Proprietățile oxigenului și metodele de producere a acestuia. Hidrogen și combustibil ieftin din apă prin electroosmoză capilară

PROPRIETĂȚI ALE OXIGENULUI ȘI METODE DE OBȚINEREA SA

Oxigenul O2 este cel mai abundent element de pe pământ. Se găsește în cantități mari sub formă de compuși chimici cu diverse substanțe din scoarța terestră (până la 50% în greutate), în combinație cu hidrogenul în apă (aproximativ 86% în greutate) și în stare liberă în aerul atmosferic. în amestec în principal cu azot în cantitate 20,93% vol. (23,15% greutate).

Oxigenul este de mare importanță în economia națională. Este utilizat pe scară largă în metalurgie; industria chimică; pentru prelucrarea metalelor cu flacără de gaz, forarea la foc a rocilor dure, gazificarea subterană a cărbunilor; în medicină și diverse aparate de respirat, de exemplu pentru zboruri la mare altitudine și în alte zone.

În condiții normale, oxigenul este un gaz incolor, inodor și fără gust, care nu este inflamabil, dar susține activ arderea. La temperaturi foarte scăzute, oxigenul se transformă într-un lichid și chiar într-un solid.

Cele mai importante constante fizice ale oxigenului sunt următoarele:

Oxigenul are activitate chimică mare și formează compuși cu toate elementele chimice, cu excepția gazelor rare. Reacțiile oxigenului cu substanțele organice au un caracter exotermic pronunțat. Astfel, atunci când oxigenul comprimat interacționează cu substanțe combustibile solide grase sau fin dispersate, are loc oxidarea lor instantanee, iar căldura generată contribuie la arderea spontană a acestor substanțe, care poate provoca incendiu sau explozie. Această proprietate trebuie luată în considerare în special la manipularea echipamentelor cu oxigen.

Una dintre proprietățile importante ale oxigenului este capacitatea sa de a forma amestecuri explozive cu gaze inflamabile și vapori lichizi inflamabili pe o gamă largă, care poate duce și la explozii în prezența unei flăcări deschise sau chiar a unei scântei. Amestecuri de aer cu combustibili gazosi sau vapori sunt de asemenea explozive.

Oxigenul poate fi obţinut: 1) prin metode chimice; 2) electroliza apei; 3) fizic din aer.

Metodele chimice care implică producerea de oxigen din diferite substanțe sunt ineficiente și au în prezent doar semnificație de laborator.

Electroliza apei, adică descompunerea acesteia în componentele sale - hidrogen și oxigen, se realizează în dispozitive numite electrolizoare. Un curent continuu este trecut prin apă, la care se adaugă sodă caustică NaOH pentru a crește conductivitatea electrică; oxigenul se colectează la anod și hidrogenul la catod. Dezavantajul acestei metode este consumul mare de energie: se consumă 12-15 kW la 1 m 3 0 2 (în plus se obţin 2 m 3 N 2). h. Această metodă este rațională în prezența energiei electrice ieftine, precum și în producerea de hidrogen electrolitic, când oxigenul este un produs rezidual.

Metoda fizică este de a separa aerul în componentele sale folosind răcirea profundă. Această metodă face posibilă obținerea de oxigen în cantități aproape nelimitate și are o importanță industrială majoră. Consumul de energie electrică la 1 m 3 O 2 este de 0,4-1,6 kW. h, in functie de tipul instalatiei.

OBȚINEREA OXIGENULUI DIN AER

Aerul atmosferic este în principal un amestec mecanic de trei gaze cu următorul conținut volumetric: azot - 78,09%, oxigen - 20,93%, argon - 0,93%. În plus, conține aproximativ 0,03% dioxid de carbon și cantități mici de gaze rare, hidrogen, protoxid de azot etc.

Sarcina principală în obținerea oxigenului din aer este separarea aerului în oxigen și azot. Pe parcurs, argonul este separat, a cărui utilizare în metodele speciale de sudare este în continuă creștere, precum și gazele rare, care joacă un rol important într-o serie de industrii. Azotul are unele utilizări în sudare ca gaz de protecție, în medicină și în alte domenii.

Esența metodei este răcirea profundă a aerului, transformându-l într-o stare lichidă, care la presiunea atmosferică normală poate fi atinsă în intervalul de temperatură de la -191,8 ° C (începutul lichefierii) la -193,7 ° C (sfârșitul lichefierii). ).

