Температура горения кислорода: Свойства кислорода — урок. Химия, 8–9 класс.

Свойства кислорода — урок. Химия, 8–9 класс.

Простое вещество кислород состоит из двухатомных молекул. Атомы в молекуле связаны ковалентной неполярной связью. Связь двойная, так как у каждого атома имеются два неспаренных электрона на внешнем энергетическом уровне. Структурная и электронная формулы кислорода:

O=O,   :O:..:O:..

Физические свойства

При комнатной температуре кислород — газ без цвета, запаха и вкуса. Он примерно в \(1,1\) раза тяжелее воздуха. 

При температуре \(–183\) °С кислород сжижается и превращается в голубую жидкость, а при \(–218\) \( \)°С становится твёрдым.

Кислород плохо растворяется в воде. При \(20\) °С в \(1\) объёме воды растворяется примерно \(3,1\) объёма кислорода. Растворимость кислорода, так же как и других газов, зависит от температуры. С повышением температуры растворимость уменьшается.

Химические свойства

Связь в молекуле кислорода прочная. При обычных условиях это малоактивный газ, который вступает в реакции только с наиболее активными веществами: щелочными и щелочноземельными металлами. При повышении температуры активность кислорода резко возрастает. Он энергично реагирует с большинством простых и многими сложными веществами, проявляя при этом окислительные свойства.

Почти все реакции с кислородом экзотермичны, поэтому нагревание требуется лишь для начала процесса. Большинство реакций с участием кислорода сопровождается выделением тепла и света. Такие реакции называют реакциями горения.

• Взаимодействие с простыми веществами-неметаллами.

При нагревании неметаллы (кроме инертных газов и галогенов) сгорают в кислороде с образованием оксидов. Если серу зажечь и опустить в сосуд с кислородом, то она сгорает ярким синим пламенем. При этом образуется сернистый газ:

Зажжённый фосфор горит в кислороде белым пламенем. Сосуд заполняется дымом, состоящим из мелких частиц оксида фосфора(\(V\)):

4P+5O2=t2P2O5+Q.

Подобным образом протекают реакции с углеродом, кремнием, водородом:

C+O2=tCO2+Q,

Si+O2=tSiO2+Q,

2h3+O2=t2h3O+Q.

Реакция азота с кислородом идёт с поглощением тепла. Для её протекания требуется высокая температура:

N2+O2⇄3000°C2NO−Q.

• Взаимодействие с простыми веществами-металлами.

 Активные металлы реагируют с кислородом при комнатной температуре:

4Li+O2=2Li2O,

2Ca+O2=2CaO+Q.

При нагревании реагируют менее активные металлы: 

2Cu+O2=t2CuO.

Многие металлы сгорают в кислороде. Так, раскалённое железо в чистом кислороде начинает ярко светиться и разбрасывать яркие искры:

3Fe+2O2=tFe3O4+Q.

В реакции с железом образуется смешанный оксид: Fe3O4 (FeO⋅Fe2O3).

Неактивные металлы (золото, платина, серебро) с кислородом не реагируют.

• Взаимодействие со сложными веществами.

В кислороде горят многие сложные органические и неорганические вещества. При этом, как правило, образуются оксиды элементов, входящих в состав этих веществ:

Ch5+2O2=tCO2+2h3O+Q,

2h3S+3O2=t2SO2+2h3O+Q,

2CO+O2=t2CO2+Q.

Урок 18. Физические и химические свойства кислорода – HIMI4KA

В уроке 18 «Физические и химические свойства кислорода» из курса «Химия для чайников» выясним, какие физические и химические свойства имеет кислород и узнаем о реакциях горения.

Как у любого химического вещества, у кислорода есть свой набор физических и химических свойств, по которым его можно отличить от других веществ.

Физические свойства

По своим физическим свойствам простое вещество кислород относится к неметаллам. При нормальных условиях он находится в газообразном агрегатном состоянии. Кислород не имеет цвета, запаха и вкуса. Масса кислорода объемом 1 дм³ при н. у. равна примерно 1,43 г.

При температуре ниже −183 °С кислород превращается в голубую жидкость, а при −219 °С эта жидкость переходит в твердое вещество. Это означает, что температура кипения кислорода равна: t _кип.= −183 °С, а температура плавления составляет: t _пл.= −219 °С. Кислород плохо растворяется в воде.

Химические свойства

Кислород является химически активным веществом. Он способен вступать в реакции с множеством других веществ, однако для протекания большинства этих реакций необходима более высокая, чем комнатная, температура. При нагревании кислород реагирует с неметаллами и металлами.

Если стеклянную колбу наполнить кислородом и внести в нее ложечку с горящей серой, то сера вспыхивает с образованием яркого пламени и быстро сгорает (рис. 80).

Химическую реакцию, протекающую в этом случае, можно описать следующим уравнением:

В результате реакции образуется вещество SO₂, которое называется сернистым газом. Сернистый газ имеет резкий запах, который вы ощущаете при зажигании обычной спички. Это говорит о том, что в состав головки спички входит сера, при горении которой и образуется сернистый газ.

Подожженный красный фосфор в колбе с кислородом вспыхивает еще ярче и быстро сгорает, образуя густой белый дым (рис. 81).

При этом протекает химическая реакция:

Белый дым состоит из маленьких твердых частиц продукта реакции — P₂O₅.

Если в колбу с кислородом внести тлеющий уголек, состоящий в основном из углерода, то он также вспыхивает и сгорает ярким пламенем (рис. 82).

Протекающую химическую реакцию можно представить следующим уравнением:

Продуктом реакции является CO₂, или углекислый газ, с которым вы уже знакомы. Доказать образование углекислого газа можно, добавив в колбу немного известковой воды. Помутнение свидетельствует о присутствии CO₂ в колбе.

Возгорание уголька можно использовать для отличия кислорода от других газов. Если в сосуд (колбу, пробирку) с газом внести тлеющий уголек и он вспыхнет, то это указывает на наличие в сосуде кислорода.

