მე-17 გაკვეთილზე" ჟანგბადის მიღება"კურსიდან" ქიმია დუიმებისთვის» გაირკვეს, როგორ იღებენ ჟანგბადს ლაბორატორიაში; გაიგეთ რა არის კატალიზატორი და როგორ მოქმედებს მცენარეები ჩვენს პლანეტაზე ჟანგბადის წარმოებაზე.

ადამიანისა და სხვა ცოცხალი ორგანიზმებისთვის ყველაზე მნიშვნელოვანი ნივთიერება, რომელიც ჰაერის ნაწილია, არის ჟანგბადი. დიდი რაოდენობით ჟანგბადი გამოიყენება ინდუსტრიაში, ამიტომ მნიშვნელოვანია ვიცოდეთ როგორ მიიღოთ იგი.

ქიმიურ ლაბორატორიაში ჟანგბადის მიღება შესაძლებელია ზოგიერთი რთული ნივთიერების გაცხელებით, რომელიც მოიცავს ჟანგბადის ატომებს. ამ ნივთიერებებს შორისაა ნივთიერება KMnO 4, რომელიც ხელმისაწვდომია სახლში პირველადი დახმარების ნაკრებიდან, სახელწოდებით „კალიუმის პერმანგანატი“.

თქვენ იცნობთ გაზების მისაღებად უმარტივეს მოწყობილობებს. თუ ცოტა KMnO 4 ფხვნილს მოათავსებენ და გაცხელებენ, ჟანგბადი გამოიყოფა (ნახ. 76):

ჟანგბადის მიღება ასევე შესაძლებელია წყალბადის ზეჟანგის H 2 O 2 დაშლით. ამისათვის სპეციალური ნივთიერების ძალიან მცირე რაოდენობა უნდა დაემატოს სინჯარაში H 2 O 2 - კატალიზატორი- და დახურეთ საცდელი მილი საცობით გაზის გამომავალი მილით (სურ. 77).

ამ რეაქციისთვის კატალიზატორი არის ნივთიერება, რომლის ფორმულაა MnO 2. შემდეგი ქიმიური რეაქცია ხდება:

გაითვალისწინეთ, რომ არ არსებობს კატალიზატორის ფორმულა განტოლების არც მარცხენა და არც მარჯვენა მხარეს. მისი ფორმულა ჩვეულებრივ იწერება რეაქციის განტოლებაში ტოლობის ნიშნით. რატომ ემატება კატალიზატორი? ოთახის პირობებში H 2 O 2-ის დაშლის პროცესი ძალიან ნელა მიმდინარეობს. ამიტომ ჟანგბადის მნიშვნელოვანი რაოდენობით მიღებას დიდი დრო სჭირდება. თუმცა, ეს რეაქცია შეიძლება მკვეთრად დაჩქარდეს კატალიზატორის დამატებით.

კატალიზატორინივთიერება, რომელიც აჩქარებს ქიმიურ რეაქციას, მაგრამ თავად არ მოიხმარება მასში.

ზუსტად იმის გამო, რომ კატალიზატორი არ იხარჯება რეაქციაში, ჩვენ არ ვწერთ მის ფორმულას რეაქციის განტოლების არცერთ ნაწილში.

ჟანგბადის მიღების კიდევ ერთი გზაა წყლის დაშლა პირდაპირი ელექტრული დენის გავლენის ქვეშ. ამ პროცესს ე.წ ელექტროლიზიწყალი. თქვენ შეგიძლიათ მიიღოთ ჟანგბადი მოწყობილობაში, სქემატურად ნაჩვენებია სურათზე 78.

შემდეგი ქიმიური რეაქცია ხდება:

ჟანგბადი ბუნებაში

დიდი რაოდენობით აირისებრი ჟანგბადი შეიცავს ატმოსფეროში, იხსნება ზღვებისა და ოკეანეების წყლებში. ჟანგბადი აუცილებელია ყველა ცოცხალი ორგანიზმისთვის სუნთქვისთვის. ჟანგბადის გარეშე შეუძლებელი იქნებოდა ენერგიის მიღება სხვადასხვა ტიპის საწვავის დაწვით. ამ საჭიროებებისთვის ყოველწლიურად ატმოსფერული ჟანგბადის დაახლოებით 2% იხარჯება.

საიდან მოდის ჟანგბადი დედამიწაზე და რატომ რჩება მისი რაოდენობა დაახლოებით უცვლელი მიუხედავად ასეთი მოხმარებისა? ჩვენს პლანეტაზე ჟანგბადის ერთადერთი წყაროა მწვანე მცენარეები, რომლებიც მას მზის სხივების ზემოქმედებით გამოიმუშავებენ ფოტოსინთეზის პროცესის შედეგად. ეს არის ძალიან რთული პროცესი მრავალი ეტაპით. მცენარეების მწვანე ნაწილებში ფოტოსინთეზის შედეგად ნახშირორჟანგი და წყალი გარდაიქმნება გლუკოზაში C 6 H 12 O 6 და ჟანგბადად. სულ
ფოტოსინთეზის პროცესში მიმდინარე რეაქციების განტოლება შეიძლება წარმოდგენილი იყოს შემდეგნაირად:

დადგენილია, რომ მწვანე მცენარეების მიერ წარმოებული ჟანგბადის დაახლოებით მეათედი (11%) ხმელეთის მცენარეებით არის მოწოდებული, ხოლო დანარჩენი ცხრა მეათედი (89%) წყლის მცენარეებით.

ჰაერიდან ჟანგბადისა და აზოტის მიღება

ატმოსფეროში ჟანგბადის უზარმაზარი მარაგი შესაძლებელს ხდის მის მიღებას და გამოყენებას სხვადასხვა ინდუსტრიაში. სამრეწველო პირობებში ჰაერიდან მიიღება ჟანგბადი, აზოტი და ზოგიერთი სხვა აირი (არგონი, ნეონი).

ამისთვის ჰაერი პირველად გარდაიქმნება სითხეში (სურ. 79) გაციებით ისეთ დაბალ ტემპერატურამდე, რომლის დროსაც მისი ყველა კომპონენტი გადადის აგრეგაციის თხევად მდგომარეობაში.

