Hapniku hankimine – teadmiste hüpermarket. Hapniku keemilised ja füüsikalised omadused, rakendused ja tootmine Hapnikureaktsioonide tekitamise meetodid

HAPNIKU OMADUSED JA SELLE SAAMISE MEETODID

Hapnik O2 on maakeral kõige levinum element. Seda leidub suurtes kogustes keemiliste ühendite kujul koos erinevate ainetega maapõues (kuni 50% massist), koos vesinikuga vees (umbes 86% massist) ja vabas olekus atmosfääriõhus segu peamiselt lämmastikuga koguses 20,93 mahuprotsenti. (23,15 massiprotsenti).

Hapnik omab rahvamajanduses suurt tähtsust. Seda kasutatakse laialdaselt metallurgias; keemiatööstus; metallide gaasileektöötluseks, kõvade kivimite tulepuurimiseks, söe maa-aluseks gaasistamiseks; meditsiinis ja mitmesugustes hingamisaparaatides, näiteks kõrglendudeks, ja muudes valdkondades.

Tavatingimustes on hapnik värvitu, lõhnatu ja maitsetu gaas, mis ei ole süttiv, kuid toetab aktiivselt põlemist. Väga madalatel temperatuuridel muutub hapnik vedelaks ja isegi tahkeks aineks.

Hapniku kõige olulisemad füüsikalised konstandid on järgmised:

Hapnikul on suur keemiline aktiivsus ja see moodustab ühendeid kõigi keemiliste elementidega, välja arvatud haruldased gaasid. Hapniku reaktsioonidel orgaaniliste ainetega on väljendunud eksotermiline iseloom. Seega, kui kokkusurutud hapnik interakteerub rasvaste või peendisperssete tahkete põlevate ainetega, toimub nende kohene oksüdeerumine ja tekkiv soojus aitab kaasa nende ainete iseeneslikule süttimisele, mis võib põhjustada tulekahju või plahvatuse. Seda omadust tuleb eriti arvestada hapnikuseadmete käsitsemisel.

Hapniku üheks oluliseks omaduseks on võime moodustada plahvatusohtlikke segusid kergestisüttivate gaaside ja vedelate tuleohtlike aurudega laias vahemikus, mis võib ka lahtise leegi või isegi sädeme olemasolul põhjustada plahvatusi. Samuti on plahvatusohtlikud õhu segud gaasi- või aurukütustega.

Hapnikku saab: 1) keemiliste meetoditega; 2) vee elektrolüüs; 3) füüsiliselt õhust.

Keemilised meetodid, mis hõlmavad hapniku tootmist erinevatest ainetest, on ebaefektiivsed ja omavad praegu vaid laboratoorset tähtsust.

Vee elektrolüüs, s.o selle lagunemine selle komponentideks - vesinikuks ja hapnikuks, viiakse läbi seadmetes, mida nimetatakse elektrolüsaatoriteks. Läbi vee lastakse alalisvool, millele lisatakse elektrijuhtivuse suurendamiseks naatriumhüdroksiidi NaOH; hapnik koguneb anoodile ja vesinik katoodile. Selle meetodi puuduseks on suur elektritarbimine: 1 m 3 0 2 kohta kulub 12-15 kW (lisaks saadakse 2 m 3 N 2). h See meetod on ratsionaalne odava elektri olemasolul, samuti elektrolüütilise vesiniku tootmisel, kui hapnik on jääkprodukt.

Füüsiline meetod on õhu eraldamine selle komponentideks, kasutades sügavjahutust. See meetod võimaldab saada hapnikku peaaegu piiramatus koguses ja on suure tööstusliku tähtsusega. Elektrikulu 1 m 3 O 2 kohta on 0,4-1,6 kW. h, olenevalt paigalduse tüübist.

HAPNIKU SAAMINE ÕHUst

Atmosfääriõhk on peamiselt kolme gaasi mehaaniline segu, mille mahusisaldus on järgmine: lämmastik - 78,09%, hapnik - 20,93%, argoon - 0,93%. Lisaks sisaldab see umbes 0,03% süsihappegaasi ja vähesel määral haruldasi gaase, vesinikku, dilämmastikoksiidi jne.

