Области применения кислорода на каких свойствах кислорода они основаны
Кислород
Кислород — самый распространенный элемент земной коры, входит в состав более 1500 соединений земной коры. Общее количество кислорода в земной коре близко к половине ее массы (около 47%).
В свободном состоянии кислород находится в атмосферном воздухе, содержание свободного кислорода составляет 20,95 % (по объёму). В связанном виде входит в состав воды, морские и пресные воды содержат огромное количество связанного кислорода — 88,8 % (по массе), минералов, горных пород и всех веществ, из которых построены организмы растений и животных.
Кислород играет исключительно важную роль в природе. При участии кислорода совершается один из важнейших жизненных процессов — дыхание. Важное значение имеет и другой процесс, в котором участвует кислород, — тление и гниение погибших животных и растений; при этом сложные органические вещества превращаются в более простые (в конечном результате в CO2, воду и азот), а последние вновь вступают в общий круговорот веществ в природе. Кислород является необходимым для обеспечения жизни и легко соединяется с другими элементами.
В настоящее время в промышленности кислород получают из воздуха. В лабораториях пользуются кислородом промышленного производства, поставляемым в стальных баллонах под давлением около 15 МПа. Основным лабораторным способом его получения служит электролиз водных растворов щелочей. Небольшие количества кислорода можно получать взаимодействием раствора перманганата калия с подкисленным раствором пероксида водорода.
Свойства кислорода
Кислород (O2) – бесцветный газ без вкуса и запаха. Он немного тяжелее воздуха: масса 1 л кислорода при нормальных условиях равна 1,43 г, а 1 л воздуха 1,293 г. Растворим в воде, хотя и в небольших количествах: 100 объемов воды при 0°C растворяют 4,9, а при 20°C — 3,1 объема кислорода. Температура кипения – минус 183,0°C, температура плавления – минус 218,8°C. Плотность Р при 200°C составляет 1061,45 мг/м3. Кислород образует двухатомные молекулы, характеризующиеся высокой прочностью: стандартная энтальпия атомизации кислорода равна 498 кДж/моль. При комнатной температуре его диссоциация на атомы ничтожна; лишь при 1500°C она становится заметной.
Жидкий кислород не имеет запаха, по цвету голубой и кипит при -183°С. Один литр жидкого кислорода дает около 840 литров газообразного кислорода.
Области применения кислорода
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. В больших количествах кислород используют для ускорения химических реакций в разных отраслях химической промышленности и в металлургии. Например, при выплавке чугуна для повышения производительности доменных печей в них подают воздух, обогащенный кислородом. Его применяют для интенсификации химических процессов во многих производствах (например, в производстве серной и азотной кислот, в доменном процессе). Кислородом пользуются для получения высоких температур, для чего различные горючие газы (водород,ацетилен) сжигают в специальных горелках. Кислород используют в медицине при затрудненном дыхании.
При сжигании ацетилена или водорода с кислородом в специальных горелках температура пламени достигает 3000°C. Кислород — важнейший продукт основного химического производства. Применяется как реагент в химической технологии (обжиг сульфидных руд, синтез оксидов), металлургии (производство чугуна и стали), газификации природного угля, сварке и резке металлов. Жидкий кислород — окислитель топлива в ракетной технике. Технический жидкий кислород применяется после его газификации газопламенной обработки металлов и других технических целей.
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
В нефте- и газодобыче кислород находит применения для увеличения вязкости и улучшения нефтегазового потока из колодцев. Кислород используется для увеличения производительности заводов по крекингу нефти, для более эффективной переработки высокооктановых компонент, для уменьшения серных отложений на НПЗ.
Металлургия
Кислород используется для увеличения температуры горения при производстве черных и цветных металлов, дутье в доменных печах, извлечении золота из руд, производстве ферросплавов, выплавке никеля, цинка, свинца, циркония и других цветных металлов, для создания высокотемпературного пламени в сварочных горелках при резке и пайке металла, для напыления и наплавки металлов кислородном. Конвертерный способ производства стали связан с применением кислорода.
