Sauerstoffkerze- ein Gerät, das es Ihnen durch eine chemische Reaktion ermöglicht, Sauerstoff zu gewinnen, der für den Verzehr durch lebende Organismen geeignet ist. Die Technologie wurde von einer Gruppe von Wissenschaftlern aus Russland und den Niederlanden entwickelt. Weit verbreitet von den Rettungsdiensten vieler Länder sowie von Flugzeugen und Raumstationen wie der ISS. Die Hauptvorteile dieser Entwicklung sind Kompaktheit und Leichtigkeit.

Sauerstoffkerze im Weltraum

An Bord der ISS ist Sauerstoff eine sehr wichtige Ressource. Doch was passiert, wenn bei einem Unfall oder einer unfallbedingten Panne lebenserhaltende Systeme einschließlich der Sauerstoffversorgung ausfallen? Alle lebenden Organismen an Bord werden einfach nicht mehr atmen können und sterben. Daher haben Astronauten gerade für solche Fälle einen ziemlich beeindruckenden Vorrat an chemischen Sauerstoffgeneratoren, um es einfach auszudrücken Sauerstoffkerzen. Wie der Einsatz eines solchen Geräts auch im Weltraum funktioniert, wurde allgemein im Film „Alive“ gezeigt.

Woher kommt Sauerstoff in einem Flugzeug?

Flugzeuge verwenden auch Sauerstoffgeneratoren auf chemischer Basis. Wenn das Board drucklos wird oder es zu einer weiteren Panne kommt, fällt eine Sauerstoffmaske in die Nähe jedes Passagiers. Die Maske produziert 25 Minuten lang Sauerstoff, danach stoppt die chemische Reaktion.

Wie funktioniert es?

Sauerstoffkerze im Weltraum besteht es aus Kaliumperchlorat oder Chlorat. Die meisten Flugzeuge verwenden Bariumperoxid oder Natriumchlorat. Es gibt auch einen Zündgenerator und einen Filter zum Kühlen und Reinigen von anderen unnötigen Elementen.

Die Erfindung bezieht sich auf Sauerstoffgeneratoren zum Atmen und kann in Atemgeräten für den persönlichen Gebrauch verwendet werden, die in Notfallsituationen, wie etwa der Brandbekämpfung, verwendet werden. Um die Rate der Sauerstofferzeugung zu reduzieren und die Zuverlässigkeit während des Langzeitbetriebs zu erhöhen, enthält ein pyrochemischer Sauerstoffgenerator gepresste Blöcke einer festen Sauerstoffquelle mit Übergangszündelementen, einer Zündvorrichtung, Wärmeisolierung und einem Filtersystem in einem Metallgehäuse , ausgestattet mit einem Auslassrohr für Sauerstoff, weist Blöcke einer festen Sauerstoffquelle in Form von Parallelepipeden auf, während eine Zusammensetzung aus Natriumchlorat, Calcium- und Magnesiumperoxid als feste Sauerstoffquelle verwendet wird. Übergangsanzündelemente werden aus einer Mischung von Calciumperoxid mit Magnesium hergestellt und in Form einer Tablette entweder in die Stirnseite oder in die Seitenfläche der Seite gedrückt, und die Blöcke selbst werden in Schichten und jeweils im Zickzack verlegt Schicht. 1 Sek. S. f-ly, 2 Abb.

Die Erfindung bezieht sich auf Sauerstoffgeneratoren zum Atmen und kann in Atemgeräten für den persönlichen Gebrauch verwendet werden, die in Notfallsituationen, wie etwa der Brandbekämpfung, verwendet werden.

Ein pyrochemischer Sauerstoffgenerator ist eine Vorrichtung, die aus einem Gehäuse besteht, in dem sich eine Zusammensetzung befindet, die in der Lage ist, Sauerstoff aufgrund eines sich selbst ausbreitenden pyrochemischen Prozesses freizusetzen: eine Sauerstoffkerze, eine Zündvorrichtung zum Einleiten des Brennens einer Kerze, ein Filtersystem zur Gasreinigung von Verunreinigungen und Rauch, Wärmedämmung. Durch das Auslassrohr wird Sauerstoff durch die Rohrleitung an den Ort des Verbrauchs geliefert.

Bei den meisten bekannten Sauerstoffgeneratoren ist die Kerze in Form eines zylindrischen Monoblocks hergestellt. Die Brenndauer einer solchen Kerze überschreitet 15 Minuten nicht. Ein längerer Betrieb des Generators wird erreicht, indem mehrere Blöcke (Elemente) so gestapelt werden, dass sie an den Enden anliegen. Wenn das Brennen eines Blocks endet, leitet der Wärmeimpuls das Brennen des nächsten Elements der Kerze ein und so weiter, bis es vollständig verbraucht ist. Für eine zuverlässigere Zündung wird eine zündende pyrotechnische Zwischenzusammensetzung in das Ende des empfangenen Impulselements gedrückt, die mehr Energie und eine größere Empfindlichkeit gegenüber einem thermischen Impuls als die Hauptzusammensetzung der Kerze hat.

Bekannte pyrochemische Sauerstoffgeneratoren arbeiten mit Chloratkerzen vom thermokatalytischen Typ, die Natriumchlorat, Bariumperoxid, Eisen und bindende Zusätze enthalten, oder mit katalytischen Chloratkerzen, die aus Natriumchlorat und einem Katalysator, wie Natrium- oder Kaliumoxid oder -peroxid bestehen. Bekannte chemische Generatoren setzen Sauerstoff frei eine Rate von nicht weniger als 4 l / min, was um ein Vielfaches höher ist als der physiologische Bedarf einer Person. Bei bekannten Zusammensetzungen kann eine niedrigere Sauerstofferzeugungsrate nicht erhalten werden. Bei einer Abnahme des Durchmessers des Kerzenblocks, d.h. Bereich der Brennfront, was zu einer Geschwindigkeitsabnahme führen könnte, verliert die Kerze ihre Brennfähigkeit. Um die Leistung der Kerze aufrechtzuerhalten, ist eine Energieänderung erforderlich, indem der Brennstoffanteil in der Zusammensetzung erhöht wird, was zu einer Erhöhung der Brenngeschwindigkeit und dementsprechend zu einer Erhöhung der Sauerführt.

Bekannter Generator, der gepresste Blöcke einer festen Sauerstoffquelle mit transienten Zündelementen, Zündvorrichtung, Wärmeisolierung und Filtersystem in einem Metallgehäuse mit einem Auslassrohr für Sauerstoff enthält. Die Sauerstoffkerze in diesem Generator hat eine Zusammensetzung aus Natriumchlorat und -oxid sowie Natriumperoxid und besteht aus separaten zylindrischen Blöcken, die an den Enden miteinander in Kontakt stehen. Übergangszünder werden in das Ende jedes Blocks gepresst und haben eine Zusammensetzung aus Aluminium und Eisenoxid. Ein Teil der Blöcke hat eine gebogene Form, die es ermöglicht, sie in einer U-förmigen, U-förmigen Linie, in einer Spirale usw. zu verlegen.

Aufgrund der hohen Sauerstofferzeugungsrate erhöht sich das Gesamtgewicht der Sauerstoffkerze, was für einen langfristigen Betrieb des Generators erforderlich ist. Um beispielsweise einen Prototyp-Generator 1 Stunde lang zu betreiben, wird eine Kerze mit einem Gewicht von etwa 1,2 kg benötigt. Die hohe Generatorleistung führt auch zu der Notwendigkeit, die Wärmedämmung zu verstärken, was auch mit einer zusätzlichen Gewichtszunahme des Generators verbunden ist.

Gekrümmte (eckige) Blöcke sind schwierig herzustellen und haben eine geringe mechanische Festigkeit: Sie brechen leicht an der Biegung, was dazu führt, dass die Verbrennung bei einem Bruch aufhört, d.h. verringern die Zuverlässigkeit des langfristigen Dauerbetriebs des Generators.

Der Zweck der Erfindung besteht darin, die Geschwindigkeit der Sauerstofferzeugung zu verringern und die Zuverlässigkeit während des Langzeitbetriebs des Generators zu erhöhen.

Dies wird dadurch erreicht, dass der pyrochemische Sauerstoffgenerator, der gepresste Blöcke einer festen Sauerstoffquelle mit Übergangszündelementen, einer Zündvorrichtung, einer thermischen Isolierung und einem Filtersystem enthält, platziert in einem Metallgehäuse, das mit einem Auslassrohr für Sauerstoff ausgestattet ist, aufweist Blöcke einer festen Sauerstoffquelle in Form von Parallelepipeden, während als feste Sauerstoffquelle eine Zusammensetzung aus Natriumchlorat, Calcium- und Magnesiumperoxid verwendet wird; Übergangszündelemente werden aus einer Mischung von Calciumperoxid mit Magnesium hergestellt und in Form einer Tablette entweder in die Stirnseite oder in die Seitenfläche des Blocks gedrückt, und die Blöcke selbst werden in Schichten und im Zickzack in jeden eingelegt Schicht.

Abbildung 1 zeigt einen pyrochemischen Generator, Gesamtansicht. Der Generator hat ein Metallgehäuse 1, an dessen Ende sich eine Zündvorrichtung 2 befindet, an dessen Oberseite sich ein Abzweigrohr 3 für den Sauerstoffaustritt befindet. Blöcke 4 einer festen Sauerstoffquelle sind in Schichten gestapelt und voneinander und von den Wänden des Gehäuses durch Dichtungen 5 aus poröser Keramik isoliert. Auf der gesamten Oberfläche der oberen Blockschicht und der Oberseite des Körpers sind Metallgitter 6 angeordnet, zwischen denen sich ein mehrschichtiger Filter 7 befindet.

In ABB. 2 zeigt das Layout einer Schicht fester Sauerstoffquellenblöcke im Generator. Es wurden zwei Arten von Blöcken verwendet - lang 4 mit einer eingepressten Übergangszündtablette 9 am Ende des Blocks und kurz 8 mit einer Übergangszündtablette in der Seitenwand.

Der Generator wird aktiviert, wenn die Zündvorrichtung 2 eingeschaltet wird, wodurch die Zündzusammensetzung 10 gezündet wird und der erste Block der Kerze aufleuchtet. Die Verbrennungsfront bewegt sich kontinuierlich entlang des Kerzenkörpers, wobei sie an den Berührungspunkten durch Übergangszündtabletten 9 von Block zu Block verläuft. Als Ergebnis des Abbrennens der Kerze wird Sauerstoff freigesetzt. Der entstehende Sauerstoffstrom tritt durch die Poren der Keramik 5 hindurch, während er teilweise gekühlt wird und in das Filtersystem eintritt. Durch Metallsiebe und Filter wird es zusätzlich gekühlt und von unerwünschten Verunreinigungen und Rauch befreit. Durch Rohr 3 kommt reiner Sauerstoff heraus, der zum Atmen geeignet ist.

Die Geschwindigkeit der Sauerstofferzeugung kann je nach Bedarf im Bereich von 0,7 bis 3 l / min geändert werden, wobei die Zusammensetzung der festen Sauerstoffquelle im Gewichtsverhältnis von NaClO 4 CaO 2 Mg 1 (0,20-0,24) geändert wird. (0,04-0,07) und die Zusammensetzung der Zündelemente CaO 2 Mg in einem Gewichtsverhältnis von 1 (0,1-0,2). Die Verbrennung einer Schicht fester Sauerstoffquellenblöcke dauert 1 Stunde. Das Gesamtgewicht der Elemente der Kerze für eine Stunde Brennen beträgt 300 g; die Gesamtwärmeabgabe beträgt etwa 50 kcal/h.

Bei dem vorgeschlagenen Generator vereinfacht eine Sauerstoffkerze in Form von quaderförmigen Elementen deren Verbindung miteinander und ermöglicht eine dichte und kompakte Verpackung. Die starre Befestigung und der Bewegungsausschluss der Quaderblöcke gewährleistet deren Sicherheit während des Transports und der Verwendung als Teil eines Atemgeräts und erhöht somit die Zuverlässigkeit des Langzeitbetriebs des Generators.

Patentansprüche 1. PYROCHEMISCHER SAUERSTOFFGENERATOR, enthaltend gepresste Blöcke einer festen Sauerstoffquelle mit transienten Zündelementen, einer Zündvorrichtung, einer thermischen Isolierung und einem Filtersystem, angeordnet in einem Metallgehäuse, das mit einem Sauerstoffauslassrohr ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Blöcke aus einem festen Sauerstoff Quelle sind in Form von Quadern hergestellt, wobei in diesem Fall eine Zusammensetzung aus Natriumchlorat, Calcium- und Magnesiumperoxid, Übergangszündelementen - eine Mischung aus Calciumperoxid und Magnesium - als feste Sauerstoffquelle verwendet werden und sich am Ende befinden oder Seitenfläche des Blocks.

2. Sauerstoffgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blöcke einer festen Sauerstoffquelle in Schichten und in jeder Schicht in einem Zickzackmuster verlegt sind.

