Sinasakop ng oxygen ang 21% ng hangin sa atmospera. Karamihan sa mga ito ay matatagpuan sa crust ng lupa, sariwang tubig at mga buhay na mikroorganismo. Ito ay ginagamit sa maraming industriya at ginagamit para sa sambahayan at medikal na pangangailangan. Ang pangangailangan para sa isang sangkap ay dahil sa kemikal at pisikal na katangian.

Paano ginawa ang oxygen sa industriya. 3 pamamaraan

Ang produksyon ng oxygen sa industriya ay isinasagawa sa pamamagitan ng paghahati ng hangin sa atmospera. Ang mga sumusunod na pamamaraan ay ginagamit para dito:

Ang produksyon ng oxygen sa isang pang-industriya na sukat ay may malaking kahalagahan. Ang mas mataas na pansin ay dapat bayaran sa pagpili ng teknolohiya at naaangkop na kagamitan. Ang mga pagkakamaling nagawa ay maaaring negatibong makaapekto sa teknolohikal na proseso at humantong sa pagtaas ng mga gastos pagkatapos ng pagpatay.

Mga teknikal na tampok ng kagamitan para sa paggawa ng oxygen sa industriya

Ang mga generator ng pang-industriyang uri na "OXIMAT" ay tumutulong upang maitaguyod ang proseso ng pagkuha ng oxygen sa isang gas na estado. Ang kanilang mga teknikal na katangian at mga tampok ng disenyo ay naglalayong makuha ang sangkap na ito sa industriya ng kinakailangang kadalisayan at ang kinakailangang dami sa buong araw (nang walang pagkaantala). Dapat tandaan na ang kagamitan ay maaaring gumana sa anumang mode, mayroon man o walang paghinto. Gumagana ang yunit sa ilalim ng presyon. Sa pasukan, dapat mayroong tuyo na hangin sa isang naka-compress na estado, walang kahalumigmigan. Ang mga modelo ng maliit, karaniwan at malaking produktibidad ay ibinigay.

Plano:

Kasaysayan ng pagtuklas

Pinagmulan ng pangalan

Ang pagiging nasa kalikasan

Resibo

Mga Katangiang Pisikal

Mga katangian ng kemikal

Aplikasyon

10. Isotopes

Oxygen

Oxygen- isang elemento ng ika-16 na pangkat (ayon sa hindi napapanahong pag-uuri - ang pangunahing subgroup ng pangkat VI), ang pangalawang panahon ng periodic system ng mga elemento ng kemikal ng D. I. Mendeleev, na may atomic number 8. Ito ay itinalaga ng simbolo O (lat . Oxygenium). Ang oxygen ay isang reaktibong non-metal at ang pinakamagaan na elemento ng chalcogen group. simpleng sangkap oxygen(CAS number: 7782-44-7) sa ilalim ng normal na kondisyon - isang gas na walang kulay, lasa at amoy, ang molekula nito ay binubuo ng dalawang atomo ng oxygen (formula O 2), at samakatuwid ito ay tinatawag ding dioxygen. Ang likidong oxygen ay may mapusyaw na asul, at ang solid ay mapusyaw na asul na mga kristal.

Mayroong iba pang mga allotropic na anyo ng oxygen, halimbawa, ozone (numero ng CAS: 10028-15-6) - sa ilalim ng normal na mga kondisyon, isang asul na gas na may isang tiyak na amoy, ang molekula na binubuo ng tatlong mga atomo ng oxygen (formula O 3).

Kasaysayan ng pagtuklas

Opisyal na pinaniniwalaan na ang oxygen ay natuklasan ng English chemist na si Joseph Priestley noong Agosto 1, 1774 sa pamamagitan ng nabubulok na mercury oxide sa isang hermetically sealed na sisidlan (itinuro ni Priestley ang sinag ng araw sa tambalang ito gamit ang isang malakas na lente).

Gayunpaman, hindi muna napagtanto ni Priestley na natuklasan niya ang isang bagong simpleng sangkap, naniniwala siya na ibinukod niya ang isa sa mga bahagi ng hangin (at tinawag itong gas na "dephlogisticated air"). Iniulat ni Priestley ang kanyang natuklasan sa namumukod-tanging French chemist na si Antoine Lavoisier. Noong 1775, itinatag ni A. Lavoisier na ang oxygen ay isang mahalagang bahagi ng hangin, mga acid at matatagpuan sa maraming mga sangkap.