Сварка и резка металлов
Кислород в баллонах широко используется для газопламенной резки и сварки металлов, для плазменного
высокоточного раскроя металлов;
Ракетное топливо
В качестве окислителя для ракетного топлива применяется жидкий кислород, пероксид водорода, азотная кислота и
другие богатые кислородом соединения. 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).
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
Кислород используется для обогащения дыхательных смесей при нарушении дыхания, для лечения астмы,
в виде кислородных коктейлей и в других случаях.
Хранение и перевозка кислорода
Технический газообразный кислород хранят и перевозят в стальных баллонах (ГОСТ 949-73) голубого цвета.
Перевозка баллонов осуществляется всеми видами транспорта в соответствии с правилами перевозки опасных грузов,
действующими на данном виде транспорта. Технический жидкий кислород перевозят в специализированных транспортных
цистернах с нанесённой на них синей полосой и надписью «кислород». Криогенные сосуды, наполненные жидким кислородом,
перевозят только автомобильным транспортом.
Опасные факторы и меры безопасности
Кислород не оказывает вредного воздействия на окружающую среду. Не токсичен, не горюч и не взрывоопасен, однако, являясь сильным окислителем, увеличивает способность материалов к горению. Многие несгораемые при нормальном воздухе материалы могут гореть в чистом кислороде или в воздухе, богатом кислородом. При взаимодействии со смазочными веществами – взрывается. Во избежание взрывов необходимо защищать кислородные баллоны от нагрева. Запрещено курить и пользоваться открытым огнем вблизи работы с кислородом.
Когда жидкий кислород испаряется, испарившийся газ имеет очень низкую температуру и плотность тяжелее воздуха. Поэтому он может накапливаться, например, в канализации и вызвать повышенную концентрацию кислорода в воздухе. Жидкий кислород и холодные пары кислорода могут вызвать обморожение кожи с травмами, подобными ожогам. Попадание открытых участков кожи в контакт с неизолированными узлами может вызвать прилипание кожи и повреждение при попытке отрыва. В таком случае поврежденные участки нужно обильно поливать теплой водой и ни в коем случае не протирать кожу. Обращаться к медперсоналу. Длительная ингаляция газообразного кислорода вызывает поражение органов дыхания и легких.
Там, где обращаются с жидким кислородом, необходимо исключить попадание кислорода в соприкосновение с неподходящими материалами, например, сталью, которая становится хрупкой при низкой температуре, и автомобильной резиной. Определенные марки стали, в т.ч. углеродистая сталь и некоторые другие материалы непригодны для использования при низких температурах, так как они теряют свою ударостойкость и становятся очень хрупкими. Обычно при низких температурах можно использовать нержавеющую сталь, алюминий и медь, а также их сплавы.
При работе с жидким кислородом необходимо употреблять надлежащие перчатки, защитные очки, защитную обувь и защитные средства для тела. Инструмент и одежда должны быть свободными от масла и жира. Ни один узел, применяемый с кислородом, не должен соприкасаться с маслом или жиром. Посторонние лица не должны заходить в зоны с повышенной концентрацией кислорода в воздухе. После работы в помещении с повышенной концентрацией кислорода в воздухе необходимо хорошо проветрить одежду.
Кислород – химический элемент VI группы периодической системы Менделеева и самый распространенный элемент в земной коре (47% от ее массы). Кислород является жизненно важным элементом почти всех живых организмов. Более подробно о функциях и применении кислорода в этой статье.
Общие сведения
Кислород представляет собой бесцветный газ без вкуса и запаха, который плохо растворяется в воде. Он входит в состав воды, минералов, горных пород. Свободный кислород образуется благодаря процессам фотосинтеза. Кислород играет наиважнейшую роль в жизни человека. Прежде всего кислород необходим для дыхания живых организмов. Также он принимает участие в процессах разложения погибших животных и растений.
