Apa itu lilin oksigen. Komposisi piroteknik untuk produksi oksigen

lilin oksigen- perangkat yang, dengan menggunakan reaksi kimia, memungkinkan Anda mendapatkan oksigen yang sesuai untuk dikonsumsi oleh organisme hidup. Teknologi tersebut dikembangkan oleh sekelompok ilmuwan dari Rusia dan Belanda. Banyak digunakan oleh layanan penyelamatan banyak negara, serta pesawat, stasiun luar angkasa seperti ISS. Keuntungan utama dari pengembangan ini adalah kekompakan dan ringan.

Lilin oksigen di luar angkasa

Di ISS, oksigen adalah sumber daya yang sangat penting. Tetapi apa yang terjadi jika selama kecelakaan atau terjadi kerusakan yang tidak disengaja, sistem pendukung kehidupan, termasuk sistem suplai oksigen, berhenti bekerja? Semua organisme hidup di kapal tidak akan bisa bernapas dan akan mati. Oleh karena itu, terutama untuk kasus seperti itu, astronot memiliki pasokan generator oksigen kimia yang cukup mengesankan, sederhananya, ini lilin oksigen. Cara kerja alat semacam itu di luar angkasa juga ditunjukkan secara umum dalam film "Alive".

Dari mana oksigen berasal di dalam pesawat?

Pesawat juga menggunakan generator oksigen berbasis kimia. Jika papan tertekan atau ada kerusakan lain, masker oksigen jatuh di dekat setiap penumpang. Masker akan menghasilkan oksigen selama 25 menit, setelah itu reaksi kimia akan berhenti.

Bagaimana cara kerjanya?

lilin oksigen di ruang angkasa itu terdiri dari kalium perklorat atau klorat. Sebagian besar pesawat menggunakan barium peroksida atau natrium klorat. Ada juga generator pengapian dan filter untuk pendinginan dan pembersihan dari elemen lain yang tidak perlu.

Invensi ini berhubungan dengan generator oksigen untuk pernapasan dan dapat digunakan dalam peralatan pernapasan untuk penggunaan pribadi, digunakan dalam situasi darurat, seperti pemadaman kebakaran. Untuk mengurangi laju pembentukan oksigen dan meningkatkan keandalan selama operasi jangka panjang, generator oksigen pirokimia yang berisi blok tekan dari sumber oksigen padat dengan elemen penyala transisi, perangkat inisiasi, insulasi termal, dan sistem penyaringan yang ditempatkan dalam wadah logam. , dilengkapi dengan pipa outlet untuk oksigen, memiliki blok sumber oksigen padat dalam bentuk paralelepiped, sedangkan komposisi natrium klorat, kalsium dan magnesium peroksida digunakan sebagai sumber oksigen padat. Elemen penyala transisi dibuat dari campuran kalsium peroksida dengan magnesium dan ditekan dalam bentuk tablet baik ke ujung atau ke sisi sisi samping, dan balok itu sendiri diletakkan berlapis-lapis dan secara zig-zag di masing-masing lapisan. 1 detik p.f-ly, 2 sakit.

Generator oksigen pirokimia adalah perangkat yang terdiri dari rumahan, di dalamnya terdapat komposisi yang mampu melepaskan oksigen karena proses pirokimia yang merambat sendiri: lilin oksigen, perangkat pengapian untuk memulai pembakaran lilin, sistem filter untuk pemurnian gas dari kotoran dan asap, isolasi termal. Melalui pipa outlet, oksigen disuplai ke tempat konsumsi melalui pipa.

Pada generator oksigen yang paling dikenal, lilin dibuat dalam bentuk monoblok silinder. Waktu pembakaran lilin semacam itu tidak melebihi 15 menit. Pengoperasian generator yang lebih lama dicapai dengan menggunakan beberapa blok (elemen) yang ditumpuk sehingga bersentuhan dengan ujungnya. Ketika pembakaran satu balok berakhir, impuls termal memulai pembakaran elemen berikutnya dari lilin, dan seterusnya sampai benar-benar habis. Untuk pengapian yang lebih andal, komposisi piroteknik penyalaan perantara ditekan ke ujung elemen yang menerima impuls, yang memiliki lebih banyak energi dan kepekaan yang lebih besar terhadap impuls termal daripada komposisi utama lilin.

Generator oksigen pirokimia yang dikenal beroperasi pada lilin klorat jenis termokatalitik yang mengandung natrium klorat, barium peroksida, besi dan aditif pengikat, atau lilin klorat katalitik, yang terdiri dari natrium klorat dan katalis, seperti oksida atau peroksida natrium atau kalium Generator kimia yang diketahui melepaskan oksigen pada tingkat tidak kurang dari 4 l / menit, yang beberapa kali lebih tinggi dari kebutuhan fisiologis seseorang. Pada komposisi yang diketahui, laju pembentukan oksigen yang lebih rendah tidak dapat diperoleh. Dengan penurunan diameter blok lilin, mis. area depan yang terbakar, yang dapat menyebabkan penurunan kecepatan, lilin kehilangan kemampuannya untuk menyala. Untuk mempertahankan kinerja lilin, perubahan energi diperlukan dengan meningkatkan proporsi bahan bakar dalam komposisi, yang mengarah pada peningkatan laju pembakaran dan, dengan demikian, peningkatan laju evolusi oksigen.

Generator yang dikenal mengandung blok padat dari sumber oksigen padat dengan elemen penyala sementara, perangkat inisiasi, insulasi termal, dan sistem penyaringan dalam wadah logam dengan pipa keluar untuk oksigen. Lilin oksigen dalam generator ini memiliki komposisi natrium klorat dan oksida dan natrium peroksida dan terdiri dari blok silinder terpisah yang saling bersentuhan di ujungnya. Penyala transisi ditekan ke ujung setiap blok dan memiliki komposisi aluminium dan oksida besi. Bagian dari balok memiliki bentuk melengkung, yang memungkinkan untuk meletakkannya dalam garis berbentuk U, berbentuk U, dalam spiral, dll.

Karena tingkat produksi oksigen yang tinggi, berat total lilin oksigen meningkat, yang diperlukan untuk memastikan pengoperasian generator jangka panjang. Misalnya, untuk mengoperasikan generator prototipe selama 1 jam, diperlukan lilin dengan berat sekitar 1,2 kg. Tingkat pembangkitan yang tinggi juga mengarah pada kebutuhan untuk memperkuat insulasi termal, yang juga terkait dengan peningkatan berat generator tambahan.

Blok melengkung (sudut) sulit dibuat dan memiliki kekuatan mekanik yang rendah: mereka mudah patah di tikungan, yang mengarah pada penghentian pembakaran saat putus, mis. mengurangi keandalan pengoperasian generator yang berkelanjutan dalam jangka panjang.

Tujuan dari penemuan ini adalah untuk mengurangi laju pembangkitan oksigen dan meningkatkan keandalan selama operasi jangka panjang dari generator.

Hal ini dicapai dengan fakta bahwa generator oksigen pirokimia, yang berisi blok tekan dari sumber oksigen padat dengan elemen penyala transisi, perangkat inisiasi, insulasi termal dan sistem filter, ditempatkan dalam wadah logam yang dilengkapi dengan pipa outlet untuk oksigen, telah blok sumber oksigen padat dalam bentuk paralelepiped, sedangkan sebagai sumber oksigen padat digunakan komposisi natrium klorat, kalsium dan magnesium peroksida; elemen penyala transisi dibuat dari campuran kalsium peroksida dengan magnesium dan ditekan dalam bentuk tablet baik ke ujung atau ke sisi sisi balok, dan balok itu sendiri diletakkan berlapis-lapis dan secara zig-zag di masing-masing lapisan.

Gambar 1 menunjukkan generator pirokimia, tampilan Umum. Generator memiliki kasing logam 1, di ujungnya terdapat perangkat pemicu 2. Di bagian atas kasing terdapat pipa cabang 3 untuk saluran keluar oksigen. Blok 4 dari sumber oksigen padat ditumpuk berlapis-lapis dan diisolasi satu sama lain dan dari dinding wadah dengan gasket 5 yang terbuat dari keramik berpori. Di seluruh permukaan lapisan atas balok dan permukaan atas tubuh, jaring logam 6 ditempatkan, di antaranya terdapat filter multilayer 7.

Dalam Gambar. 2 menunjukkan tata letak satu lapisan blok sumber oksigen padat di generator. Dua jenis blok digunakan - panjang 4 dengan tablet penyala transisi yang ditekan 9 di ujung blok dan pendek 8 dengan tablet penyala transisi di dinding samping.

Generator diaktifkan ketika perangkat inisiasi 2 dihidupkan, dari mana komposisi pengapian 10 dinyalakan dan balok lilin pertama menyala. Bagian depan pembakaran bergerak terus menerus di sepanjang badan lilin, melewati dari blok ke blok pada titik kontak melalui penyala transisi tablet 9. Sebagai hasil pembakaran lilin, oksigen dilepaskan. Aliran oksigen yang dihasilkan melewati pori-pori keramik 5, sementara sebagian didinginkan dan memasuki sistem filter. Melewati mesh dan filter logam, itu juga didinginkan dan dibebaskan dari kotoran dan asap yang tidak diinginkan. Melalui pipa 3 keluar oksigen murni yang cocok untuk bernafas.

Laju pembentukan oksigen, tergantung pada kebutuhan, dapat diubah dalam kisaran 0,7 hingga 3 l / menit, mengubah komposisi sumber oksigen padat dalam rasio berat NaClO 4 CaO 2 Mg 1 (0,20-0,24) (0,04- 0,07) dan komposisi elemen penyalaan CaO 2 Mg dengan perbandingan berat 1 (0,1-0,2). Pembakaran satu lapis blok sumber oksigen padat berlangsung selama 1 jam. Berat total elemen lilin selama satu jam pembakaran adalah 300 g; pelepasan panas total sekitar 50 kkal/jam.

Dalam generator yang diusulkan, lilin oksigen dalam bentuk elemen parallelepiped menyederhanakan koneksi satu sama lain dan memungkinkan pengemasan yang rapat dan kompak. Pengikatan kaku dan pengecualian mobilitas blok paralelepiped memastikan keamanannya selama transportasi dan digunakan sebagai bagian dari alat bantu pernapasan, dan dengan demikian meningkatkan keandalan operasi generator jangka panjang.

1. GENERATOR OKSIGEN PYROCHEMICAL, berisi blok tekan dari sumber oksigen padat dengan elemen penyala sementara, perangkat inisiasi, insulasi termal dan sistem filter yang ditempatkan dalam wadah logam yang dilengkapi dengan pipa outlet oksigen, dicirikan bahwa blok oksigen padat sumber dibuat dalam bentuk paralelepiped, dengan dalam hal ini, komposisi natrium klorat, kalsium dan magnesium peroksida, elemen penyala transisi - campuran kalsium peroksida dan magnesium digunakan sebagai sumber oksigen padat dan terletak di ujung atau sisi muka balok.

2. Generator oksigen menurut klaim 1, dicirikan bahwa blok-blok sumber oksigen padat diletakkan berlapis-lapis dan dalam pola zig-zag di setiap lapisan.

