Oxygen là gì? Tính chất lý hóa và ứng dụng quan trọng trong cuộc sống

Tính chất lý hóa và ứng dụng quan trọng trong cuộc sống

1.Oxygen là gì?

Oxygen là nguyên tố hóa học đứng thứ 8 trong bảng tuần hoàn các nguyên tố, được ký hiệu là O₂. Đây là nguyên tố nằm trong nhóm chalcogen trong bảng tuần hoàn và là nguyên tố đa dạng thứ 3 chỉ xếp sau hidro và heli.

Đây được xem là nguyên tố dồi dào nhất trên Trái đất, bởi chúng chiếm 20,9% khí quyển, 45% vỏ Trái đất và cũng chiếm gần như toàn bộ khối lượng nước trên Trái đất (89%).  

Oxi được tìm thấy phần lớn ở trong các khoáng chất tự nhiên gồm cacbonat, sunphat, phosphat và oxit. Bên cạnh đó, oxi trong tự nhiên sẽ tồn tại ở dạng phân tử O₂, được gọi là khí oxi. Cấu trúc Lewis của chúng được biểu hiện bằng hai liên kết đôi giữa hai nguyên tử oxi. Chúng có khả năng phản ứng mạnh và độ âm điện do các cặp electron đơn độc có trên cả hai nguyên tử oxi.

Nguyên tố hóa học đứng thứ 8 trong bảng tuần hoàn

2. Đồng vị của oxi

Oxy nguyên tố có dạng thù hình phổ biến nhất là dioxygen (O₂), tiếp theo là Trioxygen (O₃) thường được gọi là ozon. Ở thượng tầng khí quyển, khi O₂ kết hợp với oxy nguyên tử được sinh ra bằng cách phân tách O₂ từ bức xạ cực tím UV sẽ tạo ra ozone.

3.Tính chất lý hóa nổi bật của Oxygen

Cũng giống như các nguyên tố khác, oxygen cũng sở hữu những tính chất vật lý và hóa học nổi bật.

3.1.Tính chất vật lý

• Oxy thường tồn tại ở dạng khí, không màu, không mùi, không vị và rất cần thiết đối với các sinh vật sống. Tuy nhiên, chúng cũng  có khả năng tồn tại ở cả dạng lỏng và rắn. Khi ở dạng lỏng và rắn, chúng có màu xanh nhạt. 

• Oxi có thể hòa tan dễ dàng trong nước lạnh và oxi lỏng có tính thuận từ mạnh.

• Ngoài ra, chúng có thể chuyển từ thể khí sang lỏng khi ở nhiệt độ 182,96 độ C và sau đó hóa rắn hoặc đông lạnh ở nhiệt độ -218,4 độ C.

• Bên cạnh đó, oxy có khối lượng trung bình là 15.994.

3.2.Tính chất hóa học

Oxy có tính phản ứng và có khả năng tạo thành oxit cùng tất cả các nguyên tố khác trừ argon, helium, neon và krypton

• Phản ứng với phi kim:

Oxi phản ứng với C tạo thành CO₂: C + O₂ --> CO₂

Oxi phản ứng với S tạo thành SO₂: S + O₂ --> SO₂

• Phản ứng với kim loại:

Oxi xảy ra phản ứng với sắt tạo ra oxit sắt (hình thành gỉ sắt). Tuy nhiên, cũng tùy vào từng điều kiện giàu oxi không mà nó tạo ra Fe₂O₃, FeO, Fe₃O₄...

• Phản ứng cháy:

Chúng tham gia vào phản ứng cháy của hầu hết các chất như CO, CH₄, C₂H₅OH...

CH₄ + 2O₂ --> CO₂ + 2H₂O

4.Phương pháp điều chế Oxygen

Để điều chế oxygen, người ta thường áp dụng hai phương pháp sau:

4.1. Trong phòng thí nghiệm

Khi phân hủy, các muối giàu oxy như clorat, permanganat và nitrat sẽ giải phóng oxi. Đồng thời, chất xúc tác MnO₂ cũng được sử dụng để tăng tốc độ phân hủy

Khi phân hủy nhiệt, các muối giàu oxy như permanganat, nitrat và clorat giải phóng oxy. Chất xúc tác MnO₂ thường được ưu tiên sử dụng để tăng tốc độ phân hủy clorat của natri và kali.

