Cztery pierwiastki - „chalkogen” (tj. „Rodzący miedź”) stoją na czele głównej podgrupy grupy VI (według nowej klasyfikacji - 16. grupy) układu okresowego. Oprócz siarki, telluru i selenu zawierają także tlen. Przyjrzyjmy się bliżej właściwościom tego najpopularniejszego pierwiastka na Ziemi, a także wykorzystaniu i produkcji tlenu.
Obfitość pierwiastków
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. Jest słabo rozpuszczalny w wodzie. Temperatura wrzenia wynosi 183 stopnie poniżej zera Celsjusza. W postaci ciekłej tlen ma niebieską barwę, a w postaci stałej tworzy niebieskie kryształy. Temperatura topnienia kryształów tlenu wynosi 218,7 stopni poniżej zera Celsjusza.
Właściwości chemiczne
Pierwiastek ten po podgrzaniu 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.
Produkcja tlenu w przemyśle odbywa się w następujący sposób:
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, uzyskując mieszaninę o zawartości ciekłego tlenu około 54%, ciekłego azotu - 44% i ciekłego argonu - 2%. Gazy te są następnie oddzielane w procesie destylacji przy stosunkowo małym odstępie między temperaturami wrzenia ciekłego tlenu i ciekłego azotu - odpowiednio minus 183 i minus 198,5 stopnia. Okazuje się, że azot paruje przed tlenem.
Nowoczesne urządzenia zapewniają produkcję tlenu o dowolnym stopniu czystości. Azot, otrzymywany poprzez oddzielenie ciekłego powietrza, wykorzystywany jest jako surowiec w syntezie jego pochodnych.
2. daje również tlen w bardzo czystym stopniu. 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 ludzi i pracy silników), 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 poprzez fotosyntezę, która zachodzi w roślinach zielonych pod wpływem światła słonecznego. W wyniku tego procesu powstaje glukoza, którą roślina następnie wykorzystuje do budowy swoich tkanek.
Tlen zajmuje 21% powietrza atmosferycznego. Większość z nich znajduje się w skorupie ziemskiej, słodkiej wodzie i żywych mikroorganizmach. Znajduje zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu oraz do celów domowych i medycznych. Zapotrzebowanie na substancję wynika z właściwości chemicznych i fizycznych.
Jak powstaje tlen w przemyśle. 3 metody
Produkcja tlenu w przemyśle odbywa się poprzez podział powietrza atmosferycznego. Stosowane są w tym celu następujące metody:
Ogromne znaczenie ma produkcja tlenu na skalę przemysłową. Należy zwrócić większą uwagę na dobór technologii i odpowiedniego wyposażenia. Popełnione błędy mogą negatywnie wpłynąć na proces technologiczny i spowodować wzrost kosztów po uboju.
Cechy techniczne urządzeń do produkcji tlenu w przemyśle
Generatory typu przemysłowego „OXIMAT” pomagają ustalić proces otrzymywania tlenu w stanie gazowym. Ich właściwości techniczne i cechy konstrukcyjne mają na celu uzyskanie tej substancji w przemyśle o wymaganej czystości i wymaganej ilości w ciągu dnia (bez przerw). Należy zauważyć, że sprzęt może pracować w dowolnym trybie z przystankami lub bez. Urządzenie działa pod ciśnieniem. Na wlocie musi znajdować się osuszone powietrze w stanie sprężonym, wolne od wilgoci. Podano modele małej, średniej i dużej produktywności.
Cięcie metalu odbywa się za pomocą płomienia gazowego o wysokiej temperaturze, uzyskanego w wyniku spalania palnego gazu lub pary cieczy zmieszanej z komercyjnie czystym tlenem.
Tlen jest najobficiej występującym pierwiastkiem na Ziemi występuje w postaci związków chemicznych z różnymi substancjami: w ziemi - do 50% mas., w połączeniu z wodorem w wodzie - około 86% mas. oraz w powietrzu - do 21% obj. i 23% mas.
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 w temperaturze 20 ° C i normalnym ciśnieniu atmosferycznym - 1,33 kg.
Tlen ma wysoką reaktywność, tworząc związki ze wszystkimi pierwiastkami chemicznymi z wyjątkiem (argonu, helu, ksenonu, kryptonu i neonu). Reakcje związku z tlenem przebiegają 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 w wyniku wydzielenia ciepła podczas gwałtownego sprężania tlenu, tarcia i uderzenia cząstek stałych o metal, a także iskry elektrostatycznej wypisać. Dlatego przy stosowaniu tlenu należy uważać, aby nie miał on kontaktu z substancjami łatwopalnymi i palnymi.
Cały sprzęt tlenowy, przewody tlenowe i butle muszą zostać dokładnie odtłuszczone. może w szerokim zakresie tworzyć mieszaniny wybuchowe z palnymi gazami lub ciekłymi palnymi oparami, co może również prowadzić do wybuchu w obecności otwartego płomienia lub nawet iskry.
Stosując go w procesach obróbki płomieniowej, 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 tlenie 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 nieproduktywne i nieekonomiczne. Na elektroliza wody Tlen prądu stałego otrzymywany jest jako produkt uboczny przy produkcji czystego wodoru.
Tlen wytwarzany jest w przemyśle z powietrza atmosferycznego poprzez głębokie chłodzenie i rektyfikację. W instalacjach do produkcji tlenu i azotu z powietrza jest ono oczyszczane ze szkodliwych zanieczyszczeń, sprężane w kompresorze do odpowiedniego ciśnienia obiegu chłodniczego 0,6-20 MPa i schładzane w wymiennikach ciepła do temperatury skraplania, różnica temperatury skraplania tlenu i azotu wynoszą 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.