Separarea lichidului în oxigen și azot se realizează folosind diferența dintre temperaturile lor de fierbere și anume: T bp. o2 = -182,97°C; Temperatura de fierbere N2 = -195,8° C (la 760 mm Hg).

Odată cu evaporarea treptată a unui lichid, azotul, care are un punct de fierbere mai scăzut, va trece mai întâi în faza gazoasă și, pe măsură ce este eliberat, lichidul se va îmbogăți cu oxigen. Repetarea acestui proces de mai multe ori face posibilă obținerea de oxigen și azot de puritatea necesară. Această metodă de separare a lichidelor în părțile lor componente se numește rectificare.

Pentru a produce oxigen din aer, există întreprinderi specializate dotate cu unități performante. În plus, marile întreprinderi de prelucrare a metalelor au propriile stații de oxigen.

Temperaturile scăzute necesare pentru lichefierea aerului se obțin folosind așa-numitele cicluri de refrigerare. Principalele cicluri de refrigerare utilizate în instalațiile moderne sunt discutate pe scurt mai jos.

Ciclul de refrigerare cu reglare a aerului se bazează pe efectul Joule-Thomson, adică o scădere bruscă a temperaturii gazului în timpul expansiunii sale libere. Diagrama ciclului este prezentată în Fig. 2.

Aerul este comprimat într-un compresor cu mai multe trepte de la 1 la 200 kgf/cm2 și apoi trece printr-un frigider 2 cu apă curentă. Răcirea profundă a aerului are loc în schimbătorul de căldură 3 prin fluxul invers de gaz rece din colectorul de lichid (lichefier) ​​​​4 Ca urmare a expansiunii aerului din supapa de accelerație 5, acesta este răcit suplimentar și parțial. lichefiat.

Presiunea din colectorul 4 este reglată cu 1-2 kgf/cm2. Lichidul este evacuat periodic din colectare în recipiente speciale prin supapa 6. Partea nelichefiată a aerului este îndepărtată printr-un schimbător de căldură, răcind noi porțiuni de aer care intră.

Răcirea aerului la temperatura de lichefiere are loc treptat; Când instalația este pornită, există o perioadă de pornire în care nu se observă lichefierea aerului, ci are loc doar răcirea instalației. Această perioadă durează câteva ore.

Avantajul ciclului este simplitatea sa, dar dezavantajul este consumul relativ mare de energie - până la 4,1 kW. h la 1 kg de aer lichefiat la o presiune a compresorului de 200 kgf/cm2; la presiune mai mică, consumul specific de energie crește brusc. Acest ciclu este utilizat în instalațiile de capacitate mică și medie pentru a produce oxigen gazos.

Ciclul cu reglarea și pre-răcirea aerului cu amoniac este ceva mai complex.

Ciclul de refrigerare la presiune medie cu expansiune într-un expandor se bazează pe o scădere a temperaturii gazului în timpul expansiunii cu revenirea lucrului extern. În plus, se folosește și efectul Joule-Thomson. Diagrama ciclului este prezentată în Fig. 3.

Aerul este comprimat în compresorul 1 până la 20-40 kgf/cm2, trece prin frigiderul 2 și apoi prin schimbătoarele de căldură 3 și 4. După schimbătorul de căldură 3, cea mai mare parte a aerului (70-80%) este trimis către expansiunea pistonului. mașină-expansor 6, iar o parte mai mică de aer (20-30%) merge pentru expansiune liberă în supapa de accelerație 5 și apoi în colectia 7, care are o supapă 8 pentru drenarea lichidului. În expander 6

aerul, deja răcit în primul schimbător de căldură, funcționează - împinge pistonul mașinii, presiunea acestuia scade la 1 kgf/cm 2, din cauza căreia temperatura scade brusc. Din expandor, aerul rece, având o temperatură de aproximativ -100 ° C, este evacuat în exterior prin schimbătoarele de căldură 4 și 3, răcind aerul de intrare. Astfel, expandorul asigură o răcire foarte eficientă a instalației la o presiune relativ scăzută în compresor. Lucrarea expandatorului este utilizată util și aceasta compensează parțial consumul de energie pentru comprimarea aerului din compresor.

Avantajele ciclului sunt: ​​presiunea de compresie relativ scăzută, care simplifică proiectarea compresorului, și capacitatea de răcire crescută (mulțumită expansorului), care asigură funcționarea stabilă a instalației atunci când oxigenul este preluat sub formă lichidă.

