Hogyan nyerik az oxigént a laboratóriumban. Az oxigén kémiai és fizikai tulajdonságai, alkalmazása és előállítása
Az óra célja:
- hozzájáruljon a tanulók ismereteinek kialakításához az oxigén természetben, iparban és laboratóriumokban történő megszerzésének módszereiről, a jelenlétének bizonyítékairól és az oxigéngyűjtés módszereiről;
- elősegíti az általános és alapvető jellemzők azonosításához szükséges készségek kialakulását; a probléma meglátásának és megoldási módok megtalálásának képessége; készségek a megszerzett ismeretek gyakorlati alkalmazására és az elvégzett tevékenységek eredményeinek értékelésére;
- a memória, a figyelem fejlesztése, kreatív tevékenység;
- az önállóság és a csoportos munkavégzés képességének továbbfejlesztése;
- tovább alkotják a csapatot.
Idő szervezése.
Bevezető rész
- Melyik fejezetet tanulmányozzuk? (Egyszerű anyagok.)
– Milyen anyagokat nevezünk egyszerűnek? (Olyan anyagok, amelyek molekulái azonos típusú atomokból állnak.)
– Milyen csoportokba sorolhatók az egyszerű anyagok? (Fémekhez és nemfémekhez.)
Új anyagok tanulása.
Továbbra is ismerkedünk egyszerű anyagok. Ma többet megtudunk arról az anyagról, amelyről Berzelius azt mondta, hogy a földi kémia körül forog. A következő feladat elvégzésével megtudhatja, mi ez az anyag. A ... helyett illessze be az anyag elemének megfelelő szót, és írja be a füzetébe. (2. melléklet.)
1. ... – a leggyakoribb elem földkéreg.
2. Az ózon egyszerű anyag molekuláját a ...
3. A levegő 21%...
4. oxidok – összetett anyagok, amely két elemből áll, amelyek közül az egyik ...
5. A víz két hidrogénatomot és egy atomot tartalmaz...
- Leírtál egy szót?
– Ki írt le pár szót?
- Milyen szó ez? (Oxigén.)
Tehát kezdjük el az oxigén egyszerű anyag tanulmányozását!
– Miért foglalkozunk ezzel a témával? Miért fontos az oxigén? (Az oxigén, a légzéshez nélkülözhetetlen anyag, a földkéreg leggyakoribb eleme, és a víz része.)
– Az egyszerű anyagokról szóló részben van egy létfontosságú feladat, ami az oxigénnel kapcsolatos. Olvasd el.
Életfeladat.
A barlangon való utazáshoz oxigénellátásra van szükség. Hogyan lehet hozzájutni utazás közben?
- Alapján életfeladat mondd mit tanuljunk ma? (Hogyan jutsz oxigénhez?)
Az óra témája: „Oxigén beszerzése”.
A téma tanulmányozása közben:
- tanulni fogsz
A ránk háruló életfeladat megoldása érdekében dolgozz csoportokban.
Az osztály öt 4 fős csoportra oszlik. Minden csoportnak megvan a maga feladata. (1. melléklet.)
– Gondosan tanulmányozza át az információkat, válaszoljon a kérdésekre, írja le a reakcióegyenleteket.
Csoportokban dolgoznak.
Majd az elkészült feladat bemutatása. A csoport egyik képviselője szóban válaszol a kérdésekre, a másik pedig felírja a reakcióegyenleteket a táblára.
- Legyen óvatos, amikor meghallgatja egymást. Az előadások előrehaladtával elkészítjük az oxigén megszerzésének sémáját.
A levegő oxigénjét légzésre használva csökkentjük annak mennyiségét. De a levegő tartalom állandó marad - 21%. Hogyan tartható fenn a szükséges állandó oxigéntartalom? Hogyan keletkezik oxigén a természetben?
Az 1. csoport beszéde a természetben történő oxigénszerzésről.
Reakcióegyenlet
Általános következtetés: a természetben az oxigén a növényekben a fényben zajló fotoszintézis folyamatával nyerhető.
A terv egy része kidolgozás alatt van
– Alkalmas? ez a módszeréletproblémát megoldani? (Nem, a fotoszintézishez fény kell.)
Az oxigén nemcsak a természetben szükséges. Az iparban fémek és egyéb anyagok előállítására használják szükséges anyagokat. Ehhez oxigénre van szükség Nagy mennyiségű. Az ebben az esetben alkalmazott gyártási módszereket iparinak nevezzük.
A 2. csoport beszéde az oxigéntermelésről az iparban.
Reakcióegyenlet 
Általános következtetés: az iparban az oxigént levegőből és vízből nyerik.
