Przeczytaj

bg‑azure

Jakie są charakterystyczne cechy tlenu?

Tlen jest pierwiastkiem położonym w drugim okresie i $16 .$ grupie układu okresowego pierwiastków. Elektroujemność tlenu w skali Paulinga wynosi $3,4$ .

Ćwiczenie 1

Przedstaw pełną powłokową konfigurację elektronową, pełną podpowłokową konfigurację elektronową oraz konfigurację podpowłokową w zapisie skróconym (zaw. rdzeń gazu szlachetnego) dla atomu tlenu w stanie podstawowym.

Następnie zapisz pełną powłokową konfigurację elektronową oraz pełną podpowłokową konfigurację elektronową dla anionu tlenkowego $O^{2 -}$ .

R1OroMrE3gR8j

RgbeFS76oNor6

$[_{8} O] : K^{2} L^{6}$

$[_{8} O] : 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{4}$

$[_{8} O] : [He] 2 s^{2} 2 p^{4}$

$[_{8} O^{2 -}] : K^{2} L^{8}$

$[_{8} O^{2 -}] : 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6}$

Tlen jest atomem o dużej elektroujemności – przewyższa jego wartość jedynie elektroujemność fluoru, dlatego będzie on dążył do przechwycenia dwóch elektronów i utworzenia jonu $O^{2 -}$ , który ma trwałą i stabilną konfigurację atomu helowca – neonu.

Tlen tworzy tlenkitlenkitlenki z większością pierwiastków oraz wchodzi w reakcje z wieloma związkami. Przyjmuje w nich najczęściej stopień utlenienia $- II$ . Natomiast w związkach z fluorem – fluorkach – tlen występuje na stopniu utlenienia $+ I$ we fluorku tlenu( $I$ ) $O_{2} F_{2}$ i $+ II$ we fluorku tlenu( $II$ ) ${OF}_{2}$ .

Z większością pierwiastków reaguje bezpośrednio. Gwałtowny proces utlenieniautlenianieutlenienia – spalaniespalaniespalanie – rozpoczyna się najczęściej po ogrzaniu reagentów do temperatury zwanej temperaturą zapłonu, a sam proces jest egzoenergetyczny.

Tlen jest reaktywny chemicznie. Z litowcami, niektórymi berylowcami i fosforem białym reaguje w temperaturze pokojowej. W przypadku litowców, tylko lit reaguje z tlenem z wytworzeniem tlenku. W reakcji tlenu z sodem powstają nadtlenki, a dalsze litowce tworzą ponadtlenki. Dla przykładu:

z sodem:

2 Na + O_{2} \to {Na}_{2} O_{2}

z wapniem:

2 Ca + O_{2} \to 2 CaO

z fosforem:

P_{4} + 5 O_{2} \to P_{4} O_{10}

z siarką:

S + O_{2} \to {SO}_{2}

z wodorem:

2 H_{2} + O_{2} \to 2 H_{2} O

Po ogrzaniu, tlen reaguje niemal ze wszystkimi pierwiastkami. Wyjątek stanowią platyna i fluor. Reaguje również z wieloma związkami nieorganicznymi, jak i organicznymi.

z tlenkiem siarki( $IV$ ):
$2 {SO}_{2} + O_{2} \overset{katalizator}{\to} 2 {SO}_{3}$

Metale tworzą z tlenem zazwyczaj związki jonowe, które są ciałami stałymi. Niemetale tworzą z tlenem związki kowalencyjne, występujące we wszystkich trzech stanach skupienia.

bg‑gray1

Ozon

Ozon $O_{3}$ , w porównaniu z tlenem dwuatomowym, wykazuje zwiększoną aktywność chemiczną. Powstaje z tlenu dwuatomowego pod wpływem odpowiedniej dawki energii (na przykład z tlenu z powietrza podczas wyładowań atmosferycznych):

3 O_{2 (g)} \to 2 O_{3 (g)}

Ozon jest silnym utleniaczem. Utlenia np. srebro, które pokrywa się czarnym nalotem tlenku, oraz wydziela jod z roztworu jodku potasu ( $KI$ ).

12 Ag + 4 O_{3} \to 6 {Ag}_{2} O + 3 O_{2}

6 KI + O_{3} \to 3 I_{2} + 3 K_{2} O

Dla zainteresowanych

Model cząsteczki i struktury rezonansowe ozonu (tritlenu).

