Kyslík – charakteristika prvku, rozšírenosť v prírode, fyzikálne a chemické vlastnosti, produkcia. Lekcia chémie na tému "Výroba kyslíka"
Táto lekcia je venovaná štúdiu moderných metód výroby kyslíka. Dozviete sa, akými metódami a z akých látok sa získava kyslík v laboratóriu a priemysle.
Téma: Látky a ich premeny
lekcia:Získavanie kyslíka
Na priemyselné účely sa kyslík musí získavať vo veľkých objemoch a čo najlacnejším spôsobom. Tento spôsob výroby kyslíka navrhol laureát Nobelovej ceny Pyotr Leonidovič Kapitsa. Vynašiel zariadenie na skvapalňovanie vzduchu. Ako viete, vzduch obsahuje asi 21% objemu kyslíka. Kyslík možno oddeliť od kvapalného vzduchu destiláciou, pretože Všetky látky, ktoré tvoria vzduch, majú rôzne teploty varu. Teplota varu kyslíka je -183 °C a teplota varu dusíka -196 °C. To znamená, že pri destilácii skvapalneného vzduchu bude najskôr vrieť a odparovať sa dusík a potom kyslík.
V laboratóriu nie je potrebný kyslík v takom veľkom množstve ako v priemysle. Zvyčajne sa dodáva v modrých oceľových valcoch, v ktorých je natlakovaný. V niektorých prípadoch je stále potrebné získavať kyslík chemickou cestou. Na tento účel sa používajú rozkladné reakcie.
POKUS 1. Nalejte roztok peroxidu vodíka do Petriho misky. Pri izbovej teplote sa peroxid vodíka pomaly rozkladá (nevidíme žiadne známky reakcie), ale tento proces možno urýchliť pridaním niekoľkých zrniek oxidu manganičitého do roztoku. Okolo zŕn čierneho oxidu sa okamžite začnú objavovať bublinky plynu. Toto je kyslík. Bez ohľadu na to, ako dlho reakcia prebieha, zrnká oxidu manganičitého sa v roztoku nerozpustia. To znamená, že oxid mangánu (IV) sa zúčastňuje reakcie, urýchľuje ju, ale nespotrebováva sa v nej.
Látky, ktoré urýchľujú reakciu, ale nie sú pri reakcii spotrebované, sa nazývajú katalyzátory.
Reakcie urýchlené katalyzátormi sa nazývajú katalytický.
Urýchlenie reakcie katalyzátorom sa nazýva katalýza.
Oxid mangánu (IV) teda slúži ako katalyzátor pri rozkladnej reakcii peroxidu vodíka. V reakčnej rovnici je vzorec katalyzátora napísaný nad znakom rovnosti. Zapíšme si rovnicu reakcie. Pri rozklade peroxidu vodíka sa uvoľňuje kyslík a vzniká voda. Uvoľňovanie kyslíka z roztoku je znázornené šípkou smerujúcou nahor:
2. Jednotná zbierka digitálnych vzdelávacích zdrojov ().
3. Elektronická verzia časopisu „Chémia a život“ ().
Domáca úloha
s. 66-67 č.2 – 5 z Pracovného zošita z chémie: 8. ročník: k učebnici P.A. Oržekovskij a ďalší.„Chémia. 8. ročník“ / O.V. Ushakova, P.I. Bespalov, P.A. Oržekovskij; pod. vyd. Prednášal prof. P.A. Oržekovskij - M.: AST: Astrel: Profizdat, 2006.
Dnes sa do popredia dostáva otázka ekológie. Ale zdravá ekológia je nemožná bez kyslíka. Práve tá je hlavným stavebným kameňom pre udržanie života na planéte. Okrem toho sa kyslík často podieľa na mnohých chemických reakciách. Uvažujme, ako získať kyslík v chemickom laboratóriu.
Na získanie kyslíka spevníme skúmavku zo žiaruvzdorného skla na stojane a pridáme do nej 5 g prášku (dusičnan draselný KNO 3 alebo dusičnan sodný NaNO 3). Položme pod skúmavku hrnček zo žiaruvzdorného materiálu naplnený pieskom, keďže pri tomto pokuse sa horúca hmota často roztopí a vytečie. Preto budeme horák pri zohrievaní držať na boku. Keď ľadok veľmi rozpálime, roztopí sa a bude sa z neho uvoľňovať kyslík (to zistíme pomocou tlejúcej triesky - zapáli sa v skúmavke). V tomto prípade sa dusičnan draselný zmení na dusitan KNO 2. Potom pomocou klieští na téglik alebo pinzety vhoďte kúsok odrezkov do taveniny (nikdy nedržte tvár nad skúmavkou). Síra sa zapáli a spáli, pričom sa uvoľní veľké množstvo tepla. Experiment by sa mal vykonávať s otvorenými oknami (kvôli výsledným oxidom síry).
