PROPRIETĂȚI ALE OXIGENULUI ȘI METODE DE OBȚINEREA SA

Oxigenul O2 este cel mai abundent element de pe pământ. Se găsește în cantități mari sub formă de compuși chimici cu diverse substanțe din scoarța terestră (până la 50% în greutate), în combinație cu hidrogenul din apă (aproximativ 86% în greutate) și în stat liberîn aerul atmosferic în amestec în principal cu azot în cantitate de 20,93% vol. (23,15% greutate).

Oxigenul este de mare importanță în economie nationala. Este utilizat pe scară largă în metalurgie; industria chimică; pentru prelucrarea metalelor cu flacără gazoasă, forarea la foc a solidelor stânci, gazeificarea subterană a cărbunilor; în medicină și diverse aparate de respirat, de exemplu pentru zboruri la mare altitudine și în alte zone.

În condiții normale, oxigenul este un gaz incolor, inodor și fără gust, care nu este inflamabil, dar susține activ arderea. La temperaturi foarte scăzute, oxigenul se transformă într-un lichid și chiar într-un solid.

Cele mai importante constante fizice ale oxigenului sunt următoarele:

Oxigenul are activitate chimică mare și formează compuși cu toate elemente chimice, cu excepția gazelor rare. Reacțiile oxigenului cu substanțele organice au un caracter exotermic pronunțat. Astfel, atunci când oxigenul comprimat interacționează cu substanțe combustibile solide grase sau fin dispersate, are loc oxidarea lor instantanee, iar căldura generată contribuie la arderea spontană a acestor substanțe, ceea ce poate provoca incendiu sau explozie. Această proprietate trebuie luată în considerare în special la manipularea echipamentelor cu oxigen.

Una dintre proprietățile importante ale oxigenului este capacitatea sa de a forma amestecuri explozive cu gaze inflamabile și vapori lichizi inflamabili pe o gamă largă, care poate duce și la explozii în prezența unei flăcări deschise sau chiar a unei scântei. Amestecuri de aer cu combustibili gazosi sau vapori sunt de asemenea explozive.

Oxigenul poate fi obţinut: 1) prin metode chimice; 2) electroliza apei; 3) fizic din aer.

Metodele chimice care implică producerea de oxigen din diferite substanțe sunt ineficiente și au în prezent doar semnificație de laborator.

Electroliza apei, adică descompunerea acesteia în componentele sale - hidrogen și oxigen, se realizează în dispozitive numite electrolizoare. Un curent continuu este trecut prin apă, la care se adaugă sodă caustică NaOH pentru a crește conductivitatea electrică; oxigenul se colectează la anod și hidrogenul la catod. Dezavantajul acestei metode este consumul mare de energie electrică: se consumă 12-15 kW la 1 m 3 0 2 (în plus se obțin 2 m 3 N 2). h. Această metodă este rațională în prezența energiei electrice ieftine, precum și în producerea de hidrogen electrolitic, când oxigenul este un produs rezidual.

Metoda fizică este de a separa aerul în componentele sale folosind răcirea profundă. Această metodă face posibilă obținerea de oxigen în cantități aproape nelimitate și are o importanță industrială majoră. Consumul de energie electrică la 1 m 3 O 2 este de 0,4-1,6 kW. h, in functie de tipul instalatiei.

OBȚINEREA OXIGENULUI DIN AER

Aerul atmosferic este în principal un amestec mecanic de trei gaze cu următorul conținut volumetric: azot - 78,09%, oxigen - 20,93%, argon - 0,93%. În plus, conține aproximativ 0,03% dioxid de carbon și cantități mici de gaze rare, hidrogen, protoxid de azot etc.

Sarcina principală în obținerea oxigenului din aer este separarea aerului în oxigen și azot. Pe parcurs, argonul este separat, a cărui utilizare în metodele speciale de sudare este în continuă creștere, precum și gazele rare, care joacă un rol important într-o serie de industrii. Azotul are unele utilizări în sudare ca gaz de protecție, în medicină și în alte domenii.

Esența metodei este răcirea profundă a aerului, transformându-l într-o stare lichidă, care, în condiții normale, presiunea atmosferică se poate realiza în intervalul de temperatură de la -191,8 °C (începutul lichefierii) până la -193,7 °C (sfârșitul lichefierii).

Separarea lichidului în oxigen și azot se realizează folosind diferența dintre temperaturile lor de fierbere și anume: T bp. o2 = -182,97°C; Temperatura de fierbere N2 = -195,8° C (la 760 mm Hg).

Odată cu evaporarea treptată a unui lichid în faza gazoasă, azotul, care are mai mult temperatură scăzută fierbe si pe masura ce se elibereaza lichidul se va imbogati cu oxigen. Repetarea acestui proces de mai multe ori face posibilă obținerea de oxigen și azot de puritatea necesară. Această metodă de separare a lichidelor în părțile lor componente se numește rectificare.

