Metalli lõikamisel tehakse seda kõrgtemperatuurse gaasileegiga, mis saadakse tuleohtliku gaasi või tehniliselt puhta hapnikuga segatud vedelauru põletamisel.
Hapnik on maakeral kõige levinum element, leidub keemiliste ühendite kujul erinevate ainetega: maapinnas - kuni 50% massist, koos vesinikuga vees - umbes 86% massist ja õhus - kuni 21% mahust ja 23% massist. kaal.
Hapnik normaaltingimustes (temperatuur 20°C, rõhk 0,1 MPa) on värvitu, mittesüttiv gaas, õhust veidi raskem, lõhnatu, kuid põlemist aktiivselt toetav. Normaalsel atmosfäärirõhul ja temperatuuril 0 ° C on 1 m 3 hapniku mass 1,43 kg ja temperatuuril 20 ° C ja normaalsel atmosfäärirõhul - 1,33 kg.
Hapnikul on kõrge keemiline aktiivsus, moodustades ühendeid kõigi keemiliste elementidega, välja arvatud (argoon, heelium, ksenoon, krüptoon ja neoon). Ühendi reaktsioonid hapnikuga toimuvad suure soojushulga eraldumisel, s.t on oma olemuselt eksotermilised.
Kokkusurutud gaasiline hapnik puutub kokku orgaaniliste ainete, õlide, rasvade, söetolmu, tuleohtlike plastidega, võivad need isesüttida hapniku kiirel kokkusurumisel tekkiva soojuse eraldumise, hõõrdumise ja tahkete osakeste kokkupõrke tagajärjel metallile, samuti elektrostaatilise sädelahendusena. Seetõttu tuleb hapniku kasutamisel jälgida, et see ei puutuks kokku süttivate või põlevate ainetega.
Kõik hapnikuseadmed, hapnikutorud ja balloonid tuleb põhjalikult rasvatustada. on võimeline moodustama plahvatusohtlikke segusid tuleohtlike gaaside või vedelate tuleohtlike aurudega laias vahemikus, mis võib põhjustada plahvatusi ka lahtise leegi või isegi sädeme juuresolekul.
Hapniku märgitud omadusi tuleb alati meeles pidada, kui seda kasutatakse gaasileegi töötlemisel.
Atmosfääriõhk on peamiselt kolme gaasi mehaaniline segu, mille mahusisaldus on järgmine: lämmastik - 78,08%, hapnik - 20,95%, argoon - 0,94%, ülejäänud on süsinikdioksiid, dilämmastikoksiid jne. Hapnikku saadakse õhu eraldamisel hapnikuni ja sügavjahutuse (vedeldamise) meetodil koos argooni eraldamisega, mille kasutamine pidevalt suureneb. Lämmastikku kasutatakse vase keevitamisel kaitsegaasina.
Hapnikku võib saada keemiliselt või vee elektrolüüsil. Keemilised meetodid ebaefektiivne ja ebaökonoomne. Kell vee elektrolüüs Alalisvooluga tekib puhta vesiniku tootmisel kõrvalsaadusena hapnik.
Hapnikku toodetakse tööstuses atmosfääriõhust sügavjahutuse ja rektifikatsiooni teel. Õhust hapniku ja lämmastiku hankimise seadmetes puhastatakse viimane kahjulikest lisanditest, surutakse kompressoris kokku sobiva jahutustsükli rõhuni 0,6-20 MPa ja jahutatakse soojusvahetites veeldustemperatuurini, vedeldamise temperatuuride erinevuseni hapniku ja lämmastiku temperatuur on 13 ° C, mis on piisav nende täielikuks eraldamiseks vedelas faasis.
Vedel puhas hapnik koguneb õhueraldusaparaadis, aurustub ja koguneb gaasimahutisse, kust see pumbatakse kuni 20 MPa rõhu all kompressori abil silindritesse.
Tehnilist hapnikku transporditakse ka torujuhtme kaudu. Torujuhtme kaudu transporditava hapniku rõhu osas tuleb kokku leppida tootja ja tarbija vahel. Hapnik tarnitakse objektile hapnikusilindrites ja vedelal kujul spetsiaalsetes hea soojusisolatsiooniga anumates.
Vedela hapniku muundamiseks gaasiks kasutatakse gaasistajaid või vedela hapniku aurustitega pumpasid. Normaalsel atmosfäärirõhul ja temperatuuril 20°C annab 1 dm 3 vedelat hapnikku aurustumisel 860 dm 3 gaasilist hapnikku. Seetõttu on soovitatav hapnik keevituskohta toimetada vedelas olekus, kuna see vähendab mahuti kaalu 10 korda, mis säästab metalli silindrite valmistamiseks ning vähendab silindrite transportimise ja ladustamise kulusid.