– Miért használnak levegőt és vizet nagy mennyiségű oxigén előállításához? (a természetben a leggyakoribb oxigéntartalmú anyagok)
Kidolgozás alatt van az „Oxigéntermelés” program következő része
– Alkalmas ez a módszer életprobléma megoldására? (nem, drága berendezések, az ilyen folyamatok sok időt vesznek igénybe)
Angliában, Leeds egyik terén a tudós emlékműve áll. Jobb kezében lencsét tart a sugár összegyűjtésére napsugarak, a bal oldalon pedig egy tégely higany-oxiddal. A fiatalember koncentrált és figyelmes, várja az élmény eredményét. Ő Joseph Priestley, angol. tudós elfogták abban a pillanatban, amikor oxigént nyert laboratóriumában.
Megfontoljuk az oxigén előállításának laboratóriumi módszereit.
A 3. csoport beszéde a laboratóriumi oxigéntermelés néhány módszeréről.
Reakcióegyenletek
Következtetés: ezek a módszerek nem alkalmasak egy életprobléma megoldására, mert... a higanyvegyületek mérgezőek, és előfordulhat, hogy a kálium-nitrát nem áll rendelkezésre tábori körülmények között.
- Ezek laboratóriumi módszerek az oxigéntermelés nem korlátozott. Számos más módszer is létezik az oxigén laboratóriumi előállítására.
A 4. csoport beszéde a laboratóriumi oxigéntermelés leggyakoribb módszereiről.
Reakcióegyenletek
A MnO 2 egy katalizátor, amely felgyorsítja a kémiai reakciót, de nem fogy el.
Minden kémiai bomlási reakció.
Általános következtetés: a laboratóriumban az oxigént az oxigéntartalmú anyagok bomlási reakciói során állítják elő hevítés vagy katalizátor hatásának kitéve.
A diagram többi részét elkészítjük.
A diákok találgatnak.
Például, ha kemping körülmények között szeretne oxigént szerezni, használhatja a kálium-permanganát bomlási reakcióját, amely mindig az elsősegély-készletben található. Ehhez a reakcióhoz használhatja a hidrogén-peroxid lebontását is, katalizátorként használhatja a vért és a nyálat, amelyek természetes katalizátorokat tartalmaznak.
– Ha oxigént kapott, az is szükséges egy bizonyos módonösszegyűjteni és bebizonyítani a létezését.
Az 5. csoport előadása az oxigéngyűjtés módszereiről és jelenlétének igazolásáról.
Általános következtetés: az oxigént a levegő és a víz kiszorításával gyűjtik be, az oxigén jelenlétét parázsló szilánk segítségével igazolják.
Teljesítmény laboratóriumi munka„Oxigén előállítása a kálium-permanganát lebontásával és jelenlétének bizonyítása” gőzben.
Munka előtt ismételje meg a biztonsági szabályokat alkohollámpával végzett munka és fűtés közben.
Következtetés.
– Elérted az óra céljait?
- Hogyan jutsz oxigénhez?
A lecke konklúziója: oxigént lehet szerezni a természetben, az iparban és a laboratóriumban. Az oxigén előállításához oxigéntartalmú anyagok bomlási reakcióit alkalmazzák. A reakciók hevítéskor vagy katalizátor jelenlétében mennek végbe.
Házi feladat.
Válassza ki azt a feladatot, amelyik a legjobban tetszik.
1. számú feladat.
Mondja el barátjának, aki hiányzott az „Oxigénszerzés” leckéről, felhasználva az orosz leckéken tanult beszédstílusokkal kapcsolatos ismereteit.
2. feladat.
Készítsen beszédet egy iskolai konferenciára - Lomonoszov felolvasásokat „Az oxigén felfedezésének története” témában, felhasználva az orosz nyelvórákon szerzett beszédstílusokkal kapcsolatos ismereteket.
Ma megtudtam...
Bonyolult volt …
Most már tudok …
Rájöttem, hogy...
Sikerült..
Érdekes volt …
Meglepődtem...
Akartam …
Oxigén jelent meg a föld légköre megjelenésével zöld növényekés fotoszintetikus baktériumok. Az oxigénnek köszönhetően aerob organizmusok légzés vagy oxidáció lép fel. Fontos az oxigén beszerzése az iparban - használják a kohászatban, az orvostudományban, a repülésben, nemzetgazdaságés más iparágak.
Tulajdonságok
Oxigén - a nyolcadik elem periódusos táblázat Mengyelejev. Ez egy olyan gáz, amely elősegíti az égést és oxidálja az anyagokat.
Rizs. 1. Oxigén a periódusos rendszerben.
Az oxigént hivatalosan 1774-ben fedezték fel. angol vegyész Joseph Priestley izolálta az elemet a higany-oxidból:
2HgO → 2Hg + O 2.
Priestley azonban nem tudta, hogy az oxigén a levegő része. Az oxigén tulajdonságait és jelenlétét a légkörben később Priestley kollégája, Antoine Lavoisier francia kémikus határozta meg.
Az oxigén általános jellemzői:
- színtelen gáz;
- nincs szaga vagy íze;
- nehezebb a levegőnél;
- a molekula két oxigénatomból áll (O 2);
- V folyékony halmazállapot halványkék színű;
- vízben rosszul oldódik;
- erős oxidálószer.
