Na lição 17" Obtenção de oxigênio» do curso « Química para manequins» saber como o oxigênio é obtido no laboratório; aprenda o que é um catalisador e como as plantas afetam a produção de oxigênio em nosso planeta.

A substância mais importante para os seres humanos e outros organismos vivos que faz parte do ar é o oxigênio. Grandes quantidades de oxigênio são usadas na indústria, por isso é importante saber como obtê-lo.

Em um laboratório químico, o oxigênio pode ser obtido aquecendo algumas substâncias complexas, que incluem átomos de oxigênio. Entre essas substâncias está a substância KMnO 4, que está disponível no kit de primeiros socorros de sua casa chamada "permanganato de potássio".

Você está familiarizado com os dispositivos mais simples para obter gases. Se um pouco de pó de KMnO 4 for colocado em um desses dispositivos e aquecido, o oxigênio será liberado (Fig. 76):

O oxigênio também pode ser obtido pela decomposição do peróxido de hidrogênio H 2 O 2 . Para fazer isso, uma quantidade muito pequena de uma substância especial deve ser adicionada a um tubo de ensaio com H 2 O 2 - catalisador- e feche o tubo de ensaio com uma rolha com tubo de saída de gás (Fig. 77).

Para esta reação, o catalisador é uma substância cuja fórmula é MnO 2. Ocorre a seguinte reação química:

Observe que não há fórmula de catalisador no lado esquerdo ou direito da equação. Sua fórmula geralmente é escrita na equação da reação sobre o sinal de igual. Por que um catalisador é adicionado? O processo de decomposição do H 2 O 2 em condições ambiente ocorre muito lentamente. Portanto, leva muito tempo para obter quantidades apreciáveis ​​de oxigênio. No entanto, esta reação pode ser drasticamente acelerada pela adição de um catalisador.

Catalisador Uma substância que acelera uma reação química, mas não é consumida nela.

Precisamente porque o catalisador não é consumido na reação, não escrevemos sua fórmula em nenhuma das partes da equação da reação.

Outra forma de obter oxigênio é a decomposição da água sob a ação de uma corrente elétrica direta. Esse processo é chamado eletrólise agua. Você pode obter oxigênio no dispositivo, mostrado esquematicamente na Figura 78.

Ocorre a seguinte reação química:

Oxigênio na natureza

Uma enorme quantidade de oxigênio gasoso está contida na atmosfera, dissolvida nas águas dos mares e oceanos. O oxigênio é essencial para que todos os organismos vivos respirem. Sem oxigênio, seria impossível obter energia queimando vários tipos de combustível. Aproximadamente 2% do oxigênio atmosférico é consumido anualmente para essas necessidades.

De onde vem o oxigênio na Terra e por que sua quantidade permanece aproximadamente constante apesar de tal consumo? A única fonte de oxigênio em nosso planeta são as plantas verdes, que o produzem sob a ação da luz solar através do processo de fotossíntese. Este é um processo muito complexo com muitas etapas. Como resultado da fotossíntese nas partes verdes das plantas, o dióxido de carbono e a água são convertidos em glicose C 6 H 12 O 6 e oxigênio. Total
a equação das reações que ocorrem no processo de fotossíntese pode ser representada da seguinte forma:

Foi estabelecido que cerca de um décimo (11%) do oxigênio produzido por plantas verdes é fornecido por plantas terrestres, e os nove décimos restantes (89%) são fornecidos por plantas aquáticas.

Obtenção de oxigênio e nitrogênio do ar

Enormes reservas de oxigênio na atmosfera permitem obtê-lo e utilizá-lo em diversas indústrias. Sob condições industriais, oxigênio, nitrogênio e alguns outros gases (argônio, neônio) são obtidos do ar.

Para fazer isso, o ar é primeiro convertido em líquido (Fig. 79) por resfriamento a uma temperatura tão baixa na qual todos os seus componentes passam para um estado líquido de agregação.

Em seguida, este líquido é aquecido lentamente, como resultado, em diferentes temperaturas, as substâncias contidas no ar são sequencialmente fervidas (ou seja, transferidas para um estado gasoso). Ao coletar gases de ebulição em diferentes temperaturas, nitrogênio, oxigênio e outras substâncias são obtidos separadamente.

