Sa Aralin 17" Pagkuha ng oxygen"mula sa kurso" Chemistry para sa mga dummies» alamin kung paano nakukuha ang oxygen sa laboratoryo; alamin kung ano ang catalyst at kung paano nakakaapekto ang mga halaman sa produksyon ng oxygen sa ating planeta.
Ang pinakamahalagang sangkap para sa mga tao at iba pang nabubuhay na organismo na bahagi ng hangin ay oxygen. Malaking dami ng oxygen ang ginagamit sa industriya, kaya mahalagang malaman kung paano ito makukuha.
Sa isang laboratoryo ng kemikal, ang oxygen ay maaaring makuha sa pamamagitan ng pag-init ng ilang kumplikadong mga sangkap, na kinabibilangan ng mga atomo ng oxygen. Kabilang sa mga substance na ito ay ang substance na KMnO 4, na makukuha sa iyong first aid kit sa bahay na tinatawag na "potassium permanganate".
Pamilyar ka sa pinakasimpleng mga aparato para sa pagkuha ng mga gas. Kung ang isang maliit na KMnO 4 na pulbos ay inilagay sa isa sa mga aparatong ito at pinainit, ang oxygen ay ilalabas (Larawan 76):
Ang oxygen ay maaari ding makuha sa pamamagitan ng agnas ng hydrogen peroxide H 2 O 2 . Upang gawin ito, ang isang napakaliit na halaga ng isang espesyal na sangkap ay dapat idagdag sa isang test tube na may H 2 O 2 - katalista- at isara ang test tube gamit ang isang stopper na may gas outlet tube (Larawan 77).
Para sa reaksyong ito, ang katalista ay isang sangkap na ang formula ay MnO 2. Ang mga sumusunod na reaksiyong kemikal ay nagaganap:
Tandaan na walang catalyst formula sa alinman sa kaliwa o kanang bahagi ng equation. Ang formula nito ay karaniwang nakasulat sa equation ng reaksyon sa ibabaw ng equal sign. Bakit idinagdag ang isang katalista? Ang proseso ng agnas ng H 2 O 2 sa ilalim ng mga kondisyon ng silid ay nagpapatuloy nang napakabagal. Samakatuwid, ito ay tumatagal ng mahabang panahon upang makakuha ng makabuluhang halaga ng oxygen. Gayunpaman, ang reaksyong ito ay maaaring mapabilis nang husto sa pamamagitan ng pagdaragdag ng isang katalista.
Catalyst Isang sangkap na nagpapabilis ng isang kemikal na reaksyon ngunit hindi mismo natupok dito.
Tiyak na dahil ang katalista ay hindi natupok sa reaksyon, hindi namin isusulat ang formula nito sa alinman sa mga bahagi ng equation ng reaksyon.
Ang isa pang paraan upang makakuha ng oxygen ay ang agnas ng tubig sa ilalim ng pagkilos ng isang direktang electric current. Ang prosesong ito ay tinatawag electrolysis tubig. Maaari kang makakuha ng oxygen sa device, ayon sa eskematiko na ipinapakita sa Figure 78.
Ang mga sumusunod na reaksiyong kemikal ay nagaganap:
Oxygen sa kalikasan
Ang isang malaking halaga ng gas na oxygen ay nakapaloob sa atmospera, na natunaw sa tubig ng mga dagat at karagatan. Mahalaga ang oxygen para makahinga ang lahat ng nabubuhay na organismo. Kung walang oxygen, imposibleng makakuha ng enerhiya sa pamamagitan ng pagsunog ng iba't ibang uri ng gasolina. Humigit-kumulang 2% ng atmospheric oxygen ang ginagamit taun-taon para sa mga pangangailangang ito.
Saan nagmumula ang oxygen sa Earth, at bakit nananatiling humigit-kumulang pare-pareho ang dami nito sa kabila ng naturang pagkonsumo? Ang tanging pinagmumulan ng oxygen sa ating planeta ay mga berdeng halaman, na gumagawa nito sa ilalim ng pagkilos ng sikat ng araw sa pamamagitan ng proseso ng photosynthesis. Ito ay isang napaka-komplikadong proseso na may maraming mga hakbang. Bilang resulta ng photosynthesis sa mga berdeng bahagi ng mga halaman, ang carbon dioxide at tubig ay na-convert sa glucose C 6 H 12 O 6 at oxygen. Kabuuan
ang equation ng mga reaksyon na nagaganap sa proseso ng photosynthesis ay maaaring kinakatawan bilang mga sumusunod:
Napag-alaman na halos isang ikasampu (11%) ng oxygen na ginawa ng mga berdeng halaman ay ibinibigay ng mga terrestrial na halaman, at ang natitirang siyam na ikasampu (89%) ay ibinibigay ng mga aquatic na halaman.
Pagkuha ng oxygen at nitrogen mula sa hangin
Malaking reserba ng oxygen sa atmospera ang ginagawang posible na makuha at magamit ito sa iba't ibang industriya. Sa ilalim ng mga kondisyong pang-industriya, ang oxygen, nitrogen at ilang iba pang mga gas (argon, neon) ay nakukuha mula sa hangin.
Upang gawin ito, ang hangin ay unang na-convert sa isang likido (Larawan 79) sa pamamagitan ng paglamig sa tulad ng isang mababang temperatura kung saan ang lahat ng mga bahagi nito ay pumasa sa isang likidong estado ng pagsasama-sama.