Rizs. 2. Folyékony oxigén.
Az oxigén jelenléte könnyen ellenőrizhető, ha egy parázsló szilánkot egy gázt tartalmazó edénybe engedünk. Oxigén jelenlétében a fáklya lángra lobban.
Hogyan kapod meg?
Számos módszer ismert oxigén előállítására különféle vegyületekből az ipari és laboratóriumi körülmények. Az iparban az oxigént a levegőből nyerik úgy, hogy azt nyomás alatt és -183°C hőmérsékleten cseppfolyósítják. A folyékony levegő párologtatásnak van kitéve, azaz. fokozatosan felmelegszik. -196°C-on a nitrogén elkezd elpárologni, és az oxigén folyékony marad.
A laboratóriumban sókból, hidrogén-peroxidból és elektrolízis eredményeként oxigén keletkezik. A sók bomlása hevítéskor következik be. Például a kálium-klorátot vagy a bertolitsót 500 °C-ra, a kálium-permanganátot vagy a kálium-permanganátot pedig 240 °C-ra melegítik:
- 2KClO 3 → 2KCl + 3O 2;
- 2KMnO 4 → K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2 .
Rizs. 3. Berthollet só melegítése.
Oxigénhez juthat nitrát vagy kálium-nitrát melegítésével is:
2KNO 3 → 2KNO 2 + O 2 .
A hidrogén-peroxid lebontásakor mangán (IV)-oxidot - MnO 2, szenet vagy vasport használnak katalizátorként. Általános egyenlet alábbiak szerint:
2H 2O 2 → 2H 2O + O 2.
A nátrium-hidroxid oldat elektrolízisen megy keresztül. Ennek eredményeként víz és oxigén képződik:
4NaOH → (elektrolízis) 4Na + 2H 2 O + O 2.
Az oxigént a vízből is izolálják elektrolízissel, hidrogénre és oxigénre bontva:
2H 2 O → 2H 2 + O 2.
A nukleárisnál tengeralattjárók az oxigént nátrium-peroxidból nyerték - 2Na 2 O 2 + 2CO 2 → 2Na 2 CO 3 + O 2. A módszer érdekessége, hogy az oxigén felszabadulásával együtt felszívódik szén-dioxid.
Hogyan kell használni
Gyűjtés és felismerés szükséges a tiszta oxigén felszabadításához, amelyet az iparban anyagok oxidálására használnak, valamint a légzés fenntartását a térben, víz alatt, füstös helyiségekben (oxigén szükséges a tűzoltók számára). Az orvostudományban az oxigénpalackok segítik a légzési nehézségekkel küzdő betegek légzését. Az oxigént légúti betegségek kezelésére is használják.
Az oxigént tüzelőanyagok elégetésére használják - szén, olaj, földgáz. Az oxigént széles körben használják a kohászatban és a gépészetben, például fém olvasztására, vágására és hegesztésére.
átlagos értékelés: 4.9. Összes értékelés: 177.
Négy „kalkogén” (azaz „réztermelő” elem) ólom fő alcsoport VI. csoport (az új besorolás szerint - 16. csoport) periódusos táblázat. Ezek a kén, a tellúr és a szelén mellett oxigént is tartalmaznak. Nézzük meg közelebbről ennek a Földön legelterjedtebb elemnek a tulajdonságait, valamint az oxigén felhasználását és előállítását.
Elemprevalencia
BAN BEN kötött forma oxigén kerül be kémiai összetétel víz – az övé százalék körülbelül 89% -át teszi ki, valamint minden élőlény - növények és állatok - sejtjeinek összetételében.
A levegőben az oxigén szabad állapotban van O2 formájában, amely összetételének egyötödét foglalja el, és ózon formájában - O3.
Fizikai tulajdonságok
Az oxigén O2 színtelen, íztelen és szagtalan gáz. Vízben kevéssé oldódik. Forráspontja 183 Celsius fok alatt van. Folyékony formában az oxigén kék színű, szilárd formában pedig képződik kék kristályok. Az oxigénkristályok olvadáspontja 218,7 Celsius-fok alatt van.
Melegítéskor ez az elem sok egyszerű anyaggal, fémekkel és nemfémekkel reagál, úgynevezett oxidokat képezve - az elemek oxigénnel alkotott vegyületeit. amelyben az elemek oxigénnel együtt belépnek, oxidációnak nevezzük.
Például,
4Na + O2= 2Na2O
2. A hidrogén-peroxid bomlása révén, amikor mangán-oxid jelenlétében hevítik, amely katalizátorként működik.
3. A kálium-permanganát bomlása révén.
Az oxigént az iparban a következő módokon állítják elő:
1. Technikai célokra az oxigént levegőből nyerik, amelyben szokásos tartalma körülbelül 20%, azaz. ötödik rész. Ehhez a levegőt először elégetik, és egy keveréket kapnak folyékony oxigén kb 54% folyékony nitrogén- 44% és folyékony argon - 2%. Ezeket a gázokat ezután desztillációs eljárással választják el, a folyékony oxigén és a folyékony nitrogén forráspontja közötti viszonylag kis tartományt használva - mínusz 183 és mínusz 198,5 fok. Kiderült, hogy a nitrogén korábban elpárolog, mint az oxigén.