Pentru a produce oxigen din aer, există întreprinderi specializate dotate cu unități performante. În plus, marile întreprinderi de prelucrare a metalelor au propriile stații de oxigen.

Temperaturile scăzute necesare pentru lichefierea aerului se obțin folosind așa-numitele cicluri de refrigerare. Principalele cicluri de refrigerare utilizate în instalațiile moderne sunt discutate pe scurt mai jos.

Ciclul de refrigerare cu reglare a aerului se bazează pe efectul Joule-Thomson, adică o scădere bruscă a temperaturii gazului în timpul expansiunii sale libere. Diagrama ciclului este prezentată în Fig. 2.

Aerul este comprimat într-un compresor cu mai multe trepte de la 1 la 200 kgf/cm2 și apoi trece printr-un frigider 2 cu apă curentă. Răcirea profundă a aerului are loc în schimbătorul de căldură 3 prin fluxul invers de gaz rece din colectorul de lichid (lichefier) ​​​​4 Ca urmare a expansiunii aerului din supapa de accelerație 5, acesta este răcit suplimentar și parțial. lichefiat.

Presiunea din colectorul 4 este reglată cu 1-2 kgf/cm2. Lichidul este evacuat periodic din colectare în recipiente speciale prin supapa 6. Partea nelichefiată a aerului este evacuată printr-un schimbător de căldură, răcind noi porțiuni de aer intrat.

Răcirea aerului la temperatura de lichefiere are loc treptat; Când instalația este pornită, există o perioadă de pornire în care nu se observă lichefierea aerului, ci are loc doar răcirea instalației. Această perioadă durează câteva ore.

Avantajul ciclului este simplitatea sa, dar dezavantajul este consumul relativ mare de energie - până la 4,1 kW. h la 1 kg de aer lichefiat la o presiune a compresorului de 200 kgf/cm2; la presiune mai mică, consumul specific de energie crește brusc. Acest ciclu este utilizat în instalațiile de capacitate mică și medie pentru a produce oxigen gazos.

Ciclul cu reglarea și pre-răcirea aerului cu amoniac este ceva mai complex.

Ciclul de refrigerare la presiune medie cu expansiune într-un expandor se bazează pe o scădere a temperaturii gazului în timpul expansiunii cu revenirea lucrului extern. În plus, se folosește și efectul Joule-Thomson. Diagrama ciclului este prezentată în Fig. 3.

Aerul este comprimat în compresorul 1 până la 20-40 kgf/cm2, trece prin frigiderul 2 și apoi prin schimbătoarele de căldură 3 și 4. După schimbătorul de căldură 3, cea mai mare parte a aerului (70-80%) este trimis către expansiunea pistonului. mașină-expansor 6, iar o parte mai mică de aer (20-30%) merge pentru expansiune liberă în supapa de accelerație 5 și apoi în colectia 7, care are o supapă 8 pentru drenarea lichidului. În expander 6

aerul, deja răcit în primul schimbător de căldură, funcționează - împinge pistonul mașinii, presiunea acestuia scade la 1 kgf/cm 2, din cauza căreia temperatura scade brusc. Din expandor, aerul rece, având o temperatură de aproximativ -100 ° C, este evacuat în exterior prin schimbătoarele de căldură 4 și 3, răcind aerul de intrare. Astfel, expandorul asigură o răcire foarte eficientă a instalației la o presiune relativ scăzută în compresor. Lucrarea expandatorului este utilizată util și aceasta compensează parțial consumul de energie pentru comprimarea aerului din compresor.

Avantajele ciclului sunt: ​​presiunea de compresie relativ scăzută, care simplifică proiectarea compresorului, și capacitatea de răcire crescută (mulțumită expansorului), care asigură funcționarea stabilă a instalației atunci când oxigenul este preluat sub formă lichidă.

Ciclu frigorific de joasă presiune cu expansiune într-un turboexpansor, dezvoltat de Acad. P. L. Kapitsa, se bazează pe utilizarea aerului de joasă presiune cu producerea de frig numai prin dilatarea acestui aer într-o turbină cu aer (turboexpander) cu producerea de lucru extern. Diagrama ciclului este prezentată în Fig. 4.

Aerul este comprimat de turbocompresor 1 până la 6-7 kgf/cm2, răcit cu apă în frigiderul 2 și alimentat la regeneratoarele 3 (schimbătoare de căldură), unde este răcit printr-un flux invers de aer rece. Până la 95% din aer după ce regeneratoarele sunt trimise la turboexpansor 4, se extinde la o presiune absolută de 1 kgf/cm 2 cu lucrări exterioare efectuate și este răcit brusc, după care este alimentat în spațiul de conducte al condensatorului 5 și condensează restul aerului comprimat (5%), intrând în inel. De la condensatorul 5, fluxul de aer principal este direcționat către regeneratoare și răcește aerul de intrare, iar aerul lichid este trecut prin supapa de accelerație 6 în colectia 7, din care este evacuat prin supapa 8. Diagrama prezintă un regenerator. , dar în realitate sunt mai multe și sunt pornite unul câte unul.