Resumo da lição:

1. Em condições de laboratório, o oxigênio é obtido pela decomposição de algumas substâncias complexas, que incluem átomos de oxigênio.
2. Um catalisador é uma substância que acelera uma reação química sem ser consumida.
3. A fonte de oxigênio em nosso planeta são as plantas verdes nas quais ocorre o processo de fotossíntese.
4. Na indústria, o oxigênio é obtido do ar.

Espero lição 17" Obtenção de oxigênio' foi claro e informativo. Se você tiver alguma dúvida, escreva-a nos comentários.

O oxigênio é um gás insípido, inodoro e incolor. Em termos de conteúdo na atmosfera, ocupa o segundo lugar depois do nitrogênio. O oxigênio é um forte agente oxidante e um não-metal reativo. Este gás foi descoberto simultaneamente por vários cientistas no século XVIII. O químico sueco Scheele foi o primeiro a produzir oxigênio em 1772. O oxigênio foi estudado pelo químico francês Lavoisier, que lhe deu o nome de "oxigênio". Uma tocha fumegante ajuda a detectar o oxigênio: quando entra em contato com o gás, ele brilha intensamente.

Importância do oxigênio

Este gás está envolvido em processos de combustão. O oxigênio é produzido pelas plantas verdes cujas folhas realizam o processo de fotossíntese, que enriquece a atmosfera com esse gás vital.

Como obter oxigênio? O gás é extraído do ar de forma industrial, enquanto o ar é purificado e liquefeito. Nosso planeta possui enormes reservas de água, cujo componente é o oxigênio. Isso significa que o gás pode ser obtido pela decomposição da água. Você pode fazer isso em casa.

Como obter oxigênio da água

Para realizar o experimento, você precisará das seguintes ferramentas e materiais:

Fonte de poder;

Copos de plástico (2 peças);

Eletrodos (2 peças);

Banho galvânico.

Vamos considerar o processo em si. Despeje a água no banho galvânico em mais da metade do volume e adicione 2 ml de soda cáustica ou ácido sulfúrico diluído - isso aumentará a condutividade elétrica da água.

Fazemos furos no fundo de copos de plástico, esticamos eletrodos através deles - placas de carbono. É necessário isolar o espaço de ar entre o vidro e a placa. Colocamos os copos no banho para que os eletrodos fiquem na água e os copos fiquem de cabeça para baixo. Deve haver muito pouco ar entre a superfície da água e o fundo do copo.

Solde um fio de metal em cada eletrodo, conecte a uma fonte de energia. O eletrodo conectado ao pólo negativo é chamado de cátodo, e o eletrodo conectado ao pólo positivo é chamado de ânodo.

Uma corrente elétrica passa pela água - a eletrólise da água é realizada.

eletrólise da água

Ocorre uma reação química, durante a qual dois gases são formados. O hidrogênio é coletado dentro do vidro com o cátodo, o oxigênio é coletado no vidro com o ânodo. A formação de gases em vidros com eletrodos é determinada por bolhas de ar que saem da água. Através do tubo, retiramos o oxigênio do vidro para outro recipiente.

Regulamentos de segurança

A realização de um experimento químico para obter oxigênio da água só é possível se os regulamentos de segurança forem observados. Os gases produzidos durante a eletrólise da água não devem ser misturados. O hidrogênio resultante é explosivo, portanto, não deve entrar em contato com o ar. Você pode descobrir quais experimentos com gases são seguros para fazer em casa.

Como obter oxigênio no laboratório

Método um: despeje o permanganato de potássio em um tubo de ensaio, coloque o tubo de ensaio no fogo. O permanganato de potássio é aquecido, o oxigênio é liberado. Pegamos o gás com um banho pneumático. Conclusão: 1 litro de oxigênio é liberado a partir de 10 g de permanganato de potássio.