OKSIGEN(Oksigenium Latin, dari bahasa Yunani oxys sour dan gennao - saya melahirkan) Oh, kimia. elemen VI gr. berkala sistem, di. n. 8, di. j.15.9994. Alami K. terdiri dari tiga isotop stabil: 16 O (99,759%), 17 O (0,037%) dan 18 O (0,204%] Konfigurasi kulit elektron terluar atom 2s 2 2p; energi ionisasi O ° : O + : Sekitar 2+ masing-masing sama. 13.61819, 35.118 eV; Keelektronegatifan Pauling 3.5 (unsur paling elektronegatif setelah F); afinitas elektron 1,467 eV; jari-jari kovalen 0,066 nm. Molekul K. bersifat diatomik. Ada juga modifikasi alotropik dari K. ozon sekitar 3 . Jarak antar atom dalam molekul O2 adalah 0,12074 nm; energi ionisasi O 2 12,075 eV; afinitas elektron 0,44 eV; energi disosiasi 493,57 kJ/mol, konstanta disosiasi K r=p O2 /p O2 adalah 1,662. 10 -1 pada 1500 K, 1,264. 10 -2 pada 3000 K, 48,37 pada 5000 K; jari-jari ionik O 2 (bilangan koordinat ditunjukkan dalam tanda kurung) adalah 0,121 nm (2), 0,124 nm (4), 0,126 nm (6) dan 0,128 nm (8). Dalam keadaan dasar (triplet), dua elektron valensi dari molekul O2 terletak di orbital yang lepas p X dan p y, tidak berpasangan, karena itu K. bersifat paramagnetik (kesatuan, gas paramagnetik yang terdiri dari molekul diatomik homonuklear); besaran molar. kerentanan untuk gas 3.4400. 10 (293 K), berbanding terbalik dengan abs. m-re (hukum Curie). Ada dua keadaan tereksitasi berumur panjang dari O 2 - singlet 1 D g (energi eksitasi 94,1 kJ/mol, masa pakai 45 menit) dan singlet (energi eksitasi 156,8 kJ/mol). K.-naib. elemen umum di bumi. Atmosfer mengandung 23,10% berat (20,95% volume) bebas. K., di hidrosfer dan litosfer - masing-masing. 85,82 dan 47% berat K terikat. Lebih dari 1400 mineral telah diketahui, termasuk K. Hilangnya K. di atmosfer sebagai akibat oksidasi, termasuk pembakaran, peluruhan dan respirasi, dikompensasikan dengan pelepasan K. oleh tumbuhan selama fotosintesis. K. adalah bagian dari semua yang ada di dalam, dari mana organisme hidup dibangun; dalam tubuh manusia mengandung kira-kira. 65%. Properti. K.-tidak berwarna gas yang tidak berbau dan tidak berasa. T. kip. 90.188 K, suhu titik rangkap 54.361 K; padat pada 273 K dan tekanan normal 1,42897 g/l, padat. (dalam kg / m 3) pada 300 K: 6,43 (0,5 MPa), 12,91 (1 MPa), 52,51 (4 MPa); t kritik 154.581 K, R Kreta 5.043 MPa, d kritis 436,2 kg / m 3; C 0 p 29,4 J / (mol. KE); D H 0 isp 6,8 kJ / mol (90,1 K); S HAI 299 205.0 JDmol. . K) pada 273 K; j 205,2 3 10 -7 Pa. s (298 K). Liquid K. berwarna biru; padat 1,14 g/cm3 (90.188 K); C O p 54,40 J/(mol. KE); konduktivitas termal 0,147 Wdm. K) (90 K, 0,1 MPa); h 1.890. 10 -2 Hal. Dengan; g 13.2. 10 -5 N/m (90 K), persamaan ketergantungan suhu g = -38,46 . 10 -3 (1 - T/154.576) 11/9 N/m; n D 1,2149 ( aku = 546,1 nm; 100K); tidak konduktif; besaran molar. kerentanan 7.699. 10 -3 (90,1 K). Solid K. ada di beberapa. kristal modifikasi. Di bawah 23,89 K, bentuk-a dengan pemusatan volume stabil. pantai belah ketupat, kisi (pada 21 K dan 0,1 MPa sebuah= 0,55 nm, b = 0,382 nm, c=0,344 nm, kerapatan 1,46 g / cm 3), pada 23,89-43,8 K- b - bentuk dengan heksagen, kristal. kisi (pada 28 K dan 0,1 MPa sebuah= 0,3307 nm, c = 1,1254 nm), di atas 43,8 K ada g - bentuk dengan kubus. kisi ( sebuah= 0,683 nm); D H° transisi polimorfik g : b 744 J/mol (43.818 K), b : a 93,8 J/mol (23.878 K); tiga poin b-g- gas K.: suhu 283 K, tekanan 5.0 GPa; D H O pl 443 J/mol; ur-tion ketergantungan suhu kepadatan d= 1,5154-0,004220T g / cm3 (44 54 K), a-, b- dan g- Sekitar 2 kristal biru muda. Modifikasi p bersifat antiferromagnetik, a dan g paramagnetik, magnetnya kerentanan menurut 1.760. 10 -3 (23,7 K) dan 1,0200. 10 -5 (54,3 K). Pada 298 K dan peningkatan tekanan menjadi 5,9 GPa, K. mengkristal, membentuk heksagen berwarna merah muda. b -membentuk ( a = 0,2849nm, c = 1,0232 nm), dan dengan peningkatan tekanan hingga 9 GPa, sebuah belah ketupat oranye. e -bentuk (pada 9,6 GPa sebuah= 0,42151nm, b= 0,29567nm, Dengan= 0,66897 nm, kerapatan 2.548 g/cm3). R-nilai K. di atm. tekanan dan 293 K (dalam cm 3 / cm 3): dalam air 0,031, etanol 0,2201, metanol 0,2557, aseton 0,2313; larutan dalam air pada 373 K 0,017 cm 3 / cm 3; nilai-p pada 274 K (% volume): dalam perfluorobutyltetrahydrofuran 48.5, perfluorodecalin 45.0, perfluoro-l-methyldecalin 42.3. Peredam padat yang baik K. platinum hitam dan arang aktif. Logam mulia di lelehkan. mampu menyerap sarana. jumlah K., misalnya. pada 960 ° C, satu volume perak menyerap ~ 22 volume K., yang pada pendinginan hampir sepenuhnya dilepaskan. Banyak yang memiliki kemampuan menyerap K. logam padat dan oksida, dengan pembentukan non-stoikiometri. koneksi. Untuk berbeda dalam kimia tinggi. kegiatan, membentuk Kom. dengan semua elemen kecuali Dia, Ne dan Ar. Atom K. dalam kimia. samb. biasanya memperoleh elektron dan memiliki negatif. biaya efektif. Comm., di mana elektron ditarik menjauh dari atom K., sangat jarang (misalnya, OF 2). Dengan in-you yang sederhana, selain Au, Pt, Xe dan Kr, K. bereaksi langsung dalam kondisi normal atau saat dimuat., Serta di hadapan. katalis. R-tion dengan halogen berada di bawah aksi listrik. pelepasan atau radiasi UV. Dalam p-tion dengan semua yang sederhana, kecuali untuk F 2, K. adalah agen pengoksidasi. mol. K. bentuk tiga berbeda. bentuk ionik, yang masing-masing menghasilkan kelas senyawa: O - 2 - superoksida, O 2 2- - peroksida (lihat Senyawa peroksida anorganik, Senyawa peroksida organik), O + 2 - senyawa dioksigenil. Ozon membentuk ozonida, di mana bentuk ionik K.-O - 3 . Molekul O2 bergabung sebagai ligan lemah pada kompleks Fe, Co, Mn, Cu tertentu. Diantaranya Kom. hemoglobin penting, untuk melakukan transfer To dalam organisme hewan berdarah panas. R-tion dengan K., disertai dengan pelepasan energi yang intensif, disebut. pembakaran. Interaksi memainkan peran besar. K. dengan logam di hadapan. kelembaban-atm. korosi logam, sebaik napas organisme hidup dan pembusukan. Sebagai hasil dari pembusukan, kompleks org. in-va hewan dan tumbuhan yang mati berubah menjadi yang lebih sederhana dan, akhirnya, menjadi CO2 dan lembu. K. bereaksi dengan hidrogen dengan pembentukan air dan pelepasan sejumlah besar panas (286 kJ per mol H 2). Di kamar t-re p-tion sangat lambat, di hadapan. katalis - relatif cepat sudah pada 80-100 ° C (p-tion ini digunakan untuk memurnikan H 2 dan gas inert dari pengotor O 2). Di atas 550 ° C, distrik H 2 dengan O 2 disertai dengan ledakan. Dari unsur I gr. maks. mudah bereaksi dengan K. Rb dan Cs, untuk membakar diri sendiri di udara, K, Na dan Li bereaksi dengan K. lebih lambat, p-tion dipercepat di hadapan. uap air. Selama pembakaran logam alkali (kecuali Li) di atmosfer K., peroksida M 2 O 2 dan superoksida MO 2 terbentuk. K. relatif mudah bereaksi dengan unsur-unsur subgolongan IIa, misalnya Ba mampu menyala di udara pada 20-25 ° C, Mg dan Be menyala di atas 500 ° C; produk p-tion dalam kasus ini - oksida dan peroksida. Dengan unsur-unsur subgrup IIb K. interaksi. dengan susah payah, larutan K. dengan Zn, Cd dan Hg hanya terjadi pada suhu yang lebih tinggi (batuan diketahui di mana Hg terkandung dalam bentuk unsur). Pada permukaan Zn dan Cd, lapisan oksida yang kuat terbentuk, melindungi logam dari oksidasi lebih lanjut. Elemen III gr. bereaksi dengan K. hanya ketika dipanaskan, membentuk oksida. Logam padat Ti, Zr, Hf tahan terhadap aksi K. K. bereaksi dengan karbon membentuk CO 2 dan melepaskan panas (394 kJ/mol); dengan karbon amorf, p-tion berlangsung dengan sedikit pemanasan, dengan berlian dan grafit - di atas 700 ° C. K. bereaksi dengan nitrogen hanya di atas 1200 ° C dengan pembentukan NO, yang kemudian K. mudah teroksidasi menjadi NO 2 yang sudah pada suhu kamar. Fosfor putih rentan terhadap pembakaran spontan di udara pada suhu kamar. Elemen VI gr. S, Se, dan Te bereaksi dengan K. pada laju yang cukup besar dengan pemanasan sedang. Oksidasi W dan Mo yang nyata diamati di atas 400 ° C, Cr - pada suhu yang jauh lebih tinggi. K. mengoksidasi dengan kuat org. koneksi. Pembakaran bahan bakar cair dan gas yang mudah terbakar terjadi sebagai akibat dari distrik K. dengan hidrokarbon.
Resi. Dalam industri K. menerima pemisahan udara, bagian arr. metode distilasi suhu rendah. Hal ini juga diproduksi bersama dengan H2 di prom. elektrolisis air. Menghasilkan technol gas. K. (92-98% O 2), teknologi. (kelas 1 99,7% O 2 , kelas 2 99,5% dan kelas 3 99,2%) dan cair (tidak kurang dari 99,7% O 2). K. juga diproduksi untuk tujuan pengobatan ("medis" oksigen", mengandung 99,5% O 2). Untuk bernapas di ruang tertutup (kapal selam, kendaraan luar angkasa, dll.), Sumber oksigen padat digunakan, yang tindakannya didasarkan pada eksotermal yang merambat sendiri. p-tion antara pembawa K. (klorat atau perklorat) dan bahan bakar. Misalnya campuran NaClO 3 (80%), serbuk Fe (10%), BaO 2 (4%) dan fiberglass (6%) ditekan ke dalam silinder; setelah pengapian oksigen lilin menyala dengan kecepatan 0,15-0,2 mm / s, memancarkan K. yang bersih dan dapat bernapas dalam jumlah 240 l / kg (lihat. Sumber gas piroteknik). Di laboratorium, K. diperoleh dengan dekomposisi selama pemuatan. oksida (misalnya HgO) atau teroksigenasi garam (misalnya, KClO 3 , KMnO 4), serta elektrolisis larutan NaOH. Namun, prom yang paling umum digunakan. K., disuplai dalam silinder di bawah tekanan.
Definisi. Konsentrasi K. dalam gas ditentukan dengan alat analisa gas manual, misalnya. volumetrik dengan metode mengubah volume yang diketahui dari sampel yang dianalisis setelah penyerapan larutan O 2 darinya - tembaga amonia, pirogalol, NaHSO 3, dll. Untuk penentuan K secara terus menerus dalam gas, otomatis digunakan. termomagnetik analisa gas berdasarkan magn tinggi. kerentanan Untuk Untuk menentukan konsentrasi rendah K. dalam gas inert atau hidrogen (kurang dari 1%) gunakan otomatis. termokimia, elektrokimia, galvanik dan penganalisis gas lainnya. Untuk tujuan yang sama, kolorimetri metode (menggunakan perangkat Mugdan), berdasarkan oksidasi tidak berwarna. amonia kompleks Cu (I) dalam Comm berwarna cerah. Cu(II). K., dilarutkan dalam air, juga ditentukan secara kolorimetri, misalnya. dengan pembentukan warna merah selama oksidasi indigo carmine tereduksi. Dalam organisasi samb. K. ditentukan dalam bentuk CO atau CO2 setelah pirolisis suhu tinggi dari zat yang dianalisis dalam aliran gas inert. Untuk menentukan konsentrasi K. dalam baja dan paduannya, digunakan metode elektrokimia. sensor dengan elektrolit padat (ZrO 2) yang distabilkan. Lihat juga Analisis gas, Analisis gas.
Aplikasi. K. digunakan sebagai zat pengoksidasi: dalam metalurgi - dalam peleburan besi dan baja (dalam tanur tinggi, pengubah oksigen dan produksi perapian terbuka), dalam proses penambangan, peleburan tersuspensi dan konverter dari logam non-ferrous; dalam produksi bergulir; pada pembersihan api dari logam; dalam produksi pengecoran; pada pengelasan termit dan pemotongan logam; dalam kimia. dan petrokimia. prom-sti-pada produksi HNO 3, H 2 SO 4, metanol, asetilena; formaldehida, oksida, peroksida, dll. di dalam. K. digunakan untuk tujuan pengobatan dalam pengobatan, serta dalam oksigen-bernapas. perangkat (di pesawat ruang angkasa, di kapal selam, selama penerbangan ketinggian tinggi, operasi bawah air dan penyelamatan). Pengoksidasi oksigen cair untuk bahan bakar roket; itu juga digunakan dalam peledakan, sebagai pendingin di laboratorium. praktek. Produksi K. di AS adalah 10,75 miliar m 3 (1985); dalam metalurgi, 55% dari K. yang dihasilkan dikonsumsi, dalam kimia. promsti - 20%. K. tidak beracun dan tidak mudah terbakar, tetapi mendukung pembakaran. Dalam campuran dengan K cair, semua hidrokarbon bersifat eksplosif, termasuk. minyak, CS2. maks. pengotor mudah terbakar yang sulit larut berbahaya, yang berubah menjadi padat dalam K cair. (misalnya, asetilena, propilena, CS 2). Kandungan maksimum yang diizinkan dalam cairan K.: asetilen 0,04 cm 3 / l, CS 2 0,04 cm 3 / l, minyak 0,4 mg / l. Gas K. disimpan dan diangkut dalam silinder baja berkapasitas kecil (0,4-12 l) dan sedang (20-50 l) pada tekanan 15 dan 20 MPa, serta dalam silinder berkapasitas besar (80-1000 l pada 32 dan 40 MPa). ), K cair dalam bejana Dewar atau khusus. tank. Untuk transportasi K. cair dan gas juga menggunakan khusus. pipa. Oksigen silinder dicat biru dan memiliki tulisan dalam huruf hitam " oksigen" . K. pertama kali diperoleh dalam bentuk murni oleh K. Scheele pada tahun 1771. Secara terpisah darinya, K. diperoleh oleh J. Priestley pada tahun 1774. Pada tahun 1775, A. Lavoisier menetapkan bahwa K. adalah bagian integral dari udara, yang merupakan terkandung dalam banyak lainnya. di-wah. Lit.. Glizmayenko D.L., Mendapatkan oksigen, edisi ke-5., M., 1972; Razumovsky S.D., unsur oksigen bentuk dan sifat, M., 1979; Sifat termodinamika oksigen, M., 1981. Ya.D.Zelvensky.

