ఆక్సిజన్ (O) - పరీక్ష రివిజన్ గైడ్

పరిచయం

ఆక్సిజన్ (O), భూమి పొరలో ద్రవ్యరాశి ప్రకారం అత్యంత సమృద్ధిగా లభించే మూలకం మరియు వాతావరణంలో రెండవ అత్యంత సమృద్ధిగా లభించే మూలకం (ఘనపరిమాణం ద్వారా 20.95%), చాలా జీవ రూపాలకు మరియు అనేక పారిశ్రామిక ప్రక్రియలకు ప్రాథమికమైనది. దాని అధిక క్రియాశీలత మరియు ప్రత్యేక ఎలక్ట్రానిక్ కాన్ఫిగరేషన్ వివిధ రసాయన ప్రతిచర్యలు మరియు జీవ చక్రాలలో దాని పాత్రను నిర్ణయిస్తాయి.

CBSE/JEE త్వరిత రివిజన్ నోట్స్

• చిహ్నం: O
• పరమాణు సంఖ్య (Z): 8
• పరమాణు ద్రవ్యరాశి: 15.999 u ≈ 16 u
• ఎలక్ట్రానిక్ కాన్ఫిగరేషన్: 1s² 2s² 2p⁴ ([He] 2s² 2p⁴)
• వాలెన్సీ: 2 (సాధారణంగా)
• గ్రూప్: 16 (చాల్కోజెన్లు)
• పీరియడ్: 2
• బ్లాక్: p-బ్లాక్
• స్వభావం: అలోహం, డయాటామిక్ వాయువు (O₂), పారామాగ్నెటిక్
• ఎలక్ట్రోనెగటివిటీ (పాలింగ్ స్కేల్): 3.44
• మొదటి అయోనైజేషన్ ఎంథాల్పీ: 1314 kJ/mol
• ఎలక్ట్రాన్ గ్రహణ ఎంథాల్పీ: -141 kJ/mol
• అల్లోట్రోప్‌లు: డైఆక్సిజన్ (O₂) మరియు ఓజోన్ (O₃)
• సాధారణ ఆక్సీకరణ స్థితులు: -2 (అత్యంత సాధారణం), -1 (పెరాక్సైడ్‌లు), -1/2 (సూపరాక్సైడ్‌లు), 0 (మూలకం), +1 (O₂F₂), +2 (OF₂)

ఎలక్ట్రాన్ కాన్ఫిగరేషన్ & బంధ ప్రవర్తన

ఆక్సిజన్ యొక్క ఎలక్ట్రానిక్ కాన్ఫిగరేషన్, 1s² 2s² 2p⁴, ఆరు వాలెన్స్ ఎలక్ట్రాన్‌లను సూచిస్తుంది. స్థిరమైన అష్టకాన్ని సాధించడానికి, ఆక్సిజన్ సులభంగా రెండు ఎలక్ట్రాన్‌లను స్వీకరిస్తుంది లేదా రెండు ఎలక్ట్రాన్ జతలను పంచుకుంటుంది.

• ఎలక్ట్రోనెగటివిటీ: ఆక్సిజన్ రెండవ అత్యంత ఎలక్ట్రోనెగటివ్ మూలకం (ఫ్లోరిన్ తర్వాత), ఇది దాని బలమైన ఆక్సీకరణ ధర్మాలకు దోహదపడుతుంది.
• కోవాలెంట్ బంధం: సాధారణంగా రెండు కోవాలెంట్ బంధాలను (ఉదాహరణకు, H₂O) లేదా డబుల్ బంధాన్ని (ఉదాహరణకు, O₂) ఏర్పరుస్తుంది.
• అయానిక్ బంధం: అత్యంత ఎలక్ట్రోపాజిటివ్ లోహాలతో O²⁻ అయాన్‌ను ఏర్పరుస్తుంది (ఉదాహరణకు, Na₂O, CaO).
• ఆక్సీకరణ స్థితులు:
  • -2: ఆక్సైడ్‌లలో అత్యంత సాధారణం (H₂O, CO₂, CaO).
  • -1: పెరాక్సైడ్‌లలో (H₂O₂, Na₂O₂).
  • -1/2: సూపరాక్సైడ్‌లలో (KO₂, RbO₂).
  • 0: మూలక ఆక్సిజన్‌లో (O₂, O₃).
  • +1: డైఆక్సిజన్ డైఫ్లోరైడ్‌లో (O₂F₂), ఇక్కడ F మరింత ఎలక్ట్రోనెగటివ్.
  • +2: ఆక్సిజన్ డైఫ్లోరైడ్‌లో (OF₂), ఇక్కడ F మరింత ఎలక్ట్రోనెగటివ్.
• డైఆక్సిజన్ (O₂): డబుల్ బంధాన్ని కలిగి ఉంటుంది (ఒక సిగ్మా, ఒక పై బంధం). మాలిక్యులర్ ఆర్బిటల్ థియరీ, π* యాంటీబాండింగ్ ఆర్బిటాల్స్‌లో రెండు జతకాని ఎలక్ట్రాన్‌ల కారణంగా దాని పారామాగ్నెటిక్ స్వభావాన్ని వివరిస్తుంది.
• ఓజోన్ (O₃): ఆక్సిజన్ యొక్క ఒక అల్లోట్రోప్, రెసొనెన్స్ స్థిరీకరణతో వంగిన నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉంటుంది.