Peamine ülesanne õhust hapniku saamiseks on õhu eraldamine hapnikuks ja lämmastikuks. Teel eraldatakse argoon, mille kasutamine spetsiaalsetes keevitusmeetodites pidevalt suureneb, samuti haruldased gaasid, mis mängivad olulist rolli paljudes tööstusharudes. Lämmastikku kasutatakse keevitamisel kaitsegaasina, meditsiinis ja muudes valdkondades.

Meetodi olemus on õhu sügav jahutamine, muutes selle vedelaks, mis normaalsel atmosfäärirõhul on saavutatav temperatuurivahemikus -191,8 ° C (vedamise algus) kuni -193,7 ° C (vedamise lõpp). ).

Vedeliku eraldamisel hapnikuks ja lämmastikuks kasutatakse nende keemistemperatuuride erinevust, nimelt: T bp. o2 = -182,97 °C; Keemistemperatuur N2 = -195,8° C (760 mm Hg juures).

Vedeliku järkjärgulise aurustumisega läheb madalama keemistemperatuuriga lämmastik esmalt gaasifaasi ja selle vabanemisel rikastub vedelik hapnikuga. Selle protsessi mitu korda kordamine võimaldab saada vajaliku puhtusega hapnikku ja lämmastikku. Seda vedelike komponentideks eraldamise meetodit nimetatakse rektifikatsiooniks.

Õhust hapniku tootmiseks on spetsialiseerunud ettevõtted, mis on varustatud suure jõudlusega seadmetega. Lisaks on suurtel metallitööstusettevõtetel oma hapnikujaamad.

Õhu veeldamiseks vajalikud madalad temperatuurid saadakse nn külmutustsüklite abil. Allpool käsitletakse lühidalt peamisi jahutustsükleid, mida tänapäevastes paigaldistes kasutatakse.

Jahutustsükkel koos õhuga drosseliga põhineb Joule-Thomsoni efektil, st gaasi temperatuuri järsul langusel selle vaba paisumise ajal. Tsükli diagramm on näidatud joonisel fig. 2.

Õhk surutakse kokku mitmeastmelises kompressoris 1 kuni 200 kgf/cm2 ja seejärel läbib voolava veega külmkappi 2. Õhu sügav jahutamine toimub soojusvahetis 3 külma gaasi tagasivooluga vedelikukollektorist (vedeldajast) 4 õhu paisumise tulemusena drosselklapis 5 jahutatakse see täiendavalt ja osaliselt. veeldatud.

Rõhku kollektoris 4 reguleeritakse vahemikus 1-2 kgf/cm 2 . Vedelik tühjendatakse perioodiliselt kogumist spetsiaalsetesse mahutitesse läbi ventiili 6. Õhu mittevedeldav osa eemaldatakse läbi soojusvaheti, jahutades uusi sissetuleva õhu portsjoneid.

Õhu jahutamine veeldustemperatuurini toimub järk-järgult; Kui paigaldus on sisse lülitatud, on käivitusperiood, mille jooksul õhu veeldamist ei täheldata, vaid toimub ainult paigaldise jahtumine. See periood kestab mitu tundi.

Tsükli eeliseks on lihtsus, miinuseks aga suhteliselt suur voolutarve – kuni 4,1 kW. h 1 kg veeldatud õhu kohta kompressori rõhul 200 kgf / cm 2; madalama rõhu korral suureneb energia eritarbimine järsult. Seda tsüklit kasutatakse madala ja keskmise võimsusega seadmetes hapnikugaasi tootmiseks.

Tsükkel koos ammoniaagi drosseliga ja õhu eeljahutusega on mõnevõrra keerulisem.