SAUERSTOFF(lat. Oxygenium, von griechisch oxys sauer und gennao - ich gebäre) Oh, chem. Element VI Gr. periodisch Systeme, bei. n. 8, bei. M. 15,9994. Natürlich K. besteht aus drei stabilen Isotopen: 16 O (99,759 %), 17 O (0,037 %) und 18 O (0,204 %) Konfiguration der äußeren Elektronenhülle des Atoms 2s 2 2p; Ionisationsenergie O ° : O + : Etwa 2+ sind jeweils gleich. 13.61819, 35.118eV; Pauling-Elektronegativität 3,5 (das elektronegativste Element nach F); Elektronenaffinität 1,467 eV; Kovalenzradius 0,066 nm. Das K.-Molekül ist zweiatomig. Es gibt auch eine allotrope Modifikation von K. Ozon Ungefähr 3 . Der interatomare Abstand im O 2 -Molekül beträgt 0,12074 nm; Ionisationsenergie O 2 12,075 eV; Elektronenaffinität 0,44 eV; Dissoziationsenergie 493,57 kJ/mol, Dissoziationskonstante Kr=p O 2 /p O2 ist 1,662. 10 –1 bei 1500 K, 1,264. 10 –2 bei 3000 K, 48,37 bei 5000 K; der Ionenradius von O 2 (Koordinatenzahlen sind in Klammern angegeben) beträgt 0,121 nm (2), 0,124 nm (4), 0,126 nm (6) und 0,128 nm (8). Im Grundzustand (Triplett) befinden sich zwei Valenzelektronen des O 2 -Moleküls in lockernden Orbitalen p X und P y, sind nicht gepaart, wodurch K. paramagnetisch ist (Einheit, ein paramagnetisches Gas, das aus homonuklearen zweiatomigen Molekülen besteht); molare Magn. Gasanfälligkeit 3.4400. 10 (293 K), variiert umgekehrt mit abs. m-re (Curies Gesetz). Es gibt zwei langlebige angeregte Zustände von O 2 - Singulett 1 D g (Anregungsenergie 94,1 kJ/mol, Lebensdauer 45 min) und Singulett (Anregungsenergie 156,8 kJ/mol). K.-naib. gemeinsames Element auf der Erde. Die Atmosphäre enthält 23,10 Gew.-% (20,95 Vol.-%) frei. K., in der Hydrosphäre und Lithosphäre - gem. 85,82 und 47 Gew.-% gebundenes K. Mehr als 1400 Mineralien sind bekannt, darunter K. Der Verlust von K. in der Atmosphäre durch Oxidation, einschließlich Verbrennung, Zerfall und Atmung, wird durch die Freisetzung von K. kompensiert. durch Pflanzen bei der Photosynthese. K. ist ein Teil von allem In-In, aus dem lebende Organismen aufgebaut sind; im menschlichen Körper enthält es ca. 65%. Eigenschaften. K.-farblos geruchs- und geschmacksneutrales Gas. T. kip. 90,188 K, Tripelpunkttemperatur 54,361 K; dicht bei 273 K und Normaldruck 1,42897 g/l, dicht. (in kg / m 3) bei 300 K: 6,43 (0,5 MPa), 12,91 (1 MPa), 52,51 (4 MPa); tkrit 154,581 K, R Kreta 5,043 MPa, dkrit 436,2 kg/m 3; C 0 p 29,4 J / (Mol. ZU); D H 0 isp 6,8 kJ/mol (90,1 K); SÖ 299 205,0 JDmol. . K) bei 273 K; h 205,2 3 · 10 -7 Pa. s (298K). Flüssigkeit K. ist blau gefärbt; dicht 1,14 g/cm³ (90,188 K); CO p 54,40 J/(mol. ZU); Wärmeleitfähigkeit 0,147 Wdm. K) (90 K, 0,1 MPa); h 1.890. 10 -2 Pa. mit; g 13.2. 10 -5 N/m (90 K), Temperaturabhängigkeitsgleichung g = -38,46 . 10 –3 (1 – T/154,576) 11/9 N/m; nD 1,2149 ( l = 546,1 nm; 100K); nicht leitend; molare Magn. Anfälligkeit 7.699. 10 –3 (90,1 K). Solid K. existiert in mehreren. kristallin Modifikationen. Unter 23,89 K ist die a-Form mit Volumenzentrierung stabil. Rhom-Beach, Gitter (bei 21 K und 0,1 MPa a= 0,55 nm, b = 0,382 nm, c = 0,344 nm, Dichte 1,46 g/cm³), bei 23,89-43,8 K- b - Form mit Hexagen, kristallin. Gitter (bei 28 K und 0,1 MPa a= 0,3307 nm, c = 1,1254 nm), über 43,8 K gibt es g - Form mit einem Würfel. Gitter ( a= 0,683 nm); D H° polymorphe Übergänge g: b 744 J/mol (43,818 K), b: a 93,8 J/mol (23,878 K); dreifacher Punkt b-g- gasförmig K.: Temperatur 283 K, Druck 5,0 GPa; D HO pl 443 J/mol; ur-tion der Temperaturabhängigkeit der Dichte d= 1,5154-0,004220T g/cm³ (44 54 K), a-, b- und g- Ungefähr 2 hellblaue Kristalle. Modifikation p ist antiferromagnetisch, a und g paramagnetisch, ihre magnetisch Anfälligkeit gem. 1.760. 10 –3 (23,7 K) und 1,0200. 10 –5 (54,3 K). Bei 298 K und einer Druckerhöhung auf 5,9 GPa kristallisiert K. unter Bildung eines rosafarbenen Sechsecks. b -gestalten ( ein = 0,2849 Nanometer, c = 1,0232 nm) und bei einem Druckanstieg auf 9 GPa eine orangefarbene Raute. e -Form (bei 9,6 GPa a=0,42151 nm, b= 0,29567 Nanometer, mit=0,66897 nm, Dichte 2,548 g/cm³). R-Wert K. bei atm. Druck und 293 K (in cm 3 /cm 3): in Wasser 0,031, Ethanol 0,2201, Methanol 0,2557, Aceton 0,2313; Lösung in Wasser bei 373 K 0,017 cm 3 /cm 3; p-Wert bei 274 K (Vol.-%): in Perfluorbutyltetrahydrofuran 48,5, Perfluordecalin 45,0, Perfluor-1-methyldecalin 42,3. Gute feste Absorber K. Platinschwarz und Aktivkohle. Edelmetalle in der Schmelze. Mittel aufnehmen können. Anzahl von K., zum Beispiel. bei 960 ° C absorbiert ein Volumen Silber ~ 22 Volumen K., was bei Die Kühlung wird fast vollständig freigegeben. Viele haben die Fähigkeit, K zu absorbieren. feste Metalle und Oxide, mit der Bildung von nicht-stöchiometrischen. Verbindungen. To. unterscheidet sich in hoher Chemikalie. Aktivität, Bildung von Comm. mit allen Elementen außer He, Ne und Ar. Atom K. in chem. Anschluss normalerweise erwirbt Elektronen und hat negativ. effektive Ladung. Comm., bei denen Elektronen vom Atom K. weggezogen werden, sind extrem selten (zB OF 2). Mit einfachen in-du, neben Au, Pt, Xe und Kr, reagiert K. direkt unter normalen Bedingungen oder bei Belastung., sowie in Gegenwart. Katalysatoren. R-tion mit Halogenen stehen unter Einwirkung von elektr. Entladung oder UV-Strahlung. In p-tionen mit allen einfachen in-du, außer F 2, ist K. ein Oxidationsmittel. Mol. K. bildet drei verschiedene. ionische Formen, die jeweils zu einer Klasse von Verbindungen führen: O - 2 - Superoxide, O 2 2- - Peroxide (vgl Peroxidverbindungen anorganisch, Peroxidverbindungen organisch), O + 2 - Dioxygenylverbindungen. Ozon bildet Ozonide, in denen die ionische Form K.-O - 3 . Das O 2 -Molekül verbindet sich als schwacher Ligand mit bestimmten Fe-, Co-, Mn-, Cu-Komplexen. Unter diesen Comm. das Hämoglobin ist wichtig, To-ry verwirklicht die Sendung To. in den Organismus der Warmblüter. R-tion mit K., begleitet von einer intensiven Energiefreisetzung, genannt. Verbrennung. Interaktion spielt eine große Rolle. K. mit Metallen in Gegenwart. Feuchtigkeit-atm. Metallkorrosion, und auch Atem lebende Organismen und Verfall. Als Ergebnis des Verfalls komplexe org. In-va von toten Tieren und Pflanzen werden zu einfacheren und schließlich zu CO 2 und Ochsen. K. reagiert mit Wasserstoff unter Wasserbildung und großer Wärmeabgabe (286 kJ pro mol H 2 ). Im Raum ist die t-Rep-tion extrem langsam, in der Gegenwart. Katalysatoren - relativ schnell bereits bei 80-100 ° C (diese P-tion wird verwendet, um H 2 und Inertgase von O 2 -Verunreinigungen zu reinigen). Oberhalb von 550 °C wird der Bezirk von H 2 mit O 2 von einer Explosion begleitet. Aus den Elementen von I gr. max. reagieren leicht mit K. Rb und Cs, To-Roggen entzünden sich an Luft selbst, K, Na und Li reagieren mit K. langsamer, p-tion beschleunigt in Gegenwart. Wasserdampf. Bei der Verbrennung von Alkalimetallen (außer Li) in der Atmosphäre von K. entstehen Peroxide M 2 O 2 und Superoxide MO 2 . K. reagiert relativ leicht mit Elementen der Nebengruppe IIa, beispielsweise ist Ba in der Lage, sich an Luft bei 20–25 °C zu entzünden, Mg und Be entzünden sich oberhalb von 500 °C; p-tion Produkte in diesen Fällen - Oxide und Peroxide. Mit Elementen der Untergruppe IIb K. Wechselwirkung. sehr schwierig, die Verteilung von K. mit Zn, Cd und Hg erfolgt erst bei höheren Temperaturen (es sind Gesteine ​​bekannt, in denen Hg in elementarer Form enthalten ist). Auf den Oberflächen von Zn und Cd bilden sich starke Filme ihrer Oxide, die die Metalle vor weiterer Oxidation schützen. Elemente III Gr. reagieren mit K. nur beim Erhitzen unter Bildung von Oxiden. Kompakte Metalle Ti, Zr, Hf sind beständig gegen die Einwirkung von K. K. reagiert mit Kohlenstoff unter Bildung von CO 2 und setzt Wärme frei (394 kJ / mol); Bei amorphem Kohlenstoff verläuft die P-tion bei leichter Erwärmung, bei Diamant und Graphit - über 700 ° C. K. reagiert mit Stickstoff erst oberhalb von 1200 °C unter Bildung von NO, das dann bereits bei Raumtemperatur leicht von K. zu NO 2 oxidiert wird. Weißer Phosphor neigt bei Raumtemperatur zur Selbstentzündung an der Luft. Elemente VI Gr. S, Se und Te reagieren mit K. mit merklicher Geschwindigkeit bei mäßiger Erwärmung. Eine merkliche Oxidation von W und Mo wird oberhalb von 400 ° C beobachtet, Cr - bei einer viel höheren Temperatur. K. oxidiert kräftig org. Verbindungen. Die Verbrennung flüssiger Brennstoffe und brennbarer Gase erfolgt infolge des Kreises K. mit Kohlenwasserstoffen.
Erhalt. In der Industrie erhalten K. Lufttrennung, CH. Arr. Niedertemperatur-Destillationsverfahren. Es wird auch zusammen mit H 2 am Abschlussball produziert. Wasserelektrolyse. gasförmig produzieren K. (92–98 % O 2 ), techn. (1. Klasse 99,7 % O 2 , 2. Klasse 99,5 % und 3. Klasse 99,2 %) und Flüssigkeit (nicht weniger als 99,7 % O 2). K. wird auch für medizinische Zwecke hergestellt („medical Sauerstoff", enthält 99,5 % O 2). Zum Atmen in geschlossenen Räumen (U-Boote, Raumfahrzeuge usw.) werden feste Sauerstoffquellen verwendet, deren Wirkung auf einer sich selbst ausbreitenden Exothermie beruht. p-tion zwischen dem Träger K. (Chlorat oder Perchlorat) und Kraftstoff. Beispielsweise wird eine Mischung aus NaClO 3 (80 %), Fe-Pulver (10 %), BaO 2 (4 %) und Glasfaser (6 %) zu Zylindern gepresst; nach Zündung Sauerstoff Die Kerze brennt mit einer Geschwindigkeit von 0,15-0,2 mm / s und gibt sauberes, atmungsaktives K. in einer Menge von 240 l / kg ab (siehe. Pyrotechnische Gasquellen). Im Labor wird K. durch Zersetzung während der Beladung gewonnen. Oxide (z. B. HgO) oder sauerstoffhaltig Salze (z. B. KClO 3 , KMnO 4 ) sowie Elektrolyse der wässrigen Lösung von NaOH. Allerdings ist der am häufigsten verwendete Abschlussball. K., in Flaschen unter Druck geliefert.
Definition. Die Konzentration von K. in Gasen wird mittels manueller Gasanalysatoren bestimmt, z. volumetrisch durch die Methode der Änderung des bekannten Volumens der analysierten Probe nach der Absorption von O 2 -Lösungen daraus - Kupferammoniak, Pyrogallol, NaHSO 3 usw. Zur kontinuierlichen Bestimmung von K. in Gasen werden automatische verwendet. thermomagnetisch Gasanalysatoren basierend auf hochmagn. Anfälligkeit To. Zur Bestimmung der niedrigen Konzentrationen von K. in Inertgasen oder Wasserstoff (weniger als 1%) verwenden Sie automatische. thermochemisch, elektrochemisch, galvanisch und andere Gasanalysatoren. Für den gleichen Zweck kolorimetrisch Methode (mit dem Gerät Mugdan), basierend auf der Oxidation von Farblos. Ammoniakkomplex Cu (I) in einem hell gefärbten Comm. Cu(II). K., gelöst in Wasser, wird beispielsweise auch kolorimetrisch bestimmt. durch die Bildung von Rotfärbung während der Oxidation von reduziertem Indigokarmin. In org. Anschluss K. wird in Form von CO oder CO 2 nach Hochtemperaturpyrolyse der zu analysierenden Substanz in einem Inertgasstrom bestimmt. Zur Bestimmung der K.-Konzentration in Stahl und Legierungen wird ein elektrochemisches Verfahren eingesetzt. Sensoren mit Festelektrolyt (stabilisiertes ZrO 2). siehe auch Gasanalyse, Gasanalysatoren.
Anwendung. K. wird als Oxidationsmittel verwendet: in der Metallurgie - beim Schmelzen von Eisen und Stahl (im Hochofen, Sauerstoffkonverter und offene Herde), in den Prozessen der Gruben-, Schwebe- und Konverterverhüttung von Nichteisenmetallen; in der Walzenproduktion; bei der Brandreinigung von Metallen; in der Gießereiproduktion; beim Thermitschweißen und Schneiden von Metallen; in chem. und petrochem. prom-sti-bei der Produktion von HNO 3, H 2 SO 4, Methanol, Acetylen; Formaldehyd, Oxide, Peroxide usw. in-in. K. wird für medizinische Zwecke in der Medizin verwendet, sowie in Sauerstoff-atmen. Geräte (in Raumfahrzeugen, auf U-Booten, bei Höhenflügen, Unterwasser- und Rettungseinsätzen). Flüssigsauerstoff-Oxidationsmittel für Raketentreibstoffe; Es wird auch beim Strahlen als Kühlmittel im Labor verwendet. trainieren. Die Produktion von K. in den USA beträgt 10,75 Mrd. m 3 (1985); in der Metallurgie werden 55 % des produzierten K. verbraucht, in der Chemie. Promsti - 20%. K. ist ungiftig und nicht brennbar, unterstützt aber die Verbrennung. Im Gemisch mit flüssigem K. sind alle Kohlenwasserstoffe explosiv, inkl. Öle, CS 2 . max. Gefährlich sind schwerlösliche brennbare Verunreinigungen, die in flüssigem K. in einen festen Zustand übergehen (z. B. Acetylen, Propylen, CS 2). Der maximal zulässige Gehalt in flüssigem K.: Acetylen 0,04 cm 3 / l, CS 2 0,04 cm 3 / l, Öle 0,4 mg / l. Gasförmiges K. wird in Stahlflaschen mit kleinem (0,4-12 l) und mittlerem (20-50 l) Fassungsvermögen bei einem Druck von 15 und 20 MPa sowie in Großraumflaschen (80-1000 l at 32 und 40 MPa). ), flüssiges K. in Dewargefäßen oder in speziellen. Panzer. Für den Transport von flüssigen und gasförmigen K. auch spezielle verwenden. Rohrleitungen. Sauerstoff Die Zylinder sind blau lackiert und tragen in schwarzen Buchstaben die Aufschrift " Sauerstoff" . K. wurde erstmals 1771 von K. Scheele in seiner reinen Form erhalten. Unabhängig von ihm wurde K. 1774 von J. Priestley erhalten. 1775 stellte A. Lavoisier fest, dass K. ein integraler Bestandteil der Luft ist, was ist in vielen anderen enthalten. in-wah. Lit.. Glizmayenko D.L., Getting Sauerstoff, 5. Aufl., M., 1972; Razumovsky S. D., Sauerstoff-elementar Formen und Eigenschaften, M., 1979; Thermodynamische Eigenschaften Sauerstoff, M., 1981. Ya. D. Zelvensky.

