Oksigen menempati 21% dari udara atmosfer. Sebagian besar ditemukan di kerak bumi, air tawar dan mikroorganisme hidup. Ini digunakan di banyak industri dan digunakan untuk kebutuhan rumah tangga dan medis. Permintaan suatu zat disebabkan oleh sifat kimia dan sifat fisika.

Bagaimana oksigen diproduksi di industri. 3 metode

Produksi oksigen dalam industri dilakukan dengan membagi udara atmosfer. Metode berikut digunakan untuk ini:

Produksi oksigen pada skala industri sangat penting. Peningkatan perhatian harus diberikan pada pilihan teknologi dan peralatan yang sesuai. Kesalahan yang dilakukan dapat berdampak negatif pada proses teknologi dan menyebabkan peningkatan biaya setelah penyembelihan.

Fitur teknis peralatan untuk produksi oksigen di industri

Generator jenis industri "OXIMAT" membantu membangun proses memperoleh oksigen dalam keadaan gas. Karakteristik teknis dan fitur desainnya ditujukan untuk mendapatkan zat ini dalam industri dengan kemurnian yang diperlukan dan jumlah yang dibutuhkan sepanjang hari (tanpa gangguan). Perlu dicatat bahwa peralatan dapat beroperasi dalam mode apa pun, dengan atau tanpa berhenti. Unit beroperasi di bawah tekanan. Di saluran masuk, harus ada udara kering dalam keadaan terkompresi, bebas dari kelembaban. Model produktivitas kecil, rata-rata dan besar disediakan.

Rencana:

Sejarah penemuan

Asal nama

Berada di alam

Resi

Properti fisik

Sifat kimia

Aplikasi

10. Isotop

Oksigen

Oksigen- elemen dari kelompok ke-16 (menurut klasifikasi yang sudah ketinggalan zaman - subkelompok utama kelompok VI), periode kedua dari sistem periodik unsur kimia D. I. Mendeleev, dengan nomor atom 8. Ini ditunjuk oleh simbol O (lat .Oksigenium). Oksigen adalah non-logam reaktif dan merupakan unsur paling ringan dari kelompok kalkogen. bahan sederhana oksigen(Nomor CAS: 7782-44-7) dalam kondisi normal - gas tidak berwarna, tidak berasa dan tidak berbau, yang molekulnya terdiri dari dua atom oksigen (rumus O 2), sehubungan dengan itu ia juga disebut dioksigen. Oksigen cair memiliki biru muda, dan padatannya adalah kristal biru muda.

Ada bentuk oksigen alotropik lainnya, misalnya, ozon (nomor CAS: 10028-15-6) - dalam kondisi normal, gas biru dengan bau tertentu, molekulnya terdiri dari tiga atom oksigen (rumus O 3).

Sejarah penemuan

Secara resmi diyakini bahwa oksigen ditemukan oleh ahli kimia Inggris Joseph Priestley pada 1 Agustus 1774 dengan menguraikan merkuri oksida dalam wadah tertutup rapat (Priestley mengarahkan sinar matahari ke senyawa ini menggunakan lensa yang kuat).

Namun, Priestley awalnya tidak menyadari bahwa dia telah menemukan zat sederhana yang baru, dia percaya bahwa dia mengisolasi salah satu bagian penyusun udara (dan menyebut gas ini "udara terdephlogisticated"). Priestley melaporkan penemuannya kepada ahli kimia Prancis terkemuka Antoine Lavoisier. Pada tahun 1775, A. Lavoisier menetapkan bahwa oksigen merupakan bagian integral dari udara, asam dan ditemukan dalam banyak zat.

Beberapa tahun sebelumnya (tahun 1771), ahli kimia Swedia Carl Scheele telah memperoleh oksigen. Dia dikalsinasi sendawa dengan asam sulfat dan kemudian terurai oksida nitrat yang dihasilkan. Scheele menyebut gas ini "udara yang berapi-api" dan menggambarkan penemuannya dalam sebuah buku yang diterbitkan pada tahun 1777 (tepatnya karena buku itu diterbitkan lebih lambat daripada Priestley mengumumkan penemuannya, yang terakhir dianggap sebagai penemu oksigen). Scheele juga melaporkan pengalamannya ke Lavoisier.

