Dalam Pelajaran 17" Mendapatkan oksigen» dari kursus « Kimia untuk boneka» cari tahu bagaimana oksigen diperoleh di laboratorium; pelajari apa itu katalis dan bagaimana tanaman memengaruhi produksi oksigen di planet kita.
Zat terpenting bagi manusia dan makhluk hidup lainnya yang merupakan bagian dari udara adalah oksigen. Sejumlah besar oksigen digunakan dalam industri, jadi penting untuk mengetahui cara mendapatkannya.
Di laboratorium kimia, oksigen dapat diperoleh dengan memanaskan beberapa zat kompleks, yang meliputi atom oksigen. Di antara zat tersebut adalah zat KMnO 4, yang tersedia di kotak P3K rumah Anda yang disebut "kalium permanganat".
Anda sudah familiar dengan perangkat paling sederhana untuk mendapatkan gas. Jika sedikit bubuk KMnO 4 ditempatkan di salah satu perangkat ini dan dipanaskan, oksigen akan dilepaskan (Gbr. 76):
Oksigen juga dapat diperoleh dengan dekomposisi hidrogen peroksida H 2 O 2 . Untuk melakukan ini, sejumlah kecil zat khusus harus ditambahkan ke tabung reaksi dengan H 2 O 2 - katalisator- dan tutup tabung reaksi dengan sumbat dengan tabung outlet gas (Gbr. 77).
Untuk reaksi ini, katalis adalah zat yang rumusnya adalah MnO 2. Reaksi kimia berikut terjadi:
Perhatikan bahwa tidak ada rumus katalis di sisi kiri atau kanan persamaan. Rumusnya biasanya ditulis dalam persamaan reaksi di atas tanda sama dengan. Mengapa katalis ditambahkan? Proses penguraian H 2 O 2 dalam kondisi ruangan berlangsung sangat lambat. Oleh karena itu, dibutuhkan waktu yang lama untuk mendapatkan oksigen dalam jumlah yang cukup banyak. Namun, reaksi ini dapat dipercepat secara drastis dengan penambahan katalis.
Katalisator Suatu zat yang mempercepat reaksi kimia tetapi tidak dikonsumsi sendiri di dalamnya.
Justru karena katalis tidak digunakan dalam reaksi, kami tidak menuliskan rumusnya di bagian mana pun dari persamaan reaksi.
Cara lain untuk mendapatkan oksigen adalah penguraian air di bawah aksi arus listrik searah. Proses ini disebut elektrolisa air. Anda bisa mendapatkan oksigen di perangkat, secara skematis ditunjukkan pada Gambar 78.
Reaksi kimia berikut terjadi:
Oksigen di alam
Sejumlah besar gas oksigen terkandung di atmosfer, terlarut di perairan laut dan samudera. Oksigen sangat penting bagi semua organisme hidup untuk bernafas. Tanpa oksigen, tidak mungkin memperoleh energi dengan membakar berbagai jenis bahan bakar. Sekitar 2% oksigen atmosfer dikonsumsi setiap tahun untuk kebutuhan ini.
Dari mana asal oksigen di Bumi, dan mengapa jumlahnya tetap konstan meskipun dikonsumsi seperti itu? Satu-satunya sumber oksigen di planet kita adalah tumbuhan hijau, yang memproduksinya di bawah pengaruh sinar matahari melalui proses fotosintesis. Ini adalah proses yang sangat kompleks dengan banyak langkah. Sebagai hasil fotosintesis di bagian hijau tanaman, karbon dioksida dan air diubah menjadi glukosa C 6 H 12 O 6 dan oksigen. Total
persamaan reaksi yang terjadi dalam proses fotosintesis dapat direpresentasikan sebagai berikut:
Telah ditetapkan bahwa sekitar sepersepuluh (11%) oksigen yang dihasilkan oleh tumbuhan hijau disediakan oleh tumbuhan darat, dan sembilan persepuluh (89%) sisanya disediakan oleh tumbuhan air.
Mendapatkan oksigen dan nitrogen dari udara
Cadangan oksigen yang sangat besar di atmosfer memungkinkan untuk memperoleh dan menggunakannya di berbagai industri. Dalam kondisi industri, oksigen, nitrogen dan beberapa gas lainnya (argon, neon) diperoleh dari udara.
Untuk melakukan ini, udara pertama-tama diubah menjadi cairan (Gbr. 79) dengan pendinginan hingga suhu rendah di mana semua komponennya masuk ke keadaan agregasi cair.
