Применение кислорода в промышленности Выполнила: ученица 9-а класса СОШ 3 Рябова Анастасия.

Содержание Кислород История открытия Происхождение названия Нахождение в природе Получение Физические свойства Химические свойства Применение

Кислород Кислород элемент главной подгруппы шестой группы, второго периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 8. Обозначается символом O (лат. Oxygenium). Кислород химически активный неметалл, является самым лёгким элементом из группы халькогенов. Простое вещество кислород (CAS-номер: ) при нормальных условиях газ без цвета, вкуса и запаха, молекула которого состоит из двух атомов кислорода (формула O 2 ), в связи с чем его также называют дикислород. Жидкий кислород имеет светло-голубой цвет.

Существуют и другие аллотропные формы кислорода, например, озон (CAS-номер: ) при нормальных условиях газ голубого цвета со специфическим запахом, молекула которого состоит из трёх атомов кислорода (формула O 3 ).

История открытия Официально считается, что кислород был открыт английским химиком Джозефом Пристли 1 августа 1774 года путём разложения оксида ртути в герметично закрытом сосуде (Пристли направлял на это соединение солнечные лучи с помощью мощной линзы). 2HgO (t) 2Hg + O 2

Однако Пристли первоначально не понял, что открыл новое простое вещество, он считал, что выделил одну из составных частей воздуха (и назвал этот газ «дефлогистированным воздухом»). О своём открытии Пристли сообщил выдающемуся французскому химику Антуану Лавуазье. В 1775 году А. Лавуазье установил, что кислород является составной частью воздуха, кислот и содержится во многих веществах.

Несколькими годами ранее (в 1771 году) кислород получил шведский химик Карл Шееле. Он прокаливал селитру с серной кислотой и затем разлагал получившийся оксид азота. Шееле назвал этот газ «огненным воздухом» и описал своё открытие в изданной в 1777 году книге (именно потому, что книга опубликована позже, чем сообщил о своём открытии Пристли, последний и считается первооткрывателем кислорода). Шееле также сообщил о своём опыте Лавуазье.

Важным этапом, который способствовал открытию кислорода, были работы французского химика Петра Байена, который опубликовал работы по окислению ртути и последующему разложению её оксида.

Наконец, окончательно разобрался в природе полученного газа А. Лавуазье, воспользовавшийся информацией от Пристли и Шееле. Его работа имела громадное значение, потому что благодаря ей была ниспровергнута господствовавшая в то время и тормозившая развитие химии флогистонная теория. Лавуазье провел опыт по сжиганию различных веществ и опроверг теорию флогистона, опубликовав результаты по весу сожженных элементов. Вес золы превышал первоначальный вес элемента, что дало Лавуазье право утверждать, что при горении происходит химическая реакция (окисление) вещества, в связи с этим масса исходного вещества увеличивается, что опровергает теорию флогистона. Таким образом, заслугу открытия кислорода фактически делят между собой Пристли, Шееле и Лавуазье.

Происхождение названия Слово кислород (именовался в начале XIX века ещё «кислотвором») своим появлением в русском языке до какой-то степени обязано М. В. Ломоносову, который ввёл в употребление, наряду с другими неологизмами, слово «кислота»; таким образом слово «кислород», в свою очередь, явилось калькой термина «оксиген» (фр. l'oxygène), предложенного А. Лавуазье (греческое όξύγενναω от ξύς «кислый» и γενναω «рождаю»), который переводится как «порождающий кислоту», что связано с первоначальным значением его «кислота», ранее подразумевавшим окислы, именуемые по современной международной номенклатуре оксидами.

Нахождение в природе Кислород самый распространенный на Земле элемент, на его долю (в составе различных соединений, главным образом силикатов), приходится около 47,4 % массы твердой земной коры. Морские и пресные воды содержат огромное количество связанного кислорода 88,8 % (по массе), в атмосфере содержание свободного кислорода составляет 20,95 % по объёму и 23,12 % по массе. Более 1500 соединений земной коры в своем составе содержат кислород. Кислород входит в состав многих органических веществ и присутствует во всех живых клетках. По числу атомов в живых клетках он составляет около 25 %, по массовой доле около 65 %.

Получение В настоящее время в промышленности кислород получают из воздуха. В лабораториях пользуются кислородом промышленного производства, поставляемым в стальных баллонах под давлением около 15 МПа. Важнейшим лабораторным способом его получения служит электролиз водных растворов щелочей. Небольшие количества кислорода можно также получать взаимодействием раствора перманганата калия с подкисленным раствором пероксида водорода. Также хорошо известны и успешно применяются в промышленности кислородные установки, работающие на основе мембранной и азотной технологий. При нагревании перманганат калия KMnO 4 разлагается до манганата калия K 2 MnO 4 и диоксида марганца MnO 2 с одновременным выделением газообразного кислорода O 2 : 2KMnO 4 K2MnO 4 + MnO 2 + O 2

В лабораторных условиях получают также каталитическим разложением пероксида водорода Н 2 О 2 : 2Н 2 О 2 2Н 2 О + О 2 Катализатором является диоксид марганца (MnO 2 ) или кусочек сырых овощей (в них содержатся ферменты, ускоряющие разложение пероксида водорода). Кислород можно также получить каталитическим разложением хлората калия (бертолетовой соли) KClO 3 : 2KClO 3 2KCl + 3O 2 Помимо изложенного лабораторного метода кислород получают методом разделения воздуха на воздухоразделительных установках с чистотой до 99,9999% по O 2.