Pagkatapos ang likidong ito ay dahan-dahang pinainit, bilang isang resulta kung saan, sa iba't ibang mga temperatura, ang mga sangkap na nakapaloob sa hangin ay sunud-sunod na pinakuluan (i.e., paglipat sa isang gas na estado). Sa pamamagitan ng pagkolekta ng mga gas na kumukulo sa iba't ibang temperatura, ang nitrogen, oxygen at iba pang mga sangkap ay nakuha nang hiwalay.
Buod ng aralin:
- Sa ilalim ng mga kondisyon ng laboratoryo, ang oxygen ay nakukuha sa pamamagitan ng agnas ng ilang kumplikadong mga sangkap, na kinabibilangan ng mga atomo ng oxygen.
- Ang catalyst ay isang sangkap na nagpapabilis ng isang kemikal na reaksyon nang hindi natupok.
- Ang pinagmumulan ng oxygen sa ating planeta ay mga berdeng halaman kung saan nagaganap ang proseso ng photosynthesis.
- Sa industriya, ang oxygen ay nakukuha mula sa hangin.
Sana lesson 17" Pagkuha ng oxygen' ay malinaw at nagbibigay-kaalaman. Kung mayroon kang anumang mga katanungan, isulat ang mga ito sa mga komento.
Ang oxygen ay isang walang lasa, walang amoy, at walang kulay na gas. Sa mga tuntunin ng nilalaman sa kapaligiran, ito ay pumapangalawa pagkatapos ng nitrogen. Ang oxygen ay isang malakas na oxidizing agent at isang reaktibong non-metal. Ang gas na ito ay natuklasan nang sabay-sabay ng ilang mga siyentipiko noong ika-18 siglo. Ang Swedish chemist na si Scheele ang unang gumawa ng oxygen noong 1772. Ang oxygen ay pinag-aralan ng French chemist na si Lavoisier, na nagbigay dito ng pangalang "oxygène". Ang isang nagbabagang tanglaw ay nakakatulong upang makita ang oxygen: kapag ito ay nadikit sa gas, ito ay sumisikat nang maliwanag.
Kahalagahan ng oxygen
Ang gas na ito ay kasangkot sa mga proseso ng pagkasunog. Ang oxygen ay ginawa ng mga berdeng halaman na ang mga dahon ay nagsasagawa ng proseso ng photosynthesis, na nagpapayaman sa atmospera gamit ang mahalagang gas na ito.
Paano kumuha ng oxygen? Ang gas ay nakuha mula sa hangin sa isang pang-industriya na paraan, habang ang hangin ay dinadalisay at tunaw. Ang ating planeta ay may malaking reserbang tubig, isang bahagi nito ay oxygen. Nangangahulugan ito na ang gas ay maaaring makuha sa pamamagitan ng nabubulok na tubig. Magagawa mo ito sa bahay.
Paano kumuha ng oxygen mula sa tubig
Upang maisagawa ang eksperimento, kakailanganin mo ang mga sumusunod na tool at materyales:
Pinagmumulan ng kapangyarihan;
Mga plastik na baso (2 piraso);
Mga electrodes (2 piraso);
Galvanic na paliguan.
Isaalang-alang natin ang proseso mismo. Ibuhos ang tubig sa galvanic bath ng higit sa kalahati ng volume, pagkatapos ay magdagdag ng 2 ml ng caustic soda o dilute sulfuric acid - ito ay magpapataas ng electrical conductivity ng tubig.
Gumagawa kami ng mga butas sa ilalim ng mga plastik na tasa, iniuunat namin ang mga electrodes sa kanila - mga carbon plate. Kinakailangan na ihiwalay ang puwang ng hangin sa pagitan ng salamin at plato. Inilalagay namin ang mga baso sa paliguan upang ang mga electrodes ay nasa tubig at ang mga baso ay baligtad. Dapat mayroong napakakaunting hangin sa pagitan ng ibabaw ng tubig at sa ilalim ng baso.
Maghinang ng metal na kawad sa bawat elektrod, kumonekta sa pinagmumulan ng kuryente. Ang elektrod na konektado sa negatibong poste ay tinatawag na katod, at ang elektrod na konektado sa positibong poste ay tinatawag na anode.
Ang isang electric current ay dumadaan sa tubig - ang electrolysis ng tubig ay isinasagawa.
tubig electrolysis
Ang isang kemikal na reaksyon ay nagaganap, kung saan ang dalawang gas ay nabuo. Ang hydrogen ay nakolekta sa loob ng baso na may katod, ang oxygen ay nakolekta sa baso na may anode. Ang pagbuo ng mga gas sa mga baso na may mga electrodes ay tinutukoy ng mga bula ng hangin na tumataas mula sa tubig. Sa pamamagitan ng tubo, inaalis namin ang oxygen mula sa baso papunta sa isa pang lalagyan.
Mga regulasyon sa kaligtasan
Ang pagsasagawa ng eksperimento sa kemikal upang makakuha ng oxygen mula sa tubig ay posible lamang kung sinusunod ang mga regulasyon sa kaligtasan. Ang mga gas na ginawa sa panahon ng electrolysis ng tubig ay hindi dapat paghaluin. Ang resultang hydrogen ay sumasabog, kaya hindi ito dapat makipag-ugnayan sa hangin. Maaari mong malaman kung anong mga eksperimento sa mga gas ang ligtas na gawin sa bahay.
Paano kumuha ng oxygen sa laboratoryo
Pamamaraan isa: ibuhos ang potassium permanganate sa isang test tube, ilagay sa apoy ang test tube. Ang potassium permanganate ay pinainit, ang oxygen ay inilabas. Nahuli namin ang gas na may pneumatic bath. Bottom line: 1 litro ng oxygen ay inilabas mula sa 10 g ng potassium permanganate.
