Cześć. Czytałeś już moje artykuły na blogu Tutoronline.ru. Dzisiaj opowiem Wam o tlenie i sposobach jego pozyskiwania. Przypominam, że jeśli macie do mnie pytania, możecie je zadawać w komentarzach do artykułu. Jeśli potrzebujesz pomocy z chemii, zapisz się na moje zajęcia według grafiku. Z przyjemnością Ci pomogę.
Tlen występuje w przyrodzie w postaci izotopów 16 O, 17 O, 18 O, które na Ziemi mają następujące wartości procentowe - odpowiednio 99,76%, 0,048%, 0,192%.
W stanie wolnym tlen występuje w postaci trzech modyfikacje alotropowe : tlen atomowy - O o, tlen ditlenkowy - O 2 i ozon - O 3. Ponadto tlen atomowy można otrzymać w następujący sposób:
KClO 3 = KCl + 3O 0
KNO 3 = KNO 2 + O 0
Tlen wchodzi w skład ponad 1400 różnych minerałów i substancji organicznych w atmosferze, a jego zawartość wynosi 21% objętości. A ciało ludzkie zawiera do 65% tlenu. Tlen jest bezbarwnym i bezwonnym gazem, słabo rozpuszczalnym w wodzie (3 objętości tlenu rozpuszczają się w 100 objętościach wody o temperaturze 20 o C).
W laboratorium tlen uzyskuje się poprzez umiarkowane ogrzewanie niektórych substancji:
1) Podczas rozkładu związków manganu (+7) i (+4):
2KMnO 4 → K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2
nadmanganian manganianu
potas potas
2MnO2 → 2MnO + O2
2) Podczas rozkładu nadchloranów:
2KClO 4 → KClO 2 + KCl + 3O 2
nadchloran
potas
3) Podczas rozkładu soli bertholletowej (chloranu potasu).
W tym przypadku powstaje tlen atomowy:
2KClO 3 → 2 KCl + 6O 0
chloran
potas
4) Podczas rozkładu soli kwasu podchlorawego pod wpływem światła- podchloryn:
2NaClO → 2NaCl + O2
Ca(ClO) 2 → CaCl 2 + O 2
5) Podczas ogrzewania azotanów.
W tym przypadku powstaje tlen atomowy. W zależności od pozycji azotanu metalu w szeregu aktywności powstają różne produkty reakcji:
2NaNO 3 → 2NaNO 2 + O 2
Ca(NO 3) 2 → CaO + 2NO 2 + O 2
2AgNO3 → 2Ag + 2NO2 + O2
6) Podczas rozkładu nadtlenków:
2H 2 O 2 ↔ 2H 2 O + O 2
7) Podczas ogrzewania tlenków metali nieaktywnych:
2Аg 2 O ↔ 4Аg + O 2
Proces ten jest istotny w życiu codziennym. Faktem jest, że naczynia wykonane z miedzi lub srebra, posiadające naturalną warstwę filmu tlenkowego, po podgrzaniu tworzą aktywny tlen, co działa antybakteryjnie. Rozpuszczanie soli metali nieaktywnych, zwłaszcza azotanów, prowadzi również do powstania tlenu. Na przykład cały proces rozpuszczania azotanu srebra można przedstawić etapami:
AgNO 3 + H 2 O → AgOH + HNO 3
2AgOH → Ag 2 O + O 2
2Ag 2 O → 4Ag + O 2
lub w formie podsumowania:
4AgNO 3 + 2H 2O → 4Ag + 4HNO 3 + 7O 2
8) Podczas ogrzewania soli chromu o najwyższym stopniu utlenienia:
4K 2 Cr 2 O 7 → 4K 2 CrO 4 + 2Cr 2 O 3 + 3 O 2
chromian dwuchromianowy
potas potas
W przemyśle tlen otrzymuje się:
1) Elektrolityczny rozkład wody:
2H 2O → 2H 2 + O 2
2) Oddziaływanie dwutlenku węgla z nadtlenkami:
CO 2 + K 2 O 2 →K 2 CO 3 + O 2
Metoda ta jest niezbędnym technicznym rozwiązaniem problemu oddychania w systemach izolowanych: łodziach podwodnych, kopalniach, statkach kosmicznych.
3) Kiedy ozon wchodzi w interakcję z czynnikami redukującymi:
O 3 + 2KJ + H 2 O → J 2 + 2KOH + O 2
Szczególne znaczenie ma produkcja tlenu w procesie fotosyntezy. występujące u roślin. Całe życie na Ziemi zasadniczo zależy od tego procesu. Fotosynteza jest złożonym, wieloetapowym procesem. Światło daje mu swój początek. Sama fotosynteza składa się z dwóch faz: jasnej i ciemnej. W fazie jasnej pigment chlorofilowy zawarty w liściach roślin tworzy tzw. kompleks „pochłaniający światło”, który pobiera z wody elektrony i w ten sposób rozkłada je na jony wodoru i tlen:
2H 2 O = 4e + 4H + O 2
Nagromadzone protony przyczyniają się do syntezy ATP:
ADP + P = ATP
W fazie ciemnej dwutlenek węgla i woda przekształcają się w glukozę. A tlen jest uwalniany jako produkt uboczny:
6CO 2 + 6H 2 O = C 6 H 12 O 6 + O 2
stronie internetowej, przy kopiowaniu materiału w całości lub w części wymagany jest link do źródła.
Pytanie nr 2 Jak pozyskuje się tlen w laboratorium i przemyśle? Zapisz równania odpowiednich reakcji. Czym te metody różnią się od siebie?
Odpowiedź:
W laboratorium tlen można uzyskać następującymi sposobami:
1) Rozkład nadtlenku wodoru w obecności katalizatora (tlenku manganu
2) Rozkład soli bertolletowej (chloranu potasu):
3) Rozkład nadmanganianu potasu:
W przemyśle tlen otrzymuje się z powietrza, które zawiera około 20% objętościowych. Powietrze jest skraplane pod ciśnieniem i przy ekstremalnym chłodzeniu. Tlen i azot (drugi główny składnik powietrza) mają różne temperatury wrzenia. Dlatego można je rozdzielić przez destylację: azot ma niższą temperaturę wrzenia niż tlen, więc azot odparowuje przed tlenem.
Różnice pomiędzy przemysłowymi i laboratoryjnymi metodami produkcji tlenu:
1) Wszystkie laboratoryjne metody wytwarzania tlenu są chemiczne, to znaczy następuje przemiana niektórych substancji w inne. Proces pozyskiwania tlenu z powietrza jest procesem fizycznym, ponieważ nie zachodzi przemiana jednych substancji w inne.
2) Tlen można pozyskać z powietrza w znacznie większych ilościach.
Cztery pierwiastki „chalkogenowe” (tj. „Rodzące miedź”) prowadzą główną podgrupę grupy VI (zgodnie z nową klasyfikacją - 16. grupa) układu okresowego. Oprócz siarki, telluru i selenu obejmują one również tlen. Przyjrzyjmy się bliżej właściwościom tego pierwiastka, najpowszechniejszego na Ziemi, a także wykorzystaniu i produkcji tlenu.
Przewaga pierwiastka
W postaci związanej tlen wchodzi w skład chemiczny wody - jego procent wynosi około 89%, a także w skład komórek wszystkich istot żywych - roślin i zwierząt.
W powietrzu tlen występuje w stanie wolnym w postaci O2, zajmując jedną piątą jego składu, a w postaci ozonu – O3.
Właściwości fizyczne
Tlen O2 jest gazem bezbarwnym, pozbawionym smaku i zapachu. Słabo rozpuszczalny w wodzie. Temperatura wrzenia wynosi 183 stopnie poniżej zera Celsjusza. W postaci ciekłej tlen jest niebieski, a w postaci stałej tworzy niebieskie kryształy. Temperatura topnienia kryształów tlenu wynosi 218,7 stopni poniżej zera Celsjusza.
