Թթվածին

Թթվածին (), պարբերական համակարգի 2-րդ պարբերության, 6-րդ խմբի քիմիական տարր, կարգահամարը՝ 8, ատոմական զանգվածը՝ 15,9994։ Ատոմի էլեկտրոնային թաղանթների կառուցվածքը 1s22s22p4 է։ Սովորական պայմաններում (0 °C, 760 մմ սնդիկի սյուն) թթվածինը անգույն, անհոտ և անհամ գազ է։

Թթվածինը ամենատարածված քիմիական տարրն է Երկրի վրա։ Կապված թթվածինը կազմում է Երկրի ջրային շերտի զանգվածի 6/7 մասը (85,82 % ըստ զանգվածի), մթնոլորտում, որտեղ նա գտնվում է ազատ վիճակում, պարունակությամբ երկրորդն է (23,15 % ըստ զանգվածի) ազոտից հետո։ Փոփոխությունը օդում 0,1 % -ից չի անցնում։ Մթնոլորտում թթվածնի կորուստը օքսիդացման, այրման, նեխման և շնչառության պատճառով լրացվում է ֆոտոսինթեզով։ Թթվածինը առաջին տեղն է առաջացրած միներալների թվով (1364), որոնց մեջ թթվածնի պարունակությամբ գերակշռում են սիլիկատները, քվարցը, երկաթի օքսիդները, կարբոնատները և սուլֆատները։

Թթվածինը մտնում է բոլոր այն նյութերի բաղադրության մեջ, որոնցից կազմված են կենդանի օրգանիզմները, օրինակ, մարդու օրգանիզմը պարունակում է մոտավորապես 65 % թթվածին։ Ունի երեք կայուն իզոտոպ՝ Օ16 (99,75 %), Օ17 (0,037 %) և Օ18 (0,204 %)։ Արհեստականորեն ստացվել են 14, 15 և 19 զանգվածի թվերով ռադիոակտիվ իզոտոպներ։ Թթվածնի բոլոր իզոտոպների միջուկները կազմված են 8 պրոտոնից և համապատասխանաբար 6, 7, 8, 9, 10 և 11 նեյտրոնից, իսկ էլեկտրոնային թաղանթը՝ երկու ներքին և վեց արտաքին էլեկտրոններից։

Նախկինում թթվածնի ատոմին միացություններում վերագրվում էր բացասական 2 լիցք։ Սակայն, ինչպես ցույց տվեցին փորձնական տվյալները, Օ−2 իոն գոյություն չունի ազատ վիճակում։

Հանդես է գալիս երկու ալոտրոպ ձևափոխությունների տեսքով՝ թթվածին (O2) և օզոն (O3)։

 Բացահայտման պատմություն 
Առաջին անգամ միմյանցից անկախ թթվածինը ստացել են շվեդ, գիտնական Շեելեն (1769-1970 թվականին՝ մագնեզիումի նիտրատի, թորակների ջերմային քայքայումից) և անգլիացի գիտնական Պրիստելին (1774 թվականին՝ սնդիկի օքսիդի և սուսրի տաքացումից).



 Անվան ծագում 
1775 թվականին Ա. Լավուազիեն հաստատեց օդի բաղադրությունը, ցույց տվեց, որ թթվածինը համարվում է թթուների բաղադրիչ մասը և անվանեց այն oxygene - «թթու առաջացնող» ( - «թթու» և  — «ծնում եմ»), այստեղից էլ հայերեն «թթվածին» անվանումը։

 Բնության մեջ 
մինի|Թթվածինը բնության մեջ
Թթվածինը Երկրի կեղևի ամենատարածված էլեմենտն է։ Ազատ վիճակում գտնվում է մթնոլորտային օդում, կապված ձևով մտնում է ջրի, միներալների, լեռնային ապարների, և բոլոր այն բույսերի, որոնցից կազմված են բուսական և կենդանական օրգանիզմները։ Երկիր մոլորակի օդային մթնոլորտը կազմված է հիմնականում երկու գազից՝ թթվածնից (O2) և ազոտից (N2)։
Օդի բաղադրությունում թթվածնի ծավալային բաժինը 20,93 % է, իսկ զանգվածայինը՝ 23,15 %։ Սակայն թթվածնի հիմնական զանգվածը մեր մոլորակում պարունակվում է տարբեր միացությունների (բարդ նյութերի) բաղադրությունում։ Երկրագնդի ջրապաշարներում թթվածնի զանգվածային բաժինը 85,82 % է, ավազում՝ 53 %, կավերում, լեռնային ապարներում ու հանքերում՝ մոտավորապես 56 %։ Բոլոր կենդանի օրգանիզմներում պարունակվող նյութերի (ճարպ, շաքար, սպիտակուց և այլն) բաղադրությունում առկա հիմնական տարրերից մեկը թթվածինն է։ Օրինակ՝ մարդու օրգանիզմում թթվածնի զանգվածային բաժինը 65 % է
(իսկ ըստ ատոմների՝ 26 %)։

