ออกซิเจนโมเลกุล: โครงสร้างคุณสมบัติการใช้ - เคมี - 2026

โมเลกุลออกซิเจนหรือdioxygenเรียกว่าออกซิเจนอะตอมสองอะตอมหรือก๊าซเป็นวิธีประถมศึกษาพบมากที่สุดคือองค์ประกอบนี้บนโลก สูตรของมันคือ O ₂ดังนั้นจึงเป็นโมเลกุลไดอะตอมและโฮโมนิวเคลียร์โดยสิ้นเชิง

อากาศที่เราหายใจถูกสร้างขึ้นจากออกซิเจนประมาณ 21% เป็น O ₂โมเลกุล ในขณะที่เราขึ้นไปความเข้มข้นของการลดลงของก๊าซออกซิเจนและการปรากฏตัวของโอโซนโอ₃ เพิ่มขึ้น ร่างกายของเราใช้ประโยชน์จาก O ₂เพื่อออกซิเจนในเนื้อเยื่อและทำการหายใจระดับเซลล์

หากปราศจากออกซิเจนในบรรยากาศของเราชีวิตก็จะเป็นปรากฏการณ์ที่ไม่ยั่งยืน ที่มา: Pixabay

O ₂ยังรับผิดชอบต่อการมีอยู่ของไฟ: หากไม่มีก็แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะมีไฟไหม้และการเผาไหม้ เพราะนี่คือคุณสมบัติหลักคือการเป็นตัวแทนออกซิไดซ์ที่มีประสิทธิภาพการดึงดูดอิเล็กตรอนหรือลดตัวเองในโมเลกุลของน้ำหรือในแอนไอออนออกไซด์ O 2-

ออกซิเจนระดับโมเลกุลเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับกระบวนการแอโรบิคนับไม่ถ้วนโดยมีการประยุกต์ใช้ในด้านโลหะวิทยาการแพทย์และการบำบัดน้ำเสีย ก๊าซนี้มีความหมายเหมือนกันกับความร้อนการหายใจการออกซิเดชั่นและในทางกลับกันกับอุณหภูมิเยือกแข็งเมื่ออยู่ในสถานะของเหลว

โครงสร้างของโมเลกุลออกซิเจน

โครงสร้างโมเลกุลของก๊าซออกซิเจน ที่มา: Benjah-bmm27 จาก Wikipedia

ในภาพบนเรามีโครงสร้างโมเลกุลของก๊าซออกซิเจนที่แสดงด้วยแบบจำลองต่างๆ สองพันธะสุดท้ายแสดงลักษณะของพันธะโควาเลนต์ที่ยึดอะตอมของออกซิเจนไว้ด้วยกันคือพันธะคู่ O = O ซึ่งอะตอมของออกซิเจนแต่ละอะตอมจะเติมออกเตตเวเลนซ์ให้สมบูรณ์

โมเลกุล O ₂มีลักษณะเป็นเส้นตรงโฮโมนิวเคลียร์และสมมาตร พันธะคู่มีความยาว 121 น. ระยะทางสั้น ๆ นี้หมายความว่าต้องใช้พลังงานจำนวนมาก (498 kJ / mol) ในการทำลายพันธะ O = O ดังนั้นจึงเป็นโมเลกุลที่ค่อนข้างเสถียร

ถ้าไม่เช่นนั้นออกซิเจนในชั้นบรรยากาศจะเสื่อมสลายไปอย่างสมบูรณ์เมื่อเวลาผ่านไปหรืออากาศจะลุกเป็นไฟจากที่ไหนเลย

คุณสมบัติ

ลักษณะทางกายภาพ

โมเลกุลออกซิเจนเป็นก๊าซที่ไม่มีสีไม่มีรสและไม่มีกลิ่น แต่เมื่อมันควบแน่นและตกผลึกจะได้โทนสีน้ำเงิน

มวลโมลาร์

32 g / mol (ค่าปัดเศษ)