Verwendung: um Sauerstoff in Lebenserhaltungssystemen in Notfallsituationen zu erhalten. Das Wesentliche der Erfindung: Der pyrotechnische Satz enthält 87 - 94 Gew.% NaClO 3 und 6 - 13 Gew.% Cu 2 S. Output O 2 231 - 274 l/kg, Temperatur in der Verbrennungszone 520 - 580 o C. 1 Tisch.

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Gewinnung von gasförmigem Sauerstoff aus festen Zusammensetzungen, die Sauerstoff aufgrund einer sich selbst erhaltenden thermokatalytischen Reaktion erzeugen, die zwischen den Komponenten der Zusammensetzung in einem engen Verbrennungsbereich auftritt. Solche Zusammensetzungen werden Sauerstoffkerzen genannt. Der erzeugte Sauerstoff kann in Lebenserhaltungssystemen, in Notfallsituationen von Dispositionsdiensten verwendet werden. Bekannte pyrotechnische Sauerstoffquellen, die sogenannten Sauerstoff- oder Chloratkerzen, enthalten drei Hauptkomponenten: Sauerstoffträger, Brennstoff und Katalysator.Bei Chloratkerzen dient als Sauerstoffträger Natriumchlorat, dessen Gehalt im Bereich von 80- 93 % Der Brennstoff ist Eisenmetallpulver mit Kohlendioxid. Die Funktion des Katalysators übernehmen Oxide und Peroxide von Metallen wie MgFeO 4 . Die Sauerstoffabgabe liegt im Bereich von 200-260 l/kg. Die Temperatur in der Verbrennungszone von Chloratkerzen, die Metall als Brennstoff enthalten, übersteigt 800 ° C. Der Erfindung am nächsten kommt eine Zusammensetzung, die Natriumchlorat als Sauerstoffträger enthält, 92% brennbare Magnesiumlegierung mit Silizium im Verhältnis 1: 1 (3 Gew.), und als Katalysator eine Mischung aus Kupfer- und Nickeloxiden im Verhältnis 1:4. Die Sauerstoffabgabe dieser Zusammensetzung beträgt 2655 l/kg. Die Temperatur in der Verbrennungszone beträgt 850-900 ° C. Der Nachteil der bekannten Zusammensetzung ist die hohe Temperatur in der Verbrennungszone, die die Notwendigkeit mit sich bringt, die Konstruktion des Generators zu erschweren, die Einführung eines speziellen Wärmetauschers zum Kühlen von Sauerstoff , die Möglichkeit der Zündung des Generatorgehäuses durch das Eindringen von Funken brennender Metallpartikel darauf, das Auftreten einer übermäßigen Menge an flüssiger Phase (Schmelze) in der Nähe der Verbrennungszone, was zu einer Verformung des Blocks und einer Erhöhung der führt Menge Staub. Der Zweck der Erfindung besteht darin, die Temperatur in der Verfolgungszone der Zusammensetzung zu verringern, während eine hohe Sauerstoffausbeute aufrechterhalten wird. Dies wird dadurch erreicht, dass die Zusammensetzung Natriumchlorat als Sauerstoffträger und Kupfersulfit (Cu 2 S) als Brennstoff und Katalysator enthält. Die Komponenten der Zusammensetzung werden im folgenden Verhältnis genommen, Gew. Natriumchlorat 87-94; Kupfersulfid 6-13. Die Möglichkeit, Kupfersulfid als Brennstoff und Katalysator einzusetzen, beruht auf einem speziellen katalytischen Wirkmechanismus. Während der Reaktion werden beide Bestandteile des Kupfersulfids exotherm oxidiert:

Cu 2 S + 2,5 O 2 CuSO 4 + CuO + 202,8 kcal. Diese Reaktion liefert Energie, damit der sich selbst ausbreitende Prozess stattfinden kann. Die spezifische Verbrennungsenthalpie von Cu 2 S (1,27 kcal/g) unterscheidet sich nicht wesentlich von der spezifischen Verbrennungsenthalpie von Eisen (1,76 kcal/g). Der größte Teil der Energie stammt aus der Oxidation von Sulfidschwefel zu Sulfat und nur ein kleiner Teil aus der Oxidation von Kupfer. Kupfersulfid ist reaktiver als Eisen- und Magnesiummetallpulver, daher kann die exotherme Hauptreaktion bei einer relativ niedrigen Temperatur von 500 ° C ziemlich schnell ablaufen. Die niedrige Temperatur in der Verbrennungszone wird auch dadurch gewährleistet, dass sowohl Kupfersulfid als auch sein Oxidationsprodukt Kupferoxid sind wirksame Katalysatoren für die Zersetzung von Natriumchlorat. Laut DTA zersetzt sich reines Natriumchlorat beim Erhitzen mit einer Geschwindigkeit von 10 o C / min bei 480-590 o C in NaCl und O 2 in Gegenwart von 6 Gew.-% Natriumchlorat. Cu 2 S bei 260–360°C und in Gegenwart von 12 gew. CuO bei 390-520 o C. Cu 2 S-Pulver hat eine höhere Dispersion bei einer niedrigen Temperatur in der Verbrennungszone von 520-580 o C. Der resultierende Sauerstoff enthält keine schädlichen Verunreinigungen wie Cl 2 , Kohlenstoffverbindungen und die Mindestmenge von SO 2 ist nicht mehr als 0,55 kg/m 3 .

ANSPRUCH

PYROTECHNISCHE ZUSAMMENSETZUNG ZUR GEWINNUNG VON SAUERSTOFF, umfassend Natriumchlorat und eine Kupferverbindung, dadurch gekennzeichnet, dass sie Kupfersulfid als Kupferverbindung mit folgendem Gehalt an Bestandteilen enthält, Gew.-%:

SAUERSTOFF IST IN DER LUFT. ART DER ATMOSPHÄRE. SEINE EIGENSCHAFTEN. ANDERE PRODUKTE BRENNENDE KERZEN. KOHLENDIOXID, SEINE EIGENSCHAFTEN

Wir haben bereits gesehen, dass aus dem Wasser, das wir durch das Abbrennen einer Kerze gewonnen haben, Wasserstoff und Sauerstoff gewonnen werden können. Sie wissen, dass der Wasserstoff aus der Kerze kommt und der Sauerstoff, nehmen Sie an, aus der Luft. Aber in diesem Fall fragen Sie mich zu Recht: "Warum brennen Luft und Sauerstoff eine Kerze nicht gleich gut?" Wenn Sie sich noch frisch daran erinnern, was geschah, als ich die Asche mit einem Krug Sauerstoff bedeckte, werden Sie sich daran erinnern, dass hier die Verbrennung ganz anders ablief als an der Luft. Also, was ist der Deal? Dies ist eine sehr wichtige Angelegenheit, und ich werde mein Bestes tun, um es Ihnen klar zu machen; sie steht in direktem Zusammenhang mit der Frage nach der Beschaffenheit der Atmosphäre und ist daher für uns äußerst wichtig.

Wir haben mehrere Möglichkeiten, Sauerstoff zu erkennen, zusätzlich zum einfachen Verbrennen bestimmter Substanzen darin. Sie haben gesehen, wie eine Kerze in Sauerstoff brennt und wie sie in Luft brennt; Sie haben gesehen, wie Phosphor in Luft und wie in Sauerstoff brennt; Sie haben gesehen, wie Eisen in Sauerstoff brennt. Aber neben diesen Sauerstofferkennungsmethoden gibt es noch andere, und ich werde einige davon durchgehen, um Ihre Erfahrung und Ihr Wissen zu erweitern. Hier ist zum Beispiel ein Gefäß mit Sauerstoff. Ich werde Ihnen die Anwesenheit dieses Gases beweisen. Ich nehme einen glimmenden Splitter und tauche ihn in Sauerstoff. Sie wissen bereits aus dem letzten Gespräch, was passieren wird: Ein glimmender Splitter, der in ein Glas gesenkt wird, zeigt Ihnen, ob Sauerstoff darin ist oder nicht. Es gibt! Wir haben dies durch Brennen bewiesen.

Und hier ist eine andere Möglichkeit, Sauerstoff zu erkennen, sehr interessant und nützlich. Hier habe ich zwei Kanister, die jeweils mit Gas gefüllt sind. Sie sind durch eine Platte getrennt, damit sich diese Gase nicht vermischen. Ich entferne die Platte und das Mischen der Gase beginnt: Jedes Gas kriecht sozusagen in das Gefäß, in dem sich das andere befindet. "Also, was ist hier los? - fragen Sie. - Zusammen geben sie kein solches Brennen, wie wir es bei der Kerze beobachtet haben." Aber sehen Sie, wie die Anwesenheit von Sauerstoff durch die Kombination mit dieser zweiten Substanz erkannt werden kann.