Keskrõhu jahutustsükkel koos paisumisega ekspanderis põhineb gaasi temperatuuri langusel paisumisel koos välise töö tagasitulekuga. Lisaks kasutatakse ka Joule-Thomsoni efekti. Tsükli diagramm on näidatud joonisel fig. 3.

Õhk surutakse kompressoris 1 kokku kuni 20-40 kgf/cm 2, läbib külmiku 2 ning seejärel läbi soojusvahetid 3 ja 4. Pärast soojusvahetit 3 suunatakse suurem osa õhust (70-80%) kolvi paisumisse. masinpaisutaja 6 ning väiksem osa õhust (20-30%) läheb vabaks paisumiseks drosselklappi 5 ja sealt kogumisse 7, millel on vedeliku äravoolu ventiil 8. Laiendis 6

õhk, mis on juba esimeses soojusvahetis jahutatud, töötab - see surub masina kolvi, selle rõhk langeb 1 kgf / cm 2 -ni, mille tõttu temperatuur langeb järsult. Ekspanderist väljub külm õhk, mille temperatuur on umbes -100 ° C, soojusvahetite 4 ja 3 kaudu väljapoole, jahutades sissetulevat õhku. Seega tagab ekspander paigaldise väga tõhusa jahutamise kompressori suhteliselt madala rõhu juures. Ekspanderi tööd kasutatakse kasulikult ja see kompenseerib osaliselt kompressoris õhu kokkusurumisele kuluvat energiat.

Tsükli eelised on: suhteliselt madal surverõhk, mis lihtsustab kompressori konstruktsiooni ja suurenenud jahutusvõimsus (tänu ekspanderile), mis tagab paigaldise stabiilse töö, kui hapnikku võetakse vedelal kujul.

Madala rõhuga jahutustsükkel koos turboekspandris laiendamisega, mille on välja töötanud Acad. P. L. Kapitsa, põhineb madalrõhuõhu kasutamisel külma tootmisel ainult selle õhu paisutamise kaudu õhuturbiinis (turboexpander) koos välistööde tegemisega. Tsükli diagramm on näidatud joonisel fig. 4.

Õhk surutakse kokku turbokompressoriga 1 kuni 6-7 kgf/cm2, jahutatakse veega külmikus 2 ja suunatakse regeneraatoritesse 3 (soojusvahetid), kus seda jahutatakse külma õhu vastupidise vooluga. Kuni 95% õhust pärast regeneraatorite suunamist turboekspandrisse 4, paisub välise tööga absoluutrõhuni 1 kgf/cm 2 ja jahutatakse järsult, misjärel suunatakse see kondensaatori 5 toruruumi. ja kondenseerib ülejäänud suruõhu (5%), sisenedes rõngasse. Kondensaatorist 5 suunatakse põhiõhuvool regeneraatoritesse ja jahutatakse sissetulevat õhku ning vedelõhk juhitakse läbi drosselklapi 6 kogumisse 7, kust see juhitakse välja läbi ventiili 8. Diagrammil on kujutatud üks regeneraator , kuid tegelikkuses on neid mitu ja need lülitatakse sisse ükshaaval.

Turboekspanderiga madalrõhutsükli eelisteks on: turbomasinate suurem kasutegur võrreldes kolbtüüpi masinatega, tehnoloogilise skeemi lihtsus, paigaldise töökindluse ja plahvatusohutus suurenemine. Tsüklit kasutatakse suure võimsusega paigaldistes.

Vedela õhu lahutamine komponentideks toimub rektifikatsiooni protsessiga, mille põhiolemus seisneb selles, et vedela õhu aurustumisel tekkiv lämmastiku ja hapniku auruline segu juhitakse läbi madalama hapnikusisaldusega vedeliku. Kuna vedelikus on vähem hapnikku ja rohkem lämmastikku, on selle temperatuur madalam kui seda läbival aurul ning see põhjustab aurust hapniku kondenseerumist ja vedeliku rikastumist koos lämmastiku samaaegse aurustumisega vedelikust, st selle auru rikastamine vedeliku kohal.