Kegunaan: untuk mendapatkan oksigen dalam sistem pendukung kehidupan dalam situasi darurat. Inti dari penemuan: komposisi piroteknik meliputi 87 - 94 % berat NaClO 3 dan 6 - 13 % berat Cu 2 S. Keluaran O 2 231 - 274 l/kg, suhu di zona pembakaran 520 - 580 o C. 1 meja.

Invensi ini berhubungan dengan bidang memperoleh oksigen gas dari komposisi padat yang menghasilkan oksigen karena reaksi termokatalitik mandiri yang terjadi antara komponen komposisi di daerah pembakaran yang sempit. Komposisi seperti itu disebut lilin oksigen. Oksigen yang dihasilkan dapat digunakan dalam sistem pendukung kehidupan, dalam situasi darurat layanan pengiriman. Sumber piroteknik oksigen yang dikenal, yang disebut oksigen atau lilin klorat, mengandung tiga komponen utama: pembawa oksigen, bahan bakar, dan katalis. Dalam lilin klorat, natrium klorat berfungsi sebagai pembawa oksigen, yang kandungannya berkisar antara 80- 93% Bahan bakarnya adalah serbuk logam besi dengan karbon dioksida. Fungsi katalis dilakukan oleh oksida dan peroksida logam, seperti MgFeO 4 . Output oksigen berada di kisaran 200-260 l/kg. Suhu di zona pembakaran lilin klorat yang mengandung logam sebagai bahan bakar melebihi 800 ° C. Yang paling dekat dengan penemuan ini adalah komposisi yang mengandung natrium klorat sebagai pembawa oksigen, 92% paduan magnesium yang mudah terbakar dengan silikon dalam perbandingan 1:1 (3 wt.), Dan sebagai katalis, campuran tembaga dan nikel oksida dengan perbandingan 1:4. Keluaran oksigen dari komposisi ini adalah 2655 l/kg. Suhu di zona pembakaran adalah 850-900 ° C. Kerugian dari komposisi yang diketahui adalah suhu tinggi di zona pembakaran, yang memerlukan kebutuhan untuk memperumit desain generator, pengenalan penukar panas khusus untuk pendinginan oksigen , kemungkinan penyalaan casing generator dari masuknya percikan partikel logam yang terbakar ke atasnya, munculnya jumlah fase cair (meleleh) yang berlebihan di dekat zona pembakaran, yang menyebabkan deformasi blok dan peningkatan jumlah debu. Tujuan dari penemuan ini adalah untuk mengurangi suhu di zona penganiayaan komposisi sambil mempertahankan hasil oksigen yang tinggi. Hal ini dicapai dengan fakta bahwa komposisi tersebut mengandung natrium klorat sebagai pembawa oksigen, dan tembaga sulfit (Cu 2 S) sebagai bahan bakar dan katalis. Komponen komposisi diambil dalam rasio berikut, wt. natrium klorat 87-94; tembaga sulfida 6-13. Kemungkinan menggunakan tembaga sulfida sebagai bahan bakar dan katalis didasarkan pada mekanisme khusus aksi katalitik. Selama reaksi, kedua komponen tembaga sulfida dioksidasi secara eksotermik:

Cu 2 S + 2.5O 2 CuSO 4 + CuO + 202,8 kkal. Reaksi ini memberikan energi untuk berlangsungnya proses perbanyakan diri. Entalpi spesifik pembakaran Cu 2 S (1,27 kkal/g) tidak jauh berbeda dengan entalpi spesifik pembakaran besi (1,76 kkal/g). Sebagian besar energi berasal dari oksidasi belerang sulfida menjadi sulfat dan hanya sebagian kecil dari oksidasi tembaga. Tembaga sulfida lebih reaktif daripada serbuk logam besi dan magnesium, sehingga reaksi eksotermik utama dapat berlangsung cukup cepat pada suhu yang relatif rendah 500 ° C. Suhu rendah di zona pembakaran juga dipastikan oleh fakta bahwa tembaga sulfida dan produk oksidasi tembaga oksida adalah katalis yang efektif untuk dekomposisi natrium klorat. Menurut DTA, natrium klorat murni, ketika dipanaskan pada laju 10 o C / menit, terurai menjadi NaCl dan O 2 pada 480-590 o C, dengan adanya 6 berat. Cu 2 S pada 260-360 tentang C, dan dengan adanya 12 wt. CuO pada 390-520 o C. Serbuk Cu 2 S memiliki dispersi yang lebih tinggi pada suhu rendah di zona pembakaran 520-580 o C. Oksigen yang dihasilkan tidak mengandung pengotor berbahaya seperti Cl 2 , senyawa karbon dan jumlah minimum SO 2 tidak lebih dari 0, 55 kg/m 3 .

MENGEKLAIM

KOMPOSISI PIROTEKNIS UNTUK PEMBUATAN OKSIGEN, termasuk natrium klorat dan senyawa tembaga, yang dicirikan mengandung tembaga sulfida sebagai senyawa tembaga dengan kandungan komponen berikut,% berat:

OKSIGEN ADA DI UDARA. SIFAT SUASANA. SIFAT-SIFATNYA. PRODUK LAIN PEMBAKARAN LILIN. KARBON DIOKSIDA, SIFATNYA

Kita telah melihat bahwa hidrogen dan oksigen dapat diperoleh dari air yang kita peroleh dengan membakar lilin. Anda tahu bahwa hidrogen berasal dari lilin, dan oksigen, Anda kira, berasal dari udara. Tetapi dalam hal ini, Anda berhak bertanya kepada saya: "Mengapa udara dan oksigen tidak membakar lilin dengan baik?" Jika Anda memiliki ingatan baru tentang apa yang terjadi ketika saya menutupi abu dengan toples oksigen, Anda akan ingat bahwa di sini pembakaran berlangsung cukup berbeda daripada di udara. Jadi apa masalahnya? Ini adalah masalah yang sangat penting, dan saya akan melakukan yang terbaik untuk menjelaskannya kepada Anda; itu berhubungan langsung dengan pertanyaan tentang sifat atmosfer dan karena itu sangat penting bagi kita.

Kami memiliki beberapa cara untuk mengenali oksigen, selain hanya membakar zat tertentu di dalamnya. Anda telah melihat bagaimana lilin terbakar dalam oksigen dan bagaimana ia terbakar di udara; Anda telah melihat bagaimana fosfor terbakar di udara dan bagaimana dalam oksigen; Anda telah melihat bagaimana besi terbakar dalam oksigen. Tetapi selain metode pengenalan oksigen ini, ada yang lain, dan saya akan membahas beberapa di antaranya untuk memperluas pengalaman dan pengetahuan Anda. Di sini, misalnya, adalah bejana dengan oksigen. Saya akan membuktikan kepada Anda keberadaan gas ini. Aku akan mengambil serpihan yang membara dan mencelupkannya ke dalam oksigen. Anda sudah tahu dari percakapan terakhir apa yang akan terjadi: serpihan yang membara, diturunkan ke dalam toples, akan menunjukkan kepada Anda apakah ada oksigen di dalamnya atau tidak. Ada! Kami telah membuktikannya dengan membakar.

Dan inilah cara lain untuk mengenali oksigen, sangat menarik dan bermanfaat. Di sini saya punya dua kaleng, masing-masing diisi dengan gas. Mereka dipisahkan oleh piring sehingga gas-gas ini tidak bercampur. Saya melepas pelat, dan pencampuran gas dimulai: setiap gas, seolah-olah, merayap ke dalam toples di mana yang lain berada. "Jadi apa yang terjadi di sini? - Anda bertanya. - Bersama-sama mereka tidak memberikan pembakaran seperti yang kita amati di lilin." Tapi lihat bagaimana keberadaan oksigen bisa dikenali dari kombinasinya dengan zat kedua ini.

Sungguh gas yang berwarna indah. Ini mengingatkan saya akan keberadaan oksigen. Percobaan yang sama dapat dilakukan dengan mencampurkan gas uji ini dengan udara biasa. Ini adalah toples udara - jenis tempat lilin akan menyala - dan ini toples gas uji ini. Saya membiarkan mereka bercampur di atas air, dan inilah hasilnya: isi tabung uji mengalir ke tabung udara, dan Anda melihat reaksi yang persis sama terjadi. Ini membuktikan bahwa ada oksigen di udara, yaitu zat yang sama yang telah kita ekstrak dari air yang diperoleh dengan membakar lilin.

Tapi tetap saja, mengapa lilin tidak menyala dengan baik di udara seperti halnya di oksigen? Sekarang kita akan beralih ke ini. Di sini saya memiliki dua bank; mereka diisi dengan gas ke tingkat yang sama, dan mereka terlihat sama. Sebenarnya, saya bahkan tidak tahu sekarang mana dari botol-botol ini yang mengandung oksigen dan mana yang berisi udara, meskipun saya tahu bahwa mereka telah diisi dengan gas-gas ini sebelumnya. Tapi kami memiliki gas uji, dan sekarang saya akan mencari tahu apakah ada perbedaan antara isi kedua toples dalam kemampuan menyebabkan kemerahan pada gas ini. Saya membiarkan gas uji ke salah satu kaleng. Ikuti apa yang terjadi. Seperti yang Anda lihat, ada kemerahan, jadi ada oksigen di sini. Mari kita uji toples kedua sekarang. Seperti yang Anda lihat, kemerahan tidak diucapkan seperti pada toples pertama.

