Pridobivanje in uporaba kisika. Kakšna je uporaba kisika v strojništvu? Splošne značilnosti elementa
Štirje "halkogeni" elementi (tj. "rodilci bakra") vodijo glavno podskupino skupine VI (po novi klasifikaciji - 16. skupina) periodnega sistema. Sem spada poleg žvepla, telura in selena tudi kisik. Oglejmo si podrobneje lastnosti tega elementa, najpogostejšega na Zemlji, pa tudi uporabo in proizvodnjo kisika.
Razširjenost elementa
V vezani obliki je kisik vključen v kemično sestavo vode – njegov odstotek je približno 89 %, pa tudi v sestavo celic vseh živih bitij – rastlin in živali.
V zraku je kisik v prostem stanju v obliki O2, ki zavzema petino njegove sestave, in v obliki ozona - O3.
Fizikalne lastnosti
Kisik O2 je plin brez barve, okusa in vonja. Rahlo topen v vodi. Vrelišče je 183 stopinj pod ničlo Celzija. V tekoči obliki je kisik modre barve, v trdni obliki pa tvori modre kristale. Tališče kristalov kisika je 218,7 stopinje pod ničlo Celzija.
Kemijske lastnosti
Pri segrevanju ta element reagira s številnimi preprostimi snovmi, tako kovinami kot nekovinami, pri čemer tvori tako imenovane okside - spojine elementov s kisikom. pri kateri elementi vstopajo s kisikom, se imenuje oksidacija.
na primer
4Na + O2= 2Na2O
2. Z razgradnjo vodikovega peroksida pri segrevanju v prisotnosti manganovega oksida, ki deluje kot katalizator.
3. Z razgradnjo kalijevega permanganata.
Kisik se v industriji proizvaja na naslednje načine:
1. Za tehnične namene se kisik pridobiva iz zraka, v katerem je njegova običajna vsebnost približno 20%, tj. peti del. Za to se zrak najprej sežge, pri čemer nastane mešanica, ki vsebuje približno 54 % tekočega kisika, 44 % tekočega dušika in 2 % tekočega argona. Ti plini se nato ločijo s postopkom destilacije z uporabo relativno majhnega razpona med vreliščem tekočega kisika in tekočega dušika - minus 183 oziroma minus 198,5 stopinj. Izkazalo se je, da dušik izhlapi prej kot kisik.
Sodobna oprema zagotavlja proizvodnjo kisika katere koli stopnje čistosti. Dušik, ki ga pridobivamo z ločevanjem tekočega zraka, se uporablja kot surovina pri sintezi njegovih derivatov.
2. Proizvaja tudi zelo čist kisik. Ta metoda je postala razširjena v državah z bogatimi viri in poceni elektriko.
Uporaba kisika
Kisik je najpomembnejši element v življenju celotnega našega planeta. Ta plin, ki je v ozračju, pri tem porabijo živali in ljudje.
Pridobivanje kisika je zelo pomembno za področja človekove dejavnosti, kot so medicina, varjenje in rezanje kovin, peskanje, letalstvo (za človeško dihanje in delovanje motorjev) in metalurgija.
V procesu človekove gospodarske dejavnosti se kisik porabi v velikih količinah - na primer pri zgorevanju različnih vrst goriva: zemeljski plin, metan, premog, les. Pri vseh teh procesih nastaja. Hkrati je narava poskrbela za proces naravne vezave te spojine s pomočjo fotosinteze, ki poteka v zelenih rastlinah pod vplivom sončne svetlobe. Kot rezultat tega procesa nastane glukoza, ki jo nato rastlina uporabi za gradnjo svojih tkiv.