Właściwości chemiczne
Po podgrzaniu pierwiastek ten reaguje z wieloma prostymi substancjami, zarówno metalami, jak i niemetalami, tworząc tzw. tlenki – związki pierwiastków z tlenem. w którym pierwiastki dostają się wraz z tlenem, nazywa się utlenianiem.
Na przykład,
4Na + O2= 2Na2O
2. Poprzez rozkład nadtlenku wodoru podczas ogrzewania w obecności tlenku manganu, który działa jak katalizator.
3. Poprzez rozkład nadmanganianu potasu.
Tlen wytwarzany jest w przemyśle następującymi sposobami:
1. Do celów technicznych tlen pozyskuje się z powietrza, w którym jego zwykła zawartość wynosi około 20%, tj. piąta część. W tym celu najpierw spala się powietrze, w wyniku czego powstaje mieszanina zawierająca około 54% ciekłego tlenu, 44% ciekłego azotu i 2% ciekłego argonu. Gazy te są następnie rozdzielane w procesie destylacji, wykorzystując stosunkowo niewielki zakres temperatur wrzenia ciekłego tlenu i ciekłego azotu – odpowiednio minus 183 i minus 198,5 stopnia. Okazuje się, że azot odparowuje wcześniej niż tlen.
Nowoczesne urządzenia zapewniają produkcję tlenu o dowolnym stopniu czystości. Azot, otrzymywany poprzez oddzielenie ciekłego powietrza, wykorzystywany jest jako surowiec w syntezie jego pochodnych.
2. Wytwarza również bardzo czysty tlen. Metoda ta stała się powszechna w krajach o bogatych zasobach i taniej energii elektrycznej.
Zastosowanie tlenu
Tlen jest najważniejszym pierwiastkiem w życiu całej naszej planety. Gaz ten zawarty w atmosferze jest zużywany w procesie przez zwierzęta i ludzi.
Pozyskiwanie tlenu jest bardzo ważne w takich dziedzinach działalności człowieka, jak medycyna, spawanie i cięcie metali, obróbka strzałowa, lotnictwo (do oddychania człowieka i pracy silników) oraz metalurgia.
W procesie działalności gospodarczej człowieka tlen zużywa się w dużych ilościach – np. podczas spalania różnego rodzaju paliw: gazu ziemnego, metanu, węgla, drewna. We wszystkich tych procesach powstaje jednocześnie natura zapewniła proces naturalnego wiązania tego związku za pomocą fotosyntezy, który zachodzi w roślinach zielonych pod wpływem światła słonecznego. W wyniku tego procesu powstaje glukoza, którą roślina następnie wykorzystuje do budowy swoich tkanek.
Cięcie metalu odbywa się za pomocą płomienia gazowego o wysokiej temperaturze, uzyskanego w wyniku spalania palnego gazu lub pary cieczy zmieszanej z technicznie czystym tlenem.
Tlen jest najobficiej występującym pierwiastkiem na Ziemi występujący w postaci związków chemicznych z różnymi substancjami: w ziemi – do 50% masowo, w połączeniu z wodorem w wodzie – około 86% masowo oraz w powietrzu – do 21% obj. i 23% mas. waga.
Tlen w normalnych warunkach (temperatura 20°C, ciśnienie 0,1 MPa) jest gazem bezbarwnym, niepalnym, nieco cięższym od powietrza, bezwonnym, ale aktywnie wspomagającym spalanie. Przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym i temperaturze 0°C masa 1 m3 tlenu wynosi 1,43 kg, a przy temperaturze 20°C i normalnym ciśnieniu atmosferycznym – 1,33 kg.
Tlen ma wysoką aktywność chemiczną, tworząc związki ze wszystkimi pierwiastkami chemicznymi z wyjątkiem (argonu, helu, ksenonu, kryptonu i neonu). Reakcje związku z tlenem zachodzą z wydzieleniem dużej ilości ciepła, czyli mają charakter egzotermiczny.
