SVOJSTVA KISIKA I NAČINI NJEGOVOG DOBIVANJA

Kisik O2 najzastupljeniji je element na Zemlji. Nalazi se u velikim količinama u obliku kemijskih spojeva s raznim tvarima u zemljinoj kori (do 50% tež.), u kombinaciji s vodikom u vodi (oko 86% tež.) i u slobodna država u atmosferskom zraku u smjesi uglavnom s dušikom u količini od 20,93 % vol. (23,15% tež.).

Kisik je od velike važnosti u nacionalno gospodarstvo. Široko se koristi u metalurgiji; kemijska industrija; za plinsko-plamenu obradu metala, vatreno bušenje čvrstih tvari stijene, podzemna rasplinjavanje ugljena; u medicini i raznim aparatima za disanje, npr. za letove na velikim visinama, te u drugim područjima.

Pod normalnim uvjetima, kisik je plin bez boje, mirisa i okusa koji nije zapaljiv, ali aktivno podržava gorenje. Pri vrlo niskim temperaturama kisik prelazi u tekućinu, pa čak i u krutinu.

Najvažnije fizikalne konstante kisika su sljedeće:

Kisik ima veliku kemijsku aktivnost i tvori spojeve sa svim kemijski elementi, osim rijetkih plinova. Reakcije kisika s organskim tvarima imaju izražen egzotermni karakter. Dakle, kada komprimirani kisik stupa u interakciju s masnim ili fino raspršenim krutim zapaljivim tvarima, dolazi do njihove trenutne oksidacije, a stvorena toplina doprinosi spontanom izgaranju tih tvari, što može uzrokovati požar ili eksploziju. Ovo se svojstvo mora posebno uzeti u obzir pri rukovanju opremom za kisik.

Jedno od važnih svojstava kisika je njegova sposobnost stvaranja eksplozivnih smjesa sa zapaljivim plinovima i tekućim zapaljivim parama u širokom rasponu, što također može dovesti do eksplozije u prisutnosti otvorenog plamena ili čak iskre. Smjese zraka s plinom ili parom goriva također su eksplozivne.

Kisik se može dobiti: 1) kemijskim metodama; 2) elektroliza vode; 3) fizički iz zraka.

Kemijske metode koje uključuju proizvodnju kisika iz različitih tvari su neučinkovite i trenutno imaju samo laboratorijsko značenje.

Elektroliza vode, odnosno njezina razgradnja na sastavne dijelove - vodik i kisik, provodi se u uređajima koji se nazivaju elektrolizeri. Istosmjerna struja prolazi kroz vodu u koju se dodaje kaustična soda NaOH za povećanje električne vodljivosti; kisik se skuplja na anodi, a vodik na katodi. Nedostatak ove metode je velika potrošnja električne energije: na 1 m 3 0 2 troši se 12-15 kW (uz to se dobiva 2 m 3 N 2). h. Metoda je racionalna u prisutnosti jeftine električne energije, kao iu proizvodnji elektrolitičkog vodika, kada je kisik otpadni proizvod.

Fizikalna metoda je razdvajanje zraka na komponente pomoću dubokog hlađenja. Ova metoda omogućuje dobivanje kisika u gotovo neograničenim količinama i od velike je industrijske važnosti. Potrošnja električne energije po 1 m 3 O 2 je 0,4-1,6 kW. h, ovisno o vrsti instalacije.

DOBIVANJE KISIKA IZ ZRAKA

Atmosferski zrak uglavnom je mehanička smjesa tri plina sa sljedećim volumetrijskim sadržajem: dušik - 78,09%, kisik - 20,93%, argon - 0,93%. Osim toga, sadrži oko 0,03% ugljičnog dioksida i male količine rijetkih plinova, vodika, dušikovog oksida itd.

Glavni zadatak u dobivanju kisika iz zraka je razdvajanje zraka na kisik i dušik. Usput se izdvajaju argon čija je uporaba u specijalnim metodama zavarivanja u stalnom porastu, kao i rijetki plinovi koji igraju važnu ulogu u nizu industrija. Dušik se koristi u zavarivanju kao zaštitni plin, u medicini i drugim područjima.

Suština metode je duboko hlađenje zraka, njegovo pretvaranje u tekuće stanje, koje u normalnim uvjetima atmosferski tlak može se postići u rasponu temperatura od -191,8 °C (početak ukapljivanja) do -193,7 °C (kraj ukapljivanja).

Razdvajanje tekućine na kisik i dušik provodi se korištenjem razlike u njihovim temperaturama vrenja, i to: T bp. o2 = -182,97°C; Temperatura vrenja N2 = -195,8° C (pri 760 mm Hg).

Postupnim isparavanjem tekućine prelazi u plinovitu fazu dušik, kojeg ima više niske temperature ključanja i kako se ispušta, tekućina će se obogatiti kisikom. Ponavljanjem ovog procesa mnogo puta moguće je dobiti kisik i dušik potrebne čistoće. Ova metoda razdvajanja tekućina na sastavne dijelove naziva se rektifikacija.

