Получение кислорода

Р Е Ф Е Р А Т

ПО  ХИМИИ 

     на  тему:

     «Получение  кислорода» 
 
 
 
 

2011 год 
 

Получение кислорода.

    Большое количество кислорода используется в промышленности, в медицине, в  других областях человеческой деятельности. Промышленные количества кислорода  получают из жидкого воздуха. Сначала  воздух сжимают мощными компрессорами  – при этом он, как любой сжимаемый  газ, сильно нагревается. Если вам приходилось  энергично накачивать велосипедную камеру, то вы должны помнить, что корпус насоса и шланг нагреваются довольно заметно.

    Сжатый  воздух в больших баллонах-емкостях охлаждается. Затем его подвергают быстрому расширению через узкие  каналы, снабженные турбинками для дополнительного отбора энергии у молекул газа. Эти устройства называются турбодетандерами. При расширении любого газа всегда происходит его охлаждение. Если газ был сжат очень сильно, то его расширение может привести к такому сильному охлаждению, что часть воздуха сжижается. Жидкий воздух собирают в специальные сосуды, называемые сосудами Дьюара (рис. 1).

     Рис. 1. Сосуд Дьюара для хранения и транспортировки сжиженных газов и его устройство. Из пространства между внутренней и внешней стенками сосуда откачан воздух. Вакуум практически не проводит тепло, поэтому жидкий газ, даже имея очень низкую температуру, может сохраняться в таком сосуде длительное время.

    Как вы уже знаете, жидкий кислород кипит  при более "высокой" температуре (-183 оС), чем жидкий азот (-196 оС). Поэтому при "нагревании" жидкого воздуха, когда температура этой очень холодной жидкости медленно повышается от -200 оС до -180 оС, прежде всего при -196 оС перегоняется азот (который опять сжижают) и только следом перегоняется кислород. Если такую перегонку жидких азота и кислорода произвести неоднократно, то можно получить весьма чистый кислород. Обычно его хранят в сжатом виде в стальных баллонах, окрашенных в голубой цвет. Характерная голубая окраска баллонов нужна для того, чтобы нельзя было спутать кислород с каким-нибудь другим сжатым газом.

    Аппаратура  для промышленного получения  кислорода, как мы видим, очень сложна и энергоемка. В лаборатории кислород удобнее получать из его соединений с другими элементами.

    Чаще  всего кислород получают нагреванием  таких веществ (в состав которых  кислород входит в связанном виде), как перманганат калия (марганцовка), хлорат калия (бертолетова соль), нитрат калия (селитра):

Удобно получать кислород в лаборатории из пероксида водорода:

    Пероксид водорода обычно используется в виде 3%-ного водного раствора. Многие из вас знакомы с ним, потому что такой раствор применяется как дезинфицирующее средство при обработке царапин и мелких ран. Он мало устойчив и уже при стоянии медленно разлагается на кислород и воду. Попав на царапину или ранку, пероксид начинает выделять кислород гораздо интенсивнее (сильно пузырится, шипит). Дело здесь в том, что кровь содержит особые вещества (катализаторы), которые ускоряют реакцию разложения пероксида водорода. Катализаторы – это вещества, способные ускорять химические превращения, сами оставаясь при этом неизменными (более подробно о них рассказывается в следующей книге).

    Катализаторами  разложения Н2О2 могут служить многие вещества, в том числе и неорганические: диоксид марганца (MnO2), древесный  уголь (углерод), железный порошок. Существуют и "антикатализаторы" – то есть вещества, замедляющие химическое превращение. Такие замедлители химических реакций  называются ингибиторами. Например, фосфорная  кислота Н3РО4 по каким-то причинам препятствует разложению пероксида водорода.

    Интересен способ получения кислорода из пероксидов металлов, который раньше применяли на подводных лодках, потому что одновременно с выделением кислорода происходит поглощение углекислого газа:

    На  современных атомных подводных  лодках, где имеется мощный и почти  неисчерпаемый источник электрической  энергии, есть возможность получать кислород разложением воды под действием  электрического тока (электролизом воды):