შემდეგ ეს სითხე ნელ-ნელა თბება, რის შედეგადაც სხვადასხვა ტემპერატურაზე ჰაერში შემავალი ნივთიერებები თანმიმდევრულად იხარშება (ანუ აირის მდგომარეობაში გადასვლა). სხვადასხვა ტემპერატურაზე მდუღარე აირების შეგროვებით ცალ-ცალკე მიიღება აზოტი, ჟანგბადი და სხვა ნივთიერებები.

გაკვეთილის შეჯამება:

1. ლაბორატორიულ პირობებში ჟანგბადი მიიღება ზოგიერთი რთული ნივთიერების დაშლით, რომელიც მოიცავს ჟანგბადის ატომებს.
2. კატალიზატორი არის ნივთიერება, რომელიც აჩქარებს ქიმიურ რეაქციას მოხმარების გარეშე.
3. ჩვენს პლანეტაზე ჟანგბადის წყაროა მწვანე მცენარეები, რომლებშიც მიმდინარეობს ფოტოსინთეზის პროცესი.
4. ინდუსტრიაში ჟანგბადი მიიღება ჰაერიდან.

იმედი მაქვს გაკვეთილი 17" ჟანგბადის მიღება- ნათელი და ინფორმატიული იყო. თუ თქვენ გაქვთ რაიმე შეკითხვები, დაწერეთ ისინი კომენტარებში.

ჟანგბადი არის უგემოვნო, უსუნო და უფერო აირი. ატმოსფეროში შემცველობის მხრივ ის მეორე ადგილზეა აზოტის შემდეგ. ჟანგბადი არის ძლიერი ჟანგვის აგენტი და რეაქტიული არალითონი. ეს გაზი ერთდროულად რამდენიმე მეცნიერმა აღმოაჩინა მე-18 საუკუნეში. შვედმა ქიმიკოსმა შილემ პირველმა გამოიმუშავა ჟანგბადი 1772 წელს. ჟანგბადი შეისწავლა ფრანგმა ქიმიკოსმა ლავუაზიემ, რომელმაც მას სახელი "ოქსიგენი" უწოდა. ჩამქრალი ჩირაღდანი გვეხმარება ჟანგბადის გამოვლენაში: როდესაც ის აირთან შეხებაში შედის, ის მკვეთრად ანათებს.

ჟანგბადის მნიშვნელობა

ეს გაზი მონაწილეობს წვის პროცესებში. ჟანგბადს გამოიმუშავებს მწვანე მცენარეები, რომელთა ფოთლები ახორციელებენ ფოტოსინთეზის პროცესს, რომელიც ამდიდრებს ატმოსფეროს ამ სასიცოცხლო გაზით.

როგორ მივიღოთ ჟანგბადი? გაზი ჰაერიდან გამოიყოფა სამრეწველო გზით, ხოლო ჰაერი იწმინდება და თხევადი ხდება. ჩვენს პლანეტას აქვს წყლის უზარმაზარი მარაგი, რომლის კომპონენტია ჟანგბადი. ეს ნიშნავს, რომ გაზის მიღება შესაძლებელია წყლის დაშლით. ამის გაკეთება შეგიძლიათ სახლში.

როგორ მივიღოთ ჟანგბადი წყლისგან

ექსპერიმენტის ჩასატარებლად დაგჭირდებათ შემდეგი ხელსაწყოები და მასალები:

ძალაუფლების წყარო;

პლასტიკური ჭიქები (2 ცალი);

ელექტროდები (2 ცალი);

გალვანური აბანო.

მოდით განვიხილოთ თავად პროცესი. ჩაასხით წყალი გალვანურ აბაზანაში მოცულობის ნახევარზე მეტით, შემდეგ დაამატეთ 2 მლ კაუსტიკური სოდა ან განზავებული გოგირდის მჟავა - ეს გაზრდის წყლის ელექტროგამტარობას.

პლასტმასის ჭიქების ძირში ვაკეთებთ ნახვრეტებს, მათში ვჭიმავთ ელექტროდებს - ნახშირბადის ფირფიტებს. აუცილებელია მინასა და ფირფიტას შორის ჰაერის უფსკრული იზოლირება. ჭიქებს აბანოში ვათავსებთ ისე, რომ ელექტროდები წყალში იყოს, ჭიქები კი თავდაყირა. წყლის ზედაპირსა და შუშის ძირს შორის ძალიან ცოტა ჰაერი უნდა იყოს.

შეადუღეთ ლითონის მავთული თითოეულ ელექტროდზე, შეაერთეთ დენის წყაროსთან. უარყოფით პოლუსთან დაკავშირებულ ელექტროდს კათოდი ეწოდება, ხოლო დადებით პოლუსთან დაკავშირებულ ელექტროდს - ანოდი.

წყალში გადის ელექტრული დენი - ტარდება წყლის ელექტროლიზი.

წყლის ელექტროლიზი

მიმდინარეობს ქიმიური რეაქცია, რომლის დროსაც წარმოიქმნება ორი აირი. წყალბადი გროვდება შუშის შიგნით კათოდით, ჟანგბადი გროვდება მინაში ანოდთან ერთად. ელექტროდებით ჭიქებში გაზების წარმოქმნა განისაზღვრება წყლიდან ამომავალი ჰაერის ბუშტებით. მილის საშუალებით ჩვენ ვიღებთ ჟანგბადს ჭიქიდან სხვა კონტეინერში.

Უსაფრთხოების წესები

წყლიდან ჟანგბადის მისაღებად ქიმიური ექსპერიმენტის ჩატარება შესაძლებელია მხოლოდ უსაფრთხოების წესების დაცვის შემთხვევაში. წყლის ელექტროლიზის დროს წარმოქმნილი აირები არ უნდა იყოს შერეული. შედეგად მიღებული წყალბადი ფეთქებადია, ამიტომ არ უნდა შედიოდეს ჰაერთან. თქვენ შეგიძლიათ გაიგოთ, თუ რა ექსპერიმენტები გაზებთან არის უსაფრთხო სახლში.

როგორ მივიღოთ ჟანგბადი ლაბორატორიაში

მეთოდი პირველი: სინჯარაში ჩაასხით კალიუმის პერმანგანატი, დადგით სინჯარა ცეცხლზე. კალიუმის პერმანგანატი თბება, გამოიყოფა ჟანგბადი. გაზს პნევმატური აბანოთი ვიჭერთ. დედააზრი: 1 ლიტრი ჟანგბადი გამოიყოფა 10 გ კალიუმის პერმანგანატისგან.