Rektifikatsiooniprotsessi olemusest saab aimu joonisel fig. 5 on vedela õhu korduva aurustamise ja kondenseerumise protsessi lihtsustatud diagramm.

Eeldame, et õhk koosneb ainult lämmastikust ja hapnikust. Kujutagem ette, et omavahel on ühendatud mitu anumat (I-V), ülemine sisaldab 21% hapnikku sisaldavat vedelat õhku. Tänu anumate astmelisele paigutusele voolab vedelik allapoole ja rikastub samal ajal järk-järgult hapnikuga ning selle temperatuur tõuseb.

Oletame, et anumas II on vedelik, mis sisaldab 30% 0 2, anumas III - 40%, anumas IV - 50% ja anumas V - 60% hapnikku.

Hapnikusisalduse määramiseks aurufaasis kasutame spetsiaalset graafikut - joon. 6, mille kõverad näitavad vedeliku ja auru hapnikusisaldust erinevatel rõhkudel.

Alustame vedeliku aurustamist anumas V absoluutrõhul 1 kgf/cm 2. Nagu näha jooniselt fig. 6, selles anumas oleva vedeliku kohal, mis koosneb 60% 02-st ja 40% N2-st, võib olla tasakaaluline aurukompositsioon, mis sisaldab 26,5% 02 ja 73,5% N2 ja mille temperatuur on vedelikuga sama. Me juhime selle auru IV anumasse, kus vedelik sisaldab ainult 50% 0 2 ja 50% N 2 ning on seetõttu külmem. Jooniselt fig. 6 näitab, et selle vedeliku kohal olev aur võib sisaldada ainult 19% 0 2 ja 81% N 2 ning ainult sel juhul on selle temperatuur võrdne selles anumas oleva vedeliku temperatuuriga.

Järelikult on anumast V anumasse IV juhitava auru temperatuur, mis sisaldab 26,5% O2, kõrgem temperatuur kui vedelikul anumas IV; seetõttu kondenseerub auru hapnik anuma IV vedelikus ja osa sealt tulevast lämmastikust aurustub. Selle tulemusena rikastatakse anumas IV olev vedelik hapnikuga ja selle kohal olev aur lämmastikuga.

Sarnane protsess toimub ka teistes anumates ja seega rikastub vedelik ülemistest anumatest alumistesse voolates hapnikuga, kondenseerides selle tõusvatest aurudest ja andes neile lämmastiku.

Protsessi ülespoole jätkates saate auru, mis koosneb peaaegu puhtast lämmastikust ja alumises osas - puhtast vedelast hapnikust. Tegelikkuses on hapnikutehaste destilleerimiskolonnides toimuv rektifikatsiooniprotsess palju keerulisem kui kirjeldatud, kuid selle põhiline sisu on sama.

Sõltumata paigalduse tehnoloogilisest skeemist ja jahutustsükli tüübist hõlmab õhust hapniku tootmise protsess järgmisi etappe:

1) õhu puhastamine tolmust, veeaurust ja süsihappegaasist. CO 2 sidumine saavutatakse õhu juhtimisel läbi NaOH vesilahuse;

2) õhu kokkusurumine kompressoris, millele järgneb jahutamine külmikutes;

3) suruõhu jahutamine soojusvahetites;

4) suruõhu paisutamine drosselklapis või ekspanderis selle jahutamiseks ja vedeldamiseks;

5) õhu veeldamine ja puhastamine hapniku ja lämmastiku tootmiseks;

6) vedela hapniku tühjendamine statsionaarsetesse mahutitesse ja gaasilise hapniku väljajuhtimine gaasimahutitesse;

7) toodetava hapniku kvaliteedikontroll;

8) transpordipaakide täitmine vedela hapnikuga ja balloonide täitmine gaasilise hapnikuga.

Gaasilise ja vedela hapniku kvaliteeti reguleerivad asjakohased GOST-id.