Ilang taon bago nito (noong 1771), ang Swedish chemist na si Carl Scheele ay nakakuha ng oxygen. Nag-calcine siya ng saltpeter na may sulfuric acid at pagkatapos ay na-decompose ang resultang nitric oxide. Tinawag ni Scheele ang gas na ito na "nagniningas na hangin" at inilarawan ang kanyang pagkatuklas sa isang aklat na inilathala noong 1777 (tiyak na ang libro ay nai-publish nang mas huli kaysa sa inihayag ni Priestley ang kanyang pagtuklas, ang huli ay itinuturing na tumutuklas ng oxygen). Iniulat din ni Scheele ang kanyang karanasan kay Lavoisier.

Ang isang mahalagang yugto na nag-ambag sa pagtuklas ng oxygen ay ang gawain ng Pranses na chemist na si Pierre Bayen, na nag-publish ng trabaho sa oksihenasyon ng mercury at ang kasunod na agnas ng oksido nito.

Sa wakas, sa wakas ay nalaman ni A. Lavoisier ang likas na katangian ng nagresultang gas, gamit ang impormasyon mula sa Priestley at Scheele. Ang kanyang trabaho ay napakahalaga, dahil salamat dito, ang teorya ng phlogiston na nangingibabaw sa oras na iyon at humadlang sa pag-unlad ng kimika ay napabagsak. Nagsagawa si Lavoisier ng isang eksperimento sa pagkasunog ng iba't ibang mga sangkap at pinabulaanan ang teorya ng phlogiston sa pamamagitan ng paglalathala ng mga resulta sa bigat ng mga nasunog na elemento. Ang bigat ng abo ay lumampas sa paunang bigat ng elemento, na nagbigay kay Lavoisier ng karapatang igiit na sa panahon ng pagkasunog ay nangyayari ang isang kemikal na reaksyon (oksihenasyon) ng sangkap, na may kaugnayan dito, ang mass ng orihinal na sangkap ay tumataas, na pinabulaanan ang teorya ng phlogiston.

Kaya, ang kredito para sa pagtuklas ng oxygen ay aktwal na ibinahagi nina Priestley, Scheele, at Lavoisier.

Pinagmulan ng pangalan

Ang salitang oxygen (sa simula ng ika-19 na siglo ay tinawag pa rin itong "acid"), ang hitsura nito sa wikang Ruso ay sa ilang lawak dahil sa M.V. Lomonosov, na nagpakilala, kasama ng iba pang mga neologism, ang salitang "acid"; kaya ang salitang "oxygen", sa turn, ay isang tracing-paper ng terminong "oxygen" (French oxygène), iminungkahi ni A. Lavoisier (mula sa ibang Greek ὀξύς - "maasim" at γεννάω - "Ako ay nanganak"), na isinasalin bilang "pagbuo ng acid", na nauugnay sa orihinal na kahulugan nito - "acid", na dating nangangahulugang mga sangkap na tinatawag na mga oxide ayon sa modernong internasyonal na katawagan.

Ang pagiging nasa kalikasan

Ang oxygen ay ang pinakakaraniwang elemento sa Earth; ang bahagi nito (bilang bahagi ng iba't ibang mga compound, pangunahin ang silicates) ay bumubuo ng humigit-kumulang 47.4% ng masa ng solidong crust ng lupa. Ang dagat at sariwang tubig ay naglalaman ng isang malaking halaga ng nakagapos na oxygen - 88.8% (sa pamamagitan ng masa), sa kapaligiran ang nilalaman ng libreng oxygen ay 20.95% sa dami at 23.12% sa masa. Mahigit sa 1500 compound ng crust ng lupa ang naglalaman ng oxygen sa kanilang komposisyon.

Ang oxygen ay isang constituent ng maraming mga organikong sangkap at naroroon sa lahat ng mga buhay na selula. Sa mga tuntunin ng bilang ng mga atomo sa mga buhay na selula, ito ay tungkol sa 25%, sa mga tuntunin ng mass fraction - mga 65%.

Resibo

Sa kasalukuyan, sa industriya, ang oxygen ay nakukuha mula sa hangin. Ang pangunahing pang-industriya na paraan para sa pagkuha ng oxygen ay cryogenic distillation. Ang mga halaman ng oxygen batay sa teknolohiya ng lamad ay kilala rin at matagumpay na ginagamit sa industriya.