Rurociągiem transportowany jest także tlen techniczny. 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 o dobrej izolacji termicznej.
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 podczas odparowania daje 860 dm 3 gazowego tlenu. Dlatego wskazane jest dostarczanie tlenu na miejsce spawania w stanie ciekłym, ponieważ zmniejsza to masę tary 10-krotnie, co pozwala zaoszczędzić 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 nie mniejsza niż 99,7%
- 2. - 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.
Witam.. Dziś opowiem Wam o tlenie i jak go zdobyć. Przypominam, jeśli macie do mnie pytania, możecie je zadawać w komentarzach do artykułu. Jeśli potrzebujesz pomocy z chemii, . Z przyjemnością Ci pomogę.
Tlen występuje w przyrodzie w postaci izotopów 16 O, 17 O, 18 O, które na Ziemi mają następujący procent - 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 \u003d KCl + 3O 0
KNO 3 = KNO 2 + O 0
Tlen wchodzi w skład ponad 1400 różnych minerałów i substancji organicznych, w atmosferze jego zawartość wynosi 21% objętościowych. 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°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) Kiedy nadchlorany ulegają rozkładowi:
2KClO 4 → KClO 2 + KCl + 3O 2
nadchloran
potas
3) Podczas rozkładu soli bertholletowej (chloranu potasu).
W tym przypadku powstaje tlen atomowy:
2KClO 3 → 2KCl + 6O 0
chloran
potas
4) Gdy sole kwasu podchlorawego rozkładają się pod wpływem światła- podchloryn:
2NaClO → 2NaCl + O2
Ca(ClO) 2 → CaCl 2 + O 2
5) Podczas ogrzewania azotanów.
W ten sposób powstaje tlen atomowy. W zależności od tego, jaką pozycję w szeregu aktywności zajmuje azotan metalu, powstają różne produkty reakcji:
2NaNO 3 → 2NaNO 2 + O 2
Ca(NO 3) 2 → CaO + 2NO 2 + O 2
2AgNO 3 → 2 Ag + 2NO 2 + O 2
6) Podczas rozkładu nadtlenków:
2H 2 O 2 ↔ 2H 2 O + O 2
7) Podczas ogrzewania tlenków metali nieaktywnych:
2Ag 2 O ↔ 4Ag + 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 zależy zasadniczo od tego procesu. Fotosynteza jest złożonym, wieloetapowym procesem. Początek daje mu światło. Sama fotosynteza składa się z dwóch faz: jasnej i ciemnej. W fazie lekkiej 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 \u003d 4e + 4H + O 2
Zgromadzone protony przyczyniają się do syntezy ATP:
ADP + F = ATP
W fazie ciemnej dwutlenek węgla i woda przekształcają się w glukozę. A tlen jest uwalniany jako produkt uboczny:
6CO 2 + 6H 2 O \u003d C 6 H 12 O 6 + O 2
blog.site, przy pełnym lub częściowym kopiowaniu materiału wymagany jest link do źródła.
Tlen pojawił się w atmosferze ziemskiej wraz z pojawieniem się roślin zielonych i bakterii fotosyntetyzujących. Dzięki tlenowi organizmy tlenowe dokonują oddychania lub utleniania. Pozyskiwanie tlenu jest ważne w przemyśle - wykorzystuje się go w metalurgii, medycynie, lotnictwie, gospodarce narodowej i innych gałęziach przemysłu.
Nieruchomości
Tlen jest ósmym pierwiastkiem układu okresowego Mendelejewa. 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.
Priestley nie wiedział jednak, że tlen jest częścią powietrza. Na właściwości i obecność tlenu w atmosferze zwrócił później uwagę kolega Priestleya, francuski chemik Antoine Lavoisier.
Ogólna charakterystyka tlenu:
- bezbarwny gaz;
- nie ma zapachu i 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 opuszczając tlący się palnik do naczynia z gazem. W obecności tlenu pochodnia zapala się.
Jak otrzymać
Istnieje kilka sposobów otrzymywania 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 rozgrzewaj. W temperaturze -196°C azot zaczyna ulatniać się, podczas gdy tlen zachowuje stan ciekły.
W laboratorium tlen powstaje z soli, nadtlenku wodoru i elektrolizy. Rozkład soli następuje po podgrzaniu. Na przykład chloran potasu lub sól Bertolet 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 także uzyskać podgrzewając saletrę lub azotan potasu:
2KNO 3 → 2KNO 2 + O 2 .
W rozkładzie nadtlenku wodoru jako katalizator wykorzystuje się tlenek manganu (IV) - MnO 2 , węgiel lub sproszkowane żelazo. Ogólne równanie wygląda następująco:
2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2.
Roztwór wodorotlenku sodu poddaje się elektrolizie. W rezultacie powstaje woda i tlen:
4NaOH → (elektroliza) 4Na + 2H 2 O + O 2.
Tlen jest również izolowany od wody poprzez elektrolizę, 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 uwalnianiem tlenu.
Jak aplikować
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, 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, gazu ziemnego. Tlen jest szeroko stosowany w metalurgii i inżynierii, na przykład do topienia, cięcia i spawania metalu.
Średnia ocena: 4.9. Łączna liczba otrzymanych ocen: 181.