Proces prebieha nasledovne (zahrievanie):
2KNO 3 → 2KNO 2 + O 2
Kyslík je možné získať aj inými spôsobmi. Manganistan draselný KMnO 4 pri zahrievaní uvoľňuje kyslík a mení sa na oxid mangánu (4):
2KMn04 → Mn02 + K2Mn04 + O2.
Z 10 g manganistanu draselného môžete získať asi liter kyslíka, čo znamená, že dva gramy stačia na naplnenie piatich skúmaviek normálnej veľkosti kyslíkom.
V žiaruvzdornej skúmavke zahrejeme určité množstvo manganistanu draselného a pomocou pneumatického kúpeľa zachytávame uvoľnený kyslík v skúmavkách. Keď kryštály prasknú, zničia sa a spolu s plynom sa často unáša aj určité množstvo prašného manganistanu. V tomto prípade sa voda v pneumatickom kúpeli a výstupnom potrubí zmení na červenú.
Kyslík možno získať vo veľkých množstvách aj z peroxidu vodíka (peroxidu) H 2 O 2 . Peroxid vodíka nie je veľmi stabilný. Už keď stojí na vzduchu, rozkladá sa na kyslík a:
2H202 -> 2H20 + 02
Kyslík získate oveľa rýchlejšie, ak k peroxidu pridáte trochu oxidu manganičitého MnO 2, aktívneho uhlia, kovového prášku, krvi (koagulovanej alebo čerstvej) a slín. Tieto látky pôsobia ako katalyzátory.
Overíme si to, ak do malej skúmavky dáme približne 1 ml peroxidu vodíka s niektorou z menovaných látok a prítomnosť uvoľneného kyslíka určíme trieskovým testom. Ak sa do 5 ml trojpercentného roztoku peroxidu vodíka v kadičke pridá rovnaké množstvo zvieracej krvi, zmes silne pení, pena stvrdne a napučí v dôsledku uvoľnenia bublín kyslíka.
Katalyzátory zvyšujú rýchlosť reakcie chemického procesu bez toho, aby boli spotrebované. V konečnom dôsledku znižujú aktivačnú energiu potrebnú na spustenie reakcie. No sú aj látky, ktoré pôsobia opačne. Nazývajú sa negatívne katalyzátory resp inhibítory. Napríklad kyselina fosforečná zabraňuje rozkladu peroxidu vodíka. Preto je komerčný roztok peroxidu vodíka zvyčajne stabilizovaný kyselinou fosforečnou alebo močovou. V živej prírode sa na mnohých procesoch podieľajú takzvané biokatalyzátory (enzýmy, hormóny).
VLASTNOSTI KYSLÍKA A METÓDY JEHO ZÍSKÁVANIA
Kyslík O2 je najrozšírenejším prvkom na Zemi. Vo veľkých množstvách sa nachádza vo forme chemických zlúčenín s rôznymi látkami v zemskej kôre (až 50 % hm.), v kombinácii s vodíkom vo vode (asi 86 % hm.) a vo voľnom stave v atmosférickom vzduchu. v zmesi prevažne s dusíkom v množstve 20,93 % obj. (23,15 % hmotn.).
Kyslík má v národnom hospodárstve veľký význam. Je široko používaný v metalurgii; chemický priemysel; na spracovanie kovov plameňom, požiarne vŕtanie tvrdých hornín, podzemné splyňovanie uhlia; v medicíne a rôznych dýchacích prístrojoch, napríklad pre lety vo veľkých výškach a v iných oblastiach.
Za normálnych podmienok je kyslík bezfarebný plyn bez zápachu a chuti, ktorý nie je horľavý, ale aktívne podporuje horenie. Pri veľmi nízkych teplotách sa kyslík mení na kvapalinu a dokonca aj na pevnú látku.