Sa mga laboratoryo, ginagamit ang pang-industriyang oxygen, na ibinibigay sa mga silindro ng bakal sa ilalim ng presyon na humigit-kumulang 15 MPa.

Ang maliit na halaga ng oxygen ay maaaring makuha sa pamamagitan ng pag-init ng potassium permanganate KMnO 4:

Ginagamit din ang reaksyon ng catalytic decomposition ng hydrogen peroxide H 2 O 2 sa pagkakaroon ng manganese (IV) oxide:

Maaaring makuha ang oxygen sa pamamagitan ng catalytic decomposition ng potassium chlorate (bertolet salt) KClO 3:

Kasama sa mga pamamaraan ng laboratoryo para sa paggawa ng oxygen ang paraan ng electrolysis ng mga may tubig na solusyon ng alkalis, pati na rin ang agnas ng mercury (II) oxide (sa t = 100 ° C):

Sa mga submarino, kadalasang nakukuha ito sa pamamagitan ng reaksyon ng sodium peroxide at carbon dioxide na inilalabas ng isang tao:

Mga Katangiang Pisikal

Sa karagatan, ang nilalaman ng dissolved O 2 ay mas malaki sa malamig na tubig, at mas mababa sa mainit na tubig.

Sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ang oxygen ay isang walang kulay, walang lasa at walang amoy na gas.

Ang 1 litro nito ay may masa na 1.429 g. Ito ay bahagyang mas mabigat kaysa sa hangin. Bahagyang natutunaw sa tubig (4.9 ml/100 g sa 0°C, 2.09 ml/100 g sa 50°C) at alkohol (2.78 ml/100 g sa 25°C). Mahusay itong natutunaw sa tinunaw na pilak (22 volume ng O 2 sa 1 dami ng Ag sa 961 ° C). Interatomic na distansya - 0.12074 nm. Ito ay paramagnetic.

Kapag pinainit ang gas na oxygen, ang nababaligtad na dissociation nito sa mga atom ay nangyayari: sa 2000 °C - 0.03%, sa 2600 °C - 1%, 4000 °C - 59%, 6000 °C - 99.5%.

Ang likidong oxygen (boiling point −182.98 °C) ay isang maputlang asul na likido.

O 2 phase diagram

Solid oxygen (melting point −218.35°C) - mga asul na kristal. Anim na crystalline phase ang kilala, kung saan tatlo ang umiiral sa presyon na 1 atm.:

α-O 2 - umiiral sa mga temperaturang mababa sa 23.65 K; ang maliwanag na asul na kristal ay nabibilang sa monoclinic system, mga parameter ng cell a=5.403 Å, b=3.429 Å, c=5.086 Å; β=132.53°.

β-O 2 - umiiral sa hanay ng temperatura mula 23.65 hanggang 43.65 K; Ang mga maputlang asul na kristal (na may pagtaas ng presyon, ang kulay ay nagiging pink) ay may rhombohedral na sala-sala, mga parameter ng cell a=4.21 Å, α=46.25°.

γ-O 2 - umiiral sa mga temperatura mula 43.65 hanggang 54.21 K; Ang mga maputlang asul na kristal ay may simetrya ng kubiko, panahon ng sala-sala a=6.83 Å.

Tatlong higit pang mga yugto ang nabuo sa mataas na presyon:

δ-O 2 hanay ng temperatura 20-240 K at presyon 6-8 GPa, orange na kristal;

ε-O 4 presyon mula 10 hanggang 96 GPa, kulay kristal mula sa madilim na pula hanggang itim, monoclinic system;

ζ-O n pressure na higit sa 96 GPa, metallic state na may katangiang metallic luster, sa mababang temperatura ay pumasa sa superconducting state.