სტივენ ჰეილსის პნევმატური აბაზანა

მეთოდი მეორე: სინჯარაში ჩაასხით 5გრ მარილიანი, სინჯარა დახურეთ ცეცხლგამძლე საცობით მინის მილით. საცდელ მილს მაგიდაზე ვამაგრებთ სამფეხით, ზედმეტად გაცხელების თავიდან ასაცილებლად ქვიშის აბაზანას ვათავსებთ. ჩართავთ გაზის სანთურს და ცეცხლს მარილიან საცდელ მილზე მივმართავთ. ნივთიერება დნება, ჟანგბადი გამოიყოფა. ჩვენ ვაგროვებთ გაზს მინის მილის მეშვეობით მასზე დადებულ ბუშტში.

მეთოდი სამი: სინჯარაში ჩაასხით კალიუმის ქლორატი და საცდელი მილი დადგით გაზის სანთურის ცეცხლზე, მინის მილით ცეცხლგამძლე საცობით დახურვის შემდეგ. ბერტოლეტოვას მარილი გათბობის პროცესში გამოყოფს ჟანგბადს. ჩვენ ვაგროვებთ გაზს მილის მეშვეობით მასზე ბუშტის დაყენებით.

მეთოდი მეოთხე: მინის სინჯარას ვამაგრებთ მაგიდაზე სამფეხის გამოყენებით, ვასხამთ წყალბადის ზეჟანგს სინჯარაში. ჰაერთან შეხებისას არასტაბილური ნაერთი იშლება ჟანგბადად და წყალში. ჟანგბადის ევოლუციის რეაქციის დასაჩქარებლად, ტესტის მილში დაამატეთ გააქტიურებული ნახშირი. სინჯარას ვხურავთ ცეცხლგამძლე საცობით შუშის მილით, მილაკზე ვდებთ ბუშტს და ვაგროვებთ ჟანგბადს.

ჟანგბადის თვისებები და მისი წარმოების მეთოდები

ჟანგბადი O 2 არის ყველაზე უხვი ელემენტი დედამიწაზე. ის დიდი რაოდენობით გვხვდება დედამიწის ქერქში სხვადასხვა ნივთიერების ქიმიური ნაერთების სახით (50% წონით), წყალბადთან ერთად წყალში (დაახლოებით 86% წონა) და თავისუფალ მდგომარეობაში ატმოსფერულ ჰაერში. შერეული ძირითადად აზოტთან 20,93% მოც. (23,15% წონით).

ჟანგბადს უდიდესი მნიშვნელობა აქვს ეროვნულ ეკონომიკაში. ფართოდ გამოიყენება მეტალურგიაში; ქიმიური მრეწველობა; ლითონების ალივით დამუშავებისთვის, მყარი ქანების ცეცხლის ბურღვისთვის, მიწისქვეშა ნახშირის გაზიფიკაციისთვის; მედიცინაში და სხვადასხვა სუნთქვის აპარატში, მაგალითად, მაღალ სიმაღლეზე ფრენისთვის და სხვა ადგილებში.

ნორმალურ პირობებში ჟანგბადი არის უფერო, უსუნო და უგემოვნო გაზი, აალებადი, მაგრამ აქტიურად უჭერს მხარს წვას. ძალიან დაბალ ტემპერატურაზე ჟანგბადი იქცევა თხევად და თუნდაც მყარად.

ჟანგბადის ყველაზე მნიშვნელოვანი ფიზიკური მუდმივებია:

Მოლეკულური წონა	32
წონა 1 მ 3 0 ° C და 760 მმ Hg. Ხელოვნება. კგ-ში	1,43
იგივე 20 ° C და 760 mm Hg. Ხელოვნება. კგ-ში	1,33
კრიტიკული ტემპერატურა °С	-118
კრიტიკული წნევა კგფ/მ3-ში	51,35
დუღილის წერტილი 760 მმ Hg. Ხელოვნება. °С-ში	-182,97
1 ლიტრი თხევადი ჟანგბადის წონა -182, 97 °C და 760 მმ Hg. Ხელოვნება. კგ-ში.	1,13
1 ლიტრი სითხისგან მიღებული აირისებრი ჟანგბადის რაოდენობა 20 ° C ტემპერატურაზე და 760 მმ Hg. Ხელოვნება. ლ-ში	850
გამაგრების ტემპერატურა 760 მმ Hg. Ხელოვნება. °С-ში	-218,4

ჟანგბადს აქვს მაღალი ქიმიური აქტივობა და ქმნის ნაერთებს ყველა ქიმიურ ელემენტთან, გარდა იშვიათი აირებისა. ორგანულ ნივთიერებებთან ჟანგბადის რეაქციას გამოხატული ეგზოთერმული ხასიათი აქვს. ასე რომ, როდესაც შეკუმშული ჟანგბადი ურთიერთქმედებს ცხიმოვან ან წვრილად გაფანტულ მყარ წვად ნივთიერებებთან, ისინი მყისიერად იჟანგება და გამოთავისუფლებული სითბო ხელს უწყობს ამ ნივთიერებების სპონტანურ წვას, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს ხანძარი ან აფეთქება. ეს თვისება განსაკუთრებით უნდა იყოს გათვალისწინებული ჟანგბადის აღჭურვილობის მუშაობისას.

ჟანგბადის ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი თვისებაა მისი უნარი შექმნას ფართოდ ფეთქებადი ნარევები აალებადი აირებით და თხევადი აალებადი ნივთიერებების ორთქლით, რამაც ასევე შეიძლება გამოიწვიოს აფეთქება ღია ალის ან თუნდაც ნაპერწკლის თანდასწრებით. ასაფეთქებელი ნივთიერებები ასევე არის ჰაერის ნარევები აირისებრი ან ორთქლის აალებადი ნივთიერებებით.

ჟანგბადის მიღება შესაძლებელია: 1) ქიმიური საშუალებებით; 2) წყლის ელექტროლიზი; 3) ჰაერიდან ფიზიკური საშუალებებით.

ქიმიური მეთოდები, რომლებიც მოიცავს სხვადასხვა ნივთიერებიდან ჟანგბადის მიღებას, არაეფექტურია და ამჟამად მხოლოდ ლაბორატორიული მნიშვნელობისაა.