Najdôležitejšie fyzikálne konštanty kyslíka sú nasledovné:
| Molekulová hmotnosť | 32 |
| Hmotnosť 1 m3 pri 0 °C a 760 mm Hg. čl. v kg | 1,43 |
| To isté pri 20 ° C a 760 mm Hg. čl. v kg | 1,33 |
| Kritická teplota v °C | -118 |
| Kritický tlak v kgf/m3 | 51,35 |
| Bod varu pri 760 mmHg. čl. v °C | -182,97 |
| Hmotnosť 1 litra kvapalného kyslíka pri -182, 97 °C a 760 mm Hg. čl. v kg. |
1,13 |
| Množstvo plynného kyslíka získaného z 1 litra kvapaliny pri 20 °C a 760 mm Hg. čl. v l |
850 |
| Teplota tuhnutia 760 mm Hg. čl. v °C | -218,4 |
Kyslík je vysoko chemicky aktívny a tvorí zlúčeniny so všetkými chemickými prvkami okrem vzácnych plynov. Reakcie kyslíka s organickými látkami majú výrazný exotermický charakter. Pri interakcii stlačeného kyslíka s mastnými alebo jemne rozptýlenými tuhými horľavými látkami teda dochádza k ich okamžitej oxidácii a vzniknuté teplo prispieva k samovznieteniu týchto látok, čo môže spôsobiť požiar alebo výbuch. Túto vlastnosť treba brať do úvahy najmä pri manipulácii s kyslíkovým zariadením.
Jednou z dôležitých vlastností kyslíka je jeho schopnosť vytvárať výbušné zmesi s horľavými plynmi a kvapalnými horľavými parami v širokom rozsahu, čo môže viesť aj k výbuchom v prítomnosti otvoreného ohňa alebo dokonca iskry. Zmesi vzduchu s plynom alebo parou sú tiež výbušné.
Kyslík možno získať: 1) chemickými metódami; 2) elektrolýza vody; 3) fyzicky zo vzduchu.
Chemické metódy výroby kyslíka z rôznych látok sú neúčinné a v súčasnosti majú len laboratórny význam.
Elektrolýza vody, teda jej rozklad na jej zložky – vodík a kyslík, sa uskutočňuje v zariadeniach nazývaných elektrolyzéry. Vodou prechádza jednosmerný prúd, do ktorého sa pridáva hydroxid sodný NaOH na zvýšenie elektrickej vodivosti; kyslík sa zhromažďuje na anóde a vodík na katóde. Nevýhodou tejto metódy je vysoká spotreba energie: na 1 m 3 0 2 sa spotrebuje 12-15 kW (navyše sa získa 2 m 3 N 2). h) Tento spôsob je racionálny v prítomnosti lacnej elektriny, ako aj pri výrobe elektrolytického vodíka, keď je kyslík odpadovým produktom.
Fyzikálna metóda spočíva v oddelení vzduchu na jeho zložky pomocou hlbokého chladenia. Táto metóda umožňuje získať kyslík v takmer neobmedzenom množstve a má veľký priemyselný význam. Spotreba elektrickej energie na 1 m 3 O 2 je 0,4-1,6 kW. h, v závislosti od typu inštalácie.
ZÍSKAVANIE KYSLÍKA ZO VZDUCHU
Atmosférický vzduch je prevažne mechanická zmes troch plynov s nasledujúcim objemovým obsahom: dusík - 78,09%, kyslík - 20,93%, argón - 0,93%. Okrem toho obsahuje asi 0,03% oxidu uhličitého a malé množstvo vzácnych plynov, vodíka, oxidu dusného atď.
Hlavnou úlohou pri získavaní kyslíka zo vzduchu je rozdeliť vzduch na kyslík a dusík. Cestou sa odlučuje argón, ktorého využitie v špeciálnych metódach zvárania neustále narastá, ako aj vzácne plyny, ktoré zohrávajú významnú úlohu v rade priemyselných odvetví. Dusík má určité využitie pri zváraní ako ochranný plyn, v medicíne a iných oblastiach.
Podstatou metódy je hĺbkové ochladzovanie vzduchu, jeho premena do kvapalného stavu, čo pri normálnom atmosférickom tlaku možno dosiahnuť v teplotnom rozmedzí od -191,8 °C (začiatok skvapalňovania) do -193,7 °C (ukončenie skvapalňovania). ).