Pneumatic Bath ni Stephen Hales
Ikalawang pamamaraan: ibuhos ang 5 g ng saltpeter sa isang test tube, isara ang test tube na may refractory stopper na may glass tube. Inaayos namin ang test tube sa mesa gamit ang isang tripod, naglalagay ng paliguan ng buhangin sa ilalim nito upang maiwasan ang labis na pag-init. Binuksan namin ang gas burner at idirekta ang apoy sa isang test tube na may saltpeter. Ang sangkap ay natutunaw, ang oxygen ay inilabas. Kinokolekta namin ang gas sa pamamagitan ng isang glass tube sa isang lobo na inilagay dito.
Ikatlong paraan: ibuhos ang potassium chlorate sa isang test tube at ilagay ang test tube sa apoy ng gas burner, pagkatapos itong isara gamit ang refractory stopper na may glass tube. Ang asin ng Bertoletova sa proseso ng pag-init ay naglalabas ng oxygen. Kinokolekta namin ang gas sa pamamagitan ng tubo sa pamamagitan ng paglalagay ng lobo dito.
Ikaapat na paraan: inaayos namin ang glass test tube sa mesa gamit ang tripod, ibuhos ang hydrogen peroxide sa test tube. Sa pakikipag-ugnay sa hangin, ang hindi matatag na tambalan ay nabubulok sa oxygen at tubig. Upang mapabilis ang reaksyon ng oxygen evolution, magdagdag ng activated charcoal sa test tube. Isinasara namin ang test tube na may refractory stopper na may glass tube, naglalagay ng lobo sa tubo at nangongolekta ng oxygen.
MGA KATANGIAN NG OXYGEN AT MGA PARAAN PARA SA PAGBUBUO NITO
Ang Oxygen O 2 ay ang pinaka-masaganang elemento sa mundo. Ito ay matatagpuan sa malalaking dami sa anyo ng mga kemikal na compound na may iba't ibang mga sangkap sa crust ng lupa (hanggang sa 50% wt.), Sa kumbinasyon ng hydrogen sa tubig (mga 86% wt.) at sa isang libreng estado sa atmospheric air, halo-halong pangunahin sa nitrogen sa halagang 20.93% vol. (23.15% sa timbang).
Malaki ang kahalagahan ng oxygen sa pambansang ekonomiya. Ito ay malawakang ginagamit sa metalurhiya; industriya ng kemikal; para sa paggamot ng apoy ng mga metal, pagbabarena ng apoy ng matitigas na bato, underground na gasification ng karbon; sa medisina at iba't ibang kagamitan sa paghinga, halimbawa, para sa mga high-altitude na flight, at sa iba pang mga lugar.
Sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ang oxygen ay isang walang kulay, walang amoy at walang lasa na gas, hindi nasusunog, ngunit aktibong sumusuporta sa pagkasunog. Sa napakababang temperatura, ang oxygen ay nagiging likido at maging solid.
Ang pinakamahalagang pisikal na pare-pareho ng oxygen ay ang mga sumusunod:
| Molekular na timbang | 32 |
| Timbang 1 m 3 sa 0 ° C at 760 mm Hg. Art. sa kg | 1,43 |
| Ang parehong sa 20 ° C at 760 mm Hg. Art. sa kg | 1,33 |
| Kritikal na temperatura sa °C | -118 |
| Kritikal na presyon sa kgf / m 3 | 51,35 |
| Boiling point sa 760 mm Hg. Art. sa °C | -182,97 |
| Timbang ng 1 litro ng likidong oxygen sa -182, 97 °C at 760 mm Hg. Art. sa kg. |
1,13 |
| Ang halaga ng gas na oxygen na nakuha mula sa 1 litro ng likido sa 20 ° C at 760 mm Hg. Art. sa l |
850 |
| Temperatura ng solidification sa 760 mm Hg. Art. sa °C | -218,4 |
Ang oxygen ay may mataas na aktibidad ng kemikal at bumubuo ng mga compound kasama ang lahat ng elemento ng kemikal, maliban sa mga bihirang gas. Ang mga reaksyon ng oxygen na may mga organikong sangkap ay may binibigkas na exothermic character. Kaya, kapag ang compressed oxygen ay nakikipag-ugnayan sa mataba o makinis na dispersed solid combustible substance, sila ay agad na na-oxidize at ang init na inilabas ay nag-aambag sa kusang pagkasunog ng mga sangkap na ito, na maaaring magdulot ng sunog o pagsabog. Ang ari-arian na ito ay dapat na partikular na isinasaalang-alang kapag humahawak ng mga kagamitan sa oxygen.
Ang isa sa mga mahahalagang katangian ng oxygen ay ang kakayahang bumuo ng malawak na paputok na mga mixture na may mga nasusunog na gas at singaw ng mga likidong nasusunog, na maaari ring humantong sa mga pagsabog sa pagkakaroon ng bukas na apoy o kahit isang spark. Ang mga pampasabog ay pinaghalong hangin din na may gas o singaw na nasusunog.
Maaaring makuha ang oxygen: 1) sa pamamagitan ng kemikal na paraan; 2) tubig electrolysis; 3) sa pamamagitan ng pisikal na paraan mula sa himpapawid.
Ang mga pamamaraan ng kemikal, na binubuo sa pagkuha ng oxygen mula sa iba't ibang mga sangkap, ay hindi epektibo at sa kasalukuyan ay may kahalagahan lamang sa laboratoryo.
