2014年5月30日 星期五

氧的化性 The Chemistry of Oxygen

化學原理啟迪459
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1.     「氧」是非常重要的元素,「氧」是地殼附近最豐富的元素。「氧」在大氣層的形式為「氧氣」與「臭氧」;「氧」在土壤與岩石中的形式為氧化物、矽酸鹽、碳酸鹽;「氧」在海洋的形式是水;「氧」在人類身體的形式則是水及許多種分子。
2.     我們的生存與文明社會的運作,所需的大部分能量,來自於氧與含碳分子間的散熱反應
3.     「氧」最常見的元素態是O2O2佔地球大氣20%的體積,因為「氮氣」的沸點比「氧」低,所以會發生液態空氣先蒸發「氮」,留下「氧」與少量的「氬」,與其他空氣成分所混合的液態空氣。
4.     液態氧是淡藍色液體,凝固點219,沸點-183。我們將「液態氧」倒在強磁鐵的二極之間,「液態氧」滯留在二極之間,直到蒸發掉為止,即可證明「液態氧」的順磁性。氧分子的順磁性,可用分子軌域說明(有未成對的電子),分子軌域也說明它的鍵結情形。
5.     氧的另一種元素形式為臭氧(O3)。我們可用共振結構說明O3
6.     O3分子的鍵角是117°,依據VSEPR模型,它的共振結構是,3對有效電子構成的三角平面,鍵角小於120°,這是因為未鍵結電子所需的空間大於鍵結電子。
7.     臭氧的製備方式為,對純氧氣通電,散佈的電能會破壞部分分子的化學鍵,製造出氧原子,氧原子再與其他的O2分子形成O3
8.     251atm下,臭氧比氧更不穩定,舉例來說,氧與臭氧的反應 3O2←→2O3(g) 平衡常數K1056 
9.     臭氧是淡藍色超毒的氣體,臭氧是比氧更強的氧化劑,因為臭氧的氧化能力強,臭氧被當成可代替氯消毒水的物質。
10. 氯加入水消毒時,會在水中殘留氯化合物,例如氯仿(CHCl3)。長期暴露在氯仿之下可能引發癌症。
11. 雖然臭氧能有效地殺掉水中的細菌,用臭氧分解ozonolysis消毒的缺點是,臭氧無法持續地讓水免於再污染,因為臭氧注入水,完成初次消毒反應後,就逸散出去,不會遺留。氯化消毒則不同,氯加入水之後,氯會持續地存留在水中。
12. 臭氧的氧化能力也會產生很大的害處,汽車排放的廢氣,裡頭所含的臭氧會污染環境。
13. 地球上層的大氣含有臭氧,臭氧層ozone layer很重要,臭氧吸收紫外線,是防堵輻射穿透地表的保護層,輻射會引發皮膚癌。當臭氧分子吸收能量,臭氧會分解成氧分子和氧原子:
O3hv→O2O
14. 當氧分子與氧原子互相碰撞,它們並不會鍵結成臭氧,除非有「第三體the third body」介入,例如氮分子,吸收鍵結釋出的能量。
15. 「第三體」吸收氧原子與氧分子的動能,造成溫度上升,這個過程將臭氧所吸收的紫外線輻射,轉變為熱能。臭氧防堵有害的紫外線光能抵達地球。

n  翻譯編寫Steven S. Zumdahl Chemical Principles;圖片來源/en.wikipedia.org/wiki/Ozone

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