Kemudian cairan ini perlahan-lahan dipanaskan, akibatnya, pada suhu yang berbeda, zat-zat yang terkandung di udara direbus secara berurutan (yaitu, transisi ke keadaan gas). Dengan mengumpulkan gas yang mendidih pada suhu yang berbeda, nitrogen, oksigen, dan zat lain diperoleh secara terpisah.
Ringkasan pelajaran:
- Di bawah kondisi laboratorium, oksigen diperoleh dengan penguraian beberapa zat kompleks, yang meliputi atom oksigen.
- Katalis adalah zat yang mempercepat reaksi kimia tanpa dikonsumsi.
- Sumber oksigen di planet kita adalah tumbuhan hijau tempat berlangsungnya proses fotosintesis.
- Dalam industri, oksigen diperoleh dari udara.
semoga pelajaran 17" Mendapatkan oksigen' jelas dan informatif. Jika Anda memiliki pertanyaan, tulis di komentar.
Oksigen adalah gas yang tidak berasa, tidak berbau, dan tidak berwarna. Dalam hal kandungan di atmosfer, ia menempati urutan kedua setelah nitrogen. Oksigen adalah oksidator kuat dan non-logam reaktif. Gas ini ditemukan secara bersamaan oleh beberapa ilmuwan pada abad ke-18. Kimiawan Swedia Scheele adalah orang pertama yang memproduksi oksigen pada tahun 1772. Oksigen dipelajari oleh ahli kimia Prancis Lavoisier, yang memberinya nama "oxygène". Obor yang menyala membantu mendeteksi oksigen: ketika bersentuhan dengan gas, obor menyala terang.
Pentingnya oksigen
Gas ini terlibat dalam proses pembakaran. Oksigen dihasilkan oleh tumbuhan hijau yang daunnya melakukan proses fotosintesis, yang memperkaya atmosfer dengan gas vital ini.
Bagaimana cara mendapatkan oksigen? Gas diekstraksi dari udara dengan cara industri, sedangkan udara dimurnikan dan dicairkan. Planet kita memiliki cadangan air yang sangat besar, salah satunya adalah oksigen. Ini berarti bahwa gas dapat diperoleh dengan menguraikan air. Anda dapat melakukan ini di rumah.
Cara mendapatkan oksigen dari air
Untuk melakukan percobaan, Anda membutuhkan alat dan bahan berikut:
Sumber kekuatan;
Gelas plastik (2 buah);
Elektroda (2 buah);
Mandi galvanis.
Mari kita pertimbangkan proses itu sendiri. Tuang air ke dalam bak galvanik lebih dari setengah volume, lalu tambahkan 2 ml soda api atau asam sulfat encer - ini akan meningkatkan konduktivitas listrik air.
Kami membuat lubang di bagian bawah gelas plastik, kami meregangkan elektroda melaluinya - pelat karbon. Penting untuk mengisolasi celah udara antara kaca dan pelat. Kami menempatkan gelas di bak mandi sehingga elektroda berada di dalam air dan gelas terbalik. Harus ada sedikit udara antara permukaan air dan bagian bawah gelas.
Solder kawat logam ke setiap elektroda, sambungkan ke sumber listrik. Elektroda yang dihubungkan dengan kutub negatif disebut katoda, dan elektroda yang dihubungkan dengan kutub positif disebut anoda.
Arus listrik melewati air - elektrolisis air dilakukan.
elektrolisis air
Reaksi kimia terjadi, di mana dua gas terbentuk. Hidrogen dikumpulkan di dalam gelas dengan katoda, oksigen dikumpulkan di gelas dengan anoda. Pembentukan gas dalam gelas dengan elektroda ditentukan oleh gelembung udara yang naik dari air. Melalui tabung, kami menarik oksigen dari gelas ke wadah lain.
Peraturan keselamatan
Melakukan percobaan kimia untuk mendapatkan oksigen dari air hanya mungkin dilakukan jika peraturan keselamatan dipatuhi. Gas yang dihasilkan selama elektrolisis air tidak boleh dicampur. Hidrogen yang dihasilkan bersifat eksplosif, sehingga tidak boleh bersentuhan dengan udara. Anda dapat mengetahui eksperimen dengan gas apa yang aman dilakukan di rumah.
Cara mendapatkan oksigen di laboratorium
Metode satu: tuangkan kalium permanganat ke dalam tabung reaksi, nyalakan tabung reaksi. Kalium permanganat dipanaskan, oksigen dilepaskan. Kami menangkap gas dengan mandi pneumatik. Intinya: 1 liter oksigen dilepaskan dari 10 g kalium permanganat.