Физические свойства При нормальных условиях кислород это газ без цвета, вкуса и запаха. 1л его весит 1,429 г. Немного тяжелее воздуха. Слабо растворяется в воде (4,9 мл/100г при 0 °C, 2,09 мл/100г при 50 °C) и спирте (2,78 мл/100г при 25 °C). Хорошо растворяется в расплавленном серебре (22 объёма O 2 в 1 объёме Ag при 961 °C). Является парамагнетиком. При нагревании газообразного кислорода происходит его обратимая диссоциация на атомы: при 2000 °C 0,03 %, при 2600 °C 1 %, 4000 °C 59 %, 6000 °C 99,5 %. Жидкий кислород (темп. кипения 182,98 °C) это бледно-голубая жидкость. Фазовая диаграмма O 2 Твердый кислород (темп. плавления 218,79 °C) синие кристаллы. Известны шесть кристаллических фаз, из которых три существуют при давлении в 1 атм.:

α-О 2 существует при температуре ниже 23,65 К; ярко-синие кристаллы относятся к моноклинной сингонии, параметры ячейки a=5,403 Å, b=3,429 Å, c=5,086 Å; β=132,53° β-О 2 существует в интервале температур от 23,65 до 43,65 К; бледно-синие кристаллы (при повышении давления цвет переходит в розовый) имеют ромбоэдрическую решётку, параметры ячейки a=4,21 Å, α=46,25° γ-О 2 существует при температурах от 43,65 до 54,21 К; бледно-синие кристаллы имеют кубическую симметрию, период решётки a=6,83 Å

Ещё три фазы образуются при высоких давлениях: δ-О 2 интервал температур до 300 К и давление 6-10 ГПа, оранжевые кристаллы; ε-О 2 давление от 10 и до 96 ГПа, цвет кристаллов от темно красного до чёрного, моноклинная сингония; ζ-О 2 давление более 96 ГПа, металлическое состояние с характерным металлическим блеском, при низких температурах переходит в сверхпроводящее состояние.

Химические свойства Сильный окислитель, взаимодействует, практически, со всеми элементами, образуя оксиды. Степень окисления 2. Как правило, реакция окисления протекает с выделением тепла и ускоряется при повышении температуры. Пример реакций, протекающих при комнатной температуре: 4K + O 2 2K 2 O 2Sr + O 2 2SrO Окисляет соединения, которые содержат элементы с не максимальной степенью окисления: 2NO + O 2 2NO 2

Окисляет большинство органических соединений: CH 3 CH 2 OH + 3O 2 2CO 2 + 3H 2 O При определенных условиях можно провести мягкое окисление органического соединения: CH 3 CH 2 OH + O 2 CH 3 COOH + H 2 O

Кислород не окисляет Au и Pt, галогены и инертные газы. Кислород образует пероксиды со степенью окисления 1. Например, пероксиды получаются при сгорании щелочных металлов в кислороде: 2Na + O 2 Na 2 O 2 Некоторые окислы поглощают кислород: 2BaO + O 2 2BaO 2

По теории горения, разработанной А. Н. Бахом и К. О. Энглером, окисление происходит в две стадии с образованием промежуточного пероксидного соединения. Это промежуточное соединение можно выделить, например, при охлаждении пламени горящего водорода льдом, наряду с водой, образуется перекись водорода: H 2 + O 2 H 2 O 2 Надпероксиды имеют степень окисления 1/2, то есть один электрон на два атома кислорода (ион O 2 -). Получают взаимодействием пероксидов с кислородом при повышенных давлениям и температуре: Na 2 O 2 + O 2 2NaO 2 Озониды содержат ион O 3 - со степенью окисления 1/3. Получают действием озона на гидроксиды щелочных металлов: КОН(тв.) + О 3 КО 3 + КОН + O 2 Ион диоксигенил O 2 + имеет степень окисления +1/2. Получают по реакции: PtF 6 + O 2 O 2 PtF 6

Фториды кислорода Дифторид кислорода, OF 2 степень окисления +2, получают пропусканием фтора через раствор щелочи: 2F 2 + 2NaOH OF 2 + 2NaF + H 2 O Монофторид кислорода (Диоксидифторид), O 2 F 2, нестабилен, степень окисления +1. Получают из смеси фтора с кислородом в тлеющем разряде при температуре 196 °C. Пропуская тлеющий разряд через смесь фтора с кислородом при определенных давлении и температуре получаются смеси высших фторидов кислорода O 3 F 2, О 4 F 2, О 5 F 2 и О 6 F 2. Кислород поддерживает процессы дыхания, горения, гниения. В свободном виде элемент существует в двух аллотропных модификациях:O 2 и O 3 (озон).

Применение Химия, нефтехимия : Cоздание инертной среды в емкостях, азотное пожаротушение, продувка и испытание трубопроводов, регенерация катализаторов, упаковка продукции в азотной среде, интенсификация окислительных процессов, выделение метана, водорода, углекислого газа.

Нефть и Газ : Создание инертной среды в резервуарах, во время разгрузочно- погрузочных работ, азотное пожаротушение, продувка и испытание трубопроводов, очистка технологических емкостей.

Металлургия : Защита черных и цветных металлов во время отжига, нейтральная закалка, цианирование, пайка твердым припоем, спекание порошковым металлом.

Фармацевтика : Транспортировка продуктов азотом, создание инертной среды в резервуарах с продуктом, упаковка препаратов.

Медицина Получение кислорода для медицинских применений.

Пищевая промышленность: Хранение, перевалка и упаковка пищевой продукции орехов, чипсов, масла, кофе, пива и др. в условиях инертной среды, создание модифицированной атмосферы в овощехранилищах, повышение эффективности разведения рыб.

Электронная промышленность : Cоздание инертной среды с целью предотвращения окисления элементов электросхем.

Другое : Получение азота для создания инертной среды в технологических объемах, продувки трубопроводов, азотного пожаротушения. Получение кислорода для резки и сварки.

Спасибо за просмотр!!!