Кроме неметаллов, с кислородом реагируют и многие металлы. Внесем в колбу с кислородом раскаленную стальную проволоку, состоящую в основном из железа. Проволока начинает ярко светиться и разбрасывать в разные стороны раскаленные искры, как при горении бенгальского огня (рис. 83).

При этом протекает следующая химическая реакция:

В результате реакции образуется вещество Fe₃O₄ (железная окалина). В состав формульной единицы этого вещества входят три атома железа, причем один из них имеет валентность II, а два других атома имеют валентность III. Поэтому формулу этого вещества можно представить в виде FeO * Fe₂O₃.

На заметку: Реакцию железа с кислородом используют для резки стальных изделий. Для этого определенный участок детали сначала нагревают с помощью кислородногазовой горелки. Затем направляют на нагретое место струю чистого кислорода, для чего перекрывают кран поступления горючего газа в горелку. Нагретое до высокой температуры железо вступает в химическую реакцию с кислородом и превращается в окалину. Так можно разрезать очень толстые железные детали.

Реакции горения

Общим для рассмотренных нами реакций является то, что при их протекании выделяется много света и теплоты. Очень многие вещества именно так взаимодействуют между собой.

Рассмотренные выше реакции простых веществ серы, фосфора, углерода и железа с кислородом являются реакциями горения.

Реакциями горения называются химические реакции, протекающие с выделением большого количества теплоты и света.

Кроме простых веществ, в кислороде горят и многие сложные вещества, например метан CH₄. При горении метана образуются углекислый газ и вода:

В результате этой реакции выделяется очень много теплоты. Вот почему ко многим домам подведен природный газ, основным компонентом которого является метан. Теплота, выделяющаяся при горении метана, используется для приготовления пищи и других целей.

На заметку: Некоторые химические реакции протекают очень быстро. Такие реакции называют взрывными или просто взрывами. Например, взаимодействие кислорода с водородом может протекать в форме взрыва.

Горение может протекать не только в кислороде, но и в других газах. Об этих процессах вы узнаете при дальнейшем изучении химии.

Горение веществ на воздухе и в кислороде

Вы уже знаете, что в состав окружающего нас воздуха входит кислород. Поэтому многие вещества горят не только в чистом кислороде, но и на воздухе.

Горение на воздухе протекает чаще всего гораздо медленнее, чем в чистом кислороде. Происходит это потому, что в воздухе лишь одна пятая часть по объему приходится на кислород. Если уменьшить доступ воздуха к горящему предмету (а следовательно, уменьшить доступ кислорода), горение замедляется или прекращается. Отсюда понятно, почему для тушения загоревшегося предмета на него следует набросить, например, одеяло или плотную тряпку.

На заметку: При пожарах для тушения горящих предметов часто используют пену (рис. 84). Она обволакивает горящий предмет и прекращает доступ к нему кислорода. Горение сначала замедляется, а затем прекращается совсем.

Некоторые вещества, быстро сгорающие в кислороде, на воздухе не горят вообще. Так, если нагреть железную проволоку на воздухе даже до белого каления, она все равно не станет гореть, тогда как в чистом кислороде быстро сгорает с образованием раскаленных искр.

Краткие выводы урока:

1. При обычных условиях кислород — газ, не имеющий цвета, запаха и вкуса, плохо растворимый в воде.
2. Кислород обладает высокой химической активностью. Он вступает в химические реакции со многими простыми и сложными веществами.
3. Химические реакции, протекающие с выделением большого количества теплоты и света, называют реакциями горения.
4. В чистом кислороде вещества горят намного быстрее, чем на воздухе.

Надеюсь урок 18 «Физические и химические свойства кислорода» был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.

Кислород маслоопасен и взрывоопасен | Сварка и сварщик

Кислород не оказывает вредного влияния на окружающую среду. Он также является нетоксичным, невзрывоопасным и негорючим, но поддерживающим горение газом. На первый взгляд он кажется полностью безопасным, но необходимо помнить, что O₂ — сильный окислитель, который увеличивает способность материалов к горению и его активность возрастает с ростом давления и температуры.

В чистом кислороде горение происходит гораздо интенсивнее, чем в воздухе, и чем выше давление, тем быстрее горение. Негорючие или трудно поддающиеся возгоранию, в обычных условиях, материалы моментально загораются в атмосфере чистого O₂.

При контакте с маслами, жирами, горючими пластмассами, угольной пылью, ворсинками органических веществ и т.п. чистый кислород способен окислять их с большими скоростями, в результате чего они самовоспламеняются или взрываются. И в дальнейшем может послужить причиной пожара.

Источником воспламенения может служить теплота, выделяющаяся при быстром сжатии кислорода (поскольку реакция носит экзотермический характер и протекает с выделением большого количества теплоты), трение или удар твердых частиц о металл, а также электростатический искровой разряд в струе O₂ и другие явлениями. Имели место случаи взрыва наполненного баллона в результате резкого удара о металлические предметы при низкой температуре.

По этой причине цилиндры кислородного компрессора смазывают дистиллированной водой, в которую добавляют 10% глицерина. Кроме того, поршневые кольца компрессоров для накачивания изготавливают из графита или другого антифрикционного материала работающего без смазки и не загрязняющего кислород органическими примесями.

Горючие газы и пары образуют с кислородом смеси, обладающие весьма широкими пределами взрываемости при воспламенении. Взрывная волна распространяется в таких смесях с очень большой скоростью (3000 м/с и выше), когда взрыв сопровождается детонацией.

Различные пористые органические вещества, такие, как угольная мелочь и пыль, сажа, торф, шерсть, ткани из хлопка и шерсти и т. п. будучи пропитаны жидким кислородом, образуют так называемые оксиликвиты, при воспламенении которых вследствие детонации происходит сильный взрыв.

В кислороде могут загораться и углеродистые стали при достаточном количестве тепла в месте соприкосновения и незначительной массе металла (например, при трении тонких пластин о массивные детали машин, наличии частиц окалины, стружки или железного порошка).

Для предотвращения возможности возникновения пожара необходимо строго следить, чтобы объемная доля O₂ в рабочих помещениях не превышала 23%.

Несмотря на то, что человеку жизненно необходим кислород, но при его длительном вдыхании происходит поражение органов дыхания и легких с возможным последующим летальным исходом.