Tahap penting yang berkontribusi pada penemuan oksigen adalah karya kimiawan Prancis Pierre Bayen, yang menerbitkan karya tentang oksidasi merkuri dan dekomposisi oksida selanjutnya.

Akhirnya, A. Lavoisier akhirnya menemukan sifat gas yang dihasilkan, menggunakan informasi dari Priestley dan Scheele. Karyanya sangat penting, karena berkat itu, teori flogiston yang mendominasi pada waktu itu dan menghambat perkembangan kimia digulingkan. Lavoisier melakukan percobaan pembakaran berbagai zat dan menyangkal teori phlogiston dengan mempublikasikan hasil berat elemen yang terbakar. Berat abu melebihi berat awal elemen, yang memberi Lavoisier hak untuk menyatakan bahwa selama pembakaran terjadi reaksi kimia (oksidasi) zat, sehubungan dengan ini, massa zat asli meningkat, yang menyangkal teori flogiston.

Jadi, penghargaan atas penemuan oksigen sebenarnya dimiliki oleh Priestley, Scheele, dan Lavoisier.

Asal nama

Kata oksigen (pada awal abad ke-19 masih disebut "asam"), kemunculannya dalam bahasa Rusia sampai batas tertentu disebabkan oleh M.V. Lomonosov, yang memperkenalkan, bersama dengan neologisme lain, kata "asam"; dengan demikian kata "oksigen", pada gilirannya, adalah kertas kalkir dari istilah "oksigen" (oxygène Prancis), diusulkan oleh A. Lavoisier (dari bahasa Yunani lainnya - "asam" dan - "Saya melahirkan"), yang diterjemahkan sebagai "asam penghasil", yang dikaitkan dengan makna aslinya - "asam", yang sebelumnya berarti zat yang disebut oksida menurut nomenklatur internasional modern.

Berada di alam

Oksigen adalah unsur yang paling umum di Bumi, bagiannya (sebagai bagian dari berbagai senyawa, terutama silikat) menyumbang sekitar 47,4% dari massa kerak bumi yang padat. Laut dan air tawar mengandung sejumlah besar oksigen terikat - 88,8% (berdasarkan massa), di atmosfer kandungan oksigen bebas adalah 20,95% volume dan 23,12% massa. Lebih dari 1500 senyawa kerak bumi mengandung oksigen dalam komposisinya.

Oksigen adalah konstituen dari banyak zat organik dan hadir di semua sel hidup. Dalam hal jumlah atom dalam sel hidup, sekitar 25%, dalam hal fraksi massa - sekitar 65%.

Resi

Saat ini, dalam industri, oksigen diperoleh dari udara. Metode industri utama untuk memperoleh oksigen adalah distilasi kriogenik. Pabrik oksigen berbasis teknologi membran juga terkenal dan berhasil digunakan dalam industri.

Di laboratorium, oksigen industri digunakan, dipasok dalam silinder baja di bawah tekanan sekitar 15 MPa.

Sejumlah kecil oksigen dapat diperoleh dengan memanaskan kalium permanganat KMnO 4:

Reaksi dekomposisi katalitik hidrogen peroksida H 2 O 2 dengan adanya mangan (IV) oksida juga digunakan:

Oksigen dapat diperoleh dengan dekomposisi katalitik kalium klorat (garam bertolet) KClO 3:

Metode laboratorium untuk memperoleh oksigen meliputi metode elektrolisis larutan alkali berair, serta dekomposisi merkuri (II) oksida (pada t = 100 ° C):

Di kapal selam, biasanya diperoleh dengan reaksi natrium peroksida dan karbon dioksida yang dihembuskan oleh seseorang:

Properti fisik

Di lautan, kandungan O2 terlarut lebih besar di air dingin, dan lebih sedikit di air hangat.

Dalam kondisi normal, oksigen adalah gas yang tidak berwarna, tidak berasa dan tidak berbau.

1 liternya memiliki massa 1,429 g, sedikit lebih berat dari udara. Sedikit larut dalam air (4,9 ml/100 g pada 0 °C, 2,09 ml/100 g pada 50 °C) dan alkohol (2,78 ml/100 g pada 25 °C). Ini larut dengan baik dalam perak cair (22 volume O 2 dalam 1 volume Ag pada 961 ° C). Jarak antar atom - 0,12074 nm. Ini adalah paramagnetik.