Avantajele unui ciclu de joasă presiune cu un turboexpansor sunt: ​​eficiență mai mare a turbomașinilor comparativ cu mașinile de tip piston, simplificare schema tehnologica, crescând fiabilitatea și siguranța la explozie a instalației. Ciclul este utilizat în instalații de mare capacitate.

Separarea aerului lichid în componente se realizează printr-un proces de rectificare, a cărui esență este aceea că amestecul vaporos de azot și oxigen format în timpul evaporării aerului lichid este trecut printr-un lichid cu un conținut mai scăzut de oxigen. Deoarece există mai puțin oxigen în lichid și mai mult azot, acesta are o temperatură mai scăzută decât aburul care trece prin el, iar acest lucru determină condensarea oxigenului din abur și îmbogățirea acestuia a lichidului cu evaporarea simultană a azotului din lichid, adică îmbogățirea sa a vaporilor deasupra lichidului.

O idee despre esența procesului de rectificare poate fi dată de figura prezentată în Fig. 5 este o diagramă simplificată a procesului de evaporare și condensare repetată a aerului lichid.

Presupunem că aerul este format numai din azot și oxigen. Să ne imaginăm că există mai multe vase (I-V) conectate între ele; cel de sus conține aer lichid care conține 21% oxigen. Datorită aranjamentului în trepte a vaselor, lichidul va curge în jos și, în același timp, se va îmbogăți treptat cu oxigen, iar temperatura acestuia va crește.

Să presupunem că în vasul II există un lichid care conține 30% 0 2, în vasul III - 40%, în vasul IV - 50% și în vasul V - 60% oxigen.

Pentru a determina conținutul de oxigen în faza de vapori, vom folosi un grafic special - Fig. 6, ale căror curbe indică conținutul de oxigen în lichid și vapori la diferite presiuni.

Să începem să evaporăm lichidul din vasul V la o presiune absolută de 1 kgf/cm2. După cum se poate observa din fig. 6, deasupra lichidului din acest vas, constând din 60% 02 și 40% N2, poate exista o compoziție de vapori de echilibru care conține 26,5% 02 și 73,5% N2, având aceeași temperatură ca și lichidul. Introducem acest abur în vasul IV, unde lichidul conține doar 50% 0 2 și 50% N 2 și, prin urmare, va fi mai rece. Din fig. 6 arată că vaporii de deasupra acestui lichid pot conţine doar 19% 0 2 şi 81% N 2, şi numai în acest caz temperatura acestuia va fi egală cu temperatura lichidului din acest vas.

În consecinţă, aburul furnizat vasului IV din vasul V, conţinând 26,5% O2, are o temperatură mai mare decât lichidul din vasul IV; prin urmare, oxigenul vaporilor se condensează în lichidul vasului IV și o parte din azotul din acesta se va evapora. Ca urmare, lichidul din vasul IV va fi îmbogățit cu oxigen, iar vaporii de deasupra acestuia vor fi îmbogățiți cu azot.

Un proces similar va avea loc și în alte vase și, astfel, la scurgerea din vasele superioare în cele inferioare, lichidul este îmbogățit cu oxigen, condensându-l din vaporii în creștere și dându-le azotul său.

Continuând procesul în sus, puteți obține abur constând din azot aproape pur, iar în partea inferioară - oxigen lichid pur. În realitate, procesul de rectificare care are loc în coloanele de distilare ale instalațiilor de oxigen este mult mai complicat decât este descris, dar conținutul său fundamental este același.

Indiferent de schema tehnologică a instalației și tipul de ciclu frigorific, procesul de producere a oxigenului din aer include următoarele etape:

1) curățarea aerului de praf, vapori de apă și dioxid de carbon. Legarea CO2 se realizează prin trecerea aerului printr-o soluţie apoasă de NaOH;

2) comprimarea aerului într-un compresor urmată de răcire în frigidere;

3) răcirea aerului comprimat în schimbătoare de căldură;

4) extinderea aerului comprimat într-o supapă de accelerație sau expansor pentru a-l răci și a-l lichefia;

5) lichefierea și rectificarea aerului pentru a produce oxigen și azot;

6) drenarea oxigenului lichid în rezervoarele staționare și descărcarea oxigenului gazos în rezervoarele de gaz;

7) controlul calității oxigenului produs;

8) umplerea rezervoarelor de transport cu oxigen lichid și umplerea buteliilor cu oxigen gazos.

Calitatea oxigenului gazos și lichid este reglementată de GOST-urile relevante.

Conform GOST 5583-58, oxigenul tehnic gazos este produs în trei grade: cel mai ridicat - cu un conținut de nu mai puțin de 99,5% O 2, primul - nu mai puțin de 99,2% O 2 și al doilea - nu mai puțin de 98,5% O 2 , restul este argon și azot (0,5-1,5%). Conținutul de umiditate nu trebuie să depășească 0,07 g/f 3 . Oxigenul obținut prin electroliza apei nu trebuie să conțină mai mult de 0,7% hidrogen în volum.

