Tlen (O)

Tlen w układzie okresowym

Pierwiastek leży w drugim okresie, czyli w drugim poziomym rzędzie tablicy — to oznacza, że jego elektrony rozmieszczone są na 2 powłokach. Znajduje się w 16 grupie (blok p — elektrony walencyjne zapełniają podpowłokę p). W tej samej grupie stoją: Siarka, Selen, Tellur, Polon, Liwermor — pierwiastki z jednej grupy mają podobną liczbę elektronów walencyjnych, dlatego zachowują się chemicznie podobnie. W temperaturze pokojowej Tlen jest gazem (topnieje w -218,79 °C, wrze w -182,96 °C).

Tlen — co to za pierwiastek

Bez niego nie ma ani oddechu, ani ognia, ani rdzy.

Właściwości pierwiastka Tlen

Tlen jest gazem bezbarwnym, bez zapachu i smaku, o gęstości 0,001429 g/cm³, czyli nieco cięższym od powietrza. Skrapla się dopiero w −182,96 °C, a krzepnie w −218,79 stopnia; ciekły tlen jest wyraźnie bladoniebieski i przyciąga go magnes. Cząsteczka składa się z dwóch atomów i ma wzór O₂. Elektroujemność 3,44 stawia tlen na drugim miejscu po fluorze, więc niemal we wszystkich związkach przyciąga elektrony i przyjmuje stopień utlenienia minus dwa. Łączy się z większością pierwiastków, tworząc tlenki: gwałtownie podczas spalania, powoli podczas rdzewienia żelaza i utleniania tłuszczów. Sam nie pali się, ale podtrzymuje palenie, dlatego czysty tlen pod ciśnieniem drastycznie zwiększa ryzyko pożaru i butli nigdy nie wolno dotykać zatłuszczonymi rękami.

Zastosowanie pierwiastka Tlen

Najwięcej tlenu zużywa hutnictwo. W konwertorze tlenowym wdmuchuje się go pod ciśnieniem w ciekłą surówkę, żeby wypalić nadmiar węgla i zamienić ją w stal; bez tego kroku nie byłoby taniej stali. Warsztaty używają palników tlenowo-acetylenowych do spawania i cięcia blachy, bo dodatek czystego tlenu podnosi temperaturę płomienia znacznie powyżej tej, którą daje samo powietrze. W szpitalach tlen płynie z butli i instalacji ściennych do masek, respiratorów i inkubatorów dla wcześniaków. Nurkowie oddychają mieszankami o zwiększonej zawartości tlenu, a ratownicy górscy i lotnicy korzystają z butli tam, gdzie powietrza jest za mało. Oczyszczalnie ścieków napowietrzają zbiorniki, żeby bakterie rozkładające zanieczyszczenia miały czym oddychać; podobnie napowietrza się stawy hodowlane. Rakiety wynoszą ze sobą ciekły tlen jako utleniacz, ponieważ w przestrzeni kosmicznej nie ma powietrza. Przemysł chemiczny prowadzi na tlenie utlenianie surowców, wodociągi dezynfekują wodę ozonem, a producenci żywności robią odwrotnie: usuwają tlen z opakowań, bo to on odpowiada za jełczenie i psucie.

Tlen — najważniejsze związki chemiczne

Najważniejszym związkiem tlenu jest woda H₂O. Z metalami tworzy tlenki zasadowe, na przykład tlenek wapnia CaO i tlenek żelaza(III) Fe₂O₃, czyli główny składnik rdzy. Z niemetalami daje tlenki kwasowe: dwutlenek węgla CO₂ i dwutlenek siarki SO₂. Z tlenków kwasowych i wody powstają kwasy tlenowe, jak kwas siarkowy(VI) H₂SO₄, a z tlenków metali i wody wodorotlenki, jak NaOH. Do tego dochodzą sole tlenowe, przede wszystkim węglany, na przykład CaCO₃ w wapieniu i kredzie, oraz krzemiany budujące skały. Osobno warto zapamiętać nadtlenek wodoru H₂O₂, znany jako woda utleniona, i ozon O₃.

Tlen — gdzie go spotykasz

• powietrze
• woda
• szpital
• spawanie
• hutnictwo

Tlen w szkole — co trzeba wiedzieć

Tlen ma liczbę atomową 8, konfigurację [He] 2s² 2p⁴ i sześć elektronów walencyjnych, więc do oktetu brakuje mu dwóch. Stąd wartościowość II i stopień utlenienia minus dwa w niemal wszystkich związkach; wyjątki to nadtlenki, gdzie wynosi minus jeden. W powietrzu tlen stanowi około jednej piątej objętości. Najczęstszy błąd na sprawdzianie to mylenie zapisu O, O₂ i O₃: O to pojedynczy atom, O₂ cząsteczka gazu, którym oddychamy, a O₃ ozon, czyli inna odmiana alotropowa tego samego pierwiastka. Trzeba umieć uzgodnić równania typu 2Mg + O₂ daje 2MgO oraz opisać otrzymywanie tlenu z rozkładu wody utlenionej i wykrywanie go żarzącym się łuczywem, które w tlenie zapala się na nowo. Pomocne zdanie do zapamiętania: tlen podtrzymuje spalanie, ale sam nie płonie.

Tlen — historia odkrycia

W 1774 roku Joseph Priestley skupił soczewką światło słoneczne na tlenku rtęci i zebrał gaz, w którym świeca paliła się jaśniej, a mysz żyła dłużej niż w zwykłym powietrzu. Carl Wilhelm Scheele otrzymał ten sam gaz kilka lat wcześniej i nazwał go powietrzem ognistym, ale opublikował wyniki później, dlatego odkrycie przypisuje się obu badaczom. Sensu doświadczeniom nadał dopiero Antoine Lavoisier, który wykazał, że spalanie to łączenie się substancji z nowym gazem, i obalił tym teorię flogistonu. On też ukuł nazwę od greckich słów oxys genes, czyli rodzący kwasy, bo sądził, że tlen wchodzi w skład każdego kwasu. To akurat okazało się błędem, ale nazwa została.

Tlen — skąd wzięła się nazwa

gr. oxys genes — „rodzący kwasy”

Tlen — izotopy

tlen-16 dominuje, -17 i -18 śladowo

Tlen — bezpieczeństwo

Czysty tlen pod ciśnieniem drastycznie zwiększa ryzyko pożaru.

Ciekawostki o pierwiastku Tlen

• Najobficiejszy pierwiastek skorupy ziemskiej — prawie jej połowa.
• Ciekły tlen ma bladoniebieską barwę i potrafi zawisnąć między biegunami silnego magnesu.
• Tlen w atmosferze pochodzi z fotosyntezy; pierwotne powietrze Ziemi go nie zawierało.
• Ozon wysoko w atmosferze chroni nas przed promieniowaniem UV, a tuż nad ziemią jest szkodliwym zanieczyszczeniem.

Najczęstsze pytania o pierwiastek Tlen