Pemandian Pneumatik oleh Stephen Hales
Metode dua: tuangkan 5 g sendawa ke dalam tabung reaksi, tutup tabung reaksi dengan sumbat tahan api dengan tabung gelas. Kami memperbaiki tabung reaksi di atas meja dengan tripod, meletakkan bak pasir di bawahnya untuk menghindari pemanasan yang berlebihan. Kami menyalakan kompor gas dan mengarahkan api ke tabung reaksi dengan sendawa. Zat mencair, oksigen dilepaskan. Kami mengumpulkan gas melalui tabung kaca ke dalam balon yang diletakkan di atasnya.
Metode tiga: tuangkan kalium klorat ke dalam tabung reaksi dan taruh tabung reaksi di atas api kompor gas, setelah menutupnya dengan sumbat tahan api dengan tabung gelas. Garam bertoletova dalam proses pemanasan melepaskan oksigen. Kami mengumpulkan gas melalui tabung dengan meletakkan balon di atasnya.
Metode empat: kita pasang tabung reaksi kaca di atas meja menggunakan tripod, tuangkan hidrogen peroksida ke dalam tabung reaksi. Setelah kontak dengan udara, senyawa yang tidak stabil terurai menjadi oksigen dan air. Untuk mempercepat reaksi evolusi oksigen, tambahkan arang aktif ke dalam tabung reaksi. Kami menutup tabung reaksi dengan sumbat tahan api dengan tabung gelas, meletakkan balon di atas tabung dan mengumpulkan oksigen.
SIFAT-SIFAT OKSIGEN DAN METODE PRODUKSINYA
Oksigen O 2 adalah unsur yang paling melimpah di bumi. Ini ditemukan dalam jumlah besar dalam bentuk senyawa kimia dengan berbagai zat di kerak bumi (hingga 50% berat), dalam kombinasi dengan hidrogen dalam air (sekitar 86% berat) dan dalam keadaan bebas di udara atmosfer, dicampur terutama dengan nitrogen dalam jumlah 20,93% vol. (23,15% berat).
Oksigen sangat penting dalam perekonomian nasional. Ini banyak digunakan dalam metalurgi; industri kimia; untuk pengobatan api logam, pengeboran api batuan keras, gasifikasi batubara bawah tanah; dalam kedokteran dan berbagai alat pernapasan, misalnya, untuk penerbangan ketinggian, dan di bidang lain.
Dalam kondisi normal, oksigen adalah gas yang tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa, tidak mudah terbakar, tetapi secara aktif mendukung pembakaran. Pada suhu yang sangat rendah, oksigen berubah menjadi cair dan bahkan padat.
Konstanta fisika yang paling penting dari oksigen adalah sebagai berikut:
| Berat molekul | 32 |
| Berat 1 m 3 pada 0 ° C dan 760 mm Hg. Seni. dalam kg | 1,43 |
| Hal yang sama pada 20 ° C dan 760 mm Hg. Seni. dalam kg | 1,33 |
| Suhu kritis dalam °С | -118 |
| Tekanan kritis dalam kgf / m 3 | 51,35 |
| Titik didih pada 760 mm Hg. Seni. dalam °C | -182,97 |
| Berat 1 liter oksigen cair pada -182, 97 °C dan 760 mm Hg. Seni. dalam kg. |
1,13 |
| Jumlah gas oksigen diperoleh dari 1 liter cairan pada 20 ° C dan 760 mm Hg. Seni. di l |
850 |
| Temperatur solidifikasi pada 760 mm Hg. Seni. dalam °С | -218,4 |
Oksigen memiliki aktivitas kimia yang tinggi dan membentuk senyawa dengan semua unsur kimia, kecuali gas langka. Reaksi oksigen dengan zat organik memiliki karakter eksotermik yang nyata. Jadi, ketika oksigen terkompresi berinteraksi dengan zat padat yang mudah terbakar lemak atau terdispersi halus, mereka langsung teroksidasi dan panas yang dilepaskan berkontribusi pada pembakaran spontan zat ini, yang dapat menyebabkan kebakaran atau ledakan. Properti ini harus diperhitungkan secara khusus saat menangani peralatan oksigen.
Salah satu sifat penting oksigen adalah kemampuannya untuk membentuk campuran yang sangat mudah meledak dengan gas yang mudah terbakar dan uap dari cairan yang mudah terbakar, yang juga dapat menyebabkan ledakan dengan adanya nyala api atau bahkan percikan api. Bahan peledak juga merupakan campuran udara dengan gas atau uap yang mudah terbakar.
Oksigen dapat diperoleh: 1) dengan cara kimia; 2) elektrolisis air; 3) dengan cara fisik dari udara.
Metode kimia, yang terdiri dari memperoleh oksigen dari berbagai zat, tidak efisien dan saat ini hanya memiliki signifikansi laboratorium.