จุดหลอมเหลว

-218 องศาเซลเซียส

จุดเดือด

-183

การละลาย

โมเลกุลออกซิเจนละลายในน้ำได้ไม่ดี แต่เพียงพอที่จะรองรับสัตว์ทะเล หากความสามารถในการละลายของคุณสูงขึ้นคุณจะมีโอกาสน้อยที่จะเสียชีวิตจากการจมน้ำ ในทางกลับกันความสามารถในการละลายของมันจะสูงกว่ามากในน้ำมันและของเหลวที่ไม่มีขั้วสามารถออกซิไดซ์อย่างช้าๆและส่งผลต่อคุณสมบัติดั้งเดิมของมัน

สถานะพลังงาน

โมเลกุลออกซิเจนเป็นสารที่ไม่สามารถอธิบายได้อย่างสมบูรณ์โดยทฤษฎีพันธะวาเลนซ์ (VTE)

การกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์ของออกซิเจนมีดังนี้:

2s²2p⁴

มีอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่ (O :) หนึ่งคู่ เมื่อออกซิเจนสองอะตอมมาบรรจบกันจะสร้างพันธะคู่ O = O โดยทั้งคู่จะเติมออกเตตเวเลนซ์

ดังนั้นโมเลกุล O ₂ควรเป็นไดอะแมกเนติกโดยมีอิเล็กตรอนทั้งหมดจับคู่กัน อย่างไรก็ตามมันเป็นโมเลกุลพาราแมกเนติกและสิ่งนี้อธิบายได้ด้วยแผนภาพของออร์บิทัลโมเลกุล:

แผนภาพวงโคจรโมเลกุลสำหรับก๊าซออกซิเจน ที่มา: Anthony.Sebastian / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

ดังนั้นโมเลกุลโคจรทฤษฎี (TOM) อธิบายได้ดีที่สุด O 2 ทั้งสองอิเล็กตรอน unpaired อยู่ในพลังงานที่สูงขึ้นπ ^*โมเลกุล orbitals และให้ออกซิเจนตัวอักษร paramagnetic ของมัน

ในความเป็นจริงสถานะที่มีพลังนี้สอดคล้องกับออกซิเจนสามเท่า³ O ₂ซึ่งเป็นส่วนที่เด่นที่สุดของทั้งหมด รัฐพลังงานอื่น ๆ ของออกซิเจนน้อยมากมายบนโลกเป็นเสื้อกล้าม, ¹ O 2

การเปลี่ยนแปลง

ออกซิเจนระดับโมเลกุลมีความเสถียรมากตราบเท่าที่ไม่ได้สัมผัสกับสารใด ๆ ที่ไวต่อการเกิดออกซิเดชั่นน้อยกว่ามากหากไม่มีแหล่งความร้อนที่รุนแรงใกล้เคียงเช่นประกายไฟ เนื่องจาก O ₂มีแนวโน้มสูงที่จะลดตัวเองได้รับอิเล็กตรอนจากอะตอมหรือโมเลกุลอื่น

เมื่อลดขนาดลงจะสามารถสร้างการเชื่อมโยงและรูปร่างที่หลากหลายได้ ถ้ามันสร้างพันธะโควาเลนต์มันจะทำเช่นนั้นกับอะตอมที่มีอิเล็กโทรเนกาติวิตีน้อยกว่าตัวมันเองรวมทั้งไฮโดรเจนเพื่อให้เกิดน้ำ HOH นอกจากนี้ยังสามารถคาร์บอนในจักรวาลเพื่อสร้างพันธะ CO และโมเลกุลอินทรีย์ที่มีออกซิเจนหลายประเภท (อีเธอร์คีโตนอัลดีไฮด์ ฯลฯ )

O ₂ยังสามารถรับอิเล็กตรอนเพื่อเปลี่ยนเป็นเปอร์ออกไซด์และแอนไอออนซุปเปอร์ออกไซด์ O ₂ ^2-และ O ₂ ^-ตามลำดับ เมื่อถูกเปลี่ยนเป็นเปอร์ออกไซด์ภายในร่างกายจะได้รับไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์, H ₂ O ₂ , HOOH ซึ่งเป็นสารประกอบที่เป็นอันตรายซึ่งถูกประมวลผลโดยการทำงานของเอนไซม์เฉพาะ (เปอร์ออกซิเดสและตัวเร่งปฏิกิริยา)