Selanjutnya, hal yang aneh terjadi: jika campuran dua gas dalam tabung kedua dikocok dengan baik dengan air, gas merah akan diserap; jika Anda memasukkan bagian lain dari gas uji dan mengocok tabung lagi, penyerapan gas merah akan berulang; dan karenanya dapat dilanjutkan selama oksigen masih ada, yang tanpanya fenomena ini tidak mungkin terjadi. Jika saya membiarkan udara masuk, masalahnya tidak akan berubah; tetapi segera setelah saya memasukkan air, gas merah akan menghilang; dan saya dapat melanjutkan dengan cara ini, membiarkan lebih banyak gas percobaan, sampai saya memiliki sesuatu yang tersisa di toples yang tidak akan lagi diwarnai dengan penambahan zat yang mewarnai udara dan oksigen. Apa masalahnya? Anda mengerti bahwa di udara, selain oksigen, terkandung sesuatu yang lain, dan inilah yang tetap dalam keseimbangan. Sekarang saya akan membiarkan sedikit lebih banyak udara masuk ke dalam toples, dan jika berubah menjadi merah, Anda akan tahu bahwa masih ada sejumlah gas pewarna yang tersisa di sana dan oleh karena itu, bukan kekurangannya yang menjelaskan mengapa tidak semua udara ada di sana. terpakai.

Ini akan membantu Anda memahami apa yang akan saya katakan. Anda telah melihat bahwa ketika saya membakar fosfor di dalam toples, dan asap yang dihasilkan mengendap dari fosfor dan oksigen, cukup banyak gas tetap tidak terpakai, sama seperti gas uji kami meninggalkan sesuatu yang tidak tersentuh. Memang, setelah reaksi, gas ini tetap, yang tidak berubah baik dari fosfor atau dari gas pewarna. Gas ini bukan oksigen, tetapi, bagaimanapun, merupakan bagian integral dari atmosfer.

Ini adalah salah satu cara untuk membagi udara menjadi dua zat yang menyusunnya, yaitu, menjadi oksigen, yang membakar lilin kita, fosfor, dan segala sesuatu yang lain, dan menjadi zat lain ini, nitrogen, di mana mereka tidak terbakar. Ada lebih banyak komponen kedua ini di udara daripada oksigen.

Gas ini ternyata merupakan zat yang sangat menarik jika Anda mempelajarinya, tetapi Anda mungkin akan mengatakan bahwa itu tidak menarik sama sekali. Dalam beberapa hal ini benar: bagaimanapun, itu tidak menunjukkan efek pembakaran yang cemerlang. Jika diuji dengan serpihan yang menyala, seperti yang saya uji oksigen dan hidrogen, maka ia tidak akan membakar dirinya sendiri, seperti hidrogen, atau menyebabkan serpihan terbakar, seperti oksigen. Tidak peduli bagaimana saya mengujinya, saya tidak bisa mendapatkan satu atau yang lain darinya: itu tidak menyala dan tidak membiarkan serpihan terbakar - itu memadamkan pembakaran zat apa pun. Dalam kondisi normal, tidak ada yang bisa terbakar di dalamnya. Ia tidak memiliki bau atau rasa; itu bukan asam atau basa; dalam kaitannya dengan semua perasaan eksternal kita, dia menunjukkan ketidakpedulian total. Dan Anda bisa berkata, "Bukan apa-apa, itu tidak pantas mendapat perhatian kimia; mengapa itu ada di udara?"

Di sinilah kemampuan untuk menarik kesimpulan dari pengalaman sangat berguna. Misalkan alih-alih nitrogen, atau campuran nitrogen dan oksigen, atmosfer kita terdiri dari oksigen murni, apa yang akan terjadi dengan kita? Anda tahu betul bahwa sepotong besi yang dinyalakan dalam toples oksigen akan terbakar menjadi abu. Saat melihat perapian yang membara, bayangkan apa yang akan terjadi pada jerujinya jika seluruh atmosfer hanya terdiri dari oksigen: jeruji besi akan membakar lebih kuat daripada batu bara yang kita gunakan untuk memanaskan perapian. Api di tungku lokomotif uap akan seperti api di depot bahan bakar jika atmosfernya terdiri dari oksigen.

Nitrogen mengencerkan oksigen, memoderasi efeknya dan membuatnya berguna bagi kita. Selain itu, nitrogen membawa serta semua asap dan gas yang, seperti yang Anda lihat, muncul ketika lilin menyala, menyebarkannya ke seluruh atmosfer dan membawanya ke tempat yang dibutuhkan untuk mendukung kehidupan tanaman, dan dengan demikian manusia. Jadi, nitrogen melakukan pekerjaan yang sangat penting, meskipun Anda, setelah mengenalnya, berkata: "Yah, ini sama sekali tidak berharga."

Dalam keadaan normal, nitrogen adalah elemen tidak aktif: tidak ada tindakan, kecuali pelepasan listrik terkuat, dan bahkan hanya pada tingkat yang sangat lemah, dapat menyebabkan nitrogen langsung masuk ke dalam kombinasi dengan elemen lain di atmosfer atau dengan zat lain di sekitarnya. . Zat ini sama sekali acuh tak acuh, yaitu, dengan kata lain, acuh tak acuh - dan karenanya aman.

Tapi sebelum saya membawa Anda ke kesimpulan itu, pertama-tama saya harus memberi tahu Anda sesuatu tentang atmosfer itu sendiri. Berikut adalah tabel yang menunjukkan persentase komposisi udara atmosfer:

dengan volume dengan massa

Oksigen. . . . 20 22.3

Nitrogen. . . . . 80 77,7

__________________________

Ini benar mencerminkan jumlah relatif oksigen dan nitrogen di atmosfer. Dari sini kita melihat bahwa lima liter udara hanya mengandung satu liter oksigen sampai empat liter nitrogen; dengan kata lain, berdasarkan volume, nitrogen adalah 4/5 dari udara atmosfer. Semua jumlah nitrogen ini digunakan untuk mengencerkan oksigen dan melunakkan aksinya; sebagai hasilnya, lilin dipasok dengan benar dengan bahan bakar dan paru-paru kita dapat menghirup udara tanpa membahayakan kesehatan. Lagi pula, tidak kalah pentingnya bagi kita untuk menerima oksigen untuk bernapas dalam bentuk yang tepat daripada memiliki komposisi atmosfer yang sesuai untuk membakar batu bara di perapian atau lilin.

Sekarang saya akan memberi tahu Anda massa gas-gas ini. Satu liter nitrogen memiliki massa 10 4/10 butir, dan satu kaki kubik adalah 1 1/6 ons. Ini adalah massa nitrogen. Oksigen lebih berat: satu liternya adalah 11 9/10 butir, dan satu kaki kubik adalah 1 1/5 ons.

Anda telah mengajukan pertanyaan kepada saya beberapa kali: "Bagaimana massa gas ditentukan?", Dan saya sangat senang bahwa pertanyaan ini menarik minat Anda. Sekarang saya akan menunjukkan kepada Anda, kasus ini sangat sederhana dan mudah. Berikut adalah timbangan, dan ini adalah botol tembaga, yang dikerjakan dengan hati-hati pada mesin bubut dan, dengan segala kekuatannya, memiliki massa sekecil mungkin. Ini benar-benar kedap udara dan dilengkapi dengan keran. Sekarang keran terbuka, dan karena itu botol diisi dengan udara. Timbangan ini sangat akurat, dan botol dalam keadaannya yang sekarang seimbang dengan timbangan di cangkir lain. Dan inilah pompanya, yang dengannya kita dapat memaksa udara masuk ke dalam botol ini.

Beras. 25.

Sekarang kita akan memompa sejumlah udara yang diketahui ke dalamnya, yang volumenya akan diukur dengan kapasitas pompa. (Dua puluh volume seperti itu meningkat.) Sekarang kita akan mematikan keran dan mengembalikan botol ke timbangan. Lihat bagaimana timbangannya turun: botolnya menjadi jauh lebih berat dari sebelumnya. Kapasitas botol tidak berubah, yang berarti bahwa udara dalam volume yang sama menjadi lebih berat. Dimana? Berkat udara yang kami pompa ke dalamnya. selain udara yang tersedia.

Sekarang kita akan melepaskan udara ke dalam toples itu dan memberinya kesempatan untuk kembali ke keadaan semula. Yang harus saya lakukan untuk ini adalah menghubungkan botol tembaga dengan kuat ke stoples dan membuka keran - dan Anda lihat, di sini kita memiliki semua volume udara yang baru saja saya pompa ke dalam botol dengan dua puluh pukulan pompa. Untuk memastikan bahwa kami tidak melakukan kesalahan selama percobaan ini, kami akan kembali meletakkan botol di timbangan. Jika sekarang diseimbangkan kembali dengan beban semula, kita dapat yakin bahwa kita telah melakukan percobaan dengan benar. Ya, dia seimbang. Ini adalah bagaimana kita dapat mengetahui massa bagian udara tambahan yang kita pompakan ke dalamnya. Dengan demikian dapat ditentukan bahwa satu kaki kubik udara memiliki massa 1 1/5 ons.

Beras. 26.

Tetapi pengalaman sederhana ini sama sekali tidak akan mampu membawa ke kesadaran Anda seluruh esensi dari hasil yang diperoleh. Sungguh menakjubkan betapa jumlahnya naik saat kita pindah ke volume yang lebih besar. Ini adalah jumlah udara (kaki kubik) yang memiliki massa 1 1/5 ons. Dan bagaimana menurut Anda, berapa massa udara di dalam kotak di lantai atas (saya khusus memesannya untuk perhitungan ini)? Udara di dalamnya memiliki massa satu pon. Saya menghitung massa udara di aula ini, tetapi Anda tidak akan dapat menebak angka ini: lebih dari satu ton. Ini adalah seberapa cepat massa meningkat, dan betapa pentingnya kehadiran atmosfer dan oksigen dan nitrogen yang dikandungnya, dan kerja yang dilakukannya dalam memindahkan benda dari satu tempat ke tempat lain dan membawa asap berbahaya.

Setelah memberi Anda beberapa contoh yang berkaitan dengan berat udara, sekarang saya akan melanjutkan untuk menunjukkan beberapa konsekuensi dari fakta ini. Anda pasti perlu mengenal mereka, jika tidak banyak yang akan tetap tidak jelas bagi Anda. Apakah Anda ingat pengalaman seperti itu? Apakah Anda pernah melihatnya? Baginya, pompa diambil, agak mirip dengan yang saya gunakan untuk memompa udara ke dalam botol tembaga.

Beras. 27.

Itu perlu diposisikan sehingga saya bisa meletakkan tangan saya di lubangnya. Di udara, tanganku bergerak begitu mudah, seolah-olah tidak merasakan perlawanan. Tidak peduli bagaimana saya bergerak, saya hampir tidak pernah berhasil mencapai kecepatan sedemikian rupa sehingga saya merasakan banyak hambatan udara untuk gerakan ini). Tetapi ketika saya meletakkan tangan saya di sini (pada silinder pompa udara, dari mana udara kemudian dipompa keluar), Anda lihat apa yang terjadi. Mengapa telapak tangan saya menempel di tempat ini begitu erat sehingga seluruh pompa bergerak di belakangnya? Lihat! Mengapa saya hampir tidak bisa melepaskan tangan saya? Apa masalahnya? Ini adalah berat udara - udara di atas saya.

Dan inilah pengalaman lain yang menurut saya akan membantu Anda memahami masalah ini dengan lebih baik. Bagian atas toples ini ditutupi dengan kantung banteng, dan ketika udara dipompa keluar darinya, Anda akan melihat, dalam bentuk yang sedikit dimodifikasi, efek yang sama seperti pada percobaan sebelumnya. Sekarang bagian atasnya benar-benar rata, tetapi segera setelah saya membuat gerakan yang sangat kecil dengan pompa, dan lihat bagaimana gelembung itu turun, bagaimana gelembung itu melengkung ke dalam. Anda sekarang akan melihat bagaimana gelembung akan ditarik lebih dan lebih di dalam toples, sampai akhirnya akan ditekan dan ditembus oleh kekuatan atmosfer yang menekannya. (Gelembung itu meledak dengan ledakan keras.) Sekarang, ini sepenuhnya disebabkan oleh gaya tekanan udara pada gelembung, dan tidak akan sulit bagi Anda untuk memahami bagaimana keadaan di sini.

Beras. 28.