Vastavalt standardile GOST 5583-58 toodetakse gaasilist tehnilist hapnikku kolmes klassis: kõrgeim - vähemalt 99,5% O 2 sisaldusega, 1. - vähemalt 99,2% O 2 ja 2. - vähemalt 98,5% O 2 , ülejäänu on argoon ja lämmastik (0,5-1,5%). Niiskusesisaldus ei tohi ületada 0,07 g/f 3 . Vee elektrolüüsil saadud hapnik ei tohiks sisaldada rohkem kui 0,7 mahuprotsenti vesinikku.

Vastavalt standardile GOST 6331-52 toodetakse vedelat hapnikku kahes klassis: klass A, mille O 2 sisaldus on vähemalt 99,2% ja klass B, mille O 2 sisaldus on vähemalt 98,5%. Atsetüleeni sisaldus vedelas hapnikus ei tohiks ületada 0,3 cm 3 /l.

Metallurgia-, keemia- ja muudes tööstusharudes erinevate protsesside intensiivistamiseks kasutatav protsessihapnik sisaldab 90-98% O 2 .

Gaasilise ja ka vedela hapniku kvaliteedikontroll toimub vahetult tootmisprotsessi käigus spetsiaalsete instrumentide abil.

Administreerimine Artikli üldine hinnang: Avaldatud: 2012.06.01

Hapnik hõivab 21% atmosfääriõhust. Suurem osa sellest leidub maapõues, magevees ja elus mikroorganismides. Seda kasutatakse paljudes tööstusvaldkondades ning seda kasutatakse majanduslikel ja meditsiinilistel vajadustel. Nõudlus aine järele tuleneb selle keemilistest ja füüsikalistest omadustest.

Kuidas tööstuses hapnikku toodetakse. 3 meetodit

Hapniku tootmine tööstuses toimub atmosfääriõhu jagamise teel. Selleks kasutatakse järgmisi meetodeid:

Suur tähtsus on hapniku tootmisel tööstuslikus mastaabis. Tehnoloogia ja sobiva varustuse valikul tuleb olla väga ettevaatlik. Tehtud vead võivad tehnoloogilist protsessi negatiivselt mõjutada ja suurendada tapakulusid.

Tööstuses hapniku tootmise seadmete tehnilised omadused

Tööstuslikku tüüpi generaatorid "OXIMAT" aitavad luua gaasilises olekus hapniku saamise protsessi. Nende tehniliste omaduste ja konstruktsiooniomaduste eesmärk on saada seda ainet tööstuses nõutava puhtusega ja vajalikus koguses kogu päeva jooksul (ilma katkestusteta). Tuleb märkida, et seadmed võivad töötada mis tahes režiimis, nii peatustega kui ka ilma. Seade töötab rõhu all. Sisselaskeava juures peaks olema kokkusurutud, niiskusevaba kuivatatud õhk. Saadaval on väikese, keskmise ja suure mahutavusega mudelid.

Õhk on ammendamatu hapnikuallikas. Sellest hapniku saamiseks tuleb see gaas eraldada lämmastikust ja muudest gaasidest. Sellel ideel põhineb tööstuslik hapniku tootmise meetod. Seda rakendatakse spetsiaalsete, üsna tülikate seadmete abil. Esiteks jahutatakse õhku tugevalt, kuni see muutub vedelikuks. Seejärel tõstetakse järk-järgult veeldatud õhu temperatuuri. Sellest hakkab kõigepealt eralduma gaasiline lämmastik (vedela lämmastiku keemistemperatuur on -196 ° C) ja vedelik rikastatakse hapnikuga.

Hapniku saamine laboris. Laboratoorsed meetodid hapniku tootmiseks põhinevad keemilistel reaktsioonidel.

J. Priestley sai selle gaasi ühendist nimega elavhõbe(II)oksiid. Teadlane kasutas klaasläätse, millega ta päikesevalguse ainele fokuseeris.

