MOLEKYYLIHAPPI: RAKENNE, OMINAISUUDET, KÄYTTÖ - KEMIA - 2025

Molekulaarinen happi tai dihappea, jota kutsutaan myös kaksiatomiseksi happea tai kaasua, on yleisin alkeis tapa on tämä elementti maapallolla. Sen kaava on O ₂, on siis kaksiatomisen ja Homonukleaariset molekyyli, täysin pooliton.

Hengittämämme ilma koostuu noin 21% happea O ₂ -molekyyleinä. Noustessamme happikaasupitoisuudet vähenevät ja otsonin, O _3: n läsnäolo _kasvaa. Kehomme hyödyntää O _2: ta hapettumiseen kudoksistaan ​​ja suorittaakseen hengitystä soluissa.

Ilman happea rikastuvaa ilmapiiriämme elämä olisi kestämätön ilmiö. Lähde: Pixabay.

O ₂ on vastuussa myös tulipalon olemassaolosta: ilman sitä olisi lähes mahdotonta paloa ja palamista. Tämä johtuu siitä, että sen tärkein ominaisuus on se, että on voimakas hapettava aine, saada elektronit tai vähentää itse vesimolekyyli, tai oksidi anioneja, O ².

Molekyylihappi on välttämätön lukemattomille aerobisille prosesseille, sillä niitä voidaan käyttää metallurgiassa, lääketieteessä ja jätevesien käsittelyssä. Tämä kaasu on käytännössä synonyymi lämmölle, hengitykselle, hapettumiselle ja toisaalta jäätymislämpötiloille, kun se on nestemäisessä tilassa.

Molekyylin hapen rakenne

Kaasumaisen hapen molekyylirakenne. Lähde: Benjah-bmm27 Wikipedian kautta.

Yläkuvassa on kaasumaisen hapen molekyylirakenne, joka on esitetty eri malleilla. Kaksi viimeistä kuvaa kovalenttisen sidoksen ominaisuuksia, jotka pitävät happiatomeja yhdessä: kaksoissidoksen O = O, jossa kukin happiatomi täydentää valenssioktiaan.

O ₂ -molekyyli on lineaarinen, Homonukleaariset, ja symmetrinen. Sen kaksoissidoksen pituus on 121 pm. Tämä pieni etäisyys tarkoittaa, että O = O-sidoksen hajottamiseksi tarvitaan huomattavaa energiaa (498 kJ / mol), ja siksi se on suhteellisen vakaa molekyyli.

Jos ei, ilmakehän happi olisi hajonnut ajan myötä kokonaan tai ilma syttyisi tuleen tyhjästä.

ominaisuudet

Fyysinen ulkonäkö

Molekyylihappi on väritön, mauton ja hajuton kaasu, mutta kun se tiivistyy ja kiteytyy, se saa sinertäviä sävyjä.

Moolimassa

32 g / mol (pyöristetty arvo)

Sulamispiste

-218 ºC

Kiehumispiste

-183

Liukoisuus

Molekyylihappi liukenee huonosti veteen, mutta riittää tukemaan merieläimiä. Jos liukoisuus olisi korkeampi, kuolla on vähemmän todennäköistä hukkumisesta. Toisaalta sen liukoisuus on paljon korkeampi ei-polaarisissa öljyissä ja nesteissä, koska ne pystyvät hapettamaan niitä hitaasti ja siten vaikuttamaan niiden alkuperäisiin ominaisuuksiin.

Energiatilat

Molekyylihappi on aine, jota ei voida täysin kuvata valenssisidoksen teorialla (VTE).

Hapen elektroninen konfiguraatio on seuraava:

2s² 2p⁴

Siinä on yksi pari paritonta elektronia (O:). Kun kaksi happiatomia kohtaavat, ne sitoutuvat muodostaen O = O-kaksoissidoksen, molemmat täydentäen valenssin oktettia.

Siksi O ₂ molekyyli olisi diamagneettisten kaikkine elektronit pariksi. Se on kuitenkin paramagneettinen molekyyli, ja se selitetään sen molekyylikiertoraalien kaaviolla:

Happikaasun molekyylikiertokaavio. Lähde: Anthony.Sebastian / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Siten molekyyliorbitaaliteoria (TOM) parhaiten kuvaa O ₂. Kaksi paritonta elektronia sijaitsevat korkeamman energian π ^* -molekyylin kärjessä ja antavat happea varten paramagneettisen luonteensa.