Conform GOST 6331-52, oxigenul lichid este produs în două grade: gradul A cu un conținut de cel puțin 99,2% O 2 și gradul B cu un conținut de cel puțin 98,5% O 2 . Conținutul de acetilenă în oxigen lichid nu trebuie să depășească 0,3 cm 3 /l.

Oxigenul de proces utilizat pentru intensificarea diferitelor procese la industria metalurgică, chimică și alte industrii conține 90-98% O 2 .

Controlul calității oxigenului gazos și lichid se efectuează direct în timpul procesului de producție, folosind instrumente speciale.

Administrare Evaluarea generală a articolului: Publicat: 2012.06.01

Fixăm o eprubetă din sticlă refractară pe un suport și adăugăm în ea 5 g de azotat pulbere (nitrat de potasiu KNO 3 sau azotat de sodiu NaNO 3). Să punem sub eprubetă o cană din material refractar umplut cu nisip, deoarece în timpul acestui experiment sticla se topește adesea și o masă fierbinte curge afară. Prin urmare, vom ține arzătorul pe lateral atunci când încălzim. Când încălzim salitrul foarte mult, acesta se va topi și oxigenul va fi eliberat din el (vom detecta acest lucru cu ajutorul unei așchii care mocnește - se va aprinde într-o eprubetă). În acest caz, azotatul de potasiu se va transforma în nitrit KNO2. Apoi folosiți clești pentru creuzet sau pensete pentru a arunca o bucată de sulf tăiat în topitură (nu țineți niciodată fața deasupra eprubetei).

Sulful se va aprinde și arde, eliberându-se cantitate mare căldură. Experimentul trebuie efectuat cu ferestrele deschise (datorită oxizilor de sulf rezultați). Vom păstra nitritul de sodiu rezultat pentru experimentele ulterioare.

Procesul este în desfășurare după cum urmează(prin încălzire):

2KNO 3 → 2KNO 2 + O 2

Puteți obține oxigen prin alte metode.

Permanganatul de potasiu KMnO 4 (sare de potasiu a acidului mangan) renunță la oxigen atunci când este încălzit și este transformat în oxid de mangan (IV):

4KMnO 4 → 4Mn 2 + 2K 2 O + 3O 2

sau 4KMnO 4 → MnO 2 + K 2 MnO 4 + O 2

Din 10 g de permanganat de potasiu puteți obține aproximativ un litru de oxigen, ceea ce înseamnă că două grame sunt suficiente pentru a umple cinci eprubete cu oxigen dimensiune normală. Permanganatul de potasiu poate fi achiziționat de la orice farmacie dacă nu se află în dulapul de medicamente de acasă.

Încălzim o anumită cantitate de permanganat de potasiu într-o eprubetă refractară și captăm oxigenul eliberat în eprubete folosind o baie pneumatică. Cristalele, când sunt crăpate, sunt distruse și, adesea, o anumită cantitate de permanganat praf este antrenată împreună cu gazul. În acest caz, apa din baia pneumatică și conducta de evacuare vor deveni roșii. După finalizarea experimentului, curățăm baia și tubul cu o soluție de tiosulfat de sodiu (hiposulfit) - un fixator fotografic, pe care îl acidificăm ușor cu acid clorhidric diluat.

Oxigenul poate fi obținut și în cantități mari din peroxid de hidrogen (peroxid) H 2 O 2. Să cumpărăm o soluție de trei procente de la farmacie - un dezinfectant sau un preparat pentru tratarea rănilor. Peroxidul de hidrogen nu este foarte stabil. Deja atunci când stă în aer, se descompune în oxigen și apă:

2H2O2 → 2H2O + O2

Descompunerea poate fi accelerată semnificativ prin adăugarea unui pic de dioxid de mangan MnO 2 (piroluzit), cărbune activat, pulbere metalică, sânge (coagulat sau proaspăt) și saliva la peroxid. Aceste substanțe acționează ca catalizatori.

Putem verifica acest lucru dacă punem aproximativ 1 ml de peroxid de hidrogen cu una dintre substanțele menționate într-o eprubetă mică și determinăm prezența oxigenului eliberat folosind un test de așchii. Dacă se adaugă o cantitate egală de sânge de animal la 5 ml dintr-o soluție de peroxid de hidrogen de trei procente într-un pahar, amestecul se va spuma puternic, spuma se va întări și se va umfla ca urmare a eliberării bulelor de oxigen.

Apoi vom testa actiune catalitica Soluție 10% de sulfat de cupru (II) cu adaos de hidroxid de potasiu (potasiu caustic), o soluție de sulfat de fier (II), o soluție de clorură de fier (III) (cu și fără adaos de pulbere de fier), carbonat de sodiu , clorură de sodiu și substanțe organice (lapte, zahăr, frunze zdrobite de plante verzi etc.). Acum am văzut din experiență că diverse substanțe accelerează catalitic descompunerea peroxidului de hidrogen.

