KHÍ OXY - CẤU TẠO, TÍNH CHẤT, ỨNG DỤNG TRONG CUỘC SỐNG

Oxi là nguyên tố phổ biến xung quanh chúng ta. Không có oxi chúng ta không thể hô hấp và duy trì sự sống. Vậy tính chất vật lý và hóa học của oxi là gì? Ứng dụng của oxi trong đời sống và công nghiệp? Để tìm hiểu về vấn đề này, chúng ta hãy cùng nhau tìm hiểu thông qua bài viết dưới đây.

1. Oxi là gì?

Oxi là nguyên tố hóa học nhóm VIa, được ký hiệu là O trong bảng tuần hoàn và trọng lượng nguyên tử 15,9994.

Đây là nguyên tố dồi dào nhất trên Trái đất, chiếm 20,9% khí quyển, 45% vỏ Trái đất (dưới dạng khoáng chất oxit) và cũng chiếm gần như toàn bộ khối lượng nước trên Trái đất (89%).  Còn trong vũ trụ nó phổ biến thứ 3, chỉ sau hidro và heli.

Oxi được tìm thấy một lượng lớn trong các khoáng chất tự nhiên bao gồm sunphat, phosphat, cacbonat và oxit. Trong tự nhiên oxi tồn tại dưới dạng phân tử O2 được gọi là khí oxi. Cấu trúc Lewis của oxy được thể hiện bằng hai liên kết đôi giữa hai nguyên tử oxi. Nó có độ âm điện và khả năng phản ứng mạnh do các cặp electron đơn độc có trên cả hai nguyên tử oxi.

Oxy chiếm 21% thành phần trong không khí

2. Đồng vị của oxi

Dạng thù hình phổ biến nhất của oxy nguyên tố là dioxygen (O2).

Dạng thù hình chính tiếp theo là Trioxygen (O3) thường được gọi là ozon. Ozone được tạo ra ở thượng tầng khí quyển khi O2 kết hợp với oxy nguyên tử được tạo ra bằng cách phân tách O2 bằng bức xạ cực tím UV.

3. Tính chất của oxi

Các tính chất của oxi như sau:

3.1. Tính chất vật lý

• Oxy tồn tại ở cả ba dạng: lỏng, rắn và khí. Dạng lỏng và rắn có màu xanh nhạt. Oxi dạng khí phổ biến, là một loại khí không màu, không mùi, không vị, rất cần thiết cho các sinh vật sống.
• Độ tan: Oxi dễ dàng hòa tan trong nước lạnh. (30 cm 3 trên 1 lít nước hòa tan) ở 20 độ C. Oxi lỏng có tính thuận từ mạnh.
• Oxy chuyển từ thể khí sang thể lỏng ở nhiệt độ 182,96 độ C, và sau đó có thể được hóa rắn hoặc đông lạnh ở nhiệt độ -218,4 độ C.

3.2. Tính chất hóa học

Oxy có tính phản ứng và sẽ tạo thành oxit với tất cả các nguyên tố khác ngoại trừ helium, neon, argon và krypton

• Phản ứng với phi kim:

Oxi phản ứng với C tạo thành CO2: C + 02 --> CO2

Oxi phản ứng với S tạo thành SO2: S + 02 --> SO2

• Phản ứng với kim loại:

Oxi phản ứng với sắt thành oxit sắt (hình thành gỉ sắt). Tùy từng điều kiện giàu oxi không mà nó tạo ra FeO, Fe2O3, Fe3O4...

• Phản ứng cháy:

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

CH4 + 2O2 --> CO2 + 2H2O

4. Điều chế oxi như thế nào?

Có nhiều cách để điều chế oxi, tuy nhiên tùy điều kiện mà thực hiện bằng các phương pháp khác nhau như sau:

Điều chế khí oxy trong phòng thí nghiệm 

4.1. Trong phòng thí nghiệm

Các muối giàu oxy như nitrat, clorat và permanganat giải phóng oxy khi phân hủy nhiệt. Chất xúc tác là  MnO2 được sử dụng để tăng tốc độ phân hủy clorat của natri và kali.

4.2. Trong công nghiệp

Có 2 phương pháp sản xuất oxi trong công nghiệp:

• 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 oxy, nitơ có điểm sôi là: -183 độ C, -196 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). Sau đó, nó được đưa vào đáy của cột phân đoạn. Đầu tiên hơi nước ngưng tụ và được loại bỏ bằng các bộ lọc hấp thụ.Trước hết, nitơ hóa lỏng ở -196 o C và được tách ra khỏi không khí. Sau đó, oxi hóa lỏng ở -183 độ C 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. Vai trò của oxi đối với đời sống con người

Mọi người đều cần oxi để thở. Oxi được động vật, con người hấp thụ và chuyển hóa thành carbon dioxide. Còn thực vật, sử dụng carbon dioxide và chuyển hóa thành oxy cho thải ra khí quyển.

Các thành phần sinh học bao gồm DNA, hợp chất sinh học… trong cơ thể con người tạo thành từ oxy. Vì vậy, oxi rất cần thiết cho tất cả các sinh vật. 

Tuy nhiên, nếu có quá nhiều oxi cũng không tốt. Nếu một người tiếp xúc với một lượng lớn oxy trong một thời gian dài có thể gây ra tổn thương phổi. Những người làm việc thường xuyên hoặc có khả năng tiếp xúc cao với oxy tinh khiết nên thực hiện các xét nghiệm chức năng phổi trước khi bắt đầu làm việc và sau khi làm việc xong.

Ứng dụng của khí oxy 

6. Ứng dụng của oxi trong đời sống

Một số ứng dụng chính của oxy trong đời sống và các ngành công nghiệp bao gồm:

- Dùng trong ngọn đuốc oxy-axetylen để cắt và hàn kim loại.

- Được dùng để loại bỏ tạp chất cacbon từ thép trong quá trình sản xuất thép

- Hỗn hợp oxy lỏng và than bột được sử dụng làm chất nổ.

- Làm chất oxy hóa cho nhiên liệu tên lửa.

- Trong công nghiệp, oxi được sử dụng với số lượng lớn để tổng hợp ethylene oxide, methanol và amoniac.