Za proizvodnju kisika iz zraka postoje specijalizirana poduzeća opremljena jedinicama visokih performansi. Osim toga, velika poduzeća za obradu metala imaju vlastite stanice za kisik.

Niske temperature potrebne za ukapljivanje zraka postižu se pomoću takozvanih ciklusa hlađenja. Glavni rashladni ciklusi koji se koriste u modernim instalacijama ukratko su razmotreni u nastavku.

Rashladni ciklus s prigušivanjem zraka temelji se na Joule-Thomsonovom efektu, tj. naglom padu temperature plina tijekom njegove slobodne ekspanzije. Dijagram ciklusa je prikazan na sl. 2.

Zrak se komprimira u višestupanjskom kompresoru 1 do 200 kgf/cm2, a zatim prolazi kroz hladnjak 2 s tekućom vodom. Duboko hlađenje zraka događa se u izmjenjivaču topline 3 obrnutim protokom hladnog plina iz kolektora tekućine (ukapljivača) 4. Kao rezultat širenja zraka u prigušnom ventilu 5, on se dodatno hladi i djelomično. ukapljena.

Tlak u kolektoru 4 reguliran je unutar 1-2 kgf / cm 2. Tekućina se povremeno odvodi iz zbirke u posebne spremnike kroz ventil 6. Neukapljeni dio zraka ispušta se kroz izmjenjivač topline, hladeći nove dijelove ulaznog zraka.

Hlađenje zraka do temperature ukapljivanja događa se postupno; Kada je instalacija uključena, postoji period pokretanja tijekom kojeg se ne opaža ukapljivanje zraka, već samo hlađenje instalacije. Ovo razdoblje traje nekoliko sati.

Prednost ciklusa je njegova jednostavnost, ali nedostatak je relativno velika potrošnja energije - do 4,1 kW. h po 1 kg ukapljenog zraka pri tlaku kompresora od 200 kgf / cm 2; pri nižem tlaku naglo raste specifična potrošnja energije. Ovaj se ciklus koristi u postrojenjima niskog i srednjeg kapaciteta za proizvodnju plinovitog kisika.

Nešto je složeniji ciklus s prigušivanjem i predhlađenjem zraka amonijakom.

Srednjetlačni rashladni ciklus s ekspanzijom u ekspanderu temelji se na smanjenju temperature plina tijekom ekspanzije uz povrat vanjskog rada. Osim toga, koristi se i Joule-Thomsonov učinak. Dijagram ciklusa je prikazan na sl. 3.

Zrak se komprimira u kompresoru 1 na 20-40 kgf/cm 2, prolazi kroz hladnjak 2, a zatim kroz izmjenjivače topline 3 i 4. Nakon izmjenjivača topline 3, većina zraka (70-80%) šalje se na ekspanziju klipa. stroj-ekspander 6, a manji dio zraka (20-30%) ide na slobodnu ekspanziju u prigušnicu 5 i potom u sabirnik 7 koji ima ventil 8 za odvod tekućine. U ekspanderu 6

zrak, već ohlađen u prvom izmjenjivaču topline, radi - gura klip stroja, njegov tlak pada na 1 kgf / cm 2, zbog čega temperatura naglo pada. Iz ekspandera, hladni zrak, koji ima temperaturu od oko -100 ° C, ispušta se van kroz izmjenjivače topline 4 i 3, hladeći ulazni zrak. Dakle, ekspander osigurava vrlo učinkovito hlađenje instalacije pri relativno niskom tlaku u kompresoru. Korisno se koristi rad ekspandera i time se djelomično kompenzira utrošak energije za kompresiju zraka u kompresoru.

Prednosti ciklusa su: relativno nizak tlak kompresije, što pojednostavljuje dizajn kompresora, i povećani kapacitet hlađenja (zahvaljujući ekspanderu), koji osigurava stabilan rad instalacije kada se kisik uzima u tekućem obliku.

Niskotlačni rashladni ciklus s ekspanzijom u turboekspanderu, razvio akad. P. L. Kapitsa, temelji se na korištenju zraka niskog tlaka uz proizvodnju hladnoće samo ekspanzijom tog zraka u zračnoj turbini (turboekspanderu) uz proizvodnju vanjskog rada. Dijagram ciklusa je prikazan na sl. 4.

Zrak se komprimira turbokompresorom 1 na 6-7 kgf/cm2, hladi vodom u hladnjaku 2 i dovodi u regeneratore 3 (izmjenjivače topline), gdje se hladi obrnutim strujanjem hladnog zraka. Do 95% zraka nakon regeneratora šalje se u turboekspander 4, ekspandira do apsolutnog tlaka od 1 kgf / cm 2 s vanjskim radom i naglo se hladi, nakon čega se dovodi u prostor cijevi kondenzatora 5. i kondenzira ostatak komprimiranog zraka (5%), ulazeći u prsten. Iz kondenzatora 5 glavni protok zraka usmjerava se prema regeneratorima i hladi ulazni zrak, a tekući zrak se kroz prigušnicu 6 propušta u sabirnik 7 iz kojeg se odvodi kroz ventil 8. Na dijagramu je prikazan jedan regenerator. , ali u stvarnosti ih je nekoliko i uključuju se jedan po jedan.