Separácia kvapaliny na kyslík a dusík sa uskutočňuje pomocou rozdielu ich teplôt varu, a to: T bp. 02 = -182,97 °C; Teplota varu N2 = -195,8 °C (pri 760 mm Hg).
Postupným odparovaním kvapaliny prejde dusík, ktorý má nižší bod varu, najskôr do plynnej fázy a pri jeho uvoľňovaní sa kvapalina obohacuje o kyslík. Mnohonásobným opakovaním tohto procesu je možné získať kyslík a dusík požadovanej čistoty. Tento spôsob rozdeľovania kvapalín na ich zložky sa nazýva rektifikácia.
Na výrobu kyslíka zo vzduchu existujú špecializované podniky vybavené vysokovýkonnými jednotkami. Okrem toho majú veľké kovospracujúce podniky svoje vlastné kyslíkové stanice.
Nízke teploty potrebné na skvapalnenie vzduchu sa dosahujú pomocou takzvaných chladiacich cyklov. Hlavné chladiace cykly používané v moderných zariadeniach sú stručne uvedené nižšie.
Chladiaci cyklus so škrtením vzduchu je založený na Joule-Thomsonovom efekte, teda prudkom poklese teploty plynu pri jeho voľnej expanzii. Schéma cyklu je znázornená na obr. 2.
Vzduch je stlačený vo viacstupňovom kompresore 1 až 200 kgf/cm2 a potom prechádza cez chladničku 2 s tečúcou vodou. Vo výmenníku tepla 3 dochádza k hlbokému ochladzovaniu vzduchu spätným tokom studeného plynu zo zberača kvapaliny (skvapalňovača) 4. V dôsledku expanzie vzduchu v škrtiacej klapke 5 sa dodatočne ochladzuje a čiastočne skvapalnený.
Tlak v kolektore 4 je regulovaný v rozmedzí 1-2 kgf/cm2. Kvapalina sa periodicky odvádza zo zberu do špeciálnych nádob cez ventil 6. Neskvapalnená časť vzduchu sa vypúšťa cez výmenník tepla, čím sa ochladzujú nové časti vstupujúceho vzduchu.
K ochladzovaniu vzduchu na teplotu skvapalnenia dochádza postupne; Keď je zariadenie zapnuté, nastáva obdobie spustenia, počas ktorého nie je pozorované žiadne skvapalňovanie vzduchu, ale dochádza iba k ochladzovaniu zariadenia. Toto obdobie trvá niekoľko hodín.
Výhodou cyklu je jeho jednoduchosť, nevýhodou však pomerne vysoký príkon – až 4,1 kW. h na 1 kg skvapalneného vzduchu pri tlaku kompresora 200 kgf/cm 2; pri nižšom tlaku sa merná spotreba energie prudko zvyšuje. Tento cyklus sa používa v zariadeniach s nízkou a strednou kapacitou na výrobu plynného kyslíka.
O niečo zložitejší je cyklus so škrtením a predchladením vzduchu čpavkom.
Stredotlakový chladiaci cyklus s expanziou v expandéri je založený na znížení teploty plynu pri expanzii s návratom vonkajšej práce. Okrem toho sa využíva aj Joule-Thomsonov efekt. Schéma cyklu je znázornená na obr. 3.
Vzduch je stlačený v kompresore 1 na 20-40 kgf/cm 2, prechádza cez chladničku 2 a potom cez výmenníky tepla 3 a 4. Po výmenníku tepla 3 sa väčšina vzduchu (70-80%) posiela do expanzie piestu. stroj-expander 6 a menšia časť vzduchu (20-30%) ide na voľnú expanziu do škrtiaceho ventilu 5 a potom do zberu 7, ktorý má ventil 8 na vypúšťanie kvapaliny. V expandéri 6
vzduch, už ochladený v prvom výmenníku tepla, pracuje - tlačí piest stroja, jeho tlak klesá na 1 kgf / cm 2, vďaka čomu teplota prudko klesá. Z expandéra je studený vzduch s teplotou asi -100 °C vypúšťaný von cez výmenníky tepla 4 a 3, čím sa ochladzuje privádzaný vzduch. Expandér teda poskytuje veľmi efektívne chladenie inštalácie pri relatívne nízkom tlaku v kompresore. Práca expandéra je využitá užitočne a to čiastočne kompenzuje energiu vynaloženú na kompresiu vzduchu v kompresore.
