Сообщение о применении кислорода. Реферат: Кислород. Его свойства и применение
Четыре элемента-«халькогена» (т.е. «рождающих медь») возглавляют главную подгруппу VI группы (по новой классификации - 16-ю группу) периодической системы. Кроме серы, теллура и селена к ним также относится кислород. Давайте подробно разберем свойства этого наиболее распространенного на Земле элемента, а также применение и получение кислорода.
Распространенность элемента
В связанном виде кислород входит в химический состав воды - его процентное соотношение составляет порядка 89%, а также в состав клеток всех живых существ - растений и животных.
В воздухе кислород находится в свободном состоянии в виде О2, занимая пятую часть его состава, и в виде озона - О3.
Физические свойства
Кислород О2 представляет собой газ, который не обладает цветом, вкусом и запахом. В воде растворяется слабо. Температура кипения - 183 градуса ниже нуля по Цельсию. В жидком виде кислород имеет голубой цвет, а в твердом виде образует синие кристаллы. Температура плавления кислородных кристаллов составляет 218,7 градуса ниже нуля по Цельсию.
При нагревании этот элемент реагирует со многими простыми веществами, как металлами, так и неметаллами, образуя при этом так называемые оксиды - соединения элементов с кислородом. в которую элементы вступают с кислородом, называется окислением.
Например,
4Na + О2= 2Na2O
2. Через разложение перекиси водорода при нагревании ее в присутствии оксида марганца, выступающего в роли катализатора.
3. Через разложение перманганата калия.
Получение кислорода в промышленности проводится такими способами:
1. Для технических целей кислород получают из воздуха, в котором обычное его содержание составляет порядка 20%, т.е. пятую часть. Для этого воздух сначала сжигают, получая смесь с содержанием жидкого кислорода около 54%, жидкого азота - 44% и жидкого аргона - 2%. Затем эти газы разделяют с помощью процесса перегонки, используя сравнительно небольшой интервал между температурами кипения жидкого кислорода и жидкого азота - минус 183 и минус 198,5 градуса соответственно. Получается, что азот испаряется раньше, чем кислород.
Современная аппаратура обеспечивает получение кислорода любой степени чистоты. Азот, который получается при разделении жидкого воздуха, используется в качестве сырья при синтезе его производных.
2. также дает кислород очень чистой степени. Этот способ получил распространение в странах с богатыми ресурсами и дешевой электроэнергией.
Применение кислорода
Кислород является основным по значению элементом в жизнедеятельности всей нашей планеты. Этот газ, который содержится в атмосфере, расходуется в процессе животными и людьми.
Получение кислорода очень важно для таких сфер деятельности человека, как медицина, сварка и резка металлов, взрывные работы, авиация (для дыхания людей и для работы двигателей), металлургия.
В процессе хозяйственной деятельности человека кислород расходуется в больших количествах - например, при сжигании различных видов топлива: природного газа, метана, угля, древесины. Во всех этих процессах образуется При этом природа предусмотрела процесс естественного связывания данного соединения с помощью фотосинтеза, который проходит в зеленых растениях под действием солнечного света. В результате этого процесса образуется глюкоза, которую растение потом расходует для строительства своих тканей.
Применение кислорода основано на его химических свойствах.
Кислород воздуха имеет чрезвычайно важное значение для процессов горения. Сжигая различные виды топлива, получают тепло, которое используют для удовлетворения самых различных потребностей, в том числе для преобразования его в механическую и электрическую энергию. При участии кислорода воздуха сгорает топливо на теплоэлектростанциях, топливо в двигателях автомобилей, выжигают металлические руды на заводах цветной металлургии.
Сварка и резка металлов
Чистый кислород с ацетиленом широко используют для так называемой автогенной сварки стальных труб и других металлических конструкций и их резки. Для этого служит специальная горелка, который состоит из двух металлических трубок, вставленных друг в друга. В пространство между трубками пропускают ацетилен и зажигают, а затем по внутренней трубке пропускают кислород. Оба газа, подаются из баллонов под давлением. Температура в кислородно-ацетиленовом пламени - до 2000 ° C, при такой температуре плавится большинство металлов.