Ketika oksigen gas dipanaskan, disosiasi reversibelnya menjadi atom terjadi: pada 2000 °C - 0,03%, pada 2600 °C - 1%, 4000 °C - 59%, 6000 °C - 99,5%.

Oksigen cair (titik didih 182,98 °C) adalah cairan biru pucat.

O2 diagram fase

Oksigen padat (titik leleh 218,35 °C) - kristal biru. Enam fase kristal diketahui, tiga di antaranya ada pada tekanan 1 atm.:

-O 2 - ada pada suhu di bawah 23,65 K; kristal biru cerah milik sistem monoklinik, parameter sel a=5.403 , b=3.429 , c=5.086 ; =132,53°.

-O 2 - ada dalam kisaran suhu dari 23,65 hingga 43,65 K; kristal biru pucat (dengan meningkatnya tekanan, warnanya berubah menjadi merah muda) memiliki kisi belah ketupat, parameter sel a=4.21 , =46.25 °.

-O 2 - ada pada suhu dari 43,65 hingga 54,21 K; kristal biru pucat memiliki simetri kubik, periode kisi a=6.83 .

Tiga fase lagi terbentuk pada tekanan tinggi:

-O 2 kisaran suhu 20-240 K dan tekanan 6-8 GPa, kristal oranye;

-O 4 tekanan dari 10 hingga 96 GPa, warna kristal dari merah tua menjadi hitam, sistem monoklinik;

-O n tekanan lebih dari 96 GPa, keadaan logam dengan kilau logam yang khas, pada suhu rendah berubah menjadi keadaan superkonduktor.

Sifat kimia

Agen pengoksidasi kuat, berinteraksi dengan hampir semua elemen, membentuk oksida. Bilangan oksidasinya adalah 2. Sebagai aturan, reaksi oksidasi berlangsung dengan pelepasan panas dan dipercepat dengan meningkatnya suhu (lihat Pembakaran). Contoh reaksi yang terjadi pada suhu kamar:

Mengoksidasi senyawa yang mengandung unsur-unsur dengan keadaan oksidasi non-maksimum:

Mengoksidasi sebagian besar senyawa organik:

Dalam kondisi tertentu, dimungkinkan untuk melakukan oksidasi ringan senyawa organik:

Oksigen bereaksi secara langsung (dalam kondisi normal, ketika dipanaskan dan/atau dengan adanya katalis) dengan semua zat sederhana, kecuali Au dan gas inert (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn); reaksi dengan halogen terjadi di bawah pengaruh pelepasan listrik atau radiasi ultraviolet. Oksida emas dan gas inert berat (Xe, Rn) diperoleh secara tidak langsung. Dalam semua senyawa dua unsur oksigen dengan unsur lain, oksigen berperan sebagai oksidator, kecuali senyawa dengan fluor.

Oksigen membentuk peroksida dengan keadaan oksidasi atom oksigen secara formal sama dengan 1.

Misalnya, peroksida diperoleh dengan membakar logam alkali dalam oksigen:

Beberapa oksida menyerap oksigen:

Menurut teori pembakaran yang dikembangkan oleh A. N. Bach dan K. O. Engler, oksidasi terjadi dalam dua tahap dengan terbentuknya senyawa antara peroksida. Senyawa antara ini dapat diisolasi, misalnya, ketika nyala hidrogen yang terbakar didinginkan dengan es, bersama dengan air, hidrogen peroksida terbentuk:

Dalam superoksida, oksigen secara formal memiliki keadaan oksidasi , yaitu, satu elektron per dua atom oksigen (ion O 2). Diperoleh dengan interaksi peroksida dengan oksigen pada tekanan dan suhu tinggi:

Kalium K, rubidium Rb dan sesium Cs bereaksi dengan oksigen membentuk superoksida:

Dalam ion dioksigenil O 2 +, oksigen secara formal memiliki keadaan oksidasi +½. Dapatkan dengan reaksi:

Oksigen fluorida

Oksigen difluorida, OF 2 keadaan oksidasi oksigen +2, diperoleh dengan melewatkan fluor melalui larutan alkali:

Oksigen monofluorida (Dioxydifluoride), O 2 F 2 , tidak stabil, keadaan oksidasi oksigen adalah +1. Diperoleh dari campuran fluor dan oksigen dalam pelepasan pijar pada suhu 196 ° C:

Melewati pelepasan pijar melalui campuran fluor dengan oksigen pada tekanan dan suhu tertentu, diperoleh campuran oksigen fluorida O 3 F 2, O 4 F 2, O 5 F 2 dan O 6 F 2 yang lebih tinggi.