Ang electrolysis ng tubig, i.e., ang agnas nito sa mga bahagi - hydrogen at oxygen, ay isinasagawa sa mga apparatus na tinatawag na electrolyzers. Ang isang direktang kasalukuyang ay dumaan sa tubig, kung saan ang caustic soda NaOH ay idinagdag upang mapataas ang electrical conductivity; ang oxygen ay kinokolekta sa anode at ang hydrogen ay kinokolekta sa katod. Ang kawalan ng pamamaraang ito ay ang mataas na pagkonsumo ng kuryente: 12-15 kW ang natupok bawat 1 m 3 0 2 (bilang karagdagan, 2 m 3 H 2 ang nakuha). h. Ang pamamaraang ito ay makatuwiran sa pagkakaroon ng murang kuryente, gayundin sa paggawa ng electrolytic hydrogen, kapag ang oxygen ay isang basurang produkto.
Ang pisikal na pamamaraan ay binubuo sa paghihiwalay ng hangin sa mga bahagi sa pamamagitan ng malalim na paglamig. Ginagawang posible ng pamamaraang ito na makakuha ng oxygen sa halos walang limitasyong dami at may malaking kahalagahan sa industriya. Ang pagkonsumo ng kuryente bawat 1 m 3 O 2 ay 0.4-1.6 kW. h, depende sa uri ng pag-install.
PAGKUHA NG OXYGEN MULA SA HANGIN
Ang hangin sa atmospera ay karaniwang isang mekanikal na halo ng tatlong gas na may sumusunod na dami ng nilalaman: nitrogen - 78.09%, oxygen - 20.93%, argon - 0.93%. Bilang karagdagan, naglalaman ito ng humigit-kumulang 0.03% carbon dioxide at maliit na halaga ng mga bihirang gas, hydrogen, nitrous oxide, atbp.
Ang pangunahing gawain sa pagkuha ng oxygen mula sa hangin ay upang paghiwalayin ang hangin sa oxygen at nitrogen. Sa kahabaan ng paraan, ang argon ay pinaghihiwalay, ang paggamit nito sa mga espesyal na pamamaraan ng hinang ay patuloy na tumataas, pati na rin ang mga bihirang gas, na may mahalagang papel sa isang bilang ng mga industriya. Ang nitrogen ay may ilang gamit sa welding bilang shielding gas, sa medisina at iba pang larangan.
Ang kakanyahan ng pamamaraan ay namamalagi sa malalim na paglamig ng hangin kasama ang pag-convert nito sa isang likidong estado, na sa normal na presyon ng atmospera ay maaaring makamit sa hanay ng temperatura mula -191.8 ° C (ang simula ng liquefaction) hanggang -193.7 ° C (ang pagtatapos ng liquefaction).
Ang paghihiwalay ng likido sa oxygen at nitrogen ay isinasagawa sa pamamagitan ng paggamit ng pagkakaiba sa kanilang mga punto ng kumukulo, katulad ng: T kip. o2 \u003d -182.97 ° C; Boiling point N2 = -195.8 ° C (sa 760 mm Hg).
Sa unti-unting pagsingaw ng likido, ang nitrogen, na may mas mababang punto ng kumukulo, ay unang dadaan sa gaseous phase, at habang ito ay inilabas, ang likido ay mapapayaman ng oxygen. Ang pag-uulit ng prosesong ito ng maraming beses ay ginagawang posible upang makakuha ng oxygen at nitrogen ng kinakailangang kadalisayan. Ang pamamaraang ito ng paghihiwalay ng mga likido sa kanilang mga bahaging bahagi ay tinatawag na pagwawasto.
Para sa paggawa ng oxygen mula sa hangin, mayroong mga dalubhasang negosyo na nilagyan ng mga halaman na may mataas na pagganap. Bilang karagdagan, ang mga malalaking negosyo sa paggawa ng metal ay may sariling mga istasyon ng oxygen.
Ang mga mababang temperatura na kinakailangan upang matunaw ang hangin ay nakukuha sa pamamagitan ng tinatawag na mga cycle ng pagpapalamig. Nasa ibaba ang isang maikling pangkalahatang-ideya ng mga pangunahing cycle ng pagpapalamig na ginagamit sa mga modernong pag-install.
Ang ikot ng pagpapalamig na may air throttling ay batay sa epekto ng Joule-Thomson, ibig sabihin, isang matalim na pagbaba sa temperatura ng gas sa panahon ng libreng pagpapalawak nito. Ang cycle diagram ay ipinapakita sa fig. 2.
Ang hangin ay na-compress sa isang multi-stage compressor 1 hanggang 200 kgf/cm 2 at pagkatapos ay dumadaan sa cooler 2 na may umaagos na tubig. Ang malalim na paglamig ng hangin ay nagaganap sa heat exchanger 3 sa pamamagitan ng reverse flow ng malamig na gas mula sa liquid collector (liquefier) 4. Bilang resulta ng air expansion sa throttle valve 5, ito ay karagdagang pinalamig at bahagyang natunaw.
Ang presyon sa koleksyon 4 ay kinokontrol sa loob ng 1-2 kgf/cm 2 . Ang likido ay pana-panahong pinatuyo mula sa kolektor sa mga espesyal na lalagyan sa pamamagitan ng balbula 6. Ang hindi likidong bahagi ng hangin ay inalis sa pamamagitan ng heat exchanger, na nagpapalamig ng mga bagong bahagi ng papasok na hangin.
