Kyslík je plynný chemický prvek, je to nejrozšířenější prvek na zemi, vyskytuje se jak ve volné formě, tak i vázaný. Tvoří tři stabilní izotopy, z nichž pouze jeden je NMR aktivní. V atmosféře ho nacházíme ve formě dikyslíku O2 a ozonu O3. Obrovské množství kyslíku je vázáno ve formě vody (H2O).
Atomové číslo | 8 | Počet stabilních izotopů | 3 |
Atomová hmotnost | 15,9994 | Elektronová konfigurace | [He] 2s2 2p4 |
Teplota tání [°C] | -218,79 | Teplota varu [°C] | -182,95 |
Elektronegativita | 3,44 | Hustota [kg.m-3] | 1,429 |
Na Zemi je kyslík nejrozšířenějším prvkem, ve vesmíru je ale poměrně vzácný, na 1000 atomů vodíku připadá jen jeden atom kyslíku.
![Kapalný kyslík](http://z-moravec.net/wp-content/uploads/2024/02/Liquid_oxygen-240x300.jpg)
Izotopy
Kyslík má tři stabilní izotopy, nejběžnější je 16O. Známe radioizotopy v rozmezí nukleonových čísel 11-26, nejdelší poločas rozpadu má 15O, 122,3 s.
Izotop | Zastoupení v přírodě [%] | Jaderný spin |
16O | 99,757 | 0 |
17O | 0,0038 | 5/2 |
18O | 0,0205 | 0 |
Fyzikální vlastnosti
Molekula dikyslíku obsahuje dva nepárové elektrony v protivazebných orbitalech a proto je paramagnetická. To můžeme ověřit chováním kyslíku v přítomnosti silného magnetu, viz video dole:
Přítomnost nepárových elektronů si můžeme dokázat pomocí diagramu molekulových orbitalů:
![Diagram MO molekuly O2](http://z-moravec.net/wp-content/uploads/2024/03/Diagramme_OM_O2.jpg)
Výroba a příprava
Kyslík (O2) se vyrábí frakční destilací zkapalněného vzduchu, uchovává se a převáží v kapalném stavu. Pro laboratorní výrobu se využívá elektrolýza vody nebo rozklad chlorečnanu, příp. peroxidu vodíku za katalýzy burelem (MnO2).
2 H2O → O2 + 2 H2
2 H2O2 → O2 + 2 H2O
2 KClO3 → 3 O2 + 2 KCl
Chemické vlastnosti
Kyslík je bezbarvý plyn, ale v kapalném stavu je bledě modrý. V elementárním stavu je kyslík silné oxidační činidlo, ale i tak jej lze oxidovat a připravit sloučeniny dioxygenylu.
O2 + PtF6 → O2+[PtF6]–
Ozon
Druhým běžným alotropem kyslíku je ozon, O3, v čistém stavu modrý plyn s charakteristickým zápachem. Jeho molekula má lomený tvar. Vyrábí se působením tichého elektrického výboje na kyslík, za laboratorní teploty je ve vyšších koncentracích nestabilní.
3 O2 → 2 O3
Koncentrovaná kapalina je silně explozivní, v plynném stavu jde o silné oxidační činidlo. Toho se využívá při dezinfekci vody, ozon také dokáže např. oxidovat sulfid na síran.
4 O3 + PbS → PbSO4 + 4 O2
Kyslík je velmi reaktivní, má silné oxidační účinky. Oxidace pomocí kyslíku se nazývá hoření a je často výrazně exotermní. Sloučeniny tvoří nejčastěji v oxidačním stavu -II, ale také -I, I a II a dále v neceločíselných oxidačních stavech.
-II | Oxidy, soli kyslíkatých kyselin | 1/2 | Dioxygenyl: O2[AsF6] |
-I | Peroxidy: H2O2, BaO2 | I | Dioxygen difluorid: O2F2 |
-1/2 | Superoxidy: KO2, CsO2 | II | Oxygen difluorid: OF2 |
-1/3 | Ozonidy: CsO3, KO3 |
Singletový a tripletový stav kyslíku
Fluoridy kyslíku
Difluorid kyslíku je silně toxická a explosivní sloučenina se vzorce OF2. Je to bezbarvý plyn s teplotou varu −145 °C a teplotou tání −224 °C. Molekula má lomený tvar, úhel FOF je 103° a délka vazby 141 pm. Lze jej připravit reakcí fluoru s hydroxidem sodným:
2 NaOH + 2 F2 → OF2 + 2 NaF + H2O
V čistém stavu ho lze zahřívat téměř do 200 °C, reaguje s velkým množstvím prvků. Působením UV záření disociuje na radikály OF• a F•.