В медицине
Кислород - важнейший биогенный химический элемент, обеспечивающий дыхание большинства живых организмов на Земле. Физиологическое действие кислорода разностороннее, но решающее значение в его лечебном эффекте имеет способность возмещать дефицит кислорода в тканях организма при гипоксии (недостаточного снабжения тканей кислородом или нарушения его усвоения).
Ингаляцией (вдыханием) кислорода широко пользуются при различных заболеваниях, сопровождающихся гипоксией (нехваткой кислорода): при заболеваниях органов дыхания (пневмония, отек легких и т. д.), сердечно-сосудистой системы (сердечная недостаточность, коронарная недостаточность, резкое падение артериального давления и т. п.), отравлениях угарным газом, синильной кислотой, удушающими веществами (хлор, фосген и др.), а также при других заболеваниях с нарушением функции дыхания и окислительных процессов.
В анестезиологической практике кислород широко применяется в смеси с ингаляционными наркотическими анальгетиками. Чистым кислородом и смесью его с углекислотой пользуются при ослаблении дыхания в послеоперационном периоде, при интоксикациях и т. д.
Широко пользуются кислородом для так называемой гипербарической оксигенации - применения кислорода под повышенным давлением. Установлена высокая эффективность этого метода в хирургии, интенсивной терапии тяжелых заболеваний, особенно в кардиологии, реаниматологии, неврологии и других областях медицины.
Применяют также энтеральную оксигенотерапию (введение кислорода в кишечник или желудок) путем введения в желудок кислородной пены, применяемой в виде так называемого кислородного коктейля. Используется для общего улучшения обменных процессов в комплексной терапии сердечно-сосудистых заболеваний, нарушений обмена веществ и других патологических состояний, связанных с кислородной недостаточностью организма.
Чистым кислородом пользуются для дыхания также летчики при высоких полетах, водолазы, на подводных лодках и т. п.
Кислородные подушки применяют при некоторых заболеваниях для облегчения дыхания.
В металлургии
Кислород широко применяется для интенсификации химических и металлургических процессов. Чистый кислород используют, в частности при производстве серной и азотной кислот, синтетического метилового спирта CH 3 OH и других химических продуктов.
При вдувании в доменную печь обогащенного кислородом воздуха значительно повышается температура печи, ускоряется процесс выплавки чугуна, увеличивается производительность доменов и экономится кокс.
Идея о целесообразности обогащения дутья кислородом была высказана еще в XIX веке. Однако, широкое использование обогащенного кислородом воздуха в доменном производстве и в металлургии вообще задержалось на долгое время. Это было обусловлено высокой стоимостью кислорода, а также нарушениями в технологическом процессе, возникавшие при выплавке перерабатывающих чугунов.
После многих промышленных исследований была отработана теория и технология доменной плавки с использованием обогащенного кислородом дутья.
В сельском хозяйстве
В тепличном хозяйстве, для увеличения массы животных, для обогащения кислородом водной среды в рыбоводстве.
В пищевой промышленности выступает в роли пропеллента (для распыления других веществ), в качестве упаковочного газа и даже как пищевая добавка (Е 948).
Ракетное топливо
Смесь жидкого кислорода и жидкого озона - один из самых мощных окислителей ракетного топлива (удельный импульс смеси водород-озон превышает удельный импульс для пары водород - фтор и водород - фторид кислорода).
Взрывчатые вещества
Для изготовления взрывчатых смесей - так называемых оксиликвиты используют жидкий кислород. Это смеси древесных опилок, сухого торфа, порошка угля и других горючих веществ, спрессованных в специальных патронах и пропитанных перед употреблением жидким кислородом. При воспалении такой смеси электрической искрой она взрывается с большой силой. Оксиликвиты применяют при разработке рудных залежей взрывным способом, при прокладке тоннелей в горах, рытье каналов и др.
Первые исследователи кислорода заметили, что в его атмосфере легче дышится. Они предсказывали широкое применение этого живительного газа в медицине и даже в повседневной жизни как средства, усиливающего жизнедеятельность человеческого организма.