RDJJZFKpfEYP4

Na ilustracji znajdują się trzy połączone ze sobą czerwone kulki. Nad grubymi dwoma wiązaniami pojedynczymi znajdują się przerywane linie. — Model cząsteczki ozonu $O_{3}$
Źródło: dostępny w internecie: www.pl.wikipedia.org, domena publiczna.

R1OhvWyxeGazO

Ilustracja przedstawia strukturę rezonansową ozonu. Atom tlenu o ładunku dodatnim i jednej wolnej parze elektronowej łączy się z atomem tlenu poprzez wiązanie podwójne (ten atom tlenu ma dwie wolne pary elektronowe – dwie kreski na obrazku) oraz z kolejnym atomem tlenu poprzez wiązanie pojedyncze (atom ten ma ładunek ujemny i trzy wolne pary elektronowe). — Jedna ze struktur rezonansowych ozonu
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

bg‑gray1

Tetratlen

Kolejną odmianą alotropową tlenu jest odkryty w $2001$ roku tetratlen. Jego cząsteczki są bardzo nietrwałe i rozpadają się, tworząc dwie cząsteczki dwuatomowego tlenu $(O_{2})$ . Dowód na istnienie tetratlenu zdobyto dopiero poprzez zastosowanie wysokiego ciśnienia rzędu $20 GPa$ (na $O_{2}$ ) – wówczas ditlen ma tendencję do występowania w postaci czteroatomowych cząsteczek.

Tetratlen posiada silniejsze właściwości utleniające niż ditlen czy ozon. Z tego względu jest badany pod kątem zastosowania jako utleniacz w paliwach rakietowych.

Ciekawostka

RoHjxKajucQ3d

Na ilustracji są dwa modele kulkowe. Jeden z nich to centralnie położona czerwona kulka połączona wiązaniami pojedynczymi z trzema czerwonymi kulkami rozchodzącymi się od położonej centralnie kulki w równych odległościach na boki. Drugi model to cztery czerwone kulki połączone ze sobą. Model kształtem przypomina kwadrat. — Hipotetyczne struktury tetratlenu $O_{4}$
Źródło: dostępny w internecie: www.pl.wikipedia.org, domena publiczna.

Nadal nie ma pewności, jak wyglądają cząsteczki tetratlenu. Obliczenia teoretyczne sugerują, że mogą występować w kształcie rombu z atomem w każdym jego rogu lub jako trójkąt atomów z czwartym atomem w centrum. Inne przypuszczenia sugerują z kolei, że $O_{4}$ składa się z dwóch molekuł $O_{2}$ w kształcie hantli, luźno połączonych siłami dyspersji dipolowej.

Słownik

tlenki

związki tlenu z innymi pierwiastkami, w których atom tlenu występuje na stopniu utlenienia $- II$

nadtlenki

związki chemiczne, zawierające w cząsteczkach grupę nadtlenkową $— OO —$ , w której tlen występuje na stopniu utlenienia $- I$

katalizator

substancja, która może zainicjować reakcję, zmienić jej szybkość lub poprowadzić w określonym kierunku; uczestniczy w reakcji, ale się w niej nie zużywa

spalanie

proces fizykochemiczny, którego podstawą jest przebiegająca z dużą szybkością reakcja utleniania, polegająca na gwałtownym łączeniu się substancji spalanej (paliwa) z utleniaczem; towarzyszy jej wydzielanie się dużej ilości energii oraz zazwyczaj płomień

utlenianie

proces oddawania elektronów, związany z podwyższaniem stopnia utlenienia reduktora

Bibliografia

Atkins P., Jones L., Chemia ogólna, Warszawa 2004.

Czerwińska A., Jelińska‑Kazimierczuk M., Kuśmierczyk K., Chemia 1, Warszawa 2002, s. 210–240.

Piosik R., Karawajczyk B., Technika demonstracji i ćwiczenia laboratoryjne z metodyki nauczania chemii i ochrony środowiska, Gdańsk 2004, s. 56–57, 88–89.

Wprowadzenie

Symulacja interaktywna

Jakie są charakterystyczne cechy tlenu?

Ozon

Tetratlen

Słownik

Bibliografia