Výhody cyklu sú: relatívne nízky kompresný tlak, čo zjednodušuje konštrukciu kompresora a zvýšená chladiaca kapacita (vďaka expandéru), ktorá zabezpečuje stabilnú prevádzku zariadenia pri odbere kyslíka v kvapalnej forme.
Nízkotlakový chladiaci cyklus s expanziou v turboexpandéri, vyvinutý akad. P. L. Kapitsa, je založený na využívaní nízkotlakového vzduchu s výrobou chladu iba expanziou tohto vzduchu vo vzduchovej turbíne (turboexpandéri) s výrobou vonkajšej práce. Schéma cyklu je znázornená na obr. 4.
Vzduch je stlačený turbokompresorom 1 na 6-7 kgf/cm2, chladený vodou v chladničke 2 a privádzaný do regenerátorov 3 (výmenníky tepla), kde je ochladzovaný spätným prúdením studeného vzduchu. Až 95 % vzduchu po regenerátoroch je odoslaných do turboexpandéra 4, pri vykonaní externej práce expanduje na absolútny tlak 1 kgf/cm 2 a prudko sa ochladí, po čom sa privádza do potrubného priestoru kondenzátora 5 a kondenzuje zvyšok stlačeného vzduchu (5%) a vstupuje do medzikružia. Z kondenzátora 5 je hlavný prúd vzduchu nasmerovaný do regenerátorov a ochladzuje prichádzajúci vzduch a kvapalný vzduch je vedený cez škrtiaci ventil 6 do zberu 7, z ktorého je odvádzaný cez ventil 8. Schéma znázorňuje jeden regenerátor , no v skutočnosti je ich viacero a zapínajú sa po jednom.
Výhody nízkotlakového cyklu s turboexpandérom sú: vyššia účinnosť lopatkových strojov v porovnaní s piestovými strojmi, zjednodušenie technologickej schémy, zvýšená spoľahlivosť a výbuchová bezpečnosť inštalácie. Cyklus sa používa vo veľkokapacitných inštaláciách.
Separácia kvapalného vzduchu na zložky sa uskutočňuje procesom rektifikácie, ktorého podstatou je, že parná zmes dusíka a kyslíka vznikajúca pri odparovaní kvapalného vzduchu prechádza cez kvapalinu s nižším obsahom kyslíka. Keďže v kvapaline je menej kyslíka a viac dusíka, má nižšiu teplotu ako para, ktorá ňou prechádza, a to spôsobuje kondenzáciu kyslíka z pary a jeho obohacovanie kvapaliny za súčasného vyparovania dusíka z kvapaliny. t.j. jeho obohatenie parou nad kvapalinou .
Predstavu o podstate procesu nápravy môže poskytnúť obrázok znázornený na obr. 5 je zjednodušená schéma procesu opakovaného vyparovania a kondenzácie kvapalného vzduchu.
Predpokladáme, že vzduch pozostáva len z dusíka a kyslíka. Predstavme si, že existuje niekoľko nádob (I-V) spojených navzájom, v hornej je kvapalný vzduch s obsahom 21% kyslíka. Vďaka stupňovitému usporiadaniu nádob bude kvapalina stekať dole a zároveň sa postupne obohacuje kyslíkom a zvyšuje sa jej teplota.
Predpokladajme, že v nádobe II je kvapalina obsahujúca 30% 0 2, v nádobe III - 40%, v nádobe IV - 50% a v nádobe V - 60% kyslíka.
Na určenie obsahu kyslíka v parnej fáze použijeme špeciálny graf - Obr. 6, ktorého krivky ukazujú obsah kyslíka v kvapaline a pare pri rôznych tlakoch.
Začnime odparovať kvapalinu v nádobe V pri absolútnom tlaku 1 kgf/cm 2 . Ako je možné vidieť z obr. 6, nad kvapalinou v tejto nádobe, pozostávajúcej zo 60 % 02 a 40 % N2, môže byť rovnovážne zloženie pary obsahujúce 26,5 % 02 a 73,5 % N2, ktoré má rovnakú teplotu ako kvapalina. Túto paru privádzame do nádoby IV, kde kvapalina obsahuje len 50 % 0 2 a 50 % N 2 a bude teda chladnejšia. Z obr. 6 ukazuje, že para nad touto kvapalinou môže obsahovať len 19 % 0 2 a 81 % N 2 a iba v tomto prípade sa jej teplota bude rovnať teplote kvapaliny v tejto nádobe.