Banho Pneumático por Stephen Hales

Método dois: despeje 5 g de salitre em um tubo de ensaio, feche o tubo de ensaio com uma rolha refratária com um tubo de vidro. Fixamos o tubo de ensaio na mesa com um tripé, colocamos um banho de areia embaixo para evitar aquecimento excessivo. Ligamos o queimador de gás e direcionamos o fogo para um tubo de ensaio com salitre. A substância derrete, o oxigênio é liberado. Coletamos gás através de um tubo de vidro em um balão colocado nele.

Método três: despeje o clorato de potássio em um tubo de ensaio e coloque o tubo de ensaio no fogo de um queimador de gás, depois de fechá-lo com uma rolha refratária com um tubo de vidro. O sal de Bertoletova no processo de aquecimento libera oxigênio. Coletamos gás através do tubo colocando um balão nele.

Método quatro: fixamos o tubo de ensaio de vidro na mesa usando um tripé, despejamos peróxido de hidrogênio no tubo de ensaio. Em contato com o ar, o composto instável se decompõe em oxigênio e água. Para acelerar a reação de evolução de oxigênio, adicione carvão ativado ao tubo de ensaio. Fechamos o tubo de ensaio com uma rolha refratária com um tubo de vidro, colocamos um balão no tubo e coletamos oxigênio.

PROPRIEDADES DO OXIGÊNIO E MÉTODOS PARA SUA PRODUÇÃO

O oxigênio O 2 é o elemento mais abundante na Terra. É encontrado em grandes quantidades na forma de compostos químicos com várias substâncias na crosta terrestre (até 50% em peso), em combinação com hidrogênio na água (cerca de 86% em peso) e em estado livre no ar atmosférico, misturado principalmente com nitrogênio na quantidade de 20,93% vol. (23,15% em peso).

O oxigênio é de grande importância na economia nacional. É amplamente utilizado na metalurgia; indústria química; para tratamento por chama de metais, perfuração a fogo de rochas duras, gaseificação subterrânea de carvão; em medicina e vários aparelhos respiratórios, por exemplo, para voos de alta altitude e em outras áreas.

Em condições normais, o oxigênio é um gás incolor, inodoro e insípido, não inflamável, mas suporta ativamente a combustão. Em temperaturas muito baixas, o oxigênio se transforma em líquido e até sólido.

As constantes físicas mais importantes do oxigênio são as seguintes:

Peso molecular	32
Peso 1 m 3 a 0 ° C e 760 mm Hg. Arte. em kg	1,43
O mesmo a 20 ° C e 760 mm Hg. Arte. em kg	1,33
Temperatura crítica em °С	-118
Pressão crítica em kgf/m 3	51,35
Ponto de ebulição em 760 mm Hg. Arte. em °C	-182,97
Peso de 1 litro de oxigênio líquido a -182, 97 °C e 760 mm Hg. Arte. em kg.	1,13
A quantidade de oxigênio gasoso obtido a partir de 1 litro de líquido a 20 ° C e 760 mm Hg. Arte. em l	850
Temperatura de solidificação a 760 mm Hg. Arte. em °C	-218,4

O oxigênio tem alta atividade química e forma compostos com todos os elementos químicos, exceto gases raros. As reações do oxigênio com substâncias orgânicas têm um caráter exotérmico pronunciado. Assim, quando o oxigênio comprimido interage com substâncias combustíveis gordurosas ou sólidas finamente dispersas, elas são instantaneamente oxidadas e o calor liberado contribui para a combustão espontânea dessas substâncias, podendo causar incêndio ou explosão. Esta propriedade deve ser especialmente levada em consideração ao manusear equipamentos de oxigênio.

Uma das propriedades importantes do oxigênio é sua capacidade de formar misturas amplamente explosivas com gases combustíveis e vapores combustíveis líquidos, o que também pode levar a explosões na presença de uma chama aberta ou mesmo de uma faísca. Explosivos também são misturas de ar com combustíveis gasosos ou vaporosos.

O oxigênio pode ser obtido: 1) por meios químicos; 2) eletrólise da água; 3) por meios físicos do ar.

Os métodos químicos, que consistem na obtenção de oxigênio a partir de várias substâncias, são ineficientes e atualmente têm apenas significado laboratorial.