Ciclu frigorific de joasă presiune cu expansiune într-un turboexpansor, dezvoltat de Acad. P. L. Kapitsa, se bazează pe utilizarea aerului de joasă presiune cu producerea de frig numai prin dilatarea acestui aer într-o turbină cu aer (turboexpander) cu producerea de lucru extern. Diagrama ciclului este prezentată în Fig. 4.

Aerul este comprimat de turbocompresor 1 până la 6-7 kgf/cm2, răcit cu apă în frigiderul 2 și alimentat la regeneratoarele 3 (schimbătoare de căldură), unde este răcit printr-un flux invers de aer rece. Până la 95% din aer după ce regeneratoarele sunt trimise la turboexpansor 4, se extinde la o presiune absolută de 1 kgf/cm 2 cu lucrări exterioare efectuate și este răcit brusc, după care este alimentat în spațiul de conducte al condensatorului 5 și condensează restul aerului comprimat (5%), intrând în inel. De la condensatorul 5, fluxul de aer principal este direcționat către regeneratoare și răcește aerul de intrare, iar aerul lichid este trecut prin supapa de accelerație 6 în colectia 7, din care este evacuat prin supapa 8. Diagrama prezintă un regenerator. , dar în realitate sunt mai multe și sunt pornite unul câte unul.

Avantajele unui ciclu de joasă presiune cu un turboexpansor sunt: ​​eficiența mai mare a turbomașinilor în comparație cu mașinile de tip piston, simplificarea schemei tehnologice, fiabilitatea crescută și siguranța la explozie a instalației. Ciclul este utilizat în instalații de mare capacitate.

Separarea aerului lichid în componente se realizează printr-un proces de rectificare, a cărui esență este aceea că amestecul vaporos de azot și oxigen format în timpul evaporării aerului lichid este trecut printr-un lichid cu un conținut mai scăzut de oxigen. Deoarece există mai puțin oxigen în lichid și mai mult azot, acesta are o temperatură mai scăzută decât aburul care trece prin el, iar acest lucru determină condensarea oxigenului din abur și îmbogățirea acestuia a lichidului cu evaporarea simultană a azotului din lichid, adică îmbogățirea sa a vaporilor deasupra lichidului.

O idee despre esența procesului de rectificare poate fi dată de figura prezentată în Fig. 5 este o diagramă simplificată a procesului de evaporare și condensare repetată a aerului lichid.

Presupunem că aerul este format numai din azot și oxigen. Să ne imaginăm că există mai multe vase (I-V) conectate între ele; cel de sus conține aer lichid care conține 21% oxigen. Datorită aranjamentului în trepte a vaselor, lichidul va curge în jos și, în același timp, se va îmbogăți treptat cu oxigen, iar temperatura acestuia va crește.

Să presupunem că în vasul II există un lichid care conține 30% 0 2, în vasul III - 40%, în vasul IV - 50% și în vasul V - 60% oxigen.

Pentru a determina conținutul de oxigen în faza de vapori, vom folosi un grafic special - Fig. 6, ale căror curbe indică conținutul de oxigen în lichid și vapori la diferite presiuni.

Să începem să evaporăm lichidul din vasul V la o presiune absolută de 1 kgf/cm2. După cum se poate observa din fig. 6, deasupra lichidului din acest vas, constând din 60% 02 și 40% N2, poate exista o compoziție de vapori de echilibru care conține 26,5% 02 și 73,5% N2, având aceeași temperatură ca și lichidul. Introducem acest abur în vasul IV, unde lichidul conține doar 50% 0 2 și 50% N 2 și, prin urmare, va fi mai rece. Din fig. 6 arată că vaporii de deasupra acestui lichid pot conţine doar 19% 0 2 şi 81% N 2, şi numai în acest caz temperatura acestuia va fi egală cu temperatura lichidului din acest vas.

În consecinţă, aburul furnizat vasului IV din vasul V, conţinând 26,5% O2, are o temperatură mai mare decât lichidul din vasul IV; prin urmare, oxigenul vaporilor se condensează în lichidul vasului IV și o parte din azotul din acesta se va evapora. Ca urmare, lichidul din vasul IV va fi îmbogățit cu oxigen, iar vaporii de deasupra acestuia vor fi îmbogățiți cu azot.

Un proces similar va avea loc și în alte vase și, astfel, la scurgerea din vasele superioare în cele inferioare, lichidul este îmbogățit cu oxigen, condensându-l din vaporii în creștere și dându-le azotul său.

Continuând procesul în sus, puteți obține abur constând din azot aproape pur, iar în partea inferioară - oxigen lichid pur. În realitate, procesul de rectificare care are loc în coloanele de distilare ale instalațiilor de oxigen este mult mai complicat decât este descris, dar conținutul său fundamental este același.

