Rieth József: Anyagvilág - Háttérismeret

Oxigén

TartalomjegyzékhezVilágképem <  Anyag-időszak     

Az oxigén (régies nevén éleny vagy savító) az oxigéncsoport elemei közé tartozik a kénnel, a szelénnel, és a tellúrral együtt. A rendszáma 8, a vegyjele O. Vegyértékelektron-szerkezete 2s²2p4. Az oxigén a Föld leggyakoribb eleme, hiszen a földkéreg tömegének majdnem felét oxigén teszi ki (természetesen kötött állapotban), de az oxigén a világegyetem gyakoribb elemei közé is tartozik, hiszen az ötödik leggyakoribb elem. A légkör jelentős része oxigéngáz (O2), de ózon (O3) formában is megtalálható (igaz ez a molekulaszerkezet sokkal instabilabb, az ózon az oxigéngáz allotróp módosulata).

Általános

Név, vegyjel, rendszám                             oxigén, O, 8

Elemi sorozat                                          nemfémek

Csoport, periódus, mező                          16, 2, p

Megjelenés                                             színtelen

Atomtömeg                                             15,9994(3) g/mol

Elektronszerkezet                                   [He] 2s2 2p4

Elektronok héjanként                               2, 6

Fizikai tulajdonságok

Halmazállapot                                         gáz

Sűrűség (0 °C, 101,325 kPa)                    1,429 g/L

Olvadáspont                                            54,36 K (-218,79 °C, -361,82 °F)

Forráspont                                              90,20 K (-182,95 °C, -297,31 °F)

Olvadáshő (O2)                                       0,444 kJ/mol

Párolgáshő (O2)                                      6,82 kJ/mol

Moláris hőkapacitás (25 °C) (O2)              29,378 J/(mol·K)

Gőznyomás P/Pa                                   1 k           10 k            100 k

                  T/K                                      61            73               90

Atomi tulajdonságok

Kristályszerkezet                                   köbös

Oxidációs állapotok                                −2, −1 (semleges oxid)

Elektronegativitás                                   3,44 (Pauling-skála)

Ionizációs energia                                  1.: 1313,9 kJ/mol

                                                            2.: 3388,3 kJ/mol

                                                            3.: 5300,5 kJ/mol

Atomsugár                                            60 pm

Atomsugár (számított)                           48 pm

Kovalens sugár                                     73 pm

Van der Waals-sugár                            152 pm

Egyebek

Mágnesség                                           paramágneses

Hővezetési tényező (300 K)                    26,58 mW/(m·K)

Hangsebesség (gáz, 27 °C)                    330 m/s

CAS-szám                                            7782-44-7

Fontosabb izotópok

Izotóp             t.e.                   felezési idő B.m. B.e. (MeV) B.t.

 

16O               99,762%           O stabil 8 neutronnal

17O               0,038%             O stabil 9 neutronnal

18O               0,2%                O stabil 10 neutronnal

Fizikai tulajdonságai

Az oxigéngáz színtelen, szagtalan, íztelen, kétatomos molekulákból álló anyag. Folyékony és szilárd halmazállapotban kék színű. Molekularácsban kristályosodik. Molekulája apoláris, benne kettős kötés található. Apoláris tulajdonsága miatt vízben rosszul, bár a nitrogénnél jobban oldódik (100 cm³ víz 20 °C-on 4,14 mg O2-t old). A vízben oldott oxigénnek jelentős élettani hatása van, csakúgy mint a légkörinek. Apoláris oldószerekben jól oldódik, ezért (is) okoz komoly problémát, ha olaj kerül a víz felszínére (az olaj filmréteget képezve elzárja az oxigént a víztől, így az képtelen abban oldódni, továbbá a már oldott oxigén „átvándorol” az olajba, ezzel csökkentve a vízben az oxigén mennyiségét).Az oxigén negatív iont képez, ionvegyértéke -2.

Kémiai tulajdonságai

Az oxigén szobahőmérsékleten nem túl reakcióképes, ennek oka a kettős kötésben keresendő. Magas hőmérsékleten az elemekkel exoterm reakcióban egyesül (égés). Erős oxidálószer (innen a folyamat neve), különösen az egyatomos oxigén, mely annyira reagens, hogy a természetben csak nagyon rövid ideig létezik (jelölése 'O').

Élettani szerep

Az oxigén nélkülözhetetlen az élethez (a biológiai oxidáció folyamatához). Az ózon fertőtlenítő hatású. A légkör felső rétegeiben ózonréteget képezve véd az UV-sugaraktól, a földfelszín közelében lévő ózon azonban mérgező.

Előfordulása, előállítása

A földkéreg súlyának fele oxigén, mind kötött, mind szabad állapotban előfordul. A földi élet elengedhetetlen feltétele, az atmoszféra 21% oxigént tartalmaz. Mennyisége a fotoszintézissel növekszik, a biológiai oxidációval csökken. Jelenléte biztosítja a földi életet, jelenléte következtében a légkörünk oxidáló légkör. 99%-ban a folyékony levegő frakcionált desztillációjával és 1%-ban a víz elektrolitikus bontásával állítják elő.

Az ózon a légkör felső rétegeiben keletkezik elektromos szikra és rövidhullámú sugárzás hatására. Az ózon elnyeli a káros ultraibolya (UV) sugarakat, a légkör magasabb rétegeiben ózonréteget alkot, mely napjainkban sajnos némely helyeken meglehetősen elvékonyodott (átlagos vastagsága 8 km).