A eletrólise da água, ou seja, sua decomposição em componentes - hidrogênio e oxigênio, é realizada em aparelhos chamados eletrolisadores. Uma corrente contínua é passada através da água, na qual a soda cáustica NaOH é adicionada para aumentar a condutividade elétrica; o oxigênio é coletado no ânodo e o hidrogênio é coletado no cátodo. A desvantagem deste método é o alto consumo de energia: 12-15 kW são consumidos por 1 m 3 0 2 (além disso, 2 m 3 H 2 são obtidos). h) Este método é racional na presença de eletricidade barata, bem como na produção de hidrogênio eletrolítico, quando o oxigênio é um produto residual.

O método físico consiste na separação do ar em componentes por resfriamento profundo. Este método permite obter oxigênio em quantidades praticamente ilimitadas e é de grande importância industrial. O consumo de eletricidade por 1 m 3 O 2 é de 0,4-1,6 kW. h, dependendo do tipo de instalação.

OBTENÇÃO DE OXIGÊNIO DO AR

O ar atmosférico é basicamente uma mistura mecânica de três gases com o seguinte teor de volume: nitrogênio - 78,09%, oxigênio - 20,93%, argônio - 0,93%. Além disso, contém cerca de 0,03% de dióxido de carbono e pequenas quantidades de gases raros, hidrogênio, óxido nitroso, etc.

A principal tarefa na obtenção de oxigênio do ar é separar o ar em oxigênio e nitrogênio. Ao longo do caminho, o argônio é separado, cujo uso em métodos especiais de soldagem está aumentando constantemente, bem como gases raros, que desempenham um papel importante em várias indústrias. O nitrogênio tem alguns usos na soldagem como gás de proteção, na medicina e em outros campos.

A essência do método está no resfriamento profundo do ar com sua conversão ao estado líquido, que à pressão atmosférica normal pode ser alcançada na faixa de temperatura de -191,8 ° C (o início da liquefação) a -193,7 ° C (o fim da liquefação).

A separação do líquido em oxigênio e nitrogênio é realizada pela diferença de seus pontos de ebulição, a saber: T kip. o2 \u003d -182,97 ° C; Ponto de ebulição N2 = -195,8 ° C (a 760 mm Hg).

Com a evaporação gradual do líquido, o nitrogênio, que tem um ponto de ebulição mais baixo, passará primeiro para a fase gasosa e, à medida que for liberado, o líquido será enriquecido com oxigênio. A repetição desse processo muitas vezes permite obter oxigênio e nitrogênio com a pureza necessária. Este método de separação de líquidos em suas partes componentes é chamado de retificação.

Para a produção de oxigênio do ar, existem empresas especializadas equipadas com plantas de alto desempenho. Além disso, grandes empresas metalúrgicas têm suas próprias estações de oxigênio.

As baixas temperaturas necessárias para liquefazer o ar são obtidas por meio dos chamados ciclos de refrigeração. Os principais ciclos de refrigeração usados ​​em instalações modernas são brevemente discutidos abaixo.

O ciclo de refrigeração com estrangulamento do ar é baseado no efeito Joule-Thomson, ou seja, uma queda acentuada na temperatura do gás durante sua expansão livre. O diagrama do ciclo é mostrado na fig. 2.

O ar é comprimido em um compressor multiestágio de 1 a 200 kgf/cm 2 e depois passa pelo resfriador 2 com água corrente. O resfriamento de ar profundo ocorre no trocador de calor 3 por um fluxo reverso de gás frio do coletor de líquido (liquefator) 4. Como resultado da expansão do ar na válvula borboleta 5, ele é adicionalmente resfriado e parcialmente liquefeito.

A pressão na coleção 4 é regulada dentro de 1-2 kgf/cm 2 . O líquido é drenado periodicamente do coletor para recipientes especiais através da válvula 6. A parte não liquefeita do ar é retirada através do trocador de calor, resfriando novas porções do ar de entrada.

O ar é resfriado gradualmente até a temperatura de liquefação; quando a unidade é ligada, há um período de inicialização durante o qual não é observada liquefação do ar, mas apenas a unidade esfria. Este período leva várias horas.

