ஆக்ஸிஜன் (O) - தேர்வு மறுபார்வை வழிகாட்டி

அறிமுகம்

ஆக்ஸிஜன் (O) என்பது புவியின் மேலோட்டில் நிறை அடிப்படையில் மிகவும் அதிகமாகக் காணப்படும் தனிமமாகும். மேலும், வளிமண்டலத்தில் இரண்டாவது மிக அதிகமாகக் காணப்படும் தனிமம் (கனஅளவில் 20.95%) ஆகும். இது பெரும்பாலான உயிரினங்களுக்கும் பல தொழில்துறை செயல்முறைகளுக்கும் அடிப்படையானது. அதன் அதிக வினைத்திறன் மற்றும் தனித்துவமான எலக்ட்ரான் அமைப்பு ஆகியவை பல்வேறு வேதியியல் வினைகளிலும் உயிரியல் சுழற்சிகளிலும் அதன் பங்கைத் தீர்மானிக்கின்றன.

CBSE/JEE விரைவு மறுபார்வை குறிப்புகள்

• குறியீடு: O
• அணு எண் (Z): 8
• அணு நிறை: 15.999 u ≈ 16 u
• எலக்ட்ரான் அமைப்பு: 1s² 2s² 2p⁴ ([He] 2s² 2p⁴)
• இணைதிறன்: 2 (பொதுவாக)
• தொகுதி: 16 (சால்கோஜன்கள்)
• வரிசை: 2
• தொகுதி: p-தொகுதி
• தன்மை: அலோகம், ஈரணு வாயு (O₂), காந்தப்பண்பு
• எலக்ட்ரான் கவர் தன்மை (பாலிங் அளவு): 3.44
• முதல் அயனியாக்கும் ஆற்றல்: 1314 kJ/mol
• எலக்ட்ரான் ஏற்பு ஆற்றல்: -141 kJ/mol
• புறவேற்றுமை வடிவங்கள்: டையாக்ஸிஜன் (O₂) மற்றும் ஓசோன் (O₃)
• பொதுவான ஆக்சிஜனேற்ற நிலைகள்: -2 (மிகவும் பொதுவானது), -1 (பெராக்ஸைடுகள்), -1/2 (சூப்பராக்ஸைடுகள்), 0 (தனிமம்), +1 (O₂F₂), +2 (OF₂)

எலக்ட்ரான் அமைப்பு மற்றும் பிணைப்பு நடத்தை

ஆக்ஸிஜனின் எலக்ட்ரான் அமைப்பு, 1s² 2s² 2p⁴, ஆறு இணைதிறன் எலக்ட்ரான்களைக் குறிக்கிறது. நிலையான ஆக்டெட்டை அடைய, ஆக்ஸிஜன் எளிதில் இரண்டு எலக்ட்ரான்களை ஏற்றுக்கொள்கிறது அல்லது இரண்டு எலக்ட்ரான் இணைகளைப் பகிர்ந்து கொள்கிறது.

• எலக்ட்ரான் கவர் தன்மை: ஆக்ஸிஜன், ஃபுளோரினுக்குப் பிறகு இரண்டாவது அதிக எலக்ட்ரான் கவர் தன்மை கொண்ட தனிமமாகும், இது அதன் வலுவான ஆக்சிஜனேற்றப் பண்புகளுக்குக் காரணமாகும்.
• சகப்பிணைப்பு: பொதுவாக இரண்டு சகப்பிணைப்புகளை (எ.கா., H₂O) அல்லது ஒரு இரட்டைப் பிணைப்பை (எ.கா., O₂) உருவாக்குகிறது.
• அயனிப் பிணைப்பு: அதிக எலக்ட்ரோபாசிட்டிவ் உலோகங்களுடன் O²⁻ அயனியை உருவாக்குகிறது (எ.கா., Na₂O, CaO).
• ஆக்சிஜனேற்ற நிலைகள்:
  • -2: மிகவும் பொதுவானது, ஆக்சைடுகளில் (H₂O, CO₂, CaO).
  • -1: பெராக்ஸைடுகளில் (H₂O₂, Na₂O₂).
  • -1/2: சூப்பராக்ஸைடுகளில் (KO₂, RbO₂).
  • 0: தனிம ஆக்ஸிஜனில் (O₂, O₃).
  • +1: டையாக்ஸிஜன் டையபுளோரைடில் (O₂F₂), இங்கு F அதிக எலக்ட்ரான் கவர் தன்மை கொண்டது.
  • +2: ஆக்ஸிஜன் டையபுளோரைடில் (OF₂), இங்கு F அதிக எலக்ட்ரான் கவர் தன்மை கொண்டது.
• டையாக்ஸிஜன் (O₂): ஒரு இரட்டைப் பிணைப்பைக் கொண்டுள்ளது (ஒரு சிக்மா, ஒரு பை பிணைப்பு). மூலக்கூறு ஆர்பிட்டால் கோட்பாடு, அதன் π* எதிர்பிணைப்பு ஆர்பிட்டால்களில் இரண்டு தனித்த எலக்ட்ரான்கள் இருப்பதால் அதன் காந்தப்பண்புத் தன்மையை விளக்குகிறது.
• ஓசோன் (O₃): ஆக்ஸிஜனின் ஒரு புறவேற்றுமை வடிவம், இது வளைந்த அமைப்பையும் ஒத்ததிர்வு நிலைத்தன்மையையும் கொண்டுள்ளது.