Жидкий кислород имеет низкую температуру, поэтому при попадании на кожу или в глаза он вызываем моментальное обморожение.

Опасен ли кислород в баллоне?

Если в кислороде присутствует избыток влаги, внутренняя стенка баллона начинает подвергаться коррозии. В результате образуются рыхлые массы гидратов оксида железа (Fe(OH), Fe(OH)₂, Fe(OH)₃) в которые свободно проникает кислород, что содействует распространению коррозии вглубь стенки.

Если баллоны наполнены сухим газом, то происходит очень медленное окисление железа в тонком поверхностном слое. В результате образующиеся окислы покрывают стенку сплошной пленкой препятствующей дальнейшему процессу окисления.

Практика показывает, что при отсутствии влаги в баллоне даже после 20 лет эксплуатации не наблюдается заметной коррозии металла на внутренней стенке.

В процессе газовой сварки или газовой резки в конце опорожнения баллона из-за низкого давления O₂ возможно перетекание горючего газа (ацетилена, пропана, метана) находящегося в баллоне под более высоким давлением, что приводит к образованию взрывоопасной смеси взрывающейся при обратном ударе. Поэтому при заправке баллоны очень тщательно проверяют на наличие в них посторонних газов.

Симптомы у человека при недостатке кислорода в воздухе

Нормальное содержание O₂ в воздухе находится в пределах 21%. При понижении его количества в результате сгорания или вымещения инертными газами (аргон, гелий) возникает недостаток кислорода, последствия, и симптомы которого указаны в таблице ниже.

При наличии вышеуказанных симптомов пострадавшего следует быстро вынести на свежий воздух и дать ему подышать кислородом или сделать искусственное дыхание. Необходима немедленная медицинская помощь.

Ингаляция насыщенного кислородом воздуха должна проводиться под наблюдением врача.

Правила безопасности при использовании, хранении и транспортировке кислорода

• Необходимо внимательно следить за тем, чтобы кислород не находился в контакте с горючими легковоспламеняющимися веществами.
• Следить за тем, чтобы не было утечки, поскольку даже при незначительном увеличении количества кислорода в воздухе может произойти самовозгорание горючих материалов или волос на теле, одежде и т.п.
• Все лица, в том числе и сварщики, работающие с кислородом никогда не должны надевать рабочую одежду, на которых присутствуют следы смазки или масла.
• Запрещено применение O₂ вместо воздуха для запуска дизельного двигателя.
• Запрещено его использование с целью удаления пыли с рабочей одежды. При случайном попадание избыточного объема кислорода на одежду потребуется много времени для выветривания, вплоть до нескольких часов.
• Запрещено применение для освежения воздуха.
• Вся кислородная аппаратура, кислородопроводы и баллоны необходимо тщательно обезжиривать. В процессе эксплуатации исключить возможность попадания и накопления масел и жиров на поверхности деталей, работающих в контакте с O₂.
• Оборудование, работающее в непосредственном контакте с кислородом не должно содержать пыль и металлические частицы во избежание самовозгорания.
• Перед проведением ремонтных работ или освидетельствованием трубопроводов, баллонов, стационарных и передвижных реципиентов или другого оборудования, используемого для хранения и транспортирования газа, необходимо продуть все внутренние объемы воздухом. Разрешается начинать работы только после снижения объемной доли O₂ во внутренних объемах оборудования до 23%.
• Запрещается баллоны, автореципиенты и трубопроводы, предназначенные для транспортирования кислорода, использовать для хранения и транспортирования других газов, а также производить какие-либо операции, которые могут загрязнить их внутреннюю поверхность.
• При погрузке, разгрузке, транспортировании и хранении баллонов должны применяться меры, предотвращающие их падение, удары друг о друга, повреждение и загрязнение баллонов маслом. Баллоны должны быть защищены от атмосферных осадков и нагрева солнечными лучами и другими источниками теплоты.
• На всех кислородных вентилях должна находится табличка «кислород маслоопасно».

Все вышеуказанные свойства и особенности кислорода нужно принимать во внимание при его использовании, хранении и транспортировке.

FAS — Глава 8. Характеристики горения газов

Глава 8. Характеристики горения газов

8.1. РЕАКЦИИ ГОРЕНИЯ

Г о р е н и е — быстропротекающая химическая реакция соединения горючих компонентов с кислородом, сопровождающаяся интенсивным выделением теплоты и резким повышением температуры продуктов сгорания. Реакции горения описываются т.н. стехиометрическими уравнениями, характеризующими качественно и количественно вступающие в реакцию и образующиеся в результате ее вещества (Стехиометрический состав горючей смеси (от греч. stoicheion — основа, элемент и греч. metreo — измеряю) — состав смеси, в которой окислителя ровно столько, сколько необходимо для полного окисления
топлива). Общее уравнение реакции горения любого углеводорода

C_mH_n + (m + n/4) O₂ = mCO₂ + (n/2) Н₂O + Q(8.1)

где m, n — число атомов углерода и водорода в молекуле; Q — тепловой эффект реакции, или теплота сгорания.

Реакции горения некоторых газов приведены в табл. 8.1. Эти уравнения являются балансовыми, и по ним нельзя судить ни о скорости реакций, ни о механизме химических превращений.

Таблица 8.1. Реакции горения и теплота сгорания сухих газов (при 0°С и 101,3 кПа)

Т е п л о в о й э ф ф е к т (теплота сгорания) Q — количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1 кмоля, 1 кг или 1 м³ газа при нормальных физических условиях. Различают высшую Q_в и низшую Q_н теплоту сгорания: высшая теплота сгорания включает в себя теплоту конденсации водяных паров в процессе горения (в реальности при сжигании газа водяные пары не конденсируются, а удаляются вместе с другими продуктами сгорания). Обычно технические расчеты обычно ведут по низшей теплоте сгорания, без учета теплоты конденсации водяных паров (≈2400 кДж/кг).

КПД, рассчитанный по низшей теплоте сгорания, формально выше, но теплота конденсации водяных паров достаточно велика, и ее использование более чем целесообразно. Подтверждение этому — активное применение в отопительной технике контактных теплообменников, весьма разнообразных по конструкции.

