Oxygen

sfc Home > Physical Science > Chemistry >

by Ron Kurtus (revised 4 April 2018)

Oxygen is alkuaine, jonka järjestysluku on 8. Se on väritön kaasu, joka on välttämätöntä elämälle sellaisena kuin me sen tunnemme. Koska se liukenee hieman veteen, se tukee myös veden kuljettamaa elämää. Happi yhdistyy monien muiden alkuaineiden kanssa hapettumisprosessilla. Se on runsain maapallolla tavattava alkuaine ja muodostaa 21% ilmakehästä.

yhdisteenä happea on vedessä, kasveissa ja eläimissä sekä suuressa osassa maata muodostavaa kiinteää ainetta. Tuhannet yhdisteet sisältävät happea sekä hiiltä, vetyä ja muita alkuaineita. Happea voidaan valmistaa kuumentamalla tiettyjä happiyhdisteitä, elektrolyysillä tai nesteyttämällä ilmaa.

kysymyksiä, joita sinulla voi olla:

• mitkä ovat hapen ominaisuudet?
• missä luonnossa on happea?
• miten happi valmistetaan tai erotetaan?

tämä oppitunti vastaa näihin kysymyksiin.

hapen ominaisuudet

hapen järjestysluku on 8, eli sen ytimessä on 8 protonia. Sen atomipaino eli atomimassa on noin 16 yleisimmälle hapen isotoopille (16O), joka muodostaa 99,76% luonnossa esiintyvästä hapesta. Muut hapen stabiilit isotoopit ovat 17O ja 18O.

(KS. isotoopit lisätietoa aiheesta.)

happi on väritön, hajuton ja mauton kaasu, joka on hieman ilmaa raskaampaa. Se on välttämätöntä kaikkien elollisten elämän ylläpitämiseksi.

happikaasu nähdään aina O2-molekyylinä. Happiatomia ei juuri koskaan näe itsestään. Joissakin tapauksissa kolme happiatomia yhdistyy muodostaen otsonia
(O3). Otsoni on tärkeä yläilmakehässä, jotta ankarat ultraviolettisäteet eivät vahingoita eläviä olentoja. Lähellä maapalloa otsonin katsotaan ärsyttävän hengitystä ja olevan osa ilmansaasteita.

se liukenee vain niukasti veteen. Vaikka vain pieni määrä happea liukenee veteen – noin 4 osaa happea 100 osaa vettä. Tämä veden happimäärä riittää valtamerissämme, järvissämme ja joissa asuvien elollisten valtavan määrän elintärkeisiin tarpeisiin.

vaikka happi on normaalilämpötiloissa kaasu, se saattaa nesteytyä äärimmäisessä kylmyydessä. -183° C: n lämpötilassa happi muuttuu vaaleansiniseksi nesteeksi. Lämpötilassa -219° C Nestemäinen happi muuttuu sinertävän valkoiseksi kiinteäksi.

kun sitä kuumennetaan riittävästi ilmassa, monet materiaalit yhtyvät ilmassa olevaan Happeen ja palavat. Jos se laitetaan puhtaaseen Happeen, palaminen ja hapettuminen voivat olla melko voimakkaita. Esimerkkejä tavallisista Happeen yhdistyvistä aineista ovat:

c + O2 → CO2 (hiilidioksidi)

s + O2 → SO2 (rikkidioksidi)

3FE + 2O2 → Fe3O4 (rautaoksidi tai ruoste)

(Katso lisätietoja aiheesta hapetus.)

hapen esiintyminen luonnossa

happi on runsain kaikista luonnossa esiintyvistä alkuaineista. Sitä esiintyy sekä kaasuna että osana suurta määrää yhdisteitä.

happikaasua esiintyy lähinnä ilmakehässä, jossa on noin 21 tilavuusprosenttia happea sekä 78% typpeä ja pieniä määriä muita kaasuja. Jonkin verran happea on myös veteen liuenneena.

yhdisteenä happea on vedessä, kasvi-ja eläinaineissa sekä maan muodostavassa kiinteässä aineksessa. Tuhannet yhdisteet, kuten tärkkelys, selluloosa, sokeri, rasva ja proteiinit, sisältävät happea yhdistyneenä hiileen, vetyyn ja muihin alkuaineisiin.

valtavat määrät happea yhdistyy aineksiin, jotka muodostavat hiekkaa, kalkkikiveä ja muita maasta löytyviä kiviä ja materiaaleja.