முக்கியமான வேதிவினைகள்

டையாக்ஸிஜன் (O₂) தயாரித்தல்

1. ஆய்வகத் தயாரிப்பு:
   • பொட்டாசியம் குளோரேட் (KClO₃) சிதைவு: 2KClO₃(s) --(MnO₂/Heat)--> 2KCl(s) + 3O₂(g)
   • ஹைட்ரஜன் பெராக்ஸைடு (H₂O₂) சிதைவு: 2H₂O₂(aq) --(MnO₂)--> 2H₂O(l) + O₂(g)
   • உலோக ஆக்சைடுகள் (எ.கா., Ag₂O, HgO) உயர் வெப்பநிலையில் சிதைவு: 2Ag₂O(s) --(Heat)--> 4Ag(s) + O₂(g)
2. தொழில்முறைத் தயாரிப்பு:
   • திரவக் காற்றின் பின்னக் காய்ச்சிவடித்தல்: காற்று திரவமாக்கப்பட்டு, பின்னர் பின்னக் காய்ச்சிவடித்தல் செய்யப்படுகிறது. நைட்ரஜன் (கொதிநிலை -196 °C) முதலில் காய்ச்சி வடிகட்டப்படுகிறது, திரவ ஆக்ஸிஜன் (கொதிநிலை -183 °C) பின் தங்கிவிடும்.
   • நீரின் மின்னாற்பகுப்பு: 2H₂O(l) --(Electricity)--> 2H₂(g) + O₂(g)

டையாக்ஸிஜன் (O₂) வினைகள்

ஆக்ஸிஜன் ஒரு சக்திவாய்ந்த ஆக்சிஜனேற்றியாகும் மற்றும் பெரும்பாலான தனிமங்கள் மற்றும் பல சேர்மங்களுடன் வினைபுரிகிறது.

1. உலோகங்களுடன் வினை: கார ஆக்சைடுகளை உருவாக்குகிறது.
   • 4Na(s) + O₂(g) --> 2Na₂O(s) (சோடியம் ஆக்சைடு)
   • 2Mg(s) + O₂(g) --> 2MgO(s) (மக்னீசியம் ஆக்சைடு)
   • 4Al(s) + 3O₂(g) --> 2Al₂O₃(s) (அலுமினியம் ஆக்சைடு)
   • 3Fe(s) + 2O₂(g) --(Heat)--> Fe₃O₄(s) (இரும்பு(II,III) ஆக்சைடு)
2. அலோகங்களுடன் வினை: அமில அல்லது நடுநிலை ஆக்சைடுகளை உருவாக்குகிறது.
   • C(s) + O₂(g) --> CO₂(g) (கார்பன் டை ஆக்சைடு, அமில)
   • S(s) + O₂(g) --> SO₂(g) (சல்பர் டை ஆக்சைடு, அமில)
   • P₄(s) + 5O₂(g) --> P₄O₁₀(s) (பாஸ்பரஸ் பென்டாக்சைடு, அமில)
   • N₂(g) + O₂(g) --(Electric Arc)--> 2NO(g) (நைட்ரஜன் மோனாக்சைடு, நடுநிலை)
   • 2H₂(g) + O₂(g) --> 2H₂O(l) (நீர், நடுநிலை)
3. சேர்மங்களுடன் வினை (எரிதல்): ஆக்ஸிஜன் எரிதலுக்கு துணைபுரிகிறது.
   • ஹைட்ரோகார்பன்கள்: CH₄(g) + 2O₂(g) --> CO₂(g) + 2H₂O(g) (மீத்தேன் எரிதல்)
   • ஹைட்ரஜன் சல்பைடு: 2H₂S(g) + 3O₂(g) --> 2SO₂(g) + 2H₂O(g)
   • அம்மோனியா: 4NH₃(g) + 5O₂(g) --(Pt/Rh catalyst)--> 4NO(g) + 6H₂O(g) (ஆஸ்ட்வால்ட் செயல்முறை இடைநிலை)