A modern berendezések bármilyen tisztaságú oxigén előállítását biztosítják. A folyékony levegő leválasztásával nyert nitrogént nyersanyagként használják származékai szintéziséhez.
2. Nagyon tiszta oxigént is termel. Ez a módszer széles körben elterjedt a gazdag erőforrásokkal és olcsó villamos energiával rendelkező országokban.
Oxigén alkalmazása
Az oxigén egész bolygónk életében a legfontosabb elem. Ezt a gázt, amelyet a légkör tartalmaz, a folyamat során az állatok és az emberek elfogyasztják.
Az oxigén megszerzése nagyon fontos az emberi tevékenység olyan területein, mint az orvostudomány, a fémek hegesztése és forgácsolása, a robbantás, a repülés (az emberi légzés és a motorok működése szempontjából), valamint a kohászat.
Folyamatban gazdasági aktivitás az emberi oxigént nagy mennyiségben fogyasztják - például égéskor különféle típusok tüzelőanyagok: földgáz, metán, szén, fa. Mindezekben a folyamatokban kialakul, ugyanakkor a természet gondoskodott a természetes kötés folyamatáról ennek a kapcsolatnak fotoszintézis segítségével, ami a befolyás alatt lévő zöld növényekben megy végbe napfény. Ennek a folyamatnak az eredményeként glükóz képződik, amelyet aztán a növény felhasznál szövetei felépítésére.
Terv:
A felfedezés története
A név eredete
A természetben lenni
Nyugta
Fizikai tulajdonságok
Kémiai tulajdonságok
Alkalmazás
10. Izotópok
Oxigén
Oxigén- a 16. csoport eleme (az elavult besorolás szerint - a VI. csoport fő alcsoportja), D. I. Mengyelejev kémiai elemeinek periodikus rendszerének második periódusa, 8-as rendszámmal. O (lat. Oxygenium) szimbólummal jelölve. . Az oxigén egy kémiailag aktív nemfém, és a legkönnyebb elem a kalogének csoportjából. Egyszerű anyag oxigén(CAS szám: 7782-44-7) normál körülmények között színtelen, íztelen és szagtalan gáz, melynek molekulája két oxigénatomból áll (O 2 képlet), ezért a folyékony oxigénnek is van fénye kék színű, a szilárd kristályok pedig világoskék színűek.
Vannak más allotróp oxigénformák is, például az ózon (CAS-szám: 10028-15-6) - normál körülmények között sajátos szagú kék gáz, amelynek molekulája három oxigénatomból áll (O 3 képlet).
A felfedezés története
Hivatalosan úgy tartják, hogy az oxigént Joseph Priestley angol kémikus fedezte fel 1774. augusztus 1-jén a higany-oxid lebontásával egy hermetikusan lezárt zárt tartály(Priestley egy erős lencse segítségével erre a vegyületre irányította a napsugarakat).
Priestley azonban kezdetben nem vette észre, hogy felfedezett egy új egyszerű anyagot, amelyről azt hitte, hogy izolált alkatrészek levegő (és ezt a gázt „deflogisztizált levegőnek” nevezték). Priestley beszámolt felfedezéséről Antoine Lavoisier kiváló francia kémikusnak. 1775-ben A. Lavoisier megállapította, hogy az oxigén a levegő és a savak összetevője, és számos anyagban megtalálható.
Néhány évvel korábban (1771-ben) az oxigént Karl Scheele svéd vegyész szerezte. A salétromot kénsavval kalcinálta, majd a keletkező nitrogén-oxidot elbontotta. Scheele ezt a gázt „tűzlevegőnek” nevezte, és felfedezését egy 1777-ben megjelent könyvben írta le (pont azért, mert a könyv később jelent meg, mint ahogy Priestley bejelentette felfedezését, ez utóbbit tekintik az oxigén felfedezőjének). Scheele Lavoisier-nek is beszámolt tapasztalatairól.
Az oxigén felfedezéséhez hozzájáruló fontos szakasz a munka volt francia vegyész Pierre Bayen, aki a higany oxidációjáról és oxidjának ezt követő lebontásáról publikált munkát.
Végül A. Lavoisier Priestley és Scheele információi alapján végre rájött a keletkező gáz természetére. Munkássága óriási jelentőségű volt, mert ennek köszönhetően megdőlt az akkoriban uralkodó és a kémia fejlődését hátráltató flogisztonelmélet. Lavoisier különféle anyagok égésével kapcsolatos kísérleteket végzett, és megcáfolta a flogiszton elméletét, és eredményeket publikált az elégetett elemek tömegére vonatkozóan. A hamu tömege meghaladta az elem eredeti tömegét, ami feljogosította Lavoisier-t arra hivatkozni, hogy az égés során az anyag kémiai reakciója (oxidációja) megy végbe, ezért az eredeti anyag tömege megnő, ami megcáfolja a flogiszton elméletét. .
Így az oxigén felfedezésének érdeme valójában Priestley, Scheele és Lavoisier között oszlik meg.
A név eredete
Az oxigén szó (nevezve eleje XIX században még „savas oldat”), megjelenése az orosz nyelvben bizonyos mértékig M. V. Lomonoszovnak köszönhető, aki a „sav” szót más neologizmusokkal együtt bevezette a használatba; Így az „oxigén” szó az „oxigén” (francia oxygène) kifejezés nyoma volt, amelyet A. Lavoisier javasolt (az ógörög ὀξύς - „savanyú” és γεννάω - „szülés”). "savat termelő"-nek fordítják, amely eredeti jelentéséhez kapcsolódik - "sav", amely korábban a modern nemzetközi nómenklatúra szerint oxidoknak nevezett anyagokat jelentett.
A természetben lenni
Az oxigén a leggyakoribb elem a Földön (különböző vegyületekben, főleg szilikátokban) a szilárd földkéreg tömegének körülbelül 47,4%-át teszi ki. Tengeri és édes vizek hatalmas mennyiségű kötött oxigént tartalmaznak - 88,8% (tömeg), a légkörben a szabad oxigén tartalma 20,95 térfogat% és 23,12 tömeg%. A földkéregben több mint 1500 vegyület tartalmaz oxigént.
Az oxigén számos szerves anyag része, és minden élő sejtben jelen van. Az élő sejtekben lévő atomok számát tekintve ez körülbelül 25%, szerint tömeghányad- körülbelül 65%.
Nyugta
Jelenleg az iparban az oxigént a levegőből nyerik. Az oxigén előállításának fő ipari módszere a kriogén rektifikálás. A membrántechnológia alapján működő oxigéngyárak az iparban is jól ismertek és sikeresen alkalmazzák.
A laboratóriumok iparilag előállított oxigént használnak, amelyet acélhengerekben szállítanak körülbelül 15 MPa nyomáson.
Kis mennyiségű oxigén nyerhető kálium-permanganát KMnO 4 hevítésével:
A hidrogén-peroxid H2O2 katalitikus lebontásának reakcióját mangán(IV)-oxid jelenlétében is alkalmazzák:
Oxigén nyerhető a kálium-klorát (Berthollet-só) KClO 3 katalitikus lebontásával:
Az oxigén előállítására szolgáló laboratóriumi módszerek közé tartozik a lúgok vizes oldatainak elektrolízise, valamint a higany(II)-oxid lebontása (t = 100 °C-on):
A tengeralattjárókban általában nátrium-peroxid és az emberek által kilélegzett szén-dioxid reakciójával nyerik:
Fizikai tulajdonságok
A világ óceánjaiban az oldott O 2 tartalma magasabb hideg víz, és kevésbé - melegben.
Normál körülmények között az oxigén szín, íz és szag nélküli gáz.
1 liter tömege 1,429 g, a levegőnél valamivel nehezebb. Kissé oldódik vízben (4,9 ml/100 g 0 °C-on, 2,09 ml/100 g 50 °C-on) és alkoholban (2,78 ml/100 g 25 °C-on). Jól oldódik olvadt ezüstben (22 térfogat O 2 1 térfogat Ag-ban 961 °C-on). Atomközi távolság - 0,12074 nm. Paramágneses.
Ha a gáznemű oxigént hevítjük, reverzibilis disszociációja atomokra megy végbe: 2000 °C-on - 0,03%, 2600 °C-on - 1%, 4000 °C-on - 59%, 6000 °C-on - 99,5%.
A folyékony oxigén (forráspontja –182,98 °C) halványkék folyadék.
O2 fázisdiagram
Szilárd oxigén (olvadáspont -218,35 °C) - kék kristályok. 6 kristályos fázis ismert, amelyek közül három 1 atm nyomáson létezik:
α-O 2 - 23,65 K alatti hőmérsékleten létezik; élénkkék kristályok a monoklin rendszerbe tartoznak, sejtparaméterek a=5,403 Å, b=3,429 Å, c=5,086 Å; β=132,53°.
β-O 2 - a 23,65-43,65 K közötti hőmérséklet-tartományban létezik; halványkék kristályok (növekvő nyomás hatására a szín rózsaszínűvé válik) romboéderes rácsos, sejtparaméterek a=4,21 Å, α=46,25°.
γ-O 2 - 43,65-54,21 K hőmérsékleten létezik; a halványkék kristályok köbös szimmetriájúak, a rácsparaméter a=6,83 Å.