Но при более углублённом изучении оказалось, что длительное вдыхание чистого кислорода человеком может вызвать заболевание и даже смерть: организм человека не приспособлен к жизни в чистом кислороде.
В настоящее время чистый кислород применяется для вдыхания лишь в некоторых случаях: например, тяжело больным туберкулёзом лёгких предлагают вдыхать кислород небольшими порциями. Аэронавты и лётчики при высотных полётах пользуются кислородными приборами. Бойцы горноспасательных отрядов часто принуждены работать в атмосфере, лишённой кислорода. Для дыхания они используют прибор, в котором сохраняется нужный для дыхания состав воздуха добавлением кислорода из баллонов, находящихся в том же приборе.
Основная масса получаемого в промышленности кислорода применяется в настоящее время для сжигания в нём различных веществ с целью получения очень высокой температуры.
Например, горючий газ ацетилен (C 2 H 2) смешивают с кислородом и сжигают в особых горелках. Пламя этой горелки имеет такую высокую температуру, что в нём плавится железо. Поэтому кислородно-ацетиленовой горелкой пользуются для сварки стальных изделий. Такая сварка называется автогенной.
Жидкий кислород применяется для приготовления взрывчатых смесей. Особые патроны набивают измельчённой древесиной (древесной мукой) или другими измельчёнными горючими веществами и смачивают эту горючую массу жидким кислородом. При поджигании такой смеси горение происходит очень быстро, образуется большое количество газов, нагретых до очень высокой температуры. Давлением этих газов могут быть взорваны скалы, или выброшено большое количество грунта. Этой взрывчатой смесью пользуются при строительстве каналов, при проходке тоннелей и пр.
В последнее время кислород добавляют к воздуху для повышения температуры в печах при выплавке чугуна и стали. Благодаря этому ускоряется выплавка стали и повышается её качество.
Следует заметить, что кислород приносит не только пользу, но и вред современному человеку: он окисляет и тем портит металлические изделия. Особенно много гибнет железа от ржавления, в котором кислород принимает активное участие.
Современная наука решает вопросы не только о том, как получить и лучше использовать кислород, но также и о том, как защитить некоторые вещества я предметы от химического действия кислорода.
Получить кислород можно из сложных веществ или из воздуха. В небольших количествах для учебных целей получают кислород разложением некоторых сложных веществ, например марганцевокислого калия KMnO 4 .
Так как кислород немного тяжелее воздуха, то он собирается сначала на дне стеклянной банки и вытесняет из неё воздух. Чтобы следить за наполнением банки кислородом, нужно опускать в неё тлеющую лучинку: лучинка загорается,в той части банки, которая заполнилась кислородом.
Для промышленных целей кислород получают в больших количествах из воздуха или из воды.
Часть I
1. Строение атома
2. Молекулярная формула – О2, другая аллотропная модификация имеет формулу О3 и носит название – озон.
3. Физические свойства кислорода: газ без цвета и запаха, тяжелее воздуха.
4. Химические свойства кислорода.
Взаимодействует (закончите уравнения реакций и рассмотрите их с позиций окисления-восстановления):
5. Получение кислорода:
1) в промышленности
– из жидкого воздуха
2) в лаборатории
– разложением (закончите уравнения реакций, назовите соединения и процессы, укажите условия их протекания):
3) в природе (запишите уравнение и название процесса):
Часть II
1. Заполните схему «Применение кислорода».
2. С помощью Интернета подготовьте небольшое сообщение по теме «Интенсификация металлургических и других промышленных процессов с помощью кислорода». Запишите план или тезисы сообщения в особой тетради.
Кислород в металлургии широко применяется для интенсификации ряда металлургических процессов. Полная или частичная замена поступающего в металлургические агрегаты воздуха кислородом изменила химизм процессов, их технические параметры. Кислородное дутье позволило сократить потери тепла с уходящими газами, значительная часть которых при воздушном дутье составлял азот, который замедлял течение реакций. При продувке кислородом снижается расход топлива, улучшается качество металла, в металлургических агрегатах возможно получение новых видов продукции (например, шлаков и газов необычного для данного процесса состава, находящих специальное техническое применение) и др.
