phản ứng có thể xảy ra nhanh hay chậm khác nhau phụ thuộc vào các điều kiện: nhiệt độ, bản chất và trạng thái của chất.
Dưới đây là một số thí dụ minh họa cho tính oxi hóa của oxi.
1. Tác dụng với kim loại
$Na$ và $Mg$ cháy sáng chói trong khí oxi, tạo ra hợp chất ion là oxi.
$\begin{align}
& 4\overset{0}{\mathop{Na}}\,+\overset{0}{\mathop{{{O}_{2}}}}\,\xrightarrow{{{t}^{0}}}2\overset{+1}{\mathop{N{{a}_{2}}}}\,\overset{-2}{\mathop{O}}\, \\
& 2\overset{0}{\mathop{Mg}}\,+\overset{0}{\mathop{{{O}_{2}}}}\,\xrightarrow{{{t}^{0}}}2\overset{+2}{\mathop{Mg}}\,\overset{-2}{\mathop{O}}\, \\
\end{align}$
2. Tác dụng với phi kim
Nhiều phi kim cháy khí oxi tạo ra oxit, là những hợp chất liên kết cộng hóa trị có cực:
$\begin{align}
& 4\overset{0}{\mathop{P}}\,+5\overset{0}{\mathop{{{O}_{2}}}}\,\xrightarrow{{{t}^{0}}}2\overset{+5}{\mathop{{{P}_{2}}}}\,\overset{-2}{\mathop{{{O}_{5}}}}\, \\
& \overset{0}{\mathop{S}}\,+\overset{0}{\mathop{{{O}_{2}}}}\,\xrightarrow{{{t}^{0}}}4\overset{+4}{\mathop{S}}\,\overset{-2}{\mathop{{{O}_{2}}}}\, \\
& \overset{0}{\mathop{C}}\,+\overset{0}{\mathop{{{O}_{2}}}}\,\xrightarrow{{{t}^{0}}}\overset{+4}{\mathop{C}}\,\overset{-2}{\mathop{{{O}_{2}}}}\, \\
\end{align}$
3. Tác dụng với hợp chất
Ở nhiệt độ cao, nhiều hợp chất cháy trong khí oxi tạo ra oxit, là những hợp chất liên kết cộng hóa trị có cực.
$C_2H_5OH + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 3H_2O$
$2{{H}_{2}}\overset{-2}{\mathop{S}}\,+3\overset{0}{\mathop{{{O}_{2}}}}\,\to 2\overset{+4}{\mathop{S}}\,\overset{-2}{\mathop{{{O}_{2}}}}\,+2{{H}_{2}}\overset{-2}{\mathop{O}}\,$
IV - ỨNG DỤNG CỦA OXI
Oxi có vai trò quyết định đối với sự sống của con người và động vật. Mỗi người mỗi ngày cần từ $20-20 m^3$ không khí để thở.
Hàng năm, trên thế giới sản xuất hàng chục triệu tấn oxi để đáp ứng nhu cầu đời sống và sản xuất.
V - ĐIỀU CHẾ OXI
1. Trong phòng thí nghiệm
Trong phòng thí nghiệm, người ta điều chế oxi bằng phản ứng phân hủy những hợp chất chứa oxi, kém bền với nhiệt như $KMnO_4, KClO_3, H_2O_2...$
Thí dụ:
Đun nóng $KMnO_4$ hoặc $KClO_3$ với chất xúc tác là $MnO_2:$
$2KMnO_4 \rightarrow K_2MnO_4 + MnO_2 + O_2 \uparrow $
$2KClO_3 \xrightarrow{xúc tác: MnO_2} 2KCl + 3O_2 \uparrow $
Phân hủy hiđro peoxit $H_2O_2$ với chất xúc tác là $MnO_2:$
$2H_2O_2 \xrightarrow{xúc tác: MnO_2} 2H_2O + O_2 \uparrow $
2. Trong công nghiệp
a] Từ không khí
Nguyên tử oxi có cấu hình electron $1s^22s^22p^4$, lớp ngoài cùng có $2$ electron độc thân. Hai nguyên tử $O$ liên kết cộng hóa trị không cực, tạo thành phân tử $O_2$. Công thức cấu tạo của phân tử oxi có thể viết là: $O=O$
II - TÍNH CHẤT VẬT LÍ VÀ TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN CỦA OXI
1. Tính chất vật lí
Oxi là chất khí không màu, không mùi, nặng hơn không khí $[d=\frac{32}{29}\approx 1,1 ]$. Dưới áp suất khí quyển, oxi hóa hỏng ở nhiệt độ $-183^0C$.
Khí oxi ít tan trong nước [$100 ml$ nước ở $20^0C$ và $1atm$ hòa tan được $3,1 ml$ khí oxi. Độ tan $S=0,0043 g/100 g H_2O]$.
2. Trạng thái tự nhiên
Oxi trong không khí là sản phẩm của quá trình quang hợp. Cây xanh là nhà máy sản xuất cacbohiđrat và oxi từ cacbon đioxit và nước dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời. Nhờ sự quang hợp của cây xanh mà lượng khí oxi trong không khí hầu như không đổi:
$6CO_2 + 6H_2O \xrightarrow{ánh sáng} C_6H_{12}O_6 + 6O_2$
Nguyên tố oxi có độ âm điện lớn $[3,44]$, chỉ đứng sau flo $[3,98]$. Khi tham gia phản ứng, nguyên tử $O$ dễ dàng nhận thêm $2e$. Do vậy, oxi là nguyên tố phi kim hoạt động, có tính oxi hóa mạnh. Trong các hợp chất [trừ hợp chất với flo và hợp chất peoxit], nguyên tố oxi có số oxi hóa là $-2$.
