ముఖ్యమైన ఆక్సిజన్ సమ్మేళనాలు: పునశ్చరణ గైడ్

ఆక్సిజన్ యొక్క ప్రధాన సమ్మేళనాలకు పరిచయం

ఆక్సిజన్, అత్యంత చురుకైన అలోహం, దాదాపు అన్ని ఇతర మూలకాలతో అనేక సమ్మేళనాలను ఏర్పరుస్తుంది. ఉన్నత పాఠశాల స్థాయిలో అధ్యయనం చేయబడే ముఖ్యమైన సమ్మేళనాలలో నీరు (H₂O), హైడ్రోజన్ పెరాక్సైడ్ (H₂O₂), మరియు ఓజోన్ (O₃) ఉన్నాయి. ఆక్సిజన్ యొక్క విభిన్న ఆక్సీకరణ స్థితులు మరియు బంధ పరిస్థితుల కారణంగా ఈ సమ్మేళనాలు విభిన్న రసాయన మరియు భౌతిక లక్షణాలను ప్రదర్శిస్తాయి.

నీరు (H₂O)

రసాయన ఫార్ములా

H₂O

సాధారణ నామం

నీరు

ప్రయోగశాల తయారీ

ప్రయోగశాలలో హైడ్రోజన్ వాయువును ఆక్సిజన్ వాయువులో నేరుగా దహనం చేయడం ద్వారా నీటిని తయారు చేయవచ్చు.

సమతుల్య సమీకరణం

2H₂(g) + O₂(g) → 2H₂O(l)

హైడ్రోజన్ పెరాక్సైడ్ (H₂O₂)

రసాయన ఫార్ములా

H₂O₂

తయారీ విధానం

1. బేరియం పెరాక్సైడ్ (BaO₂) ద్వారా

సజల బేరియం పెరాక్సైడ్‌పై సజల సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లం చర్య ద్వారా ప్రయోగశాలలో హైడ్రోజన్ పెరాక్సైడ్‌ను సాధారణంగా తయారు చేస్తారు. BaO₂(s)⋅8H₂O(s) + H₂SO₄(aq) → BaSO₄(s) + H₂O₂(aq) + 8H₂O(l) బేరియం సల్ఫేట్ (BaSO₄) కరగదు మరియు దానిని వడకట్టడం ద్వారా వేరు చేయవచ్చు.

2. విద్యుత్ విశ్లేషణ ప్రక్రియ ద్వారా (పెర్సల్ఫేట్ పద్ధతి)

పరిశ్రమలలో, దీనిని 50% H₂SO₄ లేదా అమ్మోనియం సల్ఫేట్ మరియు సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లం యొక్క సమమోలార్ ద్రావణం యొక్క విద్యుత్ విశ్లేషణ ద్వారా తయారు చేస్తారు, ఇది పెరాక్సోడైసల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లం (H₂S₂O₈) ను ఏర్పరుస్తుంది. ఇది తరువాత జలవిశ్లేషణకు గురై H₂O₂ ను ఇస్తుంది.

విద్యుత్ విశ్లేషణ: 2H₂SO₄(aq) → H₂S₂O₈(aq) + H₂(g) (at anode: 2HSO₄⁻ → H₂S₂O₈ + 2e⁻)

జలవిశ్లేషణ: H₂S₂O₈(aq) + 2H₂O(l) → 2H₂SO₄(aq) + H₂O₂(aq)

ధర్మాలు

భౌతిక ధర్మాలు

• రంగులేని ద్రవం, నీటి కంటే కొద్దిగా చిక్కగా ఉంటుంది.
• అధిక డైఎలెక్ట్రిక్ స్థిరాంకం.
• అన్ని నిష్పత్తులలో నీటితో కలిసిపోతుంది.

రసాయన ధర్మాలు

1. వియోగం (Decomposition): కాంతి లేనప్పుడు నెమ్మదిగా వియోగం చెందుతుంది, కానీ కాంతి, లోహాలు (ఉదాహరణకు, Pt, Ag, Cu), లోహ ఆక్సైడ్‌లు (ఉదాహరణకు, MnO₂), లేదా ధూళి సమక్షంలో వేగంగా వియోగం చెందుతుంది. 2H₂O₂(aq) → 2H₂O(l) + O₂(g)

2. ఆమ్ల స్వభావం: ఇది బలహీనమైన ఆమ్లం. H₂O₂(aq) ⇌ H⁺(aq) + HO₂⁻(aq) H₂O₂(aq) + 2NaOH(aq) → Na₂O₂(aq) + 2H₂O(l)

3. ఆక్సీకరణ కారకం (Oxidizing Agent): ఆమ్ల మరియు క్షార మాధ్యమాలలో బలమైన ఆక్సీకరణ కారకంగా పనిచేస్తుంది.

   • ఆమ్ల మాధ్యమంలో: H₂O₂(aq) + 2H⁺(aq) + 2e⁻ → 2H₂O(l) 2Fe²⁺(aq) + H₂O₂(aq) + 2H⁺(aq) → 2Fe³⁺(aq) + 2H₂O(l) PbS(s) + 4H₂O₂(aq) → PbSO₄(s) + 4H₂O(l) (పాత నూనె చిత్రాల పునరుద్ధరణ)
   • క్షార మాధ్యమంలో: H₂O₂(aq) + 2e⁻ → 2OH⁻(aq) 2Cr³⁺(aq) + 3H₂O₂(aq) + 10OH⁻(aq) → 2CrO₄²⁻(aq) + 8H₂O(l) (క్రోమేట్ ఏర్పడటం)

4. క్షయకరణ కారకం (Reducing Agent): బలమైన ఆక్సీకరణ కారకాల సమక్షంలో క్షయకరణ కారకంగా కూడా పనిచేయగలదు.