V dôsledku toho para privádzaná do nádoby IV z nádoby V, obsahujúca 26,5 % O2, má vyššiu teplotu ako kvapalina v nádobe IV; preto kyslík z pary kondenzuje v kvapaline nádoby IV a časť dusíka z nej sa odparí. Výsledkom je, že kvapalina v nádobe IV bude obohatená kyslíkom a para nad ňou bude obohatená dusíkom.
Podobný proces bude prebiehať aj v iných nádobách, a teda pri vypúšťaní z horných nádob do dolných sa kvapalina obohacuje kyslíkom, kondenzuje ho zo stúpajúcich pár a dodáva im dusík.
Pokračujúc v procese smerom nahor, môžete získať paru pozostávajúcu z takmer čistého dusíka av spodnej časti - čistého kvapalného kyslíka. V skutočnosti je proces rektifikácie, ktorý prebieha v destilačných kolónach kyslíkových zariadení, oveľa komplikovanejší, ako je opísané, ale jeho základný obsah je rovnaký.
Bez ohľadu na technologickú schému zariadenia a typ chladiaceho cyklu proces výroby kyslíka zo vzduchu zahŕňa nasledujúce fázy:
1) čistenie vzduchu od prachu, vodných pár a oxidu uhličitého. Väzba CO2 sa dosiahne prechodom vzduchu cez vodný roztok NaOH;
2) kompresia vzduchu v kompresore s následným chladením v chladničkách;
3) chladenie stlačeného vzduchu vo výmenníkoch tepla;
4) expanzia stlačeného vzduchu v škrtiacej klapke alebo expandéri na jeho ochladenie a skvapalnenie;
5) skvapalnenie a rektifikáciu vzduchu na výrobu kyslíka a dusíka;
6) vypúšťanie kvapalného kyslíka do stacionárnych nádrží a vypúšťanie plynného kyslíka do plynových nádrží;
7) kontrola kvality vyrobeného kyslíka;
8) plnenie prepravných nádrží tekutým kyslíkom a plnenie fliaš plynným kyslíkom.
Kvalita plynného a kvapalného kyslíka je regulovaná príslušnými GOST.
Podľa GOST 5583-58 sa plynný technický kyslík vyrába v troch stupňoch: najvyšší - s obsahom najmenej 99,5 % O2, prvý - najmenej 99,2 % O2 a druhý - najmenej 98,5 % O2, zvyšok je argón a dusík (0,5-1,5%). Obsah vlhkosti by nemal presiahnuť 0,07 g/f 3 . Kyslík získaný elektrolýzou vody by nemal obsahovať viac ako 0,7 % objemu vodíka.
Podľa GOST 6331-52 sa kvapalný kyslík vyrába v dvoch stupňoch: stupeň A s obsahom najmenej 99,2 % O 2 a stupeň B s obsahom najmenej 98,5 % O 2 . Obsah acetylénu v kvapalnom kyslíku by nemal presiahnuť 0,3 cm 3 /l.
Procesný kyslík používaný na zintenzívnenie rôznych procesov v metalurgickom, chemickom a inom priemysle obsahuje 90 – 98 % O 2 .
Kontrola kvality plynného, ale aj kvapalného kyslíka sa vykonáva priamo počas výrobného procesu pomocou špeciálnych prístrojov.
Administrácia Celkové hodnotenie článku: Publikovaný: 2012.06.01
V lekcii 17" Získavanie kyslíka"z kurzu" Chémia pre figuríny» zistiť, ako sa v laboratóriu vyrába kyslík; Dozvieme sa, čo je katalyzátor a ako rastliny ovplyvňujú produkciu kyslíka na našej planéte.
Najdôležitejšou látkou vo vzduchu pre človeka a ostatné živé organizmy je kyslík. V priemysle sa používa veľké množstvo kyslíka, preto je dôležité vedieť, ako ho môžete získať.
V chemickom laboratóriu možno kyslík získať zahrievaním určitých zložitých látok, ktoré obsahujú atómy kyslíka. Medzi tieto látky patrí látka KMnO 4, ktorá je dostupná vo vašej domácej lekárničke pod názvom „manganistan draselný“.