Elektrolisis air, yaitu, penguraiannya menjadi komponen - hidrogen dan oksigen, dilakukan dalam peralatan yang disebut elektroliser. Arus searah dilewatkan melalui air, di mana soda kaustik NaOH ditambahkan untuk meningkatkan konduktivitas listrik; oksigen dikumpulkan di anoda dan hidrogen dikumpulkan di katoda. Kerugian dari metode ini adalah konsumsi daya yang tinggi: 12-15 kW dikonsumsi per 1 m 3 0 2 (selain itu, diperoleh 2 m 3 H 2 ). h. Metode ini rasional dengan adanya listrik murah, serta dalam produksi hidrogen elektrolitik, ketika oksigen adalah produk limbah.
Metode fisik terdiri dari pemisahan udara menjadi komponen dengan pendinginan yang dalam. Metode ini memungkinkan untuk memperoleh oksigen dalam jumlah yang praktis tidak terbatas dan merupakan kepentingan industri utama. Konsumsi listrik per 1 m 3 O 2 adalah 0,4-1,6 kW. h, tergantung pada jenis instalasi.
MEMPEROLEH OKSIGEN DARI UDARA
Udara atmosfer pada dasarnya adalah campuran mekanis dari tiga gas dengan kandungan volume berikut: nitrogen - 78,09%, oksigen - 20,93%, argon - 0,93%. Selain itu, mengandung sekitar 0,03% karbon dioksida dan sejumlah kecil gas langka, hidrogen, dinitrogen oksida, dll.
Tugas utama dalam memperoleh oksigen dari udara adalah memisahkan udara menjadi oksigen dan nitrogen. Sepanjang jalan, argon dipisahkan, yang penggunaannya dalam metode pengelasan khusus terus meningkat, serta gas langka, yang memainkan peran penting di sejumlah industri. Nitrogen memiliki beberapa kegunaan dalam pengelasan sebagai gas pelindung, dalam kedokteran dan bidang lainnya.
Inti dari metode ini terletak pada pendinginan udara yang dalam dengan konversinya ke keadaan cair, yang pada tekanan atmosfer normal dapat dicapai dalam kisaran suhu dari -191,8 ° C (awal pencairan) hingga -193,7 ° C ( akhir pencairan).
Pemisahan zat cair menjadi oksigen dan nitrogen dilakukan dengan menggunakan perbedaan titik didihnya, yaitu: T kip. o2 \u003d -182,97 ° C; Titik didih N2 = -195.8 ° C (pada 760 mm Hg).
Dengan penguapan cairan secara bertahap, nitrogen, yang memiliki titik didih lebih rendah, pertama-tama akan masuk ke fase gas, dan saat dilepaskan, cairan akan diperkaya dengan oksigen. Mengulangi proses ini berkali-kali memungkinkan untuk mendapatkan oksigen dan nitrogen dengan kemurnian yang dibutuhkan. Metode pemisahan cairan menjadi bagian-bagian komponennya disebut rektifikasi.
Untuk produksi oksigen dari udara, ada perusahaan khusus yang dilengkapi dengan pabrik berkinerja tinggi. Selain itu, perusahaan pengerjaan logam besar memiliki stasiun oksigen sendiri.
Suhu rendah yang diperlukan untuk mencairkan udara diperoleh dengan cara yang disebut siklus pendinginan. Siklus pendinginan utama yang digunakan dalam instalasi modern dibahas secara singkat di bawah ini.
Siklus pendinginan dengan pelambatan udara didasarkan pada efek Joule-Thomson, yaitu penurunan tajam suhu gas selama ekspansi bebasnya. Diagram siklus ditunjukkan pada gambar. 2.
Udara dikompresi dalam kompresor multi-tahap 1 hingga 200 kgf/cm 2 dan kemudian melewati pendingin 2 dengan air mengalir. Pendinginan udara dalam terjadi di penukar panas 3 dengan aliran balik gas dingin dari kolektor cair (liquefier) 4. Sebagai hasil dari ekspansi udara di katup throttle 5, itu juga didinginkan dan dicairkan sebagian.
Tekanan dalam koleksi 4 diatur dalam 1-2 kgf/cm 2 . Cairan secara berkala dikeringkan dari kolektor ke wadah khusus melalui katup 6. Bagian udara yang tidak dicairkan dikeluarkan melalui penukar panas, mendinginkan bagian baru dari udara yang masuk.
Udara didinginkan ke suhu pencairan secara bertahap; ketika unit dihidupkan, ada periode start-up di mana tidak ada pencairan udara yang diamati, tetapi hanya unit yang mendingin. Periode ini memakan waktu beberapa jam.