W przypadku kontaktu sprężonego gazowego tlenu z substancjami organicznymi, olejami, tłuszczami, pyłem węglowym, palnymi tworzywami sztucznymi, mogą one ulec samozapłonowi na skutek wydzielenia się ciepła podczas gwałtownego sprężania tlenu, tarcia i uderzenia cząstek stałych o metal, a także jako wyładowanie elektrostatyczne. Dlatego przy stosowaniu tlenu należy uważać, aby nie miał on kontaktu z substancjami łatwopalnymi lub palnymi.
Cały sprzęt tlenowy, przewody tlenowe i butle muszą zostać dokładnie odtłuszczone. zdolny do tworzenia w szerokim zakresie mieszanin wybuchowych z palnymi gazami lub ciekłymi palnymi oparami, co może również prowadzić do wybuchu w obecności otwartego płomienia lub nawet iskry.
Podczas stosowania go w procesach przetwarzania płomieniem gazowym należy zawsze mieć na uwadze odnotowane właściwości tlenu.
Powietrze atmosferyczne to głównie mechaniczna mieszanina trzech gazów o następującej zawartości objętościowej: azot – 78,08%, tlen – 20,95%, argon – 0,94%, reszta to dwutlenek węgla, podtlenek azotu itp. Tlen uzyskuje się poprzez oddzielenie powietrza na tlen oraz metodą głębokiego chłodzenia (upłynniania) wraz z wydzieleniem argonu, którego zastosowanie stale wzrasta. Azot stosowany jest jako gaz osłonowy podczas spawania miedzi.
Tlen można otrzymać chemicznie lub poprzez elektrolizę wody. Metody chemiczne nieefektywne i nieekonomiczne. Na elektroliza wody W przypadku prądu stałego tlen powstaje jako produkt uboczny podczas produkcji czystego wodoru.
Tlen wytwarzany jest w przemyśle z powietrza atmosferycznego poprzez głębokie chłodzenie i rektyfikację. W instalacjach do pozyskiwania tlenu i azotu z powietrza, jest ono oczyszczane ze szkodliwych zanieczyszczeń, sprężane w kompresorze do odpowiedniego ciśnienia cyklu chłodniczego 0,6-20 MPa i schładzane w wymiennikach ciepła do temperatury skraplania, różnica temperatur skraplania tlenu i azotu wynosi 13°C, co jest wystarczające do ich całkowitego rozdzielenia w fazie ciekłej.
Czysty ciekły tlen gromadzi się w aparacie do separacji powietrza, odparowuje i gromadzi się w zbiorniku gazu, skąd za pomocą kompresora jest pompowany do cylindrów pod ciśnieniem do 20 MPa.
Tlen techniczny transportowany jest także rurociągiem. Ciśnienie tlenu transportowanego rurociągiem musi zostać uzgodnione pomiędzy producentem a konsumentem. Tlen dostarczany jest na miejsce w butlach tlenowych, a w postaci płynnej w specjalnych naczyniach z dobrą izolacją termiczną.
Do zamiany ciekłego tlenu na gaz stosuje się generatory gazu lub pompy z wyparkami ciekłego tlenu. Przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym i temperaturze 20°C 1 dm 3 ciekłego tlenu po odparowaniu daje 860 dm 3 gazowego tlenu. Dlatego wskazane jest dostarczanie tlenu na miejsce spawania w stanie ciekłym, ponieważ zmniejsza to wagę pojemnika 10-krotnie, co oszczędza metal do produkcji butli oraz zmniejsza koszty transportu i przechowywania butli.
Do spawania i cięcia Według -78 tlen techniczny produkowany jest w trzech gatunkach:
- 1. - czystość co najmniej 99,7%
- 2. miejsce – nie mniej niż 99,5%
- 3. - nie mniej niż 99,2% objętości
Czystość tlenu ma ogromne znaczenie przy cięciu tlenowo-paliwowym. Im mniej zanieczyszczeń gazowych zawiera, tym wyższa prędkość cięcia, czystość i mniejsze zużycie tlenu.
Tlen pojawił się w atmosferze ziemskiej wraz z pojawieniem się roślin zielonych i bakterii fotosyntetyzujących. Dzięki tlenowi organizmy tlenowe dokonują oddychania lub utleniania. Ważne jest, aby tlen pozyskiwać w przemyśle - wykorzystuje się go w metalurgii, medycynie, lotnictwie, gospodarce narodowej i innych gałęziach przemysłu.