Catalizatorii cresc viteza de reacție proces chimicși în același timp ei înșiși nu sunt consumați. Ele reduc în cele din urmă energia de activare necesară pentru a iniția o reacție. Există însă și substanțe care acționează în sens invers. Se numesc catalizatori negativi, anticatalizatori, stabilizatori sau inhibitori. De exemplu, acidul fosforic previne descompunerea peroxidului de hidrogen. Prin urmare, soluția comercială de peroxid de hidrogen este de obicei stabilizată cu acid fosforic sau uric.

Catalizatorii sunt necesari pentru multe procese tehnologice chimice. Dar chiar și în natura vie, așa-numiții biocatalizatori (enzime, enzime, hormoni) participă la multe procese. Deoarece catalizatorii nu sunt consumați în reacții, aceștia pot acționa în cantități mici. Un gram de cheag este suficient pentru a asigura coagularea a 400-800 kg de proteine ​​din lapte.

De o importanță deosebită pentru funcționarea catalizatorilor este dimensiunea suprafeței lor. Pentru a mări suprafața, se folosesc substanțe poroase pline de fisuri cu o suprafață internă dezvoltată, substanțe compacte sau metale sunt pulverizate pe așa-numiții purtători. De exemplu, 100 g de catalizator de platină pe suport conține doar aproximativ 200 mg de platină; 1 g de nichel compact are o suprafață de 0,8 cm 2, iar 1 g de pulbere de nichel are o suprafață de 10 mg. Aceasta corespunde unui raport de 1: 100.000; 1 g de alumină activă are o suprafață de 200 până la 300 m2 pentru 1 g de cărbune activ, această valoare este chiar de 1000 m2. În unele instalații, catalizatorul valorează câteva milioane de mărci. Astfel, un cuptor de contact pe benzină din Belem, înalt de 18 m, conține 9-10 tone de catalizator.

Descoperirea oxigenului a marcat o nouă perioadă în dezvoltarea chimiei. Din cele mai vechi timpuri se știe că arderea necesită aer. Procesul de ardere a substanțelor pentru o lungă perioadă de timp rămas neclar. În epoca alchimiei s-a răspândit teoria flogistului, conform căreia substanțele ard datorită interacțiunii lor cu materia de foc, adică cu flogistonul, care este conținut în flacără.

Oxigenul a fost obținut de chimistul englez Joseph Priestley în anii 70 ai secolului al XVIII-lea. Un chimist a încălzit pulbere roșie de oxid de mercur(II), făcând ca substanța să se descompună pentru a forma mercur metalic și un gaz incolor:

2HgO t° → 2Hg + O2

Oxizi– compuși binari care conțin oxigen

Când o așchie mocnind a fost introdusă într-un vas cu gaz, aceasta a aprins puternic. Omul de știință a crezut că așchia care mocnește a introdus flogiston în gaz și s-a aprins.

D. Priestley Am încercat să respir gazul rezultat și am fost încântat de cât de ușor și liber a fost să respir. Atunci omul de știință nici nu și-a imaginat că plăcerea de a respira acest gaz era oferită tuturor.

D. Priestley a împărtășit rezultatele experimentelor sale cu chimistul francez Antoine Laurent Lavoisier. Având la acea vreme un laborator bine echipat, A. Lavoisier a repetat și a îmbunătățit experimentele lui D. Priestley.

A. Lavoisier a măsurat cantitatea de gaz eliberată în timpul descompunerii unei anumite mase de oxid de mercur. Chimistul a încălzit apoi mercur metalic într-un vas sigilat până când a devenit oxid de mercur (II). El a descoperit că cantitatea de gaz eliberată în primul experiment a fost egală cu gazul absorbit în al doilea experiment. Prin urmare, mercurul reacționează cu o substanță din aer. Și aceeași substanță este eliberată în timpul descompunerii oxidului. Lavoisier a fost primul care a ajuns la concluzia că flogistul nu are absolut nimic de-a face cu asta, iar arderea unei așchii care mocneau a fost cauzată de un gaz necunoscut, care mai târziu a fost numit oxigen. Descoperirea oxigenului a marcat prăbușirea teoriei flogistului!

Metode de producere și colectare a oxigenului în laborator

Metodele de laborator pentru producerea oxigenului sunt foarte diverse. Există multe substanțe din care se poate obține oxigen. Să ne uităm la cele mai comune metode.

1) Descompunerea oxidului de mercur (II).

Una dintre modalitățile de a obține oxigen în laborator este obținerea acestuia folosind reacția de descompunere a oxidului descrisă mai sus. mercur (II). Datorită toxicității ridicate a compușilor de mercur și a vaporilor de mercur în sine, această metodă este utilizată extrem de rar.