Для смеси горючих газов высшая (и низшая) теплота сгорания газов определяется по соотношению

Q = r₁Q₁ + r₂Q₂ + … + r_nQ_n(8.2)

где r₁, r₂, …, r_n — объемные (молярные, массовые) доли компонентов, входящих в смесь; Q₁, Q₂, …, Q_n — теплота сгорания компонентов.

Воспользовавшись табл. 8.1, высшую и низшую теплоту сгорания, кДж/м³, сложного газа можно определять по следующим формулам:

Q_в = 127,5 Н₂ + 126,4 СО + 398 СН₄ + 703 С₂Н₆ + 1012 С₈Н₈ + 1338 C₄H₁₀ + 1329 C₄H₁₀ +

+ 1693 С₅Н₁₂ + 630 С₂Н₄ + 919 С₃Н₆ +1214 C₄H₈(8.3)

Q_н = 107,9 H₂ + 126,4 CO + 358,8 CH₄ + 643 C₂H₆ + 931,8 C₈H₈ + 1235 C₄H₁₀ + 1227 C₄H₁₀ +

+ 1566 C₅H₁₂ + 595 C₂H₄ + 884 C₈H₆ + 1138 C₄H₈(8.4)

где H₂, CO, CH₄ и т.д. — содержание отдельных составляющих в газовом топливе, об. %.

Процесс горения протекает гораздо сложнее, чем по формуле (8.1), так как наряду с разветвлением цепей происходит их обрыв за счет образования промежуточных стабильных соединений, которые при высокой температуре претерпевают дальнейшие преобразования. При достаточной концентрации кислорода образуются конечные продукты: водяной пар Н₂О и двуокись углерода СО₂. При недостатке окислителя, а также при охлаждении зоны реакции, промежуточные соединения могут стабилизироваться и попадать в окружающую среду.

Интенсивность тепловыделения и рост температуры приводят к увеличению в реагирующей системе активных частиц. Такая взаимосвязь цепного реагирования и температуры, свойственная практически всем процессам горения, привела к введению понятия цепочечно-теплового взрыва — сами химические реакции горения имеют цепной характер, а их ускорение происходит за счет выделения теплоты и роста температуры в реагирующей системе.

Скорость химической реакции в однородной смеси пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ:

w = kС₁С₂(8.5)

где С₁ и С₂ — концентрации реагирующих компонентов, кмоль/м³; k — константа скорости реакции, зависящая от природы реагирующих веществ

Кислород – характеристика элемента, распространённость в природе, физические и химические свойства, получение » HimEge.ru

Кислород О имеет атомный номер 8, расположен в главной подгруппе (подгруппе а) VI группе, во втором периоде. В атомах кислорода валентные электроны размещаются на 2-м энергетическом уровне, имеющем только s— и p-орбитали. Это исключает возможность перехода атомов О в возбуждённое состояние, поэтому кислород во всех соединениях проявляет постоянную валентность, равную II. Имея высокую электроотрицательность, атомы кислорода всегда в соединениях заряжены отрицательно (с.о. = -2 или -1). Исключение – фториды OF₂ и O₂F₂.

Для кислорода известны степени окисления -2, -1, +1, +2

Общая характеристика элемента

Кислород – самый распространенный элемент на Земле, на его долю приходится чуть меньше половины, 49 % от общей массы земной коры. Природный кислород состоит из 3 стабильных изотопов ¹⁶О, ¹⁷О и ¹⁸О (преобладает ¹⁶О). Кислород входит в состав атмосферы (20,9 % по объему, 23,2 по массе), в состав воды и более 1400 минералов: кремнезема, силикатов и алюмосиликатов, мраморов, базальтов, гематита и других минералов и горных пород. Кислород составляет 50-85% массы тканей растений и животных, т.к содержится в белках, жирах и углеводах, из которых состоят живые организмы. Общеизвестна роль кислорода для дыхания, для процессов окисления.

Кислород сравнительно мало растворим в воде – 5 объемов в 100 объемах воды. Однако, если бы весь растворенный в воде кислород перешел в атмосферу, то он занял бы огромный объем – 10 млн км³ ( н.у). Это равно примерно 1% всего кислорода в атмосфере. Образование на земле кислородной атмосферы обусловлено процессами фотосинтеза.

Открыт шведом К. Шееле ( 1771 – 1772 г.г) и англичанином Дж. Пристли ( 1774г.). Первый использовал нагревание селитры, второй – оксида ртути (+2). Название дал А.Лавуазье («оксигениум» — «рождающий кислоты»).

В свободном виде существует в двух аллотропных модификациях – «обыкновенного» кислорода О₂ и озона О₃.

Строение молекулы озона

3О₂ = 2О₃ – 285 кДж
Озон в стратосфере образует тонкий слой, который поглощает большую часть биологически вредного ультрафиолетового излучения.
При хранении озон самопроизвольно превращается в кислород. Химически кислород О₂ менее активен, чем озон. Электроотрицательность кислорода 3,5.

Физические свойства кислорода

O₂ – газ без цвета, запаха и вкуса, т.пл. –218,7 °С, т.кип. –182,96 °С, парамагнитен.

Жидкий O₂ голубого, твердый – синего цвета. O₂ растворим в воде (лучше, чем азот и водород).

Получение кислорода

1.      Промышленный способ — перегонка жидкого воздуха и электролиз воды:

2Н₂О → 2Н₂ + О₂

2.  В лаборатории кислород получают:
1.Электролизом щелочных водных растворов или водных растворов кислородосодержащих солей (Na₂SO₄ и др.)

2. Термическим разложением перманганата калия KMnO₄:
2KMnO₄ = K₂MnO4 + MnO₂ + O₂↑,

Бертолетовой соли  KClO₃:
2KClO₃ = 2KCl + 3O₂↑      (катализатор MnO₂)

Оксида марганца (+4) MnO₂:
4MnO₂ = 2Mn₂O₃ + O₂↑      (700 ^oC),

3MnO₂ = 2Mn₃O₄ + O₂↑      (1000 ^oC),

Пероксид бария BaO₂ :
2BaO₂ = 2BaO + O₂↑

3. Разложением пероксида водорода:
2H₂O₂ = H₂O + O₂↑           (катализатор MnO₂)

4. Разложение нитратов:
2KNO₃ → 2KNO₂ + O₂

На космических кораблях и подводных лодках кислород получают из смеси K₂O₂ и K₂O₄:
2K₂O₄ + 2H₂O = 4KOH +3O₂↑
4KOH + 2CO₂ = 2K₂CO₃ + 2H₂O

Суммарно:
2K₂O₄ + 2CO₂ = 2K₂CO₃ + 3О₂ ↑

Когда используют K₂O₂, то суммарная реакция выглядит так:
2K₂O₂ + 2CO₂ = 2K₂CO₃ + O₂ ↑

Если смешать K₂O₂ и K₂O₄ в равномолярных (т.е. эквимолярных) количествах, то на 1 моль поглощенного  СО₂  выделится один моль О_2.

Химические свойства кислорода

Кислород поддерживает горение.  Горение — быстрый процесс окисления вещества, сопровождающийся выделением большого количества теплоты и света. Чтобы доказать, что в склянке находится кислород, а не какой-то другой газ, надо в склянку опустить тлеющую лучинку. В кислороде тлеющая лучинка ярко вспыхивает. Горение различных веществ на воздухе – это окислительно-восстановительный процесс, в котором окислителем является кислород. Окислители – это вещества, «отбирающие» электроны у веществ-восстановителей. Хорошие окислительные свойства кислорода можно легко объяснить строением его внешней электронной оболочки.

Валентная оболочка кислорода расположена на 2-м уровне – относительно близко к ядру. Поэтому ядро сильно притягивает к себе электроны. На валентной оболочке кислорода 2s² 2p⁴  находится 6 электронов. Следовательно, до октета недостает двух электронов, которые кислород стремится принять с электронных оболочек других элементов, вступая с ними в реакции в качестве окислителя.

Кислород имеет вторую (после фтора) электроотрицательность в шкале Полинга. Поэтому в подавляющем большинстве своих соединений с другими элементами кислород имеет отрицательную степень окисления. Более сильным окислителем, чем кислород, является только его сосед по периоду – фтор. Поэтому соединения кислорода с фтором – единственные, где кислород имеет положительную степень окисления.

Итак, кислород – второй по силе окислитель среди всех элементов Периодической системы. С этим связано большинство его важнейших химических свойств.
С кислородом реагируют все элементы, кроме Au, Pt, He, Ne и Ar, во всех реакциях (кроме взаимодействия со фтором) кислород — окислитель.

Кислород легко реагирует с щелочными и щелочноземельными металлами:

4Li + O₂ → 2Li₂O,

2K + O₂ → K₂O₂,

2Ca + O₂ → 2CaO,

2Na + O₂ → Na₂O₂,

2K + 2O₂ → K₂O₄

Мелкий порошок железа ( так называемого пирофорного железа) самовоспламеняется на воздухе, образуя Fe₂O₃, а стальная проволока горит в кислороде, если ее заранее раскалить:

3 Fe + 2O₂ → Fe₃O₄

2Mg + O₂ → 2MgO

2Cu + O₂  → 2CuO

С неметаллами (серой, графитом, водородом, фосфором и др.) кислород реагирует при нагревании:

S + O₂ → SO₂,

C + O₂ → CO₂,

2H₂ + O₂ → H₂O,

4P + 5O₂ → 2P₂O₅,

Si + O₂ → SiO₂, и т.д

Почти все реакции с участием кислорода O₂ экзотермичны, за редким исключением, например:

N₂ + O₂ → 2NO – Q

Эта реакция протекает при температуре выше 1200 ^oC или в электрическом разряде.

Кислород способен окислить сложные вещества, например:

2H₂S + 3O₂ → 2SO₂ + 2H₂O   (избыток кислорода),

2H₂S + O₂ → 2S + 2H₂O   (недостаток кислорода),

4NH₃ + 3O₂ → 2N₂ + 6H₂O   (без катализатора),

4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O   (в присутствии катализатора Pt ),

CH_{4 (метан)} + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O,

4FeS_{2 (пирит)} + 11O₂ → 2Fe₂O₃ + 8SO₂.

Известны соединения, содержащие катион диоксигенила O₂⁺, например, O₂⁺ [PtF₆]^— (успешный синтез этого соединения  побудил Н. Бартлетта попытаться получить соединения инертных газов).

Озон химически более активен, чем кислород O₂. Так, озон окисляет иодид — ионы I^—  в растворе  Kl:

O₃ + 2Kl + H₂O = I₂ + O₂ + 2KOH

Озон сильно ядовит, его ядовитые свойства сильнее, чем, например, у сероводорода. Однако в природе озон, содержащийся в высоких слоях атмосферы, выполняет роль защитника всего живого на Земле от губительного ультрафиолетового излучения солнца. Тонкий озоновый слой поглощает это излучение, и оно не достигает поверхности Земли. Наблюдаются значительные колебания в толщине и протяженности этого слоя с течением времени (так называемые озоновые дыры) причины таких колебаний пока не выяснены.

Применение кислорода O₂: для интенсификации процессов получения чугуна и стали, при выплавке цветных металлов, как окислитель в различных химических производствах, для жизнеобеспечения на подводных кораблях, как окислитель ракетного топлива (жидкий кислород), в медицине, при сварке и резке металлов.

Применение озона О₃: для обеззараживания питьевой воды, сточных вод, воздуха, для отбеливания тканей.

Биологическая роль р-элементов VIA группы. Применение их соединений в медицине

Кислород, подготовка к ЕГЭ по химии

Кислород (лат. Oxygenium) — элемент VIa группы 2 периода периодической таблицы Д.И. Менделеева. Первым открывает
группу халькогенов — элементов VIa группы.

Газ без цвета, без запаха, составляет 21% воздуха.

Общая характеристика элементов VIa группы

Общее название элементов VIa группы O, S, Se, Te, Po — халькогены. Халькогены (греч. χαλκος — руда + γενος —
рождающий) — входят в состав многих минералов. Например, кислород составляет 50% массы земной коры.