Indiferent de schema tehnologică a instalației și tipul de ciclu frigorific, procesul de producere a oxigenului din aer include următoarele etape:

1) curățarea aerului de praf, vapori de apă și dioxid de carbon. Legarea CO2 se realizează prin trecerea aerului printr-o soluţie apoasă de NaOH;

2) comprimarea aerului într-un compresor urmată de răcire în frigidere;

3) răcirea aerului comprimat în schimbătoare de căldură;

4) extinderea aerului comprimat într-o supapă de accelerație sau expansor pentru a-l răci și a-l lichefia;

5) lichefierea și rectificarea aerului pentru a produce oxigen și azot;

6) drenarea oxigenului lichid în rezervoarele staționare și descărcarea oxigenului gazos în rezervoarele de gaz;

7) controlul calității oxigenului produs;

8) umplerea rezervoarelor de transport cu oxigen lichid și umplerea buteliilor cu oxigen gazos.

Calitatea oxigenului gazos și lichid este reglementată de GOST-urile relevante.

Conform GOST 5583-58, oxigenul tehnic gazos este produs în trei grade: cel mai ridicat - cu un conținut de nu mai puțin de 99,5% O 2, primul - nu mai puțin de 99,2% O 2 și al doilea - nu mai puțin de 98,5% O 2 , restul este argon și azot (0,5-1,5%). Conținutul de umiditate nu trebuie să depășească 0,07 g/f 3 . Oxigenul obținut prin electroliza apei nu trebuie să conțină mai mult de 0,7% hidrogen în volum.

Conform GOST 6331-52, oxigenul lichid este produs în două grade: gradul A cu un conținut de cel puțin 99,2% O 2 și gradul B cu un conținut de cel puțin 98,5% O 2 . Conținutul de acetilenă în oxigen lichid nu trebuie să depășească 0,3 cm 3 /l.

Oxigenul de proces utilizat pentru intensificarea diferitelor procese la industria metalurgică, chimică și alte industrii conține 90-98% O 2 .

Controlul calității oxigenului gazos și lichid se efectuează direct în timpul procesului de producție, folosind instrumente speciale.

Administrare Evaluarea generală a articolului: Publicat: 2012.06.01

Această lecție este dedicată studiului metodelor moderne de producere a oxigenului. Veți învăța prin ce metode și din ce substanțe se obține oxigenul în laborator și industrie.

Tema: Substanțe și transformările lor

Lecţie:Obținerea oxigenului

În scopuri industriale, oxigenul trebuie obținut în volume mari și în cel mai ieftin mod posibil. Această metodă de producere a oxigenului a fost propusă de laureatul Premiului Nobel Pyotr Leonidovich Kapitsa. A inventat un dispozitiv pentru lichefierea aerului. După cum știți, aerul conține aproximativ 21% oxigen în volum. Oxigenul poate fi separat de aerul lichid prin distilare, deoarece Toate substanțele care alcătuiesc aerul au puncte de fierbere diferite. Punctul de fierbere al oxigenului este de -183°C, iar cel al azotului este de -196°C. Aceasta înseamnă că la distilarea aerului lichefiat, azotul va fierbe și se va evapora mai întâi, urmat de oxigen.

În laborator, oxigenul nu este necesar în cantități atât de mari ca în industrie. De obicei este livrat în cilindri de oțel albastru în care este presurizat. În unele cazuri, este încă necesar să se obțină oxigen pe cale chimică. În acest scop, se folosesc reacții de descompunere.

EXPERIMENTUL 1. Se toarnă o soluție de peroxid de hidrogen într-o cutie Petri. La temperatura camerei, peroxidul de hidrogen se descompune lent (nu vedem semne de reacție), dar acest proces poate fi accelerat prin adăugarea de câteva boabe de oxid de mangan (IV) în soluție. În jurul granulelor de oxid negru încep imediat să apară bule de gaz. Acesta este oxigenul. Indiferent de cât timp are loc reacția, boabele de oxid de mangan (IV) nu se dizolvă în soluție. Adică, oxidul de mangan (IV) participă la reacție, o accelerează, dar nu este consumat în ea.

Se numesc substanțele care accelerează o reacție, dar nu sunt consumate în reacție catalizatori.

Reacțiile accelerate de catalizatori se numesc catalitic.

Accelerarea unei reacții de către un catalizator se numește cataliză.