Hapenvalmistus

hapen keksimisen teki vuonna 1774 Joseph Priestley kuumentaessaan elohopean punaista oksidia (elohopeaoksidia tai Hgo: ta), jolloin syntyi pieni määrä kaasua.

2hgo → 2HG + O2

Huom.: O2means se on kaasu

laboratoriomenetelmät

yksi yleinen menetelmä hapen luomiseksi tai valmistamiseksi laboratoriossa liittyy kaliumkloraatin (KClO3) hajoamiseen. Kuumennettaessa kaliumkloraattia se ensin sulaa ja sitten kiehuu, jolloin se luopuu hapestaan. Reaktion yhtälö on:

2kclo3 → 2kcl + 3O2

toisessa laboratoriomenetelmässä vesi vaikuttaa natriumperoksidiin (Na2O2), jolloin saadaan happea ja natriumhydroksidia (NaOH). Koska tämä reaktio voi olla väkivaltainen, veden annetaan valua hitaasti suppilosta kiinteään natriumperoksidiin pullossa. Happi kerätään siten, että se johdetaan putken läpi ja kuplitetaan vedellä täytettyyn keräyspulloon.

2na2o2 + H2O → 4naoh + O2

kaupalliset menetelmät

yksi kaupallinen menetelmä hapen valmistamiseksi on veden elektrolyysi, jossa vesiyhdiste hajotetaan sähkövirran avulla. Veteen lisätään laimeaa happoa, kuten rikkihappoa, jotta siitä saadaan sähkön johtimia. Tämän jälkeen liuoksen läpi johdetaan tasavirta, ja vesi hajoaa happi-ja vetykaasuiksi.

happi kerääntyy positiivisen (+) elektrodin (anodi) sisältävään vesiputkeen vedyn kerääntyessä negatiivisen (-) elektrodin (katodi) sisältävään vesiputkeen.

2H2O → H2 + O2

toinen kaupallinen menetelmä on nestemäisen ilman tislaus. Kun ilmaa levitetään korkeassa paineessa ja alhaisessa lämpötilassa, se voidaan nesteyttää. Kun sen annetaan lämmetä, typpi—jonka kiehumispiste on happea alhaisempi-pakenee kaasuna, jolloin nesteeksi jää lähes puhdasta happea. Sen jälkeen sitä voidaan säilyttää joko nesteenä tai paineistettuna kaasuna metalliastioissa.

Yhteenveto

happi on elämälle välttämätön väritön kaasu. Se liukenee hieman veteen ja tukee myös vesieliöstöä. Happi yhdistyy monien muiden alkuaineiden kanssa hapettumisprosessilla. Se on runsain maapallolla tavattava alkuaine ja muodostaa 21% ilmakehästä. Yhdisteenä happea on vedessä, elollisissa ja suuressa osassa maata muodostavaa kiinteää ainetta. Happea voidaan valmistaa kuumentamalla tiettyjä happiyhdisteitä, elektrolyysillä tai nesteyttämällä ilmaa.

Enjoy Chemistry

Resources and references

Ron Kurtuksen valtakirjat

Websites

All About Oxygen – Medical Learning Library

Chemistry Resources

Books

(Notice: Mestarikoulu voi saada provisioita kirjahankinnoista)

huippusuositut kemiaa käsittelevät kirjat

kysymyksiä ja kommentteja

onko sinulla kysymyksiä, kommentteja tai mielipiteitä aiheesta? Jos näin on, Lähetä palautetta sähköpostitse. Yritän soittaa sinulle mahdollisimman pian.

Jaa tämä sivu

klikkaa painiketta kirjanmerkiksi tai Jaa tämä sivu Twitterin, Facebook, sähköpostin tai muiden palveluiden kautta: