Еще со школьного курса химии известно, какой элемент является самым распространенным на нашей планете. Поэтому неудивительно, что кислород технический имеет широкое применение во многих сферах жизнедеятельности. В частности, некоторые технологические операции, которые связанны с металлообработкой, осуществляются при непосредственном участии этого газа.
Общие сведения
Кислород (также Кислород, от греческого ὀξύς OXYS «острый, острый, кислый» и γεν- генера- «генерировать») представляет собой химический элемент. Это газ без цвета и запаха, который составляет 21% воздуха. Кислород — самый распространенный элемент на Земле.
Кислород имеет химический символ О и атомный номер 8. Обычно он встречается в виде химического соединения двух атомов кислорода с общей формулой О 2. Метастабильная и реакционная аллотропная форма, состоящая из 3-х атомов кислорода (O 3), называется озоном. Атомарный кислород в форме отдельных свободных атомов кислорода стабильно присутствует только в экстремальных условиях, например в космическом вакууме или в горячих атмосферах звезд.
Однако он играет важную роль в качестве реактивного промежуточного соединения во многих реакциях в химии атмосферы. При более высоких температурах кислород вступает в реакцию и образует оксиды со многими элементами, часто при появлении огня. В данной статье вы узнаете, как производится кислород, а также его сферы применения.
Это необходимо для всех процессов горения и коррозии. Всем животным и большинству растений нужен кислород для жизни. Обычно они получают его, вдыхая воздух или поглощая кислород, растворенный в воде. Напротив, в высоких концентрациях он ядовит для большинства живых существ.
Извлечение и представление
Технически сегодня кислород получают путем очистки воздуха. Этот процесс был впервые разработан Карлом фон Линде в 1902 году (процесс Линде) и стал успешным благодаря Жоржу Клоду. Небольшие количества О2 возникают как побочный продукт производства водорода электролизом воды.
Для получения кислорода по методу Клода воздух, очищенный от углекислого газа, влаги и других газов через фильтры, с помощью турбин сжимают до 5–6 бар. Получающееся тепло можно сначала преобразовать в механическую энергию, а через генераторы — в электрическую и, таким образом, разумно использовать. Это делает процесс — в отличие от процесса Линде, в котором тепло отводится за счет водяного охлаждения — значительно более экономным. Сжатый воздух охлаждается до температуры, близкой к температуре кипения, за счет газов, выходящих из процесса.
Также можно получить кислород, отделив его от азота или других газов. Фактическое разделение азота и кислорода происходит путем перегонки в двух ректификационных колоннах с различным давлением. Дистилляция происходит по принципу противотока, т.е. газ, испаренный теплотой конденсации, идет вверх, а конденсированная жидкость — стекает вниз. Поскольку кислород имеет более высокую температуру кипения, чем азот, он легче конденсируется и собирается внизу, а азот — вверху колонны.
Разделение сначала происходит при 5–6 бар в так называемой колонне среднего давления. Полученная жидкость, обогащенная кислородом, затем подается в колонну низкого давления. Газообразный азот пропускают через жидкий кислород в колонне низкого давления. Это сжижает и нагревает жидкость за счет выделяемого тепла конденсации. Выделяется наиболее летучий азот, а очищенный жидкий кислород остается. Он по-прежнему содержит газы криптон и ксенон, которые находятся в отдельной колонке.
Чтобы произвести меньшее количество кислорода, кислород из воздуха можно отделить от других газов путем адсорбции. Для этого воздух проходит через молекулярные сита. Азот и диоксид углерода адсорбируются, а кислород и аргон проходят.
Более старый процесс — это процесс оксида бария, основанный на химических реакциях. Это неэкономично из-за большого расхода энергии. Для этого оксид бария нагревают до 500 ° C с подачей воздуха, который образует пероксид бария. При нагревании до 700 ° C поглощенный ранее кислород снова высвобождается путем термолиза. До разработки процесса Линде, этот процесс был единственным способом получения чистого кислорода.