தொழில்துறை மற்றும் உயிரியல் முக்கியத்துவம்

தொழில்துறை முக்கியத்துவம்

• உலோகவியல்: உருக்கப்பட்ட இரும்பிலிருந்து அசுத்தங்களை (எ.கா., கார்பன், சல்பர், பாஸ்பரஸ்) ஆக்சிஜனேற்றம் மூலம் நீக்குவதற்கு எஃகு தயாரிப்பில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
• பற்றவைப்பு மற்றும் வெட்டுதல்: ஆக்ஸி-அசெட்டிலீன் டார்ச்சுகள் பற்றவைப்பு மற்றும் உலோகம் வெட்டுவதற்கு அதிக வெப்பநிலையை உருவாக்குகின்றன.
• வேதிச் சேர்வை: நைட்ரிக் அமிலம் (அம்மோனியாவிலிருந்து), சல்பூரிக் அமிலம், எத்திலீன் ஆக்சைடு மற்றும் பிற தொழில்துறை இரசாயனங்கள் உற்பத்தியில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
• மருத்துவம்: சுவாசக் கோளாறு உள்ள நோயாளிகளுக்கு, ஹைப்பர்பாரிக் ஆக்ஸிஜன் சிகிச்சையில் வழங்கப்படுகிறது.
• ராக்கெட் எரிபொருள்: திரவ ஆக்ஸிஜன் (LOX) ராக்கெட் எஞ்சின்களில் ஆக்சிஜனேற்றியாகச் செயல்படுகிறது.
• கழிவுநீர் சுத்திகரிப்பு: கழிவுநீர் சுத்திகரிப்பில் காற்றில்லா உயிரியல் செயல்முறைகளை மேம்படுத்த பயன்படுத்தப்படுகிறது.

உயிரியல் முக்கியத்துவம்

• சுவாசம்: பெரும்பாலான உயிரினங்களில் காற்றுச்சுவாசத்திற்கு அத்தியாவசியமானது, அங்கு இது எலக்ட்ரான் போக்குவரத்து சங்கிலியில் இறுதி எலக்ட்ரான் ஏற்பியாகச் செயல்பட்டு ஆற்றலை (ATP) வெளியிடுகிறது. C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + ஆற்றல்
• ஒளிச்சேர்க்கை (துணை விளைபொருள்): தாவரங்கள் மற்றும் ஆல்காக்களின் ஒளிச்சேர்க்கையின் துணை விளைபொருளாக ஆக்ஸிஜன் வளிமண்டலத்தில் வெளியிடப்படுகிறது. 6CO₂ + 6H₂O --(ஒளி ஆற்றல்)--> C₆H₁₂O₆ + 6O₂
• ஓசோன் படலம்: அடுக்கு மண்டல ஓசோன் (O₃) சூரியனில் இருந்து வரும் தீங்கு விளைவிக்கும் புற ஊதா (UV) கதிர்வீச்சை உறிஞ்சி, பூமியில் உள்ள உயிரினங்களைப் பாதுகாக்கிறது.
• சிதைவு: கரிமப் பொருட்களின் சிதைவில் ஈடுபட்டு, ஊட்டச்சத்துக்களை சுற்றுச்சூழல் அமைப்புக்குத் திரும்பப் பெறுகிறது.