Kemični element kisik (lat. Oxygenium) je v VI skupini periodnega sistema Mendelejeva pod številko 8. Njegova relativna atomska masa je 15,9994. V normalnih pogojih je kisik plin brez barve, okusa ali vonja. Ima praktično najpomembnejšo vlogo na planetu. Je najpogostejši element na Zemlji; v vezani obliki predstavlja približno 6/7 mase zemeljske hidrosfere, ki naj bi jo odkril angleški kemik Joseph Priestley 1. avgusta 1774 z razgradnjo. živosrebrovega oksida v hermetično zaprti posodi s pomočjo žarkov, fokusiranih z lečo.
2HgO(t) = 2Hg + O2
Odkritje kisika je olajšalo delo francoskega kemika Petra Bayena, ki je objavil dela o oksidaciji živega srebra in razgradnji njegovega oksida, vendar je Priestley mislil, da je odkril novo preprosto snov; izoliral je enega od sestavnih delov zraka in ga zato poimenoval "deflogizirani zrak". Priestley je o plinu povedal slavnemu francoskemu kemiku A. Lavoisierju.
Toda že leta 1771 je švedski kemik Karl Scheele kisik pridobil s kalciniranjem solitre z žveplovo kislino in nato razgradnjo nastalega dušikovega oksida. Leta 1777 je Scheele o svojem odkritju pisal v knjigi, kjer je nastali plin poimenoval "ognjeni zrak". Zaradi dejstva, da je knjiga izšla pozneje, velja Priestley za odkritelja kisika. Scheele je o svojih izkušnjah obvestil tudi Lavoisiera. Lavoisier je končno ugotovil naravo nastalega plina. Leta 1775 je ugotovil, da je kisik sestavni del zraka, pa tudi kislin in da se nahaja v številnih snoveh. Njegovo delo je povzročilo revolucijo, saj je bila razbita takrat priljubljena teorija flogistona, ki je zavirala razvoj kemije. Lavoisier je izvajal poskuse zgorevanja različnih snovi in analiziral rezultate glede na težo zgorelih elementov. Teorija flogistona je temeljila na načelih:
1. Obstaja določena snov, ki jo vsebujejo vsa vnetljiva telesa - flogiston
2. Gorenje je razgradnja telesa s sproščanjem flogistona, ki se nepovratno razprši v zraku.
3. Flogiston je vedno v kombinaciji z drugimi snovmi in ne obstaja v svoji čisti obliki
4. Flogiston ima negativno maso.
Tako so bili s propadom te teorije revidirani vsi kemijski koncepti.
Kisik se je začel množično uporabljati v industriji sredi 20. stoletja, po izumu naprav za utekočinjenje in ločevanje tekočega zraka.
Kisik se uporablja pri konverterski metodi proizvodnje jekla in za varjenje kovin (v jeklenkah). Tekoči kisik v mešanici s tekočim ozonom se uporablja kot oksidant za raketno gorivo, ki ima izjemno visok impulz. Je del vodikovega peroksida, dušikove kisline in drugih pomembnih kemikalij. V medicini se kisik uporablja za dihalne mešanice plinov pri težavah z dihanjem, za zdravljenje astme (v obliki kisikovih koktajlov, kisikovih blazin itd.), za kardiovaskularne bolezni. bolezni . Za izboljšanje presnovnih procesov se v želodec vbrizga kisikova pena (»kisikov koktajl«). Pri elefantiazi, trofičnih ulkusih, gangreni in drugih boleznih se uporablja subkutano dajanje kisika. Dezinfekcijo zraka in dezodoracijo ter čiščenje pitne vode izvajamo z ozonom, ki je alotropna oblika kisika. Radioaktivni izotop kisika 15O se uporablja za izračun hitrosti pretoka krvi in pljučne ventilacije. V živilski industriji se kisik uporablja kot pogonsko gorivo in embalažni plin zrak.
Obstajajo samo 3 glavni načini pridobivanja kisika: kemični (razpad določenih snovi), elektroliza (elektroliza vode) in fizikalni (ločevanje zraka).