Некоторые обогащенные кислородом неорганические соединения, такие как перманганат калия, нитрат калия (селитры), хлорат калия и калия хромата выделяют кислород при нагревании, когда они вступают в реакцию с восстанавливающими агентами.
Другой способ получения кислорода в лаборатории — разложение пероксида водорода на платинированной никелевой фольге.
Чистый кислород можно получить электролизом 30% гидроксида калия на никелевых электродах. Водород и кислород производятся отдельно друг от друга.
Читайте также, что такое коллективный товарный знак.
Хранение, транспортировка и меры предосторожности
Для хранения и перевозки O2 используются баллоны, имеющие голубой окрас и характерную надпись черного цвета. Вентиль изготавливается из латуни и снабжен специальной резьбой. При этом он должен постоянно проверяться на исправность и герметичность. Хранится подобная тара в специально оборудованных складских помещениях или на открытом воздухе под навесом, который осуществляет защиту от солнечных лучей и осадков.
Инструкции по безопасности при обращении с кислородными баллонами и их транспортировке
Всегда помните: кислород благодаря своим свойствам способствует реакции горения.
Поэтому при обращении следуйте приведенным ниже инструкциям:
- Продолжительное вдыхание кислорода с высокой концентрацией может вызвать тошноту, головокружение, одышку или судороги.
- Предохраняйте бутылки от падения или скатывания
- Перед транспортировкой отвинтите редуктор давления газа и любые другие фитинги.
- Курение и открытый огонь вблизи с баллоном строго запрещены.
- Неподвижно закрепляйте защитный колпачок на клапане
- Не допускайте попадания масла, жира или другой грязи в бутылки, шланги, редукторы давления и т. д.
- Хранить в хорошо вентилируемом месте.
Также следует соблюдать безопасность при обращении с жидким кислородом. Потому что из одного литра жидкого кислорода образуется примерно 850-860 литров газообразного кислорода — и, следовательно, потенциально очень высокая, опасная для здоровья концентрация. Кроме того, избегайте прямого контакта кожи с жидким кислородом и используйте защитные перчатки и очки.
Применение в промышленности
Кислород промышленно используется в металлургии для производства чугуна и стали, а также при рафинировании меди. Чистый кислород или обогащенный кислородом воздух здесь используется, с одной стороны, для достижения высоких температур, а с другой — для рафинирования сырой стали, т.е. для удаления нежелательных примесей углерода, кремния, марганца и фосфора, которые окисляются и отделяются.
В химических процессах кислород в основном используется для окисления различных сырьевых материалов, таких как окисление олефинов и этилена. Оксид этилена и используется при частичном окислении нефти и угля. Кислород также необходим для производства водорода, синтеза газа и производства серной и азотной кислоты.
Другими важными продуктами окисления кислородом являются ацетилен, ацетальдегид, уксусная кислота, винилацетат и хлор. В стекольной промышленности, а также при сварке и резке бетона кислород используется для достижения необходимых высоких температур. В экологических технологиях сточные воды быстрее очищаются от органических загрязнителей и токсинов за счет введения бактериями газообразного кислорода.
Другое применение в промышленной сфере
Не менее важно значение кислорода для химической промышленности, например, для окисления органических соединений. В космических кораблях жидкий кислород используется в качестве окислителя ракетного топлива. Кислород в атмосфере составляет важную основу жизни для большинства организмов, которые существуют сегодня, так как он необходим для всех процессов окисления (в том числе в организмах), включая биологическое окисление (клеточное дыхание).
Поэтому кислород используется и в медицине (для вентиляции раненых), позволяет совершать авиационные и космические путешествия, а также экспедиции в подводный мир. Все это было бы невозможно без обогащенного кислородом воздуха для дыхания. В течение некоторого времени озон использовался в качестве дезинфицирующего средства при биологической очистке воды. Газ также используется как отбеливающий агент для бумаги, волокон, целлюлозы и различных жиров, масел, восков и т.п.