Astfel, oxidul de mangan (IV) servește ca catalizator în reacția de descompunere a peroxidului de hidrogen. În ecuația reacției, formula catalizatorului este scrisă deasupra semnului egal. Să scriem ecuația reacției. Când peroxidul de hidrogen se descompune, oxigenul este eliberat și se formează apă. Eliberarea de oxigen dintr-o soluție este indicată de o săgeată îndreptată în sus:

2. Colecție unificată de resurse educaționale digitale ().

3. Versiunea electronică a revistei „Chimie și viață” ().

Teme pentru acasă

Cu. 66-67 Nr. 2 – 5 din Caietul de lucru la Chimie: clasa a VIII-a: la manualul de P.A. Orzhekovsky și alții „Chimie. clasa a VIII-a” / O.V. Ushakova, P.I. Bespalov, P.A. Orjekovski; sub. ed. prof. P.A. Orzhekovsky - M.: AST: Astrel: Profizdat, 2006.

Descoperirea oxigenului a marcat o nouă perioadă în dezvoltarea chimiei. Din cele mai vechi timpuri se știe că arderea necesită aer. Procesul de ardere al substanțelor a rămas neclar mult timp. În epoca alchimiei s-a răspândit teoria flogistului, conform căreia substanțele ard datorită interacțiunii lor cu materia de foc, adică cu flogistonul, care este conținut în flacără.

Oxigenul a fost obținut de chimistul englez Joseph Priestley în anii 70 ai secolului al XVIII-lea. Un chimist a încălzit pulbere roșie de oxid de mercur(II), făcând ca substanța să se descompună pentru a forma mercur metalic și un gaz incolor:

2HgO t° → 2Hg + O2

Oxizi– compuși binari care conțin oxigen

Când o așchie mocnind a fost introdusă într-un vas cu gaz, aceasta a aprins puternic. Omul de știință a crezut că așchia care mocnește a introdus flogiston în gaz și s-a aprins.

D. Priestley Am încercat să respir gazul rezultat și am fost încântat de cât de ușor și liber a fost să respir. Atunci omul de știință nici nu și-a imaginat că plăcerea de a respira acest gaz era oferită tuturor.

D. Priestley a împărtășit rezultatele experimentelor sale cu chimistul francez Antoine Laurent Lavoisier. Având la acea vreme un laborator bine echipat, A. Lavoisier a repetat și a îmbunătățit experimentele lui D. Priestley.

A. Lavoisier a măsurat cantitatea de gaz eliberată în timpul descompunerii unei anumite mase de oxid de mercur. Chimistul a încălzit apoi mercur metalic într-un vas sigilat până când a devenit oxid de mercur (II). El a descoperit că cantitatea de gaz eliberată în primul experiment a fost egală cu gazul absorbit în al doilea experiment. Prin urmare, mercurul reacționează cu o substanță din aer. Și aceeași substanță este eliberată în timpul descompunerii oxidului. Lavoisier a fost primul care a ajuns la concluzia că flogistul nu are absolut nimic de-a face cu asta, iar arderea unei așchii care mocneau a fost cauzată de un gaz necunoscut, care mai târziu a fost numit oxigen. Descoperirea oxigenului a marcat prăbușirea teoriei flogistului!

Metode de producere și colectare a oxigenului în laborator

Metodele de laborator pentru producerea oxigenului sunt foarte diverse. Există multe substanțe din care se poate obține oxigen. Să ne uităm la cele mai comune metode.

1) Descompunerea oxidului de mercur (II).

Una dintre modalitățile de a obține oxigen în laborator este obținerea acestuia folosind reacția de descompunere a oxidului descrisă mai sus. mercur (II). Datorită toxicității ridicate a compușilor de mercur și a vaporilor de mercur în sine, această metodă este utilizată extrem de rar.

2) Descompunerea permanganatului de potasiu

Permanganat de potasiu(în viața de zi cu zi îl numim permanganat de potasiu) este o substanță cristalină de culoare violet închis. Când permanganatul de potasiu este încălzit, se eliberează oxigen.

Turnați niște pudră de permanganat de potasiu în eprubetă și fixați-o orizontal în piciorul trepiedului. Puneți o bucată de vată lângă orificiul eprubetei. Închidem eprubeta cu un dop în care este introdus un tub de evacuare a gazului, al cărui capăt este coborât în ​​vasul de primire. Tubul de evacuare a gazului trebuie să ajungă la fundul vasului de primire.

Este necesară o vată de vată situată lângă deschiderea eprubetei pentru a preveni intrarea particulelor de permanganat de potasiu în vasul receptor (în timpul descompunerii, oxigenul eliberat este transportat de-a lungul particulelor de permanganat).