Vsa živa bitja potrebujejo kisik za dihanje. Zato se uporablja v jeklenkah za dihanje v razmerah, kjer ni zraka: pod vodo, v vesolju. Uporabljajo ga gasilci pri delu v pogojih velikega dima, plezalci pa pri plezanju na velike višine. V medicini se kisik uporablja za bolnike, ki ne morejo sami dihati, pa tudi za zdravljenje nekaterih bolezni. Vendar pa čistega kisika ne morete dolgo dihati; to je življenjsko nevarno.
Ta snov se uporablja za pripravo kisikovih koktajlov, z njo se nasičijo piščančje beljakovine, ki jih zmešajo z vitamini in minerali. Ta izdelek izboljša presnovne procese v telesu. Plin ne potrebujejo samo ljudje. Uporablja se za obogatitev vode pri gojenju akvarijskih rib in v ribnikih, ki gojijo ribe kot hrano. Pri njivski pridelavi dobre rezultate dosežemo z namakanjem semen pred setvijo v vodi, obogateni s kisikom.
Jeklenke s kisikom so pobarvane modro. V metalurgiji se uporablja za varjenje in rezanje kovin. Acetilen, ko sežge v toku čistega kisika, pomaga ustvariti temperature približno 3000 stopinj. Pri tako visokih temperaturah se železo tali.
Kisik podpira gorenje. Za intenziviranje procesov pri zgorevanju goriva ali odpadkov se ne uporablja čisti kisik, temveč zrak, ki ga vsebuje. Vse termoelektrarne, ki delujejo na nafto, plin ali premog, potrebujejo kisik iz ozračja. Brez tega elementa je nemogoče izdelati kakovosten papir; kisik deluje kot belilo. Pralni praški pogosto vsebujejo tudi kisikova belila.
Tekoči plin je našel uporabo pri razstreljevanju. Njegovo mešanico s prahom lesa in premoga ter različnimi eksplozivi imenujemo oksilikvit. V tekoči obliki je kisik potreben za gorenje raketnega goriva.
Kisik se uporablja pri čiščenju odpadne vode. Mikroorganizmi z aktivnim blatom, ki jedo organske odpadke, za preživetje potrebujejo kisik. Zaradi tega se pri čiščenju vode vanjo dovaja zrak.
Modifikacija kisika – ozon je uničujoča za bakterije in glive, zato se uporablja za dezinfekcijo pitne vode in vode v bazenih, sterilizacijo medicinskih pripomočkov in zraka.
Kisik se uporablja v naslednjih primerih:
1) Pri oskrbi z energijo. Kot veste, je atmosfera plinasta geosfera Zemlje, ki vsebuje ogromno kisika, brez katerega bi bilo življenje na našem planetu nemogoče. Zato vse živali, rastline in druga živa bitja uporabljajo kisik za proizvodnjo potrebne energije.
Kisik pri ljudeh in živalih absorbira hemoglobin v krvi iz zraka v pljuča. Nato se transportira do globljih telesnih tkiv in se naprej porazdeli po vseh celicah.
Kisik absorbirajo mitohondriji na celični ravni. Tam se uporablja za pridobivanje energije iz razgradnje molekule glukoze. Odpadni produkti te reakcije vključujejo molekulo vode in ogljikov dioksid.
2) V zdravstvu. V primeru odpovedi dihanja je potrebna terapija s kisikom. To lahko kaže na bolezni, kot so KOPB, pljučnica, srčno popuščanje itd.
Tudi v primeru zastrupitve se lahko predpiše kisikova terapija za stabilizacijo bolnikovega stanja. Tako medicinska uporaba kisika vključuje podporo dihanju v primeru respiratorne odpovedi, pa tudi zmanjšanje izpostavljenosti telesa strupenim snovem.
3) Pri analizi snovi. Analiza vzorcev različnih snovi je ključni vidik kakovosti v industriji. Od razpoložljivih analiznih metod v kemiji plamenska fotometrija in atomska absorpcijska spektrometrija uporabljata plamen za določanje elementov v vzorcu. Za ustvarjanje visokotemperaturnega plamena je potreben kisik, ki pretvori vzbujene elektrone v atome.