Lihatlah kolom lima kubus ini: partikel yang menumpuk di atmosfer ditumpuk di atas satu sama lain dengan cara yang sama. Cukup jelas bagi Anda bahwa empat kubus teratas bertumpu pada kubus kelima, yang lebih rendah, dan jika saya mengeluarkannya, semua kubus lainnya akan tenggelam. Hal yang sama berlaku di atmosfer: lapisan atas udara didukung oleh yang lebih rendah, dan ketika udara dipompa keluar dari bawahnya, perubahan terjadi, yang Anda amati ketika telapak tangan saya berada di silinder pompa dan dalam percobaan dengan kandung kemih banteng, dan sekarang Anda akan melihat lebih baik.

Saya mengikat toples ini dengan karet gelang. selaput. Sekarang saya akan memompa udara keluar darinya, dan Anda melihat karet memisahkan udara di bawah dari udara di atas. Anda akan melihat bagaimana tekanan atmosfer akan muncul dengan sendirinya saat udara dipompa keluar dari kaleng. Lihat bagaimana karet ditarik - lagi pula, saya bahkan bisa memasukkan tangan saya ke dalam toples - dan semua ini hanya sebagai hasil dari efek udara yang sangat besar dan kuat di atas kita. Betapa jelas fakta menarik ini muncul di sini!

Setelah akhir kuliah hari ini, Anda akan dapat mengukur kekuatan Anda, mencoba memisahkan perangkat ini. Ini terdiri dari dua belahan tembaga berongga yang dipasang erat satu sama lain dan dilengkapi dengan tabung dengan katup untuk memompa keluar udara. Selama ada udara di dalamnya, belahan otak mudah terpisah; namun, Anda akan diyakinkan bahwa ketika kami memompa udara keluar melalui tabung ini dengan keran dan Anda menariknya - satu ke satu arah, yang lain ke arah lain - tak seorang pun dari Anda akan dapat memisahkan belahan. Untuk setiap inci persegi luas penampang kapal ini, ketika udara dievakuasi, sekitar lima belas pon harus didukung. Kemudian saya akan memberi Anda kesempatan untuk menguji kekuatan Anda - cobalah untuk mengatasi tekanan udara ini.

Ini hal kecil lain yang menarik - pengisap, menyenangkan untuk anak laki-laki, tetapi hanya ditingkatkan untuk tujuan ilmiah. Toh kalian para pemuda berhak menggunakan mainan untuk kepentingan ilmu pengetahuan, apalagi di zaman modern ini mereka sudah mulai mengolok-olok ilmu pengetahuan. Ini adalah cangkir hisap, hanya saja bukan kulit, tetapi karet. Saya menamparnya ke permukaan meja, dan Anda segera melihat bahwa itu menempel kuat padanya. Kenapa dia bertahan seperti itu? Itu dapat dipindahkan, dengan mudah meluncur dari satu tempat ke tempat lain - tetapi tidak peduli seberapa keras Anda mencoba mengangkatnya, itu mungkin lebih cenderung menarik meja di belakangnya daripada merobeknya sendiri. Dimungkinkan untuk mengeluarkannya dari meja hanya ketika Anda memindahkannya ke bagian paling tepi untuk membiarkan udara di bawahnya. Menekannya ke permukaan meja hanya tekanan udara di atasnya. Ini adalah cangkir hisap lainnya - kami menekannya satu sama lain, dan Anda akan melihat seberapa kuat mereka menempel. Kita dapat menggunakannya, sehingga untuk berbicara, untuk tujuan yang dimaksudkan, yaitu menempelkannya ke jendela dan dinding, di mana mereka akan bertahan selama beberapa jam dan berguna untuk menggantung beberapa benda di atasnya.

Namun, saya perlu menunjukkan kepada Anda tidak hanya mainan, tetapi juga eksperimen yang dapat Anda ulangi di rumah. Anda dapat dengan jelas membuktikan keberadaan tekanan atmosfer dengan eksperimen yang begitu elegan. Ini segelas air. Bagaimana jika saya meminta Anda untuk mengaturnya terbalik agar airnya tidak tumpah? Dan bukan karena Anda mengganti tangan Anda, tetapi semata-mata karena tekanan atmosfer.

Ambil gelas berisi air sampai penuh atau setengah, dan tutupi dengan semacam karton; terbalik dan lihat apa yang terjadi pada karton dan air. Udara tidak akan bisa masuk ke dalam gelas, karena air tidak akan membiarkannya masuk karena daya tarik kapiler ke tepi gelas.

Saya pikir semua ini akan memberi Anda gagasan yang benar bahwa udara bukanlah kehampaan, tetapi sesuatu yang nyata. Ketika Anda belajar dari saya bahwa kotak di sana menampung satu pon udara, dan ruangan ini menampung lebih dari satu ton, Anda akan percaya bahwa udara bukan hanya kekosongan.

Mari lakukan satu eksperimen lagi untuk meyakinkan Anda bahwa udara benar-benar dapat menolak. Anda tahu betapa hebatnya sumpitan yang bisa dibuat dengan mudah dari bulu angsa atau sedotan atau semacamnya. Mengambil sepotong apel atau kentang, Anda perlu memotongnya menjadi potongan kecil seukuran tabung - seperti ini - dan mendorongnya sampai ke ujung, seperti piston. Dengan memasukkan steker kedua, kami benar-benar mengisolasi udara di dalam tabung. Dan sekarang ternyata mendorong steker kedua dekat dengan yang pertama sama sekali tidak mungkin. Dimungkinkan untuk mengompresi udara sampai batas tertentu, tetapi jika kita terus memberi tekanan pada sumbat kedua, maka itu tidak akan punya waktu untuk mendekati yang pertama, karena udara terkompresi akan mendorongnya keluar dari tabung, dan terlebih lagi dengan kekuatan yang mengingatkan pada aksi bubuk mesiu - lagi pula, itu juga terkait dengan alasan yang kami amati di sini.

Suatu hari saya melihat pengalaman yang sangat saya sukai karena dapat digunakan di kelas kami. (Sebelum melanjutkan, saya harus diam selama sekitar lima menit, karena keberhasilan percobaan ini tergantung pada paru-paru saya.) Saya berharap saya dapat menggunakan kekuatan pernapasan saya, yaitu penggunaan yang tepat dari udara, untuk mengangkat telur yang berdiri di satu gelas, dan memindahkannya ke gelas lain. Saya tidak bisa menjamin kesuksesan: lagi pula, saya sudah berbicara terlalu lama sekarang. (Dosen berhasil membuat percobaan.) Udara yang saya hembuskan melewati antara telur dan dinding kaca; di bawah telur ada tekanan udara, yang mampu mengangkat benda berat: lagi pula, untuk udara, telur benar-benar benda yang berat. Bagaimanapun, jika Anda ingin melakukan eksperimen ini sendiri, lebih baik mengambil telur rebus, dan kemudian Anda dapat dengan aman mencoba memindahkannya dengan hati-hati dari satu gelas ke gelas lainnya dengan kekuatan napas Anda.

Meskipun kita telah lama berlama-lama pada pertanyaan tentang massa udara, saya ingin menyebutkan satu lagi sifat-sifatnya. Dalam percobaan sumpitan, Anda melihat bahwa sebelum gabus kentang pertama muncul, saya berhasil mendorong yang kedua setengah inci atau lebih. Dan ini tergantung pada sifat udara yang luar biasa - pada elastisitasnya. Anda bisa mengenalnya dalam pengalaman berikut.

Mari kita ambil cangkang yang kedap udara, tetapi mampu meregang dan mengerut, dan dengan demikian memungkinkan kita untuk menilai elastisitas udara yang terkandung di dalamnya. Sekarang tidak banyak udara di dalamnya, dan kami akan mengikat lehernya dengan erat sehingga tidak dapat berkomunikasi dengan udara di sekitarnya. Sampai sekarang, kami telah melakukan segalanya sedemikian rupa untuk menunjukkan tekanan atmosfer di permukaan benda, dan sekarang, sebaliknya, kami akan menyingkirkan tekanan atmosfer. Untuk melakukan ini, kami akan menempatkan cangkang kami di bawah bel pompa udara, dari mana kami akan memompa udara keluar. Di depan mata Anda, cangkang ini akan lurus, mengembang seperti balon, dan akan menjadi semakin besar hingga memenuhi seluruh lonceng. Namun begitu saya kembali membuka akses udara luar ke dalam bel, bola kita akan langsung jatuh. Berikut adalah bukti visual dari sifat udara yang menakjubkan ini - elastisitasnya, yaitu kemampuan yang sangat besar untuk memampatkan dan mengembang. Sifat ini sangat penting dan sangat menentukan peran udara di alam.

Sekarang mari kita beralih ke bagian lain yang sangat penting dari topik kita. Ingatlah bahwa ketika kami terlibat dalam pembakaran lilin, kami menemukan bahwa berbagai produk pembakaran terbentuk. Di antara produk-produk tersebut adalah jelaga, air, dan lainnya yang belum kami teliti. Kami mengumpulkan air dan membiarkan zat lain menghilang di udara. Sekarang mari kita jelajahi beberapa produk ini.

Beras. 29.

Dalam hal ini, kita akan terbantu, khususnya, dengan eksperimen berikut. Di sini kita akan meletakkan lilin yang menyala dan menutupinya dengan tutup kaca dengan pipa outlet di bagian atas ... Lilin akan terus menyala, karena udara mengalir bebas di bawah dan di atas. Pertama-tama, Anda melihat tutupnya basah; Anda sudah tahu apa itu semua: itu air yang dihasilkan dengan membakar lilin dari aksi udara pada hidrogen. Tapi selain itu, sesuatu keluar dari tabung outlet di bagian atas; itu bukan uap air, bukan air, zat ini tidak mengembun, dan selain itu, ia memiliki sifat khusus. Anda lihat bahwa pancaran yang keluar dari tabung hampir berhasil memadamkan api yang saya bawa ke sana; jika saya menyimpan serpihan yang menyala langsung di aliran keluar, itu akan benar-benar padam. "Tidak apa-apa," kata Anda; jelas, inilah mengapa Anda tidak terkejut bahwa nitrogen tidak mendukung pembakaran dan harus memadamkan api, karena lilin tidak menyala di dalamnya. Tapi apakah tidak ada apa-apa di sini selain nitrogen?

Di sini saya harus mendahului diri saya sendiri: berdasarkan pengetahuan saya, saya akan mencoba membekali Anda dengan metode ilmiah untuk menyelidiki gas semacam itu dan menjelaskan pertanyaan-pertanyaan ini secara umum.

Ambil toples kosong dan pegang di atas tabung outlet sehingga produk lilin yang terbakar terkumpul di dalamnya. Tidak akan sulit bagi kita untuk menemukan bahwa tidak hanya udara yang terkumpul dalam toples ini, tetapi juga gas yang memiliki sifat lain. Untuk melakukan ini, saya mengambil sedikit kapur, tuangkan sendiri dan aduk rata. Menempatkan lingkaran kertas saring ke dalam corong, saya menyaring campuran ini melalui itu, dan air bersih dan transparan mengalir ke dalam labu yang ditempatkan di bawahnya. Saya memiliki air sebanyak yang saya suka di bejana lain, tetapi demi persuasif, saya lebih suka menggunakan dalam percobaan lebih lanjut persis air kapur yang disiapkan di depan mata Anda.

Jika Anda menuangkan sedikit air bersih dan transparan ini ke dalam toples tempat kami mengumpulkan gas yang berasal dari lilin yang menyala, Anda akan segera melihat bagaimana perubahan akan terjadi ... Anda lihat, airnya telah benar-benar menjadi putih! Harap dicatat bahwa ini tidak akan berfungsi dari udara biasa. Ini adalah kapal dengan udara; Saya menuangkan air kapur ke dalamnya, tetapi baik oksigen, nitrogen, maupun apa pun yang ada dalam jumlah udara ini, tidak akan menyebabkan perubahan apa pun pada air kapur; tidak peduli bagaimana kita mengocoknya bersama dengan udara biasa yang terkandung dalam wadah ini, tetap benar-benar transparan. Namun, jika Anda mengambil labu ini dengan air jeruk nipis dan membawanya ke dalam kontak dengan seluruh massa produk pembakaran lilin, itu akan dengan cepat memperoleh rona putih susu.