Kaasaegses versioonis on seda katset kujutatud joonisel 54. Kuumutamisel muutub elavhõbeda (||) oksiid (kollane pulber) elavhõbedaks ja hapnikuks. Elavhõbe vabaneb gaasilises olekus ja kondenseerub katseklaasi seintele hõbedaste tilkade kujul. Hapnik kogutakse teise katseklaasi vee kohale.

Priestley meetodit enam ei kasutata, sest elavhõbedaaur on mürgine. Hapnikku toodetakse muude, käsitletuga sarnaste reaktsioonide abil. Tavaliselt tekivad need kuumutamisel.

Reaktsioone, mille käigus ühest ainest tekib mitu teist, nimetatakse lagunemisreaktsioonideks.

Laboris hapniku saamiseks kasutatakse järgmisi hapnikku sisaldavaid ühendeid:

Kaaliumpermanganaat KMnO4 (üldnimetus kaaliumpermanganaat; aine on tavaline desinfektsioonivahend)

Kaaliumkloraat KClO3 (triviaalne nimi - Berthollet' sool, 18. sajandi lõpu - 19. sajandi alguse prantsuse keemiku C.-L. Berthollet auks)

Kaaliumkloraadile lisatakse väike kogus katalüsaatorit - mangaan(IV)oksiidi MnO2, nii et ühendi lagunemine toimub hapniku vabanemisega1.

Kalkogeeni hüdriidide H2E molekulide struktuur saab analüüsida molekulaarorbitaalmeetodi (MO) abil. Vaatleme näiteks veemolekuli molekulaarorbitaalide diagrammi (joonis 3)

Ehituse kohta (Vt lähemalt G. Gray "Electrons and Chemical Bonding", M., kirjastus "Mir", 1967, lk 155-62 ja G. L. Miessier, D. A. Tarr, "Inorganic Chemistry", Prrantice Hall Int. Inc., 1991, lk 153-57) H2O molekuli MO diagrammi, ühendame koordinaatide alguspunkti hapnikuaatomiga ja asetame vesinikuaatomid xz-tasandile (joonis 3). Hapniku 2s- ja 2p-AO-de kattumine vesiniku 1s-AO-dega on näidatud joonisel 4. MO moodustamises osalevad vesiniku ja hapniku AO-d, millel on sama sümmeetria ja sarnased energiad. Kuid AO panus MO moodustumisse on erinev, mis kajastub AO vastavate lineaarsete kombinatsioonide koefitsientide erinevates väärtustes. Vesiniku 1s-AO ja hapniku 2s- ja 2pz-AO interaktsioon (kattumine) viib 2a1-siduvate ja 4a1-vastaste sidemete moodustumiseni.

Tere. Täna räägin teile hapnikust ja selle hankimisest. Tuletan meelde, et kui teil on mulle küsimusi, võite need kirjutada artikli kommentaaridesse. Kui vajate keemias abi,. Aitan teid hea meelega.

Hapnik jaotub looduses isotoopide 16 O, 17 O, 18 O kujul, mille protsendid Maal on vastavalt 99,76%, 0,048%, 0,192%.

Vabas olekus eksisteerib hapnik kolme kujul allotroopsed modifikatsioonid : aatomi hapnik - O o, dihapnik - O 2 ja osoon - O 3. Lisaks saab aatomi hapnikku saada järgmiselt:

KClO 3 = KCl + 3O 0

KNO 3 = KNO 2 + O 0

Hapnik on osa enam kui 1400 erinevast mineraalist ja orgaanilisest ainest atmosfääris, selle sisaldus on 21 mahuprotsenti. Ja inimkeha sisaldab kuni 65% hapnikku. Hapnik on värvitu ja lõhnatu gaas, mis lahustub vees vähe (3 mahuosa hapnikku lahustub 20 o C juures 100 mahuosas vees).