Keevitamiseks ja lõikamiseks Vastavalt -78-le toodetakse tehnilist hapnikku kolmes klassis:
- 1. – puhtus vähemalt 99,7%
- 2. – mitte vähem kui 99,5%
- 3. - mitte vähem kui 99,2% mahust
Hapniku puhtus on hapnikuga lõikamisel väga oluline. Mida vähem gaasilisi lisandeid see sisaldab, seda suurem on lõikekiirus, puhtam ja väiksem hapnikukulu.
Tere. Täna räägin teile hapnikust ja selle hankimisest. Tuletan meelde, et kui teil on mulle küsimusi, võite need kirjutada artikli kommentaaridesse. Kui vajate keemias abi,. Aitan teid hea meelega.
Hapnik jaotub looduses isotoopide 16 O, 17 O, 18 O kujul, mille protsendid Maal on vastavalt 99,76%, 0,048%, 0,192%.
Vabas olekus eksisteerib hapnik kolme kujul allotroopsed modifikatsioonid : aatomi hapnik - O o, dihapnik - O 2 ja osoon - O 3. Lisaks saab aatomi hapnikku saada järgmiselt:
KClO 3 = KCl + 3O 0
KNO 3 = KNO 2 + O 0
Hapnik on osa enam kui 1400 erinevast mineraal- ja orgaanilisest ainest, atmosfääris on selle sisaldus 21% mahust. Ja inimkeha sisaldab kuni 65% hapnikku. Hapnik on värvitu ja lõhnatu gaas, mis lahustub vees vähe (100 mahuosas 20 o C vees lahustub 3 mahuosa hapnikku).
Laboris saadakse hapnikku teatud ainete mõõdukal kuumutamisel:
1) Mangaaniühendite (+7) ja (+4) lagundamisel:
2KMnO 4 → K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2
permanganaat manganaat
kaalium kaalium
2MnO2 → 2MnO + O2
2) Perkloraadi lagunemisel:
2KClO 4 → KClO 2 + KCl + 3O 2
perkloraat
kaalium
3) Bertholleti soola (kaaliumkloraat) lagunemisel.
Sel juhul moodustub aatomi hapnik:
2KClO 3 → 2 KCl + 6O 0
kloraat
kaalium
4) Hüpokloorhappe soolade lagunemisel valguses- hüpokloritid:
2NaClO → 2NaCl + O 2
Ca(ClO) 2 → CaCl 2 + O 2
5) Nitraatide kuumutamisel.
Sel juhul moodustub aatomi hapnik. Sõltuvalt nitraatmetalli asukohast aktiivsusreas moodustuvad erinevad reaktsiooniproduktid:
2NaNO 3 → 2NaNO 2 + O 2
Ca(NO 3) 2 → CaO + 2NO 2 + O 2
2AgNO3 → 2Ag + 2NO2 + O2
6) Peroksiidide lagunemise ajal:
2H 2 O 2 ↔ 2H 2 O + O 2
7) Mitteaktiivsete metallide oksiidide kuumutamisel:
2Ag 2O ↔ 4Ag + O 2
See protsess on igapäevaelus asjakohane. Fakt on see, et vasest või hõbedast valmistatud nõud, millel on looduslik oksiidkile kiht, moodustavad kuumutamisel aktiivse hapniku, mis on antibakteriaalne. Inaktiivsete metallide, eriti nitraatide, soolade lahustumine põhjustab samuti hapniku moodustumist. Näiteks võib hõbenitraadi lahustamise üldist protsessi kujutada etappidena:
AgNO 3 + H 2 O → AgOH + HNO 3
2AgOH → Ag 2 O + O 2
2Ag 2 O → 4Ag + O 2
või kokkuvõtlikult:
4AgNO3 + 2H2O → 4Ag + 4HNO3 + 7O2
8) Kõrgeima oksüdatsiooniastmega kroomisoolade kuumutamisel:
4K 2 Cr 2 O 7 → 4K 2 CrO 4 + 2Cr 2 O 3 + 3 O 2
dikromaatkromaat
kaalium kaalium
Tööstuses saadakse hapnikku:
1) Vee elektrolüütiline lagunemine:
2H2O → 2H2+O2
2) Süsinikdioksiidi ja peroksiidide koostoime:
CO 2 + K 2 O 2 → K 2 CO 3 + O 2
See meetod on asendamatu tehniline lahendus isoleeritud süsteemide hingamisprobleemile: allveelaevad, miinid, kosmoselaevad.
3) Kui osoon interakteerub redutseerivate ainetega:
O3 + 2KJ + H2O → J2 + 2KOH + O2
Eriti oluline on hapniku tootmine fotosünteesi protsessis. esinevad taimedes. Sellest protsessist sõltub põhimõtteliselt kogu elu Maal. Fotosüntees on keeruline mitmeetapiline protsess. Valgus annab sellele alguse. Fotosüntees ise koosneb kahest faasist: hele ja tume. Valgusfaasis moodustab taimelehtedes sisalduv klorofüllipigment nn "valgust neelava" kompleksi, mis võtab veest elektrone ja lõhustab selle seeläbi vesinikioonideks ja hapnikuks:
2H20 = 4e + 4H + O2
Kogunenud prootonid aitavad kaasa ATP sünteesile:
ADP + P = ATP
Pimedas faasis muundatakse süsihappegaas ja vesi glükoosiks. Ja hapnik vabaneb kõrvalsaadusena:
6CO2 + 6H2O = C6H12O6 + O2
blog.site, materjali täielikul või osalisel kopeerimisel on vaja linki algallikale.
Sest hapniku saamine, vajate selle rikkaid aineid. Need on peroksiidid, nitraadid, kloraadid. Kasutame neid, mida saab ilma suuremate raskusteta.
Kodus hapniku saamiseks on mitu võimalust; vaatame neid järjekorras.
Lihtsaim ja ligipääsetavaim viis hapniku saamiseks on kasutada kaaliumpermanganaadi (või õigem nimetus on kaaliumpermanganaat). Kõik teavad, et kaaliumpermanganaat on suurepärane antiseptik ja seda kasutatakse desinfektsioonivahendina. Kui teil seda pole, saate seda apteegist osta.
Teeme ära. Valage katseklaasi veidi kaaliumpermanganaati, sulgege see auguga katseklaasiga ja paigaldage auku gaasi väljalasketoru (hapnik voolab läbi selle). Asetage katseklaasi teine ots teise katseklaasi (see tuleks panna tagurpidi, kuna eralduv hapnik on õhust kergem ja tõuseb ülespoole. Teise katseklaasi sulgeme sama korgiga.
Selle tulemusena peaks meil olema kaks katseklaasi, mis on omavahel ühendatud gaasi väljalasketoru kaudu pistikute kaudu. Ühes (ümberpööramata) katseklaasis on kaaliumpermanganaat. Kuumutame katseklaasi kaaliumpermanganaadiga. Kaaliumpermanganaadi kristallide tumelilla kirsivärv kaob ja muutub tumerohelisteks kaaliummanganaadi kristallideks.
Reaktsioon kulgeb järgmiselt:
2KMnO 4 → MnO 2 + K 2 MnO 4 + O 2
Nii et 10 grammist kaaliumpermanganaadist saate peaaegu 1 liitri hapnikku. Mõne minuti pärast võite kaaliumpermanganaadiga kolvi leegist eemaldada. Saime hapnikku ümberpööratud katseklaasis. Me saame seda kontrollida. Selleks ühendage teine toru (hapnikuga) ettevaatlikult gaasi väljalasketoru küljest lahti, kattes ava sõrmega. Kui nüüd tuua nõrgalt põlev tikk hapnikuga kolbi, süttib see eredalt!
Hapniku saamine võimalik on kasutada ka naatrium- või kaaliumnitraati (vastavad lämmastikhappe naatriumi- ja kaaliumisoolad).
(Kaalium- ja naatriumnitraate – tuntud ka kui nitraate – müüakse väetisepoodides).
Niisiis, soolast hapniku saamiseks võtke tulekindlast klaasist katseklaas alusele, asetage sinna soolapulber (piisab 5 grammist). Katseklaasi alla peate asetama keraamilise tassi liivaga, kuna klaas võivad temperatuurist ja voolust sulada. Järelikult tuleb põletit hoida veidi külje poole ja nitraadiga katseklaasi tuleb hoida nurga all.
Nitraati tugeval kuumutamisel hakkab see sulama, vabastades hapnikku. Reaktsioon käib järgmiselt:
2KNO 3 → 2KNO 2 +O 2
Saadud aine on kaaliumnitrit (või naatriumnitrit, olenevalt sellest, millist soolapeetrit kasutatakse) – lämmastikhappe sool.
Teine tee hapniku saamine- kasutage vesinikperoksiidi. Peroksiid ja hüdroperiit on kõik sama aine. Vesinikperoksiidi müüakse tablettidena ja lahuste kujul (3%, 5%, 10%), mida saab osta apteegist.
Erinevalt eelmistest ainetest, soolast või kaaliumpermanganaadist, on vesinikperoksiid ebastabiilne aine. Juba valguse juuresolekul hakkab see lagunema hapnikuks ja veeks. Seetõttu müüakse apteekides peroksiidi pimedas klaaspudelites.