Ang hangin ay pinalamig nang paunti-unti hanggang sa temperatura ng pagkatunaw; kapag ang unit ay naka-on, mayroong isang start-up na panahon kung saan walang air liquefaction na sinusunod, ngunit ang unit lamang ang lumalamig. Ang panahong ito ay tumatagal ng ilang oras.
Ang bentahe ng cycle ay ang pagiging simple nito, at ang kawalan ay ang medyo mataas na pagkonsumo ng kuryente - hanggang sa 4.1 kW. h bawat 1 kg ng liquefied air sa presyon ng compressor na 200 kgf/cm 2; sa mas mababang presyon, ang partikular na pagkonsumo ng kuryente ay tumataas nang husto. Ang cycle na ito ay ginagamit sa mga installation ng maliit at katamtamang kapasidad upang makagawa ng gaseous oxygen.
Medyo mas kumplikado ay ang throttling cycle na may ammonia pre-cooling.
Ang cycle ng medium-pressure na pagpapalamig na may pagpapalawak sa isang expander ay batay sa pagpapababa ng temperatura ng gas sa panahon ng pagpapalawak sa pagbabalik ng panlabas na trabaho. Bilang karagdagan, ang epekto ng Joule-Thomson ay ginagamit din. Ang cycle diagram ay ipinapakita sa fig. 3.
Ang hangin ay naka-compress sa compressor 1 hanggang 20-40 kgf / cm 2, dumadaan sa refrigerator 2 at pagkatapos ay sa pamamagitan ng mga heat exchanger 3 at 4. Pagkatapos ng heat exchanger 3, karamihan sa hangin (70-80%) ay ipinadala sa piston expansion machine-expander 6, at ang mas maliit na bahagi ng hangin (20-30%) ay napupunta sa libreng expansion sa throttle valve 5 at pagkatapos ay ang collector 7, na may balbula 8 para sa pag-draining ng likido. Sa expander 6
ang hangin, na pinalamig na sa unang heat exchanger, ay gumagana - itinutulak nito ang piston ng makina, ang presyon nito ay bumaba sa 1 kgf / cm 2, dahil sa kung saan ang temperatura ay bumaba nang husto. Mula sa expander, ang malamig na hangin, na may temperatura na halos -100 ° C, ay pinalabas sa labas sa pamamagitan ng mga heat exchanger 4 at 3, na pinapalamig ang papasok na hangin. Kaya, ang expander ay nagbibigay ng napakahusay na paglamig ng halaman sa medyo mababang presyon sa compressor. Ang gawain ng expander ay ginagamit nang kapaki-pakinabang at ito ay bahagyang nagbabayad para sa enerhiya na ginugol sa pag-compress ng hangin sa compressor.
Ang mga bentahe ng cycle ay: isang medyo mababang presyon ng compression, na pinapasimple ang disenyo ng compressor at nadagdagan ang kapasidad ng paglamig (salamat sa expander), na nagsisiguro ng matatag na operasyon ng yunit kapag ang oxygen ay kinuha sa likidong anyo.
Low-pressure refrigeration cycle na may expansion sa turbo-expander, na binuo ng Acad. Ang P. L. Kapitsa, ay batay sa paggamit ng low-pressure na hangin na may malamig na produksyon dahil lamang sa pagpapalawak ng hangin na ito sa isang air turbine (turbo expander) na may paggawa ng panlabas na trabaho. Ang cycle diagram ay ipinapakita sa fig. 4.
Ang hangin ay pinipiga ng turbocharger 1 hanggang 6-7 kgf/cm 2 , pinalamig ng tubig sa cooler 2 at pumapasok sa mga regenerator 3 (heat exchangers), kung saan ito ay pinalamig ng reverse flow ng malamig na hangin. Hanggang sa 95% ng hangin pagkatapos maipadala ang mga regenerator sa turbo expander 4, lumalawak sa isang ganap na presyon ng 1 kgf / cm 2 na may pagganap ng panlabas na trabaho at sa parehong oras ay lumalamig nang mabilis, pagkatapos nito ay pinapakain sa tube space ng condenser 5 at condenses ang natitirang bahagi ng compressed air (5%), na pumapasok sa annulus. Mula sa condenser 5, ang pangunahing daloy ng hangin ay nakadirekta sa mga regenerator at pinapalamig ang papasok na hangin, at ang likidong hangin ay dumaan sa throttle valve 6 hanggang sa kolektor 7, kung saan ito ay umaagos sa pamamagitan ng balbula 8. Ang diagram ay nagpapakita ng isang regenerator , ngunit sa katotohanan sila ay naka-install ng ilan at naka-on sa turn.
Ang mga bentahe ng low-pressure cycle na may turbo-expander ay: mas mataas na kahusayan ng mga turbomachines kumpara sa mga piston-type na makina, pagpapasimple ng teknolohikal na pamamaraan, at pagtaas ng pagiging maaasahan at kaligtasan ng pagsabog ng halaman. Ang cycle ay ginagamit sa mga pag-install ng mataas na produktibo.
Ang paghihiwalay ng likidong hangin sa mga bahagi ay isinasagawa sa pamamagitan ng proseso ng pagwawasto, ang kakanyahan nito ay ang singaw na halo ng nitrogen at oxygen na nabuo sa panahon ng pagsingaw ng likidong hangin ay dumaan sa isang likido na may mas mababang nilalaman ng oxygen. Dahil may mas kaunting oxygen sa likido at mas maraming nitrogen, mayroon itong mas mababang temperatura kaysa sa singaw na dumadaan dito, at nagiging sanhi ito ng paghalay ng oxygen mula sa singaw at ang pagpapayaman ng likido na may sabay-sabay na pagsingaw ng nitrogen mula sa likido, i.e. , ang pagpapayaman ng singaw sa itaas ng likido.
