C + O2 ist gleich C + O, wie ist das möglich?

Wenn Sie über chemische Reaktionen nachdenken, ist es sehr wichtig zu wissen, welche Chemikalien miteinander reagieren können. Jun-Goo Kwak hat bereits auf die Natur des Sauerstoffs hingewiesen.

Eine kurze Erinnerung: Der Grundzustand des elementaren Sauerstoffs ist das Triplett biradical $ \ ce {o2} $, das ein Gas ist. Das haben wir auf der Erdoberfläche. Kohlenstoff kommt jedoch in der Natur in vielen verschiedenen Formen vor. Am beliebtesten und häufigsten ist Graphit . Andere Formen umfassen Diamant, Fullerene und Graphen. An einem Punkt in Ihrem Leben kommen Sie mit ziemlicher Sicherheit mit Graphit in Kontakt: Kohle. Da die Hauptwiederholungseinheit Kohlenstoff selbst ist, wird ihre Formel als $ \ ce {C} $ geschrieben.

Für die binäre Kombination von Sauerstoff und Kohlenstoff gibt es auch viele verschiedene Modifikationen. Die wichtigsten davon sind Kohlenmonoxid ($ \ ce {CO} $) und Kohlendioxid ($ \ ce {CO2} $). Wie Onkel Al sagte, sind auch Suboxide bekannt, die normalerweise Nebenprodukte einer unvollständigen Verbrennung sind (wenn nicht explizit gezielt).

Wenn Sie Kohle verbrennen, geschieht die folgende Hauptreaktion ( 1 ):

$$ \ ce {C + O2 – > CO2} $$

Unter den richtigen Bedingungen (überschüssiger Kohlenstoff) kann jedoch auch Kohlenmonoxid gebildet werden (Summe der Reaktionen, 2 ):

$$ \ ce {2C + O2 – > 2CO} $$

Die Reaktion selbst wird über die Boudouard-Reaktion umgeleitet, was bei Hochofen -Prozessen sehr wichtig ist . Zuerst wird Kohlendioxid über 2 gebildet und dann überschüssiger Kohlenstoff über 3 in Kohlenmonoxid umgewandelt : $$ \ ce {C + CO2 < = > 2CO} $$

Schauen wir uns zunächst die Allotrope von Sauerstoff an und untersuchen den Sauerstoff genauer.

• Atomsauerstoff ($ \ ce {O1} $, ein freies Radikal)
• Singulettsauerstoff ($ \ ce {O2} $), einer von zwei metastabilen Zuständen molekularen Sauerstoffs
• Tetraoxygen ($ \ ce {O4} $), eine andere metastabile Form

Von der NASA http://www.nasa.gov/topics/technology/features/atomic_oxygen.html in Bezug auf atomaren Sauerstoff:

Atomsauerstoff existiert auf der Oberfläche nicht sehr lange auf natürliche Weise der Erde, da es sehr reaktiv ist. Aber im Weltraum, wo es viel ultraviolette Strahlung gibt, können $ \ ce {O2} $ -Moleküle leichter auseinandergebrochen werden, um atomaren Sauerstoff zu erzeugen. Die Atmosphäre in der erdnahen Umlaufbahn besteht zu etwa 96% aus atomarem Sauerstoff. In den frühen Tagen der Space-Shuttle-Missionen der NASA verursachte das Vorhandensein von atomarem Sauerstoff Probleme.

Sauerstoff oder Triplettsauerstoff ist am häufigsten bekannt Allotrop von Sauerstoff. Es hat die Summenformel $ \ ce {O2} $. Sauerstoff hat 8 Elektronen mit 2 in den 1s, 2 in den 2s, 4 in den 3p-Orbitalen. Alternativ gibt es 6 Valenzelektronen. Wenn es andere gibt Sauerstoffmoleküle, Sauerstoff wird sich paaren und eine Doppelbindung mit einer Bindungsordnung von zwei bilden. Kurz gesagt, die potentielle Energie von Disauerstoff ist weitaus geringer als die von atomarem Sauerstoff.

Ein interessanter Aspekt von Sauerstoff ist, dass er im Gegensatz zu $ \ ce {N2} $ einen Paramagnetismus aufweist und in zwei verschiedenen elektronischen Zuständen existieren kann, die als Singulettsauerstoff bezeichnet werden. Das Bild des Molekülorbitaldiagramms (MO) von Sauerstoff macht dies deutlicher:

Die obigen MO-Diagramme beziehen sich auf den Singulett-Sauerstoff $ a ^ 1 \ Delta g $ angeregter Zustand, der Singulett-Sauerstoff $ b ^ 1 \ Sigma \ text {g +} $ angeregter Zustand und der Triplett-Grundzustand $ X ^ 3 \ Sigma \ text {g -} $.