Difluorid dikyslíku je žlutá, pevná látka, která se rozkládá nad teplotou −150 °C. Lze jej připravit působením elektrického výboje na směs kyslíku a fluoru, i za velmi nízkých teplot jde o silné fluorační činidlo, dokáže fluorovat např. SbF5:
2 O2F2 + 2 SbF5 → 2 [O2]+[SbF6]– + F2
Molekula má stejný tvar jako peroxid vodíku, úhel OOF je 109°, délka vazby F-O je 157,5 pm a O-O 122 pm. Délka vazby O-O je kratší než v případě peroxidu vodíku, kde je 147,5 pm.
17O NMR
Standardem pro 17O NMR je voda. Spin jádra je 5/2, díky čemuž jsou linie poměrně široké. Kvůli kvadrupólu jádra a nízkému přirozenému zastoupení je citlivost 17O NMR nízká.
Spin | 5/2 |
---|---|
Zastoupení v přírodě | 0,038 % |
Jaderný magnetický moment | -1,89379 |
Rozsah chemických posunů | -40 až 610 ppm (anorganické molekuly) -12 až 1330 ppm (organické molekuly) -12 až 2500 ppm (hemoproteiny) |
Rezonanční frekvence v poli 1 T | 5,7742 |
Relativní citlivost k 1H | 1,11×10-5 |
Relativní citlivost k 13C | 0,0650 |
17O NMR lze použít i pro studium mikroporézních materiálů[7] a biologických systémů.[9]
Chemické posuny
Rozsah 17O chemických posunů je poměrně široký, u biologických systémů může být až -36 – +2500 ppm, menší molekuly se zpravidla vejdou pod +1300 ppm.
Sloučenina | Rozsah chemických posunů [ppm] |
Alkoholy | -50 – +70 |
Ethery | -20 – +90 |
Acetaly | 10 – 100 |
Peroxidy | 170 – 280 |
Sulfoxidy | 0 – 20 |
(-O’)2SO‘‘2 organické sulfáty | O‘ 85 – 100 O‘‘ 125 – 160 |
P(OR)3 | 20 – 65 |
CO32- | 170 – 180 |
O‘=C(O‘‘R)2 | O‘ 235 – 250 O‘‘ 100 – 115 |
-COOH | 225 – 250 |
O‘-(C=O‘‘)2 | O‘ 240 – 255 O‘‘ 375 – 400 |
-O‘C(R)=O‘‘ | O‘ 100 – 220 O‘‘ 330 – 385 |
R2N-C=O | 265 – 320 |
X-C(R)=O (X=F, Cl, Br) | 390 (F) – 550(Br) |
R2C=O | 545 – 580 |
R-CH=O | 545 – 625 |
M-CO (M = kov) | 340 – 400 |
ClO3– | 260 – 300 |
ClO4– | 260 – 300 |
NO32- | 405 – 425 |
R- NO2 | 410 – 440 |
-O’-N=O‘‘ | O‘ 460 – 540 O‘‘ 800 – 850 |
CrO42- | 830 – 850 |
Cr2O72- | OCr 1080 – 1120 OCr2 325 – 350 (můstkový kyslík) |
Odkazy
- Kyslík na české wikipedii
- Kyslík na anglické wikipedii
- Oxygen NMR
- Direct Measurement of the Mn(II) Hydration State in Metal Complexes and Metalloproteins through 17O NMR Line Widths
- 17O NMR chemical shifts in oxometalates: from the simplest monometallic species to mixed-metal polyoxometalates
- 3.0.CO;2-T“>17O NMR chemical shifts: a simple and useful rule for substituent additivity on oxygen atoms with a coordination number of two
- 17O NMR spectroscopy of crystalline microporous materials
- 17O nuclear magnetic resonance: Recent advances and applications
- 17O Solid-State NMR Spectroscopy of Lipid Membranes
Navigace
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 |
H | He | ||||||||||||||||
Li | Be | B | C | N | O | F | Ne | ||||||||||
Na | Mg | Al | Si | P | S | Cl | Ar | ||||||||||
K | Ca | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | As | Se | Br | Kr |
Rb | Sr | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | Cd | In | Sn | Sb | Te | I | Xe |
Cs | Ba | La | Hf | Ta | W | Re | Os | Ir | Pt | Au | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | At | Rn |
Fr | Ra | Ac | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Nh | Fl | Mc | Lv | Ts | Og |
Ce | Pr | Nd | Pm | Sm | Eu | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu |
Th | Pa | U | Np | Pu | Am | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Md | No | Lr |
5 Replies to “Kyslík”