4.2. Trong công nghiệp

Trong công nghiệp sẽ có 2 phương pháp sản xuất oxi:

• Chưng chất phân đoạn không khí hóa lỏng:  Nitơ chiếm 78% không khí có nhiệt độ sôi thấp hơn nên sẽ sôi trước để lại oxy nguyên chất. Điểm sôi của nitơ, oxy lần lượt là:  -196 độ C, -183 độ C. Sau khi loại bỏ bụi và các hạt rắn khác, không khí đã lọc được làm mát đến –200°C (không khí hóa lỏng). Tiếp đó, chúng được đưa xuống đáy của cột phân đoạn. Đầu tiên, khi hơi nước ngưng tụ và được loại bỏ bằng các bộ lọc hấp thụ. Ở nhiệt độ -196 độ C, nitơ hóa lỏng và được tách ra khỏi không khí. Sau đó, ở nhiệt độ -183 độ C, oxi tiếp tục hóa lỏng và được chiết ra ngoài. 

• Hấp thụ: Cho không khí đi qua các sàng phân tử zeolit ​​để hấp thụ nitơ và chúng ta thu được 90-93% oxy tinh khiết.

5.Ứng dụng của Oxygen trong đời sống như thế nào?

Oxygen là nguyên tố quan trọng và cần thiết đối với con người, dưới đây là những ứng dụng nổi bật phải kể đến của chúng.

Ứng dụng của Oxygen trong đời sống

5.1.Sinh học

• Oxy đóng vai trò quan trọng tham gia vào quá trình sinh lý và sinh hóa khác nhau.

• Chúng là nguyên tố phong phú nhất trong cơ thể con người chiếm đến 65%, tiếp đến là cacbon (18,5%), hydro (9,5%), nitơ (3,2%), canxi (1,5%) và phốt pho (1%).

5.2.Hô hấp

Oxygen xâm nhập vào cơ thể qua phổi

Đối với con người và động vật có xương sống trên cạn, O₂ thường xâm nhập vào cơ thể qua phổi. Sau đó, chúng liên kết với hemoglobin của các tế bào hồng cầu, để đưa đến các bộ phận khác trong cơ thể. 

Sau khi O₂ tách ra khỏi hemoglobin và đi vào các mô bằng cách khuếch tán. Khí cacbonic được đưa đến phổi để thải ra ngoài.

Thông qua quá trình hô hấp tế bào, Oxy đi vào tế bào sẽ được ti thể sử dụng để tạo ra ATP. Chúng tham gia và hoạt động như chất nhận điện tử cuối cùng trong chuỗi vận chuyển điện tử trong quá trình phosphoryl hóa oxy hóa. Phản ứng của quá trình hô hấp tế bào là: 

C₆H₁₂O₆+ 6O₂ → 6CO₂ + 6 H₂O + 2880 kJ / mol

Quá trình này được mô tả là hiếu khí, bởi cúng sử dụng oxy. Với sự hiện diện của oxi, quá trình hô hấp tế bào đạt hiệu quả hơn khoảng 10 lần trong việc tạo ra ATP.

5.3.Chức năng miễn dịch

Hydrogen peroxide, các ion superoxide và oxy đơn là một số ROS xuất hiện tự nhiên như các sản phẩm phụ của việc sử dụng oxy.Chúng được dùng với mục đích tiêu diệt mầm bệnh nên có khả năng miễn dịch.

5.4.Quang hợp

Đối với các sinh vật quang dưỡng như tảo lục, thực vật và vi khuẩn lam, việc tạo ra oxy thường thông qua quá trình quang hợp.
 6CO₂ + 6H₂O + photon → C₆H₁₂O₆ + 6O₂

Để tạo ra glucozo và O₂, cacbon đioxit, nước và photon là những thành phần cần thiết. Sau đó, oxy cuối cùng sẽ được giải phóng vào khí quyển.

Tham gia vào quá trình quang hợp

5.5.Liệu pháp oxy

• Oxy đóng vai trò quan trọng trong điều trị và quản lý các mô thiếu máu cục bộ.

• Người ta thường sử dụng oxy để điều trị y tế, đồng thời dùng để điều trị các tình trạng suy giảm khả năng hấp thụ oxy, chẳng hạn như khí phế thũng và viêm phổi.

• Tuy nhiên, oxy có thể gây độc ở áp suất riêng phần cao (<50 kilopascal). Chúng có thể gây ra các vấn đề sức khỏe và co giật.

5.6.Trong công nghiệp

• Oxy chủ yếu được ứng dụng để sản xuất kim loại, đặc biệt là thép và sản xuất hóa chất.

• Đồng thời, chúng cũng được dùng để khử trùng thiết bị y tế, khử trùng nước hoặc tẩy trắng hàng dệt và bột giấy.

Trên đây là những thông tin quan trọng về oxygen mà Đông Á đã tổng hợp và chia sẻ đến bạn đọc bằng cách giải đáp những câu hỏi như Oxygen là gì? Tính chất lý hóa, cách điều chế và ứng dụng quan trọng. Hy vọng với những kiến thức hữu ích này sẽ giúp bạn đọc hiểu hơn về oxygen.