Zat putih seperti kapur dalam air ini terdiri dari kapur, yang telah kita ambil untuk menyiapkan air kapur, dikombinasikan dengan sesuatu yang keluar dari lilin, yaitu, hanya produk yang kita coba tangkap dan yang akan saya bahas memberitahu Anda hari ini. Zat ini menjadi terlihat oleh kita melalui reaksinya terhadap air kapur, di mana perbedaannya dari oksigen, nitrogen, dan uap air dimanifestasikan; ini adalah zat baru bagi kami, diperoleh dari lilin. Karena itu, untuk memahami pembakaran lilin dengan benar, kita juga harus mencari tahu bagaimana dan dari apa bubuk putih ini diperoleh. Dapat dibuktikan bahwa memang kapur; jika Anda memasukkan kapur basah ke dalam retort dan memanaskannya sampai membara, zat yang sama akan dilepaskan darinya seperti dari lilin yang menyala.

Ada cara lain yang lebih baik untuk mendapatkan zat ini, dan terlebih lagi dalam jumlah besar, jika Anda ingin mengetahui apa sifat utamanya. Zat ini, ternyata, berlimpah di mana tidak terpikir oleh Anda untuk mencurigai keberadaannya. Gas ini, yang dilepaskan selama pembakaran lilin dan disebut karbon dioksida, ditemukan dalam jumlah besar di semua batugamping, di kapur, di cangkang, di karang. Konstituen udara yang menarik ini terikat di semua batu ini; Setelah menemukan zat ini di bebatuan seperti marmer, kapur, dll., ahli kimia Dr. Black menyebutnya "udara terikat", karena tidak lagi dalam keadaan gas, tetapi telah menjadi bagian dari benda padat.

Gas ini mudah diperoleh dari marmer. Ada sedikit asam klorida di bagian bawah toples ini; serpihan yang terbakar, diturunkan ke dalam toples, akan menunjukkan bahwa tidak ada apa pun di dalamnya kecuali udara biasa. Berikut adalah potongan-potongan marmer - marmer bermutu tinggi yang indah; Saya membuangnya ke dalam toples asam dan ternyata seperti bisul yang hebat. Namun, bukan uap air yang dilepaskan, melainkan sejenis gas; dan jika sekarang saya menguji isi toples dengan serpihan yang terbakar, saya akan mendapatkan hasil yang persis sama seperti dari gas yang keluar dari pipa outlet di atas lilin yang menyala. Tidak hanya aksi di sini yang sama, tetapi juga disebabkan oleh zat yang persis sama yang dipancarkan dari lilin; dengan cara ini kita bisa mendapatkan karbon dioksida dalam jumlah besar: lagipula sekarang toples kita sudah hampir penuh.

Kami juga dapat memastikan bahwa gas ini tidak hanya terkandung dalam marmer.

Ini adalah toples besar air tempat saya menuangkan kapur (dari jenis yang Anda temukan secara komersial untuk plesteran, yaitu, dicuci dengan air dan dibersihkan dari partikel kasar).

Berikut adalah asam sulfat kuat; asam inilah yang kita perlukan jika Anda ingin mengulangi percobaan kami di rumah (perhatikan bahwa ketika asam ini bekerja pada batu kapur dan batuan serupa, endapan yang tidak larut diperoleh, sedangkan asam klorida memberikan zat yang larut, dari mana air tidak mengental banyak).

Anda mungkin tertarik dengan pertanyaan mengapa saya melakukan eksperimen ini dalam hidangan seperti itu. Sehingga Anda dapat mengulangi dalam skala kecil apa yang saya lakukan di sini dalam skala besar. Di sini Anda akan melihat fenomena yang sama seperti sebelumnya: dalam toples besar ini saya mengekstrak karbon dioksida, di alam dan sifat-sifatnya sama dengan yang kami peroleh saat membakar lilin di udara atmosfer. Dan tidak peduli betapa berbedanya kedua cara memperoleh karbon dioksida ini, Anda akan diyakinkan pada akhir penelitian kami bahwa ternyata sama dalam segala hal, terlepas dari metode perolehannya.

Mari kita beralih ke percobaan berikutnya untuk memperjelas sifat gas ini. Ini sekaleng penuh gas ini - kami akan mengujinya dengan pembakaran, yaitu, dengan cara yang sama seperti yang telah kami uji sejumlah gas lainnya. Seperti yang Anda lihat, dia sendiri tidak terbakar dan tidak mendukung pembakaran. Selanjutnya, kelarutannya dalam air dapat diabaikan: karena, seperti yang telah Anda lihat, mudah untuk mengumpulkannya di atas air. Selain itu, Anda tahu bahwa ia memberikan reaksi khas dengan air kapur, yang berubah menjadi putih darinya; dan terakhir, karbon dioksida termasuk sebagai salah satu komponen dalam kapur karbonik, yaitu batugamping.

Sekarang saya akan menunjukkan kepada Anda bahwa karbon dioksida masih larut dalam air, meskipun sedikit, dan dalam hal ini, oleh karena itu, berbeda dari oksigen dan hidrogen. Berikut adalah perangkat untuk mendapatkan solusi seperti itu. Di bagian bawah alat ini adalah marmer dan asam, dan di bagian atas, air dingin. Katup dirancang agar gas dapat mengalir dari dasar kapal ke atas. Sekarang saya akan menempatkan peralatan saya ke dalam tindakan ... Lihat bagaimana gelembung gas naik melalui air. Aparat telah bekerja dengan kami sejak kemarin malam, dan kami pasti akan menemukan bahwa beberapa gas telah larut. Saya menyalakan keran, menuangkan air ini ke dalam gelas dan mencicipinya. Ya, itu asam - mengandung karbon dioksida. Jika dikeringkan dengan air kapur, pemutihan yang khas akan terjadi, membuktikan adanya karbon dioksida.

Karbon dioksida sangat berat, lebih berat dari udara atmosfer. Tabel menunjukkan massa karbon dioksida dan beberapa gas lain yang telah kita pelajari.

Pint Kubik. kaki

(biji-bijian) (oz)

Hidrogen. . . . 3/4 1/12

Oksigen. . . . 11 9/10 1 1/3

Nitrogen. . . . . . 10 4/10 1 1/6

Udara. . . . . 10 7/10 1 1/5

Karbon dioksida. 16 1/3 1 9/10

Tingkat keparahan karbon dioksida dapat ditunjukkan dalam sejumlah percobaan. Pertama-tama, mari kita ambil, misalnya, gelas tinggi, di mana tidak ada apa-apa selain udara, dan kami akan mencoba menuangkan sedikit karbon dioksida dari bejana ini ke dalamnya. Mustahil untuk menilai dari penampilan apakah saya berhasil atau tidak; tapi kami punya cara untuk memeriksanya (Mencelupkan lilin yang menyala ke dalam gelas, itu padam). Anda lihat, gas benar-benar meluap di sini. Dan jika saya mengujinya dengan air kapur, tes ini akan memberikan hasil yang sama. Kami punya, seolah-olah, sumur dengan karbon dioksida di bagian bawah (sayangnya, sumur seperti itu kadang-kadang harus ditangani dalam kenyataan); mari kita jatuhkan ember mini ini ke dalamnya. Jika ada karbon dioksida di bagian bawah kapal, itu dapat diambil dengan ember ini dan dikeluarkan dari "sumur". Mari kita lakukan tes dengan serpihan ... Ya, lihat, ember itu penuh dengan karbon dioksida.

Beras. tigapuluh.

Berikut adalah eksperimen lain yang menunjukkan bahwa karbon dioksida lebih berat daripada udara. Bank seimbang pada timbangan; sekarang hanya ada udara di dalamnya. Ketika saya menuangkan karbon dioksida ke dalamnya, ia segera tenggelam dari berat gas. Jika saya memeriksa toples dengan serpihan yang terbakar, Anda akan melihat bahwa karbon dioksida benar-benar masuk ke sana: isi toples tidak dapat mendukung pembakaran.

Beras. 31.

Jika saya mengembang gelembung sabun dengan napas saya, yaitu, tentu saja, dengan udara, dan menjatuhkannya ke dalam toples karbon dioksida ini, itu tidak akan jatuh ke dasar. Tetapi pertama-tama, saya akan mengambil balon seperti itu, yang digelembungkan dengan udara, dan dengan bantuannya saya akan memeriksa di mana kira-kira tingkat karbon dioksida dalam toples ini. Anda lihat, bola tidak jatuh ke bawah; Saya menuangkan karbon dioksida ke dalam kaleng dan bola naik lebih tinggi. Sekarang mari kita lihat apakah saya bisa meledakkan gelembung sabun dan membuatnya tetap dalam suspensi dengan cara yang sama. (Dosen mengembang gelembung sabun dan membuangnya ke dalam toples karbon dioksida, di mana gelembung tetap dalam suspensi.) Soalnya, gelembung sabun, seperti balon, terletak di permukaan karbon dioksida justru karena gas ini lebih berat daripada udara, Dari buku What Light Tells About pengarang Suvorov Sergey Georgievich

Sifat gelombang cahaya. Pengalaman Young Hipotesis sel-sel Newton tentang cahaya mendominasi untuk waktu yang sangat lama - lebih dari seratus lima puluh tahun. Tetapi pada awal abad ke-19, fisikawan Inggris Thomas Jung (1773-1829) dan fisikawan Prancis Augustin Fresnel (1788-1827) membuat eksperimen yang

Dari buku What Light Tells pengarang Suvorov Sergey Georgievich

Cahaya dan sifat-sifat kimia atom Kami membahas spektrum optik atom dari halaman pertama buku kami. Mereka diamati oleh fisikawan pada awal perkembangan analisis spektral. Merekalah yang berfungsi sebagai tanda untuk mengidentifikasi unsur-unsur kimia, untuk setiap bahan kimia

Dari buku The History of the Candle penulis Faraday Michael

KULIAH II LILIN. KECERAHAN DARI FLAME. UDARA DIBUTUHKAN UNTUK PEMBAKARAN. PEMBENTUKAN AIR Pada kuliah terakhir, kita melihat sifat-sifat umum dan lokasi bagian cair dari lilin, serta bagaimana cairan ini sampai ke tempat terjadinya pembakaran. Apakah Anda memastikan bahwa ketika lilin

Dari buku The History of the Candle penulis Faraday Michael

KULIAH III PRODUK PEMBAKARAN. AIR YANG DIHASILKAN SAAT TERBAKAR. SIFAT AIR. BAHAN KOMPLEKS. HIDROGEN Saya harap Anda ingat dengan baik bahwa di akhir kuliah terakhir saya menggunakan ungkapan "produk pembakaran lilin". Bagaimanapun, kita telah melihat bahwa ketika lilin menyala, kita bisa, dengan bantuan

Dari buku The History of the Candle penulis Faraday Michael

KULIAH IV HIDROGEN DALAM LILIN. HIDROGEN TERBAKAR DAN DIUBAH MENJADI AIR. KOMPONEN AIR LAINNYA ADALAH OKSIGEN Saya melihat bahwa Anda belum bosan dengan lilin, jika tidak, Anda tidak akan terlalu tertarik dengan topik ini. Ketika lilin kami menyala, kami menemukan bahwa itu menghasilkan jumlah air yang persis sama

Dari buku The History of the Candle penulis Faraday Michael

KULIAH VI KARBON, ATAU BATUBARA. GAS. NAFAS DAN KESAMAANNYA DENGAN PEMBAKARAN LILIN. KESIMPULAN Seorang wanita, yang memberi saya kehormatan untuk menghadiri kuliah ini, membantu saya lagi dengan mengirimi saya dua lilin yang dibawa dari Jepang ini. Seperti yang Anda lihat, mereka adalah

penulis Eternus

Dari buku Theory of the Universe penulis Eternus

pengarang

20. Sifat mekanik padatan dan jaringan biologis Ciri khas padatan adalah kemampuannya untuk mempertahankan bentuknya. Padatan dapat dibagi menjadi kristal dan amorf. Ciri khas dari keadaan kristal adalah anisotropi -

pengarang

21. Sifat mekanik jaringan biologis Sifat mekanik jaringan biologis dipahami sebagai dua varietasnya. Salah satunya terkait dengan proses mobilitas biologis: kontraksi otot hewan, pertumbuhan sel, pergerakan kromosom dalam sel selama pembelahannya, dll.