Lisaks aitavad katalüsaatorid nagu mangaanoksiid, aktiivsüsi, teraspulber (peened laastud) ja isegi sülg kaasa vesinikperoksiidi kiirele lagunemisele veeks ja hapnikuks. Seega pole vaja vesinikperoksiidi kuumutada, piisab katalüsaatorist!
Tere. Olete juba lugenud minu artikleid Tutoronline.ru ajaveebis. Täna räägin teile hapnikust ja selle hankimisest. Tuletan meelde, et kui teil on mulle küsimusi, võite need kirjutada artikli kommentaaridesse. Kui vajate keemias abi, registreeruge tunniplaani alusel. Aitan teid hea meelega.
Hapnik jaotub looduses isotoopide 16 O, 17 O, 18 O kujul, mille protsendid Maal on vastavalt 99,76%, 0,048%, 0,192%.
Vabas olekus eksisteerib hapnik kolme kujul allotroopsed modifikatsioonid : aatomi hapnik - O o, dihapnik - O 2 ja osoon - O 3. Lisaks saab aatomi hapnikku saada järgmiselt:
KClO 3 = KCl + 3O 0
KNO 3 = KNO 2 + O 0
Hapnik on osa enam kui 1400 erinevast mineraal- ja orgaanilisest ainest, atmosfääris on selle sisaldus 21% mahust. Ja inimkeha sisaldab kuni 65% hapnikku. Hapnik on värvitu ja lõhnatu gaas, mis lahustub vees vähe (100 mahuosas 20 o C vees lahustub 3 mahuosa hapnikku).
Laboris saadakse hapnikku teatud ainete mõõdukal kuumutamisel:
1) Mangaaniühendite (+7) ja (+4) lagundamisel:
2KMnO 4 → K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2
permanganaat manganaat
kaalium kaalium
2MnO2 → 2MnO + O2
2) Perkloraadi lagunemisel:
2KClO 4 → KClO 2 + KCl + 3O 2
perkloraat
kaalium
3) Bertholleti soola (kaaliumkloraat) lagunemisel.
Sel juhul moodustub aatomi hapnik:
2KClO 3 → 2 KCl + 6O 0
kloraat
kaalium
4) Hüpokloorhappe soolade lagunemisel valguses- hüpokloritid:
2NaClO → 2NaCl + O 2
Ca(ClO) 2 → CaCl 2 + O 2
5) Nitraatide kuumutamisel.
Sel juhul moodustub aatomi hapnik. Sõltuvalt nitraatmetalli asukohast aktiivsusreas moodustuvad erinevad reaktsiooniproduktid:
2NaNO 3 → 2NaNO 2 + O 2
Ca(NO 3) 2 → CaO + 2NO 2 + O 2
2AgNO3 → 2Ag + 2NO2 + O2
6) Peroksiidide lagunemise ajal:
2H 2 O 2 ↔ 2H 2 O + O 2
7) Mitteaktiivsete metallide oksiidide kuumutamisel:
2Ag 2O ↔ 4Ag + O 2
See protsess on igapäevaelus asjakohane. Fakt on see, et vasest või hõbedast valmistatud nõud, millel on looduslik oksiidkile kiht, moodustavad kuumutamisel aktiivse hapniku, mis on antibakteriaalne. Inaktiivsete metallide, eriti nitraatide, soolade lahustumine põhjustab samuti hapniku moodustumist. Näiteks võib hõbenitraadi lahustamise üldist protsessi kujutada etappidena:
AgNO 3 + H 2 O → AgOH + HNO 3
2AgOH → Ag 2 O + O 2
2Ag 2 O → 4Ag + O 2
või kokkuvõtlikult:
4AgNO3 + 2H2O → 4Ag + 4HNO3 + 7O2
8) Kõrgeima oksüdatsiooniastmega kroomisoolade kuumutamisel:
4K 2 Cr 2 O 7 → 4K 2 CrO 4 + 2Cr 2 O 3 + 3 O 2
dikromaatkromaat
kaalium kaalium
Tööstuses saadakse hapnikku:
1) Vee elektrolüütiline lagunemine:
2H2O → 2H2+O2
2) Süsinikdioksiidi ja peroksiidide koostoime:
CO 2 + K 2 O 2 → K 2 CO 3 + O 2
See meetod on asendamatu tehniline lahendus isoleeritud süsteemide hingamisprobleemile: allveelaevad, miinid, kosmoselaevad.