Nagy nyomáson további három fázis képződik:
δ-O 2 hőmérséklet-tartomány 20-240 K és nyomás 6-8 GPa, narancssárga kristályok;
ε-O 4 nyomás 10-96 GPa, kristályszín sötétvöröstől feketéig, monoklin rendszer;
ζ-О n nyomás több mint 96 GPa, fémes állapot jellegzetes fémes fényű, alacsony hőmérsékletek szupravezető állapotba kerül.
Kémiai tulajdonságok
Erős oxidálószer, szinte minden elemmel kölcsönhatásba lép, oxidokat képezve. Oxidációs állapot −2. Az oxidációs reakció általában a hő felszabadulásával megy végbe, és a hőmérséklet emelkedésével felgyorsul (lásd Égés). Példa szobahőmérsékleten végbemenő reakciókra:
Oxidálja azokat a vegyületeket, amelyek a maximális oxidációs állapotnál kisebb elemeket tartalmaznak:
Oxidálja a legtöbb szerves vegyületet:
Bizonyos körülmények között lehetséges egy szerves vegyület enyhe oxidációja:
Az oxigén közvetlenül (normál körülmények között, melegítéssel és/vagy katalizátorok jelenlétében) reagál minden egyszerű anyaggal, kivéve az Au-t és az inert gázokat (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn); a halogénekkel való reakciók elektromos kisülés vagy ultraibolya sugárzás hatására lépnek fel. Az arany oxidjait és a nehéz inert gázokat (Xe, Rn) közvetetten nyerték. Az oxigén és más elemekkel alkotott összes kételemű vegyületben az oxigén oxidálószer szerepet játszik, kivéve a fluort tartalmazó vegyületeket.
Az oxigén peroxidokat képez, amelyekben az oxigénatom oxidációs állapota formálisan -1.
Például peroxidok keletkeznek alkálifémek oxigénben történő elégetésével:
Néhány oxid elnyeli az oxigént:
Az A. N. Bach és K. O. Engler által kidolgozott égéselmélet szerint az oxidáció két szakaszban megy végbe, közbenső peroxidvegyület képződésével. Ez az intermedier vegyület izolálható például, amikor az égő hidrogén lángját jéggel hűtjük, a vízzel együtt hidrogén-peroxid képződik:
A szuperoxidokban az oxigén formálisan −½ oxidációs állapotú, azaz két oxigénatomonként egy elektron (O − 2 ion). A peroxidok oxigénnel való reagáltatásával nyerik megemelt nyomáson és hőmérsékleten:
A kálium-K, a rubídium Rb és a cézium-Cs oxigénnel reagálva szuperoxidokat képeznek:
Az O 2 + dioxigenil-ionban az oxigén formálisan +½ oxidációs állapotú. A reakció eredménye:
Oxigén-fluoridok
Az oxigén-difluoridot, az oxigén OF 2 oxidációs állapota +2, úgy állítják elő, hogy fluort lúgos oldaton vezetnek át:
Az oxigén-monofluorid (dioxidifluorid), O 2 F 2, instabil, az oxigén oxidációs állapota +1. Fluor és oxigén keverékéből nyert izzítókisülésben –196 °C hőmérsékleten:
Fluor és oxigén keverékén egy bizonyos nyomáson és hőmérsékleten izzó kisülést vezetve magasabb oxigénfluoridok O 3 F 2, O 4 F 2, O 5 F 2 és O 6 F 2 keverékeit kapjuk.
A kvantummechanikai számítások az OF 3 + trifluor-hidroxóniumion stabil létezését jósolják. Ha ez az ion valóban létezik, akkor az oxigén oxidációs állapota +4 lesz.
Az oxigén támogatja a légzési, égési és bomlási folyamatokat.
Szabad formájában az elem két allotróp módosulatban létezik: O 2 és O 3 (ózon). Pierre Curie és Maria Skłodowska-Curie 1899-ben megállapította, hogy ionizáló sugárzás hatására az O 2 O 3 -dá alakul.
Alkalmazás
Az oxigén széles körű ipari felhasználása a 20. század közepén kezdődött, miután feltalálták a turbóexpandereket - a folyékony levegő cseppfolyósítására és leválasztására szolgáló eszközöket.
BAN BENkohászat
Az acélgyártás vagy matt feldolgozás konverteres módszere oxigén felhasználásával jár. Sok kohászati egységben a tüzelőanyag hatékonyabb elégetése érdekében az égőkben levegő helyett oxigén-levegő keveréket használnak.
Fémek hegesztése és vágása
A kék hengerekben lévő oxigént széles körben használják fémek lángvágására és hegesztésére.
Rakéta üzemanyag
A folyékony oxigént, a hidrogén-peroxidot, a salétromsavat és más oxigénben gazdag vegyületeket rakétaüzemanyagként oxidálószerként használják. A folyékony oxigén és a folyékony ózon keveréke a rakéta-üzemanyag egyik legerősebb oxidálója (a hidrogén-ózon keverék fajlagos impulzusa meghaladja a hidrogén-fluor és hidrogén-oxigén-fluorid párok fajlagos impulzusát).