Was für ein wunderschön gefärbtes Gas. Es warnt mich vor Sauerstoff. Das gleiche Experiment kann durchgeführt werden, indem dieses Testgas mit normaler Luft gemischt wird. Hier ist ein Gefäß mit Luft – die Art, in der eine Kerze brennen würde – und hier ist ein Gefäß mit diesem Testgas. Ich lasse sie über Wasser mischen, und hier ist das Ergebnis: Der Inhalt des Testglases fließt in das Luftglas, und Sie sehen genau die gleiche Reaktion. Das beweist, dass Sauerstoff in der Luft ist, also dieselbe Substanz, die wir bereits aus dem Wasser gewonnen haben, das durch das Abbrennen einer Kerze gewonnen wurde.

Aber warum brennt eine Kerze in Luft nicht so gut wie in Sauerstoff? Jetzt werden wir damit fortfahren. Hier habe ich zwei Banken; Sie sind bis zur gleichen Höhe mit Gas gefüllt und sehen gleich aus. In Wahrheit weiß ich jetzt nicht einmal, welches dieser Gefäße Sauerstoff und welches Luft enthält, obwohl ich weiß, dass sie vorher mit diesen Gasen gefüllt waren. Aber wir haben ein Testgas, und ich werde jetzt herausfinden, ob es einen Unterschied zwischen den Inhalten beider Gläser in der Fähigkeit gibt, dieses Gas zu röten. Ich lasse Prüfgas in eine der Dosen ein. Folgen Sie dem Geschehen. Wie Sie sehen können, gibt es Rötungen, also gibt es hier Sauerstoff. Lassen Sie uns jetzt das zweite Glas testen. Wie Sie sehen können, ist die Rötung nicht so ausgeprägt wie im ersten Glas.

Als nächstes passiert etwas Seltsames: Wenn die Mischung aus zwei Gasen im zweiten Glas gut mit Wasser geschüttelt wird, wird das rote Gas absorbiert; wenn Sie eine weitere Portion des Testgases einlassen und das Glas erneut schütteln, wiederholt sich die Aufnahme des roten Gases; und so kann es fortgesetzt werden, solange Sauerstoff vorhanden ist, ohne den diese Erscheinung unmöglich ist. Wenn ich die Luft hereinlasse, wird sich die Sache nicht ändern; aber sobald ich Wasser einführe, wird das rote Gas verschwinden; und ich kann so weitermachen, indem ich immer mehr Prüfgas einlasse, bis ich etwas im Glas übrig habe, das nicht mehr durch die Zugabe dieser Substanz gefärbt wird, die Luft und Sauerstoff gefärbt hat. Was ist los? Sie verstehen, dass in der Luft außer Sauerstoff noch etwas anderes enthalten ist, und das bleibt im Gleichgewicht. Jetzt lasse ich etwas mehr Luft in das Glas, und wenn es rot wird, wissen Sie, dass dort noch etwas Farbgas übrig war und dass es daher nicht sein Mangel ist, der erklärt, warum nicht die ganze Luft war aufgebraucht.

Dies wird Ihnen helfen zu verstehen, was ich gleich sagen werde. Sie haben gesehen, dass, als ich den Phosphor im Glas verbrannte und sich der entstehende Rauch aus Phosphor und Sauerstoff absetzte, eine beträchtliche Menge Gas ungenutzt blieb, genau wie unser Testgas etwas unberührt ließ. Tatsächlich blieb nach der Reaktion dieses Gas zurück, das sich weder von Phosphor noch von dem Färbegas ändert. Dieses Gas ist kein Sauerstoff, aber dennoch ein fester Bestandteil der Atmosphäre.

Dies ist eine Möglichkeit, Luft in die beiden Stoffe aufzuteilen, aus denen sie besteht, d. h. in Sauerstoff, der unsere Kerzen, Phosphor und alles andere brennt, und in diesen anderen Stoff, Stickstoff, in dem sie nicht brennen. Von dieser zweiten Komponente ist viel mehr in der Luft als Sauerstoff.

Dieses Gas stellt sich als eine sehr interessante Substanz heraus, wenn man es studiert, aber man könnte sagen, dass es überhaupt nicht interessant ist. In gewisser Hinsicht stimmt das, schließlich zeigt es keine brillanten Brenneffekte. Wenn es mit einem brennenden Splitter getestet wird, wie ich Sauerstoff und Wasserstoff getestet habe, dann wird es weder selbst brennen, wie Wasserstoff, noch den Splitter zum Brennen bringen, wie Sauerstoff. Egal wie ich es teste, ich kann ihm weder das eine noch das andere entlocken: es leuchtet nicht und lässt keinen Splitter brennen – es löscht die Verbrennung jeglicher Substanz. Unter normalen Bedingungen kann darin nichts anbrennen. Es hat weder Geruch noch Geschmack; es ist weder Säure noch Alkali; gegenüber all unseren äußeren Gefühlen zeigt er völlige Gleichgültigkeit. Und Sie könnten sagen: "Es ist nichts, es verdient nicht die Aufmerksamkeit der Chemie; warum existiert es in der Luft?"

Hier hilft die Fähigkeit, aus Erfahrungen Schlüsse zu ziehen. Angenommen, unsere Atmosphäre bestünde statt aus Stickstoff oder einem Gemisch aus Stickstoff und Sauerstoff aus reinem Sauerstoff, was würde aus uns werden? Sie wissen ganz genau, dass ein Stück Eisen, das in einem Glas Sauerstoff entzündet wird, zu Asche verbrennt. Stellen Sie sich beim Anblick eines schwelenden Kamins vor, was mit seinem Rost passieren würde, wenn die gesamte Atmosphäre nur aus Sauerstoff bestünde: Der gusseiserne Rost würde viel stärker brennen als die Kohle, mit der wir den Kamin beheizen. Ein Brand im Ofen einer Dampflok wäre wie ein Brand in einem Tanklager, wenn die Atmosphäre aus Sauerstoff bestünde.

Stickstoff verdünnt Sauerstoff, mildert seine Wirkung und macht ihn für uns nutzbar. Darüber hinaus trägt Stickstoff alle Dämpfe und Gase, die, wie Sie gesehen haben, entstehen, wenn eine Kerze brennt, mit sich, verteilt sie in der Atmosphäre und trägt sie dorthin, wo sie benötigt werden, um das Leben der Pflanzen und damit des Menschen zu unterstützen. Stickstoff erfüllt also eine äußerst wichtige Aufgabe, obwohl Sie, nachdem Sie sich damit vertraut gemacht haben, sagen: "Nun, das ist eine völlig wertlose Sache."

Stickstoff ist im Normalzustand ein inaktives Element: Keine Einwirkung, außer der stärksten elektrischen Entladung, und selbst dann nur in sehr schwachem Maße, kann dazu führen, dass Stickstoff direkt mit einem anderen Element der Atmosphäre oder mit anderen umgebenden Stoffen in Verbindung tritt . Dieser Stoff ist völlig indifferent, also indifferent – ​​und damit sicher.

Aber bevor ich Sie zu diesem Schluss bringe, muss ich Ihnen zuerst etwas über die Atmosphäre selbst sagen. Hier ist eine Tabelle, die die prozentuale Zusammensetzung der atmosphärischen Luft zeigt:

nach Volumen nach Masse

Sauerstoff. . . . 20 22.3

Stickstoff. . . . . 80 77,7

__________________________

Es gibt die relativen Mengen an Sauerstoff und Stickstoff in der Atmosphäre korrekt wieder. Daraus sehen wir, dass fünf Pints ​​Luft nur einen Pint Sauerstoff auf vier Pints ​​Stickstoff enthalten; Mit anderen Worten, Stickstoff macht 4/5 des Volumens der atmosphärischen Luft aus. All diese Stickstoffmenge verdünnt den Sauerstoff und mildert seine Wirkung; dadurch wird die kerze richtig mit brennstoff versorgt und unsere lunge kann gesundheitlich unbedenklich luft atmen. Schließlich ist es für uns nicht weniger wichtig, Sauerstoff zum Atmen in der richtigen Form zu erhalten, als die richtige Zusammensetzung der Atmosphäre zum Verbrennen von Kohle in einem Kamin oder Kerzen.

Jetzt werde ich Ihnen die Massen dieser Gase nennen. Ein Pint Stickstoff hat eine Masse von 10 4/10 Gran und ein Kubikfuß 1 1/6 Unzen. Das ist die Stickstoffmasse. Sauerstoff ist schwerer: Ein Pint davon sind 11 9/10 Grains und ein Kubikfuß sind 1 1/5 Unzen.

Sie haben mir schon mehrfach die Frage gestellt: "Wie wird die Masse von Gasen bestimmt?", und ich freue mich sehr, dass diese Frage Sie interessiert hat. Jetzt werde ich Ihnen zeigen, dieser Fall ist sehr einfach und leicht. Hier ist die Waage, und hier ist eine Kupferflasche, sorgfältig auf einer Drehbank bearbeitet und bei aller Kraft von möglichst geringer Masse. Es ist absolut luftdicht und mit einem Wasserhahn ausgestattet. Nun ist der Wasserhahn geöffnet und die Flasche daher mit Luft gefüllt. Diese Waagen sind sehr genau, und die Flasche in ihrem gegenwärtigen Zustand wird darauf durch Gewichte auf einem anderen Becher ausbalanciert. Und hier ist die Pumpe, mit der wir Luft in diese Flasche drücken können.

Reis. 25.

Jetzt pumpen wir eine bekannte Luftmenge hinein, deren Volumen durch die Kapazität der Pumpe gemessen wird. (Zwanzig solcher Bände sind aufgeblasen.) Jetzt drehen wir den Wasserhahn zu und stellen die Flasche wieder auf die Waage. Sehen Sie, wie die Waage gesunken ist: Die Flasche ist viel schwerer geworden als zuvor. Das Fassungsvermögen der Flasche hat sich nicht verändert, was bedeutet, dass die Luft im gleichen Volumen schwerer geworden ist. Wodurch? Dank der Luft, die wir hineingepumpt haben. zusätzlich zur verfügbaren Luft.

Jetzt werden wir die Luft in dieses Glas ablassen und ihm die Möglichkeit geben, in seinen vorherigen Zustand zurückzukehren. Dazu muss ich nur die Kupferflasche fest mit dem Glas verbinden und die Hähne öffnen - und Sie sehen, wir haben hier die ganze Luftmenge, die ich gerade mit zwanzig Pumpstößen in die Flasche gepumpt habe. Damit uns bei diesem Experiment kein Fehler unterlaufen ist, stellen wir die Flasche noch einmal auf die Waage. Wenn es jetzt wieder durch die ursprüngliche Last ausgeglichen wird, können wir ziemlich sicher sein, dass wir das Experiment richtig gemacht haben. Ja, sie ist ausgeglichen. So können wir die Masse dieser zusätzlichen Luftportionen ermitteln, die wir hineingepumpt haben. Somit kann festgestellt werden, dass ein Kubikfuß Luft eine Masse von 1 1/5 Unzen hat.

Reis. 26.

Aber diese bescheidene Erfahrung wird Ihnen in keiner Weise die ganze Essenz des erzielten Ergebnisses bewusst machen können. Es ist erstaunlich, wie sehr die Zahlen steigen, wenn wir zu größeren Volumina übergehen. Dies ist die Luftmenge (Kubikfuß), die eine Masse von 1 1/5 Unzen hat. Und was denken Sie, wie groß ist die Luftmasse in dieser Kiste oben (ich habe sie speziell für diese Berechnungen bestellt)? Die Luft darin hat eine Masse von einem Pfund. Ich habe die Luftmasse in dieser Halle berechnet, aber Sie hätten diese Zahl kaum erraten: Es ist mehr als eine Tonne. So schnell nehmen Massen zu, und so wichtig ist das Vorhandensein der Atmosphäre und des darin enthaltenen Sauerstoffs und Stickstoffs und die Arbeit, die sie leistet, um Objekte von Ort zu Ort zu bewegen und schädliche Dämpfe abzutransportieren.

Nachdem ich Ihnen diese wenigen Beispiele in Bezug auf das Gewicht der Luft gegeben habe, werde ich nun fortfahren, einige der Konsequenzen dieser Tatsache zu zeigen. Du musst sie unbedingt kennenlernen, sonst bleibt dir vieles unklar. Erinnern Sie sich an ein solches Erlebnis? Hast du ihn jemals gesehen? Für ihn wird eine Pumpe genommen, ähnlich der, mit der ich gerade Luft in eine Kupferflasche gepumpt habe.

Reis. 27.

Es muss so positioniert werden, dass ich meine Hand auf sein Loch legen kann. In der Luft bewegt sich meine Hand so leicht, als spüre sie keinen Widerstand. Egal wie ich mich bewege, ich schaffe es fast nie, eine solche Geschwindigkeit zu erreichen, dass ich bei dieser Bewegung viel Luftwiderstand spüre). Aber wenn ich hier meine Hand lege (auf den Luftpumpenzylinder, aus dem dann die Luft herausgepumpt wird), sieht man was passiert. Warum klebt meine Handfläche so fest an dieser Stelle, dass sich die ganze Pumpe dahinter bewegt? Suchen! Warum kann ich meine Hand kaum befreien? Was ist los? Es ist das Gewicht der Luft – der Luft über mir.