Keuntungan dari siklus adalah kesederhanaannya, dan kerugiannya adalah konsumsi daya yang relatif tinggi - hingga 4,1 kW. h per 1 kg udara cair pada tekanan kompresor 200 kgf/cm 2 ; pada tekanan yang lebih rendah, konsumsi daya spesifik meningkat tajam. Siklus ini digunakan dalam instalasi kapasitas kecil dan menengah untuk menghasilkan gas oksigen.
Agak lebih kompleks adalah siklus pelambatan dengan pra-pendinginan amonia.
Siklus refrigerasi tekanan sedang dengan ekspansi dalam expander didasarkan pada penurunan suhu gas selama ekspansi dengan kembalinya kerja eksternal. Selain itu, efek Joule-Thomson juga digunakan. Diagram siklus ditunjukkan pada gambar. 3.
Udara dikompresi dalam kompresor 1 hingga 20-40 kgf / cm 2, melewati lemari es 2 dan kemudian melalui penukar panas 3 dan 4. Setelah penukar panas 3, sebagian besar udara (70-80%) dikirim ke mesin ekspansi piston-ekspander 6, dan bagian udara yang lebih kecil (20-30%) mengalir ke ekspansi bebas ke katup throttle 5 dan kemudian kolektor 7, yang memiliki katup 8 untuk mengalirkan cairan. Dalam ekspander 6
udara, yang sudah didinginkan dalam penukar panas pertama, bekerja - ia mendorong piston mesin, tekanannya turun menjadi 1 kgf / cm 2, yang menyebabkan suhu turun tajam. Dari expander, udara dingin, yang memiliki suhu sekitar -100 ° C, dikeluarkan ke luar melalui penukar panas 4 dan 3, mendinginkan udara yang masuk. Dengan demikian, expander memberikan pendinginan yang sangat efisien dari tanaman pada tekanan yang relatif rendah di kompresor. Pekerjaan expander digunakan dengan berguna dan ini sebagian mengkompensasi energi yang dihabiskan untuk mengompresi udara di kompresor.
Keuntungan dari siklus ini adalah: tekanan kompresi yang relatif rendah, yang menyederhanakan desain kompresor dan meningkatkan kapasitas pendinginan (berkat expander), yang memastikan pengoperasian unit yang stabil ketika oksigen diambil dalam bentuk cair.
Siklus pendinginan tekanan rendah dengan ekspansi dalam turbo-expander, dikembangkan oleh Acad. P. L. Kapitsa, didasarkan pada penggunaan udara bertekanan rendah dengan produksi dingin hanya karena ekspansi udara ini dalam turbin udara (turbo expander) dengan produksi kerja eksternal. Diagram siklus ditunjukkan pada gambar. 4.
Udara dikompresi oleh turbocharger 1 hingga 6-7 kgf/cm 2 , didinginkan dengan air di pendingin 2 dan memasuki regenerator 3 (penukar panas), di mana ia didinginkan oleh aliran balik udara dingin. Hingga 95% udara setelah regenerator dikirim ke turbo expander 4, mengembang hingga tekanan absolut 1 kgf / cm 2 dengan kinerja kerja eksternal dan didinginkan dengan cepat, setelah itu dimasukkan ke dalam ruang tabung kondensor 5 dan mengembunkan sisa udara terkompresi (5%), memasuki anulus. Dari kondensor 5, aliran udara utama diarahkan ke regenerator dan mendinginkan udara yang masuk, dan udara cair dilewatkan melalui katup throttle 6 ke kolektor 7, dari mana mengalir melalui katup 8. Diagram menunjukkan satu regenerator , tetapi pada kenyataannya mereka dipasang beberapa dan dinyalakan secara bergantian.
Keuntungan dari siklus tekanan rendah dengan turbo-expander adalah: efisiensi mesin turbo yang lebih tinggi dibandingkan dengan mesin tipe piston, penyederhanaan skema teknologi, dan peningkatan keandalan dan keamanan ledakan instalasi. Siklus ini digunakan dalam instalasi dengan produktivitas tinggi.
Pemisahan udara cair menjadi komponen dilakukan melalui proses rektifikasi, yang intinya adalah bahwa campuran uap nitrogen dan oksigen yang terbentuk selama penguapan udara cair dilewatkan melalui cairan dengan kandungan oksigen yang lebih rendah. Karena ada lebih sedikit oksigen dalam cairan dan lebih banyak nitrogen, ia memiliki suhu yang lebih rendah daripada uap yang melewatinya, dan ini menyebabkan kondensasi oksigen dari uap dan pengayaan cairan dengan penguapan simultan nitrogen dari cairan, mis. , pengayaan uap di atas cairan .