2) Descompunerea permanganatului de potasiu

Permanganat de potasiu(în viața de zi cu zi îl numim permanganat de potasiu) – substanță cristalină culoare violet închis. Când permanganatul de potasiu este încălzit, se eliberează oxigen.

Turnați niște pudră de permanganat de potasiu în eprubetă și fixați-o orizontal în piciorul trepiedului. Puneți o bucată de vată lângă orificiul eprubetei. Închidem eprubeta cu un dop în care este introdus un tub de evacuare a gazului, al cărui capăt este coborât în ​​vasul de primire. Tubul de evacuare a gazului trebuie să ajungă la fundul vasului de primire.

Este necesară o vată de vată situată lângă deschiderea eprubetei pentru a preveni intrarea particulelor de permanganat de potasiu în vasul receptor (în timpul descompunerii, oxigenul eliberat este transportat de-a lungul particulelor de permanganat).

Când dispozitivul este asamblat, începem încălzirea eprubetei. Începe eliberarea de oxigen.

Ecuația de reacție pentru descompunerea permanganatului de potasiu:

2KMnO4 t° → K2MnO4 + MnO2 + O2

Cum se detectează prezența oxigenului? Să folosim metoda lui Priestley. Să aprindem o așchie de lemn, să-l lăsăm să ardă puțin, apoi să-l stingem ca abia să mocnească. Să coborâm așchia care mocnește într-un vas cu oxigen. Torța luminează puternic!

Conducta de evacuare a gazului nu a fost coborât accidental pe fundul vasului de primire. Oxigenul este mai greu decât aerul, prin urmare, se va colecta în partea de jos a receptorului, deplasând aerul din acesta.

Oxigenul poate fi colectat și prin deplasarea apei. Pentru aceasta conducta de evacuare a gazelor trebuie coborât într-o eprubetă umplută cu apă și coborât într-un cristalizator cu apă cu orificiul în jos. Când oxigenul intră, gazul înlocuiește apa din eprubetă.

Descompunerea peroxidului de hidrogen

Peroxid de hidrogen- o substanta cunoscuta de toata lumea. Se vinde în farmacii sub denumirea de „peroxid de hidrogen”. Acest nume este depășit; este mai corect să folosiți termenul „peroxid”. Formula chimică a peroxidului de hidrogen H2O2

Peroxidul de hidrogen se descompune lent în apă și oxigen în timpul depozitării. Pentru a accelera procesul de descompunere, puteți încălzi sau aplica catalizator.

Catalizator– o substanță care accelerează viteza unei reacții chimice

Se toarnă peroxid de hidrogen în balon și se adaugă un catalizator la lichid. Catalizatorul poate fi pulbere neagră - oxid de mangan MnO2. Imediat, amestecul va începe să facă spumă datorită eliberării unei cantități mari de oxigen. Să aducem o așchie care mocnește în balon - se aprinde puternic. Ecuația de reacție pentru descompunerea peroxidului de hidrogen este:

2H2O2 MnO2 → 2H2O + O2

Vă rugăm să rețineți: catalizatorul care accelerează reacția este scris deasupra săgeții sau semnului «=», deoarece nu se consumă în timpul reacției, ci doar o accelerează.

Descompunerea cloratului de potasiu

Clorat de potasiu- substanta cristalina alba. Folosit în producția de artificii și alte diverse produse pirotehnice. Există un nume trivial pentru această substanță - „Sare Berthollet”. Substanța a primit acest nume în onoarea chimistului francez care a sintetizat-o primul, Claude Louis Berthollet. Formula chimică a cloratului de potasiu este KСlO3.

Când cloratul de potasiu este încălzit în prezența unui catalizator - oxid de mangan MnO2, Sarea Berthollet se descompune după următoarea schemă:

2KClO3 t°, MnO2 → 2KCl + 3O2.

Descompunerea nitraților

Nitrați- substante care contin ioni NO3⎺. Compușii din această clasă sunt utilizați ca îngrășăminte minerale și sunt incluși în produsele pirotehnice. Nitrați– compușii sunt instabili termic, iar atunci când sunt încălziți se descompun odată cu eliberarea de oxigen:

Vă rugăm să rețineți că toate metodele luate în considerare pentru producerea oxigenului sunt similare. În toate cazurile, oxigenul este eliberat în timpul descompunerii unor substanțe mai complexe.

Reacția de descompunere

În general, reacția de descompunere poate fi descrisă printr-o diagramă cu litere:

AB → A + B.

Reacțiile de descompunere pot apărea sub influența diverșilor factori. Acesta poate fi încălzire, curent electric sau utilizarea unui catalizator. Există reacții în care substanțele se descompun spontan.

Producția de oxigen în industrie

În industrie, oxigenul se obține prin separarea acestuia de aer. Aer– un amestec de gaze ale cărui componente principale sunt prezentate în tabel.

