Kisik in ozon

Avtor: Matej Šajt, 3. F

KAZALO VSEBINE

1)LASTNOSTI IN NAHAJALIŠČA KISIKA: 5

2)PRIDOBIVANJE KISIKA: 6

a)V naravi kisik nastaja pri fotosintezi in sicer zelene rastline pretvorijo ogljikov dioksid in vodo pod vplivom sončne svetlobe v ogljikove hidrate (sladkorji) in kisik. 6

b)V laboratorijih pa pridobivajo kisik v manjših količinah s segrevanjem različnih soli, ki pri višji temperaturi kisik oddajo. Na primer kalijev klorat (V) – KClO3. KClO3 razpade v kalijev klorid in kisik pri temperaturi 450° C. 6

c)Iz zraka pridobivamo kisik s FRAKCIONIRANO DESTILACIJO (ločevanje snovi na podlagi podobnih vrelišč) tekočega zraka. 6

3)UPORABA KISIKA: 7

4)REAKCIJE IN SPAJANJE S KISIKOM: 7

5)OZON: 8

6)NAHAJALIŠČE OZONA: 9

7)UPORABA OZONA: 9

KAZALO SLIK

Slika 1: Kisik - O2 5

Slika 2: Periodni sistem 5

Slika 3: Naprava za elektrolizo 6

Slika 4: Rja 7

Slika 5: Molekula H20 oziroma vode 8

Slika 6: Kisik - O2 lika 7: Ozon - O3 8

Slika 8: Ozonska luknja 9

STVARNO KAZALO

ALOTROPIJA 8

ANIODI 6

ELEKTROLIZO 6

ENODTERMNI REAKCIJI 8

Fe2O3 ali rja 7

FRAKCIONIRANO DESTILACIJO 6

H2O 7

MESTNI OZON 10

OKSIDACIJA 7

OKSIDE 7

OXYGEN 5

OZONATORJI 9

OZONSKA LUKNJA 9

PEROKSIDI 7

trikisik 8

KISIK IN OZON

( O2 ) ( O3 )

1. 
   LASTNOSTI IN NAHAJALIŠČA KISIKA:
   

Elementi kisik, žveplo, selen in telur so nekovine. Vsi, razen kisika, so pri sobni temperaturi v

trdnem agregatnem stanju. Torej kisik je plin, brez barve, vonja in okusa. V vodi je nekoliko topljiv, kar je pomembno za obstoj podvodnega rastlinstva in živalstva. Kisik pa je lahko tudi utekočinjen in takrat je modrikaste barve, pri trdnem stanju pa je temno moder. Tališče kisika je -219°C, vrelišče pa -183°C. Kisik oziroma OXYGEN je vsekakor najbolj znan element na Zemlji. Kisik in žveplo najdemo v naravi tudi v elementarni obliki. Kisik se pojavlja v zraku, vodi in v obliki raznih mineralov in rud. Kisik je bil odkrit leta 1774 pri razkroju rdečega prahu – živosrebrovega oksida.

2 HgO  2 Hg + O₂


Slika 1: Kisik - O₂
Kot lahko ugotovimo iz periodnega sistema je njegov simbol O. Ime je dobil, ko je Lavoisier ugotovil, da je kisik najvažnejši del kislin in ga poimenoval oxigenium (grško oxis - kislina, gennan - tvoriti,roditi). Njegovo masno število je 15,9994, vrstno pa 8. Leži v 2. periodi in v VI. skupini. S to informacijo lahko torej ugotovimo, da ima kisik 6 valenčnih elektronov. Je najbolj reaktiven element VI. skupine in tudi reakcije z kisikom so najbolj eksotermne reakcije – energija se sprošča.


Slika 2: Periodni sistem

2. 
   PRIDOBIVANJE KISIKA:
   

1. 
   V naravi kisik nastaja pri fotosintezi in sicer zelene rastline pretvorijo ogljikov dioksid in vodo pod vplivom sončne svetlobe v ogljikove hidrate (sladkorji) in kisik.
   
2. 
   V laboratorijih pa pridobivajo kisik v manjših količinah s segrevanjem različnih soli, ki pri višji temperaturi kisik oddajo. Na primer kalijev klorat (V) – KClO₃. KClO₃ razpade v kalijev klorid in kisik pri temperaturi 450° C.
   