BAN BENgyógyszer
Az orvosi oxigént nagynyomású fém gázpalackokban (sűrített vagy cseppfolyósított gázokhoz) tárolják, amelyek különböző űrtartalmúak, 1,2-10,0 liter, nyomás alatt 15 MPa-ig (150 atm) és érzéstelenítő berendezésekben dúsítják a légúti gázkeverékeket. , légzési zavarok esetén, bronchiális asztma rohamának enyhítésére, bármilyen eredetű hipoxia megszüntetésére, dekompressziós betegségre, gyomor-bél traktus patológiáinak kezelésére oxigén koktélok formájában. Egyéni használatra speciális gumírozott tartályokat - oxigénpárnákat - töltenek meg hengerekből orvosi oxigénnel. Különböző típusú és változatú oxigéninhalátorokat használnak egy vagy két áldozat egyidejű oxigénellátására vagy oxigén-levegő keverékére a terepen vagy kórházi környezetben. Az oxigéninhalátor előnye a gázelegy kondenzátor-párásítója, amely a kilélegzett levegő nedvességét használja fel. A hengerben maradó oxigén mennyiségének literben való kiszámításához általában a hengerben lévő nyomást atmoszférában (a reduktor nyomásmérője szerint) meg kell szorozni a literben megadott hengerűrtartalommal. Például egy 2 literes hengerben a nyomásmérő 100 atm oxigénnyomást mutat. Az oxigén térfogata ebben az esetben 100 × 2 = 200 liter.
BAN BENÉlelmiszeripar
Az élelmiszeriparban az oxigént E948 élelmiszer-adalékanyagként, hajtóanyagként és csomagológázként tartják nyilván.
BAN BENvegyipar
A vegyiparban az oxigént számos szintézisben használják oxidálószerként, például szénhidrogének oxigéntartalmú vegyületekké (alkoholok, aldehidek, savak), az ammónia nitrogén-oxidokká történő oxidációja a salétromsav előállításánál. Az oxidáció során kialakuló magas hőmérséklet miatt az utóbbiakat gyakran égési üzemmódban végzik.
BAN BENmezőgazdaság
Üvegházi gazdálkodásban, oxigén koktélok készítésére, állatok súlygyarapítására, haltenyésztésben a vízi környezet oxigénnel való dúsítására.
Az oxigén biológiai szerepe
Sürgősségi oxigénellátás egy bomba óvóhelyen
A legtöbb élőlény (aerob) a levegőből lélegez be oxigént. Az oxigént széles körben használják a gyógyászatban. Szív- és érrendszeri megbetegedések esetén az anyagcsere folyamatok javítására oxigénhabot („oxigénkoktélt”) fecskendeznek a gyomorba. Az oxigén szubkután beadását trofikus fekélyek, elefántiasis, gangréna és más súlyos betegségek esetén alkalmazzák. Levegőfertőtlenítésre és szagtalanításra és tisztításra vizet inni mesterséges ózondúsítást alkalmaznak. A radioaktív oxigén izotóp 15 O a véráramlás sebességének és a tüdő szellőzésének tanulmányozására szolgál.
Mérgező oxigén származékok
Egyes oxigénszármazékok (úgynevezett reaktív oxigénfajták), mint például a szingulett oxigén, hidrogén-peroxid, szuperoxid, ózon és hidroxilgyök, erősen mérgezőek. Az oxigén aktiválódása vagy részleges redukciója során keletkeznek. Szuperoxid (szuperoxid gyök), hidrogén-peroxid és hidroxilgyök képződhet emberi és állati sejtekben és szövetekben, és oxidatív stresszt okozhat.
Izotópok
Az oxigénnek három stabil izotópja van: 16 O, 17 O és 18 O, amelyek átlagos tartalma 99,759%, 0,037% és 0,204%. teljes szám oxigénatomok a Földön. Közülük a legkönnyebb, a 16 O éles túlsúlya az izotópok keverékében annak köszönhető, hogy a 16 O atom magja 8 protonból és 8 neutronból áll (egy kettős mágikus atommag töltött neutron- és protonhéjjal). És az ilyen magok, amint az az atommag szerkezetének elméletéből következik, különösen stabilak.
Az oxigén 12 O és 24 O közötti tömegszámú radioaktív izotópjai is ismertek radioaktív izotópok Az oxigén felezési ideje rövid, közülük a leghosszabb élettartamú 15 O, felezési ideje ~120 s. A legrövidebb élettartamú 12 O izotóp felezési ideje 5,8·10-22 s.
Fémvágáskor éghető gáz vagy folyékony gőz égetésével nyert magas hőmérsékletű gázlánggal, műszakilag tiszta oxigénnel keverve végzik.
Az oxigén a legelterjedtebb elem a Földön formában előforduló kémiai vegyületek Val vel különféle anyagok: talajban - legfeljebb 50 tömeg%, vízben lévő hidrogénnel kombinálva - körülbelül 86 tömeg%, levegőben pedig legfeljebb 21 térfogat% és 23 tömeg%.