3) Kui osoon interakteerub redutseerivate ainetega:
O3 + 2KJ + H2O → J2 + 2KOH + O2
Eriti oluline on hapniku tootmine fotosünteesi protsessis. esinevad taimedes. Sellest protsessist sõltub põhimõtteliselt kogu elu Maal. Fotosüntees on keeruline mitmeetapiline protsess. Valgus annab sellele alguse. Fotosüntees ise koosneb kahest faasist: hele ja tume. Valgusfaasis moodustab taimelehtedes sisalduv klorofüllipigment nn "valgust neelava" kompleksi, mis võtab veest elektrone ja lõhustab selle seeläbi vesinikioonideks ja hapnikuks:
2H20 = 4e + 4H + O2
Kogunenud prootonid aitavad kaasa ATP sünteesile:
ADP + P = ATP
Pimedas faasis muundatakse süsihappegaas ja vesi glükoosiks. Ja hapnik vabaneb kõrvalsaadusena:
6CO2 + 6H2O = C6H12O6 + O2
veebisaidil, materjali täielikul või osalisel kopeerimisel on vajalik link allikale.
Plaan:
Avastamise ajalugu
Nime päritolu
Looduses olemine
Kviitung
Füüsikalised omadused
Keemilised omadused
Rakendus
10. Isotoobid
Hapnik
Hapnik- 16. rühma element (vananenud klassifikatsiooni järgi - VI rühma põhialarühm), D. I. Mendelejevi keemiliste elementide perioodilise süsteemi teine periood, aatomnumbriga 8. Tähistatakse sümboliga O (lat. Oxygenium) . Hapnik on keemiliselt aktiivne mittemetall ja kõige kergem element kalkogeenide rühmast. Lihtne aine hapnikku(CAS number: 7782-44-7) on tavatingimustes värvitu, maitsetu ja lõhnatu gaas, mille molekul koosneb kahest hapnikuaatomist (valem O 2) ja seetõttu nimetatakse teda ka dihapnikuks Vedelal hapnikul on valgus sinine värv ja tahked kristallid on helesinist värvi.
On ka teisi hapniku allotroopseid vorme, näiteks osoon (CAS number: 10028-15-6) - tavatingimustes spetsiifilise lõhnaga sinine gaas, mille molekul koosneb kolmest hapnikuaatomist (valem O 3).
Avastamise ajalugu
Ametlikult arvatakse, et hapniku avastas inglise keemik Joseph Priestley 1. augustil 1774 elavhõbeoksiidi lagundamisel hermeetiliselt suletud anumas (Priestley suunas päikesevalguse sellele ühendile võimsa läätse abil).
Priestley aga ei saanud alguses aru, et ta oli avastanud uue lihtsa aine; ta uskus, et oli eraldanud ühe õhu koostisosadest (ja nimetas seda gaasi "deflogisteeritud õhuks"). Priestley teatas oma avastusest väljapaistvale prantsuse keemikule Antoine Lavoisier'le. 1775. aastal tegi A. Lavoisier kindlaks, et hapnik on õhu, hapete koostisosa ja seda leidub paljudes ainetes.
Mõni aasta varem (1771. aastal) hankis hapnikku Rootsi keemik Karl Scheele. Ta kaltsineeris soola väävelhappega ja seejärel lagundas saadud lämmastikoksiidi. Scheele nimetas seda gaasi "tuleõhuks" ja kirjeldas oma avastust 1777. aastal ilmunud raamatus (just seetõttu, et raamat ilmus hiljem, kui Priestley oma avastamisest teatas, peetakse viimast hapniku avastajaks). Scheele teatas oma kogemusest ka Lavoisier'le.
Oluliseks sammuks, mis aitas kaasa hapniku avastamisele, oli prantsuse keemiku Pierre Bayeni töö, kes avaldas töid elavhõbeda oksüdatsiooni ja sellele järgneva oksiidi lagunemise kohta.
Lõpuks mõistis A. Lavoisier Priestley ja Scheele'i teavet kasutades lõpuks välja tekkiva gaasi olemuse. Tema töö oli tohutu tähtsusega, sest tänu sellele kukutati tol ajal domineeriv ja keemia arengut pärssinud flogistoniteooria. Lavoisier viis läbi erinevate ainete põlemise katseid ja lükkas ümber flogistoni teooria, avaldades tulemused põletatud elementide massi kohta. Tuha kaal ületas elemendi algse massi, mis andis Lavoisier'le õiguse väita, et põlemisel toimub aine keemiline reaktsioon (oksüdatsioon) ja seetõttu suureneb algaine mass, mis kummutab flogistoni teooria. .
Seega jagavad au hapniku avastamise eest tegelikult Priestley, Scheele ja Lavoisier vahel.