Esența acestei metode este răcirea profundă a aerului, transformându-l în lichid, care la presiunea atmosferică normală poate fi realizată la o temperatură de aproximativ -192°С. Separarea lichidului în oxigen și azot se realizează folosind diferența dintre temperaturile lor de fierbere și anume: Tb. O2 = -183°C; Punct de fierbere N2 = -196°С(la presiune atmosferică normală).

Odată cu evaporarea treptată a unui lichid în faza gazoasă, azotul, care are un punct de fierbere mai scăzut, va trece mai întâi și, pe măsură ce este eliberat, lichidul se va îmbogăți cu oxigen. Repetarea acestui proces de mai multe ori face posibilă obținerea de oxigen și azot de puritatea necesară. Această metodă de separare a lichidelor în părțile lor componente se numește rectificarea aerului lichid.

• În laborator, oxigenul este produs prin reacții de descompunere
• Reacția de descompunere- o reacție în urma căreia substanțele complexe sunt descompuse în altele mai simple
• Oxigenul poate fi colectat prin metoda deplasării aerului sau prin metoda deplasării apei
• Pentru a detecta oxigenul, se folosește o așchie care mocnește;
• Catalizator- o substanta care accelereaza reacție chimică, dar nu consumat în ea

Aerul nu este un compus chimic al gazelor individuale. Acum se știe că este un amestec de azot, oxigen și așa-numitele gaze rare: argon, neon, krypton, xenon și heliu. În plus, aerul conține cantități mici de hidrogen și dioxid de carbon.

Acasă componentă aer - azot. Ocupă mai mult de 3D din întregul volum de aer. O cincime din aer este „aer de foc” - oxigen. Iar ponderea gazelor rămase este de aproximativ o sutime.

Cum este posibil să separăm aceste gaze și să obținem oxigen pur din aer?

În urmă cu 30 de ani, metoda chimică de producere a oxigenului era folosită relativ pe scară largă. În acest scop, a fost folosit un compus din bariu metal cu oxigen - oxidul de bariu. Această substanță are o proprietate interesantă. Încălzit la o culoare roșu închis (aproximativ 540 de grade), oxidul de bariu se combină energetic cu oxigenul din aer, formând o substanță nouă, mai bogată în oxigen - peroxidul de bariu. Cu toate acestea, cu o încălzire suplimentară, peroxidul de bariu se descompune, eliberează oxigen și se transformă înapoi în oxid. Oxigen la

Acesta este captat și colectat în vase speciale - cilindri, iar peroxidul de bariu este răcit la 540 de grade pentru a câștiga din nou capacitatea de a extrage oxigenul din aer.

Instalațiile de oxigen care funcționează folosind această metodă au produs câțiva metri cubi de gaz pe oră. Cu toate acestea, erau scumpe, voluminoase și incomode. În plus, oxidul de bariu și-a pierdut treptat proprietățile de absorbție în timpul funcționării și a trebuit să fie schimbat frecvent.

Toate acestea au dus la faptul că în timp, metoda chimică de obținere a oxigenului din aer a fost înlocuită cu altele, mai avansate.

Cel mai simplu mod de a separa oxigenul de aer este dacă aerul este mai întâi transformat în lichid.

Aerul lichid la presiunea atmosferică normală are o temperatură extrem de scăzută - minus 192 de grade, adică 192 de grade sub punctul de îngheț al apei. Dar temperatura de lichefiere a gazelor individuale care alcătuiesc aerul nu este aceeași. Azotul lichid, de exemplu, fierbe și se evaporă la o temperatură de minus 196 de grade, iar oxigenul la minus 183 de grade. Această diferență de 13 grade permite ca aerul lichid să fie separat în gazele sale constitutive.

Dacă turnați aer lichid într-un recipient, acesta va fierbe energic și se va evapora foarte repede. În acest caz, în primele momente, în principal azotul se evaporă, iar aerul lichid devine din ce în ce mai îmbogățit cu oxigen. Acest proces este baza pentru proiectarea dispozitivelor speciale utilizate pentru separarea aerului.

În prezent, aerul lichid este utilizat pe scară largă pentru producția industrială de oxigen. Cu toate acestea, să se întoarcă aerul atmosfericîn stare lichidă, trebuie răcit la o temperatură foarte scăzută. De aceea metoda modernă obtinerea de aer lichid se numeste metoda de racire profunda.

Răcirea profundă a aerului se realizează în mașini speciale. Dar înainte de a vorbi despre munca lor, trebuie să ne familiarizăm cu câteva fenomene fizice simple.

Să visăm puțin la viitor... 195... an. Mașina noastră se grăbește de-a lungul asfaltului strălucitor al unei autostrăzi de țară. Pe laterale, la umbra copacilor, strălucesc frumoase clădiri de locuit. Mașina zboară rapid pe deal și...

În această carte ne-am putea opri doar pe câteva exemple. utilizare practică oxigen. De fapt, domeniul de aplicare al „aerului de foc” este mult mai larg. Una dintre cele mai importante sarcini ale tehnologiei astăzi este...