Când dispozitivul este asamblat, începem încălzirea eprubetei. Începe eliberarea de oxigen.

Ecuația de reacție pentru descompunerea permanganatului de potasiu:

2KMnO4 t° → K2MnO4 + MnO2 + O2

Cum se detectează prezența oxigenului? Să folosim metoda lui Priestley. Să aprindem o așchie de lemn, să-l lăsăm să ardă puțin, apoi să-l stingem ca abia să mocnească. Să coborâm așchia care mocnește într-un vas cu oxigen. Torța luminează puternic!

Conducta de evacuare a gazului nu a fost coborât accidental pe fundul vasului de primire. Oxigenul este mai greu decât aerul, prin urmare, se va colecta în partea de jos a receptorului, deplasând aerul din acesta.

Oxigenul poate fi colectat și prin deplasarea apei. Pentru a face acest lucru, tubul de evacuare a gazului trebuie coborât într-o eprubetă umplută cu apă și coborât într-un cristalizator cu apă cu orificiul în jos. Când oxigenul intră, gazul înlocuiește apa din eprubetă.

Descompunerea peroxidului de hidrogen

Peroxid de hidrogen- o substanta cunoscuta de toata lumea. Se vinde în farmacii sub denumirea de „peroxid de hidrogen”. Acest nume este depășit; este mai corect să folosiți termenul „peroxid”. Formula chimică a peroxidului de hidrogen H2O2

Peroxidul de hidrogen se descompune lent în apă și oxigen în timpul depozitării. Pentru a accelera procesul de descompunere, puteți încălzi sau aplica catalizator.

Catalizator– o substanță care accelerează viteza unei reacții chimice

Se toarnă peroxid de hidrogen în balon și se adaugă un catalizator la lichid. Catalizatorul poate fi pulbere neagră - oxid de mangan MnO2. Imediat, amestecul va începe să facă spumă datorită eliberării unei cantități mari de oxigen. Să aducem o așchie care mocnește în balon - se aprinde puternic. Ecuația de reacție pentru descompunerea peroxidului de hidrogen este:

2H2O2 MnO2 → 2H2O + O2

Vă rugăm să rețineți: catalizatorul care accelerează reacția este scris deasupra săgeții sau semnului «=», deoarece nu se consumă în timpul reacției, ci doar o accelerează.

Descompunerea cloratului de potasiu

Clorat de potasiu- substanta cristalina alba. Folosit în producția de artificii și alte diverse produse pirotehnice. Există un nume trivial pentru această substanță - „Sare Berthollet”. Substanța a primit acest nume în onoarea chimistului francez care a sintetizat-o primul, Claude Louis Berthollet. Formula chimică a cloratului de potasiu este KСlO3.

Când cloratul de potasiu este încălzit în prezența unui catalizator - oxid de mangan MnO2, Sarea Berthollet se descompune după următoarea schemă:

2KClO3 t°, MnO2 → 2KCl + 3O2.

Descompunerea nitraților

Nitrați- substante care contin ioni NO3⎺. Compușii din această clasă sunt utilizați ca îngrășăminte minerale și sunt incluși în produsele pirotehnice. Nitrați– compușii sunt instabili termic, iar atunci când sunt încălziți se descompun odată cu eliberarea de oxigen:

Vă rugăm să rețineți că toate metodele luate în considerare pentru producerea oxigenului sunt similare. În toate cazurile, oxigenul este eliberat în timpul descompunerii unor substanțe mai complexe.

Reacția de descompunere

În general, reacția de descompunere poate fi descrisă printr-o diagramă cu litere:

AB → A + B.

Reacțiile de descompunere pot apărea sub influența diverșilor factori. Acesta poate fi încălzire, curent electric sau utilizarea unui catalizator. Există reacții în care substanțele se descompun spontan.

Producția de oxigen în industrie

În industrie, oxigenul se obține prin separarea acestuia de aer. Aer– un amestec de gaze ale cărui componente principale sunt prezentate în tabel.

Esența acestei metode este răcirea profundă a aerului, transformându-l în lichid, care la presiunea atmosferică normală poate fi realizată la o temperatură de aproximativ -192°С. Separarea lichidului în oxigen și azot se realizează folosind diferența dintre temperaturile lor de fierbere și anume: Tb. O2 = -183°C; Punct de fierbere N2 = -196°С(la presiune atmosferică normală).