Poznáte najjednoduchšie zariadenia na výrobu plynov. Ak do jedného z týchto zariadení vložíte trochu prášku KMnO 4 a zahrejete ho, uvoľní sa kyslík (obr. 76):
Kyslík možno získať aj rozkladom peroxidu vodíka H 2 O 2 . Za týmto účelom pridajte veľmi malé množstvo špeciálnej látky do skúmavky s H 2 O 2 - katalyzátor- a skúmavku uzavrite zátkou s hadičkou na výstup plynu (obr. 77).
Pre túto reakciu je katalyzátorom látka, ktorej vzorec je MnO2. V tomto prípade dochádza k nasledujúcej chemickej reakcii:
Upozorňujeme, že na ľavej ani pravej strane rovnice nie je žiadny vzorec katalyzátora. Jeho vzorec sa zvyčajne zapisuje do reakčnej rovnice nad rovnítkom. Prečo sa pridáva katalyzátor? Proces rozkladu H202 pri izbových podmienkach prebieha veľmi pomaly. Získanie viditeľného množstva kyslíka preto trvá dlho. Táto reakcia sa však môže dramaticky urýchliť pridaním katalyzátora.
Katalyzátor je látka, ktorá urýchľuje chemickú reakciu, ale sama sa v nej nespotrebováva.
Práve preto, že katalyzátor sa pri reakcii nespotrebuje, nezapisujeme jeho vzorec do žiadnej časti reakčnej rovnice.
Ďalším spôsobom, ako získať kyslík, je rozklad vody pod vplyvom jednosmerného elektrického prúdu. Tento proces sa nazýva elektrolýza voda. Kyslík je možné získať v zariadení schematicky znázornenom na obrázku 78.
V tomto prípade dochádza k nasledujúcej chemickej reakcii:
Kyslík v prírode
Obrovské množstvo kyslíka je obsiahnuté v atmosfére a rozpustené vo vodách morí a oceánov. Kyslík je potrebný na to, aby všetky živé organizmy dýchali. Bez kyslíka by nebolo možné získavať energiu spaľovaním rôznych druhov palív. Na tieto potreby sa ročne spotrebuje približne 2 % vzdušného kyslíka.
Odkiaľ sa na Zemi berie kyslík a prečo zostáva jeho množstvo napriek takejto spotrebe približne konštantné? Jediným zdrojom kyslíka na našej planéte sú zelené rastliny, ktoré ho produkujú pod vplyvom slnečného žiarenia procesom fotosyntézy. Ide o veľmi zložitý proces, ktorý zahŕňa mnoho etáp. V dôsledku fotosyntézy v zelených častiach rastlín sa oxid uhličitý a voda premieňajú na glukózu C 6 H 12 O 6 a kyslík. Celkom
Rovnicu reakcií vyskytujúcich sa v procese fotosyntézy možno znázorniť takto:
Zistilo sa, že približne jedna desatina (11 %) kyslíka produkovaného zelenými rastlinami pochádza zo suchozemských rastlín a zvyšných deväť desatín (89 %) z vodných rastlín.
Získavanie kyslíka a dusíka zo vzduchu
Obrovské zásoby kyslíka v atmosfére umožňujú jeho získavanie a využitie v rôznych priemyselných odvetviach. V priemyselných podmienkach sa zo vzduchu získava kyslík, dusík a niektoré ďalšie plyny (argón, neón).
K tomu sa vzduch najprv premení na kvapalinu (obr. 79) ochladením na tak nízku teplotu, pri ktorej sa všetky jeho zložky premenia na kvapalný stav agregácie.
Potom sa táto kvapalina pomaly zahrieva, v dôsledku čoho pri rôznych teplotách dochádza k postupnému vyvareniu (t.j. prechodu do plynného skupenstva) látok obsiahnutých vo vzduchu. Zhromažďovaním plynov, ktoré sa vyparujú pri rôznych teplotách, sa oddelene získavajú dusík, kyslík a ďalšie látky.
Stručné závery lekcie:
- V laboratórnych podmienkach sa kyslík získava rozkladom určitých zložitých látok, ktoré obsahujú atómy kyslíka.
- Katalyzátor je látka, ktorá urýchľuje chemickú reakciu bez toho, aby sa spotrebovala.
- Zdrojom kyslíka na našej planéte sú zelené rastliny, v ktorých prebieha proces fotosyntézy.
- V priemysle sa kyslík získava zo vzduchu.
Dúfam, že lekcia 17" Získavanie kyslíka“ bolo jasné a informatívne. Ak máte nejaké otázky, napíšte ich do komentárov.