Օդում թթվածնի ծախսը հիմնականում պայմանավորված է նյութերի օքսիդացմամբ, այրմամբ, օրգանական նյութերի նեխմամբ ու կենդանի օրգանիզմների շնչառությամբ։ Սակայն ծախսված թթվածինը վերականգնվում է լուսասինթեզի միջոցով, որը հիմնականում կատարվում է բույսերում։ Կանաչ բույսերում արևի լուսային էներգիան խթանում է ածխաթթու գազի (CO2) և ջրի (H2O) մոլեկուլների միջև քիմիական փոխազդեցություն, որի հետևանքով ածխաթթու գազի ծավալին հավասար թթվածին է անջատվում։ Այդ գործընթացում նաև մի շարք օրգանական միացություններ են առաջանում։ Թթվածինը բնության մեջ յուրօրինակ շրջապտույտ է կատարում։

 Ստացում 
Բնության մեջ թթվածնի ահռելի ծախսը լրացնում է ֆոտոսինթեզի ռեակցիան, որը ընթանում է լույսի և քլորոֆիլի պայմաններում.



Արտադրության մեջ թթվածինը ստացվում է օդից։ Օդը սովորական ճնշման տակ -200°С սառեցնելիս՝ վեր է ածվում բաց երկնագույն հեղուկի, ապա զգույշ տաքացնում են -195°С-ում անջատվում է ազոտը, իսկ -183°С-ում անջատվում է թթվածինը։ Գազային թթվածինը պահում են պողպատե գլանանոթներում (բալոններում) 10-15 ՄՊԱ ճնշման տակ 1 մմ սնդիկի սյան, որը հավասար է 133,3 Պա։

Մաքուր թթվածին ստանում են նաև ջրի էլեկտրոլիզի (էլեկտրատարրալուծման) միջոցով.

Լաբորատորիայում թթվածինը ստանում են թթվածին պարունակող բարդ նյութերի քայքայումից.




Կալիումի պերմանգանատը (KMnO4) տաքացնելիս քայքայվում է՝ անգույն գազի (թթվածնի) անջատմամբ.


Ստացված թթվածինը կարելի է հավաքել օդը դուրս մղելու եղանակով, քանի որ թթվածնի խտությունը մեծ է օդի խտությունից։

Ջրածնի պերօքսիդով (H2O2) լցված փորձանոթը նույնիսկ ձեռքով տաքացնելիս այդ նյութը քայքայվում է.


Այս ռեակցիան ավելի արագ է ընթանում մանգանի (IV) օքսիդ (MnO2) նյութի ներկայությամբ, որն անվանվում է կատալիզատոր (կատալիզորդ)։

 Ֆիզիկական հատկություններ 
Թթվածնին (երկթթվածնին)՝ որպես պարզ նյութի, ծանոթ չլինել չեք կարող, քանի որ բոլորս ենք այդ նյութը շնչում։ Հայտնի է, որ թթվածինը.
 սովորական պայմաններում գազ է,
 հոտ չունի,
 անգույն է,
 համ չունի,
 եռում է 90,19 Կ (-182,96 °C) ջերմաստիճանում,
 գոլորշիանում է 54,8 Կ (-218,35 °C) ջերմաստիճանում,
 հեղուկ և պինդ վիճակում երկնագույն է,
 հեղուկ վիճակում դեպի մագնիսն է ձգվում 
Թթվածնի խտությունը 0 °C ջերմաստիճանում և 101 կՊա ճնշման տակ հավասար է 1,43 գ/լ, ինչը 1,11 անգամ մեծ է օդի խտությունից։ Թթվածինը ջրում քիչ է լուծվում. 20 °C ջերմաստիճանում 100 ծավալ ջրում լուծվում է 3 ծավալ թթվածին, որն էլ, ապահովում է ջրային կենդանիների ու բույսերի շնչառությունը։

Ջերմաստիճանը բարձրացնելիս թթվածնի, ինչպես և՝ ցանկացած այլ գազի, լուծելիությունը ջրում նվազում է, իսկ իջեցնելիս՝ աճում։ Օրինակ՝ 0 °C ջերմաստիճանում թթվածնի լուծելիությունը 100 ծավալ ջրում 5 ծավալ է, և այդ հանգամանքի հետ է մասամբ կապված հյուսիսային ծովերի ձկնառատությունը։ Թթվածնի հատկություններն ուսումնասիրելու համար այն պետք է ստանալ մաքուր վիճակում: Շվեդացի գիտնական Կարլ Շելեն 1771թ. առաջին անգամ անգամ թթվածին ստացել, ապա անգլիացի քիմիկոս Ջոզեֆ Փրիսթլին 1774թ. կարմիր սնդիկի օքսիդի HgO քայքայումից։

 Քիմիական հատկություններ 
Թթվածինն ազատ վիճակում քիմիապես ակտիվ պարզ նյութերից է ու հեշտությամբ փոխազդում է մեծ թվով պարզ և բարդ նյութերի հետ։ 
Թթվածնի փոխազդեցությունը ոչ մետաղների հետ.