От O к Po (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение: атомного радиуса, металлических, основных, восстановительных свойств.
Уменьшается электроотрицательность, энергия ионизация, сродство к электрону.

Среди элементов VIa группы O, S, Se — неметаллы. Te, Po — металлы.

Электронные конфигурации у данных элементов схожи, так как они находятся в одной группе (главной подгруппе!), общая формула ns²np⁴:

• O — 2s²2p⁴
• S — 3s²3p⁴
• Se — 4s²4p⁴
• Te — 5s²5p⁴
• Po — 6s²6p⁴

Основное состояние атома кислорода

У атома кислорода (как и атомы азота, фтора, неона) нет возбужденного состояния, так как отсутствует свободная орбиталь с более
высоким энергетическим уровнем, куда могли бы перемещаться валентные электроны.

Атом кислорода имеется два неспаренных электрона, максимальная валентность II.

Природные соединения

• Воздух — в составе воздуха кислород занимает 21% (это число пригодится в задачах!)
• В форме различных минералов в земной коре кислорода содержится около 50%
• В живых организмов кислород входит в состав органических веществ: белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот

Получение

В промышленности кислород получают из сжиженного воздуха. Также активно применяются кислородные установки, мембрана которых
устроена как фильтр, отсеивающие кислород (мембранная технология).

В лаборатории кислород получают разложением перманганата калия (марганцовки) или бертолетовой соли при нагревании. Применяется реакция
каталитического разложения пероксида водорода.

KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂↑

KClO₃ → KCl + O₂↑

H₂O₂ → (кат. — MnO₂) H₂O + O₂

На подводных лодках для получения кислорода применяют следующую реакцию:

Na₂O₂ + CO₂ → Na₂CO₃ + O₂↑

Химические свойства

Является самым активным неметаллом после фтора, образует бинарные соединения со всеми элементами кроме гелия, неона, аргона. Чаще всего реакции
с кислородом экзотермичны (горение), ускоряются при повышении температуры.

• Реакции с неметаллами


Во всех реакциях, кроме взаимодействия со фтором, кислород проявляет себя в качестве окислителя.


NO + O₂ → (t) NO₂


S + O₂ → (t) SO₂


2C + O₂ = (t) 2CO (неполное окисление — угарный газ, соотношение 2:1)


C + O₂ = (t) CO₂ (полное окисление — углекислый газ, соотношение 1:1)


F + O₂ → OF₂ (фторид кислорода, O⁺²)



• Реакции с металлами


В реакциях кислорода с металлами образуются оксиды, пероксиды и супероксиды. Реакции с активными металлами идут без нагревания.


Li + O₂ → Li₂O (оксид)


Na + O₂ → Na₂O₂ (пероксид)


K + O₂ → KO₂ (супероксид)

• Горение воды


Известна реакция горения воды во фторе.


F₂ + H₂O → HF + O₂



• Окисление органических веществ


Все органические вещества сгорают с образованием углекислого газа и воды.


C₃H₇ + O₂ = CO₂ + H₂O



• Контролируемое окисление


При применении катализаторов и особых реагентов в органической химии достигают контролируемого окисления: алканы окисляются
до спиртов, спирты — до альдегидов, альдегиды — до кислот.


Процесс можно остановить на любой стадии в зависимости от желаемого результата.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2020

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение
(в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов
без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования,
обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Ацетилен: формула, получение, горение и применение

Ацетилен

химическое соединение углерода и водорода. Ацетилен легче воздуха, 1 м³ при 20°С и 760 мм рт. ст. имеет массу 1,091 кг/м³. Плотность по отношению к воздуху 0,9. Критическая температура 35,9°С и критическое давление 61,6 кгс/см². При сгорании с кислородом он дает пламя с наиболее высокой температурой, которая достигает 3200°С, что объясняется его эндотермичностью (другие углеводороды экзотермичны, т. е. при распаде поглощают тепло). Химическая формула — C₂H₂, структурная формула Н-С=С-Н.

При нормальном давлении и температуре от -82,4°С (190,6 К) до -84,0°С (189 К) переходит в жидкое состояние, а при температуре -85°С (188 К) затвердевает, образуя кристаллы плотностью 0,76 кг/м³. Жидкий и твердый ацетилен легко взрывается от трения, механического или гидравлического удара и действия детонатора. Технический ацетилен при нормальных давлении и температуре представляет собой бесцветный газ с резким специфическим чесночным запахом из-за содержащихся в нем примесей в виде сернистого водорода, аммиака, фосфористого водорода и др.

История получения ацетилена

В 1836 г. в Бристоле на заседании Британской ассоциации Эдмунд Дэви (Edmund Davy), профессор химии Дублинского Королевского общества и двоюродный брат Гемфри Дэви (Humphry Davy), сообщил:

… При попытке получить калий, сильно нагревая смесь прокаленного винного камня с древесным углем в большом железном сосуде, я получил черное вещество, которое легко разлагалось водой и образовывало газ, оказавшийся новым соединением углерода и водорода. Этот газ горит на воздухе ярким пламенем, более густым и светящимся даже сильнее, чем пламя маслородного газа (этилена). Если подача воздуха ограничена, горение сопровождается обильным отложением сажи. В контакте с хлором газ мгновенно взрывается, причем взрыв сопровождается большим красным пламенем и значительными отложениями сажи… Дистиллированная вода поглощает около одного объема нового газа, однако при нагревании раствора газ выделяется, по-видимому, не изменяясь… Для полного сгорания нового газа необходимо 2,5 объема кислорода. При этом образуются два объема углекислого газа и вода, которые являются единственными продуктами горения… Газ содержит столько же углерода, что и маслородный газ, но вдвое меньше водорода… Он удивительно подойдет для целей искусственного освещения, если только его удастся дешево получать.

Дэви получил карбид калия К₂С₂ и обработал его водой.