Prednosti niskotlačnog ciklusa s turboekspanderom su: veća učinkovitost turbostrojeva u usporedbi s klipnim strojevima, pojednostavljenje tehnološka shema, povećavajući pouzdanost i sigurnost instalacije od eksplozije. Ciklus se koristi u instalacijama velikog kapaciteta.

Razdvajanje tekućeg zraka na komponente provodi se procesom rektifikacije, čija je bit da se parovita smjesa dušika i kisika nastala pri isparavanju tekućeg zraka propušta kroz tekućinu s nižim udjelom kisika. Budući da je u tekućini manje kisika, a više dušika, ona ima nižu temperaturu od pare koja prolazi kroz nju, a to uzrokuje kondenzaciju kisika iz pare i njegovo obogaćivanje tekućine uz istovremeno isparavanje dušika iz tekućine, tj. njegovo obogaćivanje pare iznad tekućine.

Ideja o suštini procesa ispravljanja može se dati slikom prikazanom na Sl. Slika 5 je pojednostavljeni dijagram procesa opetovanog isparavanja i kondenzacije tekućeg zraka.

Pretpostavljamo da se zrak sastoji samo od dušika i kisika. Zamislimo da postoji nekoliko posuda (I-V) povezanih jedna s drugom; gornja sadrži tekući zrak koji sadrži 21% kisika. Zahvaljujući stepenastom rasporedu posuda, tekućina će teći prema dolje i istovremeno se postupno obogaćivati ​​kisikom, a njezina temperatura će se povećati.

Pretpostavimo da se u posudi II nalazi tekućina koja sadrži 30% 0 2, u posudi III - 40%, u posudi IV - 50% i u posudi V - 60% kisika.

Za određivanje sadržaja kisika u parnoj fazi koristit ćemo se posebnim grafikonom - sl. 6, čije krivulje pokazuju sadržaj kisika u tekućini i pari pri različitim tlakovima.

Počnimo isparavati tekućinu u posudi V pri apsolutnom tlaku od 1 kgf/cm2. Kao što se može vidjeti sa Sl. 6, iznad tekućine u ovoj posudi, koja se sastoji od 60% 0 2 i 40% N 2, može postojati ravnotežni sastav pare koji sadrži 26,5% 0 2 i 73,5% N 2, koji ima istu temperaturu kao tekućina. Tu paru dovodimo u posudu IV, gdje tekućina sadrži samo 50% 0 2 i 50% N 2 i stoga će biti hladnija. Od sl. 6 pokazuje da para iznad te tekućine može sadržavati samo 19% 0 2 i 81% N 2, i samo u tom slučaju njezina temperatura bit će jednaka temperaturi tekućine u ovoj posudi.

Posljedično, para koja se dovodi u posudu IV iz posude V, koja sadrži 26,5% O 2, ima višu temperaturu od tekućine u posudi IV; stoga se kisik pare kondenzira u tekućini posude IV, a dio dušika iz nje će ispariti. Kao rezultat toga, tekućina u posudi IV bit će obogaćena kisikom, a para iznad nje bit će obogaćena dušikom.

Sličan proces dogodit će se iu drugim posudama, pa se tako, pri otjecanju iz gornjih u donje posude, tekućina obogaćuje kisikom, kondenzira je iz dižućih para i predaje im svoj dušik.

Nastavljajući proces prema gore, možete dobiti paru koja se sastoji od gotovo čistog dušika, au donjem dijelu - čistog tekućeg kisika. U stvarnosti, proces rektifikacije koji se odvija u destilacijskim kolonama postrojenja za proizvodnju kisika mnogo je kompliciraniji od opisanog, ali njegov osnovni sadržaj je isti.

Bez obzira na tehnološku shemu instalacije i vrstu rashladnog ciklusa, proces proizvodnje kisika iz zraka uključuje sljedeće faze:

1) čišćenje zraka od prašine, vodene pare i ugljičnog dioksida. Vezanje CO 2 postiže se propuštanjem zraka kroz vodenu otopinu NaOH;

2) kompresija zraka u kompresoru praćena hlađenjem u hladnjacima;

3) hlađenje komprimiranog zraka u izmjenjivačima topline;

4) ekspanzija komprimiranog zraka u prigušnom ventilu ili ekspanderu radi hlađenja i ukapljivanja;

5) ukapljivanje i rektifikacija zraka za proizvodnju kisika i dušika;

6) ispuštanje tekućeg kisika u stacionarne spremnike i ispuštanje plinovitog kisika u plinske spremnike;

7) kontrola kvalitete proizvedenog kisika;

8) punjenje transportnih tankova tekućim kisikom i punjenje boca plinovitim kisikom.