წყლის ელექტროლიზი, ანუ მისი დაშლა კომპონენტებად - წყალბადად და ჟანგბადად, ხორციელდება აპარატებში, რომლებსაც ელექტროლიზატორები ეწოდება. პირდაპირი დენი გადის წყალში, რომელშიც ემატება კაუსტიკური სოდა NaOH ელექტრული გამტარობის გაზრდის მიზნით; ჟანგბადი გროვდება ანოდზე და წყალბადი გროვდება კათოდზე. ამ მეთოდის მინუსი არის ენერგიის მაღალი მოხმარება: 1 მ 3 0 2-ზე 12-15 კვტ იხარჯება (გარდა ამისა, მიიღება 2 მ 3 H 2). თ) ეს მეთოდი რაციონალურია როგორც იაფი ელექტროენერგიის არსებობისას, ასევე ელექტროლიტური წყალბადის წარმოებისას, როდესაც ჟანგბადი ნარჩენი პროდუქტია.

ფიზიკური მეთოდი შედგება ჰაერის კომპონენტებად დაყოფაში ღრმა გაგრილებით. ეს მეთოდი შესაძლებელს ხდის ჟანგბადის მიღებას პრაქტიკულად შეუზღუდავი რაოდენობით და უმთავრესი სამრეწველო მნიშვნელობისაა. ელექტროენერგიის მოხმარება 1 მ 3 O 2-ზე არის 0,4-1,6 კვტ. თ, ინსტალაციის ტიპის მიხედვით.

ჟანგბადის მიღება ჰაერიდან

ატმოსფერული ჰაერი ძირითადად წარმოადგენს სამი აირის მექანიკურ ნარევს შემდეგი მოცულობითი შემცველობით: აზოტი - 78,09%, ჟანგბადი - 20,93%, არგონი - 0,93%. გარდა ამისა, შეიცავს დაახლოებით 0,03% ნახშირორჟანგს და მცირე რაოდენობით იშვიათ გაზებს, წყალბადს, აზოტის ოქსიდს და ა.შ.

ჰაერიდან ჟანგბადის მიღების მთავარი ამოცანაა ჰაერის გამოყოფა ჟანგბადად და აზოტად. გზაზე გამოყოფილია არგონი, რომლის გამოყენება შედუღების სპეციალურ მეთოდებში მუდმივად იზრდება, ასევე იშვიათი გაზები, რომლებიც მნიშვნელოვან როლს თამაშობენ რიგ ინდუსტრიებში. აზოტს აქვს გარკვეული გამოყენება შედუღებისას, როგორც დამცავი აირი, მედიცინაში და სხვა სფეროებში.

მეთოდის არსი მდგომარეობს ჰაერის ღრმა გაგრილებაში მისი გადაქცევით თხევად მდგომარეობაში, რაც ნორმალური ატმოსფერული წნევის დროს მიიღწევა ტემპერატურის დიაპაზონში -191,8 °C (გათხევადების დასაწყისი) -193,7 °C-მდე ( გათხევადების დასასრული).

სითხის გამოყოფა ჟანგბადად და აზოტად ხდება მათი დუღილის წერტილების სხვაობის გამოყენებით, კერძოდ: T kip. o2 \u003d -182,97 ° C; დუღილის წერტილი N2 = -195,8 ° C (760 მმ Hg-ზე).

სითხის თანდათანობითი აორთქლებისას აზოტი, რომელსაც აქვს უფრო დაბალი დუღილის წერტილი, ჯერ გადადის აირისებრ ფაზაში და გამოყოფისას სითხე გამდიდრდება ჟანგბადით. ამ პროცესის მრავალჯერ გამეორება შესაძლებელს ხდის საჭირო სისუფთავის ჟანგბადისა და აზოტის მიღებას. სითხეების შემადგენელ ნაწილებად დაყოფის ამ მეთოდს რექტიფიკაცია ეწოდება.

ჰაერიდან ჟანგბადის წარმოებისთვის არის სპეციალიზებული საწარმოები, რომლებიც აღჭურვილია მაღალი ხარისხის ქარხნებით. გარდა ამისა, მსხვილ ლითონის გადამამუშავებელ საწარმოებს აქვთ საკუთარი ჟანგბადის სადგურები.

ჰაერის გათხევადებისთვის საჭირო დაბალი ტემპერატურა მიიღება ეგრეთ წოდებული გაგრილების ციკლების საშუალებით. თანამედროვე დანადგარებში გამოყენებული ძირითადი გაგრილების ციკლები მოკლედ განიხილება ქვემოთ.

გამაგრილებელი ციკლი ჰაერის დათრგუნვით ეფუძნება ჯოულ-ტომსონის ეფექტს, ანუ გაზის ტემპერატურის მკვეთრ შემცირებას მისი თავისუფალი გაფართოების დროს. ციკლის დიაგრამა ნაჩვენებია ნახ. 2.

ჰაერი შეკუმშულია მრავალსაფეხურიან კომპრესორში 1-დან 200 კგფ/სმ 2-მდე და შემდეგ გადის გამაგრილებელ 2-ში გამდინარე წყლით. ჰაერის ღრმა გაცივება ხდება თბოგამცვლელში 3 ცივი აირის საპირისპირო ნაკადით თხევადი კოლექტორიდან (თხევადი შემადგენელი) 4. დროსელის სარქველში 5 ჰაერის გაფართოების შედეგად იგი დამატებით გაცივდება და ნაწილობრივ თხევადდება.

კრებულში 4 წნევა რეგულირდება 1-2 კგფ/სმ 2 ფარგლებში. სითხე პერიოდულად იშლება კოლექტორიდან სპეციალურ კონტეინერებში მე-6 სარქველის მეშვეობით. ჰაერის გაუთხევადებელი ნაწილი ამოღებულია თბოგამცვლელის მეშვეობით, აციებს შემომავალი ჰაერის ახალ ნაწილებს.

ჰაერი თანდათანობით გაცივდება გათხევადების ტემპერატურამდე; როდესაც მოწყობილობა ჩართულია, არის გაშვების პერიოდი, რომლის დროსაც არ შეინიშნება ჰაერის გათხევადება, მაგრამ მხოლოდ დანაყოფი გაცივდება. ამ პერიოდს რამდენიმე საათი სჭირდება.