ముఖ్యమైన రసాయన ప్రతిచర్యలు

డైఆక్సిజన్ (O₂) తయారీ

1. ప్రయోగశాల తయారీ:
   • పొటాషియం క్లోరేట్ (KClO₃) విఘటనం: 2KClO₃(s) --(MnO₂/Heat)--> 2KCl(s) + 3O₂(g)
   • హైడ్రోజన్ పెరాక్సైడ్ (H₂O₂) విఘటనం: 2H₂O₂(aq) --(MnO₂)--> 2H₂O(l) + O₂(g)
   • లోహ ఆక్సైడ్‌ల విఘటనం (ఉదాహరణకు, Ag₂O, HgO) అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద: 2Ag₂O(s) --(Heat)--> 4Ag(s) + O₂(g)
2. పారిశ్రామిక తయారీ:
   • ద్రవ గాలి యొక్క పాక్షిక స్వేదనం: గాలిని ద్రవీకరించి, ఆపై పాక్షిక స్వేదనం చేస్తారు. నైట్రోజన్ (మరుగు స్థానం -196 °C) మొదట స్వేదనం చెందుతుంది, ద్రవ ఆక్సిజన్ (మరుగు స్థానం -183 °C) మిగిలిపోతుంది.
   • నీటి విద్యుద్విశ్లేషణ: 2H₂O(l) --(Electricity)--> 2H₂(g) + O₂(g)

డైఆక్సిజన్ (O₂) యొక్క ప్రతిచర్యలు

ఆక్సిజన్ ఒక శక్తివంతమైన ఆక్సీకరణ కారకం మరియు చాలా మూలకాలు మరియు అనేక సమ్మేళనాలతో ప్రతిస్పందిస్తుంది.

1. లోహాలతో ప్రతిచర్య: క్షార ఆక్సైడ్‌లను ఏర్పరుస్తుంది.
   • 4Na(s) + O₂(g) --> 2Na₂O(s) (సోడియం ఆక్సైడ్)
   • 2Mg(s) + O₂(g) --> 2MgO(s) (మెగ్నీషియం ఆక్సైడ్)
   • 4Al(s) + 3O₂(g) --> 2Al₂O₃(s) (అల్యూమినియం ఆక్సైడ్)
   • 3Fe(s) + 2O₂(g) --(Heat)--> Fe₃O₄(s) (ఐరన్(II,III) ఆక్సైడ్)
2. అలోహాలతో ప్రతిచర్య: ఆమ్ల లేదా తటస్థ ఆక్సైడ్‌లను ఏర్పరుస్తుంది.
   • C(s) + O₂(g) --> CO₂(g) (కార్బన్ డయాక్సైడ్, ఆమ్ల)
   • S(s) + O₂(g) --> SO₂(g) (సల్ఫర్ డయాక్సైడ్, ఆమ్ల)
   • P₄(s) + 5O₂(g) --> P₄O₁₀(s) (ఫాస్ఫరస్ పెంటాక్సైడ్, ఆమ్ల)
   • N₂(g) + O₂(g) --(Electric Arc)--> 2NO(g) (నైట్రోజన్ మోనాక్సైడ్, తటస్థ)
   • 2H₂(g) + O₂(g) --> 2H₂O(l) (నీరు, తటస్థ)
3. సమ్మేళనాలతో ప్రతిచర్య (దహనం): ఆక్సిజన్ దహనాన్ని మద్దతు ఇస్తుంది.
   • హైడ్రోకార్బన్‌లు: CH₄(g) + 2O₂(g) --> CO₂(g) + 2H₂O(g) (మీథేన్ దహనం)
   • హైడ్రోజన్ సల్ఫైడ్: 2H₂S(g) + 3O₂(g) --> 2SO₂(g) + 2H₂O(g)
   • అమ్మోనియా: 4NH₃(g) + 5O₂(g) --(Pt/Rh catalyst)--> 4NO(g) + 6H₂O(g) (ఓస్ట్‌వాల్డ్ ప్రక్రియ మధ్యస్థం)