Kvaliteta plinovitog i tekućeg kisika regulirana je odgovarajućim GOST-ovima.

Prema GOST 5583-58, plinoviti tehnički kisik proizvodi se u tri stupnja: najviši - s udjelom ne manjim od 99,5% O 2, 1. - ne manjim od 99,2% O 2 i 2. - ne manjim od 98,5% O 2, ostalo je argon i dušik (0,5-1,5%). Sadržaj vlage ne smije prelaziti 0,07 g/f 3 . Kisik dobiven elektrolizom vode ne smije sadržavati više od 0,7 % vodika po volumenu.

Prema GOST 6331-52, tekući kisik se proizvodi u dva razreda: stupanj A sa sadržajem od najmanje 99,2% O 2 i stupanj B sa sadržajem od najmanje 98,5% O 2 . Sadržaj acetilena u tekućem kisiku ne smije biti veći od 0,3 cm 3 /l.

Procesni kisik koji se koristi za intenziviranje raznih procesa u metalurškoj, kemijskoj i drugim industrijama sadrži 90-98% O 2 .

Kontrola kvalitete plinovitog i tekućeg kisika provodi se izravno tijekom proizvodnog procesa pomoću posebnih instrumenata.

administracija Ukupna ocjena članka: Objavljeno: 2012.06.01

Vatrostalnu staklenu epruvetu pričvrstimo na stalak i u nju dodamo 5 g nitrata u prahu (kalijev nitrat KNO 3 ili natrijev nitrat NaNO 3). Ispod epruvete stavimo čašu od vatrostalnog materijala napunjenu pijeskom, budući da se tijekom ovog pokusa staklo često otopi i iscuri vruća masa. Stoga ćemo prilikom grijanja držati plamenik sa strane. Kad jako zagrijemo salitru, ona će se rastopiti i iz nje će se osloboditi kisik (to ćemo otkriti uz pomoć tinjajućeg iverja - zapalit će se u epruveti). U tom će se slučaju kalijev nitrat pretvoriti u nitrit KNO2. Zatim upotrijebite kliješta ili pincetu da bacite komadić reznog sumpora u talinu (nikada ne držite lice iznad epruvete).

Sumpor će se zapaliti i izgorjeti, oslobađajući se velika količina vrućina. Pokus treba izvoditi s otvorenim prozorima (zbog nastalih sumpornih oksida). Dobiveni natrijev nitrit ćemo sačuvati za sljedeće pokuse.

Proces je u tijeku kako slijedi(preko grijanja):

2KNO 3 → 2KNO 2 + O 2

Kisik možete dobiti drugim metodama.

Kalijev permanganat KMnO 4 (kalijeva sol manganove kiseline) zagrijavanjem oslobađa kisik i pretvara se u mangan (IV) oksid:

4KMnO 4 → 4Mn 2 + 2K 2 O + 3O 2

ili 4KMnO 4 → MnO 2 + K 2 MnO 4 + O 2

Od 10 g kalijevog permanganata može se dobiti oko litra kisika, što znači da su dva grama dovoljna da se pet epruveta napuni kisikom normalne veličine. Kalijev permanganat može se kupiti u bilo kojoj ljekarni ako ga nema u vašem kućnom ormariću za lijekove.

Zagrijemo određenu količinu kalijevog permanganata u vatrostalnoj epruveti i pneumatskom kupkom uhvatimo oslobođeni kisik u epruvete. Kristali, kada su napuknuti, bivaju uništeni, a često se određena količina prašnjavog permanganata povlači zajedno s plinom. U tom će slučaju voda u pneumatskoj kupki i odvodnoj cijevi pocrvenjeti. Nakon završenog pokusa kupku i cijev očistimo otopinom natrijevog tiosulfata (hiposulfita) - fotografskog fiksatora, koju malo zakiselimo razrijeđenom solnom kiselinom.

Kisik se također može dobiti u velikim količinama iz vodikovog peroksida (peroksida) H 2 O 2. Kupimo u ljekarni tropostotnu otopinu - sredstvo za dezinfekciju ili pripravak za liječenje rana. Vodikov peroksid nije jako stabilan. Već stajanjem na zraku razlaže se na kisik i vodu:

2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2

Razgradnja se može značajno ubrzati ako se peroksidu doda malo mangan dioksida MnO 2 (piroluzita), aktivnog ugljena, metalnog praha, krvi (zgrušane ili svježe) i sline. Ove tvari djeluju kao katalizatori.

U to se možemo uvjeriti ako u malu epruvetu stavimo približno 1 ml vodikovog peroksida s jednom od navedenih tvari, te pomoću splinter testa utvrdimo prisutnost oslobođenog kisika. Doda li se jednaka količina životinjske krvi u 5 ml tropostotne otopine vodikovog peroksida u čaši, smjesa će se jako pjeniti, pjena će se stvrdnuti i nabubriti kao posljedica oslobađanja mjehurića kisika.