ციკლის უპირატესობა მისი სიმარტივეა, ხოლო მინუსი არის ელექტროენერგიის შედარებით მაღალი მოხმარება - 4,1 კვტ-მდე. სთ 1 კგ თხევად ჰაერზე 200 კგფ/სმ 2 კომპრესორის წნევით; დაბალი წნევის დროს მკვეთრად იზრდება ენერგიის სპეციფიკური მოხმარება. ეს ციკლი გამოიყენება მცირე და საშუალო სიმძლავრის დანადგარებში აირისებრი ჟანგბადის წარმოებისთვის.

გარკვეულწილად უფრო რთულია ამიაკის წინასწარი გაგრილების ციკლი.

საშუალო წნევის გაგრილების ციკლი გაფართოებით ექსპანდერში ემყარება გაზის ტემპერატურის შემცირებას გაფართოების დროს გარე სამუშაოების დაბრუნებით. გარდა ამისა, გამოიყენება ჯოულ-ტომსონის ეფექტიც. ციკლის დიაგრამა ნაჩვენებია ნახ. 3.

ჰაერი შეკუმშულია კომპრესორში 1-დან 20-40 კგფ/სმ 2-მდე, გადის მაცივარში 2 და შემდეგ სითბოს გადამცვლელებში 3 და 4. სითბოს გადამცვლელის 3-ის შემდეგ, ჰაერის უმეტესი ნაწილი (70-80%) იგზავნება. დგუშის გაფართოების მანქანა-ექსპანდერზე 6, ხოლო ჰაერის მცირე ნაწილი (20-30%) თავისუფალ გაფართოებამდე მიდის დროსელის სარქველში 5 და შემდეგ კოლექტორში 7, რომელსაც აქვს სარქველი 8 სითხის გადინებისთვის. ექსპანდერში 6

ჰაერი, რომელიც უკვე გაცივებულია პირველ სითბოს გადამცვლელში, მუშაობს - ის უბიძგებს აპარატის დგუშის, მისი წნევა ეცემა 1 კგფ / სმ 2-მდე, რის გამოც ტემპერატურა მკვეთრად ეცემა. ექსპანდერიდან ცივი ჰაერი, რომლის ტემპერატურაა დაახლოებით -100 ° C, გამოიყოფა გარეთ სითბოს გადამცვლელების 4 და 3 საშუალებით, შემომავალი ჰაერის გაგრილება. ამრიგად, ექსპანდერი უზრუნველყოფს მცენარის ძალიან ეფექტურ გაგრილებას კომპრესორში შედარებით დაბალ წნევაზე. ექსპანდერის მუშაობა სასარგებლოდ გამოიყენება და ეს ნაწილობრივ ანაზღაურებს კომპრესორში ჰაერის შეკუმშვაზე დახარჯულ ენერგიას.

ციკლის უპირატესობებია: შედარებით დაბალი შეკუმშვის წნევა, რაც ამარტივებს კომპრესორის დიზაინს და გაზრდილი გაგრილების სიმძლავრეს (ექსპანდერის წყალობით), რაც უზრუნველყოფს დანადგარის სტაბილურ მუშაობას ჟანგბადის თხევადი სახით მიღებისას.

დაბალი წნევის გაგრილების ციკლი გაფართოებით ტურბო-ექსპანდერში, შემუშავებული აკად. P. L. Kapitsa, ემყარება დაბალი წნევის ჰაერის გამოყენებას ცივი წარმოებით მხოლოდ ამ ჰაერის გაფართოების გამო საჰაერო ტურბინაში (ტურბო ექსპანდერი) გარე სამუშაოების წარმოებით. ციკლის დიაგრამა ნაჩვენებია ნახ. 4.

ჰაერი შეკუმშულია ტურბო დამტენით 1-დან 6-7 კგფ/სმ 2-მდე, გაცივდება წყლით გამაგრილებელში 2 და შედის რეგენერატორებში 3 (სითბომცვლელები), სადაც ცივდება ცივი ჰაერის საპირისპირო ნაკადით. ჰაერის 95%-მდე მას შემდეგ, რაც რეგენერატორები იგზავნება ტურბო ექსპანდერში 4, ფართოვდება აბსოლუტურ წნევამდე 1 კგფ/სმ 2 გარე სამუშაოების შესრულებით და სწრაფად გაცივდება, რის შემდეგაც იგი იკვებება მილის სივრცეში. კონდენსატორი 5 და აკონდენსებს დანარჩენ შეკუმშულ ჰაერს (5%), რომელიც შედის რგოლში. კონდენსატორიდან 5, ჰაერის ძირითადი ნაკადი მიმართულია რეგენერატორებისკენ და აციებს შემომავალ ჰაერს, ხოლო თხევადი ჰაერი გადის დროსელის სარქველით 6 კოლექტორ 7-მდე, საიდანაც იგი იშლება სარქველში 8. დიაგრამაზე ნაჩვენებია ერთი რეგენერატორი. , მაგრამ რეალურად ისინი დამონტაჟებულია რამდენიმე და ჩართულია რიგრიგობით.

ტურბო ექსპანდერით დაბალი წნევის ციკლის უპირატესობებია: ტურბომანქანების უფრო მაღალი ეფექტურობა დგუშის ტიპის მანქანებთან შედარებით, ტექნოლოგიური სქემის გამარტივება და ინსტალაციის გაზრდილი საიმედოობა და აფეთქების უსაფრთხოება. ციკლი გამოიყენება მაღალი პროდუქტიულობის დანადგარებში.

თხევადი ჰაერის კომპონენტებად დაყოფა ხორციელდება რექტიფიკაციის პროცესის საშუალებით, რომლის არსი მდგომარეობს იმაში, რომ თხევადი ჰაერის აორთქლების დროს წარმოქმნილი აზოტისა და ჟანგბადის ორთქლის ნარევი გადადის ჟანგბადის დაბალი შემცველობის მქონე სითხეში. ვინაიდან სითხეში ნაკლები ჟანგბადია და მეტი აზოტი, მას აქვს უფრო დაბალი ტემპერატურა, ვიდრე მასში გამავალი ორთქლი, რაც იწვევს ორთქლიდან ჟანგბადის კონდენსაციას და სითხის გამდიდრებას სითხიდან აზოტის ერთდროული აორთქლებით, ე.ი. , სითხის ზემოთ ორთქლის გამდიდრება .