4) V sterilizaciji. Kisik je elektronegativen element, ki je močno sterilizacijsko sredstvo. Lahko uniči mikrobe v katerem koli okolju, pa naj bo to voda ali zemlja. Uporablja se kot razkužilo v obliki vodikovega peroksida H2O2.
Poleg tega obstaja metoda, imenovana obdelava s kisikovo plazmo, kjer se molekula kisika razgradi, da se sprosti en kisikov atom ali kisikov ion, ki je smrtno strupen. Uporabljajo se za sterilizacijo snovi pri sobni temperaturi.
5) Pri kemijskih reakcijah. Kisik je del številnih kemičnih reakcij. Bistvena kemijska reakcija je oksidacijsko-redukcijska reakcija. Dodajajo ali odvzemajo kisik. Dodajanje imenujemo oksidacija, odstranjevanje pa redukcija. Te kemične reakcije se uporabljajo za sintezo, analizo in titracijo snovi.
- Pisatelj Vladimir Tendryakov. Življenje in ustvarjalnost
Vladimir Fedorovič Tendrjakov (1923-1984) je eden od predstavnikov literature sovjetskega obdobja nacionalne zgodovine, ki deluje v žanru socialističnega realizma.
- Življenje in delo H.G. Wellsa
Herbert George Wells (1866-1946) je eden od znanih angleških pisateljev, katerih glavna tema del je znanstvena fantastika, predstavljena v žanru kritičnega realizma.
- Kaj je karolinški preporod?
Vsak narod ima v svoji zgodovini presenetljive pojave, v frankovski monarhiji pa bo značilna karolinška renesansa. Da bi razumeli veličino tega preporoda, se je treba seznaniti s kulturo tiste dobe.
- Vojna škrlatne in bele vrtnice povzetek vojn vrtnic
Dinastiji Lancaster v Angliji je vladala Francozinja Margareta, kar je povzročilo nezadovoljstvo dinastije York. Baroni severne Anglije in Irske so se postavili na stran Lancastrov. Medtem ko so Yorkom pomagali fevdalci, trgovci in meščani.
- Varstvo rastlin - sporočilo poročilo
Rastline igrajo veliko vlogo pri ohranjanju življenja na planetu. Brez njih na zemlji ne bo kisika in skoraj vsi živi organizmi bodo izumrli. Zato uničevanje flore, predvsem gozdov, velja za problem številka 1
Prvi raziskovalci kisika so opazili, da se v njegovi atmosferi lažje diha. Napovedali so široko uporabo tega življenjskega plina v medicini in celo v vsakdanjem življenju kot sredstvo za izboljšanje vitalnih funkcij človeškega telesa.
Toda z bolj poglobljeno študijo se je izkazalo, da lahko dolgotrajno vdihavanje čistega kisika pri človeku povzroči bolezen in celo smrt: človeško telo ni prilagojeno življenju v čistem kisiku.
Trenutno se čisti kisik uporablja za inhalacijo le v nekaterih primerih: na primer, resno bolnim s pljučno tuberkulozo se ponudi vdihavanje kisika v majhnih delih. Aeronavti in piloti uporabljajo kisikove naprave med leti na visoki nadmorski višini. Člani gorskih reševalnih ekip so pogosto prisiljeni delati v atmosferi brez kisika. Za dihanje uporabljajo napravo, v kateri se sestava zraka, potrebna za dihanje, vzdržuje z dodajanjem kisika iz jeklenk, ki se nahajajo v isti napravi.
Večina industrijsko proizvedenega kisika se trenutno uporablja za sežiganje različnih snovi, da se doseže zelo visoka temperatura.
