Где используется кислород? Кислород – характеристика элемента, распространённость в природе, физические и химические свойства, получение

Широкое промышленное применение кислорода началось в середине ХХ века, после изобретения турбодетандеров - устройств для сжижения и разделения.
Применение кислорода весьма разнообразно и основано на его химических свойствах.
Химическая и нефтехимическая промышленность.
Кислород используется для окисления исходных реагентов, образуя азотную кислоту, этиленоксид, пропиленоксид, винилхлорид и другие основные соединения. Помимо этого он может использоваться для увеличения производительности мусоросжигательных печей.
Нефтегазовая промышленность.
Увеличение производительности процессов крекинга нефти, переработки высокооктановых соединений, закачка в пласт для повышения энергии вытеснения.
Металлургия и горнодобывающая промышленность.
Кислород используется при конвертерном производстве стали, кислородном дутье в доменных печах, извлечении золота из руд, производстве ферросплавов, выплавке никеля, цинка, свинца, циркония и других цветных металлов,прямое восстановление железа, огневая зачистка слябов в литейном производстве, огневое бурение твердых пород.
Сварка и резка металлов.
Кислород в баллонах широко используется для газопламенной резки и сварки металлов, для плазменного высокоточного раскроя металлов.
Военная техника.
В барокамерах, для работы дизельных двигателей под водой, топливо для ракетных двигателей.
Стекольная промышленность.
В стекловаренных печах кислород используется для улучшения горения. Кроме этого он применяется для уменьшения выбросов оксидов азота до безопасных уровней.
Целлюлозно-бумажная промышленность.
Кислород используется при делигнификации, спиртовании и других процессах.
Медицина.
В оксибарокамерах, заправка оксигенераторов (кислородных масок, подушек и т.д.),в палатах со специальным микроклиматом, изготовление кислородных коктейлей,
при выращивании микроорганизмов на парафинах нефти.

Безопасность

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.)?

Всем живым существам кислород необходим для дыхания. Поэтому его в баллонах применяют для дыхания в тех условиях, где нет воздуха: под водой, в космосе. Его используют пожарные при работе в условиях высокой задымленности, альпинисты при подъеме на большие высоты. В медицине кислород используют для пациентов, которые не могут самостоятельно дышать, а также для лечения некоторых болезней. Однако долго дышать именно чистым кислородом нельзя, это опасно для жизни.

Это вещество применяют для приготовления кислородных коктейлей, им насыщают куриный белок, смешивая его с витаминами и минералами. Такой продукт улучшает обменные процессы в организме. Газ необходим не только людям. Им обогащают воду при содержании аквариумных рыб и в прудовых хозяйствах, занимающихся выращиванием рыбы как продукта питания. В полеводстве хорошие результаты получают при замачивании семян перед посевом в воде, обогащенной кислородом.

Баллоны кислорода окрашивают в голубой цвет. В металлургии его используют при сварке, резке металлов. Ацетилен, когда сгорает в потоке чистого кислорода, помогает получить температуру около 3000 градусов. При таких высоких температурах железо плавится.

Кислород поддерживает горение. Для интенсификации процессов при сжигании топлива или мусора применяют не чистый кислород, но воздух, который его содержит. Всем теплостанциям, которые работают за счет сжигания нефти, газа или угля нужен кислород из атмосферы. Невозможно без этого элемента сделать качественную бумагу, кислород выступает в роли ее отбеливателя. В стиральных порошках также часто присутствуют кислородные отбеливатели.

Жидкий газ нашел применение в подрывном деле. Его смесь с древесным и угольным порошками, различными взрывчатыми веществами называется оксиликвит. В жидком виде кислород необходим для сжигания ракетного топлива.

Кислород используют при очистке сточных вод. Микроорганизмам активного ила, которые поедают органические отходы, для жизнедеятельности нужен кислород. Из-за этого при очистке воды в нее подают воздух.

Модификация кислорода – озон губителен для бактерий и грибков, поэтому его используют для обеззараживания питьевой воды и воды в бассейнах, стерилизации медицинских изделий, воздуха.

Кислород применяется в следующих случаях:

1) В энергоснабжении . Как известно, атмосфера является газовой геосферой Земли, содержащей огромное количество кислорода, без которого жизнь на нашей планете была бы невозможной. Поэтому все животные, растения, а также другие живые существа используют кислород для производства необходимой энергии.

Кислород у людей и животных поглощается гемоглобином в крови из воздуха в легкие. Затем он переносится в более глубокие ткани тела и далее распределяется по всем клеткам.

Кислород поглощается митохондриями на клеточном уровне. Там он используется для получения энергии от разрушения молекулы глюкозы. Отходы этой реакции включают молекулу воды и двуокись углерода.

2) В здравоохранении . При наличии респираторной недостаточности необходима кислородная терапия. Это может свидетельствовать о таких заболеваний, как ХОБЛ, пневмония, сердечная недостаточность и т. д.

Даже в случае отравления кислородная терапия может быть назначена для стабилизации состояния пациента. Таким образом, медикаментозное использование кислорода включает в себя поддержку дыхания в случае респираторной недостаточности, а также минимизацию воздействия ядовитых веществ на организм.

3) В анализе веществ . Анализ проб разных веществ является ключевым аспектом качества в промышленности. Из доступных аналитических методов в химии, пламенная фотометрия и атомно-абсорбционная спектрометрия используют пламя для определения элементов в образце. Для создания пламени высокой температуры необходим кислород, который преобразовывает возбужденные электроны в атомы.

4) В стерилизации . Кислород - электроотрицательный элемент, являющийся сильным стерилизующим агентом. Он может уничтожать микробы в любой среде, будь то вода или земля. Он используется в качестве дезинфицирующего средства в виде перекиси водорода H2O2.

Кроме того, существует метод, называемый кислородной плазменной обработкой, где молекула кислорода разрушается для выделения одного атома кислорода или его ионов, которые являются смертельно токсичными. Они используются для стерилизации веществ при комнатной температуре.

5) В химических реакциях . Кислород является частью многих химических реакций. Существенной химической реакцией является реакция окисления-восстановления. В них происходит добавление или удаление кислорода. Добавление называется окислением, а его удаление - восстановлением. Эти химические реакции используются для синтеза, анализа, а также титрования веществ.

• Писатель Владимир Тендряков. Жизнь и творчество

  Владимир Федорович Тендряков (1923-1984 гг.) относится к представителям литературы советского периода отечественной истории, работающих в жанре социалистического реализма.

• Жизнь и творчество Герберта Уэллса

  Герберт Джордж Уэллс (1866-1946 гг.) является одним из известных английских литераторов, основной тематикой произведений которого становится научная фантастика, представленная в жанре критического реализма.

• Что такое Каролингское возрождение?

  У каждого народа в истории есть яркие явления, а во Франкской монархии показательным станет Каролингское возрождение. Чтобы понять величие данного возрождения, необходимо познакомиться с культурой той эпохи.

• Война Алой и Белой розы краткое содержание Войны роз

  Династией Ланкастеров в Англии правила француженка - Маргарита, это вызвало недовольство династии Йорков. Бароны северной Англии и Ирландии приняли сторону Ланкастеров. Тогда как Йоркам помогали феодалы, купцы и горожане.

• Охрана растений - сообщение доклад

  Растения играют огромную роль для поддержания жизни на планете. Без них на земле не будет кислорода и почти все живые организмы вымрут. Поэтому уничтожение растительного мира, особенно лесов, считается проблемой номер 1

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.

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.

Химические свойства

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.