Izotópjai

Az izotóp
jele
Z(p) N(n)  
Az izotóp tömege (u)
 
felezési idő magspin jellemző
izotóp-
összetétel
(móltört)
természetes
ingadozás
(móltört)
gerjesztési energia
12O 8 4 12,034405(20) 580(30)·10‒24 s [0,40(25) MeV] 0+    
13O 8 5 13,024812(10) 8,58(5) ms (3/2‒)    
14O 8 6 14,00859625(12) 70,598(18) s 0+    
15O 8 7 15,0030656(5) 122,24(16) s 1/2‒    
16O 8 8 15,99491461956(16) STABIL 0+ 0,99757(16) 0,99738–0,99776
17O 8 9 16,99913170(12) STABIL 5/2+ 0,00038(1) 0,00037–0,00040
18O 8 10 17,9991610(7) STABIL 0+ 0,00205(14) 0,00188–0,00222
19O 8 11 19,003580(3) 26,464(9) s 5/2+    
20O 8 12 20,0040767(12) 13,51(5) s 0+    
21O 8 13 21,008656(13) 3,42(10) s (1/2,3/2,5/2)+    
22O 8 14 22,00997(6) 2,25(15) s 0+    
23O 8 15 23,01569(13) 82(37) ms 1/2+#    
24O 8 16 24,02047(25) 65(5) ms 0+    
25O 8 17 25,02946(28)# <50 ns (3/2+)#    
26O 8 18 26,03834(28)# <40 ns 0+    
27O 8 19 27,04826(54)# <260 ns 3/2+#    
28O 8 20 28,05781(64)# <100 ns 0+

Megjegyzések:

Az izotópok gyakoriságát, valamint az atomtömeg pontosságát az egyes előfordulások közötti eltérések korlátozzák. A megadott tartomány lefedi a Földön előforduló összes szokványos anyagot.

A # jelölésű értékek nem kizárólag kísérleti adatokból származnak, ezeknél rendszeres tendenciákat is figyelembe vettek. A gyenge asszignációs argumentumú spineket zárójelben jelöltük.

A bizonytalanságokat rövid formában – a megfelelő utolsó számjegy után zárójelben – adjuk meg. A bizonytalanság értéke egy standard deviációnak felel meg, leszámítva a IUPAC által megadott izotóp-összetételt és standard atomtömeget, melyeknél kiterjesztett bizonytalanságot használunk.

Stabil izotópok

A természetben előforduló oxigén három stabil izotópból áll, ezek az 16O, 17O és 18O. Közülük a 16O a leggyakoribb (természetes előfordulás: 99,762%). Az ismert oxigénizotópok tömegszáma 12–28.

Egy nagyobb csillag élete vége felé az 16O az O-héjban,

az 17O a H-héjban és az 18O a He-héjban koncentrálódik.

A 16O relatív és abszolút értelemben vett gyakori előfordulásának oka az, hogy a csillagfejlődés fő terméke és elsődleges (primer) izotóp. Ez azt jelenti, hogy a kezdetben kizárólag hidrogénből álló csillagokban is keletkezik. A 16O legnagyobb része a csillagok hélium fúziós folyamatának végén szintetizálódik, a három-alfa folyamat során 12C jön létre, mely egy további 4He befogásával 16O-vá alakul. A neon-égető folyamat további 16O-ot termel.

Mind a 17O és az 18O másodlagos izotópok, azaz keletkezésükhöz megfelelő kiindulási mag szükséges. 17O elsősorban a hidrogén héliummá történő égése során keletkezik a CNO-ciklusban, emiatt megtalálható a csillagok hidrogént égető zónájában. Az 18O legnagyobb része akkor keletkezik, amikor (a CNO-ciklusban felgyűlő) 14N egy 4He magot fog be, emiatt a 18O a csillagok héliumban gazdag zónájában fordul elő. Ahhoz, hogy két oxigén mag fúziós reakciójával kén keletkezhessen, mintegy egymilliárd Celsius-fok szükséges.

Radioizotópok

14 radioizotópot jellemeztek, melyek közül a legstabilabb az 15O (felezési ideje 122,24 másodperc) és az 14O (felezési ideje 70,606 másodperc). A többi radioaktív izotóp felezési ideje kevesebb mint 27 másodperc, többségüké 83 ezredmásodpercnél is kevesebb. A stabil izotópokénál kisebb atomtömeg esetén a leggyakoribb bomlási mód az elektronbefogás, míg a nehezebb izotópok leggyakrabban béta-bomlók. Előbbiek bomlásterméke a 7. elem (nitrogén) izotópja, míg a nehezebb oxigénizotópok fluorrá bomlanak.

Az atomi tömegegység 12C-n alapuló definícióját megelőzően az oxigén atomtömegét 16-nak vették. Mivel a fizikusok a tiszta 16O-ot vették alapul, a kémikusok viszont az oxigén természetben előforduló izotópkeverékét tekintették alapnak, ennek eredménye két, kissé eltérő atomtömeg skála lett.

Az oxigén izotópösszetétele a földi légkörben 99,759% 16O, 0,037% 17O és 0,204% 18O. Mivel a könnyebb izotópot tartalmazó vízmolekulák valamivel könnyebben párolognak el és hullanak le csapadékként, az édesvíz és a sarki jégsapkák 18O tartalma egy kicsit kevesebb (0,1981%), mint a levegőé (0,204%) vagy a tengervízé (0,1995%). Emiatt ennek az aránynak a nyomon követését a tudósok a múlt klímaváltozásainak megállapítására használják (lásd a tudományos alkalmazásokról szóló részt).

TartalomjegyzékhezVilágképem <  Anyag-időszak     

----------------------

http://hu.wikipedia.org/wiki/Oxig%C3%A9n

http://hu.wikipedia.org/wiki/Az_oxig%C3%A9n_izot%C3%B3pjai