Und hier ist eine weitere Erfahrung, von der ich denke, dass sie Ihnen helfen wird, dieses Problem noch besser zu verstehen. Die Oberseite dieses Glases ist mit einer Bullenblase bedeckt, und wenn die Luft herausgepumpt wird, sehen Sie in leicht modifizierter Form den gleichen Effekt wie im vorherigen Experiment. Jetzt ist die Spitze völlig flach, aber sobald ich auch nur eine ganz leichte Bewegung mit der Pumpe mache und schaue, wie die Blase heruntergekommen ist, wie sie nach innen geknickt ist. Sie werden nun sehen, wie die Blase immer mehr in den Krug gezogen wird, bis sie schließlich von der auf sie drückenden Kraft der Atmosphäre eingedrückt und durchbrochen wird. (Die Blase platzte mit einem lauten Knall.) Das lag nun ganz an der Kraft, mit der die Luft auf die Blase drückte, und es wird Ihnen nicht schwer fallen, zu verstehen, wie es hier steht.

Reis. 28.

Schauen Sie sich diese Säule aus fünf Würfeln an: Die in der Atmosphäre aufgetürmten Partikel sind auf die gleiche Weise übereinander gestapelt. Es ist Ihnen klar, dass die oberen vier Würfel auf dem fünften, unteren ruhen und dass, wenn ich ihn herausnehme, alle anderen sinken werden. Dasselbe gilt für die Atmosphäre: Die oberen Luftschichten werden von den unteren gestützt, und wenn Luft darunter herausgepumpt wird, treten Veränderungen auf, die Sie beobachtet haben, als meine Handfläche auf dem Pumpenzylinder lag, und im Experiment mit a Bullenblase, und jetzt sehen Sie noch besser.

Ich habe dieses Glas mit einem Gummiband zugebunden. Membran. Jetzt werde ich Luft herauspumpen, und Sie sehen zu, wie das Gummi die Luft unten von der Luft oben trennt. Sie werden sehen, wie sich der atmosphärische Druck manifestiert, wenn die Luft aus der Dose gepumpt wird. Sehen Sie, wie das Gummi eingezogen wird - schließlich kann ich sogar meine Hand in ein Glas stecken - und das alles nur durch eine gewaltige, gewaltige Luftwirkung über uns. Wie deutlich tritt diese interessante Tatsache hier hervor!

Nach dem Ende des heutigen Vortrags können Sie Ihre Kraft messen und versuchen, dieses Gerät zu trennen. Es besteht aus zwei hohlen Kupferhalbkugeln, die eng aneinander angepasst und mit einem Schlauch mit Ventil zum Abpumpen von Luft ausgestattet sind. Solange Luft im Inneren ist, trennen sich die Hemisphären leicht; Sie werden jedoch überzeugt sein, dass, wenn wir mit einem Hahn Luft durch dieses Rohr pumpen und Sie daran ziehen - die eine in die eine Richtung, die andere in die andere - keiner von Ihnen die Hemisphären trennen kann. Für jeden Quadratzentimeter Querschnittsfläche dieses Gefäßes müssen beim Ablassen der Luft etwa fünfzehn Pfund getragen werden. Dann gebe ich Ihnen die Gelegenheit, Ihre Kraft zu testen - versuchen Sie, diesen Luftdruck zu überwinden.

Hier ist noch ein interessantes kleines Ding - ein Trottel, Spaß für Jungs, aber nur für wissenschaftliche Zwecke verbessert. Schließlich haben Sie, die Jugend, jedes Recht, Spielzeug für wissenschaftliche Zwecke zu verwenden, zumal sie in der Neuzeit begonnen haben, sich über die Wissenschaft lustig zu machen. Hier ist ein Saugnapf, nur ist es kein Leder, sondern Gummi. Ich schlage es auf die Oberfläche des Tisches, und Sie sehen sofort, dass es fest daran haftet. Warum hält sie sich so fest? Er lässt sich bewegen, er rutscht leicht von Ort zu Ort – aber egal, wie sehr Sie versuchen, ihn anzuheben, er wird den Tisch wahrscheinlich eher hinter sich herziehen, als sich von ihm zu lösen. Es ist nur möglich, es vom Tisch zu entfernen, wenn Sie es ganz an den Rand bewegen, um Luft darunter zu lassen. Drückt es auf die Oberfläche des Tisches nur Luftdruck darüber. Hier ist ein weiterer Saugnapf - wir drücken sie gegeneinander und Sie werden sehen, wie fest sie haften. Wir können sie sozusagen für ihren vorgesehenen Zweck verwenden, das heißt, sie an Fenster und Wände kleben, wo sie mehrere Stunden halten und sich als nützlich erweisen, um einige Gegenstände daran aufzuhängen.

Ich muss Ihnen jedoch nicht nur Spielzeug zeigen, sondern auch Experimente, die Sie zu Hause wiederholen können. Mit einem so eleganten Experiment können Sie die Existenz des atmosphärischen Drucks eindeutig nachweisen. Hier ist ein Glas Wasser. Was ist, wenn ich Sie bitte, es zu schaffen, es auf den Kopf zu stellen, damit das Wasser nicht verschüttet wird? Und das nicht, weil Sie Ihre Hand auswechseln, sondern allein aufgrund des atmosphärischen Drucks.

Nehmen Sie ein Glas, das bis zum Rand oder zur Hälfte mit Wasser gefüllt ist, und decken Sie es mit einer Art Pappe ab; Kippen Sie es um und sehen Sie, was mit der Pappe und dem Wasser passiert. Luft kann nicht in das Glas eindringen, da Wasser sie aufgrund der Kapillarwirkung an den Rändern des Glases nicht eindringen lässt.

Ich denke, dass all dies Ihnen die richtige Vorstellung davon vermitteln wird, dass Luft keine Leere, sondern etwas Wirkliches ist. Wenn Sie von mir erfahren, dass diese Kiste da drüben ein Pfund Luft fasst und dieser Raum mehr als eine Tonne fasst, werden Sie glauben, dass Luft nicht nur Leere ist.

Machen wir noch ein Experiment, um Sie davon zu überzeugen, dass Luft wirklich widerstehen kann. Sie wissen, was für ein prächtiges Blasrohr aus einer Gänsefeder oder einem Strohhalm oder so leicht gemacht werden kann. Nehmen Sie eine Apfel- oder Kartoffelscheibe, schneiden Sie ein kleines Stück von der Größe einer Röhre heraus - so wie hier - und schieben Sie es wie einen Kolben bis zum Ende durch. Durch das Einsetzen des zweiten Stopfens isolieren wir die Luft im Schlauch vollständig. Und jetzt stellt sich heraus, dass es völlig unmöglich ist, den zweiten Stecker in die Nähe des ersten zu schieben. Es ist möglich, die Luft bis zu einem gewissen Grad zu komprimieren, aber wenn wir weiterhin Druck auf den zweiten Stopfen ausüben, hat er keine Zeit, sich dem ersten zu nähern, da die Druckluft diesen aus dem Rohr drückt und darüber hinaus mit eine Kraft, die an die Wirkung von Schießpulver erinnert - schließlich ist sie auch mit jener Vernunft verbunden, die wir hier beobachtet haben.

Neulich habe ich eine Erfahrung gesehen, die mir sehr gut gefallen hat, weil sie in unserem Unterricht verwendet werden kann. (Bevor ich damit fortfahre, hätte ich ungefähr fünf Minuten schweigen sollen, da der Erfolg dieses Experiments von meiner Lunge abhängt.) Ich hoffe, dass ich in der Lage sein werde, die Kraft meiner Atmung zu nutzen, dh den richtigen Gebrauch von Luft, um ein in einem Glas stehendes Ei zu heben und es in ein anderes zu übertragen. Für den Erfolg kann ich nicht bürgen, schließlich habe ich jetzt schon zu lange geredet. (Der Dozent führt das Experiment erfolgreich durch.) Die Luft, die ich ausblase, strömt zwischen dem Ei und der Glaswand hindurch; Unter dem Ei herrscht ein Luftdruck, der einen schweren Gegenstand heben kann: Schließlich ist ein Ei für Luft wirklich ein schwerer Gegenstand. In jedem Fall, wenn Sie dieses Experiment selbst machen möchten, ist es besser, ein hart gekochtes Ei zu nehmen, und Sie können dann sicher versuchen, es mit der Kraft Ihres Atems vorsichtig von einem Glas zum anderen zu bewegen.

Obwohl wir uns lange mit der Frage der Masse der Luft beschäftigt haben, möchte ich noch eine Eigenschaft davon erwähnen. Beim Blasrohrexperiment haben Sie gesehen, dass ich es geschafft habe, den zweiten um einen halben Zoll oder mehr zu drücken, bevor der erste Kartoffelkorken heraussprang. Und das hängt von der bemerkenswerten Eigenschaft der Luft ab - von ihrer Elastizität. Sie können sie in der folgenden Erfahrung kennenlernen.

Nehmen wir eine luftundurchlässige Hülle, die sich jedoch dehnen und zusammenziehen kann, und befähigen uns dadurch, die Elastizität der darin enthaltenen Luft zu beurteilen. Jetzt ist nicht mehr viel Luft darin, und wir werden den Hals fest binden, damit er nicht mit der Umgebungsluft kommunizieren kann. Bisher haben wir alles getan, um den Druck der Atmosphäre auf der Oberfläche von Objekten anzuzeigen, und jetzt werden wir im Gegenteil den atmosphärischen Druck los. Dazu legen wir unsere Schale unter die Glocke der Luftpumpe, unter der wir Luft abpumpen. Vor Ihren Augen richtet sich diese Hülle auf, bläst sich wie ein Ballon auf und wird größer und größer, bis sie die gesamte Glocke ausfüllt. Aber sobald ich wieder den Zugang zur Außenluft in die Glocke öffne, wird unser Ball sofort fallen. Hier ist ein visueller Beweis für diese erstaunliche Eigenschaft der Luft - ihre Elastizität, d. H. Eine extrem große Fähigkeit, sich zu komprimieren und auszudehnen. Diese Eigenschaft ist sehr wichtig und bestimmt weitgehend die Rolle der Luft in der Natur.

Kommen wir nun zu einem weiteren sehr wichtigen Abschnitt unseres Themas. Denken Sie daran, dass wir beim Brennen einer Kerze herausgefunden haben, dass verschiedene Verbrennungsprodukte entstehen. Zu diesen Produkten gehören Ruß, Wasser und etwas anderes, was von uns noch nicht untersucht wurde. Wir sammelten das Wasser und ließen die anderen Stoffe in der Luft zerstreuen. Sehen wir uns nun einige dieser Produkte an.

Reis. 29.

In diesem Fall hilft uns insbesondere das folgende Experiment. Hier stellen wir eine brennende Kerze auf und bedecken sie mit einer Glaskappe mit einem Auslassrohr oben ... Die Kerze brennt weiter, da die Luft unten und oben frei strömt. Zunächst sieht man, dass die Kappe nass wird; Sie wissen bereits, worum es geht: Es ist Wasser, das durch das Abbrennen einer Kerze durch die Einwirkung von Luft auf Wasserstoff entsteht. Aber außerdem kommt oben etwas aus dem Auslassrohr; es ist kein Wasserdampf, es ist kein Wasser, dieser Stoff kondensiert nicht und außerdem hat er besondere Eigenschaften. Sie sehen, dass der Strahl, der aus der Röhre kommt, die Flamme, die ich ihm zuführe, beinahe erstickt; wenn ich einen beleuchteten splitter direkt in den abgehenden strom halte, geht er komplett aus. "Ist schon gut", sagst du; Offensichtlich wundert es Sie deshalb nicht, dass Stickstoff die Verbrennung nicht unterstützt und die Flamme löschen muss, da die Kerze darin nicht brennt. Aber ist hier nichts als Stickstoff?

Hier muss ich vorgreifen: Ich werde versuchen, Ihnen auf der Grundlage meiner Kenntnisse die wissenschaftlichen Methoden zur Untersuchung solcher Gase an die Hand zu geben und diese Fragen im Allgemeinen zu klären.

Nehmen wir ein leeres Glas und halten es über das Auslassrohr, damit sich die brennenden Produkte der Kerze darin sammeln. Es wird uns nicht schwer fallen zu entdecken, dass sich in diesem Gefäß nicht nur Luft angesammelt hat, sondern ein Gas, das noch andere Eigenschaften hat. Dazu nehme ich etwas Branntkalk, gieße ihn selbst ein und rühre gut um. Ich lege einen Kreis aus Filterpapier in den Trichter, filtere diese Mischung durch und sauberes, durchsichtiges Wasser fließt in die darunter gestellte Flasche. Ich habe von diesem Wasser beliebig viel in einem anderen Gefäß, aber der Überzeugungskraft wegen ziehe ich es vor, bei weiteren Versuchen genau das Kalkwasser zu verwenden, das vor Ihren Augen zubereitet wurde.

Wenn Sie ein wenig von diesem sauberen, durchsichtigen Wasser in das Gefäß gießen, in dem wir das von der brennenden Kerze kommende Gas aufgefangen haben, werden Sie sofort sehen, wie eine Veränderung stattfinden wird ... Sie sehen, das Wasser ist vollständig weiß geworden! Bitte beachten Sie, dass dies nicht mit normaler Luft funktioniert. Hier ist ein Gefäß mit Luft; Ich gieße Kalkwasser hinein, aber weder Sauerstoff noch Stickstoff oder irgendetwas anderes, was in dieser Luftmenge vorhanden ist, wird irgendwelche Veränderungen im Kalkwasser verursachen; egal wie wir es zusammen mit der in diesem Gefäß enthaltenen gewöhnlichen Luft schütteln, es bleibt völlig durchsichtig. Wenn Sie diese Flasche jedoch mit Kalkwasser nehmen und mit der gesamten Masse der brennenden Produkte einer Kerze in Kontakt bringen, nimmt sie schnell einen milchig weißen Farbton an.