Mga katangian ng kemikal

Isang malakas na ahente ng oxidizing, nakikipag-ugnayan sa halos lahat ng mga elemento, na bumubuo ng mga oxide. Ang estado ng oksihenasyon ay −2. Bilang isang patakaran, ang reaksyon ng oksihenasyon ay nagpapatuloy sa pagpapalabas ng init at nagpapabilis sa pagtaas ng temperatura (tingnan ang Pagkasunog). Isang halimbawa ng mga reaksyon na nagaganap sa temperatura ng silid:

Nag-oxidize ng mga compound na naglalaman ng mga elemento na may hindi pinakamataas na estado ng oksihenasyon:

Nag-oxidize ng karamihan sa mga organikong compound:

Sa ilalim ng ilang mga kundisyon, posible na magsagawa ng banayad na oksihenasyon ng isang organikong tambalan:

Direktang tumutugon ang oxygen (sa ilalim ng normal na mga kondisyon, kapag pinainit at/o sa pagkakaroon ng mga catalyst) sa lahat ng simpleng substance, maliban sa Au at mga inert na gas (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn); ang mga reaksyon sa mga halogens ay nangyayari sa ilalim ng impluwensya ng isang electric discharge o ultraviolet radiation. Ang mga oxide ng ginto at mabibigat na inert gas (Xe, Rn) ay nakuha nang hindi direkta. Sa lahat ng dalawang elementong compound ng oxygen kasama ng iba pang elemento, gumaganap ang oxygen bilang isang oxidizing agent, maliban sa mga compound na may fluorine.

Ang oxygen ay bumubuo ng mga peroxide na may estado ng oksihenasyon ng oxygen atom na pormal na katumbas ng −1.

Halimbawa, ang mga peroxide ay nakuha sa pamamagitan ng pagsunog ng mga alkali metal sa oxygen:

Ang ilang mga oxide ay sumisipsip ng oxygen:

Ayon sa teorya ng pagkasunog na binuo ni A. N. Bach at K. O. Engler, ang oksihenasyon ay nangyayari sa dalawang yugto sa pagbuo ng isang intermediate peroxide compound. Ang intermediate compound na ito ay maaaring ihiwalay, halimbawa, kapag ang apoy ng nasusunog na hydrogen ay pinalamig ng yelo, kasama ng tubig, ang hydrogen peroxide ay nabuo:

Sa superoxides, ang oxygen ay pormal na mayroong oxidation state na −½, iyon ay, isang electron sa bawat dalawang oxygen atoms (ang O − 2 ion). Nakuha sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan ng mga peroxide sa oxygen sa mataas na presyon at temperatura:

Ang Potassium K, rubidium Rb at cesium Cs ay tumutugon sa oxygen upang bumuo ng mga superoxide:

Sa dioxygenyl ion O 2 +, ang oxygen ay pormal na mayroong estado ng oksihenasyon na +½. Kunin sa pamamagitan ng reaksyon:

Oxygen fluoride

Ang oxygen difluoride, NG 2 oxygen oxidation state +2, ay nakukuha sa pamamagitan ng pagpasa ng fluorine sa pamamagitan ng isang alkali solution:

Ang oxygen monofluoride (Dioxydifluoride), O 2 F 2, ay hindi matatag, ang estado ng oksihenasyon ng oxygen ay +1. Nakuha mula sa pinaghalong fluorine at oxygen sa isang glow discharge sa temperatura na −196 ° C:

Ang pagpasa ng glow discharge sa pamamagitan ng pinaghalong fluorine na may oxygen sa isang tiyak na presyon at temperatura, ang mga mixture ng mas mataas na oxygen fluoride O 3 F 2, O 4 F 2, O 5 F 2 at O ​​6 F 2 ay nakuha.

Hinuhulaan ng quantum mechanical calculations ang matatag na pag-iral ng OF 3 + trifluorohydroxonium ion. Kung talagang umiiral ang ion na ito, ang estado ng oksihenasyon ng oxygen sa loob nito ay magiging +4.

Sinusuportahan ng oxygen ang mga proseso ng paghinga, pagkasunog, at pagkabulok.

Sa libreng anyo nito, ang elemento ay umiiral sa dalawang allotropic modification: O 2 at O ​​3 (ozone). Tulad ng itinatag noong 1899 nina Pierre Curie at Maria Sklodowska-Curie, sa ilalim ng impluwensya ng ionizing radiation, ang O 2 ay nagiging O 3.

Aplikasyon

Ang malawakang pang-industriya na paggamit ng oxygen ay nagsimula sa kalagitnaan ng ika-20 siglo, pagkatapos ng pag-imbento ng mga turboexpanders - mga aparato para sa pagtunaw at paghihiwalay ng likidong hangin.

ATmetalurhiya

Ang paraan ng converter ng paggawa ng bakal o pagproseso ng matte ay nauugnay sa paggamit ng oxygen. Sa maraming mga yunit ng metalurhiko, para sa mas mahusay na pagkasunog ng gasolina, isang halo ng oxygen-air ang ginagamit sa mga burner sa halip na hangin.