A vantagem do ciclo é sua simplicidade e a desvantagem é o consumo de energia relativamente alto - até 4,1 kW. h por 1 kg de ar liquefeito a uma pressão do compressor de 200 kgf/cm 2 ; em pressão mais baixa, o consumo específico de energia aumenta acentuadamente. Este ciclo é utilizado em instalações de pequena e média capacidade de produção de oxigénio gasoso.

Um pouco mais complexo é o ciclo de estrangulamento com pré-resfriamento de amônia.

O ciclo de refrigeração de média pressão com expansão em expansor baseia-se na diminuição da temperatura do gás durante a expansão com o retorno do trabalho externo. Além disso, o efeito Joule-Thomson também é usado. O diagrama do ciclo é mostrado na fig. 3.

O ar é comprimido no compressor de 1 a 20-40 kgf/cm 2, passa pelo refrigerador 2 e depois pelos trocadores de calor 3 e 4. Após o trocador de calor 3, a maior parte do ar (70-80%) é enviado para a máquina de expansão do pistão-expansor 6, e a menor parte do ar (20-30%) vai para a expansão livre na válvula borboleta 5 e depois no coletor 7, que possui uma válvula 8 para drenagem do líquido. No expansor 6

o ar, já resfriado no primeiro trocador de calor, funciona - empurra o pistão da máquina, sua pressão cai para 1 kgf / cm 2, devido ao qual a temperatura cai acentuadamente. Do expansor, o ar frio, com temperatura de cerca de -100 ° C, é descarregado para fora através dos trocadores de calor 4 e 3, resfriando o ar de entrada. Assim, o expansor proporciona um resfriamento muito eficiente da planta a uma pressão relativamente baixa no compressor. O trabalho do expansor é utilizado de forma útil e isso compensa parcialmente a energia gasta na compressão do ar no compressor.

As vantagens do ciclo são: uma pressão de compressão relativamente baixa, que simplifica o projeto do compressor e uma maior capacidade de refrigeração (graças ao expansor), que garante um funcionamento estável da unidade quando o oxigênio é recebido na forma líquida.

Ciclo de refrigeração de baixa pressão com expansão em turboexpansor, desenvolvido pela Acad. P. L. Kapitsa, baseia-se na utilização de ar de baixa pressão com produção de frio apenas devido à expansão deste ar numa turbina de ar (turbo expansor) com produção de trabalho externo. O diagrama do ciclo é mostrado na fig. quatro.

O ar é comprimido pelo turbocompressor 1 a 6-7 kgf/cm 2 , resfriado com água no resfriador 2 e entra nos regeneradores 3 (trocadores de calor), onde é resfriado por um fluxo reverso de ar frio. Até 95% do ar após os regeneradores é enviado para o turbo expansor 4, expande a uma pressão absoluta de 1 kgf / cm 2 com o desempenho do trabalho externo e ao mesmo tempo esfria rapidamente, após o que é alimentado no espaço do tubo do condensador 5 e condensa o restante do ar comprimido (5%), entrando no anel. Do condensador 5, o fluxo de ar principal é direcionado para os regeneradores e resfria o ar de entrada, e o ar líquido passa pela válvula borboleta 6 para o coletor 7, de onde é drenado pela válvula 8. O diagrama mostra um regenerador, mas na realidade existem vários deles e são ativados por sua vez.

As vantagens do ciclo de baixa pressão com turboexpansor são: maior eficiência das turbomáquinas em comparação com as máquinas do tipo pistão, simplificação do esquema tecnológico, aumento da confiabilidade e segurança contra explosão da instalação. O ciclo é utilizado em instalações de alta produtividade.

A separação do ar líquido em componentes é realizada por meio de um processo de retificação, cuja essência é que a mistura vaporosa de nitrogênio e oxigênio formada durante a evaporação do ar líquido passa por um líquido com menor teor de oxigênio. Como há menos oxigênio no líquido e mais nitrogênio, ele tem uma temperatura mais baixa que o vapor que passa por ele, e isso causa a condensação do oxigênio do vapor e o enriquecimento do líquido com evaporação simultânea do nitrogênio do líquido, ou seja, , o enriquecimento do vapor acima do líquido.