Na primer, vnetljiv plin acetilen (C 2 H 2) se zmeša s kisikom in sežge v posebnih gorilnikih. Plamen tega gorilnika je tako vroč, da tali železo. Zato se za varjenje jeklenih izdelkov uporablja kisikovo-acetilenski gorilnik. To vrsto varjenja imenujemo avtogeno varjenje.
Tekoči kisik se uporablja za pripravo eksplozivnih mešanic. Posebne kartuše napolnimo z zdrobljenim lesom (lesno moko) ali drugimi zdrobljenimi vnetljivimi snovmi in to vnetljivo maso navlažimo s tekočim kisikom. Ko takšno mešanico vžgemo, pride zelo hitro do zgorevanja, pri čemer nastane velika količina plinov, segretih na zelo visoko temperaturo. Pritisk teh plinov lahko raznese kamenje ali odvrže velike količine zemlje. To eksplozivno mešanico uporabljajo pri gradnji kanalov, pri kopanju predorov itd.
V zadnjem času zraku dodajajo kisik za zvišanje temperature v pečeh pri taljenju železa in jekla. To pospeši proizvodnjo jekla in izboljša njegovo kakovost.
Treba je opozoriti, da kisik sodobnemu človeku ne prinaša le koristi, ampak tudi škoduje: oksidira in s tem pokvari kovinske izdelke. Posebno veliko železa propade zaradi rjavenja, pri katerem aktivno sodeluje kisik.
Sodobna znanost rešuje vprašanja ne samo o tem, kako pridobiti in bolje uporabiti kisik, ampak tudi o tem, kako zaščititi nekatere snovi in predmete pred kemičnim delovanjem kisika.
Kisik lahko dobimo iz kompleksnih snovi ali iz zraka. Kisik se pridobiva v majhnih količinah za učne namene z razgradnjo nekaterih kompleksnih snovi, na primer kalijevega permanganata KMnO 4 .
Ker je kisik nekoliko težji od zraka, se najprej nabere na dnu kozarca in izpodrine zrak iz njega. Če želite spremljati polnjenje kozarca s kisikom, morate vanj spustiti tleč drobec: drobec zasveti v delu kozarca, ki je napolnjen s kisikom.
Za industrijske namene se kisik v velikih količinah pridobiva iz zraka ali vode.
Uporaba kisika temelji na njegovih kemijskih lastnostih.
Kisik v zraku je izjemno pomemben za zgorevalne procese. S kurjenjem različnih vrst goriv pridobivamo toploto, ki jo uporabljamo za zadovoljevanje najrazličnejših potreb, med drugim tudi za pretvorbo v mehansko in električno energijo. S sodelovanjem atmosferskega kisika se gorivo zgoreva v termoelektrarnah, gorivo v avtomobilskih motorjih, kovinske rude pa v tovarnah barvne metalurgije.
Varjenje in rezanje kovin
Čisti kisik z acetilenom se pogosto uporablja za tako imenovano avtogeno varjenje jeklenih cevi in drugih kovinskih konstrukcij ter njihovo rezanje. V ta namen se uporablja poseben gorilnik, ki je sestavljen iz dveh kovinskih cevi, vstavljenih ena v drugo. Acetilen spustimo v prostor med cevkama in ga vžgemo, nato pa skozi notranjo cev spustimo kisik. Oba plina se dovajata iz jeklenk pod pritiskom. Temperatura v plamenu kisika in acetilena je do 2000 ° C; večina kovin se tali pri tej temperaturi.
V medicini
Kisik je najpomembnejši biogeni kemični element, ki zagotavlja dihanje večine živih organizmov na Zemlji. Fiziološki učinek kisika je vsestranski, vendar je pri njegovem terapevtskem učinku odločilnega pomena zmožnost nadomestitve pomanjkanja kisika v telesnih tkivih ob hipoksiji (nezadostna oskrba tkiv s kisikom ali motena absorpcija kisika).