   • ఆమ్ల మాధ్యమంలో: H₂O₂(aq) → O₂(g) + 2H⁺(aq) + 2e⁻ 5H₂O₂(aq) + 2MnO₄⁻(aq) + 6H⁺(aq) → 2Mn²⁺(aq) + 8H₂O(l) + 5O₂(g)
   • క్షార మాధ్యమంలో: H₂O₂(aq) + 2OH⁻(aq) → O₂(g) + 2H₂O(l) + 2e⁻ Cl₂(g) + H₂O₂(aq) + 2OH⁻(aq) → 2Cl⁻(aq) + 2H₂O(l) + O₂(g)

ఓజోన్ (O₃)

రసాయన ఫార్ములా

O₃

సంక్షిప్త గైడ్

ఓజోన్ అనేది ఆక్సిజన్ యొక్క ఒక అలోట్రోప్, ఇది మూడు ఆక్సిజన్ పరమాణువులను కలిగి ఉంటుంది. ఇది తీవ్రమైన వాసన కలిగిన లేత నీలి వాయువు. ఇది డైఆక్సిజన్ (O₂) కంటే చాలా తక్కువ స్థిరంగా ఉంటుంది మరియు సులభంగా వియోగం చెంది డైఆక్సిజన్‌ను ఏర్పరుస్తుంది.

తయారీ

ఓజోనైజర్ అని పిలువబడే పరికరంలో పొడి ఆక్సిజన్ ద్వారా నిశ్శబ్ద విద్యుత్ ఉత్సర్గను పంపడం ద్వారా ఓజోన్‌ను తయారు చేస్తారు. 3O₂(g) ⇌ 2O₃(g) (ΔH = +142 kJ/mol) ఏర్పడిన ఓజోన్ వియోగం చెందకుండా నిరోధించడానికి నిశ్శబ్ద విద్యుత్ ఉత్సర్గ అవసరం. కేవలం 10% ఓజోన్ మాత్రమే ఏర్పడుతుంది; అధిక గాఢతలు అస్థిరతకు దారితీస్తాయి.

ధర్మాలు

1. బలమైన ఆక్సీకరణ కారకం (Strong Oxidizing Agent): ఆక్సిజన్ మరియు నవజాత ఆక్సిజన్‌గా సులభంగా వియోగం చెందడం వల్ల, ఇది శక్తివంతమైన ఆక్సీకరణ కారకం. O₃(g) → O₂(g) + [O](nascent oxygen)

   • లెడ్ సల్ఫైడ్ ఆక్సీకరణం: PbS(s) + 4O₃(g) → PbSO₄(s) + 4O₂(g)
   • పొటాషియం అయోడైడ్ ఆక్సీకరణం: 2KI(aq) + H₂O(l) + O₃(g) → 2KOH(aq) + I₂(s) + O₂(g)
   • బ్లీచింగ్ చర్య: ఓజోన్ ఆక్సీకరణం ద్వారా రంగు పదార్థాలను బ్లీచ్ చేస్తుంది.

2. ఉష్ణగతిక అస్థిరత (Thermodynamic Instability): ఇది ఆక్సిజన్‌కు సంబంధించి ఉష్ణగతికంగా అస్థిరంగా ఉంటుంది, ఎందుకంటే ఆక్సిజన్‌గా దాని వియోగం ఉష్ణమోచక చర్య మరియు ఎంట్రోపీని పెంచుతుంది.

ఆక్సిజన్ సమ్మేళనాల తులనాత్మక ధర్మాలు

ధర్మం	నీరు (H₂O)	హైడ్రోజన్ పెరాక్సైడ్ (H₂O₂)	ఓజోన్ (O₃)
ఫార్ములా	H₂O	H₂O₂	O₃
ఆక్సిజన్ స్వభావం	-2 ఆక్సీకరణ స్థితి	-1 ఆక్సీకరణ స్థితి	0 ఆక్సీకరణ స్థితి (మూలక రూపంలో), అత్యంత చురుకైనది
స్థిరత్వం	అత్యంత స్థిరమైనది	తక్కువ స్థిరమైనది, సులభంగా వియోగం చెందుతుంది	చాలా అస్థిరమైనది, సులభంగా O₂గా వియోగం చెందుతుంది
ఆక్సీకరణ/క్షయకరణ	తటస్థ/ఉభయధర్మి (ఆమ్లంగా లేదా క్షారంగా పనిచేయగలదు)	ఆక్సీకరణ మరియు క్షయకరణ కారకం రెండూ	శక్తివంతమైన ఆక్సీకరణ కారకం
భౌతిక స్థితి (RT వద్ద)	ద్రవం	ద్రవం	లేత నీలి వాయువు
పర్యావరణంలో పాత్ర	సార్వత్రిక ద్రావకం, జీవనాధారం	బ్లీచింగ్ కారకం, క్రిమినాశకం, రాకెట్ ఇంధన ఆక్సీకరణి	UV వికిరణం నుండి భూమిని రక్షిస్తుంది (స్ట్రాటోస్ఫియర్)