Uma ideia da essência do processo de retificação pode ser dada pelo mostrado na Fig. 5 é um diagrama simplificado do processo de evaporação e condensação múltipla de ar líquido.

Assumimos que o ar consiste apenas de nitrogênio e oxigênio. Imagine que existem vários vasos conectados entre si (I-V), no superior há ar líquido com teor de 21% de oxigênio. Devido ao arranjo escalonado dos vasos, o líquido fluirá para baixo e, ao mesmo tempo, será gradualmente enriquecido com oxigênio e sua temperatura aumentará.

Suponhamos que no vaso II haja um líquido contendo 30% 0 2 , no vaso III - 40%, no vaso IV - 50% e no vaso V - 60% de oxigênio.

Para determinar o teor de oxigênio na fase de vapor, usamos um gráfico especial - fig. 6, cujas curvas indicam o teor de oxigênio em líquido e vapor em várias pressões.

Vamos começar a evaporar o líquido no recipiente V a uma pressão absoluta de 1 kgf/cm 2 . Como pode ser visto a partir da fig. 6, acima do líquido neste recipiente, constituído por 60% 0 2 e 40% N 2, pode haver um vapor de equilíbrio na composição, contendo 26,5% 0 2 e 73,5% N 2, tendo a mesma temperatura do líquido . Alimentamos esse vapor no recipiente IV, onde o líquido contém apenas 50% 0 2 e 50% N 2 e, portanto, estará mais frio. Da fig. 6 pode-se ver que o vapor acima deste líquido pode conter apenas 19% 0 2 e 81% N 2, e somente neste caso sua temperatura será igual à temperatura do líquido neste recipiente.

Portanto, o vapor fornecido ao vaso IV do vaso V, contendo 26,5% de O 2 , tem uma temperatura mais alta do que o líquido no vaso IV; portanto, o oxigênio do vapor condensa-se no líquido do recipiente IV, e parte do nitrogênio dele evaporará. Como resultado, o líquido no recipiente IV será enriquecido com oxigênio e o vapor acima dele com nitrogênio.

Da mesma forma, o processo ocorrerá em outros vasos e, assim, ao drenar dos vasos superiores para os inferiores, o líquido é enriquecido com oxigênio, condensando-o dos vapores ascendentes e dando-lhes seu nitrogênio.

Continuando o processo, você pode obter um vapor composto por nitrogênio quase puro e, na parte inferior, oxigênio líquido puro. De fato, o processo de retificação que ocorre nas colunas de destilação das plantas de oxigênio é muito mais complicado do que o descrito, mas seu conteúdo fundamental é o mesmo.

Independentemente do esquema tecnológico da instalação e do tipo de ciclo de refrigeração, o processo de produção de oxigênio a partir do ar inclui as seguintes etapas:

1) purificação do ar de poeira, vapor de água e dióxido de carbono. A ligação do CO 2 é conseguida passando ar através de uma solução aquosa de NaOH;

2) compressão de ar no compressor com posterior resfriamento em refrigeradores;

3) resfriamento de ar comprimido em trocadores de calor;

4) expansão do ar comprimido em válvula borboleta ou expansor para seu resfriamento e liquefação;

5) liquefação e retificação do ar para obtenção de oxigênio e nitrogênio;

6) descarga de oxigênio líquido em tanques estacionários e remoção de oxigênio gasoso em reservatórios de gás;

7) controle de qualidade do oxigênio resultante;

8) enchimento de tanques de transporte com oxigênio líquido e enchimento de cilindros com oxigênio gasoso.

A qualidade do oxigênio gasoso e líquido é regulada pelos GOSTs relevantes.

De acordo com GOST 5583-58, é produzido oxigênio técnico gasoso de três graus: o mais alto - com um teor de pelo menos 99,5% O 2, o 1º - pelo menos 99,2% O 2 e o 2º - pelo menos 98,5% O 2 , o resto é árgon e azoto (0,5-1,5%). O teor de umidade não deve exceder 0,07 g/l 3 . O oxigênio obtido por eletrólise da água não deve conter mais de 0,7% de hidrogênio em volume.