Nieruchomości
Tlen jest ósmym pierwiastkiem układu okresowego. Jest to gaz wspomagający spalanie i utleniający substancje.
Ryż. 1. Tlen w układzie okresowym.
Oficjalne odkrycie tlenu miało miejsce w 1774 r. Angielski chemik Joseph Priestley wyizolował pierwiastek z tlenku rtęci:
2HgO → 2Hg + O2.
Jednak Priestley nie wiedział, że tlen jest częścią powietrza. Właściwości i obecność tlenu w atmosferze określił później kolega Priestleya, francuski chemik Antoine Lavoisier.
Ogólna charakterystyka tlenu:
- bezbarwny gaz;
- nie ma zapachu ani smaku;
- cięższe niż powietrze;
- cząsteczka składa się z dwóch atomów tlenu (O 2);
- w stanie ciekłym ma bladoniebieski kolor;
- słabo rozpuszczalny w wodzie;
- jest silnym utleniaczem.
Ryż. 2. Ciekły tlen.
Obecność tlenu można łatwo sprawdzić wrzucając tlącą się drzazgę do naczynia zawierającego gaz. W obecności tlenu pochodnia zapala się.
Jak to zdobyć?
Znanych jest kilka metod wytwarzania tlenu z różnych związków w warunkach przemysłowych i laboratoryjnych. W przemyśle tlen pozyskuje się z powietrza poprzez jego upłynnienie pod ciśnieniem i w temperaturze -183°C. Ciekłe powietrze poddawane jest odparowaniu, tj. stopniowo się nagrzewać. W temperaturze -196°C azot zaczyna parować, a tlen pozostaje ciekły.
W laboratorium tlen powstaje z soli, nadtlenku wodoru oraz w wyniku elektrolizy. Rozkład soli następuje po podgrzaniu. Na przykład chloran potasu lub sól bertolitu podgrzewa się do 500°C, a nadmanganian potasu lub nadmanganian potasu podgrzewa się do 240°C:
- 2KClO3 → 2KCl + 3O2;
- 2KMnO 4 → K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2 .
Ryż. 3. Ogrzewanie soli Berthollet.
Tlen można również uzyskać poprzez ogrzewanie azotanu lub azotanu potasu:
2KNO 3 → 2KNO 2 + O 2 .
Podczas rozkładu nadtlenku wodoru, jako katalizator stosuje się tlenek manganu (IV) - MnO 2, węgiel lub proszek żelaza. Ogólne równanie wygląda następująco:
2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2.
Roztwór wodorotlenku sodu ulega elektrolizie. W rezultacie powstaje woda i tlen:
4NaOH → (elektroliza) 4Na + 2H 2 O + O 2 .
Tlen jest również izolowany z wody za pomocą elektrolizy, rozkładając go na wodór i tlen:
2H 2O → 2H 2 + O 2.
Na atomowych okrętach podwodnych tlen otrzymywano z nadtlenku sodu - 2Na 2 O 2 + 2CO 2 → 2Na 2 CO 3 + O 2. Metoda jest interesująca, ponieważ dwutlenek węgla jest absorbowany wraz z wydzielaniem tlenu.
Jak używać
Pobieranie i rozpoznawanie jest niezbędne do uwolnienia czystego tlenu, który wykorzystuje się w przemyśle do utleniania substancji, a także do utrzymania oddychania w przestrzeni kosmicznej, pod wodą i w zadymionych pomieszczeniach (tlen jest niezbędny strażakom). W medycynie butle z tlenem pomagają oddychać pacjentom z trudnościami w oddychaniu. Tlen stosuje się także w leczeniu chorób układu oddechowego.
Tlen służy do spalania paliw – węgla, ropy naftowej, gazu ziemnego. Tlen jest szeroko stosowany w metalurgii i inżynierii mechanicznej, na przykład do topienia, cięcia i spawania metalu.
Średnia ocena: 4.9. Łączna liczba otrzymanych ocen: 177.