Vdihavanje (vdihavanje) kisik se pogosto uporablja za različne bolezni, ki jih spremlja hipoksija (pomanjkanje kisika): bolezni dihal (pljučnica, pljučni edem itd.), Srčno-žilni sistem (srčno popuščanje, koronarna insuficienca, močan padec krvnega tlaka itd.), zastrupitve z ogljikovim monoksidom, cianovodikovo kislino, zadušljivimi sredstvi (klor, fosgen itd.), Kot tudi druge bolezni z oslabljeno dihalno funkcijo in oksidativnimi procesi.
V anesteziološki praksi kisik se pogosto uporablja v mešanici z inhalacijskimi narkotičnimi analgetiki. Čisti kisik in njegova mešanica z ogljikovim dioksidom se uporabljata za oslabljeno dihanje v pooperativnem obdobju, za zastrupitev itd.
Kisik se pogosto uporablja za t.i hiperbarična kisikova terapija- uporaba kisika pod visokim pritiskom. Ugotovljena je bila visoka učinkovitost te metode v kirurgiji, intenzivni terapiji hudih bolezni, zlasti v kardiologiji, reanimaciji, nevrologiji in na drugih področjih medicine.
Tudi rabljeno enteralna kisikova terapija (dovajanje kisika v črevesje ali želodec) z vnosom kisikove pene v želodec, ki se uporablja v obliki tako imenovanega kisikovega koktajla. Uporablja se za splošno izboljšanje presnovnih procesov v kompleksni terapiji bolezni srca in ožilja, presnovnih motenj in drugih patoloških stanj, povezanih s pomanjkanjem kisika v telesu.
Čisti kisik Za dihanje jih uporabljajo tudi piloti med visokimi poleti, potapljači, na podmornicah itd.
Blazine s kisikom se uporabljajo pri nekaterih boleznih za lažje dihanje.
V metalurgiji
Kisik se pogosto uporablja za intenziviranje kemijskih in metalurških procesov. Čisti kisik se uporablja predvsem pri proizvodnji žveplove in dušikove kisline, sintetičnega metilnega alkohola CH 3 OH in drugih kemičnih izdelkov.
Ko v plavž vpihnemo s kisikom obogaten zrak, se temperatura peči močno poveča, pospeši se proces taljenja železa, poveča se produktivnost plavžev in prihrani koks.
Ideja o smiselnosti obogatitve piha s kisikom je bila izražena že v 19. stoletju. Vendar pa je bila široka uporaba zraka, obogatenega s kisikom, v proizvodnji plavžev in v metalurgiji nasploh dolgo odložena. To je bilo posledica visokih stroškov kisika, pa tudi motenj v tehnološkem procesu, ki so nastale med taljenjem predelave litega železa.
Po številnih industrijskih študijah je bila razvita teorija in tehnologija taljenja v plavžu z uporabo s kisikom obogatenega piha.
V kmetijstvu
V rastlinjakih, za povečanje teže živali, obogatitev vodnega okolja s kisikom v ribogojstvu.
V prehrambeni industriji deluje kot pogonsko gorivo (za pršenje drugih snovi), kot embalažni plin in celo kot dodatek hrani (E 948).
Pogonsko gorivo
Mešanica tekočega kisika in tekočega ozona je eden najmočnejših oksidantov raketnega goriva (specifični impulz mešanice vodik-ozon presega specifični impulz parov vodik-fluor in vodik-kisik-fluorid).
Razstreliva
Tekoči kisik se uporablja za izdelavo eksplozivnih mešanic - tako imenovanih oksilikvitov. To so mešanice žagovine, suhe šote, premogovega prahu in drugih vnetljivih snovi, stisnjene v posebnih kartušah in pred uporabo impregnirane s tekočim kisikom. Ko takšno zmes vžge električna iskra, eksplodira z veliko silo. Oxyliquits se uporabljajo pri razvoju nahajališč rude z eksplozivnimi metodami, pri polaganju predorov v gorah, kopanju kanalov itd.