K Islorod susține activ arderea. Aceasta înseamnă că este recomandabil să-l folosești în primul rând în acele procese care implică arderea și producerea de temperaturi ridicate. Prin acest proces, pe lângă gazificare combustibili solizi, este producția...

Producția de oxigen se poate face acasă folosind reactivi simpli. În acest articol ne vom uita la tehnica de a efectua experimente, formule chimice cum se transformă substanțele și se eliberează O₂ și vom studia, de asemenea diferite tipuri reacții de producere a oxigenului.

Obținerea O₂ din apă prin electroliză

Acest experiment va funcționa dacă apa conține o anumită cantitate de săruri. Prin urmare, va curge mai intens dacă îl adăugați în apa obișnuită.

1. Luați două bucăți de sârmă și conectați-le la bornele diferite ale bateriei (este mai bine să utilizați un tip Krona de 9 volți).

2. Puneți ambele capete ale firului soluție salină. Capetele firului nu trebuie să se atingă. Cartonul obișnuit, care va trebui să acopere recipientul, poate reține O₂ rezultat.

3. În timpul procesului de electroliză, va începe reacția apei de scindare în H⁺ și OH⁻. Particulele pozitive se vor apropia de catod, particulele încărcate negativ se vor apropia de anod.

4. Puteți afla despre starea procesului în desfășurare prin bule de gaz, adică oxigen și o anumită cantitate de clor (poate apărea dintr-o soluție de sare). Veți putea studia proprietățile acestui gaz prin experimente vizuale.

Obținerea O₂ dintr-o soluție apoasă de hidroperită

Pentru experiment vor fi utile atât soluțiile farmaceutice de peroxid de hidrogen, cât și formele de tablete uscate care pot fi diluate cu apă. Reacția are loc în prezența unui catalizator (pot fi oxid de mangan, pilitură de oțel sau cărbune activ). Într-o eprubetă transparentă, reacția de cataliză dă rezultate fără încălzire, la temperatura camerei.

De ce ai putea avea nevoie:

• 2 eprubete transparente;
• soluție de hidroperit (3-5%);
• oxid de mangan sau cărbune activat (comprimatele de cărbune pot fi achiziționate de la farmacii, dar trebuie zdrobite pentru a crește zona specifică a substanței).

2H2O2 → 2H2O + O2

Bine de știut! Aceeași reacție dă un efect vulcan de spumă foarte interesant! Acest experiment poate fi prezentat ca un truc magic pentru copii!

Ingrediente necesare:

• eprubetă cu gât larg;
• sulfat de cupru;
• amoniac (necesită până la 20 ml);
• detergent lichid (substanță care conține agenți tensioactivi, până la 50 ml);
• soluție de peroxid de hidrogen cu o concentrație de 30-50% (cu cât este mai mare, cu atât viteza de reacție este mai mare). Puteți obține o astfel de soluție prin dizolvarea tabletelor.

Se dizolvă sulfatul de cupru într-o eprubetă curată și uscată, adăugând până când sulfatul este complet dizolvat. Luați cupru amoniac albastru(va fi un catalizator pentru descompunerea peroxidului):

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

Adăugați substanța în balonul cu detergent lichid și agitați. Adăugați rapid aproximativ 100 de mililitri de soluție de peroxid la amoniacul de cupru. O reacție foarte violentă va avea loc cu eliberarea de hidrogen și căldură (aburul este eliberat în condițiile de reacție).

Este mai bine să efectuați experimentul pe un recipient mare, astfel încât spuma - uneori este prea multă - să nu „scape”.

Un alt mod simplu de a obține oxigen

Puteți efectua acest experiment fără ajutor extern. Este ușor să prepari toate ingredientele necesare acasă.

1. Luați două eprubete identice.

2. Închideți-le cu dopuri cu găuri prefabricate.

3. Un tub de evacuare a gazului trebuie introdus în orificiul fiecărui dop. Întoarceți una dintre eprubete (fără permanganat de potasiu) cu susul în jos, astfel încât oxigen usor nu a dispărut.

4. Luați 10 grame (granulele de permanganat de potasiu pot fi achiziționate de la farmacie) și turnați pulberea într-o eprubetă.

5. Încălziți granulele de permanganat la focul unei lămpi cu alcool.

2КМnО₄ → МnО₂ + К₂МnО₄ + О₂

În câteva minute vom vedea rezultatul: atunci când este ars, permanganatul de potasiu va deveni manganat de potasiu verde închis. Și într-o altă eprubetă (inversată) se va colecta gazul rezultat - oxigenul. Va fi mult: din 10 grame de permanganat de potasiu puteți face aproximativ 1 litru de gaz.

Puteți verifica dacă există oxigen în balon punând un chibrit în eprubetă. O strălucire strălucitoare de la flacără va indica prezența O₂.