В статье о получении карбида кальция мы писали о том, что его «двууглеродистый водород» впервые был назван ацетиленом французским химиком Пьером Эженом Марселеном Бертло (Marcellin Berthelot) в 1860 г. Только через 60 лет после открытия Дэви предсказанное им использование ацетилена для освещения явилось первым толчком для его промышленного получения.

Получение ацетилена

Получение ацетилена производится двумя основными способами:

А вот какой способ сейчас более распространён можно узнать из статьи о получении ацетилена.  

Применение ацетилена

Применение ацетилена при газовой сварке обусловлено тем, что у него самая большая температуры горения. Но он также нашел свое применение в химической отрасли для получения пластмасс, синтетического каучука, уксусной кислоты и растворителей. Более подробный ответ по данному вопросу можно найти в статье о применении ацетилена.

Горение ацетилена

Горение ацетилена происходит по реакции: С₂Н₂ + 2,5O₂=2СO₂ + Н₂O + Q₁

Для полного сгорания 1 м³ ацетилена по вышеуказанной реакции теоретически требуется 2,5 м³ кислорода или = 11,905 м³ воздуха. При этом выделяется тепло Q₁ ≈ 312 ккал/моль. Высшая теплотворная способность 1 м³ С₂Н₂ при 0°C и 760 мм рт. ст., определенная в газовом калориметре, составляет Q_В = 14000 ккал/м³ (58660 кДж/м³), что соответствует расчетной:

312×1,1709×1000/26,036 = 14000 ккал/м³

Низшая теплотворная способность при тех же условиях может быть принята Q_H = 13500 ккал/м³ (55890 кДж/м³).

Практически для горения в горелках при восстановительном пламени в горелку подается не 2,5 м³ кислорода на 1 м³ ацетилена, а всего лишь от 1 до 1,2 м³, что примерно соответствует неполному сгоранию по реакции:

С₂H₂ + О₂ = 2СО + H₂ + Q₂

где Q2 ≈ 60 ккал/моль или 2300 ккал/кгС₂H₂. Остальные 1,5-1,3 м³ кислорода поступают в пламя из окружающего воздуха, в результате чего в наружной оболочке пламени протекает реакция:

2СО + H₂ + 1,5О₂ = 2СO₂ + H₂O + Q₃

Реакция неполного горения ацетилена протекает на внешней оболочке светящегося внутреннего конуса пламени, причем под влиянием высокой температуры на внутренней поверхности конуса происходит распад С₂Н₂ на его составляющие по реакции:

С₂H₂ = 2С + H₂ + Q₄

где Q₄≈54 ккал/моль или 2070 ккал/кг С₂H₂.

Таким образом, общая полезная теплопроизводительность пламени применительно к сварочным процессам представляет собой сумму тепла, выделяемого при распаде С₂Н₂, и тепла, выделяемого при неполном сгорании, что составляет Q4 + Q2 = 2070 + 2300 = 4370 ккал/кг или 4370×1,1709 ≈ 5120 ккал/м³.

При содержании С₂Н₂ в смеси около 45% (т. е. при отношении кислорода к ацетилену, примерно равном 1,25) достигается максимальная температура горения ацетилена, которая составляет 3200°С.

Следовательно, температура пламени изменяется в зависимости от состава смеси.

При содержании 27% С₂Н₂ достигается максимальная скорость воспламенения ацетилено-кислородной смеси, которая равна 13,5 м/сек.

Следовательно, в зависимости от состава смеси также изменяется и скорость воспламенения.

Данные зависимостей скорости воспламенения и температуры пламени и от содержания в ней ацетилена представлены ниже в таблице.

Необходимо понимать, что полное сгорание ацетилено-воздушной смеси достигается при наличии в ней не более 1×100/(1+11,905)=7,75% ацетилена (так называемая стехиометрическая смесь). При этом продуктами реакции являются только углекислый газ (СО₂) и вода (H₂О). При содержании ацетилена более 17,37% в виде сажи выделяется свободный углерод.

С увеличение процентного содержание ацетила выделение сажи также возрастает (коптящее пламя), а при 81% С₂Н₂ — процесс горения прекращается или не возникает.

Хранение и транспортировка ацетилена

Ацетилен выпускают по ГОСТ 5457 растворенным и газообразным. Хранят и транспортируют его в растворенном состоянии в специальных стальных баллонах по ГОСТ 949, заполненных пористой, пропитанной ацетоном массой. Ацетилен, растворенный в ацетоне не склонен к взрывчатому распаду.

Баллоны окрашены в серый цвет и надписью красными буквами «АЦЕТИЛЕН» на верхней цилиндрической части.

Максимальное давление ацетилена при заполнении баллона составляет 2,5 МПа (25 кгс/см²), при отстое и охлаждении баллона до 20°С оно снижается до 1,9 МПа (19 кгс/см²). При этом давлении в 40-литровый баллон вмещается 5-5,8 кг С₂Н₂ по массе (4,6-5,3 м³ газа при 20°С и 760 мм рт. ст.).

Давление ацетилена в полностью наполненном баллоне изменяется при изменении температуры следующим образом:

Физические свойства ацетилена

Физические свойства ацетилена представлены в таблицах ниже.

Коэффициенты перевода объема и массы С₂Н₂ при Т=15°С и Р=0,1 МПа

Коэффициенты перевода объема и массы С₂Н₂ при Т=0°С и Р=0,1 МПа

Ацетилен в баллоне

Благодаря информации в таблице можно дать ответы на часто задаваемые вопросы:

• Сколько ацетилена в одном баллоне?
  Ответ: в 40 л баллоне 5 кг или 4,545 м³ ацетилена
• Сколько весит баллон ацетилена?
  Ответ:
  58,5 кг — масса пустого баллона из углеродистой стали согласно ГОСТ 949;
  18-20 кг — масса пористого материала, пропитанного ацетоном;
  5,0 — кг масса С₂Н₂ в баллоне;
  Итого: 58,5 + 20,0 + 5,0= 83,5 кг вес баллона с ацетиленом.
• Сколько м³ ацетилена в баллоне
  Ответ: 4,545 м³