Odată cu evaporarea treptată a unui lichid în faza gazoasă, azotul, care are un punct de fierbere mai scăzut, va trece mai întâi și, pe măsură ce este eliberat, lichidul se va îmbogăți cu oxigen. Repetarea acestui proces de mai multe ori face posibilă obținerea de oxigen și azot de puritatea necesară. Această metodă de separare a lichidelor în părțile lor componente se numește rectificarea aerului lichid.

• În laborator, oxigenul este produs prin reacții de descompunere
• Reacția de descompunere- o reacție în urma căreia substanțele complexe sunt descompuse în altele mai simple
• Oxigenul poate fi colectat prin metoda deplasării aerului sau prin metoda deplasării apei
• Pentru a detecta oxigenul, se folosește o așchie care mocnește;
• Catalizator- o substanta care accelereaza o reactie chimica, dar nu se consuma in ea

Aerul nu este un compus chimic al gazelor individuale. Acum se știe că este un amestec de azot, oxigen și așa-numitele gaze rare: argon, neon, krypton, xenon și heliu. În plus, aerul conține cantități mici de hidrogen și dioxid de carbon.

Componenta principală a aerului este azotul. Ocupă mai mult de 3D din întregul volum de aer. O cincime din aer este „aer de foc” - oxigen. Iar ponderea gazelor rămase este de aproximativ o sutime.

Cum este posibil să separăm aceste gaze și să obținem oxigen pur din aer?

În urmă cu 30 de ani, metoda chimică de producere a oxigenului era folosită relativ pe scară largă. În acest scop, a fost folosit un compus din bariu metal cu oxigen - oxidul de bariu. Această substanță are o proprietate interesantă. Încălzit la o culoare roșu închis (aproximativ 540 de grade), oxidul de bariu se combină energetic cu oxigenul din aer, formând o substanță nouă, mai bogată în oxigen - peroxidul de bariu. Cu toate acestea, cu o încălzire suplimentară, peroxidul de bariu se descompune, eliberează oxigen și se transformă înapoi în oxid. Oxigen la

Acesta este captat și colectat în vase speciale - cilindri, iar peroxidul de bariu este răcit la 540 de grade pentru a câștiga din nou capacitatea de a extrage oxigenul din aer.

Instalațiile de oxigen care funcționează folosind această metodă au produs câțiva metri cubi de gaz pe oră. Cu toate acestea, erau scumpe, voluminoase și incomode. În plus, oxidul de bariu și-a pierdut treptat proprietățile de absorbție în timpul funcționării și a trebuit să fie schimbat frecvent.

Toate acestea au dus la faptul că în timp, metoda chimică de obținere a oxigenului din aer a fost înlocuită cu altele, mai avansate.

Cel mai simplu mod de a separa oxigenul de aer este dacă aerul este mai întâi transformat în lichid.

Aerul lichid la presiunea atmosferică normală are o temperatură extrem de scăzută - minus 192 de grade, adică 192 de grade sub punctul de îngheț al apei. Dar temperatura de lichefiere a gazelor individuale care alcătuiesc aerul nu este aceeași. Azotul lichid, de exemplu, fierbe și se evaporă la o temperatură de minus 196 de grade, iar oxigenul la minus 183 de grade. Această diferență de 13 grade permite ca aerul lichid să fie separat în gazele sale constitutive.

Dacă turnați aer lichid într-un recipient, acesta va fierbe energic și se va evapora foarte repede. În acest caz, în primele momente, în principal azotul se evaporă, iar aerul lichid devine din ce în ce mai îmbogățit cu oxigen. Acest proces este baza pentru proiectarea dispozitivelor speciale utilizate pentru separarea aerului.

În prezent, aerul lichid este utilizat pe scară largă pentru producția industrială de oxigen. Cu toate acestea, pentru a transforma aerul atmosferic într-o stare lichidă, acesta trebuie să fie răcit la o temperatură foarte scăzută. Prin urmare, metoda modernă de producere a aerului lichid se numește metoda de răcire profundă.

Răcirea profundă a aerului se realizează în mașini speciale. Dar înainte de a vorbi despre munca lor, trebuie să ne familiarizăm cu câteva fenomene fizice simple.

Să visăm puțin la viitor... 195... an. Mașina noastră se grăbește de-a lungul asfaltului strălucitor al unei autostrăzi de țară. Pe laterale, la umbra copacilor, strălucesc frumoase clădiri de locuit. Mașina zboară rapid pe deal și...