Ang isang ideya ng kakanyahan ng proseso ng pagwawasto ay maaaring ibigay ng ipinapakita sa Fig. 5 ay isang pinasimple na diagram ng proseso ng maramihang pagsingaw at paghalay ng likidong hangin.
Ipinapalagay namin na ang hangin ay binubuo lamang ng nitrogen at oxygen. Isipin na mayroong maraming mga sisidlan na konektado sa isa't isa (I-V), sa itaas ay mayroong likidong hangin na may nilalaman na 21% na oxygen. Dahil sa staggered arrangement ng mga sisidlan, ang likido ay dadaloy pababa at, sa parehong oras, ay unti-unting pagyamanin ng oxygen, at ang temperatura nito ay tataas.
Ipagpalagay natin na sa sisidlan II mayroong isang likido na naglalaman ng 30% 0 2, sa sisidlan III - 40%, sa sisidlan IV - 50%, at sa sisidlan V - 60% na oxygen.
Upang matukoy ang nilalaman ng oxygen sa yugto ng singaw, gumagamit kami ng isang espesyal na graph - fig. 6, na ang mga kurba ay nagpapahiwatig ng nilalaman ng oxygen sa likido at singaw sa iba't ibang mga presyon.
Simulan nating sumingaw ang likido sa sisidlan V sa ganap na presyon na 1 kgf/cm 2 . Gaya ng makikita sa fig. 6, sa itaas ng likido sa sisidlang ito, na binubuo ng 60% 0 2 at 40% N 2, maaaring magkaroon ng equilibrium vapor sa komposisyon, na naglalaman ng 26.5% 0 2 at 73.5% N 2, na may parehong temperatura ng likido . Pinapakain namin ang singaw na ito sa sisidlan IV, kung saan ang likido ay naglalaman lamang ng 50% 0 2 at 50% N 2 at samakatuwid ay magiging mas malamig. Mula sa fig. 6 makikita na sa itaas ng likidong ito, ang singaw ay maaaring maglaman lamang ng 19% 0 2 at 81% N 2, at sa kasong ito lamang ang temperatura nito ay magiging katumbas ng temperatura ng likido sa sisidlang ito.
Samakatuwid, ang singaw na ibinibigay sa sisidlan IV mula sa sisidlan V, na naglalaman ng 26.5% O 2, ay may mas mataas na temperatura kaysa sa likido sa sisidlan IV; samakatuwid, ang oxygen ng singaw ay namumuo sa likido ng sisidlan IV, at ang bahagi ng nitrogen mula dito ay sumingaw. Bilang resulta, ang likido sa sisidlan IV ay mapapayaman ng oxygen, at ang singaw sa itaas nito ay may nitrogen.
Sa katulad na paraan, ang proseso ay magaganap sa iba pang mga sisidlan at, sa gayon, kapag ang pag-draining mula sa itaas na mga sisidlan patungo sa mas mababang mga sisi, ang likido ay pinayaman ng oksiheno, pinalalapit ito mula sa tumataas na mga singaw at binibigyan sila ng nitrogen nito.
Ang pagpapatuloy ng proseso, maaari kang makakuha ng singaw na binubuo ng halos purong nitrogen, at sa ibabang bahagi - purong likidong oxygen. Sa katunayan, ang proseso ng pagwawasto na nangyayari sa mga haligi ng distillation ng mga halaman ng oxygen ay mas kumplikado kaysa sa inilarawan, ngunit ang pangunahing nilalaman nito ay pareho.
Anuman ang teknolohikal na pamamaraan ng pag-install at ang uri ng cycle ng pagpapalamig, ang proseso ng paggawa ng oxygen mula sa hangin ay kinabibilangan ng mga sumusunod na yugto:
1) paglilinis ng hangin mula sa alikabok, singaw ng tubig at carbon dioxide. Ang pagbubuklod ng CO 2 ay nakakamit sa pamamagitan ng pagpasa ng hangin sa pamamagitan ng may tubig na solusyon ng NaOH;
2) air compression sa compressor na may kasunod na paglamig sa mga refrigerator;
3) paglamig ng naka-compress na hangin sa mga heat exchanger;
4) pagpapalawak ng compressed air sa isang throttle valve o expander para sa paglamig at pagkatunaw nito;
5) liquefaction at rectification ng hangin upang makakuha ng oxygen at nitrogen;
6) paglabas ng likidong oxygen sa mga nakatigil na tangke at pag-alis ng gas na oxygen sa mga may hawak ng gas;
7) kontrol sa kalidad ng nagresultang oxygen;
8) pagpuno ng mga tangke ng transportasyon ng likidong oxygen at pagpuno ng mga cylinder na may gas na oxygen.
Ang kalidad ng gas at likidong oxygen ay kinokontrol ng mga nauugnay na GOST.
Ayon sa GOST 5583-58, ang gaseous na teknikal na oxygen ng tatlong grado ay ginawa: ang pinakamataas - na may nilalaman na hindi bababa sa 99.5% O 2, ang 1st - hindi bababa sa 99.2% O 2 at ang ika-2 - hindi bababa sa 98.5% O 2 , ang natitira ay argon at nitrogen (0.5-1.5%). Ang moisture content ay hindi dapat lumampas sa 0.07 g/l 3 . Ang oxygen na nakuha sa pamamagitan ng electrolysis ng tubig ay hindi dapat maglaman ng higit sa 0.7% hydrogen sa dami.