Gagasan tentang esensi dari proses pembetulan dapat diberikan oleh yang ditunjukkan pada Gambar. Gambar 5 adalah diagram yang disederhanakan dari proses evaporasi dan kondensasi udara cair.
Kami berasumsi bahwa udara hanya terdiri dari nitrogen dan oksigen. Bayangkan ada beberapa bejana yang saling terhubung (I-V), di atas ada udara cair dengan kandungan oksigen 21%. Karena pengaturan bejana yang bertahap, cairan akan mengalir ke bawah dan, pada saat yang sama, secara bertahap akan diperkaya dengan oksigen, dan suhunya akan meningkat.
Mari kita asumsikan bahwa di bejana II ada cairan yang mengandung 30% 0 2 , di bejana III - 40%, di bejana IV - 50%, dan di bejana V - 60% oksigen.
Untuk menentukan kandungan oksigen dalam fase uap, kami menggunakan grafik khusus - gbr. 6, yang kurvanya menunjukkan kandungan oksigen dalam cairan dan uap pada berbagai tekanan.
Mari kita mulai menguapkan cairan dalam bejana V pada tekanan absolut 1 kgf/cm 2 . Seperti yang dapat dilihat dari gambar. 6, di atas cairan dalam bejana ini, yang terdiri dari 60% 0 2 dan 40% N 2, dapat ada uap kesetimbangan dalam komposisi, yang mengandung 26,5% 0 2 dan 73,5% N 2, yang memiliki suhu yang sama dengan cairan . Kami memasukkan uap ini ke dalam bejana IV, di mana cairannya hanya mengandung 50% 0 2 dan 50% N 2 dan karenanya akan lebih dingin. Dari gambar. 6 dapat dilihat bahwa uap di atas zat cair ini hanya dapat mengandung 19% 0 2 dan 81% N 2, dan hanya dalam hal ini suhunya akan sama dengan suhu zat cair di dalam bejana ini.
Oleh karena itu, uap yang disuplai ke bejana IV dari bejana V, yang mengandung 26,5% O 2 , memiliki temperatur yang lebih tinggi dari cairan dalam bejana IV; oleh karena itu, oksigen dari uap mengembun dalam cairan bejana IV, dan sebagian nitrogen darinya akan menguap. Akibatnya, cairan dalam bejana IV akan diperkaya dengan oksigen, dan uap di atasnya dengan nitrogen.
Demikian pula, proses akan berlangsung di bejana lain dan, dengan demikian, ketika mengalir dari bejana atas ke bejana bawah, cairan diperkaya dengan oksigen, mengembunkannya dari uap yang naik dan memberi mereka nitrogennya.
Melanjutkan proses ke atas, Anda bisa mendapatkan uap yang terdiri dari nitrogen hampir murni, dan di bagian bawah - oksigen cair murni. Sebenarnya, proses rektifikasi yang terjadi di kolom distilasi pabrik oksigen jauh lebih rumit daripada yang dijelaskan, tetapi kandungan dasarnya sama.
Terlepas dari skema teknologi instalasi dan jenis siklus pendinginan, proses produksi oksigen dari udara meliputi tahapan berikut:
1) pemurnian udara dari debu, uap air dan karbon dioksida. Pengikatan CO2 dicapai dengan melewatkan udara melalui larutan berair NaOH;
2) kompresi udara di kompresor dengan pendinginan berikutnya di lemari es;
3) pendinginan udara terkompresi dalam penukar panas;
4) ekspansi udara terkompresi dalam katup throttle atau expander untuk pendinginan dan pencairannya;
5) pencairan dan pembetulan udara untuk memperoleh oksigen dan nitrogen;
6) pembuangan oksigen cair ke dalam tangki stasioner dan pemindahan gas oksigen ke dalam penampung gas;
7) kontrol kualitas oksigen yang dihasilkan;
8) mengisi tangki transportasi dengan oksigen cair dan mengisi silinder dengan oksigen gas.
Kualitas oksigen gas dan cair diatur oleh GOST yang relevan.
Menurut GOST 5583-58, oksigen teknis gas dari tiga tingkat diproduksi: yang tertinggi - dengan kandungan setidaknya 99,5% O 2, yang pertama - setidaknya 99,2% O 2 dan yang kedua - setidaknya 98,5% O 2 , sisanya adalah argon dan nitrogen (0,5-1,5%). Kadar air tidak boleh melebihi 0,07 g/l 3 . Oksigen yang diperoleh dengan elektrolisis air tidak boleh mengandung lebih dari 0,7% hidrogen berdasarkan volume.