ในทางกลับกันและที่สำคัญไม่ยิ่งหย่อนไปกว่ากัน O ₂จะทำปฏิกิริยากับสสารอนินทรีย์จนกลายเป็นไอออนออกไซด์ O ^2-สร้างรายชื่อมวลแร่วิทยาที่ไม่มีที่สิ้นสุดซึ่งทำให้เปลือกโลกและเปลือกโลกหนาขึ้น

การประยุกต์ใช้งาน

การเชื่อมและการเผาไหม้

ออกซิเจนใช้ในการเผาอะเซทิลีนและให้เปลวไฟที่ร้อนจัดซึ่งมีประโยชน์ในการเชื่อม ที่มา: Sheila / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)

ออกซิเจนถูกใช้ในการทำปฏิกิริยาการเผาไหม้โดยที่สารถูกออกซิไดซ์โดยคายความร้อนออกมาทำให้เกิดไฟ ไฟและอุณหภูมินี้แตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับสารที่กำลังลุกไหม้ ดังนั้นเปลวไฟที่ร้อนมากเช่นอะเซทิลีน (ด้านบน) จะได้รับจากการเชื่อมโลหะและโลหะผสม

ถ้าไม่ใช่เพราะออกซิเจนเชื้อเพลิงจะไม่สามารถเผาไหม้และให้พลังงานแคลอรี่ได้ทั้งหมดใช้ในการยิงจรวดหรือสตาร์ทรถยนต์

สารออกซิไดซ์ในเคมีสีเขียว

ด้วยก๊าซนี้ทำให้มีการสังเคราะห์หรือผลิตออกไซด์อินทรีย์และอนินทรีย์จำนวนมากในเชิงอุตสาหกรรม ปฏิกิริยาเหล่านี้ขึ้นอยู่กับพลังการออกซิไดซ์ของออกซิเจนระดับโมเลกุลซึ่งเป็นหนึ่งในรีเอเจนต์ที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในเคมีสีเขียวสำหรับการได้รับผลิตภัณฑ์ยา

ช่วยหายใจและบำบัดน้ำเสีย

ออกซิเจนมีความสำคัญต่อความต้องการทางเดินหายใจในผู้ป่วยที่มีภาวะสุขภาพร้ายแรงในนักดำน้ำเมื่อลงไปที่ระดับความลึกตื้นและในนักปีนเขาที่ระดับความเข้มข้นของออกซิเจนจะลดลงอย่างมาก

นอกจากนี้ออกซิเจนยัง "ฟีด" แบคทีเรียแบบแอโรบิคซึ่งช่วยในการสลายมลพิษที่ตกค้างจากสิ่งปฏิกูลหรือช่วยให้ปลาหายใจในการเพาะเลี้ยงในน้ำเพื่อการป้องกันหรือการค้า

อ้างอิง

1. ตัวสั่นและแอตกินส์ (2008) เคมีอนินทรีย์. (พิมพ์ครั้งที่สี่). Mc Graw Hill
2. วิกิพีเดีย (2020) จัดสรรออกซิเจน สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
3. Hone, CA, Kappe, CO (2019) การใช้ออกซิเจนระดับโมเลกุลสำหรับการออกซิเดชั่นแอโรบิคในของเหลวในการไหลต่อเนื่อง ยอด Curr Chem (Z) 377, 2. doi.org/10.1007/s41061-018-0226-z
4. เควินเบ็ค (28 มกราคม 2563). 10 การใช้ออกซิเจน ดึงมาจาก: sciencing.com
5. หน้าผา (2020) ชีวเคมี 1: เคมีของออกซิเจนโมเลกุล ดึงมาจาก: cliffsnotes.com
6. GZ วัสดุอุตสาหกรรม (2020) ประโยชน์ทางอุตสาหกรรมของก๊าซออกซิเจน สืบค้นจาก: gz-supplies.com