Oxi tác dụng với hầu hết các kim loại [trừ $Au, Pt...$] và phi kim [trừ halogen]. Oxi tác dụng với nhiều hợp chất vô cơ và hữu cơ.
Quá trình oxi hóa các chất đều tỏa nhiệt, phản ứng có thể xảy ra nhanh hay chậm khác nhau phụ thuộc vào các điều kiện: nhiệt độ, bản chất và trạng thái của chất.
Dưới đây là một số thí dụ minh họa cho tính oxi hóa của oxi.
1. Tác dụng với kim loại
$Na$ và $Mg$ cháy sáng chói trong khí oxi, tạo ra hợp chất ion là oxi.
$\begin{align}
& 4\overset{0}{\mathop{Na}}\,+\overset{0}{\mathop{{{O}_{2}}}}\,\xrightarrow{{{t}^{0}}}2\overset{+1}{\mathop{N{{a}_{2}}}}\,\overset{-2}{\mathop{O}}\, \\
& 2\overset{0}{\mathop{Mg}}\,+\overset{0}{\mathop{{{O}_{2}}}}\,\xrightarrow{{{t}^{0}}}2\overset{+2}{\mathop{Mg}}\,\overset{-2}{\mathop{O}}\, \\
\end{align}$
2. Tác dụng với phi kim
Nhiều phi kim cháy khí oxi tạo ra oxit, là những hợp chất liên kết cộng hóa trị có cực:
$\begin{align}
& 4\overset{0}{\mathop{P}}\,+5\overset{0}{\mathop{{{O}_{2}}}}\,\xrightarrow{{{t}^{0}}}2\overset{+5}{\mathop{{{P}_{2}}}}\,\overset{-2}{\mathop{{{O}_{5}}}}\, \\
& \overset{0}{\mathop{S}}\,+\overset{0}{\mathop{{{O}_{2}}}}\,\xrightarrow{{{t}^{0}}}4\overset{+4}{\mathop{S}}\,\overset{-2}{\mathop{{{O}_{2}}}}\, \\
& \overset{0}{\mathop{C}}\,+\overset{0}{\mathop{{{O}_{2}}}}\,\xrightarrow{{{t}^{0}}}\overset{+4}{\mathop{C}}\,\overset{-2}{\mathop{{{O}_{2}}}}\, \\
\end{align}$
3. Tác dụng với hợp chất
Ở nhiệt độ cao, nhiều hợp chất cháy trong khí oxi tạo ra oxit, là những hợp chất liên kết cộng hóa trị có cực.
$C_2H_5OH + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 3H_2O$
$2{{H}_{2}}\overset{-2}{\mathop{S}}\,+3\overset{0}{\mathop{{{O}_{2}}}}\,\to 2\overset{+4}{\mathop{S}}\,\overset{-2}{\mathop{{{O}_{2}}}}\,+2{{H}_{2}}\overset{-2}{\mathop{O}}\,$
IV - ỨNG DỤNG CỦA OXI
Oxi có vai trò quyết định đối với sự sống của con người và động vật. Mỗi người mỗi ngày cần từ $20-20 m^3$ không khí để thở.
Hàng năm, trên thế giới sản xuất hàng chục triệu tấn oxi để đáp ứng nhu cầu đời sống và sản xuất.
1. Trong phòng thí nghiệm
Trong phòng thí nghiệm, người ta điều chế oxi bằng phản ứng phân hủy những hợp chất chứa oxi, kém bền với nhiệt như $KMnO_4, KClO_3, H_2O_2...$
Thí dụ:
Đun nóng $KMnO_4$ hoặc $KClO_3$ với chất xúc tác là $MnO_2:$
$2KMnO_4 \rightarrow K_2MnO_4 + MnO_2 + O_2 \uparrow $
$2KClO_3 \xrightarrow{xúc tác: MnO_2} 2KCl + 3O_2 \uparrow $
Phân hủy hiđro peoxit $H_2O_2$ với chất xúc tác là $MnO_2:$
$2H_2O_2 \xrightarrow{xúc tác: MnO_2} 2H_2O + O_2 \uparrow $
2. Trong công nghiệp
a] Từ không khí
Không khí sau khi đã loại bỏ $CO_2$, bụi và hơi nước, được hóa lỏng. Chưng cất phân đoạn không khí lỏng, thu được khí oxi ở $-183^0C$. Khí oxi được vận chuyển trong những bình thép có dung tích $100 lít$ dưới áp suất $150 atm$ [xem sơ đồ sản xuất oxi từ không khí].
Điện phân nước [nước có hòa tan chất điện li, như $H_2SO_4$ hoặc $NaOH$ để tăng tính dẫn điện của nước ] người ta thu được khí oxi ở cực dương [anot] và khí hiđro ở cực âm [catot]:
$2H_2O \xrightarrow{điện phân} 2H_2+O_2 $