De acordo com GOST 6331-52, é produzido oxigênio líquido de dois graus: grau A com um teor de pelo menos 99,2% de O 2 e grau B com um teor de pelo menos 98,5% de O 2. O teor de acetileno no oxigênio líquido não deve exceder 0,3 cm 3 /l.

Usado para a intensificação de vários processos nas empresas das indústrias metalúrgica, química e outras, o oxigênio tecnológico contém 90-98% de O 2 .

O controle de qualidade do oxigênio gasoso e líquido é realizado diretamente no processo de produção usando instrumentos especiais.

Administração Avaliação geral do artigo: Publicados: 2012.06.01

Esta lição é dedicada ao estudo dos métodos modernos de obtenção de oxigênio. Você aprenderá por quais métodos e de quais substâncias o oxigênio é obtido no laboratório e na indústria.

Tópico: Substâncias e suas transformações

Lição:Obtenção de oxigênio

Para fins industriais, o oxigênio deve ser obtido em grandes volumes e o mais barato possível. Este método de obtenção de oxigênio foi proposto pelo ganhador do Prêmio Nobel Peter Leonidovich Kapitsa. Ele inventou a planta de liquefação do ar. Como você sabe, cerca de 21% em volume de oxigênio está no ar. O oxigênio pode ser separado do ar líquido por destilação, porque Todas as substâncias no ar têm diferentes pontos de ebulição. O ponto de ebulição do oxigênio é -183°C, e o do nitrogênio é -196°C. Isso significa que durante a destilação do ar liquefeito, o nitrogênio ferverá e evaporará primeiro e depois o oxigênio.

No laboratório, o oxigênio não é necessário em quantidades tão grandes como na indústria. Geralmente é trazido em cilindros de aço azul nos quais está sob pressão. Em alguns casos, ainda é necessário obter oxigênio quimicamente. Para isso, são usadas reações de decomposição.

EXPERIMENTO 1. Despeje uma solução de peróxido de hidrogênio em uma placa de Petri. À temperatura ambiente, o peróxido de hidrogênio se decompõe lentamente (não vemos sinais de reação), mas esse processo pode ser acelerado pela adição de alguns grãos de óxido de manganês (IV) à solução. Ao redor dos grãos de óxido preto, bolhas de gás imediatamente começam a se destacar. Isso é oxigênio. Não importa quanto tempo demore a reação, os grãos de óxido de manganês(IV) não se dissolvem na solução. Ou seja, o óxido de manganês(IV) participa da reação, a acelera, mas não é consumido nela.

As substâncias que aceleram uma reação, mas não são consumidas na reação, são chamadas catalisadores.

Reações aceleradas por catalisadores são chamadas catalítico.

A aceleração de uma reação por um catalisador é chamada de catálise.

Assim, o óxido de manganês (IV) serve como um catalisador na decomposição do peróxido de hidrogênio. Na equação da reação, a fórmula do catalisador é escrita acima do sinal de igual. Vamos escrever a equação da reação realizada. Quando o peróxido de hidrogênio se decompõe, o oxigênio é liberado e a água é formada. A liberação de oxigênio da solução é mostrada por uma seta apontando para cima:

2. Uma única coleção de recursos educacionais digitais ().

3. Versão eletrônica da revista "Química e Vida" ().

Trabalho de casa

Com. 66-67 №№ 2 - 5 do livro de exercícios em química: 8ª série: para o livro de P.A. Orzhekovsky e outros.“Química. Grau 8" / O.V. Ushakova, P.I. Bespalov, P. A. Orzhekovsky; debaixo. ed. prof. P.A. Orzhekovsky - M.: AST: Astrel: Profizdat, 2006.

Olá. Você já leu meus artigos no blog Tutoronline.ru. Hoje vou falar sobre oxigênio e como obtê-lo. Relembro que, se você tiver perguntas para mim, pode escrevê-las nos comentários do artigo. Se precisar de alguma ajuda em química, inscreva-se nas minhas aulas na agenda. Ficarei feliz em ajudá-lo.

O oxigênio é distribuído na natureza na forma de isótopos 16 O, 17 O, 18 O, que têm a seguinte porcentagem na Terra - 99,76%, 0,048%, 0,192%, respectivamente.