Welding at pagputol ng mga metal

Ang oxygen sa mga asul na silindro ay malawakang ginagamit para sa pagputol ng apoy at hinang ng mga metal.

Panggatong ng rocket

Ang likidong oxygen, hydrogen peroxide, nitric acid at iba pang mga compound na mayaman sa oxygen ay ginagamit bilang isang oxidizing agent para sa rocket fuel. Ang pinaghalong likidong oxygen at likidong ozone ay isa sa pinakamakapangyarihang rocket fuel oxidizers (ang tiyak na impulse ng isang hydrogen-ozone mixture ay lumampas sa tiyak na impulse para sa isang hydrogen-fluorine at hydrogen-oxygen fluoride na pares).

ATgamot

Ang medikal na oxygen ay naka-imbak sa mga asul na high-pressure na metal gas cylinders (para sa mga compressed o liquefied gas) na may iba't ibang kapasidad mula 1.2 hanggang 10.0 liters sa ilalim ng pressure hanggang 15 MPa (150 atm) at ginagamit upang pagyamanin ang respiratory gas mixtures sa anesthesia equipment, na may kabiguan sa paghinga, upang ihinto ang pag-atake ng bronchial hika, alisin ang hypoxia ng anumang pinagmulan, na may decompression sickness, para sa paggamot ng patolohiya ng gastrointestinal tract sa anyo ng mga oxygen cocktail. Para sa indibidwal na paggamit, ang medikal na oxygen mula sa mga cylinder ay puno ng mga espesyal na lalagyan ng rubberized - mga unan ng oxygen. Upang magbigay ng oxygen o isang halo ng oxygen-air nang sabay-sabay sa isa o dalawang biktima sa field o sa isang ospital, ginagamit ang mga oxygen inhaler ng iba't ibang mga modelo at mga pagbabago. Ang bentahe ng isang oxygen inhaler ay ang pagkakaroon ng isang condenser-humidifier ng pinaghalong gas, na gumagamit ng kahalumigmigan ng exhaled na hangin. Upang kalkulahin ang dami ng oxygen na natitira sa silindro sa mga litro, ang presyon sa silindro sa mga atmospheres (ayon sa pressure gauge ng reducer) ay karaniwang pinarami ng kapasidad ng silindro sa litro. Halimbawa, sa isang silindro na may kapasidad na 2 litro, ang pressure gauge ay nagpapakita ng presyon ng oxygen na 100 atm. Ang dami ng oxygen sa kasong ito ay 100 × 2 = 200 liters.

ATIndustriya ng Pagkain

Sa industriya ng pagkain, ang oxygen ay nakarehistro bilang food additive E948, bilang isang propellant at packaging gas.

ATindustriya ng kemikal

Sa industriya ng kemikal, ang oxygen ay ginagamit bilang isang ahente ng oxidizing sa maraming mga synthesis, halimbawa, ang oksihenasyon ng mga hydrocarbon sa mga compound na naglalaman ng oxygen (alcohols, aldehydes, acids), ammonia hanggang nitrogen oxides sa paggawa ng nitric acid. Dahil sa mataas na temperatura na nabuo sa panahon ng oksihenasyon, ang huli ay madalas na isinasagawa sa mode ng pagkasunog.

ATagrikultura

Sa mga greenhouse, para sa paggawa ng mga oxygen cocktail, para sa pagtaas ng timbang sa mga hayop, para sa pagpapayaman ng aquatic na kapaligiran na may oxygen sa pagsasaka ng isda.

Ang biological na papel ng oxygen

Emergency supply ng oxygen sa isang bomb shelter

Karamihan sa mga nabubuhay na bagay (aerobes) ay humihinga ng oxygen mula sa hangin. Ang oxygen ay malawakang ginagamit sa medisina. Sa mga sakit sa cardiovascular, upang mapabuti ang mga proseso ng metabolic, ang oxygen foam ("oxygen cocktail") ay ipinakilala sa tiyan. Ang pangangasiwa ng subcutaneous oxygen ay ginagamit para sa trophic ulcers, elephantiasis, gangrene at iba pang malubhang sakit. Ang artipisyal na pagpapayaman na may ozone ay ginagamit upang disimpektahin at alisin ang amoy ng hangin at linisin ang inuming tubig. Ang radioactive isotope ng oxygen 15 O ay ginagamit upang pag-aralan ang rate ng daloy ng dugo, pulmonary ventilation.