Az oxigén normál körülmények között (hőmérséklet 20°C, nyomás 0,1 MPa) színtelen, nem gyúlékony, a levegőnél kissé nehezebb, szagtalan, de az égést aktívan támogató gáz. Normál körülmények között légköri nyomásés 0 ° C hőmérsékleten 1 m 3 oxigén tömege 1,43 kg, és 20 ° C hőmérsékleten és normál légköri nyomáson - 1,33 kg.
Az oxigén magas kémiai tevékenység , kapcsolatot teremtve mindenkivel kémiai elemek, kivéve (argon, hélium, xenon, kripton és neon). A vegyület oxigénnel való reakciója a vegyület felszabadulásával megy végbe nagy mennyiség hő, azaz exoterm jellegűek.
Amikor sűrített oxigén gáz érintkezik szerves anyagok, olajok, zsírok, szénpor, gyúlékony műanyagok, spontán meggyulladhatnak a hőkibocsátás következtében, ha gyors tömörítés oxigén, súrlódás és szilárd részecskék fémre gyakorolt hatása, valamint elektrosztatikus szikrakisülés. Ezért oxigén használatakor ügyelni kell arra, hogy az ne érintkezzen gyúlékony vagy éghető anyagokkal.
Minden oxigén berendezést, oxigénvezetéket és palackot alaposan zsírtalanítani kell. képes robbanásveszélyes elegyeket képezni gyúlékony gázokkal vagy folyékony éghető gőzökkel széles tartományban, ami adott esetben robbanáshoz is vezethet tüzet nyit vagy akár szikrákat.
Az oxigén jelzett tulajdonságait mindig szem előtt kell tartani, amikor gázláng feldolgozási folyamatokban használják.
A légköri levegő főként három gáz mechanikai keveréke a következő térfogattartalommal: nitrogén - 78,08%, oxigén - 20,95%, argon - 0,94%, a többi szén-dioxid, dinitrogén-oxid stb. Az oxigént a levegő elválasztásával nyerik oxigénre és mélyhűtéssel (cseppfolyósítással), valamint argon leválasztásával, melynek felhasználása folyamatosan növekszik. A nitrogént rézhegesztéskor védőgázként használják.
Az oxigén kémiai úton vagy víz elektrolízisével nyerhető. Kémiai módszerek nem hatékony és gazdaságtalan. Nál nél víz elektrolízise DC az oxigén a tiszta hidrogén előállítása során melléktermékként keletkezik.
Az oxigént az iparban állítják elő tól től légköri levegő mélyhűtéssel és rektifikálással. A levegőből oxigént és nitrogént nyerő berendezésekben az utóbbit megtisztítják a káros szennyeződésektől, és kompresszorban a megfelelő nyomásra sűrítik. hűtési ciklus 0,6-20 MPa és hőcserélőkben a cseppfolyósítási hőmérsékletre hűtve az oxigén és a nitrogén cseppfolyósítási hőmérsékletének különbsége 13°C, ami elegendő a folyadékfázisban történő teljes szétválásukhoz.
A folyékony tiszta oxigén egy légleválasztó berendezésben felhalmozódik, elpárolog és egy gáztartályban gyűlik össze, ahonnan egy kompresszor 20 MPa nyomásig hengerekbe szivattyúzza.
A műszaki oxigén szállítása szintén csővezetéken történik. A csővezetéken keresztül szállított oxigén nyomásáról a gyártónak és a fogyasztónak meg kell állapodnia. Az oxigént oxigénpalackokban, folyékony formában speciális, jó hőszigetelő edényekben szállítják a telephelyre.
A folyékony oxigén gázzá alakításához gázosítókat vagy folyékony oxigén elpárologtatóval ellátott szivattyúkat használnak. Normál légköri nyomáson és 20°C hőmérsékleten 1 dm 3 folyékony oxigén párolgáskor 860 dm 3 gáz halmazállapotú oxigént ad. Ezért tanácsos az oxigént folyékony állapotban szállítani a hegesztési helyre, mivel ez 10-szeresére csökkenti a tartály tömegét, ami fémet takarít meg a hengergyártáshoz, és csökkenti a hengerek szállításának és tárolásának költségeit.
Hegesztéshez és vágáshoz-78-nál technikai oxigén Három változatban kapható:
- 1. - tisztaság legalább 99,7%
- 2. - nem kevesebb, mint 99,5%
- 3. - nem kevesebb, mint 99,2 térfogatszázalék
Az oxigén tisztasága megvan nagyon fontos oxigénvágáshoz. Minél kevesebb gázszennyeződést tartalmaz, annál nagyobb a vágási sebesség, tisztább és kevesebb az oxigénfogyasztás.
Előző cikk: Mekkora a fénysebesség Következő cikk: Harmonikus rezgések Az oszcillációs frekvencia fizikai képlete