გასწორების პროცესის არსის შესახებ იდეა შეიძლება მოგვცეს ნახ. 5 არის თხევადი ჰაერის მრავალჯერადი აორთქლების და კონდენსაციის პროცესის გამარტივებული დიაგრამა.

ჩვენ ვვარაუდობთ, რომ ჰაერი შედგება მხოლოდ აზოტისა და ჟანგბადისგან. წარმოიდგინეთ, რომ ერთმანეთთან არის დაკავშირებული რამდენიმე ჭურჭელი (I-V), ზედაში არის თხევადი ჰაერი 21% ჟანგბადის შემცველობით. ჭურჭლების საფეხურიანი განლაგების გამო სითხე ქვევით ჩამოედინება და ამავდროულად თანდათან გამდიდრდება ჟანგბადით და იმატებს მისი ტემპერატურა.

დავუშვათ, რომ II ჭურჭელში არის სითხე, რომელიც შეიცავს 30% 0 2, III ჭურჭელში - 40%, IV ჭურჭელში - 50%, ხოლო V ჭურჭელში - 60% ჟანგბადს.

ორთქლის ფაზაში ჟანგბადის შემცველობის დასადგენად ვიყენებთ სპეციალურ გრაფიკს - ნახ. 6, რომლის მრუდები მიუთითებს ჟანგბადის შემცველობას სითხეში და ორთქლში სხვადასხვა წნევის დროს.

დავიწყოთ სითხის აორთქლება V ჭურჭელში 1 კგფ/სმ 2 აბსოლუტური წნევით. როგორც ჩანს ნახ. 6, ამ ჭურჭლის სითხის ზემოთ, რომელიც შედგება 60% 0 2 და 40% N 2-ისგან, შეიძლება იყოს წონასწორული ორთქლი შემადგენლობაში, რომელიც შეიცავს 26.5% 02 და 73.5% N 2, რომელსაც აქვს იგივე ტემპერატურა, როგორც სითხე. ამ ორთქლს ვაწვებით IV ჭურჭელში, სადაც სითხე შეიცავს მხოლოდ 50% 0 2 და 50% N 2 და შესაბამისად უფრო ცივი იქნება. ნახ. 6 ჩანს, რომ ამ სითხის ზემოთ ორთქლი შეიძლება შეიცავდეს მხოლოდ 19% 0 2 და 81% N 2 და მხოლოდ ამ შემთხვევაში მისი ტემპერატურა იქნება ამ ჭურჭლის სითხის ტემპერატურის ტოლი.

მაშასადამე, V ჭურჭლიდან IV ჭურჭელში მიწოდებულ ორთქლს, რომელიც შეიცავს 26,5% O 2-ს, აქვს უფრო მაღალი ტემპერატურა, ვიდრე სითხე IV ჭურჭელში; ამიტომ ორთქლის ჟანგბადი კონდენსირდება IV ჭურჭლის სითხეში და მისგან აზოტის ნაწილი აორთქლდება. შედეგად, IV ჭურჭლის სითხე გამდიდრდება ჟანგბადით, ხოლო მის ზემოთ ორთქლი აზოტით.

ანალოგიურად, პროცესი ჩატარდება სხვა ჭურჭელში და, ამრიგად, ზედა ჭურჭლიდან ქვედა ჭურჭელში გადინებისას, სითხე გამდიდრებულია ჟანგბადით, კონდენსირებულია მას ამომავალი ორთქლიდან და აძლევს მათ აზოტს.

პროცესის გაგრძელებით, შეგიძლიათ მიიღოთ ორთქლი, რომელიც შედგება თითქმის სუფთა აზოტისგან, ხოლო ქვედა ნაწილში - სუფთა თხევადი ჟანგბადისგან. სინამდვილეში, გასწორების პროცესი, რომელიც ხდება ჟანგბადის ქარხნების დისტილაციის სვეტებში, ბევრად უფრო რთულია, ვიდრე აღწერილია, მაგრამ მისი ფუნდამენტური შინაარსი იგივეა.

მიუხედავად ინსტალაციის ტექნოლოგიური სქემისა და სამაცივრო ციკლის ტიპისა, ჰაერიდან ჟანგბადის წარმოების პროცესი მოიცავს შემდეგ ეტაპებს:

1) ჰაერის გაწმენდა მტვრისგან, წყლის ორთქლისა და ნახშირორჟანგისაგან. CO 2-ის შეკავშირება მიიღწევა NaOH-ის წყალხსნარში ჰაერის გავლის გზით;

2) ჰაერის შეკუმშვა კომპრესორში შემდგომი გაგრილებით მაცივრებში;

3) შეკუმშული ჰაერის გაგრილება სითბოს გადამცვლელებში;

4) შეკუმშული ჰაერის გაფართოება დროსელის სარქველში ან ექსპანდერში მისი გაგრილებისა და გათხევადებისთვის;

5) ჰაერის გათხევადება და გასწორება ჟანგბადისა და აზოტის მისაღებად;

6) თხევადი ჟანგბადის ჩაშვება სტაციონარული ავზებში და აირისებრი ჟანგბადის გატანა გაზსამაგრებში;

7) მიღებული ჟანგბადის ხარისხის კონტროლი;

8) სატრანსპორტო ავზების შევსება თხევადი ჟანგბადით და ცილინდრების შევსება აირისებრი ჟანგბადით.

აირისებრი და თხევადი ჟანგბადის ხარისხი რეგულირდება შესაბამისი GOST-ებით.

GOST 5583-58-ის მიხედვით, იწარმოება სამი კლასის აირისებრი ტექნიკური ჟანგბადი: უმაღლესი - მინიმუმ 99.5% O 2 შემცველობით, 1-ლი - მინიმუმ 99.2% O 2 და მე-2 - მინიმუმ 98.5% O 2. დანარჩენი არის არგონი და აზოტი (0,5-1,5%). ტენიანობა არ უნდა აღემატებოდეს 0,07 გ/ლ 3 . წყლის ელექტროლიზით მიღებული ჟანგბადი არ უნდა შეიცავდეს მოცულობით წყალბადის 0,7%-ზე მეტს.