Onda ćemo testirati katalitičko djelovanje 10% otopina bakrovog (II) sulfata s dodatkom kalijevog hidroksida (kaustična potaša), otopina željeznog (II) sulfata, otopina željezovog (III) klorida (sa i bez dodatka željeznog praha), natrijev karbonat , natrijev klorid i organske tvari (mlijeko, šećer, zgnječeno lišće zelenih biljaka itd.). To smo sada vidjeli iz iskustva razne tvari katalitički ubrzati razgradnju vodikovog peroksida.

Katalizatori povećavaju brzinu reakcije kemijski proces a pritom se sami ne konzumiraju. Oni u konačnici smanjuju aktivacijsku energiju potrebnu za pokretanje reakcije. Ali postoje i tvari koje djeluju suprotno. Nazivaju se negativni katalizatori, antikatalizatori, stabilizatori ili inhibitori. Na primjer, fosforna kiselina sprječava razgradnju vodikovog peroksida. Stoga se komercijalna otopina vodikovog peroksida obično stabilizira fosfornom ili mokraćnom kiselinom.

Katalizatori su neophodni za mnoge kemijsko tehnološke procese. Ali i u živoj prirodi u mnogim procesima sudjeluju takozvani biokatalizatori (enzimi, enzimi, hormoni). Budući da se katalizatori ne troše u reakcijama, mogu djelovati u malim količinama. Jedan gram sirila dovoljan je da osigura zgrušavanje 400-800 kg mliječne bjelančevine.

Za rad katalizatora od posebne je važnosti veličina njihove površine. Za povećanje površine koriste se porozne tvari prošarane pukotinama s razvijenom unutarnjom površinom; na tzv. Na primjer, 100 g platinskog katalizatora na nosaču sadrži samo oko 200 mg platine; 1 g kompaktnog nikla ima površinu od 0,8 cm 2, a 1 g praha nikla ima površinu od 10 mg. To odgovara omjeru 1:100 000; 1 g aktivnog aluminijevog oksida ima površinu od 200 do 300 m2; za 1 g aktivnog ugljika ta vrijednost iznosi čak 1000 m2. U pojedinim instalacijama katalizator vrijedi i po nekoliko milijuna maraka. Tako benzinska kontaktna peć u Belemu, visoka 18 m, sadrži 9-10 tona katalizatora.

Otkriće kisika označilo je novo razdoblje u razvoju kemije. Od davnina je poznato da je za izgaranje potreban zrak. Proces izgaranja tvari dugo vremena ostalo nejasno. U eri alkemije raširena je teorija flogistona, prema kojoj tvari gore zbog interakcije s vatrenom materijom, odnosno s flogistonom koji se nalazi u plamenu.

Kisik je dobio engleski kemičar Joseph Priestley 70-ih godina 18. stoljeća. Kemičar je zagrijao prašak crvenog živinog(II) oksida, uzrokujući raspad tvari u obliku metalne žive i bezbojnog plina:

2HgO t° → 2Hg + O2

Oksidi– binarni spojevi koji sadrže kisik

Kad je tinjajući komadić ubačen u posudu s plinom, jarko je planuo. Znanstvenik je vjerovao da je tinjajuća krhotina unijela flogiston u plin i on se zapalio.

D. Priestley Pokušao sam udahnuti dobiveni plin i bio sam oduševljen kako je lako i slobodno disati. Tada znanstvenik nije ni zamišljao da je zadovoljstvo disanja ovog plina dano svima.

D. Priestley podijelio je rezultate svojih eksperimenata s francuskim kemičarom Antoineom Laurentom Lavoisierom. Imajući u to vrijeme dobro opremljen laboratorij, A. Lavoisier je ponovio i unaprijedio pokuse D. Priestleya.

A. Lavoisier mjerio je količinu plina koja se oslobađa pri raspadu određene mase živinog oksida. Kemičar je zatim zagrijavao metalnu živu u zatvorenoj posudi sve dok nije postala živin(II) oksid. Otkrio je da je količina plina oslobođenog u prvom pokusu jednaka količini plina apsorbiranom u drugom pokusu. Stoga živa reagira s nekom tvari u zraku. I ta ista tvar se oslobađa tijekom razgradnje oksida. Lavoisier je prvi zaključio da flogiston s tim nema apsolutno nikakve veze, a spaljivanje tinjajućeg ivera izazvao je nepoznati plin koji je kasnije nazvan kisikom. Otkriće kisika označilo je slom teorije o flogistonu!

Metode proizvodnje i prikupljanja kisika u laboratoriju

Laboratorijske metode za proizvodnju kisika vrlo su raznolike. Mnogo je tvari iz kojih se može dobiti kisik. Pogledajmo najčešće metode.