Laboris saadakse hapnikku teatud ainete mõõdukal kuumutamisel:

1) Mangaaniühendite (+7) ja (+4) lagundamisel:

2KMnO 4 → K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2
permanganaat manganaat
kaalium kaalium

2MnO2 → 2MnO + O2

2) Perkloraadi lagunemisel:

2KClO 4 → KClO 2 + KCl + 3O 2
perkloraat
kaalium

3) Bertholleti soola (kaaliumkloraat) lagunemisel.
Sel juhul moodustub aatomi hapnik:

2KClO 3 → 2 KCl + 6O 0
kloraat
kaalium

4) Hüpokloorhappe soolade lagunemisel valguses- hüpokloritid:

2NaClO → 2NaCl + O 2

Ca(ClO) 2 → CaCl 2 + O 2

5) Nitraatide kuumutamisel.
Sel juhul moodustub aatomi hapnik. Sõltuvalt positsioonist nitraatmetalli aktiivsusreas moodustuvad erinevad reaktsiooniproduktid:

2NaNO 3 → 2NaNO 2 + O 2

Ca(NO 3) 2 → CaO + 2NO 2 + O 2

2AgNO3 → 2Ag + 2NO2 + O2

6) Peroksiidide lagunemise ajal:

2H 2 O 2 ↔ 2H 2 O + O 2

7) Mitteaktiivsete metallide oksiidide kuumutamisel:

2Ag 2O ↔ 4Ag + O 2

See protsess on igapäevaelus asjakohane. Fakt on see, et vasest või hõbedast valmistatud nõud, millel on looduslik oksiidkile kiht, moodustavad kuumutamisel aktiivse hapniku, mis on antibakteriaalne. Inaktiivsete metallide, eriti nitraatide, soolade lahustumine põhjustab samuti hapniku moodustumist. Näiteks võib hõbenitraadi lahustamise üldist protsessi kujutada etappidena:

AgNO 3 + H 2 O → AgOH + HNO 3

2AgOH → Ag 2 O + O 2

2Ag 2 O → 4Ag + O 2

või kokkuvõtlikult:

4AgNO3 + 2H2O → 4Ag + 4HNO3 + 7O2

8) Kõrgeima oksüdatsiooniastmega kroomisoolade kuumutamisel:

4K 2 Cr 2 O 7 → 4K 2 CrO 4 + 2Cr 2 O 3 + 3 O 2
bikromaatkromaat
kaalium kaalium

Tööstuses saadakse hapnikku:

1) Vee elektrolüütiline lagunemine:

2H2O → 2H2+O2

2) Süsinikdioksiidi ja peroksiidide koostoime:

CO 2 + K 2 O 2 → K 2 CO 3 + O 2

See meetod on asendamatu tehniline lahendus isoleeritud süsteemide hingamisprobleemile: allveelaevad, miinid, kosmoselaevad.

3) Kui osoon interakteerub redutseerivate ainetega:

O3 + 2KJ + H2O → J2 + 2KOH + O2

Eriti oluline on hapniku tootmine fotosünteesi protsessis. esinevad taimedes. Sellest protsessist sõltub põhimõtteliselt kogu elu Maal. Fotosüntees on keeruline mitmeetapiline protsess. Valgus annab sellele alguse. Fotosüntees ise koosneb kahest faasist: hele ja tume. Valgusfaasis moodustab taimelehtedes sisalduv klorofüllipigment nn valgust neelava kompleksi, mis võtab veest elektrone ja lõhustab selle seeläbi vesinikioonideks ja hapnikuks:

2H20 = 4e + 4H + O2

Kogunenud prootonid aitavad kaasa ATP sünteesile:

ADP + P = ATP

Pimedas faasis muundatakse süsihappegaas ja vesi glükoosiks. Ja hapnik vabaneb kõrvalsaadusena:

6CO2 + 6H2O = C6H12O6 + O2

blog.site, materjali täielikul või osalisel kopeerimisel on vaja linki algallikale.

Hapnik ilmus maakera atmosfääri roheliste taimede ja fotosünteetiliste bakterite tekkega. Tänu hapnikule teostavad aeroobsed organismid hingamist või oksüdatsiooni. Tööstuses on oluline hankida hapnikku – seda kasutatakse metallurgias, meditsiinis, lennunduses, rahvamajanduses ja teistes tööstusharudes.