Dari buku Fisika Medis pengarang Podkolzina Vera Alexandrovna

30. Sifat fisika dan parameter membran Pengukuran mobilitas molekul membran dan difusi partikel melalui membran menunjukkan bahwa lapisan bilipid berperilaku seperti cairan. Namun, membran adalah struktur yang teratur. Kedua fakta ini menunjukkan bahwa

Dari buku Fisika Medis pengarang Podkolzina Vera Alexandrovna

38. Kekuatan medan magnet dan sifat-sifat lainnya Kekuatan medan magnet tergantung pada sifat-sifat medium, dan hanya ditentukan oleh kekuatan arus yang mengalir melalui rangkaian. Kekuatan medan magnet yang diciptakan oleh arus searah terdiri dari kekuatan medan,

Dari buku Fisika Medis pengarang Podkolzina Vera Alexandrovna

39. Sifat magnet dan sifat magnetik jaringan manusia Molekul paramagnet memiliki momen magnet yang tidak nol. Dengan tidak adanya medan magnet, momen-momen ini diatur secara acak dan magnetisasinya adalah nol. Derajat pemesanan magnet

pengarang

Dari buku The New Book of Facts. Jilid 3 [Fisika, kimia dan teknologi. Sejarah dan arkeologi. Aneka ragam] pengarang Kondrashov Anatoly Pavlovich

Invensi ini berhubungan dengan generator oksigen untuk pernapasan dan dapat digunakan dalam peralatan pernapasan untuk penggunaan pribadi, digunakan dalam situasi darurat, seperti pemadaman kebakaran. Untuk mengurangi laju pembentukan oksigen dan meningkatkan keandalan selama operasi jangka panjang, generator oksigen pirokimia yang berisi blok tekan dari sumber oksigen padat dengan elemen penyala transisi, perangkat inisiasi, insulasi termal, dan sistem penyaringan yang ditempatkan dalam wadah logam. , dilengkapi dengan pipa outlet untuk oksigen, memiliki blok sumber oksigen padat dalam bentuk paralelepiped, sedangkan komposisi natrium klorat, kalsium dan magnesium peroksida digunakan sebagai sumber oksigen padat. Elemen penyala transisi dibuat dari campuran kalsium peroksida dengan magnesium dan ditekan dalam bentuk tablet baik ke ujung atau ke sisi sisi samping, dan balok itu sendiri diletakkan berlapis-lapis dan secara zig-zag di masing-masing lapisan. 1 detik p.f-ly, 2 sakit.

Invensi ini berhubungan dengan generator oksigen untuk pernapasan dan dapat digunakan dalam peralatan pernapasan untuk penggunaan pribadi, digunakan dalam situasi darurat, seperti pemadaman kebakaran. Generator oksigen pirokimia adalah perangkat yang terdiri dari rumahan, di dalamnya terdapat komposisi yang mampu melepaskan oksigen karena proses pirokimia yang merambat sendiri: lilin oksigen, perangkat pengapian untuk memulai pembakaran lilin, sistem filter untuk pemurnian gas dari kotoran dan asap, isolasi termal. Melalui pipa outlet, oksigen disuplai ke tempat konsumsi melalui pipa. Pada generator oksigen yang paling dikenal, lilin dibuat dalam bentuk monoblok silinder. Waktu pembakaran lilin semacam itu tidak melebihi 15 menit. Pengoperasian generator yang lebih lama dicapai dengan menggunakan beberapa blok (elemen) yang ditumpuk sehingga bersentuhan dengan ujungnya. Ketika pembakaran satu balok berakhir, impuls termal memulai pembakaran elemen berikutnya dari lilin, dan seterusnya sampai benar-benar habis. Untuk pengapian yang lebih andal, komposisi piroteknik penyalaan perantara ditekan ke ujung elemen yang menerima impuls, yang memiliki lebih banyak energi dan kepekaan yang lebih besar terhadap impuls termal daripada komposisi utama lilin. Generator oksigen pirokimia yang dikenal beroperasi pada lilin klorat jenis termokatalitik yang mengandung natrium klorat, barium peroksida, besi dan aditif pengikat, atau lilin klorat katalitik, yang terdiri dari natrium klorat dan katalis, seperti oksida atau peroksida natrium atau kalium Generator kimia yang diketahui melepaskan oksigen pada tingkat tidak kurang dari 4 l / menit, yang beberapa kali lebih tinggi dari kebutuhan fisiologis seseorang. Pada komposisi yang diketahui, laju pembentukan oksigen yang lebih rendah tidak dapat diperoleh. Dengan penurunan diameter blok lilin, mis. area depan yang terbakar, yang dapat menyebabkan penurunan kecepatan, lilin kehilangan kemampuannya untuk menyala. Untuk mempertahankan kinerja lilin, perubahan energi diperlukan dengan meningkatkan proporsi bahan bakar dalam komposisi, yang mengarah pada peningkatan laju pembakaran dan, dengan demikian, peningkatan laju evolusi oksigen. Generator yang dikenal mengandung blok padat dari sumber oksigen padat dengan elemen penyala sementara, perangkat inisiasi, insulasi termal, dan sistem penyaringan dalam wadah logam dengan pipa keluar untuk oksigen. Lilin oksigen dalam generator ini memiliki komposisi natrium klorat dan oksida dan natrium peroksida dan terdiri dari blok silinder terpisah yang saling bersentuhan di ujungnya. Penyala transisi ditekan ke ujung setiap blok dan memiliki komposisi aluminium dan oksida besi. Bagian dari balok memiliki bentuk melengkung, yang memungkinkan untuk meletakkannya dalam garis berbentuk U, berbentuk U, dalam spiral, dll. Karena tingkat produksi oksigen yang tinggi, berat total lilin oksigen meningkat, yang diperlukan untuk memastikan pengoperasian generator jangka panjang. Misalnya, untuk mengoperasikan generator prototipe selama 1 jam, diperlukan lilin dengan berat sekitar 1,2 kg. Tingkat pembangkitan yang tinggi juga mengarah pada kebutuhan untuk memperkuat insulasi termal, yang juga terkait dengan peningkatan berat generator tambahan. Blok melengkung (sudut) sulit dibuat dan memiliki kekuatan mekanik yang rendah: mereka mudah patah di tikungan, yang mengarah pada penghentian pembakaran saat putus, mis. mengurangi keandalan pengoperasian generator yang berkelanjutan dalam jangka panjang. Tujuan dari penemuan ini adalah untuk mengurangi laju pembangkitan oksigen dan meningkatkan keandalan selama operasi jangka panjang dari generator. Hal ini dicapai dengan fakta bahwa generator oksigen pirokimia, yang berisi blok tekan dari sumber oksigen padat dengan elemen penyala transisi, perangkat inisiasi, insulasi termal dan sistem filter, ditempatkan dalam wadah logam yang dilengkapi dengan pipa outlet untuk oksigen, telah blok sumber oksigen padat dalam bentuk paralelepiped, sedangkan sebagai sumber oksigen padat digunakan komposisi natrium klorat, kalsium dan magnesium peroksida; elemen penyala transisi dibuat dari campuran kalsium peroksida dengan magnesium dan ditekan dalam bentuk tablet baik ke ujung atau ke sisi sisi balok, dan balok itu sendiri diletakkan berlapis-lapis dan secara zig-zag di masing-masing lapisan. Gambar 1 menunjukkan generator pirokimia, tampilan Umum. Generator memiliki kasing logam 1, di ujungnya terdapat perangkat pemicu 2. Di bagian atas kasing terdapat pipa cabang 3 untuk saluran keluar oksigen. Blok 4 dari sumber oksigen padat ditumpuk berlapis-lapis dan diisolasi satu sama lain dan dari dinding wadah dengan gasket 5 yang terbuat dari keramik berpori. Di atas seluruh permukaan lapisan atas balok dan permukaan atas rumahan, jaring logam 6 ditempatkan, di antaranya terdapat filter multilayer 7. Pada Gambar. 2 menunjukkan tata letak satu lapisan blok sumber oksigen padat di generator. Dua jenis blok digunakan - panjang 4 dengan tablet penyala transisi yang ditekan 9 di ujung blok dan pendek 8 dengan tablet penyala transisi di dinding samping. Generator diaktifkan ketika perangkat inisiasi 2 dihidupkan, dari mana komposisi pengapian 10 dinyalakan dan balok lilin pertama menyala. Bagian depan pembakaran bergerak terus menerus di sepanjang badan lilin, melewati dari blok ke blok pada titik kontak melalui penyala transisi tablet 9. Sebagai hasil pembakaran lilin, oksigen dilepaskan. Aliran oksigen yang dihasilkan melewati pori-pori keramik 5, sementara sebagian didinginkan dan memasuki sistem filter. Melewati mesh dan filter logam, itu juga didinginkan dan dibebaskan dari kotoran dan asap yang tidak diinginkan. Melalui pipa 3 keluar oksigen murni yang cocok untuk bernafas. Laju pembentukan oksigen, tergantung pada kebutuhan, dapat diubah dalam kisaran 0,7 hingga 3 l / menit, mengubah komposisi sumber oksigen padat dalam rasio berat NaClO 4 CaO 2 Mg 1 (0,20-0,24) (0,04- 0,07) dan komposisi elemen penyalaan CaO 2 Mg dengan perbandingan berat 1 (0,1-0,2). Pembakaran satu lapis blok sumber oksigen padat berlangsung selama 1 jam. Berat total elemen lilin selama satu jam pembakaran adalah 300 g; pelepasan panas total sekitar 50 kkal/jam. Dalam generator yang diusulkan, lilin oksigen dalam bentuk elemen parallelepiped menyederhanakan koneksi satu sama lain dan memungkinkan pengemasan yang rapat dan kompak. Pengikatan kaku dan pengecualian mobilitas blok paralelepiped memastikan keamanannya selama transportasi dan digunakan sebagai bagian dari alat bantu pernapasan, dan dengan demikian meningkatkan keandalan operasi generator jangka panjang.

Mengeklaim

"Menggunakan kontradiksi kimia dalam proyek inovatif: lilin oksigen"

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

Anotasi.

Dalam karya sebelumnya, kami memperkenalkan konsep kontradiksi kimia (CP) yang diselesaikan dengan memasukkan atau menghilangkan suatu zat dari komposisi. Dalam makalah ini, kami menganalisis algoritma untuk memecahkan HP pada contoh salah satu proyek inovatif.

pengantar

Kontradiksi kimia cukup sering muncul selama implementasi proyek inovatif, tetapi tidak dirumuskan secara eksplisit, sehingga keberhasilan proyek semacam itu hanya ditentukan oleh pengetahuan dan pelatihan ilmiah tim inventif. Klasifikasi metode untuk memecahkan HP yang diberikan dalam pekerjaan kami sebelumnya memungkinkan kami untuk mengusulkan di sini algoritma langkah demi langkah untuk memecahkan HP, yang dirancang untuk mensistematisasikan pencarian ilmiah dan, mungkin, untuk memfasilitasi presentasi hasil pekerjaan ke orang yang jauh dari pencarian seperti itu.

Kebutuhan akan solusi untuk HP, sebagai suatu peraturan, muncul pada tahap akhir (verifikasi) dari sebuah proyek inovatif. Kemungkinan arah penelitian, area solusi yang dapat diterima, dan keterbatasan diidentifikasi pada tahap proyek sebelumnya. Algoritme yang diusulkan tidak mengklaim lengkap dan harus disempurnakan saat proyek selesai.

Algoritma langkah-demi-langkah untuk memecahkan HP

Merumuskan HP
Pilih solusi: (1) Masuknya zat tambahan atau (2) pemisahan zat dari komposisi. Pemisahan biasanya membutuhkan transfer zat menjadi fase cair atau gas. Jika, menurut kondisi masalah, zat berada dalam fase padat, metode (1) dipilih
Tentukan kelas zat atau kelompok teknologi untuk (1) atau (2) masing-masing.
Gunakan pencarian berorientasi fitur ( PESOLEK) untuk mengidentifikasi teknologi yang sedekat mungkin dengan yang diinginkan. Pencarian ini terutama difokuskan pada makalah ilmiah dan teknologi perincian paten.
Menggunakan transfer properti(PS) dari objek yang ditemukan ke objek yang diperbaiki.
Pilih komposisi yang dioptimalkan berdasarkan hasil FOP dan kendala proyek.
Rencanakan serangkaian eksperimen dan, jika diperlukan, bangun fasilitas laboratorium untuk mengoptimalkan komposisi
Lakukan eksperimen dan gambarkan hasilnya optimasi pada diagram fase atau segitiga komposisi
Jika hasil optimasi tidak memuaskan, kembali ke poin 3 dan ubah komposisi komposisi atau menyelesaikan pekerjaan.

Contoh 1. Lilin oksigen (Katalis).

Konteks: Masalah ini muncul selama penemuan "rokok tanpa asap" - rokok harus dibakar dalam wadah tertutup, memberi perokok hanya asap ketika dihisap.