Itse asiassa tämä energinen tila vastaa kolminkertaista happea, ³ O ₂, hallitsevinta kaikista. Toinen hapen energiatila, vähemmän runsas maan päällä, on singletti, ¹ O ₂.

muunnokset

Molekyylihappi on huomattavasti vakaa, kunhan se ei ole kosketuksissa minkään hapettumiselle alttiiden aineiden kanssa, paljon vähemmän, jos lähistöllä ei ole voimakkaan lämmön lähteitä, kuten kipinää. Tämä johtuu siitä, että 02: _lla on suuri taipumus pelkistää itsensä, saada elektronia muista atomeista tai molekyyleistä.

Pienennettynä se pystyy luomaan laajan kirjo linkkejä ja muotoja. Jos se muodostaa kovalenttisia sidoksia, se tekee niin atomien kanssa, jotka ovat vähemmän sähköä negatiivisia kuin itse, vety mukaan luettuna, jotta syntyy vettä, HOH. Se voi myös maailmankaikkeuden hiiltä saada aikaan CO-sidoksia ja erityyppisiä hapetettuja orgaanisia molekyylejä (eetterit, ketonit, aldehydit jne.).

O ₂ voi myös saada elektroneja muuntua peroksidia ja superoksidianionien, O ₂ ² ja O ₂ ^-, vastaavasti. Kun se muuttuu kehossa peroksidiksi, saadaan vetyperoksidia, H ₂ O ₂, HOOH, haitallista yhdistettä, joka prosessoidaan tiettyjen entsyymien (peroksidaasit ja katalaasid) vaikutuksella.

Toisaalta, ja ei vähemmän tärkeätä, O ₂ reagoi epäorgaanisten aineiden kanssa, jolloin siitä tulee oksidianioni, O ^2-, muodostaen loputtoman listan mineralogisista massoista, jotka sakeuttavat maankuorta ja vaippaa.

Sovellukset

Hitsaus ja palaminen

Happia käytetään asetyleenin polttamiseen ja erittäin kuumaan liekkiin, joka on arvokasta hitsauksessa. Lähde: Sheila / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)

Happia käytetään suorittamaan palamisreaktio, jonka avulla aine hapetetaan eksotermisesti, jolloin päästää tulipaloa. Tämä tuli ja sen lämpötila vaihtelevat palavan aineen mukaan. Siksi voidaan saada erittäin kuumia liekkejä, kuten asetyleeni (yllä), joilla metalleja ja seoksia hitsataan.

Ellei happea, polttoaineet eivät voineet polttaa ja tarjota kaikkia kalorienergiaaan, jota käytettiin rakettien laukaisussa tai autojen käynnistämisessä.

Hapettava aine vihreässä kemiassa

Tämän kaasun ansiosta syntetisoidaan tai tuotetaan lukemattomia orgaanisia ja epäorgaanisia oksideja. Nämä reaktiot perustuvat molekyylin hapen hapetusvoimaan, koska ne ovat myös yksi elinkykyisimmistä reagensseista vihreässä kemiassa farmaseuttisten tuotteiden saamiseksi.

Autettu hengitys ja jäteveden käsittely

Happi on elintärkeä, jotta voidaan vastata hengitystarpeeseen potilailla, joilla on vakava terveystila, sukeltajilla laskeutuessa matalaan syvyyteen ja vuorikiipeilijöihin, joiden korkeudessa happipitoisuus on vähentynyt dramaattisesti.

Lisäksi happi "ruokkii" aerobisia bakteereja, jotka auttavat hajottamaan jätevesien saastuttavat jäämät tai auttavat kaloja hengittämään vesiviljelmissä suojelua tai kauppaa varten.

Viitteet

1. Shiver ja Atkins. (2008). Epäorgaaninen kemia. (neljäs painos). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2020). Hapen allotropsit. Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org
3. Hone, CA, Kappe, CO (2019). Molekulaarisen hapen käyttö nestefaasi-aerobisissa hapettimissa jatkuvassa virtauksessa. Top Curr Chem (Z) 377, 2. doi.org/10.1007/s41061-018-0226-z
4. Kevin Beck. (28. tammikuuta 2020). 10 käyttöä happea varten. Palautettu osoitteesta: sciencing.com
5. Cliffsnotes. (2020). Biokemia I: Molekyylihapen kemia. Palautettu osoitteesta: cliffsnotes.com
6. GZ: n teollisuustarvikkeet. (2020). Happikaasun teolliset edut. Palautettu osoitteesta: gz-supplies.com