Mga nakakalason na oxygen derivatives

Ang ilang mga oxygen derivatives (tinatawag na reactive oxygen species), tulad ng singlet oxygen, hydrogen peroxide, superoxide, ozone, at ang hydroxyl radical, ay lubhang nakakalason na mga produkto. Ang mga ito ay nabuo sa proseso ng pag-activate o bahagyang pagbawas ng oxygen. Ang superoxide (superoxide radical), hydrogen peroxide at hydroxyl radical ay maaaring mabuo sa mga selula at tisyu ng katawan ng tao at hayop at maging sanhi ng oxidative stress.

isotopes

Ang oxygen ay may tatlong matatag na isotopes: 16 O, 17 O at 18 O, ang average na nilalaman nito ay ayon sa pagkakabanggit 99.759%, 0.037% at 0.204% ng kabuuang bilang ng mga atomo ng oxygen sa Earth. Ang matalim na pamamayani ng pinakamagaan sa kanila, 16 O, sa pinaghalong isotopes ay dahil sa ang katunayan na ang nucleus ng 16 O atom ay binubuo ng 8 proton at 8 neutrons (double magic nucleus na may puno na neutron at proton shell). At ang gayong nuclei, tulad ng sumusunod mula sa teorya ng istraktura ng atomic nucleus, ay may espesyal na katatagan.

Ang radioactive oxygen isotopes na may mass number mula 12 O hanggang 24 O ay kilala rin. Lahat ng radioactive oxygen isotopes ay may maikling kalahating buhay, ang pinakamatagal na buhay sa kanila ay 15 O na may kalahating buhay na ~120 s. Ang pinakamaikling buhay na 12 O isotope ay may kalahating buhay na 5.8·10 −22 s.

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 °С	-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 °С	-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 mahalagang katangian ng oxygen ay ang kakayahang bumuo ng malawak na paputok na mga mixture na may mga nasusunog na gas at mga likidong nasusunog na singaw, 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. Ang mga pangunahing cycle ng pagpapalamig na ginagamit sa mga modernong pag-install ay maikling tinalakay sa ibaba.

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 isang 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 natunaw na 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. apat.

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 na 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 mabilis na pinalamig, pagkatapos nito ay pinapakain sa puwang ng tubo ng ang condenser 5 at i-condenses ang natitirang bahagi ng naka-compress na hangin (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 isa na 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 hakbang na pag-aayos 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 ang singaw sa itaas ng likidong ito 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

Tanong bilang 2 Paano nakukuha ang oxygen sa laboratoryo at sa industriya? Isulat ang mga equation para sa mga katumbas na reaksyon. Paano naiiba ang mga pamamaraang ito sa bawat isa?

Sagot:

Sa laboratoryo, ang oxygen ay maaaring makuha sa mga sumusunod na paraan:

1) Pagkabulok ng hydrogen peroxide sa pagkakaroon ng isang katalista (manganese oxide

2) Pagkabulok ng Berthollet salt (potassium chlorate):

3) Pagkabulok ng potassium permanganate:

Sa industriya, ang oxygen ay nakuha mula sa hangin, na naglalaman ng humigit-kumulang 20% ​​sa dami. Ang hangin ay natunaw sa ilalim ng presyon at may malakas na paglamig. Ang oxygen at nitrogen (ang pangalawang pangunahing bahagi ng hangin) ay may iba't ibang punto ng pagkulo. Samakatuwid, maaari silang paghiwalayin sa pamamagitan ng distillation: ang nitrogen ay may mas mababang punto ng kumukulo kaysa sa oxygen, kaya ang nitrogen ay sumingaw bago ang oxygen.

Mga pagkakaiba sa pagitan ng mga pamamaraan ng pang-industriya at laboratoryo para sa paggawa ng oxygen:

1) Ang lahat ng mga pamamaraan sa laboratoryo para sa pagkuha ng oxygen ay kemikal, iyon ay, sa kasong ito, ang ilang mga sangkap ay na-convert sa iba. Ang proseso ng pagkuha ng oxygen mula sa hangin ay isang pisikal na proseso, dahil ang pagbabago ng ilang mga sangkap sa iba ay hindi nangyayari.

2) Ang oxygen ay maaaring makuha mula sa hangin sa mas malaking dami.

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

Sa. 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.