Diese weiße, kreideähnliche Substanz im Wasser besteht aus Kalk, den wir zur Herstellung von Kalkwasser genommen haben, in Kombination mit etwas, das aus einer Kerze stammt, also genau dem Produkt, das wir zu erfassen versuchen und über das ich sprechen werde sag es dir heute. Dieser Stoff wird uns durch seine Reaktion auf Kalkwasser sichtbar, wo sich sein Unterschied zu Sauerstoff, Stickstoff und Wasserdampf manifestiert; dies ist eine neue Substanz für uns, die aus einer Kerze gewonnen wird. Um das Brennen einer Kerze richtig zu verstehen, sollten wir daher auch herausfinden, wie und woraus dieses weiße Pulver gewonnen wird. Es kann nachgewiesen werden, dass es sich tatsächlich um Kreide handelt; wenn man feuchte Kreide in eine Retorte gibt und rotglühend erhitzt, so wird daraus genau derselbe Stoff wie aus einer brennenden Kerze.

Es gibt einen anderen, besseren Weg, um diese Substanz zu erhalten, und zwar in großen Mengen, wenn Sie herausfinden möchten, was ihre Haupteigenschaften sind. Es stellt sich heraus, dass diese Substanz dort im Überfluss vorhanden ist, wo Sie nicht auf die Idee kommen würden, ihre Anwesenheit zu vermuten. Dieses Gas, das beim Abbrennen einer Kerze freigesetzt wird und Kohlendioxid genannt wird, findet sich in riesigen Mengen in allen Kalksteinen, in Kreide, in Muscheln, in Korallen. In all diesen Steinen ist dieser interessante Bestandteil der Luft gebunden; Nachdem der Chemiker Dr. Black diesen Stoff in Gesteinen wie Marmor, Kreide usw. entdeckt hatte, nannte er ihn „gebundene Luft“, da er nicht mehr gasförmig ist, sondern Teil eines festen Körpers geworden ist.

Dieses Gas wird leicht aus Marmor gewonnen. Am Boden dieses Gefäßes befindet sich etwas Salzsäure; Ein brennender Splitter, der in ein Glas getaucht wird, zeigt, dass bis auf den Grund nichts als gewöhnliche Luft darin ist. Hier sind Marmorstücke – wunderschöner hochwertiger Marmor; Ich werfe sie in ein Glas mit Säure und es entsteht so etwas wie ein heftiges Furunkel. Es wird jedoch kein Wasserdampf freigesetzt, sondern eine Art Gas; und wenn ich nun den Inhalt des Gefäßes mit einem brennenden Splitter prüfe, so erhalte ich genau das gleiche Ergebnis wie bei dem Gas, das aus dem Auslaßrohr über der brennenden Kerze kommt. Die Wirkung ist hier nicht nur die gleiche, sondern wird auch durch genau dieselbe Substanz verursacht, die von der Kerze abgegeben wurde; so können wir kohlensäure in großen mengen gewinnen, schließlich ist unser krug jetzt fast voll.

Wir können auch sicherstellen, dass dieses Gas nicht nur in Marmor enthalten ist.

Hier ist ein großes Gefäß mit Wasser, in das ich Kreide gegossen habe (wie man sie im Handel zum Verputzen findet, also mit Wasser gewaschen und von groben Partikeln befreit).

Hier ist starke Schwefelsäure; Diese Säure benötigen wir, wenn Sie unsere Experimente zu Hause wiederholen wollen (beachten Sie, dass beim Einwirken dieser Säure auf Kalkstein und ähnliche Gesteine ​​ein unlöslicher Niederschlag entsteht, während Salzsäure eine lösliche Substanz ergibt, aus der sich Wasser nicht verdickt so sehr).

Vielleicht interessiert Sie die Frage, warum ich dieses Experiment in einem solchen Gericht mache. Damit Sie im Kleinen wiederholen können, was ich hier im Großen mache. Hier sehen Sie das gleiche Phänomen wie zuvor: In diesem großen Gefäß entnehme ich Kohlendioxid, das in Natur und Eigenschaften das gleiche ist wie das, was wir beim Abbrennen einer Kerze in atmosphärischer Luft erhalten. Und so unterschiedlich diese beiden Arten der Gewinnung von Kohlendioxid auch sein mögen, Sie werden am Ende unserer Studie davon überzeugt sein, dass es sich unabhängig von der Gewinnungsmethode in jeder Hinsicht als gleich herausstellt.

Fahren wir mit dem nächsten Experiment fort, um die Natur dieses Gases zu klären. Hier ist eine volle Dose dieses Gases - wir werden es durch Verbrennung testen, also auf die gleiche Weise, wie wir bereits eine Reihe anderer Gase getestet haben. Wie Sie sehen können, brennt er selbst nicht und unterstützt die Verbrennung nicht. Ferner ist seine Löslichkeit in Wasser vernachlässigbar, denn wie Sie gesehen haben, lässt es sich leicht über Wasser sammeln. Außerdem weißt du, dass es mit Kalkwasser eine charakteristische Reaktion gibt, die davon weiß wird; und schließlich tritt Kohlendioxid als eine der Komponenten in kohlensäurehaltigem Kalk, d. h. Kalkstein, ein.

Nun zeige ich Ihnen, dass sich Kohlendioxid noch in Wasser löst, wenn auch geringfügig, und sich in dieser Hinsicht daher von Sauerstoff und Wasserstoff unterscheidet. Hier ist ein Gerät zum Erhalten einer solchen Lösung. Unten in diesem Gerät befinden sich Marmor und Säure und oben kaltes Wasser. Die Ventile sind so konstruiert, dass das Gas vom Boden des Gefäßes nach oben strömen kann. Jetzt setze ich meine Apparatur in Gang ... Sieh, wie Gasblasen durch das Wasser aufsteigen. Der Apparat arbeitet seit gestern Abend bei uns, und wir werden zweifellos feststellen, dass sich bereits etwas Gas gelöst hat. Ich drehe den Wasserhahn auf, gieße dieses Wasser in ein Glas und schmecke es. Ja, es ist sauer - es enthält Kohlendioxid. Wenn es mit Kalkwasser abgelassen wird, ergibt sich eine charakteristische Weißfärbung, die das Vorhandensein von Kohlendioxid beweist.

Kohlendioxid ist sehr schwer, es ist schwerer als atmosphärische Luft. Die Tabelle zeigt die Massen von Kohlendioxid und einigen anderen Gasen, die wir untersucht haben.

Pint kubisch. Fuß

(Körner) (oz)

Wasserstoff. . . . 3/4 1/12

Sauerstoff. . . . 11 9/10 1 1/3

Stickstoff. . . . . . 10 4/10 1 1/6

Luft. . . . . 10 7/10 1 1/5

Kohlendioxid. 16 1/3 1 9/10

Die Schwere von Kohlendioxid kann in einer Reihe von Experimenten gezeigt werden. Nehmen wir als erstes zum Beispiel ein hohes Glas, in dem sich nichts als Luft befindet, und versuchen wir, aus diesem Gefäß ein wenig Kohlensäure hineinzugießen. Es ist unmöglich, nach dem Aussehen zu beurteilen, ob es mir gelungen ist oder nicht; aber wir haben eine Möglichkeit, dies zu überprüfen (taucht eine brennende Kerze in ein Glas, sie erlischt). Sehen Sie, hier ist das Gas wirklich übergelaufen. Und wenn ich es mit Kalkwasser testen würde, würde dieser Test das gleiche Ergebnis liefern. Wir haben sozusagen einen Brunnen mit Kohlendioxid am Boden (leider müssen solche Brunnen manchmal in der Realität behandelt werden); Lassen Sie uns diesen Miniatureimer hineinwerfen. Wenn sich Kohlendioxid am Boden des Gefäßes befindet, kann es mit diesem Eimer aufgeschöpft und aus dem „Brunnen“ entfernt werden. Machen wir einen Test mit einem Splitter ... Ja, schau, der Eimer ist voller Kohlendioxid.

Reis. dreißig.

Hier ist ein weiteres Experiment, das zeigt, dass Kohlendioxid schwerer als Luft ist. Die Bank ist auf der Waage ausgeglichen; Jetzt ist nur noch Luft drin. Wenn ich Kohlendioxid hineingieße, sinkt es sofort durch das Gewicht des Gases. Wenn ich das Glas mit einem brennenden Splitter untersuche, sehen Sie, dass dort tatsächlich Kohlendioxid eingedrungen ist: Der Inhalt des Glases kann die Verbrennung nicht unterstützen.

Reis. 31.

Wenn ich mit meinem Atem, also natürlich mit Luft, eine Seifenblase aufblase und sie in dieses Glas mit Kohlensäure lasse, fällt sie nicht zu Boden. Aber zuerst werde ich einen solchen mit Luft aufgeblasenen Ballon nehmen und mit seiner Hilfe prüfen, wo sich ungefähr der Kohlendioxidgehalt in diesem Glas befindet. Sie sehen, der Ball fällt nicht zu Boden; Ich gieße Kohlensäure in die Dose und die Kugel steigt höher. Mal sehen, ob ich eine Seifenblase aufblasen und sie auf die gleiche Weise in der Schwebe halten kann. (Der Dozent bläst eine Seifenblase auf und wirft sie in ein Glas mit Kohlendioxid, wo die Blase in der Schwebe bleibt.) Sehen Sie, eine Seifenblase ruht genau wie ein Ballon auf der Oberfläche von Kohlendioxid, weil dieses Gas schwerer als Luft ist, Aus dem Buch What Light Tells About Autor Suworow Sergej Georgiewitsch

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Aus dem Buch The Newest Book of Facts. Band 3 [Physik, Chemie und Technik. Geschichte und Archäologie. Sonstig] Autor Kondrashov Anatoly Pavlovich

Die Erfindung bezieht sich auf Sauerstoffgeneratoren zum Atmen und kann in Atemgeräten für den persönlichen Gebrauch verwendet werden, die in Notfallsituationen, wie etwa der Brandbekämpfung, verwendet werden. Um die Rate der Sauerstofferzeugung zu reduzieren und die Zuverlässigkeit während des Langzeitbetriebs zu erhöhen, enthält ein pyrochemischer Sauerstoffgenerator gepresste Blöcke einer festen Sauerstoffquelle mit Übergangszündelementen, einer Zündvorrichtung, Wärmeisolierung und einem Filtersystem in einem Metallgehäuse , ausgestattet mit einem Auslassrohr für Sauerstoff, weist Blöcke einer festen Sauerstoffquelle in Form von Parallelepipeden auf, während eine Zusammensetzung aus Natriumchlorat, Calcium- und Magnesiumperoxid als feste Sauerstoffquelle verwendet wird. Übergangsanzündelemente werden aus einer Mischung von Calciumperoxid mit Magnesium hergestellt und in Form einer Tablette entweder in die Stirnseite oder in die Seitenfläche der Seite gedrückt, und die Blöcke selbst werden in Schichten und jeweils im Zickzack verlegt Schicht. 1 Sek. S. f-ly, 2 Abb.