Թթվածնի հետ անմիջականորեն փոխազդում են գրեթե բոլոր ոչ մետաղները՝ ֆտորից (F2), քլորից (Cl2), բրոմից (Br2) և յոդից (J2) բացի։

Փոխազդում է ածխի հետ։


Կարևոր է նշել, որ թթվածնի պակասի դեպքում ածխի այրումից առաջանում է խիստ վտանգավոր գազ՝ ածխածնի (II) օքսիդ (CO՝ շմոլ գազ).


Սենյակային ջերմաստիճանում ծծումբը նույնիսկ մաքուր թթվածնում չի փոփոխվում, բայց օդում տաքացնելիս այրվում է թույլ երկնագույն բոցով։ 


Փոխազդում է ֆոսֆորի հետ.


Այս ռեակցիան սկսելու համար անհրաժեշտ է բարձր ջերմաստիճան ռեակցիան ընթանում է ինքնաբերաբար՝ լույսի ու ջերմության անջատմամբ։

Փոխազդեցությունը մետաղների հետ.
Թթվածնի հետ անմիջականորեն փոխազդում են նաև գրեթե բոլոր մետաղները, օրինակ՝ ոսկին (Au)։ Այդպիսի ռեակցիաներն սկսելու համար սովորաբար տաքացում է պահանջվում.


Օդում մագնեզիումը (Mg) այրվում է շլացուցիչ բոցով, ռեակցիայի հետևանքով առաջանում է սպիտակ փոշի՝ մագնեզիումի օքսիդ.




Պղինձը (Cu) միանում է թթվածնին՝ առաջացնելով սև փոշի՝ պղնձի (II) օքսիդ (CuO).



Թթվածնով օքսիդանում են նաև բարդ նյութերը.




 Կիրառություն 
Բազմազան են թթվածնի կիրառման բնագավառները. տեխնիկայում գործընթացների գրեթե 80 %-ն այս նյութի կիրառման վրա է հիմնված։ 
Մետաղների արտադրություն.
Դոմենային վառարանում թուջի ստացման գործընթացն արագացնելու նպատակով հաճախ թթվածնով հարստացված օդ է կիրառվում։ Մաքուր թթվածնում այրումն ընթանում է մոտ հինգ անգամ արագ, քան օդում։ Մեծ քանակությամբ թթվածին է օգտագործվում նաև պողպատահալման գործընթացում։
 Մետաղների կտրում, զոդում ու եռակցում.
Ջրածինը (H2) թթվածնի հետ հատուկ այրիչներում այրելիս բոցի ջերմաստիճանը հասնում է մինչև 3200 °C, իսկ ացետիլեն (C2H2) օգտագործելիս՝ նույնիսկ մինչև 3500 °C։ Ացետիլենի այրման ռեակցիայի հավասարումն է.


Այդպիսի բոցն օգտագործվում է մետաղների կտրման (թթվածնի ավելցուկի պայմաններում), զոդման ու եռակցման նպատակներով։
Պայթեցումների իրականացում (օգտագործվում է հեղուկ թթվածին),
Շնչառության ապահովում (տիեզերանավերում, ինքնաթիռներում, սուզանավերում, բժշկության մեջ),
 Բազմաթիվ քիմիական ռեակցիաների իրագործում,
 Ազոտական ու ծծմբական թթուների, պարարտանյութերի և այլ նյութերի արտադրում,
 Հրթիռային շարժիչների գործարկում (այստեղ ևս օգտագործվում է հեղուկ թթվածին),
 Վառելանյութերի այրում (օգտագործվում է հատկապես մեծ քանակություններով թթվածին)։

Ամենակարևորը թթվածինը նպաստում է այրմանը և շնչառությանը։ Այն մեծ չափով նպաստում է մետալուրգիական գործընթացներին՝ թուջի, պողպատի, ինչպես նաև գունավոր մետաղների (Cu, Zn, Sn, Au) արտադրության համար։ Բժշկության մեջ ծանր հիվանդներին տալիս են թթվածին։ Թթվածին ծախսվում է մետաղների կտրման և եռակցման ժամանակ, սուզանավերում, տիեզերանավերում, ջրի տակ աշխատող մարդկանց համար։

 Տես նաև 
 Պարբերական աղյուսակ
 Օզոն

 Ծանոթագրություններ 

 Արտաքին հղումներ 
 Թթվածին. Քիմիա, 8-րդ դասարան
 Թթվածինը webelements.com-ում 
 The Story of O by Roald Hoffmann
 Թթվածնի մասին վիդեոների պարբերական աղյուսակում 

Կատեգորիա:Թթվածին
Կատեգորիա:Խալկոգեններ
Կատեգորիա:Ոչ մետաղներ
Կատեգորիա:Սննդային հավելումներ