ઓક્સિજન (O): રાસાયણિક ગુણધર્મો અને પ્રતિક્રિયાઓ

રાસાયણિક ગુણધર્મોનું વિહંગાવલોકન

ઓક્સિજન (O, પરમાણુ ક્રમાંક 8) એ અત્યંત પ્રતિક્રિયાશીલ અધાતુ છે, જે આવર્ત કોષ્ટકના સમૂહ 16 (ચેલ્કોજન્સ) નો સભ્ય છે.

પ્રતિક્રિયાશીલતા: ઓક્સિજન (ફ્લોરિન પછી) બીજું સૌથી વધુ વિદ્યુતઋણમય તત્વ છે અને તે એક શક્તિશાળી ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ છે. તે લગભગ તમામ અન્ય તત્વો સાથે સરળતાથી સંયોજનો બનાવે છે.
વિદ્યુતઋણતા: ઉચ્ચ વિદ્યુતઋણતા (પૌલિંગ સ્કેલ: 3.44) ધ્રુવીય બંધોની રચના તરફ દોરી જાય છે અને ઇલેક્ટ્રોન મેળવવાની પ્રબળ વૃત્તિ ધરાવે છે.
ઓક્સિડેશન અવસ્થા: મોટાભાગના સંયોજનોમાં સામાન્ય રીતે -2 ઓક્સિડેશન અવસ્થા દર્શાવે છે, પરંતુ -1 (પેરોક્સાઇડ્સ), -1/2 (સુપરઓક્સાઇડ્સ), અને +2 (ઓક્સિજન ડાયફ્લોરાઇડ, OF₂) પણ દર્શાવી શકે છે.
અપરરૂપો: ડાયોક્સિજન (O₂) અને ઓઝોન (O₃) એ બે મુખ્ય અપરરૂપો છે.

હવા અને ઓક્સિજનની ક્રિયા (દહન/ઓક્સિડેશન)

ઓક્સિજન દહનને ટેકો આપે છે અને ઘણા તત્વો અને સંયોજનો સાથે, ખાસ કરીને ગરમ કરવામાં આવે ત્યારે, જોરશોરથી પ્રતિક્રિયા આપે છે.

અધાતુઓ સાથે

કાર્બન (C):
- સંપૂર્ણ દહન:
```
C(s) + O₂(g) → CO₂(g)
```
- મર્યાદિત ઓક્સિજનમાં (અપૂર્ણ દહન):
```
2C(s) + O₂(g) → 2CO(g)
```
સલ્ફર (S):
```
S(s) + O₂(g) → SO₂(g)
```
ફોસ્ફરસ (P₄):
- વધારાના ઓક્સિજનમાં (ફોસ્ફરસ પેન્ટોક્સાઇડ બનાવવા માટે):
```
P₄(s) + 5O₂(g) → P₄O₁₀(s)
```
- મર્યાદિત ઓક્સિજનમાં (ફોસ્ફરસ ટ્રાઇઓક્સાઇડ બનાવવા માટે):
```
P₄(s) + 3O₂(g) → P₄O₆(s)
```

ધાતુઓ સાથે

મેગ્નેશિયમ (Mg):
```
2Mg(s) + O₂(g) → 2MgO(s)
```
આયર્ન (Fe):
- આયર્નનું દહન (શુદ્ધ ઓક્સિજનમાં, અથવા બારીક વિભાજિત આયર્ન સાથે):
```
3Fe(s) + 2O₂(g) → Fe₃O₄(s)
```
- કાટ લાગવો (ભેજની હાજરીમાં ધીમું ઓક્સિડેશન):
```
4Fe(s) + 3O₂(g) + nH₂O(l) → 2Fe₂O₃·nH₂O(s)
```
સોડિયમ (Na):
- સોડિયમ પેરોક્સાઇડ બનાવે છે (વધારાના ઓક્સિજન સાથે મુખ્ય ઉત્પાદન):
```
2Na(s) + O₂(g) → Na₂O₂(s)
```
- સોડિયમ ઓક્સાઇડ બનાવે છે (નાનું ઉત્પાદન, અથવા મર્યાદિત ઓક્સિજન સાથે):
```
4Na(s) + O₂(g) → 2Na₂O(s)
```
પોટેશિયમ (K):
- પોટેશિયમ સુપરઓક્સાઇડ બનાવે છે:
```
K(s) + O₂(g) → KO₂(s)
```

સંયોજનો સાથે (હાઈડ્રોકાર્બન, એમોનિયા)

મિથેન (CH₄):

CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(g)

ઇથેનોલ (C₂H₅OH):

C₂H₅OH(l) + 3O₂(g) → 2CO₂(g) + 3H₂O(g)

એમોનિયા (NH₃):
- ઉત્પ્રેરક ઓક્સિડેશન (નાઈટ્રિક એસિડ ઉત્પાદન માટે ઓસ્ટવાલ્ડ પ્રક્રિયા, Pt/Rh ઉત્પ્રેરક સાથે ઉચ્ચ તાપમાને):
```
4NH₃(g) + 5O₂(g) \xrightarrow{Pt/Rh, 800^\circ C} 4NO(g) + 6H₂O(g)
```
- સંપૂર્ણ ઓક્સિડેશન (બિન-ઉત્પ્રેરક, વધારાના ઓક્સિજનમાં):
```
4NH₃(g) + 3O₂(g) → 2N₂(g) + 6H₂O(g)
```

પાણી અને વરાળની ક્રિયા

તત્વીય ઓક્સિજન વાયુ (O₂) પાણી અથવા વરાળ સાથે રાસાયણિક રીતે પ્રતિક્રિયા કરતો નથી. તે પાણીમાં ઓછો દ્રાવ્ય છે, જે જળચર જીવન માટે મહત્વપૂર્ણ ગુણધર્મ છે. પાણીમાં ઓક્સિજનની દ્રાવ્યતા તાપમાન વધારવાથી ઘટે છે.

એસિડ અને બેઝની ક્રિયા

તત્વીય ઓક્સિજન વાયુ (O₂) એક તટસ્થ વાયુ છે અને તે સામાન્ય એસિડ અથવા બેઝ સાથે પ્રતિક્રિયા કરતો નથી. જોકે, તેના ઓક્સાઇડ્સ એસિડિક (દા.ત., CO₂, SO₂), બેઝિક (દા.ત., Na₂O, MgO), ઉભયધર્મી (દા.ત., Al₂O₃, ZnO), અથવા તટસ્થ (દા.ત., CO, NO) હોઈ શકે છે.

મુખ્ય પ્રયોગશાળા પરીક્ષણ/ઓળખ પ્રતિક્રિયાઓ

ઓક્સિજન વાયુને નીચેના પરીક્ષણ દ્વારા ઓળખી શકાય છે:

ઝગમગતી સળીનો પરીક્ષણ:
- જ્યારે ઓક્સિજન ધરાવતા ગેસ જારમાં એક ઝગમગતી (જલતી નહીં) લાકડાની સળી દાખલ કરવામાં આવે છે, ત્યારે સળી તરત જ ફરીથી સળગી ઉઠે છે અને જ્યોતથી ભડભડવા લાગે છે. આ ઓક્સિજનની દહનને ટેકો આપવાની ક્ષમતાને કારણે થાય છે.
- અવલોકન: ઝગમગતી સળી ફરીથી સળગી ઉઠે છે.