Omadused

Hapnik on perioodilisuse tabeli kaheksas element. See on gaas, mis toetab põlemist ja oksüdeerib aineid.

Riis. 1. Hapnik perioodilisustabelis.

Ametlikult avastati hapnik 1774. aastal. Inglise keemik Joseph Priestley eraldas elemendi elavhõbeoksiidist:

2HgO → 2Hg + O 2 .

Priestley aga ei teadnud, et hapnik on osa õhust. Hapniku omadused ja olemasolu atmosfääris määras hiljem Priestley kolleeg, prantsuse keemik Antoine Lavoisier.

Hapniku üldised omadused:

• värvitu gaas;
• ei lõhna ega maitset;
• õhust raskem;
• molekul koosneb kahest hapnikuaatomist (O 2);
• vedelas olekus on see helesinine värvus;
• vees halvasti lahustuv;
• on tugev oksüdeerija.

Riis. 2. Vedel hapnik.

Hapniku olemasolu saab hõlpsasti kontrollida, kui lastakse hõõguv killu gaasi sisaldavasse anumasse. Hapniku juuresolekul lahvatab tõrvik leeki.

Kuidas sa seda saad?

On teada mitmeid meetodeid hapniku tootmiseks erinevatest ühenditest tööstus- ja laboritingimustes. Tööstuses saadakse hapnikku õhust selle veeldamisel rõhu all ja temperatuuril -183°C. Vedel õhk allutatakse aurustamisele, s.t. järk-järgult soojendada. -196°C juures hakkab lämmastik aurustuma ja hapnik jääb vedelaks.

Laboris tekib hapnik sooladest, vesinikperoksiidist ja elektrolüüsi tulemusena. Soolade lagunemine toimub kuumutamisel. Näiteks kaaliumkloraati või bertoliitsoola kuumutatakse temperatuurini 500 °C ja kaaliumpermanganaati või kaaliumpermanganaati 240 °C-ni:

• 2KClO3 → 2KCl + 3O2;
• 2KMnO 4 → K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2.

Riis. 3. Berthollet soola kuumutamine.

Hapnikku saate ka nitraadi või kaaliumnitraadi kuumutamisel:

2KNO 3 → 2KNO 2 + O 2 .

Vesinikperoksiidi lagundamisel kasutatakse katalüsaatorina mangaan(IV)oksiidi - MnO 2, süsinikku või rauapulbrit. Üldvõrrand näeb välja selline:

2H 2O 2 → 2H 2O + O 2.

Naatriumhüdroksiidi lahus läbib elektrolüüsi. Selle tulemusena moodustub vesi ja hapnik:

4NaOH → (elektrolüüs) 4Na + 2H 2O + O 2.

Hapnik eraldatakse veest ka elektrolüüsi teel, lagundades selle vesinikuks ja hapnikuks:

2H2O → 2H2+O2.

Tuumaallveelaevadel saadi hapnikku naatriumperoksiidist - 2Na 2 O 2 + 2CO 2 → 2Na 2 CO 3 + O 2. Meetod on huvitav, kuna süsinikdioksiid neeldub koos hapniku vabanemisega.

Kuidas kasutada

Kogumine ja tunnustamine on vajalik puhta hapniku vabastamiseks, mida kasutatakse tööstuses ainete oksüdeerimiseks, samuti hingamise säilitamiseks ruumis, vee all ja suitsustes ruumides (hapnik on tuletõrjujatele vajalik). Meditsiinis aitavad hapnikuballoonid hingamisraskustega patsientidel hingata. Hapnikku kasutatakse ka hingamisteede haiguste raviks.

Hapnikku kasutatakse kütuste põletamiseks – kivisüsi, nafta, maagaas. Hapnikku kasutatakse laialdaselt metallurgias ja masinaehituses, näiteks metalli sulatamiseks, lõikamiseks ja keevitamiseks.

Keskmine hinne: 4.9. Kokku saadud hinnanguid: 220.