% PDF-1.5
%
265 0 obj>
endobj

xref
265 80
0000000016 00000 н.
0000002306 00000 н.
0000002531 00000 н.
0000001896 00000 н.
0000002582 00000 н.
0000002707 00000 н.
0000003243 00000 н.
0000003311 00000 н.
0000003380 00000 н.
0000003448 00000 н.
0000003964 00000 н.
0000003990 00000 н.
0000004037 00000 н.
0000004185 00000 п.
0000004320 00000 н.
0000004467 00000 н.
0000004514 00000 н.
0000012345 00000 п.
0000021323 00000 п.
0000030173 00000 п.
0000039100 00000 н.
0000048811 00000 п.
0000048952 00000 п.
0000049537 00000 п.
0000049563 00000 п.
0000059885 00000 п.
0000060015 00000 п.
0000060161 00000 п.
0000060306 00000 п.
0000060332 00000 п.
0000060904 00000 п.
0000061354 00000 п.
0000061380 00000 п.
0000068802 00000 п.
0000073595 00000 п.
0000073784 00000 п.
0000073964 00000 п.
0000074354 00000 п.
0000074564 00000 п.
0000078332 00000 п.
0000078401 00000 п.
0000078741 00000 п.
0000078950 00000 п.
0000099465 00000 н.
0000099534 00000 п.
0000099697 00000 п.
0000099745 00000 п.
0000099784 00000 п.
0000100274 00000 н.
0000100477 00000 н.
0000132773 00000 н.
0000132842 00000 н.
0000133061 00000 н.
0000133490 00000 н.
0000133697 00000 н.
0000138081 00000 н.
0000138150 00000 н.
0000139226 00000 н.
0000139312 00000 н.
0000139501 00000 н.
0000139681 00000 п.
0000139829 00000 н.
0000139877 00000 н.
0000139916 00000 н.
0000140002 00000 н.
0000141078 00000 н.
0000141147 00000 н.
0000142902 00000 н.
0000143099 00000 н.
0000143350 00000 н.
0000143376 00000 н.
0000143759 00000 н.
0000143847 00000 н.
0000143916 00000 н.
0000149112 00000 н.
0000149305 00000 н.
0000149470 00000 н.
0000149496 00000 п.
0000149802 00000 н.
0000161756 00000 н.
трейлер
] >>
startxref
0
%% EOF

268 0 obj> поток
xb«c`a`c`8Ab,; ^ 0Y \ ^! qsAfZek] zBN ^ 1N9ut
`aiiiH

.

Адиабатические температуры пламени

Процесс горения без потери или увеличения тепла называется адиабатическим.

Температура адиабатического пламени для водорода, метана, пропана и октана — и других — с кислородом или воздухом в качестве окислителей в адиабатической реакции при постоянном давлении:

30 2250

9 2250

3904

3730

90 030 2250

*) Благодаря Maxwell Pisciotta за расчет адиабатических температур пламени с кислородом в качестве окислителя

¹⁾ Парафины или алканы
²⁾ Олефины или алкены
³⁾ Ароматические углеводороды
9001 3 ⁴⁾ Другие углеводороды

• Реагенты вступают в процесс горения при 25 ^o C (77 ^o F) и 1 атм. Давление
• продуктов выходят из процесса при 1 атм давлении
• горение является стехиометрическим без лишнего воздуха

Избыточный воздух снижает температуру адиабатического пламени и часто вводится, чтобы избежать превышения температур пламени пределов, установленных материалами в системе сгорания.

Метан составляет основную часть природного газа.

.Аппарат испытания горения индекса кислорода

ИСО 4589-3 для пластмасс

ISO 4589-3 Аппарат для определения кислородного индекса горения для пластмасс

Описание продукта

ISO 4589-3 Аппарат для определения кислородного индекса горения для пластмасс разработан в соответствии с ISO4589.1-2006, он применяется к анализ минимальной концентрации кислорода, необходимой для поддержания горения образца

, когда образец находится в условиях испытаний, указанных для смешанного газа кислорода и азота;

ISO 4589-3 Аппарат испытания горения индекса кислорода для пластмасс установлен с датчиком кислорода импорта Англии, автоматическим контролем потока кислорода и азота с измерителем контроля массового расхода.Работать с ним очень легко и быстро. Используется для оценки однородности твердых материалов, ламинатов, пены, пленки и тонкой пленки в заданных условиях воспламеняемости.

TOI (Температура кислородной индексной камеры)

Измеряет температурный индекс образца путем смешивания нагретых газов при температуре

до 400ºC в атмосфере концентрации кислорода. Согласно ISO 4589-3, высокая температура

является лучшим фактором для оценки горючести материалов лучше, чем кислородный индекс.

Приложение

* Строительные материалы

* Провода и кабели

* Мягкая мебель

* Прочие

Стандарты

• ASTM D 2863: Стандартный метод испытаний для измерения минимальной концентрации кислорода в свече Подобно горению пластмасс (кислородный индекс)
• ISO 4589-2: Пластмассы. Определение горения по кислородному индексу. Часть 2. Испытание при температуре окружающей среды.
• ISO 4589-3: Пластмассы. Определение горения по кислородному индексу. 3: Испытание при повышенной температуре
• NES 714
• NES 715

Характеристики

1.Парамагнитная ячейка для точного измерения концентрации кислорода.

2. Автоматический и ручной режим (выбор управления и анализа персональным компьютером или пользователем).

3. Автоматический регулятор массового расхода.

4. Окно точного отображения в программном обеспечении для облегчения считывания концентраций кислорода.

5. Держатель образца, облегчающий отделение и прикрепление исследуемого образца.

6. Опора для твердых или гладких образцов.

7. Кратчайший путь подачи газа для быстрого отображения результатов теста.

8. Система сбора данных, предназначенная для отображения всех результатов испытаний в точном соответствии с каждым стандартом

(она может сделать более точные измерения и более точные и точные результаты испытаний

, а также повысить воспроизводимость результатов).

9. Педальный переключатель для простого управления системой сбора данных.

10. Простой и компактный дизайн.

11. Портативное устройство розжига с точным игольчатым клапаном легко контролирует высоту пламени розжига

.

12.Диапазон измерения концентрации кислорода: от 0 до 100%.

.