Nime päritolu
Sõna hapnik (19. sajandi alguses kutsuti ka “happelahuseks”) võlgneb oma ilmumise vene keelde teatud määral M. V. Lomonosovile, kes võttis koos teiste neologismidega kasutusele sõna “hape”; Seega oli sõna "hapnik" omakorda A. Lavoisier' (vanakreeka keelest ὀξύς - "hapu" ja γεννάω - "sünnitamine") välja pakutud termini "hapnik" (prantsuse oxygène) jälg, mis on tõlgitud kui "happe tekitamine", mis on seotud selle algse tähendusega - "hape", mis varem tähendas kaasaegse rahvusvahelise nomenklatuuri järgi aineid, mida nimetatakse oksiidideks.
Looduses olemine
Hapnik on kõige levinum element Maal, selle osakaal (erinevates ühendites, peamiselt silikaatides) moodustab umbes 47,4% tahke maakoore massist. Meri ja magevesi sisaldavad tohutul hulgal seotud hapnikku - 88,8% (massi järgi), atmosfääris on vaba hapniku sisaldus 20,95% mahust ja 23,12% massist. Rohkem kui 1500 maakoore ühendit sisaldavad hapnikku.
Hapnik on osa paljudest orgaanilistest ainetest ja seda leidub kõigis elusrakkudes. Elusrakkudes olevate aatomite arvu osas on see umbes 25% ja massiosa järgi - umbes 65%.
Kviitung
Praegu saadakse tööstuses hapnikku õhust. Peamine tööstuslik meetod hapniku tootmiseks on krüogeenne rektifikatsioon. Membraantehnoloogial töötavad hapnikutehased on hästi tuntud ja edukalt kasutusel ka tööstuses.
Laborites kasutatakse tööstuslikult toodetud hapnikku, mida tarnitakse terassilindrites rõhu all umbes 15 MPa.
Väikeses koguses hapnikku saab kaaliumpermanganaadi KMnO 4 kuumutamisel:
Kasutatakse ka vesinikperoksiidi H2O2 katalüütilise lagunemise reaktsiooni mangaan(IV)oksiidi juuresolekul:
Hapnikku saab kaaliumkloraadi (Berthollet sool) KClO 3 katalüütilisel lagunemisel:
Laboratoorsed meetodid hapniku tootmiseks hõlmavad leeliste vesilahuste elektrolüüsi meetodit, samuti elavhõbe(II)oksiidi lagunemist (temperatuuril 100 °C):
Allveelaevades saadakse see tavaliselt naatriumperoksiidi ja inimeste poolt väljahingatavas süsinikdioksiidi reaktsioonil:
Füüsikalised omadused
Maailmameres on lahustunud O2 sisaldus suurem külmas ja vähem soojas vees.
Normaaltingimustes on hapnik värvi, maitse ja lõhnata gaas.
Selle 1 liitri mass on 1,429 g, õhust veidi raskem. Lahustub vähesel määral vees (4,9 ml/100 g 0 °C juures, 2,09 ml/100 g temperatuuril 50 °C) ja alkoholis (2,78 ml/100 g temperatuuril 25 °C). See lahustub hästi sulahõbedas (22 mahuosa O 2 1 mahus Ag 961 ° C juures). Aatomitevaheline kaugus - 0,12074 nm. On paramagnetiline.
Gaasilise hapniku kuumutamisel toimub selle pöörduv dissotsiatsioon aatomiteks: temperatuuril 2000 °C - 0,03%, temperatuuril 2600 °C - 1%, 4000 °C - 59%, 6000 °C - 99,5%.
Vedel hapnik (keemistemperatuur –182,98 °C) on helesinine vedelik.
O2 faasiskeem
Tahke hapnik (sulamistemperatuur –218,35°C) - sinised kristallid. Teada on 6 kristallilist faasi, millest kolm eksisteerivad rõhul 1 atm:
α-O 2 - eksisteerib temperatuuril alla 23,65 K; helesinised kristallid kuuluvad monokliinilisse süsteemi, raku parameetrid a=5,403 Å, b=3,429 Å, c=5,086 Å; β = 132,53°.
β-O 2 - eksisteerib temperatuurivahemikus 23,65 kuni 43,65 K; kahvatusinised kristallid (suurenedes rõhul muutub värvus roosaks) on romboeedrilise võrega, raku parameetrid a=4,21 Å, α=46,25°.
γ-O 2 - eksisteerib temperatuuridel 43,65 kuni 54,21 K; kahvatusinistel kristallidel on kuubisümmeetria, võre parameeter a = 6,83 Å.
Kõrgel rõhul moodustub veel kolm faasi:
δ-O 2 temperatuurivahemik 20-240 K ja rõhk 6-8 GPa, oranžid kristallid;
ε-O 4 rõhk 10 kuni 96 GPa, kristallide värvus tumepunasest mustani, monokliiniline süsteem;
ζ-O n rõhk üle 96 GPa, iseloomuliku metallilise läikega metalliline olek, muutub madalatel temperatuuridel ülijuhtivaks olekuks.