Die Erfindung bezieht sich auf Sauerstoffgeneratoren zum Atmen und kann in Atemgeräten für den persönlichen Gebrauch verwendet werden, die in Notfallsituationen, wie etwa der Brandbekämpfung, verwendet werden. Ein pyrochemischer Sauerstoffgenerator ist eine Vorrichtung, die aus einem Gehäuse besteht, in dem sich eine Zusammensetzung befindet, die in der Lage ist, Sauerstoff aufgrund eines sich selbst ausbreitenden pyrochemischen Prozesses freizusetzen: eine Sauerstoffkerze, eine Zündvorrichtung zum Einleiten des Brennens einer Kerze, ein Filtersystem zur Gasreinigung von Verunreinigungen und Rauch, Wärmedämmung. Durch das Auslassrohr wird Sauerstoff durch die Rohrleitung an den Ort des Verbrauchs geliefert. Bei den meisten bekannten Sauerstoffgeneratoren ist die Kerze in Form eines zylindrischen Monoblocks hergestellt. Die Brenndauer einer solchen Kerze überschreitet 15 Minuten nicht. Ein längerer Betrieb des Generators wird erreicht, indem mehrere Blöcke (Elemente) so gestapelt werden, dass sie an den Enden anliegen. Wenn das Brennen eines Blocks endet, leitet der Wärmeimpuls das Brennen des nächsten Elements der Kerze ein und so weiter, bis es vollständig verbraucht ist. Für eine zuverlässigere Zündung wird eine zündende pyrotechnische Zwischenzusammensetzung in das Ende des empfangenen Impulselements gedrückt, die mehr Energie und eine größere Empfindlichkeit gegenüber einem thermischen Impuls als die Hauptzusammensetzung der Kerze hat. Bekannte pyrochemische Sauerstoffgeneratoren arbeiten mit Chloratkerzen vom thermokatalytischen Typ, die Natriumchlorat, Bariumperoxid, Eisen und bindende Zusätze enthalten, oder mit katalytischen Chloratkerzen, die aus Natriumchlorat und einem Katalysator, wie Natrium- oder Kaliumoxid oder -peroxid bestehen. Bekannte chemische Generatoren setzen Sauerstoff frei eine Rate von nicht weniger als 4 l / min, was um ein Vielfaches höher ist als der physiologische Bedarf einer Person. Bei bekannten Zusammensetzungen kann eine niedrigere Sauerstofferzeugungsrate nicht erhalten werden. Bei einer Abnahme des Durchmessers des Kerzenblocks, d.h. Bereich der Brennfront, was zu einer Geschwindigkeitsabnahme führen könnte, verliert die Kerze ihre Brennfähigkeit. Um die Leistung der Kerze aufrechtzuerhalten, ist eine Energieänderung erforderlich, indem der Brennstoffanteil in der Zusammensetzung erhöht wird, was zu einer Erhöhung der Brenngeschwindigkeit und dementsprechend zu einer Erhöhung der Sauerführt. Bekannter Generator, der gepresste Blöcke einer festen Sauerstoffquelle mit transienten Zündelementen, Zündvorrichtung, Wärmeisolierung und Filtersystem in einem Metallgehäuse mit einem Auslassrohr für Sauerstoff enthält. Die Sauerstoffkerze in diesem Generator hat eine Zusammensetzung aus Natriumchlorat und -oxid sowie Natriumperoxid und besteht aus separaten zylindrischen Blöcken, die an den Enden miteinander in Kontakt stehen. Übergangszünder werden in das Ende jedes Blocks gepresst und haben eine Zusammensetzung aus Aluminium und Eisenoxid. Ein Teil der Blöcke hat eine gebogene Form, die es ermöglicht, sie in einer U-förmigen, U-förmigen Linie, in einer Spirale usw. zu verlegen. Aufgrund der hohen Sauerstofferzeugungsrate erhöht sich das Gesamtgewicht der Sauerstoffkerze, was für einen langfristigen Betrieb des Generators erforderlich ist. Um beispielsweise einen Prototyp-Generator 1 Stunde lang zu betreiben, wird eine Kerze mit einem Gewicht von etwa 1,2 kg benötigt. Die hohe Generatorleistung führt auch zu der Notwendigkeit, die Wärmedämmung zu verstärken, was auch mit einer zusätzlichen Gewichtszunahme des Generators verbunden ist. Gekrümmte (eckige) Blöcke sind schwierig herzustellen und haben eine geringe mechanische Festigkeit: Sie brechen leicht an der Biegung, was dazu führt, dass die Verbrennung bei einem Bruch aufhört, d.h. verringern die Zuverlässigkeit des langfristigen Dauerbetriebs des Generators. Der Zweck der Erfindung besteht darin, die Geschwindigkeit der Sauerstofferzeugung zu verringern und die Zuverlässigkeit während des Langzeitbetriebs des Generators zu erhöhen. Dies wird dadurch erreicht, dass der pyrochemische Sauerstoffgenerator, der gepresste Blöcke einer festen Sauerstoffquelle mit Übergangszündelementen, einer Zündvorrichtung, einer thermischen Isolierung und einem Filtersystem enthält, platziert in einem Metallgehäuse, das mit einem Auslassrohr für Sauerstoff ausgestattet ist, aufweist Blöcke einer festen Sauerstoffquelle in Form von Parallelepipeden, während als feste Sauerstoffquelle eine Zusammensetzung aus Natriumchlorat, Calcium- und Magnesiumperoxid verwendet wird; Übergangszündelemente werden aus einer Mischung von Calciumperoxid mit Magnesium hergestellt und in Form einer Tablette entweder in die Stirnseite oder in die Seitenfläche des Blocks gedrückt, und die Blöcke selbst werden in Schichten und im Zickzack in jeden eingelegt Schicht. Abbildung 1 zeigt einen pyrochemischen Generator, Gesamtansicht. Der Generator hat ein Metallgehäuse 1, an dessen Ende sich eine Zündvorrichtung 2 befindet, an dessen Oberseite sich ein Abzweigrohr 3 für den Sauerstoffaustritt befindet. Blöcke 4 einer festen Sauerstoffquelle sind in Schichten gestapelt und voneinander und von den Wänden des Gehäuses durch Dichtungen 5 aus poröser Keramik isoliert. Über die gesamte Oberfläche der oberen Blockschicht und der oberen Fläche des Gehäuses sind Metallgitter 6 gelegt, zwischen denen sich ein mehrschichtiger Filter 7 befindet. 2 zeigt das Layout einer Schicht fester Sauerstoffquellenblöcke im Generator. Es wurden zwei Arten von Blöcken verwendet - lang 4 mit einer eingepressten Übergangszündtablette 9 am Ende des Blocks und kurz 8 mit einer Übergangszündtablette in der Seitenwand. Der Generator wird aktiviert, wenn die Zündvorrichtung 2 eingeschaltet wird, wodurch die Zündzusammensetzung 10 gezündet wird und der erste Block der Kerze aufleuchtet. Die Verbrennungsfront bewegt sich kontinuierlich entlang des Kerzenkörpers, wobei sie an den Berührungspunkten durch Übergangszündtabletten 9 von Block zu Block verläuft. Als Ergebnis des Abbrennens der Kerze wird Sauerstoff freigesetzt. Der entstehende Sauerstoffstrom tritt durch die Poren der Keramik 5 hindurch, während er teilweise gekühlt wird und in das Filtersystem eintritt. Durch Metallsiebe und Filter wird es zusätzlich gekühlt und von unerwünschten Verunreinigungen und Rauch befreit. Durch Rohr 3 kommt reiner Sauerstoff heraus, der zum Atmen geeignet ist. Die Geschwindigkeit der Sauerstofferzeugung kann je nach Bedarf im Bereich von 0,7 bis 3 l / min geändert werden, wobei die Zusammensetzung der festen Sauerstoffquelle im Gewichtsverhältnis von NaClO 4 CaO 2 Mg 1 (0,20-0,24) geändert wird. (0,04-0,07) und die Zusammensetzung der Zündelemente CaO 2 Mg in einem Gewichtsverhältnis von 1 (0,1-0,2). Die Verbrennung einer Schicht fester Sauerstoffquellenblöcke dauert 1 Stunde. Das Gesamtgewicht der Elemente der Kerze für eine Stunde Brennen beträgt 300 g; die Gesamtwärmeabgabe beträgt etwa 50 kcal/h. Bei dem vorgeschlagenen Generator vereinfacht eine Sauerstoffkerze in Form von quaderförmigen Elementen deren Verbindung miteinander und ermöglicht eine dichte und kompakte Verpackung. Die starre Befestigung und der Bewegungsausschluss der Quaderblöcke gewährleistet deren Sicherheit während des Transports und der Verwendung als Teil eines Atemgeräts und erhöht somit die Zuverlässigkeit des Langzeitbetriebs des Generators.

Anspruch

Patentansprüche 1. PYROCHEMISCHER SAUERSTOFFGENERATOR, enthaltend gepresste Blöcke einer festen Sauerstoffquelle mit transienten Zündelementen, einer Zündvorrichtung, einer thermischen Isolierung und einem Filtersystem, angeordnet in einem Metallgehäuse, das mit einem Sauerstoffauslassrohr ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Blöcke aus einem festen Sauerstoff Quelle sind in Form von Quadern hergestellt, wobei in diesem Fall eine Zusammensetzung aus Natriumchlorat, Calcium- und Magnesiumperoxid, Übergangszündelementen - eine Mischung aus Calciumperoxid und Magnesium - als feste Sauerstoffquelle verwendet werden und sich am Ende befinden oder Seitenfläche des Blocks. 2. Sauerstoffgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blöcke einer festen Sauerstoffquelle in Schichten und in jeder Schicht in einem Zickzackmuster verlegt sind.

"Einen chemischen Widerspruch in einem innovativen Projekt nutzen: eine Sauerstoffkerze"

Volobuev D.M., Egoyants P.A., Markosov S.A. CITK "Algorithmus", St. Petersburg

Anmerkung.

In der vorherigen Arbeit haben wir das Konzept eines chemischen Widerspruchs (CP) eingeführt, der durch die Einführung oder Entfernung einer Substanz aus der Zusammensetzung gelöst wird. In diesem Beitrag analysieren wir den Algorithmus zur Lösung von HP am Beispiel eines der innovativen Projekte.

Einführung

Bei der Umsetzung innovativer Projekte treten häufig chemische Widersprüche auf, die jedoch nicht explizit formuliert werden, sodass der Erfolg solcher Projekte nur von der Gelehrsamkeit und wissenschaftlichen Ausbildung des erfinderischen Teams bestimmt wird. Die in unserer bisherigen Arbeit gegebene Klassifikation von Methoden zur Lösung von HP ermöglicht es uns, hier einen Schritt-für-Schritt-Algorithmus zur Lösung von HP vorzuschlagen, der darauf ausgelegt ist, die wissenschaftliche Suche zu systematisieren und möglicherweise die Präsentation der Ergebnisse der Arbeit zu erleichtern Menschen, die weit von einer solchen Suche entfernt sind.

Der Bedarf für eine Lösung des HP entsteht in der Regel in der Endphase (Verifizierung) eines innovativen Projekts. Mögliche Forschungsrichtungen, Bereiche akzeptabler Lösungen und Einschränkungen werden in den vorherigen Phasen des Projekts identifiziert. Der vorgeschlagene Algorithmus erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit und sollte nach Abschluss der Projekte verfeinert werden.

Schritt-für-Schritt-Algorithmus zum Lösen von HP

1. Formulieren PS
2. Wählen Sie eine Lösung: (1) Einführung einer zusätzlichen Substanz oder (2) Trennung der Substanz von der Zusammensetzung. Die Trennung erfordert in der Regel die Überführung eines Stoffes in eine flüssige oder gasförmige Phase. Liegt der Stoff entsprechend den Problemstellungen in fester Phase vor, wird die Methode (1) gewählt
3. Geben Sie die Stoffklasse oder Technologiegruppe an für (1) bzw. (2).
4. Verwenden Sie die funktionsorientierte Suche ( GECK), um eine Technologie zu identifizieren, die der gewünschten möglichst nahe kommt. Die Suche konzentriert sich hauptsächlich auf wissenschaftliche Arbeiten und Patente, die Technologien detailliert beschreiben.
5. Benutzen Eigentumsübertragung(PS) von den gefundenen Objekten zum verbesserten.
6. Wählen Sie eine optimierte Zusammensetzung auf der Grundlage der Ergebnisse des FOP und der Projektbeschränkungen.
7. Planen Sie eine Versuchsreihe und bauen bei Bedarf eine Laboranlage zur Optimierung der Zusammensetzung
8. Experimente durchführen und Ergebnisse darstellen Optimierungen am Phasendiagramm oder Kompositionsdreieck
9. Ist das Optimierungsergebnis unbefriedigend, Rückkehr zu Punkt 3 und ändern Sie die Zusammensetzung der Zusammensetzung oder Arbeit beenden.

Beispiel 1. Sauerstoffkerze (Katalysator).

Kontext: Dieses Problem entstand bei der Erfindung der "rauchlosen Zigarette" - die Zigarette muss in einer verschlossenen Hülle brennen und den Raucher nur beim Ziehen mit Rauch versorgen.

Einschränkungen: Der Koffer sollte klein (in der Tasche getragen) und billig sein.

Zu beachten ist, dass eine Zigarette in einem Etui durch Sauerstoffabbrand in wenigen Sekunden ausgeht, daher wurde die Entwicklung eines billigen (Einweg-) chemischen Sauerstoffgenerators als zentrale Aufgabe des Projekts erkannt.

Mögliche Lösung: Sauerstoff kommt aus der Zersetzung von Berthollet-Salz. Temperatur und Geschwindigkeit der Reaktion werden durch Zugabe eines Katalysators (Fe 2 O 3 ) reduziert, der die Aktivierungsschwelle senkt.