Perhitungan mekanika kuantum memprediksi keberadaan stabil ion OF 3 + trifluorohydroxonium. Jika ion ini benar-benar ada, maka bilangan oksidasi oksigen di dalamnya adalah +4.

Oksigen mendukung proses respirasi, pembakaran, dan pembusukan.

Dalam bentuk bebasnya, unsur tersebut ada dalam dua modifikasi alotropik: O 2 dan O 3 (ozon). Sebagaimana didirikan pada tahun 1899 oleh Pierre Curie dan Maria Sklodowska-Curie, di bawah pengaruh radiasi pengion, O 2 berubah menjadi O 3.

Aplikasi

Penggunaan oksigen secara industri secara luas dimulai pada pertengahan abad ke-20, setelah penemuan turboexpander - perangkat untuk mencairkan dan memisahkan udara cair.

PADAmetalurgi

Metode konverter produksi baja atau pemrosesan matte dikaitkan dengan penggunaan oksigen. Di banyak unit metalurgi, untuk pembakaran bahan bakar yang lebih efisien, campuran oksigen-udara digunakan dalam pembakar, bukan udara.

Pengelasan dan pemotongan logam

Oksigen dalam silinder biru banyak digunakan untuk pemotongan api dan pengelasan logam.

Bahan bakar roket

Oksigen cair, hidrogen peroksida, asam nitrat dan senyawa kaya oksigen lainnya digunakan sebagai zat pengoksidasi untuk bahan bakar roket. Campuran oksigen cair dan ozon cair adalah salah satu pengoksidasi bahan bakar roket yang paling kuat (dorongan spesifik campuran hidrogen-ozon melebihi impuls spesifik untuk pasangan hidrogen-fluor dan hidrogen-oksigen fluorida).

PADAobat

Oksigen medis disimpan dalam tabung gas logam bertekanan tinggi berwarna biru (untuk gas terkompresi atau cair) dengan berbagai kapasitas dari 1,2 hingga 10,0 liter di bawah tekanan hingga 15 MPa (150 atm) dan digunakan untuk memperkaya campuran gas pernapasan dalam peralatan anestesi, dengan kegagalan pernapasan, untuk menghilangkan serangan asma bronkial, menghilangkan hipoksia asal apa pun, dengan penyakit dekompresi, untuk pengobatan patologi saluran pencernaan dalam bentuk koktail oksigen. Untuk penggunaan individu, oksigen medis dari silinder diisi dengan wadah karet khusus - bantal oksigen. Untuk memasok oksigen atau campuran oksigen-udara secara bersamaan ke satu atau dua korban di lapangan atau di rumah sakit, digunakan penghirup oksigen berbagai model dan modifikasi. Keuntungan dari inhaler oksigen adalah adanya kondensor-humidifier dari campuran gas, yang menggunakan kelembaban udara yang dihembuskan. Untuk menghitung jumlah oksigen yang tersisa di dalam silinder dalam liter, tekanan di dalam silinder di atmosfer (menurut pengukur tekanan peredam) biasanya dikalikan dengan kapasitas silinder dalam liter. Misalnya, dalam silinder dengan kapasitas 2 liter, pengukur tekanan menunjukkan tekanan oksigen 100 atm. Volume oksigen dalam hal ini adalah 100 × 2 = 200 liter.

PADAIndustri makanan

Dalam industri makanan, oksigen terdaftar sebagai aditif makanan E948, sebagai propelan dan gas pengemasan.

PADAindustri kimia

Dalam industri kimia, oksigen digunakan sebagai zat pengoksidasi dalam berbagai sintesis, misalnya, oksidasi hidrokarbon menjadi senyawa yang mengandung oksigen (alkohol, aldehida, asam), amonia menjadi nitrogen oksida dalam produksi asam nitrat. Karena suhu tinggi yang dikembangkan selama oksidasi, yang terakhir sering dilakukan dalam mode pembakaran.