Kyslík sa objavil v zemskej atmosfére so vznikom zelených rastlín a fotosyntetických baktérií. Vďaka kyslíku aeróbne organizmy vykonávajú dýchanie alebo oxidáciu. V priemysle je dôležité získavať kyslík – využíva sa v hutníctve, medicíne, letectve, národnom hospodárstve a iných odvetviach.
Vlastnosti
Kyslík je ôsmym prvkom periodickej tabuľky. Je to plyn podporujúci horenie a okysličovanie látok.
Ryža. 1. Kyslík v periodickej tabuľke.
Kyslík bol oficiálne objavený v roku 1774. Anglický chemik Joseph Priestley izoloval prvok z oxidu ortuťnatého:
2HgO → 2Hg + O2.
Priestley však nevedel, že kyslík je súčasťou vzduchu. Vlastnosti a prítomnosť kyslíka v atmosfére neskôr určil Priestleyho kolega, francúzsky chemik Antoine Lavoisier.
Všeobecné vlastnosti kyslíka:
- bezfarebný plyn;
- nemá vôňu ani chuť;
- ťažšie ako vzduch;
- molekula pozostáva z dvoch atómov kyslíka (O 2);
- v tekutom stave má bledomodrú farbu;
- slabo rozpustný vo vode;
- je silné oxidačné činidlo.
Ryža. 2. Kvapalný kyslík.
Prítomnosť kyslíka sa dá ľahko skontrolovať spustením tlejúcej triesky do nádoby obsahujúcej plyn. V prítomnosti kyslíka sa pochodeň rozhorí.
Ako to získate?
Existuje niekoľko známych spôsobov výroby kyslíka z rôznych zlúčenín v priemyselných a laboratórnych podmienkach. V priemysle sa kyslík získava zo vzduchu jeho skvapalňovaním pod tlakom a pri teplote -183°C. Kvapalný vzduch sa podrobuje odparovaniu, t.j. postupne zahriať. Pri teplote -196 °C sa dusík začína odparovať a kyslík zostáva kvapalný.
V laboratóriu sa kyslík tvorí zo solí, peroxidu vodíka a v dôsledku elektrolýzy. Pri zahrievaní dochádza k rozkladu solí. Napríklad chlorečnan draselný alebo bertholitová soľ sa zahrieva na 500 °C a manganistan draselný alebo manganistan draselný sa zahrieva na 240 °C:
- 2KCl03 -> 2KCl + 302;
- 2KMn04 -> K2Mn04 + Mn02 + O2.
Ryža. 3. Zahrievanie Bertholletovej soli.
Kyslík môžete získať aj zahrievaním dusičnanu alebo dusičnanu draselného:
2KN03 → 2KN02 + O2.
Pri rozklade peroxidu vodíka sa ako katalyzátor používa oxid mangánu (IV) - MnO 2, uhlík alebo železný prášok. Všeobecná rovnica vyzerá takto:
2H202 -> 2H20 + 02.
Roztok hydroxidu sodného podlieha elektrolýze. V dôsledku toho sa tvorí voda a kyslík:
4NaOH → (elektrolýza) 4Na + 2H20 + O2.
Kyslík sa tiež izoluje z vody pomocou elektrolýzy, pričom sa rozkladá na vodík a kyslík:
2H20 -> 2H2+02.
Na jadrových ponorkách sa kyslík získaval z peroxidu sodného - 2Na 2 O 2 + 2CO 2 → 2Na 2 CO 3 + O 2 . Metóda je zaujímavá, pretože oxid uhličitý sa absorbuje spolu s uvoľňovaním kyslíka.
Ako použiť
Zber a rozpoznávanie sú potrebné na uvoľnenie čistého kyslíka, ktorý sa používa v priemysle na oxidáciu látok, ako aj na udržanie dýchania vo vesmíre, pod vodou a v zadymených miestnostiach (kyslík je potrebný pre hasičov). V medicíne kyslíkové fľaše pomáhajú pacientom s dýchacími ťažkosťami dýchať. Kyslík sa používa aj na liečbu ochorení dýchacích ciest.
Kyslík sa používa na spaľovanie palív – uhlia, ropy, zemného plynu. Kyslík sa široko používa v metalurgii a strojárstve, napríklad na tavenie, rezanie a zváranie kovov.
Priemerné hodnotenie: 4.9. Celkový počet získaných hodnotení: 177.