Ayon sa GOST 6331-52, ang likidong oxygen ng dalawang grado ay ginawa: grade A na may nilalaman na hindi bababa sa 99.2% O 2 at grade B na may nilalaman na hindi bababa sa 98.5% O 2. Ang nilalaman ng acetylene sa likidong oxygen ay hindi dapat lumampas sa 0.3 cm 3 / l.
Ginagamit para sa pagpapatindi ng iba't ibang mga proseso sa mga negosyo ng metalurhiko, kemikal at iba pang mga industriya, ang teknolohikal na oxygen ay naglalaman ng 90-98% O 2 .
Ang kontrol sa kalidad ng gas, pati na rin ang likidong oxygen ay direktang isinasagawa sa proseso ng produksyon gamit ang mga espesyal na instrumento.
Pangangasiwa Pangkalahatang rating ng artikulo: Nai-publish: 2012.06.01
Ang araling ito ay nakatuon sa pag-aaral ng mga modernong pamamaraan ng pagkuha ng oxygen. Malalaman mo kung anong mga pamamaraan at mula sa kung anong mga sangkap ang nakukuha ng oxygen sa laboratoryo at industriya.
Paksa: Mga sangkap at ang kanilang mga pagbabago
Aralin:Pagkuha ng oxygen
Para sa mga layuning pang-industriya, ang oxygen ay dapat makuha sa malalaking volume at sa murang halaga hangga't maaari. Ang pamamaraang ito ng pagkuha ng oxygen ay iminungkahi ng nagwagi ng Nobel Prize na si Peter Leonidovich Kapitsa. Siya ang nag-imbento ng air liquefaction plant. Tulad ng alam mo, humigit-kumulang 21% sa dami ng oxygen ang nasa hangin. Maaaring ihiwalay ang oxygen mula sa likidong hangin sa pamamagitan ng distillation, dahil Ang lahat ng mga sangkap sa hangin ay may iba't ibang mga punto ng pagkulo. Ang boiling point ng oxygen ay -183°C, at ang nitrogen ay -196°C. Nangangahulugan ito na sa panahon ng distillation ng liquefied air, ang nitrogen ay kumukulo at sumingaw muna, at pagkatapos ay oxygen.
Sa laboratoryo, ang oxygen ay hindi kinakailangan sa napakalaking dami tulad ng sa industriya. Kadalasan ito ay dinadala sa mga asul na silindro ng bakal kung saan ito ay nasa ilalim ng presyon. Sa ilang mga kaso, kinakailangan pa ring kumuha ng oxygen sa kemikal. Para dito, ginagamit ang mga reaksyon ng agnas.
EXPERIMENT 1. Ibuhos ang solusyon ng hydrogen peroxide sa isang Petri dish. Sa temperatura ng silid, ang hydrogen peroxide ay mabagal na nabubulok (wala tayong nakikitang mga palatandaan ng isang reaksyon), ngunit ang prosesong ito ay maaaring mapabilis sa pamamagitan ng pagdaragdag ng ilang butil ng manganese (IV) oxide sa solusyon. Sa paligid ng mga butil ng itim na oksido, ang mga bula ng gas ay agad na nagsisimulang lumabas. Ito ay oxygen. Gaano man katagal ang reaksyon, ang mga butil ng manganese(IV) oxide ay hindi natutunaw sa solusyon. Iyon ay, ang manganese(IV) oxide ay nakikilahok sa reaksyon, pinabilis ito, ngunit hindi mismo natupok dito.
Ang mga sangkap na nagpapabilis ng reaksyon ngunit hindi natupok sa reaksyon ay tinatawag mga katalista.
Ang mga reaksyong pinabilis ng mga catalyst ay tinatawag catalytic.
Ang acceleration ng isang reaksyon ng isang catalyst ay tinatawag catalysis.
Kaya, ang manganese (IV) oxide ay nagsisilbing isang katalista sa pagkabulok ng hydrogen peroxide. Sa reaction equation, ang catalyst formula ay nakasulat sa itaas ng equal sign. Isulat natin ang equation ng isinagawang reaksyon. Kapag ang hydrogen peroxide ay nabubulok, ang oxygen ay inilabas at ang tubig ay nabuo. Ang paglabas ng oxygen mula sa solusyon ay ipinapakita ng isang arrow na tumuturo pataas:
2. Isang solong koleksyon ng mga digital na mapagkukunang pang-edukasyon ().
3. Elektronikong bersyon ng journal na "Chemistry and Life" ().
Takdang aralin
kasama. 66-67 №№ 2 - 5 mula sa Workbook sa kimika: Ika-8 baitang: hanggang sa aklat-aralin ni P.A. Orzhekovsky at iba pa. "Chemistry. Baitang 8” / O.V. Ushakova, P.I. Bespalov, P.A. Orzhekovsky; sa ilalim. ed. ang prof. P.A. Orzhekovsky - M.: AST: Astrel: Profizdat, 2006.
Kamusta. Nabasa mo na ang aking mga artikulo sa Tutoronline.ru blog. Ngayon sasabihin ko sa iyo ang tungkol sa oxygen at kung paano ito makukuha. Ipinaaalala ko sa iyo na kung mayroon kang mga katanungan para sa akin, maaari mong isulat ang mga ito sa mga komento sa artikulo. Kung kailangan mo ng anumang tulong sa kimika, mag-sign up para sa aking mga klase sa iskedyul. Ikalulugod kong tulungan ka.
Ang oxygen ay ipinamamahagi sa kalikasan sa anyo ng mga isotopes 16 O, 17 O, 18 O, na may sumusunod na porsyento sa Earth - 99.76%, 0.048%, 0.192%, ayon sa pagkakabanggit.