PADApertanian

Di rumah kaca, untuk pembuatan koktail oksigen, untuk penambahan berat badan pada hewan, untuk memperkaya lingkungan akuatik dengan oksigen dalam budidaya ikan.

Peran biologis oksigen

Pasokan oksigen darurat di tempat perlindungan bom

Sebagian besar makhluk hidup (aerob) menghirup oksigen dari udara. Oksigen banyak digunakan dalam pengobatan. Pada penyakit kardiovaskular, untuk meningkatkan proses metabolisme, busa oksigen ("koktail oksigen") disuntikkan ke dalam perut. Pemberian oksigen subkutan digunakan untuk ulkus trofik, kaki gajah, gangren dan penyakit serius lainnya. Pengayaan buatan dengan ozon digunakan untuk mendisinfeksi dan menghilangkan bau udara dan memurnikan air minum. Isotop radioaktif oksigen 15 O digunakan untuk mempelajari laju aliran darah, ventilasi paru.

Turunan oksigen beracun

Beberapa turunan oksigen (disebut spesies oksigen reaktif), seperti oksigen singlet, hidrogen peroksida, superoksida, ozon, dan radikal hidroksil, adalah produk yang sangat beracun. Mereka terbentuk dalam proses aktivasi atau reduksi parsial oksigen. Superoksida (radikal superoksida), hidrogen peroksida dan radikal hidroksil dapat terbentuk di dalam sel dan jaringan tubuh manusia dan hewan dan menyebabkan stres oksidatif.

isotop

Oksigen memiliki tiga isotop stabil: 16 O, 17 O, dan 18 O, yang kandungan rata-ratanya masing-masing adalah 99,759%, 0,037%, dan 0,204% dari total jumlah atom oksigen di Bumi. Dominasi yang tajam dari yang paling ringan, 16 O, dalam campuran isotop disebabkan oleh fakta bahwa inti atom 16 O terdiri dari 8 proton dan 8 neutron (nukleus ajaib ganda dengan kulit neutron dan proton yang terisi). Dan inti seperti itu, sebagai berikut dari teori struktur inti atom, memiliki stabilitas khusus.

Isotop oksigen radioaktif dengan nomor massa dari 12 O hingga 24 O juga diketahui. Semua isotop oksigen radioaktif memiliki waktu paruh yang pendek, yang paling lama adalah 15 O dengan waktu paruh ~120 detik. Isotop 12 O yang berumur pendek memiliki waktu paruh 5,8·10 22 s.

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 °C	-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 °C	-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-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 pendinginan tekanan sedang dengan ekspansi di 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 ke 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 pabrik. 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 terhuyung-huyung, 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 di atas cairan ini, uap hanya dapat mengandung 19% 0 2 dan 81% N 2, dan hanya dalam hal ini suhunya akan sama dengan suhu cairan 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

Pertanyaan nomor 2 Bagaimana oksigen diperoleh di laboratorium dan di industri? Tulis persamaan untuk reaksi yang sesuai. Bagaimana metode ini berbeda satu sama lain?

Menjawab:

Di laboratorium, oksigen dapat diperoleh dengan cara berikut:

1) Dekomposisi hidrogen peroksida dengan adanya katalis (mangan oksida

2) Penguraian garam Berthollet (kalium klorat):

3) Penguraian kalium permanganat:

Dalam industri, oksigen diperoleh dari udara, yang mengandung sekitar 20% volume. Udara dicairkan di bawah tekanan dan dengan pendinginan yang kuat. Oksigen dan nitrogen (komponen utama kedua udara) memiliki titik didih yang berbeda. Oleh karena itu, mereka dapat dipisahkan dengan distilasi: nitrogen memiliki titik didih yang lebih rendah daripada oksigen, sehingga nitrogen menguap sebelum oksigen.

Perbedaan antara metode industri dan laboratorium untuk menghasilkan oksigen:

1) Semua metode laboratorium untuk memperoleh oksigen bersifat kimia, yaitu, dalam hal ini, beberapa zat diubah menjadi zat lain. Proses memperoleh oksigen dari udara adalah proses fisik, karena transformasi beberapa zat menjadi zat lain tidak terjadi.

2) Oksigen dapat diperoleh dari udara dalam jumlah yang jauh lebih besar.

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.