1) Raspad živinog (II) oksida

Jedan od načina dobivanja kisika u laboratoriju je dobivanje pomoću gore opisane reakcije razgradnje oksida živa(II). Zbog visoke toksičnosti živinih spojeva i same živine pare, ova metoda se koristi izuzetno rijetko.

2) Razgradnja kalijeva permanganata

Kalijev permanganat(u svakodnevnom životu to zovemo kalijev permanganat) – kristalna tvar tamnoljubičasta boja. Kad se kalijev permanganat zagrijava, oslobađa se kisik.

U epruvetu uspite malo praha kalijevog permanganata i pričvrstite je vodoravno na nogu stativa. Stavite komadić vate blizu otvora epruvete. Epruvetu zatvaramo čepom u koji je umetnuta cijev za odvod plina čiji se kraj spušta u prihvatnu posudu. Odvodna cijev za plin mora dosezati do dna prihvatne posude.

Vata koja se nalazi u blizini otvora epruvete potrebna je da spriječi ulazak čestica kalijevog permanganata u prihvatnu posudu (tijekom razgradnje oslobođeni kisik nosi čestice permanganata).

Kada je uređaj sastavljen, počinjemo zagrijavati epruvetu. Počinje oslobađanje kisika.

Jednadžba reakcije za razgradnju kalijevog permanganata:

2KMnO4 t° → K2MnO4 + MnO2 + O2

Kako otkriti prisutnost kisika? Upotrijebimo Priestleyjevu metodu. Zapalimo iver, pustimo da malo izgori, pa ga ugasimo da jedva tinja. Spustimo tinjajuću krhotinu u posudu s kisikom. Baklja svijetli!

Odvodna cijev za plin nije slučajno spušten na dno prihvatne posude. Kisik je teži od zraka, stoga će se skupljati na dnu spremnika, istiskujući zrak iz njega.

Kisik se također može prikupiti istiskivanjem vode. Za ovo plinska izlazna cijev mora se spustiti u epruvetu napunjenu vodom i spustiti u kristalizator s vodom s rupom prema dolje. Kada kisik uđe, plin istiskuje vodu iz epruvete.

Razgradnja vodikovog peroksida

Vodikov peroksid- tvar poznata svima. Prodaje se u ljekarnama pod nazivom "vodikov peroksid". Ovaj naziv je zastario, ispravnije je koristiti izraz "peroksid". Kemijska formula vodikovog peroksida H2O2

Vodikov peroksid se tijekom skladištenja polako raspada na vodu i kisik. Da biste ubrzali proces razgradnje, možete zagrijati ili primijeniti katalizator.

Katalizator– tvar koja ubrzava brzinu kemijske reakcije

Ulijte vodikov peroksid u tikvicu i dodajte katalizator u tekućinu. Katalizator može biti crni barut – manganov oksid MnO2. Smjesa će se odmah početi pjeniti zbog oslobađanja velike količine kisika. Unesimo tinjajuću krhotinu u tikvicu - ona blistavo bukti. Jednadžba reakcije za razgradnju vodikovog peroksida je:

2H2O2 MnO2 → 2H2O + O2

Napomena: iznad strelice ili znaka napisan je katalizator koji ubrzava reakciju «=», jer se tijekom reakcije ne troši već ju samo ubrzava.

Razgradnja kalijevog klorata

Kalijev klorat- bijela kristalna tvar. Koristi se u proizvodnji vatrometa i drugih raznih pirotehničkih proizvoda. Postoji trivijalni naziv za ovu tvar - "Berthollet sol". Supstanca je dobila ovo ime u čast francuskog kemičara koji ju je prvi sintetizirao, Claude Louis Berthollet. Kemijska formula kalijevog klorata je KClO3.

Kada se kalijev klorat zagrijava u prisutnosti katalizatora - manganovog oksida MnO2, Bertoletova sol se razgrađuje prema sljedećoj shemi:

2KClO3 t°, MnO2 → 2KCl + 3O2.

Razgradnja nitrata

Nitrati- tvari koje sadrže ione NO3⎺. Spojevi ove klase koriste se kao mineralna gnojiva i uključeni su u pirotehničke proizvode. Nitrati– spojevi su toplinski nestabilni, a zagrijavanjem se raspadaju uz oslobađanje kisika:

Imajte na umu da su sve razmatrane metode za proizvodnju kisika slične. U svim slučajevima, kisik se oslobađa tijekom razgradnje složenijih tvari.

Reakcija razgradnje

Općenito, reakcija razgradnje može se opisati dijagramom slova:

AB → A + B.

Reakcije razgradnje mogu se pojaviti pod utjecajem različitih čimbenika. To može biti grijanje, električna struja ili uporaba katalizatora. Postoje reakcije u kojima se tvari spontano raspadaju.

Proizvodnja kisika u industriji

U industriji se kisik dobiva izdvajanjem iz zraka. Zrak– mješavina plinova, čiji su glavni sastojci prikazani u tablici.