În această carte, ne-am putea opri doar asupra exemplelor individuale de utilizare practică a oxigenului. De fapt, domeniul de aplicare al „aerului de foc” este mult mai larg. Una dintre cele mai importante sarcini ale tehnologiei astăzi este...

K Islorod susține activ arderea. Aceasta înseamnă că este recomandabil să-l folosești în primul rând în acele procese care implică arderea și producerea de temperaturi ridicate. Un astfel de proces, pe lângă gazeificarea combustibililor solizi, este producerea...

Oxigenul a apărut în atmosfera pământului odată cu apariția plantelor verzi și a bacteriilor fotosintetice. Datorită oxigenului, organismele aerobe efectuează respirația sau oxidarea. Este important să obțineți oxigen în industrie - este folosit în metalurgie, medicină, aviație, economia națională și alte industrii.

Proprietăți

Oxigenul este al optulea element al tabelului periodic. Este un gaz care susține arderea și oxidează substanțele.

Orez. 1. Oxigenul în tabelul periodic.

Oxigenul a fost descoperit oficial în 1774. Chimistul englez Joseph Priestley a izolat elementul din oxidul de mercur:

2HgO → 2Hg + O2.

Cu toate acestea, Priestley nu știa că oxigenul face parte din aer. Proprietățile și prezența oxigenului în atmosferă au fost determinate ulterior de colegul lui Priestley, chimistul francez Antoine Lavoisier.

Caracteristicile generale ale oxigenului:

• gaz incolor;
• nu are miros sau gust;
• mai greu decât aerul;
• molecula este formată din doi atomi de oxigen (O 2);
• în stare lichidă are o culoare albastru pal;
• slab solubil în apă;
• este un agent oxidant puternic.

Orez. 2. Oxigen lichid.

Prezența oxigenului poate fi verificată cu ușurință prin coborârea unei așchii care mocnește într-un vas care conține gaz. În prezența oxigenului, torța izbucnește în flăcări.

Cum îl obții?

Există mai multe metode cunoscute pentru producerea de oxigen din diferiți compuși în condiții industriale și de laborator. În industrie, oxigenul se obține din aer prin lichefierea acestuia sub presiune și la o temperatură de -183°C. Aerul lichid este supus evaporării, adică. se încălzește treptat. La -196°C, azotul începe să se evapore, iar oxigenul rămâne lichid.

În laborator, oxigenul se formează din săruri, peroxid de hidrogen și ca urmare a electrolizei. Descompunerea sărurilor are loc la încălzire. De exemplu, cloratul de potasiu sau sarea de bertolit este încălzit la 500°C, iar permanganatul de potasiu sau permanganatul de potasiu este încălzit la 240°C:

• 2KCl03 → 2KCI + 3O2;
• 2KMnO 4 → K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2 .

Orez. 3. Încălzirea sării Berthollet.

De asemenea, puteți obține oxigen încălzind nitrat sau azotat de potasiu:

2KNO 3 → 2KNO 2 + O 2 .

La descompunerea peroxidului de hidrogen, se folosește ca catalizator oxidul de mangan (IV) - MnO 2, carbon sau pulbere de fier. Ecuația generală arată astfel:

2H2O2 → 2H2O + O2.

O soluție de hidroxid de sodiu este supusă electrolizei. Ca rezultat, se formează apă și oxigen:

4NaOH → (electroliza) 4Na + 2H2O + O2.

Oxigenul este, de asemenea, izolat din apă prin electroliză, descompunându-l în hidrogen și oxigen:

2H2O → 2H2 + O2.

Pe submarinele nucleare, oxigenul a fost obținut din peroxid de sodiu - 2Na 2 O 2 + 2CO 2 → 2Na 2 CO 3 + O 2. Metoda este interesantă prin faptul că, împreună cu eliberarea de oxigen, dioxidul de carbon este absorbit.

Cum se utilizează

Colectarea și recunoașterea sunt necesare pentru a elibera oxigenul pur, care este folosit în industrie pentru oxidarea substanțelor, precum și pentru a menține respirația în spațiu, sub apă și în încăperile cu fum (oxigenul este necesar pentru pompieri). În medicină, buteliile de oxigen ajută pacienții cu dificultăți de respirație să respire. Oxigenul este, de asemenea, utilizat pentru tratarea bolilor respiratorii.

Oxigenul este folosit pentru arderea combustibililor - cărbune, petrol, gaze naturale. Oxigenul este utilizat pe scară largă în metalurgie și inginerie mecanică, de exemplu, pentru topirea, tăierea și sudarea metalului.

Evaluare medie: 4.9. Evaluări totale primite: 206.