Was Sie vielleicht bemerken, ist ein Spin-Flip im angeregten Zustand $ b ^ 1 \ Sigma \ text {g +} $.

Diese Definition der Purdue University fasst Hunds Regel der maximalen Einfachheit gut zusammen: Jedes Orbital in einer Unterschale ist einzeln mit einem Elektron besetzt, bevor ein Orbital doppelt besetzt ist, und alle Elektronen in einfach besetzten Orbitalen haben der gleiche Spin.

Die beiden ersten Diagramme verstoßen gegen die 1.) Spinauswahlregel: Spinflips sind verboten und 2.) Laporteauswahlregel: Übergänge zwischen Orbitalen derselben Parität sind verboten, wo Parität Symmetrie in Bezug auf Inversion bedeutet. Es gibt eine deutsche Notation, gerade – die sich auf Symmetrie in Bezug auf Inversion und Ungerade bezieht – antisymmetrisch in Bezug auf Inversion.

Es gibt viele Möglichkeiten, Ozon zu erzeugen https://en.wikipedia.org/wiki/Ozone#Production Ozon ist ein dreiatomiges Molekül mit 3 Sauerstoffatomen. Es ist viel weniger stabil als Disauerstoff und zerfällt häufig in Sauerstoff.

Was Sie möglicherweise verwechselt haben, ist Daltons falsche „Regel der größten Einfachheit. „“ Dalton versuchte, das Problem des richtigen Verhältnisses und der richtigen Anzahl von Atomen in Bezug auf die chemische Formel zu lösen.

Er nahm an, dass:

$$ \ ce {H + O – > H2O} $$

Wir wissen jedoch, dass:

$$ \ ce {H2 + O2 – > 2H2O} $$

Es war nicht bis Avogadro und Gay-Lussac, die das Gesetz der Mehrfachproportionen formulierten und die Existenz von zweiatomigen Molekülen postulierten, dass wir nun Daltons falsche Hypothese auflösen können.

Wenn zwei Elemente eine Reihe von Verbindungen bilden, stehen die Massen eines Elements, die sich mit einer festen Masse des anderen Elements verbinden, im Verhältnis kleiner Ganzzahlen zueinander.

Kommentare

• H + O = H2O, O hat eine Wertigkeit von 2 und H hat die Wertigkeit von 1. Wenn sie miteinander reagieren, durch das Kreuz Valenzregel erhalten wir H2O, aber da es nicht ausgeglichen ist, erhalten wir 2H + O = H2O
• @AbhishekMhatre Es scheint ein grundlegendes Missverständnis zu geben, das Sie mit chemischen Reaktionen haben. Bitte versuchen Sie, alles zu lesen, was ich oben geschrieben habe. Sie machen genau den gleichen Fehler, den Dalton mit seiner Regel der größten Einfachheit gemacht hat. Natürlich habe ich ‚ das obige Beispiel nicht ausgeglichen, aber Dalton würde es so ausgleichen, wie Sie es getan haben.
• Dieser Text ist ziemlich aufschlussreich, aber leider Beantworten Sie die Frage nicht.
• @Martin Vielen Dank für Ihr Feedback. Es hilft wirklich dabei, Fehler zu erkennen, die ich und andere übersehen, und die Antwort insgesamt zu verbessern.
• Eine großartige Antwort +1. Aber ich glaube, er hat gerade angefangen, Chemie als Fach zu belegen. Ich glaube also nicht, dass er die Hälfte Ihres Textes verstanden hat, und vielleicht nehme ich an, dass er sich in einem Stadium befindet, in dem er gerade erst angefangen hat, über Valenzen, Reaktionen und ähnliches Bescheid zu wissen.

Die üblichen Produkte aus kohlenstoffhaltigen Materialien „Verbrennung sind Kohlenmonoxid und Kohlendioxid. Die Produkte bestimmen die Gleichung. Die Gleichung bestimmt nicht die Produkte.

Kohlenstoffsuboxid $ \ ce {C2O3} $ ist bekannt. Benzolhexacarbonsäuretrianhydrid ist ein Kohlenoxid. Die Verbrennung führt im Allgemeinen zu einfachen Molekülen in tiefen thermodynamischen Löchern.