2 KClO_3(l)  2 KCl_{(l) +} 3 0_2(g)

1. 
   Iz zraka pridobivamo kisik s FRAKCIONIRANO DESTILACIJO (ločevanje snovi na podlagi podobnih vrelišč) tekočega zraka.
   

1. 
   Iz tekočega zraka nato najprej izhaja dušik, ki ima nižje vrelišče. Preostane nato samo mešanice kisika in dušika, v kateri je dušika le še malo. Večinoma uporabljamo kar to mešanico za kisik. Za pridobivanje bolj čistega kisika pa destilirajo še mešanico kisika in dušika
   

2. 
   Iz vode lahko dobimo zelo čist zrak z ELEKTROLIZO kot stranski produkt pri pridobivanju vodika. Kisik se izloči na ANIODI.
   

Slika 3: Naprava za elektrolizo

3. 
   UPORABA KISIKA:
   

Znano je, da je kisik nujen za dihanje. Hemoglobin veže kisik iz zraka in ga kri raznaša po telesu do vsake celice.

Kisik je najpomembnejši oksidant v industriji. Tako na primer oksidira nečistoče, kot so ogljik, fosfor in žveplo iz železa pri pridobivanju jekla.

Pri gorenju etina v kisiku dobimo dovolj visoko temperature za taljenje kovin in ta postopek imenujemo avtogeno varjenje.

2 C₂H₂ + 5 O₂ 4 CO₂ + 2 H₂O
Uporabljamo ga za varjenje in rezanje kovin, za dihalne aparate, za pogon raket, za mnoge procese v kemijski tehnologiji.
V kemijski industriji se uporablja za oksidacijo amoniaka za pridobivanje dušikove(V) kisline, za sintezo vodikovega peroksida, za oksidacijo žveplovega dioksida v žveplov trioksid ali v žveplovo (VI) kislino.

4. 
   REAKCIJE IN SPAJANJE S KISIKOM:
   

Spajanje s kisikom je bistveni del procesa dihanja, gnitja, trohnjenja in korozije. Te reakcije s skupnim imenom imenujemo OKSIDACIJA.

Kisik _, zaradi svoje elektronegativnosti, reagira skoraj z vsemi elementi (razen z nekaterimi žlahtnimi plini) in pri tem tvori t.i. OKSIDE. Torej, kot sem rekel, so reakcije s kisikom eksotermne (energija se sprošča) in pravimo, da snovi (elementi in spojine) v kisiku gorijo. Vidimo torej da je kisik za gorenje nujno potreben.

Večina kovin s kisikom tvori ionske okside, a pri reakcijah nekaterih kovin nastanejo PEROKSIDI. Primer, ko se vežeta natrij in kisik: 2 Na_(s) + O_2(g)  Na₂O_2(s)

Kisik pa tvori tudi nekatere pomembne spojine in sicer z ogljikom, dušikom in kovinami. Z ogljikom tvori pomembne organske spojine, kot so ogljikov dioksid (CO₂), alkoholi (R-OH), aldehidi (R-CHO), ketoni (R-CO-R), etri (R-O-R), estri (R-COO-R) in karboksilne kisline (R-COOH). Z dušikom tvori mnoge dušikove okside, na primer (N_xO_y). Prav tako s kovinami tvori železove okside, med katere spada tudi Fe₂O₃ ali rja.


Slika 4: Rja

Vendar pa je najpomembnejša spojina, ki jo tvori kisik H₂O oziroma VODA, to pa zato, ker brez kisika in vode ne bi bilo življenja na Zemlji.

Slika 5: Molekula H₂0 oziroma vode

5. 
   OZON:
   

Kisik pa ima tudi lastnost, da lahko nastopi v več fizikalno različnih oblikah in sicer poleg dvoatomnih molekul (O₂) najdemo še kisik v obliki troatomnih molekul, bolj poznano pod imenom ozon (O₃). To lastnost imenujemo ALOTROPIJA, ki smo jo spoznali že lani, ko smo omenjali alotropijo ogljika (diamant, grafit).