Keemilised omadused
Tugev oksüdeerija, interakteerub peaaegu kõigi elementidega, moodustades oksiide. Oksüdatsiooniaste −2. Reeglina kulgeb oksüdatsioonireaktsioon soojuse vabanemisega ja kiireneb temperatuuri tõustes (vt Põlemine). Näited toatemperatuuril toimuvatest reaktsioonidest:
Oksüdeerib ühendeid, mis sisaldavad maksimaalsest oksüdatsiooniastmest väiksemaid elemente:
Oksüdeerib enamikku orgaanilisi ühendeid:
Teatud tingimustel on võimalik läbi viia orgaanilise ühendi kerge oksüdeerimine:
Hapnik reageerib vahetult (normaalsetes tingimustes, kuumutamisel ja/või katalüsaatorite juuresolekul) kõigi lihtainetega, välja arvatud Au ja inertgaasid (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn); reaktsioonid halogeenidega toimuvad elektrilahenduse või ultraviolettkiirguse mõjul. Kaudselt saadi kulla ja raskete inertgaaside (Xe, Rn) oksiide. Kõigis kaheelemendilistes hapnikuühendites teiste elementidega mängib hapnik oksüdeeriva aine rolli, välja arvatud fluori sisaldavad ühendid
Hapnik moodustab peroksiide, mille hapnikuaatomi oksüdatsiooniaste on formaalselt –1.
Näiteks peroksiidid tekivad leelismetallide põletamisel hapnikus:
Mõned oksiidid neelavad hapnikku:
A. N. Bachi ja K. O. Engleri väljatöötatud põlemisteooria kohaselt toimub oksüdatsioon kahes etapis koos vahepealse peroksiidühendi moodustumisega. Seda vaheühendit saab eraldada näiteks põleva vesiniku leegi jääga jahutamisel, tekib koos veega vesinikperoksiid:
Superoksiidides on hapniku oksüdatsiooniaste formaalselt −½, st üks elektron kahe hapnikuaatomi kohta (O-2 ioon). Saadakse peroksiidide reageerimisel hapnikuga kõrgendatud rõhul ja temperatuuril:
Kaalium K, rubiidium Rb ja tseesium Cs reageerivad hapnikuga, moodustades superoksiidid:
Dioksügenüülioonis O 2 + on hapniku oksüdatsiooniaste formaalselt +½. Saadud reaktsiooni teel:
Hapnikfluoriidid
Hapniku difluoriid, hapniku oksüdatsiooniaste OF 2 +2, valmistatakse fluori juhtimisel läbi leeliselahuse:
Hapniku monofluoriid (dioksidifluoriid), O 2 F 2, on ebastabiilne, hapniku oksüdatsiooniaste on +1. Saadakse fluori ja hapniku segust hõõglahenduses temperatuuril –196 °C:
Lases hõõglahendust läbi fluori ja hapniku segu teatud rõhul ja temperatuuril, saadakse kõrgemate hapnikufluoriidide O 3 F 2, O 4 F 2, O 5 F 2 ja O 6 F 2 segud.
Kvantmehaanilised arvutused ennustavad trifluorohüdroksooniumiooni OF 3 + stabiilset olemasolu. Kui see ioon on tõesti olemas, võrdub hapniku oksüdatsiooniaste selles +4.
Hapnik toetab hingamis-, põlemis- ja lagunemisprotsesse.
Vabal kujul eksisteerib element kahe allotroopse modifikatsioonina: O 2 ja O 3 (osoon). Nagu Pierre Curie ja Marie Skłodowska-Curie 1899. aastal tuvastasid, muutub O 2 ioniseeriva kiirguse mõjul O 3 -ks.
Rakendus
Hapniku laialdane tööstuslik kasutamine algas 20. sajandi keskel pärast turboekspanderite - vedela õhu veeldamise ja eraldamise seadmete - leiutamist.
INmetallurgia
Terase tootmise või mati töötlemise konvertermeetod hõlmab hapniku kasutamist. Paljudes metallurgiasõlmedes kasutatakse kütuse tõhusamaks põletamiseks põletites õhu asemel hapniku-õhu segu.
Metallide keevitamine ja lõikamine
Sinistes silindrites olevat hapnikku kasutatakse laialdaselt metallide leeklõikamiseks ja keevitamiseks.
Raketikütus
Raketikütuse oksüdeerijatena kasutatakse vedelat hapnikku, vesinikperoksiidi, lämmastikhapet ja teisi hapnikurikkaid ühendeid. Vedela hapniku ja vedela osooni segu on raketikütuse üks võimsamaid oksüdeerijaid (vesinik-osooni segu eriimpulss ületab vesinik-fluori ja vesinik-hapnikfluoriidi paaride eriimpulsi).