Menurut GOST 6331-52, oksigen cair dari dua tingkat diproduksi: grade A dengan kandungan setidaknya 99,2% O 2 dan grade B dengan kandungan setidaknya 98,5% O 2. Kandungan asetilen dalam oksigen cair tidak boleh melebihi 0,3 cm 3 /l.
Digunakan untuk intensifikasi berbagai proses di perusahaan industri metalurgi, kimia dan lainnya, oksigen teknologi mengandung 90-98% O 2 .
Kontrol kualitas gas, serta oksigen cair dilakukan secara langsung dalam proses produksi dengan menggunakan instrumen khusus.
Administrasi Peringkat keseluruhan artikel: Diterbitkan: 2012.06.01
Pelajaran ini dikhususkan untuk mempelajari metode modern untuk memperoleh oksigen. Anda akan belajar dengan metode apa dan dari zat apa oksigen diperoleh di laboratorium dan industri.
Topik: Zat dan transformasinya
Pelajaran:Mendapatkan oksigen
Untuk keperluan industri, oksigen harus diperoleh dalam volume besar dan semurah mungkin. Metode memperoleh oksigen ini diusulkan oleh pemenang Hadiah Nobel Peter Leonidovich Kapitsa. Dia menemukan pabrik pencairan udara. Seperti yang Anda ketahui, sekitar 21% volume oksigen ada di udara. Oksigen dapat dipisahkan dari udara cair dengan distilasi, karena: Semua zat di udara memiliki titik didih yang berbeda. Titik didih oksigen adalah -183°C, dan titik didih nitrogen adalah -196°C. Ini berarti bahwa selama distilasi udara cair, nitrogen akan mendidih dan menguap terlebih dahulu, lalu oksigen.
Di laboratorium, oksigen tidak diperlukan dalam jumlah besar seperti di industri. Biasanya dibawa dalam silinder baja biru di mana ia berada di bawah tekanan. Dalam beberapa kasus, masih diperlukan untuk mendapatkan oksigen secara kimia. Untuk ini, reaksi dekomposisi digunakan.
PERCOBAAN 1. Tuangkan larutan hidrogen peroksida ke dalam cawan Petri. Pada suhu kamar, hidrogen peroksida terurai perlahan (kita tidak melihat tanda-tanda reaksi), tetapi proses ini dapat dipercepat dengan menambahkan beberapa butir mangan (IV) oksida ke dalam larutan. Di sekitar butiran oksida hitam, gelembung gas segera mulai menonjol. Ini adalah oksigen. Tidak peduli berapa lama reaksi berlangsung, butiran mangan(IV) oksida tidak larut dalam larutan. Artinya, mangan(IV) oksida berpartisipasi dalam reaksi, mempercepatnya, tetapi tidak dengan sendirinya dikonsumsi di dalamnya.
Zat yang mempercepat reaksi tetapi tidak ikut bereaksi disebut katalis.
Reaksi yang dipercepat oleh katalis disebut katalis.
Percepatan reaksi oleh katalis disebut katalisis.
Dengan demikian, mangan (IV) oksida berfungsi sebagai katalis dalam dekomposisi hidrogen peroksida. Dalam persamaan reaksi, rumus katalis ditulis di atas tanda sama dengan. Mari kita tuliskan persamaan reaksi yang dilakukan. Ketika hidrogen peroksida terurai, oksigen dilepaskan dan air terbentuk. Pelepasan oksigen dari larutan ditunjukkan oleh panah yang menunjuk ke atas:
2. Koleksi tunggal sumber daya pendidikan digital ().
3. Versi elektronik dari jurnal "Chemistry and Life" ().
Pekerjaan rumah
dengan. 66-67 2 - 5 dari Buku Kerja dalam kimia: kelas 8: ke buku teks oleh P.A. Orzhekovsky dan lainnya. Kelas 8” / O.V. Ushakova, P.I. Bespalov, P.A. Orzhekovsky; di bawah. ed. prof. P.A. Orzhekovsky - M.: AST: Astrel: Profizdat, 2006.
Halo. Anda telah membaca artikel saya di blog Tutoronline.ru. Hari ini saya akan memberi tahu Anda tentang oksigen dan cara mendapatkannya. Saya mengingatkan Anda, jika Anda memiliki pertanyaan untuk saya, Anda dapat menuliskannya di komentar artikel. Jika Anda memerlukan bantuan dalam kimia, daftar untuk kelas saya di jadwal. Saya akan dengan senang hati membantu Anda.
Oksigen didistribusikan di alam dalam bentuk isotop 16 O, 17 O, 18 O, yang memiliki persentase berikut di Bumi - masing-masing 99,76%, 0,048%, 0,192%.