పారిశ్రామిక మరియు జీవ ప్రాముఖ్యత

పారిశ్రామిక ప్రాముఖ్యత

• లోహ సంగ్రహణ: ఉక్కు తయారీలో కరిగిన ఇనుము నుండి మలినాలను (ఉదాహరణకు, కార్బన్, సల్ఫర్, ఫాస్ఫరస్) ఆక్సీకరణ ద్వారా తొలగించడానికి ఉపయోగిస్తారు.
• వెల్డింగ్ మరియు కటింగ్: ఆక్సీ-ఎసిటిలీన్ టార్చ్‌లు వెల్డింగ్ మరియు లోహ కటింగ్ కోసం అధిక ఉష్ణోగ్రతలను ఉత్పత్తి చేస్తాయి.
• రసాయన సంశ్లేషణ: నైట్రిక్ ఆమ్లం (అమ్మోనియా నుండి), సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లం, ఇథిలీన్ ఆక్సైడ్ మరియు ఇతర పారిశ్రామిక రసాయనాల ఉత్పత్తిలో ఉపయోగిస్తారు.
• వైద్యం: శ్వాసకోశ సమస్యలతో బాధపడుతున్న రోగులకు, హైపర్‌బారిక్ ఆక్సిజన్ థెరపీలో అందిస్తారు.
• రాకెట్ ఇంధనం: ద్రవ ఆక్సిజన్ (LOX) రాకెట్ ఇంజిన్‌లలో ఆక్సీకరణిగా పనిచేస్తుంది.
• మురుగునీటి శుద్ధి: మురుగునీటి శుద్ధిలో ఏరోబిక్ జీవ ప్రక్రియలను పెంచడానికి ఉపయోగిస్తారు.

జీవ ప్రాముఖ్యత

• శ్వాసక్రియ: చాలా జీవులలో ఏరోబిక్ శ్వాసక్రియకు అవసరం, ఇక్కడ ఇది ఎలక్ట్రాన్ రవాణా గొలుసులో అంతిమ ఎలక్ట్రాన్ గ్రాహకంగా పనిచేసి, శక్తిని (ATP) విడుదల చేస్తుంది. C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + Energy
• కిరణజన్య సంయోగ క్రియ (ఉప-ఉత్పత్తి): మొక్కలు మరియు ఆల్గే ద్వారా కిరణజన్య సంయోగ క్రియ యొక్క ఉప-ఉత్పత్తిగా ఆక్సిజన్ వాతావరణంలోకి విడుదల అవుతుంది. 6CO₂ + 6H₂O --(Light Energy)--> C₆H₁₂O₆ + 6O₂
• ఓజోన్ పొర: స్ట్రాటోస్పిరిక్ ఓజోన్ (O₃) సూర్యుని నుండి వచ్చే హానికరమైన అతినీలలోహిత (UV) వికిరణాన్ని గ్రహిస్తుంది, భూమిపై జీవనాన్ని రక్షిస్తుంది.
• విచ్ఛిన్నం: సేంద్రీయ పదార్థాల విచ్ఛిన్నంలో పాలుపంచుకుంటుంది, పోషకాలను పర్యావరణ వ్యవస్థకు తిరిగి అందిస్తుంది.