GOST 6331-52-ის მიხედვით, იწარმოება ორი კლასის თხევადი ჟანგბადი: ხარისხი A მინიმუმ 99.2% O 2 შემცველობით და ხარისხი B მინიმუმ 98.5% O 2 შემცველობით. აცეტილენის შემცველობა თხევად ჟანგბადში არ უნდა აღემატებოდეს 0,3 სმ 3/ლ.

გამოიყენება მეტალურგიული, ქიმიური და სხვა მრეწველობის საწარმოებში სხვადასხვა პროცესების გასააქტიურებლად, ტექნოლოგიური ჟანგბადი შეიცავს 90-98% O 2 .

აირისებრი, ასევე თხევადი ჟანგბადის ხარისხის კონტროლი ხორციელდება უშუალოდ წარმოების პროცესში სპეციალური ინსტრუმენტების გამოყენებით.

ადმინისტრაცია სტატიის საერთო რეიტინგი: გამოქვეყნებულია: 2012.06.01

ეს გაკვეთილი ეძღვნება ჟანგბადის მიღების თანამედროვე მეთოდების შესწავლას. გაიგებთ, რა მეთოდებით და რა ნივთიერებებიდან იღებენ ჟანგბადს ლაბორატორიასა და მრეწველობაში.

თემა: ნივთიერებები და მათი გარდაქმნები

გაკვეთილი:ჟანგბადის მიღება

სამრეწველო მიზნებისთვის ჟანგბადი უნდა იქნას მიღებული დიდი მოცულობით და რაც შეიძლება იაფად. ჟანგბადის მოპოვების ეს მეთოდი შემოგვთავაზა ნობელის პრემიის ლაურეატი პიტერ ლეონიდოვიჩ კაპიცა. მან გამოიგონა ჰაერის გათხევადების ქარხანა. მოგეხსენებათ, მოცულობითი ჟანგბადის დაახლოებით 21% ჰაერშია. ჟანგბადის გამოყოფა შესაძლებელია თხევადი ჰაერისგან დისტილაციით, რადგან ჰაერში არსებულ ყველა ნივთიერებას განსხვავებული დუღილის წერტილი აქვს. ჟანგბადის დუღილის წერტილი არის -183°C, ხოლო აზოტის -196°C. ეს ნიშნავს, რომ თხევადი ჰაერის დისტილაციის დროს ჯერ აზოტი ადუღდება და აორთქლდება, შემდეგ კი ჟანგბადი.

ლაბორატორიაში ჟანგბადი არ არის საჭირო ისეთი დიდი რაოდენობით, როგორც ინდუსტრიაში. ჩვეულებრივ, იგი მოჰყავთ ლურჯი ფოლადის ცილინდრებში, რომლებშიც ის ზეწოლის ქვეშ იმყოფება. ზოგიერთ შემთხვევაში, კვლავ საჭიროა ჟანგბადის ქიმიურად მიღება. ამისათვის გამოიყენება დაშლის რეაქციები.

ექსპერიმენტი 1. დაასხით წყალბადის ზეჟანგის ხსნარი პეტრის ჭურჭელში. ოთახის ტემპერატურაზე წყალბადის ზეჟანგი ნელა იშლება (ჩვენ ვერ ვხედავთ რეაქციის ნიშნებს), მაგრამ ეს პროცესი შეიძლება დაჩქარდეს ხსნარში მანგანუმის (IV) ოქსიდის რამდენიმე მარცვლის დამატებით. შავი ოქსიდის მარცვლების ირგვლივ, გაზის ბუშტები მაშინვე იწყებენ გამორჩევას. ეს არის ჟანგბადი. არ აქვს მნიშვნელობა რამდენ ხანს გაგრძელდება რეაქცია, მანგანუმის(IV) ოქსიდის მარცვლები ხსნარში არ იხსნება. ანუ მანგანუმის(IV) ოქსიდი მონაწილეობს რეაქციაში, აჩქარებს მას, მაგრამ თავად არ მოიხმარება მასში.

ნივთიერებები, რომლებიც აჩქარებენ რეაქციას, მაგრამ არ მოიხმარენ რეაქციაში, ეწოდება კატალიზატორები.

კატალიზატორებით აჩქარებულ რეაქციებს ე.წ კატალიზური.

კატალიზატორის მიერ რეაქციის აჩქარებას ეწოდება კატალიზი.

ამრიგად, მანგანუმის (IV) ოქსიდი ემსახურება როგორც კატალიზატორი წყალბადის ზეჟანგის დაშლას. რეაქციის განტოლებაში კატალიზატორის ფორმულა იწერება ტოლობის ნიშნის ზემოთ. ჩავწეროთ განხორციელებული რეაქციის განტოლება. როდესაც წყალბადის ზეჟანგი იშლება, ჟანგბადი გამოიყოფა და წყალი წარმოიქმნება. ხსნარიდან ჟანგბადის გამოყოფა ნაჩვენებია ზემოთ მიმართული ისრით:

2. ციფრული საგანმანათლებლო რესურსების ერთიანი კოლექცია ().

3. ჟურნალის "ქიმია და სიცოცხლე" ელექტრონული ვერსია ().

Საშინაო დავალება

თან. 66-67 №№ 2 - 5 სამუშაო წიგნიდან ქიმიაში: მე-8 კლასი: სახელმძღვანელომდე პ.ა. ორჟეკოვსკი და სხვები.“ქიმია. კლასი 8” / O.V. უშაკოვა, პ.ი. ბესპალოვი, პ.ა. ორჟეკოვსკი; ქვეშ. რედ. პროფ. პ.ა. ორჟეკოვსკი - მ.: AST: Astrel: Profizdat, 2006 წ.

გამარჯობა. თქვენ უკვე წაიკითხეთ ჩემი სტატიები Tutoronline.ru ბლოგზე. დღეს მე გეტყვით ჟანგბადის შესახებ და როგორ მივიღოთ იგი. შეგახსენებთ, თუ თქვენ გაქვთ შეკითხვები, შეგიძლიათ დაწეროთ ისინი სტატიის კომენტარებში. თუ რაიმე დახმარება გჭირდებათ ქიმიაში, დარეგისტრირდით ჩემს გაკვეთილებზე გრაფიკით. სიამოვნებით დაგეხმარებით.

ჟანგბადი ბუნებაში გავრცელებულია იზოტოპების სახით 16 O, 17 O, 18 O, რომლებსაც აქვთ შემდეგი პროცენტი დედამიწაზე - შესაბამისად 99,76%, 0,048%, 0,192%.