INravim
Meditsiinilist hapnikku hoitakse erineva võimsusega 1,2–10,0 liitrites sinist värvi kõrgsurve metallist gaasiballoonides (suru- või vedelgaaside jaoks) rõhu all kuni 15 MPa (150 atm) ja seda kasutatakse hingamisteede gaaside segude rikastamiseks anesteesiaseadmetes. , hingamishäirete korral, bronhiaalastma hoo leevendamiseks, mis tahes päritolu hüpoksia kõrvaldamiseks, dekompressioonhaiguse korral, seedetrakti patoloogiate raviks hapnikukokteilide kujul. Individuaalseks kasutamiseks täidetakse spetsiaalsed kummeeritud anumad - hapnikupadjad - balloonidest meditsiinilise hapnikuga. Erinevate mudelite ja modifikatsioonidega hapnikuinhalaatoreid kasutatakse ühe või kahe ohvri üheaegseks varustamiseks põllul või haiglas hapniku või hapniku-õhu seguga. Hapnikuinhalaatori eeliseks on gaasisegu kondensaator-niisutaja olemasolu, mis kasutab ära väljahingatava õhu niiskust. Silindrisse jäänud hapniku koguse arvutamiseks liitrites korrutatakse balloonis olev rõhk atmosfäärides (reduktori manomeetri järgi) tavaliselt silindri töömahuga liitrites. Näiteks 2-liitrises balloonis näitab manomeeter hapniku rõhku 100 atm. Hapniku maht on sel juhul 100 × 2 = 200 liitrit.
INToidutööstus
Toiduainetööstuses on hapnik registreeritud toidu lisaainena E948, raketikütuse ja pakendamisgaasina.
INkeemiatööstus
Keemiatööstuses kasutatakse hapnikku oksüdeeriva ainena paljudes sünteesides, näiteks süsivesinike oksüdeerimisel hapnikku sisaldavateks ühenditeks (alkoholid, aldehüüdid, happed), ammoniaagi oksüdeerimine lämmastikoksiidideks lämmastikhappe tootmisel. Oksüdatsiooni käigus tekkivate kõrgete temperatuuride tõttu viiakse viimased sageli läbi põlemisrežiimis.
INpõllumajandus
Kasvuhoonekasvatuses hapnikukokteilide valmistamiseks, loomade kaalutõusuks, veekeskkonna hapnikuga rikastamiseks kalakasvatuses.
Hapniku bioloogiline roll
Hädaabi hapnikuvarustus pommivarjendis
Enamik elusolendeid (aeroobe) hingab õhust hapnikku. Hapnikku kasutatakse laialdaselt meditsiinis. Südame-veresoonkonna haiguste korral süstitakse ainevahetusprotsesside parandamiseks makku hapnikuvahtu (“hapnikukokteil”). Hapniku subkutaanset manustamist kasutatakse troofiliste haavandite, elevandiaasi, gangreeni ja muude tõsiste haiguste korral. Kunstlikku osooniga rikastamist kasutatakse õhu desinfitseerimiseks ja desodoreerimiseks ning joogivee puhastamiseks. Radioaktiivset hapniku isotoopi 15 O kasutatakse verevoolu kiiruse ja kopsuventilatsiooni uurimiseks.
Mürgised hapniku derivaadid
Mõned hapniku derivaadid (nn reaktiivsed hapniku liigid), nagu singletthapnik, vesinikperoksiid, superoksiid, osoon ja hüdroksüülradikaal, on väga mürgised. Need tekivad hapniku aktiveerimise või osalise redutseerimise protsessis. Superoksiid (superoksiidradikaal), vesinikperoksiid ja hüdroksüülradikaal võivad moodustuda inimeste ja loomade rakkudes ja kudedes ning põhjustada oksüdatiivset stressi.
Isotoobid
Hapnikul on kolm stabiilset isotoopi: 16 O, 17 O ja 18 O, mille keskmine sisaldus on vastavalt 99,759%, 0,037% ja 0,204% hapnikuaatomite koguarvust Maal. Neist kõige kergema, 16 O terav ülekaal isotoopide segus tuleneb sellest, et 16 O aatomi tuum koosneb 8 prootonist ja 8 neutronist (täidetud neutronite ja prootoni kestadega topeltmaagiline tuum). Ja sellised tuumad, nagu tuleneb aatomituuma ehituse teooriast, on eriti stabiilsed.
Tuntud on ka hapniku radioaktiivsed isotoobid massiarvuga 12 O kuni 24 O. Kõik hapniku radioaktiivsed isotoobid on lühikese poolestusajaga, pikima elueaga neist on 15 O poolväärtusajaga ~120 s. Lühima elueaga isotoobi 12 O poolestusaeg on 5,8·10-22 s.