Slika 6: Kisik - O₂ lika 7: Ozon - O₃

Torej ozon je modifikacija kisika, sestavljena iz treh molekul kisika, zato ga imenujemo tudi trikisik . Svetlo moder plin z močnim, značilno "električnim" vonjem, ki je nestabilen in pri segrevanju eksplodira. Je tudi težji od kisika

Ozon nastaja po ENODTERMNI REAKCIJI iz kisika. Endotermne reakcije porabljajo energijo. Snovi, ki pri teh reakcijah nastanejo, so neobstojne. Ozon nastaja po naslednji endotermni reakciji:

3 O₂  2 O₃

Ozon nastaja v naravi na dva načina; en način je nastanek ozona pod vplivom ultravijoličnih žarkov na kisik, drugi način pa je nastanek ozona pri atmosferskih razelektritvah – strelah, lahko pa tudi z OZONATORJI. To so priprave, s katerimi dobimo iz kisika ozon z električnim razelektrenjem skozi zrak.

Ozon nastane, ko se na navadno dvoatomno molekulo kisika veze še en atom kisika. Nastanek ozona se potemtakem deli glede na način nastanka tega prostega atoma kisika.

6. 
   NAHAJALIŠČE OZONA:
   

Prisotnost ozona v zraku je merilo za čistost zraka, ker se ozon porablja za oksidacijo bakterij in prašnih snovi.

Na skrajnem robu naše atmosfere se je pod vplivom ultravijoličnega sevanja ustvarila tanka plast ozona, ki obenem tudi služi kot ultravijolični filter in je življenjskega pomena za življenje na Zemlji. Ta plast se nahaja nekje na višini 40 km in je zelo tanka. Raziskave so pokazale, da se plast tanjša kot posledica človekove uporabe CFC-jev (klorofluoroogljikov - freonov).

7. 
   UPORABA OZONA:
   

Freoni so industrijsko uporabljane spojine. Uporablja se jih v hladilni tehniki, klimatskih napravah, čistilnih topilih, embalažnih materialih in kot potisni plin v aerosolnih sprejih.

Klor kot kemijiski ostanek pri razpadu CFC-ja reagira z ozonom na katalitičen nacin. Tako lahko ena sama molekula klora uniči več tisoč molekul ozona. Potek reakcije: klor reagira z ozonom tako, da mu odvzame en atom kisika. Tako nastane klorov monoksid, ki s prostimi atomi kisika ponovno reagira in odda kisik in tako ponovno nastane klorova molekula, ki ponovno reagira z ozonom... – verižna reakcija
Posledica naslednjih reakcij je OZONSKA LUKNJA skozi katero nemoteno prehajajo škodljivi ultravijolični žarki.

Ozonska luknja je najbolj razširjena nad severnim in južnim tečajem. Njena velikost se spreminja glede na letne čase in vremenske pogoje.

Nevarno ultravijolično sevanje, ki ga prepušča ozonska plast lahko povzroča raka, zmanjšuje imunsko odpornost organizma itd. Ima tudi velik vpliv na oči - poškoduje očesno mrenico...

Vpliva pa tudi na rastline in živali. Zato so se “vse” dežele sveta zavezale, da bodo zmanjšale uporabo CFC-jev in jo tudi dokončno ukinile.

Znanstveniki NASE napovedujejo, da se bo ozonska luknja začela krčiti nekje v dvajsetih letih naslednjega stoletja in se no dokončno skrčila nekje v petdesetih letih naslednjega stoletja.


Slika 8: Ozonska luknja

Poznamo tudi tako imenovani MESTNI OZON, ki nastaja v mestih, kot posledica smoga in ultravijolične svetlobe. Kot je stratosferski ozon uporaben za našo zaščito je ta mestni ozon zelo škodljiv.

Ozon pa uporabljamo tudi v koristne namene in sicer za dezinfekcijo zraka in in ozoniranje vode (namesto kloriranja).
Torej za na konec pa si še poglejmo in ponovimo glavne značilnosti ozona ter kisika.

		KISIK – O2	OZON – O3
MODEL MOLEKULE
MOLSKA MASA [ g/mol ]		32	48
BARVA:	Plinasto stanje	brezbarven	moder
	Tekoče stanje	temno moder	temno vijoličasto-moder
TALIŠČE / °C		-219	-192
VRELIŠČE / °C		-183	-110
TOPNOST V VODI PRI 0°C		0,049 L	0,494 L
KEMJISKE LASTNOSTI		OKSIDANT	MOČNEJŠI OKSIDANT KOT O2

VIRI IN LITERATURA

1. Leksikon Cankarjeve založbe – KEMIJA

2. Kemija za gimnazije 2; Nataša Bukovec, Darko Dolenc, Boris Šket

3. www.wikipedija.org – 27.9.2007

4. www.kemija.org – 28.9.2007