თავისუფალ მდგომარეობაში ჟანგბადი სამი ფორმისაა ალოტროპული ცვლილებები : ატომური ჟანგბადი - O o, დიოქსიგენი - O 2 და ოზონი - O 3. უფრო მეტიც, ატომური ჟანგბადის მიღება შესაძლებელია შემდეგნაირად:

KClO 3 \u003d KCl + 3O 0

KNO 3 = KNO 2 + O 0

ჟანგბადი 1400-ზე მეტი სხვადასხვა მინერალისა და ორგანული ნივთიერების ნაწილია, ატმოსფეროში მისი შემცველობა მოცულობით 21%-ია. ადამიანის ორგანიზმი შეიცავს 65%-მდე ჟანგბადს. ჟანგბადი არის უფერო და უსუნო გაზი, წყალში ოდნავ ხსნადი (3 ტომი ჟანგბადი იხსნება 100 ტომი წყალში 20 ° C ტემპერატურაზე).

ლაბორატორიაში ჟანგბადი მიიღება გარკვეული ნივთიერებების ზომიერი გათბობით:

1) მანგანუმის ნაერთების (+7) და (+4) დაშლისას:

2KMnO 4 → K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2
პერმანგანატის მანგანატი
კალიუმის კალიუმი

2MnO 2 → 2MnO + O 2

2) პექლორატების დაშლისას:

2KClO 4 → KClO 2 + KCl + 3O 2
პერქლორატი
კალიუმი

3) ბერტოლეტის მარილის (კალიუმის ქლორატის) დაშლისას.
ამ შემთხვევაში ატომური ჟანგბადი იქმნება:

2KClO 3 → 2KCl + 6O 0
ქლორატი
კალიუმი

4) როდესაც ჰიპოქლორმჟავას მარილები იშლება სინათლეში- ჰიპოქლორიტები:

2NaClO → 2NaCl + O 2

Ca(ClO) 2 → CaCl 2 + O 2

5) ნიტრატების გაცხელებისას.
ეს წარმოქმნის ატომურ ჟანგბადს. იმისდა მიხედვით, თუ რა პოზიციას იკავებს ნიტრატი ლითონი აქტივობის სერიაში, წარმოიქმნება სხვადასხვა რეაქციის პროდუქტები:

2NaNO 3 → 2NaNO 2 + O 2

Ca(NO 3) 2 → CaO + 2NO 2 + O 2

2AgNO 3 → 2 Ag + 2NO 2 + O 2

6) პეროქსიდების დაშლისას:

2H 2 O 2 ↔ 2H 2 O + O 2

7) არააქტიური ლითონების ოქსიდების გაცხელებისას:

2Ag 2 O ↔ 4Ag + O 2

ეს პროცესი აქტუალურია ყოველდღიურ ცხოვრებაში. ფაქტია, რომ სპილენძის ან ვერცხლისგან დამზადებული ჭურჭელი, რომელსაც აქვს ოქსიდის ფირის ბუნებრივი ფენა, გაცხელებისას წარმოქმნის აქტიურ ჟანგბადს, რაც ანტიბაქტერიული ეფექტია. არააქტიური ლითონების, განსაკუთრებით ნიტრატების მარილების დაშლა ასევე იწვევს ჟანგბადის წარმოქმნას. მაგალითად, ვერცხლის ნიტრატის დაშლის საერთო პროცესი შეიძლება წარმოდგენილი იყოს ეტაპად:

AgNO 3 + H 2 O → AgOH + HNO 3

2AgOH → Ag 2 O + O 2

2Ag 2 O → 4Ag + O 2

ან შემაჯამებელი სახით:

4AgNO 3 + 2H 2 O → 4Ag + 4HNO 3 + 7O 2

8) უმაღლესი ჟანგვის მდგომარეობის ქრომის მარილების გაცხელებისას:

4K 2 Cr 2 O 7 → 4K 2 CrO 4 + 2Cr 2 O 3 + 3 O 2
ბიქრომატის ქრომატი
კალიუმის კალიუმი

ინდუსტრიაში ჟანგბადი მიიღება:

1) წყლის ელექტროლიტური დაშლა:

2H 2 O → 2H 2 + O 2

2) ნახშირორჟანგის ურთიერთქმედება პეროქსიდებთან:

CO 2 + K 2 O 2 → K 2 CO 3 + O 2

ეს მეთოდი შეუცვლელი ტექნიკური გადაწყვეტაა სუნთქვის პრობლემის იზოლირებულ სისტემებში: წყალქვეშა ნავები, ნაღმები, კოსმოსური ხომალდები.

3) როდესაც ოზონი ურთიერთქმედებს შემამცირებელ აგენტებთან:

O 3 + 2KJ + H 2 O → J 2 + 2KOH + O 2

განსაკუთრებული მნიშვნელობა ენიჭება ჟანგბადის გამომუშავებას ფოტოსინთეზის პროცესში.ხდება მცენარეებში. დედამიწაზე მთელი სიცოცხლე ძირეულად დამოკიდებულია ამ პროცესზე. ფოტოსინთეზი რთული მრავალსაფეხურიანი პროცესია. დასაწყისი მას ნათელს აძლევს. თავად ფოტოსინთეზი შედგება ორი ფაზისგან: მსუბუქი და ბნელი. სინათლის ფაზაში, მცენარის ფოთლებში შემავალი ქლოროფილის პიგმენტი აყალიბებს ეგრეთ წოდებულ „შუქის შთამნთქმელ“ კომპლექსს, რომელიც იღებს ელექტრონებს წყლიდან და ამით ყოფს წყალბადის იონებად და ჟანგბადად:

2H 2 O \u003d 4e + 4H + O 2

დაგროვილი პროტონები ხელს უწყობს ატფ-ის სინთეზს:

ADP + F = ATP

ბნელ ფაზაში ნახშირორჟანგი და წყალი გარდაიქმნება გლუკოზად. და ჟანგბადი გამოიყოფა როგორც გვერდითი პროდუქტი:

6CO 2 + 6H 2 O \u003d C 6 H 12 O 6 + O 2

საიტი, მასალის სრული ან ნაწილობრივი კოპირებით, საჭიროა წყაროს ბმული.