Suština ove metode je duboko hlađenje zraka pretvarajući ga u tekućinu, što se pri normalnom atmosferskom tlaku može postići na temperaturi od oko -192°S. Razdvajanje tekućine na kisik i dušik provodi se korištenjem razlike u njihovim temperaturama vrenja i to: Tb. O2 = -183°C; Vrelište N2 = -196°S(pri normalnom atmosferskom tlaku).

Postupnim isparavanjem tekućine u plinovitu fazu prvo će prijeći dušik koji ima niže vrelište, a njegovim oslobađanjem tekućina će se obogaćivati ​​kisikom. Ponavljanjem ovog procesa mnogo puta moguće je dobiti kisik i dušik potrebne čistoće. Ova metoda razdvajanja tekućina na sastavne dijelove naziva se ispravljanje tekućeg zraka.

• U laboratoriju se kisik proizvodi reakcijama razgradnje
• Reakcija razgradnje- reakcija uslijed koje se složene tvari razlažu na jednostavnije
• Kisik se može prikupiti metodom istiskivanja zraka ili metodom istiskivanja vode
• Za otkrivanje kisika koristi se tinjajući iver;
• Katalizator- tvar koja ubrzava kemijska reakcija, ali se u njemu ne konzumira

Zrak nije kemijski spoj pojedinačnih plinova. Sada se zna da je to mješavina dušika, kisika i takozvanih rijetkih plinova: argona, neona, kriptona, ksenona i helija. Osim toga, zrak sadrži male količine vodika i ugljičnog dioksida.

Dom komponenta zrak – dušik. Zauzima više od 3D cjelokupnog volumena zraka. Petina zraka je "vatreni zrak" - kisik. A udio preostalih plinova je oko jedne stotinke.

Kako je moguće odvojiti te plinove i dobiti čisti kisik iz zraka?

Prije 30 godina kemijska metoda proizvodnje kisika bila je relativno široko korištena. U tu svrhu korišten je spoj metalnog barija s kisikom - barijev oksid. Ova tvar ima jedno zanimljivo svojstvo. Zagrijan do tamnocrvene boje (otprilike 540 stupnjeva), barijev oksid se energično spaja s kisikom u zraku, tvoreći novu, kisikom bogatiju tvar - barijev peroksid. Međutim, daljnjim zagrijavanjem barijev peroksid se razgrađuje, oslobađa kisik i ponovno se pretvara u oksid. Kisik na

To se hvata i skuplja u posebne posude - cilindre, a barijev peroksid se hladi na 540 stupnjeva kako bi ponovno dobio sposobnost izdvajanja kisika iz zraka.

Postrojenja za proizvodnju kisika koja rade ovom metodom proizvodila su nekoliko kubičnih metara plina na sat. Međutim, bili su skupi, glomazni i nezgodni. Osim toga, barijev oksid postupno je gubio svoja apsorpcijska svojstva tijekom rada i morao se često mijenjati.

Sve je to dovelo do toga da je s vremenom kemijsku metodu dobivanja kisika iz zraka zamijenila druga, naprednija.

Najlakši način za odvajanje kisika od zraka je ako se zrak prvo pretvori u tekućinu.

Tekući zrak pri normalnom atmosferskom tlaku ima izuzetno nisku temperaturu - minus 192 stupnja, odnosno 192 stupnja ispod točke ledišta vode. Ali temperatura ukapljivanja pojedinih plinova koji čine zrak nije ista. Tekući dušik, primjerice, vrije i isparava na temperaturi od minus 196 stupnjeva, a kisik na minus 183 stupnja. Ova razlika od 13 stupnjeva omogućuje razdvajanje tekućeg zraka na sastavne plinove.

Ako u posudu ulijete tekući zrak, on će snažno prokuhati i vrlo brzo ispariti. U tom slučaju u prvim trenucima uglavnom isparava dušik, a tekući zrak postaje sve više obogaćen kisikom. Ovaj proces je osnova za projektiranje posebnih uređaja koji se koriste za odvajanje zraka.

Trenutno se tekući zrak široko koristi za industrijsku proizvodnju kisika. Međutim, da se okrene atmosferski zrak u tekuće stanje, mora se ohladiti na vrlo nisku temperaturu. Eto zašto moderna metoda dobivanje tekućeg zraka naziva se metoda dubokog hlađenja.

Dubinsko hlađenje zrakom provodi se u posebnim strojevima. Ali prije nego što govorimo o njihovom radu, moramo se upoznati s nekoliko jednostavnih fizikalnih pojava.

Sanjajmo malo o budućnosti... 195... godine. Naš auto juri blistavim asfaltom seoske ceste. Sa strane, u sjeni drveća, bljeskaju lijepe stambene zgrade. Auto brzo leti uz brdo, i...

U ovoj knjizi mogli bismo se zadržati samo na nekoliko primjera. praktičnu upotrebu kisik. Zapravo, opseg primjene "vatrenog zraka" mnogo je širi. Jedan od najvažnijih zadataka tehnologije danas je...