Schritt-für-Schritt Lösung:

1. PS-Formel: Sauerstoffgas muss in der Verbrennungszone vorhanden sein, um die Verbrennung zu unterstützen, und darf nicht in der Verbrennungszone vorhanden sein, um eine thermische Explosion zu vermeiden.
2. Lösungsweg: Wir wählen Richtung (1) - die Zugabe eines zusätzlichen Stoffes, da wir das Oxidationsmittel je nach Problemstellung in einem festen Aggregatzustand bevorraten müssen.
3. Angabe der Stoffklasse: Stoffe, die erhebliche Mengen an Energie freisetzen oder aufnehmen.
4. FOP-Ergebnis: Auf dem Markt wurde ein System gefunden, das die Funktion der Erzeugung von reinem Sauerstoff erfüllt - dies ist das sogenannte. eine in Passagierflugzeugen weit verbreitete Sauerstoffkerze zur Notversorgung mit Sauerstoff für die Atmung des Passagiers. Die Vorrichtung einer Sauerstoffkerze ist recht aufwendig (siehe zB) und beinhaltet meist einen Pufferspeicher mit Ventilsystem, weil. Sauerstoff wird schneller freigesetzt, als für den Verbraucher notwendig ist.
5. Übertragungseigenschaften: Es ist notwendig, die Eigenschaft, Sauerstoff zu erzeugen, von der gefundenen Sauerstoffkerze auf die benötigte Minikerze zu übertragen. Die Verwendung eines Puffertanks in unserem Gerät ist aufgrund der auferlegten Einschränkungen nicht akzeptabel, sodass sich die weitere Arbeit auf die Optimierung der chemischen Zusammensetzung der Kerze reduzierte.
6. Die Wahl der Zusammensetzung der Zusammensetzung: Als Basissystem wurde ein binäres Brennstoff-Oxidator-System mit einem zum Oxidator verschobenen Gleichgewicht gewählt. Berthollet-Salz fungierte als verfügbares Oxidationsmittel, und Stärke diente als Brennstoff und Bindemittel.
7. Versuchsdesign u Laboraufbau: Es ist notwendig, eine Versuchsreihe an einer Mischung aus Stärke und Barthollet-Salz mit unterschiedlichen Stärkekonzentrationen durchzuführen, die Reaktionszeit und die Sauerstoffausbeute zu messen. Dazu ist es notwendig, einen Laboraufbau mit der Möglichkeit der elektrischen Fernzündung, der visuellen Kontrolle der Reaktionszeit und der quantitativen Bestimmung der Sauerstoffkonzentration zu entwickeln und aufzubauen. Die zusammengebaute Anlage ist in Abb. 1 dargestellt.
8. Versuchsergebnisse und Schlussfolgerungen: Die ersten Experimente zeigten, dass es in diesem binären System keine gewünschte Lösung gibt - bei geringen Brennstoffzugaben erlischt die gezündete Kerze in dem Fall, bei einer Erhöhung der Brennstoffmenge erfolgt das Abbrennen der Kerze unannehmbar schnell - in einem oder zwei Sekunden anstelle der gewünschten Minuteneinheiten => Zurück zu Punkt 3. Schritte, die sich wiederholende Iterationen nacheinander wiederholen, sind durch den Index "+" gekennzeichnet.
9. Lösungsweg+: Zugabe einer zusätzlichen Substanz.
10. Verfeinerung der Stoffklasse+: Katalysatoren
11. FOP und PS+: Die Untersuchung des Geräts eines Streichholzes lässt den Schluss zu, dass MnO 2 und Fe 2 O 3 Katalysatoren für die Zersetzung von Berthollet-Salz sind.
12. Kompositionsauswahl +: eine dritte Substanz, Eisenoxid (Fe 2 O 3 ), wurde in die Grundzusammensetzung eingemischt, die gleichzeitig als Katalysator für die Zersetzung von Berthollet-Salz wirkte, die Reaktionsaktivierungsschwelle senkte, und als inerter Füllstoff, der Wärme aus der Reaktionszone entfernte.
13. Versuchsdesign und Laboraufbau+: ehemalige (Abb.1). Die Wirkung der Zugabe eines Katalysators zur Mischung ist im Voraus nicht offensichtlich, daher wurde die Katalysatormischung von kleinen Werten und unter Einhaltung der Sicherheitsvorschriften gestartet.
14. Versuchsergebnisse und Schlussfolgerungen +: Aufgrund der zweistufigen Natur der Zersetzungsreaktion von Berthollet-Salz verringerte die Zugabe eines Katalysators die Temperatur und dementsprechend die Reaktionsgeschwindigkeit erheblich.

Reis. ein. Laboranlage zur Bestimmung von Verbrennungsparametern und Sauerstoffkonzentration in den Verbrennungsprodukten einer Sauerstoffkerze.

Durch die Zugabe eines Katalysators konnte zudem die Grenzmenge an Kraftstoff im Gemisch, bei der noch eine stabile Reaktion aufrechterhalten wird, deutlich reduziert werden. Der Steuerzusatz zum Basis-Zweikomponentensystem eines inerten Füllstoffs (Aerosil SiO 2 ) führte zu keinen merklichen Änderungen der Abbrandgeschwindigkeit.

Sauerstoffkerze- ein Gerät, das es Ihnen durch eine chemische Reaktion ermöglicht, Sauerstoff zu gewinnen, der für den Verzehr durch lebende Organismen geeignet ist. Die Technologie wurde von einer Gruppe von Wissenschaftlern aus Russland und den Niederlanden entwickelt. Weit verbreitet von den Rettungsdiensten vieler Länder sowie von Flugzeugen und Raumstationen wie der ISS. Die Hauptvorteile dieser Entwicklung sind Kompaktheit und Leichtigkeit.

Sauerstoffkerze im Weltraum

An Bord der ISS ist Sauerstoff eine sehr wichtige Ressource. Doch was passiert, wenn bei einem Unfall oder einer unfallbedingten Panne lebenserhaltende Systeme einschließlich der Sauerstoffversorgung ausfallen? Alle lebenden Organismen an Bord werden einfach nicht mehr atmen können und sterben. Daher haben Astronauten gerade für solche Fälle einen ziemlich beeindruckenden Vorrat an chemischen Sauerstoffgeneratoren, um es einfach auszudrücken Sauerstoffkerzen. Wie es funktioniert und wie allgemein ein solches Gerät im Weltraum eingesetzt wird, wurde im Film „Alive“ gezeigt.

Woher kommt Sauerstoff in einem Flugzeug?

Flugzeuge verwenden auch Sauerstoffgeneratoren auf chemischer Basis. Wenn das Board drucklos wird oder es zu einer weiteren Panne kommt, fällt eine Sauerstoffmaske in die Nähe jedes Passagiers. Die Maske produziert 25 Minuten lang Sauerstoff, danach stoppt die chemische Reaktion.

Wie funktioniert es?

Sauerstoffkerze im Weltraum besteht es aus Kaliumperchlorat oder Chlorat. Die meisten Flugzeuge verwenden Bariumperoxid oder Natriumchlorat. Es gibt auch einen Zündgenerator und einen Filter zum Kühlen und Reinigen von anderen unnötigen Elementen.

Sauerstoff an Bord eines Flugzeugs kann in gasförmigem, flüssigem und kryogenem Zustand gespeichert werden (§ 10.3) und in Verbindung mit bestimmten chemischen Elementen auch in gebundenem Zustand vorliegen.

Der Bedarf an Sauerstoff in einem Flugzeug wird durch den Sauerstoffverbrauch der Besatzungsmitglieder, die Menge seines Austritts in den umgebenden Raum und die Notwendigkeit bestimmt, die Regenerationskabine nach ihrer erzwungenen oder notfallmäßigen Druckentlastung wieder unter Druck zu setzen. Sauerstoffverluste aufgrund von Leckagen aus Raumfahrzeugkabinen sind normalerweise unbedeutend (z. B. auf dem Apollo-Raumfahrzeug ~ 100 g / h).

Der größte Sauerstoffverbrauch kann auftreten, wenn die Kabine wieder unter Druck gesetzt wird.

Die von einer Person verbrauchte Sauerstoffmenge hängt vom Gewicht der Person, ihrer körperlichen Verfassung, der Art und Intensität der Aktivität, dem Verhältnis von Proteinen, Fetten und Kohlenhydraten in der Ernährung und anderen Faktoren ab. Es wird angenommen, dass der durchschnittliche tägliche Sauerstoffverbrauch einer Person in Abhängigkeit von ihren Energiekosten zwischen 0,6 und 1 kg variieren kann. Bei der Entwicklung von Lebenserhaltungssystemen für Langzeitflüge wird üblicherweise von einem durchschnittlichen täglichen Sauerstoffverbrauch pro Person von 0,9-1 kg ausgegangen.

Die Gewichts- und Volumeneigenschaften dieses Regenerationssystems hängen von der Flugzeit und den Eigenschaften des Systems zur Speicherung der notwendigen Sauerstoffreserven und Absorber von schädlichen Verunreinigungen ab.

Der Koeffizient a für das 02-Speichersystem im flüssigen Zustand beträgt etwa 0,52-0,53, im kryogenen Zustand - 0,7 und im gasförmigen Zustand - etwa 0,8.

Die Lagerung von Sauerstoff im kryogenen Zustand ist jedoch rentabler, da hier im Vergleich zu einem Flüssigsauerstoffsystem eine einfachere Ausrüstung erforderlich ist, da kein Sauerstoff unter Schwerelosigkeit von einer flüssigen in eine gasförmige Phase überführt werden muss.

Vielversprechende Sauerstoffquellen sind bestimmte chemische Verbindungen, die eine große Menge Sauerstoff in gebundener Form enthalten und leicht freisetzen.

Die Zweckmäßigkeit der Verwendung einer Reihe hochaktiver chemischer Verbindungen ist durch die Tatsache gerechtfertigt, dass sie neben der Freisetzung von Sauerstoff infolge der Reaktion Kohlendioxid und Wasser absorbieren, die während der Lebensdauer der Besatzung freigesetzt werden. Darüber hinaus sind diese Verbindungen in der Lage, die Kabinenatmosphäre zu desodorieren, also Gerüche und Giftstoffe zu entfernen und Bakterien abzutöten.

Sauerstoff in Kombination mit anderen Elementen kommt in vielen chemischen Verbindungen vor. Allerdings kann nur ein Teil davon zur Gewinnung von O2 genutzt werden. Bei der Arbeit an Bord eines Flugzeugs müssen chemische Verbindungen bestimmte Anforderungen erfüllen: 1) stabil bei der Lagerung, sicher und zuverlässig im Betrieb; 2) es ist leicht, Sauerstoff freizusetzen und mit einem minimalen Gehalt an Verunreinigungen; 3) die freigesetzte Sauerstoffmenge bei gleichzeitiger Absorption von CO2 und H2O sollte groß genug sein, um das Gewicht des Systems mit Stoffzufuhr zu minimieren.

Auf Raumfahrzeugen ist es ratsam, Sauerstoffreserven in den folgenden chemischen Verbindungen zu verwenden: Alkalimetallsuperoxide, Wasserstoffperoxid, Alkalimetallchlorate.

Kaliumsuperoxid ist das am meisten verbrauchte Sauerstoffentwicklungsmittel.

Kartuschen mit Superoxid sind für die Langzeitlagerung geeignet. Die Reaktion der Sauerstoffentwicklung aus Kaliumsuperoxid kann leicht kontrolliert werden. Es ist sehr wichtig, dass Superoxide bei der Absorption von Kohlendioxid und Wasser Sauerstoff freisetzen. Es kann sichergestellt werden, dass die Reaktion so abläuft, dass das Verhältnis des absorbierten Kohlendioxidvolumens zum freigesetzten Sauerstoffvolumen gleich dem menschlichen Atmungskoeffizienten ist.

Zur Durchführung der Reaktion soll der Gasstrom mit Sauerstoff angereichert werden und Kohlendioxid und Dämpfe enthalten

Bei der ersten Hauptreaktion nimmt 1 kg CO2 0,127 kg Wasser auf und setzt 236 Liter Sauerstoffgas frei. Bei der zweiten Hauptreaktion nimmt 1 kg CO2 175 Liter Kohlendioxid auf und setzt 236 Liter Sauerstoffgas frei.

Aufgrund von Nebenreaktionen kann das Verhältnis des im Regenerator freigesetzten Sauerstoffvolumens zum absorbierten Kohlendioxidvolumen stark variieren und entspricht nicht dem Verhältnis des von einer Person verbrauchten Sauerstoffvolumens zum Kohlenstoffvolumen von ihm ausgestoßenes Kohlendioxid.

Der Verlauf einer Reaktion der einen oder anderen Art hängt vom Gehalt an Wasserdampf und Kohlendioxid im Gasstrom ab. Mit zunehmendem Wasserdampfgehalt steigt die produzierte Sauerstoffmenge. Die Regulierung der Sauerstoffproduktivität in der Regenerationskartusche erfolgt durch Änderung des Wasserdampfgehalts am Einlass der Kartusche.

Alkalimetallchlorate (z. B. NaC103)t c. form Chloratkerzen.

Die praktisch mögliche Ausbeute an Sauerstoff beträgt in diesem Fall ~40to/o. Die Zersetzungsreaktion von Chloraten läuft unter Wärmeaufnahme ab. Die für den Ablauf der Reaktion notwendige Wärme wird durch die Oxidation von Eisenpulver freigesetzt, das Chloratkerzen zugesetzt wird. Kerzen werden mit einem Phosphorstreichholz oder einer elektrischen Sicherung angezündet. Chloratkerzen brennen mit einer Geschwindigkeit von etwa 10 mm/min.

Bei der Verwendung von Systemen zur Regeneration der gasförmigen Umgebung in der Kabine, basierend auf den Reserven an gasförmigem oder kryogenem Sauerstoff, ist es erforderlich, die gasförmige Umgebung von Wasserdampf, Kohlendioxid und schädlichen Verunreinigungen zu trocknen.

Das Trocknen des Gasmediums kann durchgeführt werden, indem Gas durch Wasserabsorber oder durch Wärmetauscher geblasen wird, die das Gas unter den Taupunkt kühlen, gefolgt von der Entfernung von kondensierter Feuchtigkeit.