Sa malayang estado, ang oxygen ay nasa anyo ng tatlo mga pagbabago sa allotropic : atomic oxygen - O o, dioxygen - O 2 at ozone - O 3. Bukod dito, ang atomic oxygen ay maaaring makuha tulad ng sumusunod:
KClO 3 \u003d KCl + 3O 0
KNO 3 = KNO 2 + O 0
Ang oxygen ay bahagi ng higit sa 1400 iba't ibang mga mineral at organikong sangkap, sa kapaligiran ang nilalaman nito ay 21% sa dami. Ang katawan ng tao ay naglalaman ng hanggang 65% na oxygen. Ang oxygen ay isang walang kulay at walang amoy na gas, bahagyang natutunaw sa tubig (3 volume ng oxygen ay natunaw sa 100 volume ng tubig sa 20 ° C).
Sa laboratoryo, ang oxygen ay nakuha sa pamamagitan ng katamtamang pag-init ng ilang mga sangkap:
1) Kapag nabubulok ang mga compound ng manganese (+7) at (+4):
2KMnO 4 → K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2
permanganate manganate
potasa potasa
2MnO 2 → 2MnO + O 2
2) Kapag ang perchlorates ay nabulok:
2KClO 4 → KClO 2 + KCl + 3O 2
perchlorate
potasa
3) Kapag nabubulok ang berthollet salt (potassium chlorate).
Sa kasong ito, nabuo ang atomic oxygen:
2KClO 3 → 2KCl + 6O 0
chlorate
potasa
4) Kapag ang mga asin ng hypochlorous acid ay nabubulok sa liwanag- hypochlorite:
2NaClO → 2NaCl + O 2
Ca(ClO) 2 → CaCl 2 + O 2
5) Kapag nagpainit ng nitrates.
Gumagawa ito ng atomic oxygen. Depende sa kung anong posisyon ang sinasakop ng nitrate metal sa serye ng aktibidad, ang iba't ibang mga produkto ng reaksyon ay nabuo:
2NaNO 3 → 2NaNO 2 + O 2
Ca(NO 3) 2 → CaO + 2NO 2 + O 2
2AgNO 3 → 2 Ag + 2NO 2 + O 2
6) Kapag nabubulok ang mga peroxide:
2H 2 O 2 ↔ 2H 2 O + O 2
7) Kapag pinainit ang mga oxide ng mga hindi aktibong metal:
2Ag 2 O ↔ 4Ag + O 2
Ang prosesong ito ay may kaugnayan sa pang-araw-araw na buhay. Ang katotohanan ay ang mga pinggan na gawa sa tanso o pilak, na may natural na layer ng isang oxide film, ay bumubuo ng aktibong oxygen kapag pinainit, na isang antibacterial effect. Ang pagtunaw ng mga asing-gamot ng mga hindi aktibong metal, lalo na ang mga nitrates, ay humahantong din sa pagbuo ng oxygen. Halimbawa, ang pangkalahatang proseso ng pagtunaw ng silver nitrate ay maaaring katawanin sa mga yugto:
AgNO 3 + H 2 O → AgOH + HNO 3
2AgOH → Ag 2 O + O 2
2Ag 2 O → 4Ag + O 2
o sa anyo ng buod:
4AgNO 3 + 2H 2 O → 4Ag + 4HNO 3 + 7O 2
8) Kapag nagpainit ng mga chromium salt ng pinakamataas na estado ng oksihenasyon:
4K 2 Cr 2 O 7 → 4K 2 CrO 4 + 2Cr 2 O 3 + 3 O 2
bichromate chromate
potasa potasa
Sa industriya, ang oxygen ay nakukuha:
1) Electrolytic decomposition ng tubig:
2H 2 O → 2H 2 + O 2
2) Pakikipag-ugnayan ng carbon dioxide sa mga peroxide:
CO 2 + K 2 O 2 → K 2 CO 3 + O 2
Ang pamamaraang ito ay isang kailangang-kailangan na teknikal na solusyon sa problema ng paghinga sa mga nakahiwalay na sistema: mga submarino, mina, spacecraft.
3) Kapag nakipag-ugnayan ang ozone sa mga nagpapababang ahente:
O 3 + 2KJ + H 2 O → J 2 + 2KOH + O 2
Ang partikular na kahalagahan ay ang paggawa ng oxygen sa proseso ng photosynthesis. nagaganap sa mga halaman. Ang lahat ng buhay sa Earth ay pangunahing nakasalalay sa prosesong ito. Ang photosynthesis ay isang kumplikadong proseso ng maraming hakbang. Ang simula ay nagbibigay sa kanya ng liwanag. Ang photosynthesis mismo ay binubuo ng dalawang yugto: liwanag at madilim. Sa light phase, ang pigment chlorophyll na nakapaloob sa mga dahon ng mga halaman ay bumubuo ng tinatawag na "light-absorbing" complex, na kumukuha ng mga electron mula sa tubig, at sa gayon ay hinahati ito sa mga hydrogen ions at oxygen:
2H 2 O \u003d 4e + 4H + O 2
Ang mga naipon na proton ay nag-aambag sa synthesis ng ATP:
ADP + F = ATP
Sa madilim na bahagi, ang carbon dioxide at tubig ay na-convert sa glucose. At ang oxygen ay inilabas bilang isang by-product:
6CO 2 + 6H 2 O \u003d C 6 H 12 O 6 + O 2
site, na may buo o bahagyang pagkopya ng materyal, kinakailangan ang isang link sa pinagmulan.