K Islorod aktivno podržava izgaranje. To znači da ga je preporučljivo koristiti prvenstveno u onim procesima koji uključuju izgaranje i stvaranje visokih temperatura. Ovim postupkom osim rasplinjavanja kruta goriva, je li proizvodnja...

Proizvodnja kisika može se obaviti kod kuće pomoću jednostavnih reagensa. U ovom ćemo članku pogledati tehniku ​​izvođenja pokusa, kemijske formule kako se tvari pretvaraju i oslobađa O₂, a također ćemo proučiti različite vrste reakcije proizvodnje kisika.

Dobivanje O₂ iz vode elektrolizom

Ovaj eksperiment će uspjeti ako voda sadrži određenu količinu soli. Stoga će intenzivnije teći ako ga dodate običnoj vodi.

1. Uzmite dva komada žice i spojite ih na različite terminale baterije (bolje je koristiti tip Krona od 9 volti).

2. Umetnite oba kraja žice fiziološka otopina. Krajevi žice ne smiju se dodirivati. Obični karton, koji će morati pokriti spremnik, može zadržati nastali O₂.

3. Tijekom procesa elektrolize započet će reakcija cijepanja vode na H⁺ i OH⁻. Pozitivne čestice će se približiti katodi, negativno nabijene čestice će se približiti anodi.

4. O stanju procesa koji je u tijeku možete saznati pomoću mjehurića plina, odnosno kisika i određene količine klora (može nastati iz otopine soli). Vizualnim pokusima moći ćete proučavati svojstva ovog plina.

Dobivanje O₂ iz vodene otopine hidroperita

Za pokus će biti korisne i ljekarničke otopine vodikovog peroksida i suhi oblici tableta koje se mogu razrijediti vodom. Reakcija se odvija u prisutnosti katalizatora (to može biti manganov oksid, čelične strugotine ili aktivni ugljen). U prozirnoj epruveti reakcija katalize daje rezultate bez zagrijavanja, na sobnoj temperaturi.

Što vam može trebati:

• 2 prozirne epruvete;
• otopina hidroperita (3-5%);
• manganov oksid ili aktivni ugljen (tablete ugljena mogu se kupiti u ljekarnama, ali ih je potrebno zdrobiti kako bi se povećala specifična površina tvari).

2H₂O₂ → 2H2O + O₂

Dobro je znati! Ova ista reakcija daje vrlo zanimljiv efekt pjenastog vulkana! Ovaj eksperiment može se prikazati kao čarobni trik za djecu!

Potrebni sastojci:

• epruveta sa širokim grlom;
• bakreni sulfat;
• amonijak (potrebno je do 20 ml);
• tekući deterdžent (tvar koja sadrži površinski aktivne tvari, do 50 ml);
• otopina vodikovog peroksida s koncentracijom od 30-50% (što je veća, to je veća brzina reakcije). Takvo rješenje možete dobiti otapanjem tableta.

Otopite bakreni sulfat u čistoj, suhoj epruveti, dodavajući dok se sulfat potpuno ne otopi. Uzmite bakreni amonijak plava(to će biti katalizator za razgradnju peroksida):

CuSO₄ + 6NH3 + 2H2O = (OH)₂ + (NH4)₂SO₄

Dodajte tvar u tikvicu s tekućim deterdžentom i protresite. Brzo dodajte oko 100 mililitara otopine peroksida u bakreni amonijak. Doći će do vrlo burne reakcije uz oslobađanje vodika i topline (u uvjetima reakcije oslobađa se para).

Bolje je eksperiment provesti nad velikom posudom kako pjena - ponekad je ima previše - ne bi "pobjegla".

Još jedan jednostavan način dobivanja kisika

Ovaj eksperiment možete izvesti bez vanjske pomoći. Lako je pripremiti sve potrebne sastojke kod kuće.

1. Uzmite dvije jednake epruvete.

2. Zatvorite ih čepovima s prethodno napravljenim rupama.

3. Cijev za odvod plina mora biti umetnuta u rupu svakog čepa. Jednu od epruveta (bez kalijevog permanganata) okrenite naopako tako da lagani kisik nije nestao.

4. Uzmite 10 grama (granule kalijevog permanganata možete kupiti u apoteci) i ulijte prah u jednu epruvetu.

5. Zagrijte granule permanganata na vatri alkoholne lampe.

2KMnO₄ → MnO₂ + K₂MnO₄ + O₂

Za nekoliko minuta vidjet ćemo rezultat: kada izgori, kalijev permanganat će postati kalijev manganat tamno zelena. A u drugoj (obrnutoj) epruveti skupljat će se nastali plin - kisik. Bit će ga puno: od 10 grama kalijevog permanganata možete napraviti oko 1 litru plina.

Ima li kisika u tikvici možete provjeriti tako da u epruvetu stavite zapaljenu šibicu. Svijetli sjaj plamena ukazivati ​​će na prisutnost O₂.