Большие перспективы имеет интенсификация металлургических процессов путем введения в металлургические агрегаты (доменная печь, конвертор, мартеновская печь) воздуха, обогащенного кислородом. Применение кислородного дутья повышает температуру процесса, уменьшает содержание вредных газов в стали, повышая тем самым ее механические качества. Уменьшение общего количества газов при кислородном дутье уменьшает и потерю теплоты, уносимой газами. Кислородное дутье сокращает время продувки, повышая производительность конвертора.
3. Запишите схемы реакций, протекание которых возможно. Рассмотрите уравнения реакций с позиций окисления-восстановления.
4. В лаборатории собирают кислород в сосуд с помощью вытеснения воды или воздуха. Распознают с помощью тлеющей лучинки, которая загорается (вспыхивает).
5. Сравните свойства и области применения кислорода и озона.
6. Дополните цепочку переходов. Составьте уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения по схеме:
7. Придумайте и запишите условия задачи на нахождение объёма воздуха, необходимого для сжигания известного объёма этана (С2Н2). Решите задачу, используя правило Гей-Люссака.
Найти объём воздуха, необходимого на сжигание 44,8 л С2Н2 (н.у.)?
Свойства кислорода . Обычный элементарный кислород состоит из двухатомных молекул О 2 . Одной из наиболее характерных особенностей кислорода является его способность соединяться с большинством элементов с выделением тепла и света. Чтобы вызвать такое соединение, сгорание, часто требуется нагревание до определенной температуры − температуры воспламенения, так как при обычной температуре кислород является довольно инертным веществом. Однако в присутствии влаги, медленное соединение с кислородом (медленное сгорание) происходит уже при обычных температурах. Важнейшим примером такого процесса является дыхание живых организмов. Но и другие протекающие при обычных температурах процессы медленного горения в природе весьма многочисленны.
К процессам медленного горения относятся ржавление и потускнение металлов, тление дерева и другие процессы гпиения и разложения. Вследствие длительности таких процессов выделяющееся при этом тепло целиком рассеивается в окружающем пространстве. Однако в некоторых условиях такое телло может скапливаться и привести к воспламенению, т. е. к началу энергичного, протекающего с появлением огня горения. Так происходит «самовоспламенение» влажного сена, соломы, угля и других горючих материалов. Поэтому во влажном состоянии их нельзя хранить в больших количествах. Для лучшего теплоотвода их следует проветривать и постоянно контролировать температуру,
В специально сконструированной горелке за счет сгорания водорода в кислороде можно получить температуру выше 2000 ºС. Еще более высокую температуру получают в пламени ацетилено-кислородной горелки. Пламенем таких горелок пользуются для сварки и резки металлов, плавления платины, кварца и других очень тугоплавких материалов. Жидкий кислород или сильно обогащенный кислородом жидкий воздух часто применяют для изготовления взрывчатых веществ, которые получают смешиванием пористого угля или других горючих составляющих, например нефти, парафина, нафталина, с жидким кислородом или жидким воздухом (оксиликвит). В лабораториях жидкий кислород и особенно жидкий воздух часто применяют для создания низких температур, а также, например, для очистки трудно сжижающихся газов от легко конденсирующихся примесей, таких, как вода, диоксид углерода («вымораживание»).
В настоящее время все большее значение приобретает применение кислорода в дыхательных аппаратах, которые используют в самолетах, подводных лодках, При тушении пожаров и т. д. Эти аппараты представляют собой стальные баллоны, наполненные кислородом под давлением; в других случаях кислород получается в них непосредственно за счет разложения пероксида щелочного металла. Применяют аппараты, в которых имеется запас жидкого кислорода. Дыхательные кислородные аппараты имеют дополнительное устройство для поглощения выдыхаемого диоксида углерода. Кислородные дыхательные аппараты особой конструкиии применяют для оказания помощи пострадавшим от удушья, утопувшим или при других случаях потери сознания или клинической смерти. Взрослый человек в спокойном состоянии потребляет около 20 л кислорода в час, при физических нагрузках − в несколько раз больше. Вдыхание чистого кислорода безвредно, если только его давление не превосходит 1 атм.