Dalam keadaan bebas, oksigen berbentuk tiga modifikasi alotropik : atom oksigen - O o, dioksigen - O 2 dan ozon - O 3. Selain itu, oksigen atom dapat diperoleh sebagai berikut:
KClO 3 \u003d KCl + 3O 0
KNO3 = KNO2 + O0
Oksigen adalah bagian dari lebih dari 1400 mineral dan zat organik yang berbeda, di atmosfer kandungannya adalah 21% volume. Tubuh manusia mengandung hingga 65% oksigen. Oksigen adalah gas tidak berwarna dan tidak berbau, sedikit larut dalam air (3 volume oksigen larut dalam 100 volume air pada 20 ° C).
Di laboratorium, oksigen diperoleh dengan pemanasan moderat zat tertentu:
1) Saat menguraikan senyawa mangan (+7) dan (+4):
2KMnO 4 → K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2
permanganat manganat
kalium kalium
2MnO 2 → 2MnO + O 2
2) Ketika perklorat terurai:
2KClO 4 → KClO 2 + KCl + 3O 2
perklorat
kalium
3) Saat menguraikan garam berthollet (kalium klorat).
Dalam hal ini, oksigen atom terbentuk:
2KClO 3 → 2KCl + 6O 0
klorat
kalium
4) Ketika garam asam hipoklorit terurai dalam cahaya- hipoklorit:
2NaClO → 2NaCl + O 2
Ca(ClO) 2 → CaCl 2 + O 2
5) Saat memanaskan nitrat.
Ini menghasilkan oksigen atom. Bergantung pada posisi apa yang ditempati logam nitrat dalam rangkaian aktivitas, berbagai produk reaksi terbentuk:
2NaNO 3 → 2NaNO 2 + O 2
Ca(NO 3) 2 → CaO + 2NO 2 + O 2
2AgNO 3 → 2 Ag + 2NO 2 + O 2
6) Saat menguraikan peroksida:
2H 2 O 2 2H 2 O + O 2
7) Saat memanaskan oksida logam tidak aktif:
2Ag 2 O 4Ag + O 2
Proses ini relevan dalam kehidupan sehari-hari. Faktanya adalah piring yang terbuat dari tembaga atau perak, yang memiliki lapisan alami film oksida, membentuk oksigen aktif saat dipanaskan, yang merupakan efek antibakteri. Pembubaran garam logam tidak aktif, terutama nitrat, juga mengarah pada pembentukan oksigen. Misalnya, keseluruhan proses melarutkan perak nitrat dapat direpresentasikan secara bertahap:
AgNO 3 + H 2 O → AgOH + HNO 3
2AgOH → Ag2O + O2
2Ag 2 O → 4Ag + O 2
atau dalam bentuk ringkasan:
4AgNO 3 + 2H 2 O → 4Ag + 4HNO 3 + 7O 2
8) Saat memanaskan garam kromium dengan tingkat oksidasi tertinggi:
4K 2 Cr 2 O 7 → 4K 2 CrO 4 + 2Cr 2 O 3 + 3 O 2
dikromat kromat
kalium kalium
Dalam industri, oksigen diperoleh:
1) Dekomposisi elektrolitik air:
2H 2 O → 2H 2 + O 2
2) Interaksi karbon dioksida dengan peroksida:
CO 2 + K 2 O 2 → K 2 CO 3 + O 2
Metode ini merupakan solusi teknis yang sangat diperlukan untuk masalah pernapasan dalam sistem yang terisolasi: kapal selam, ranjau, pesawat ruang angkasa.
3) Ketika ozon berinteraksi dengan zat pereduksi:
O 3 + 2KJ + H 2 O → J 2 + 2KOH + O 2
Yang paling penting adalah produksi oksigen dalam proses fotosintesis. terjadi pada tumbuhan. Semua kehidupan di Bumi pada dasarnya bergantung pada proses ini. Fotosintesis adalah proses multi-langkah yang kompleks. Awal memberinya cahaya. Fotosintesis sendiri terdiri dari dua fase: terang dan gelap. Pada fase cahaya, pigmen klorofil yang terkandung dalam daun tanaman membentuk apa yang disebut kompleks "penyerap cahaya", yang mengambil elektron dari air, dan dengan demikian membaginya menjadi ion hidrogen dan oksigen:
2H 2 O \u003d 4e + 4H + O 2
Akumulasi proton berkontribusi pada sintesis ATP:
ADP + F = ATP
Pada fase gelap, karbon dioksida dan air diubah menjadi glukosa. Dan oksigen dilepaskan sebagai produk sampingan:
6CO 2 + 6H 2 O \u003d C 6 H 12 O 6 + O 2
situs, dengan penyalinan materi secara penuh atau sebagian, tautan ke sumber diperlukan.