No estado livre, o oxigênio está na forma de três modificações alotrópicas : oxigênio atômico - O o, dioxigênio - O 2 e ozônio - O 3. Além disso, o oxigênio atômico pode ser obtido da seguinte forma:

KClO 3 \u003d KCl + 3O 0

KNO 3 = KNO 2 + O 0

O oxigênio faz parte de mais de 1400 diferentes minerais e substâncias orgânicas, na atmosfera seu conteúdo é de 21% em volume. O corpo humano contém até 65% de oxigênio. O oxigênio é um gás incolor e inodoro, pouco solúvel em água (3 volumes de oxigênio se dissolvem em 100 volumes de água a 20°C).

No laboratório, o oxigênio é obtido pelo aquecimento moderado de certas substâncias:

1) Ao decompor compostos de manganês (+7) e (+4):

2KMnO 4 → K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2
manganato permanganato
potássio potássio

2MnO 2 → 2MnO + O 2

2) Quando os percloratos são decompostos:

2KClO 4 → KClO 2 + KCl + 3O 2
perclorato
potássio

3) Ao decompor o sal de berthollet (clorato de potássio).
Neste caso, o oxigênio atômico é formado:

2KClO 3 → 2KCl + 6O 0
clorato
potássio

4) Quando os sais do ácido hipocloroso se decompõem à luz- hipocloritos:

2NaClO → 2NaCl + O 2

Ca(ClO) 2 → CaCl 2 + O 2

5) Ao aquecer nitratos.
Isso produz oxigênio atômico. Dependendo da posição que o nitrato metálico ocupa na série de atividades, vários produtos de reação são formados:

2NaNO 3 → 2NaNO 2 + O 2

Ca(NO 3) 2 → CaO + 2NO 2 + O 2

2AgNO 3 → 2 Ag + 2NO 2 + O 2

6) Ao decompor peróxidos:

2H 2 O 2 ↔ 2H 2 O + O 2

7) Ao aquecer óxidos de metais inativos:

2Ag 2 O ↔ 4Ag + O 2

Esse processo é relevante na vida cotidiana. O fato é que pratos feitos de cobre ou prata, com uma camada natural de um filme de óxido, formam oxigênio ativo quando aquecidos, o que é um efeito antibacteriano. A dissolução de sais de metais inativos, especialmente nitratos, também leva à formação de oxigênio. Por exemplo, o processo geral de dissolução do nitrato de prata pode ser representado em etapas:

AgNO 3 + H 2 O → AgOH + HNO 3

2AgOH → Ag2O + O2

2Ag 2 O → 4Ag + O 2

ou em forma de resumo:

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

8) Ao aquecer sais de cromo do mais alto estado de oxidação:

4K 2 Cr 2 O 7 → 4K 2 CrO 4 + 2Cr 2 O 3 + 3 O 2
cromato bicromato
potássio potássio

Na indústria, o oxigênio é obtido:

1) Decomposição eletrolítica da água:

2H 2 O → 2H 2 + O 2

2) Interação de dióxido de carbono com peróxidos:

CO 2 + K 2 O 2 → K 2 CO 3 + O 2

Este método é uma solução técnica indispensável para o problema da respiração em sistemas isolados: submarinos, minas, naves espaciais.

3) Quando o ozônio interage com agentes redutores:

O 3 + 2KJ + H 2 O → J 2 + 2KOH + O 2

De particular importância é a produção de oxigênio no processo de fotossíntese. ocorrendo nas plantas. Toda a vida na Terra depende fundamentalmente desse processo. A fotossíntese é um processo complexo de várias etapas. O começo lhe dá luz. A fotossíntese em si consiste em duas fases: clara e escura. Na fase leve, o pigmento de clorofila contido nas folhas das plantas forma o chamado complexo “absorvente de luz”, que retira elétrons da água e, assim, o divide em íons de hidrogênio e oxigênio:

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

Os prótons acumulados contribuem para a síntese de ATP:

ADP + F = ATP

Na fase escura, o dióxido de carbono e a água são convertidos em glicose. E o oxigênio é liberado como subproduto:

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

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