Pembatasan: kasingnya harus kecil (dibawa di saku) dan murah.

Perlu dicatat bahwa sebatang rokok mati dalam beberapa detik karena kehabisan oksigen, sehingga pengembangan generator oksigen kimia (sekali pakai) yang murah diakui sebagai tugas utama proyek.

Kemungkinan Solusi: Oksigen berasal dari penguraian garam Berthollet. Suhu dan laju reaksi dikurangi dengan menambahkan katalis (Fe 2 O 3), yang menurunkan ambang aktivasi.

Solusi langkah demi langkah:

rumus hp: Gas oksigen harus ada di zona pembakaran untuk mendukung pembakaran dan tidak boleh ada di zona pembakaran untuk menghindari ledakan termal.
cara solusi: Kami memilih arah (1) - penambahan zat tambahan, karena, berdasarkan kondisi masalah, kami harus menyimpan zat pengoksidasi dalam keadaan agregasi padat.
Spesifikasi kelas zat: Zat yang melepaskan atau menyerap sejumlah besar energi.
hasil FOP: sebuah sistem ditemukan di pasar yang melakukan fungsi menghasilkan oksigen murni - inilah yang disebut. lilin oksigen yang banyak digunakan di pesawat penumpang untuk suplai oksigen darurat untuk pernapasan penumpang. Perangkat lilin oksigen cukup kompleks (lihat, misalnya,), dan biasanya mencakup tangki penyimpanan penyangga dengan sistem katup, karena. oksigen dilepaskan lebih cepat dari yang dibutuhkan konsumen.
Mentransfer properti: Penting untuk mentransfer properti untuk menghasilkan oksigen dari lilin oksigen yang ditemukan ke lilin mini yang diperlukan. Penggunaan tangki penyangga di perangkat kami tidak dapat diterima karena pembatasan yang diberlakukan, sehingga pekerjaan lebih lanjut dikurangi untuk mengoptimalkan komposisi kimia lilin.
Pilihan komposisi komposisi: Sistem pengoksidasi bahan bakar biner dengan kesetimbangan bergeser ke arah pengoksidasi dipilih sebagai sistem basa. Garam berthollet bertindak sebagai agen pengoksidasi yang tersedia, dan pati berfungsi sebagai bahan bakar dan pengikat.
Desain percobaan dan pengaturan laboratorium: Perlu dilakukan serangkaian percobaan pada campuran pati dan garam bartol dengan konsentrasi pati yang berbeda, mengukur waktu reaksi dan hasil oksigen. Untuk tujuan ini, perlu untuk mengembangkan dan merakit laboratorium dengan kemungkinan pengapian listrik jarak jauh, kontrol visual waktu reaksi, dan penilaian kuantitatif konsentrasi oksigen. Pabrik yang dirakit ditunjukkan pada Gambar.1.
Hasil dan kesimpulan percobaan: Eksperimen pertama menunjukkan bahwa dalam sistem biner ini tidak ada solusi yang diinginkan - dengan sedikit tambahan bahan bakar, lilin yang menyala padam dalam kasing, dengan peningkatan jumlah bahan bakar, pembakaran lilin terjadi sangat cepat - dalam satu atau dua detik bukan satuan menit yang diinginkan => Kembali ke poin 3. Langkah-langkah iterasi berulang selanjutnya ditunjukkan dengan indeks "+".
Cara Solusi+: penambahan zat tambahan.
Penyempurnaan kelas zat+: Katalis
FOP dan PS+: Studi perangkat korek api memungkinkan kita untuk menyimpulkan bahwa MnO 2 dan Fe 2 O 3 adalah katalis untuk penguraian garam Berthollet.
Pemilihan komposisi +: zat ketiga, oksida besi (Fe 2 O 3), dicampur ke dalam komposisi dasar, yang secara bersamaan bertindak sebagai katalis untuk penguraian garam Berthollet, menurunkan ambang aktivasi reaksi, dan pengisi inert yang menghilangkan panas dari zona reaksi.
Desain Eksperimen dan Penyiapan Lab+: mantan (Gbr.1). Pengaruh penambahan katalis ke dalam campuran tidak terlihat jelas sebelumnya, oleh karena itu pencampuran katalis dimulai dari nilai yang kecil dan sesuai dengan peraturan keselamatan.
Hasil percobaan dan kesimpulan +: Karena sifat dua tahap dari reaksi dekomposisi garam Berthollet, penambahan katalis secara signifikan mengurangi suhu dan, karenanya, laju reaksi.

Beras. satu. Instalasi laboratorium untuk menentukan parameter pembakaran dan konsentrasi oksigen dalam produk pembakaran lilin oksigen.

Penambahan katalis, sebagai tambahan, memungkinkan untuk secara signifikan mengurangi jumlah marjinal bahan bakar dalam campuran, di mana reaksi yang stabil masih dipertahankan. Aditif kontrol ke sistem dua komponen dasar pengisi inert (Aerosil SiO 2 ) tidak menyebabkan perubahan nyata dalam laju pembakaran.

Lilin oksigen di luar angkasa

Di ISS, oksigen adalah sumber daya yang sangat penting. Tetapi apa yang terjadi jika selama kecelakaan atau terjadi kerusakan yang tidak disengaja, sistem pendukung kehidupan, termasuk sistem suplai oksigen, berhenti bekerja? Semua organisme hidup di kapal tidak akan bisa bernapas dan akan mati. Oleh karena itu, terutama untuk kasus seperti itu, astronot memiliki pasokan generator oksigen kimia yang cukup mengesankan, sederhananya, ini lilin oksigen. Bagaimana penggunaan perangkat semacam itu di ruang angkasa bekerja, secara umum, ditampilkan dalam film "Alive".

Dari mana oksigen berasal di dalam pesawat?

Bagaimana cara kerjanya?

Oksigen di dalam pesawat dapat disimpan dalam keadaan gas, cair, dan kriogenik (§ 10.3), dan juga dapat dalam keadaan terikat dalam kombinasi dengan unsur-unsur kimia tertentu.

Kebutuhan oksigen di pesawat ditentukan oleh konsumsi oksigen oleh anggota kru, jumlah kebocorannya ke ruang sekitarnya dan kebutuhan untuk memberi tekanan kembali pada kabin regenerasi setelah depresurisasi paksa atau darurat. Kehilangan oksigen karena kebocoran dari kabin pesawat ruang angkasa biasanya tidak signifikan (misalnya, pada pesawat ruang angkasa Apollo ~ 100g/jam).

Konsumsi oksigen terbesar dapat terjadi saat memberi tekanan ulang pada kabin.

Jumlah oksigen yang dikonsumsi seseorang tergantung pada berat orang tersebut, kondisi fisiknya, sifat dan intensitas aktivitasnya, rasio protein, lemak dan karbohidrat dalam makanan, dan faktor lainnya. Dipercayai bahwa konsumsi oksigen harian rata-rata seseorang, tergantung pada biaya energinya, dapat bervariasi dari 0,6 hingga 1 kg. Saat mengembangkan sistem pendukung kehidupan untuk penerbangan jangka panjang, konsumsi oksigen harian rata-rata per orang biasanya dianggap 0,9-1 kg.

Karakteristik berat dan volume sistem regenerasi ini bergantung pada waktu terbang dan karakteristik sistem untuk menyimpan cadangan oksigen yang diperlukan dan penyerap kotoran berbahaya.

Koefisien a untuk sistem penyimpanan 02 dalam keadaan cair adalah sekitar 0,52-0,53, dalam keadaan kriogenik - 0,7, dan dalam keadaan gas - sekitar 0,8.

Namun, penyimpanan oksigen dalam keadaan kriogenik lebih menguntungkan, karena dalam hal ini, dibandingkan dengan sistem oksigen cair, peralatan yang lebih sederhana diperlukan, karena tidak perlu mentransfer oksigen dari cairan ke fase gas dalam kondisi tanpa bobot.

Sumber oksigen yang menjanjikan adalah senyawa kimia tertentu yang mengandung sejumlah besar oksigen dalam bentuk terikat dan mudah dilepaskan.

Kegunaan menggunakan sejumlah senyawa kimia yang sangat aktif dibenarkan oleh fakta bahwa, bersama dengan pelepasan oksigen sebagai hasil dari reaksi, mereka menyerap karbon dioksida dan air yang dilepaskan selama kehidupan kru. Selain itu, senyawa tersebut mampu menghilangkan bau tak sedap pada suasana kabin, yakni menghilangkan bau tak sedap, zat beracun dan menghancurkan bakteri.

Oksigen dalam kombinasi dengan unsur-unsur lain ada di banyak senyawa kimia. Namun, hanya beberapa dari mereka yang dapat digunakan untuk mendapatkan O2. Saat bekerja di pesawat, senyawa kimia harus memenuhi persyaratan khusus: 1) stabil selama penyimpanan, aman dan andal dalam pengoperasian; 2) mudah melepaskan oksigen, dan dengan kandungan pengotor minimum; 3) jumlah oksigen yang dilepaskan dengan penyerapan simultan CO2 dan H20 harus cukup besar untuk meminimalkan berat sistem dengan pasokan zat.

Pada pesawat ruang angkasa disarankan untuk menggunakan cadangan oksigen dalam senyawa kimia berikut: superoksida logam alkali, hidrogen peroksida, klorat logam alkali.

Potassium superoxide adalah agen evolusi oksigen yang paling banyak dihabiskan.

Kartrid dengan superoksida cocok untuk penyimpanan jangka panjang. Reaksi evolusi oksigen dari kalium superoksida dapat dengan mudah dikontrol. Sangat penting bahwa superoksida melepaskan oksigen pada penyerapan karbon dioksida dan air. Dimungkinkan untuk memastikan bahwa reaksi berlangsung sedemikian rupa sehingga rasio volume karbon dioksida yang diserap dengan volume oksigen yang dilepaskan akan sama dengan koefisien pernapasan manusia.

Untuk melakukan reaksi, aliran gas diperkaya dengan oksigen dan mengandung karbon dioksida dan uap

Pada reaksi utama pertama, 1 kg CO2 menyerap 0,127 kg air dan melepaskan 236 liter gas oksigen. Pada reaksi utama kedua, 1 kg CO2 menyerap 175 liter karbon dioksida dan melepaskan 236 liter gas oksigen.

Karena adanya reaksi sekunder, rasio volume oksigen yang dilepaskan dalam regenerator dengan volume karbon dioksida yang diserap dapat sangat bervariasi dan tidak sesuai dengan rasio volume oksigen yang dikonsumsi seseorang dengan volume karbon. dioksida yang dipancarkannya.

Jalannya reaksi dari satu jenis atau lainnya tergantung pada kandungan uap air dan karbon dioksida dalam aliran gas. Dengan meningkatnya kandungan uap air, jumlah oksigen yang dihasilkan meningkat. Pengaturan produktivitas oksigen pada cartridge regenerasi dilakukan dengan mengubah kandungan uap air pada inlet ke cartridge.

Klorat logam alkali (misalnya NaC103)t c. membentuk lilin klorat.

Hasil oksigen yang mungkin secara praktis dalam kasus ini adalah ~40to/o. Reaksi dekomposisi klorat berlangsung dengan penyerapan panas. Panas yang diperlukan untuk reaksi untuk melanjutkan dilepaskan sebagai hasil dari oksidasi bubuk besi, yang ditambahkan ke lilin klorat. Lilin dinyalakan dengan korek api fosfor atau sekering listrik. Lilin klorat terbakar dengan kecepatan sekitar 10 mm/menit.

Saat menggunakan sistem untuk meregenerasi lingkungan gas di kabin, berdasarkan cadangan gas atau oksigen kriogenik, diperlukan untuk mengeringkan lingkungan gas dari uap air, karbon dioksida, dan kotoran berbahaya.

Pengeringan medium gas dapat dilakukan dengan meniupkan gas melalui penyerap air atau melalui penukar panas yang mendinginkan gas di bawah titik embun, diikuti dengan penghilangan uap air yang terkondensasi.

Portal untuk siswa. Latihan mandiri

Lilin oksigen di luar angkasa

Dari mana oksigen berasal di dalam pesawat?

Bagaimana cara kerjanya?

MENGEKLAIM

Contoh 1. Lilin oksigen (Katalis).

Lilin oksigen di luar angkasa

Dari mana oksigen berasal di dalam pesawat?

Bagaimana cara kerjanya?

ARTIKEL TERKAIT