Воздух содержит около 20,95% по объему кислорода. В гидросфере содержится почти 86% по массе кислорода.
Кислород был получен одновременно двумя учеными, но сделали они это независимо друг от друга. Швед К. Шееле получил кислород при прокаливании селитры и других веществ, а англичанин Дж. Пристли – при нагревании оксида ртути.
Рис. 1. Получение кислорода из оксида ртути
Применение кислорода в промышленности
Области применения кислорода обширны.
В металлургии он необходим для производства стали, которую получают из металлолома и чугуна. Во многих металлургических агрегатах для лучшего сжигания топлива используют воздух, обогащенный кислородом.
В авиации кислород используется как окислитель топлива в ракетных двигателях. Также он необходим для полетов в космос и в условиях, где нет атмосферы.
В области машиностроения кислород очень важен для резки и сварки металлов. Чтобы расплавить металл нужна специальная горелка, состоящая из металлических труб. Эти две трубы вставляются друг в друга. Свободное пространство между ними заполняют ацетиленом и зажигают. Кислород же в это время пускают по внутренней трубке. И кислород и ацетилен подаются из баллона под давлением. Образуется пламя, температура в котором достигает 2000 градусов. При такой температуре плавится практически любой металл.
Рис. 2. Ацетиленовая горелка
Применение кислорода в целлюлозно-бумажной промышленности очень важно. Он используется для отбеливания бумаги, при спиртовании, при вымывании лишних компонентов из целлюлозы (делигнификация).
В химической промышленности кислород используется в качестве реагента.
Для создания взрывчатых веществ необходим жидкий кислород. Жидкий кислород производится путем сжижения воздуха и последующего отделения кислорода от азота.
Применение кислорода в природе и жизни человека
Кислород играет наиважнейшую роль в жизни человека и животных. Свободный кислород существует на нашей планете благодаря фотосинтезу. Фотосинтез – это процесс образования органического вещества на свету с помощью углекислого газа и воды. В результате этого процесса образуется кислород, который необходим для жизнедеятельности животных и человека. Животные и человек потребляют кислород постоянно, растения же расходуют кислород только ночью, а днем производят его.
Применение кислорода в медицине
Кислород находит применение и в медицине. Особенно актуально его использование при затрудненном дыхании во время некоторых заболеваний. Он применяется для обогащения дыхательных путей при туберкулезе легких, а также используется в наркозной аппаратуре. Кислород в медицине используется для лечения бронхиальной астмы, болезней желудочно-кишечного тракта. Для этих целей используют кислородные коктейли.
Также большое значение имеют кислородные подушки – прорезиненная емкость, заполненная кислородом. Она служит для индивидуального применения медицинского кислорода.
Рис. 3. Кислородная подушка
Что мы узнали?
В данном сообщении, которое охватывает тему «Кислород» по химии 9 класса кратко даны общие сведения о свойствах и применении этого газа. Кислород крайне важен для машиностроения, медицины, металлургической области и т.д.
Тест по теме
Оценка доклада
Средняя оценка: 4.6. Всего получено оценок: 387.
Области применения кислорода в промышленности и сельском хозяйстве
Кислород — одно из самых широко используемых веществ, которое находит применение практически во всех областях человеческой деятельности.
Металлургическая промышленность.
Именно высокая эффективность использования кислорода в металлургии стала толчком к развитию воздухоразделения. Металлургия и в настоящее время является основным потребителем кислорода в промышленности. Так, именно с кислородом связано развитие важнейшего направления в сталеплавлении – конвертерной выплавки стали.
Кислород применяется в процессах:
Производство чугуна и стали (удаление избытка углерода).
Конвертерное производство стали.
Электросталеплавильное производство.
Кислородное дутье в доменных печах.
Производство ферросплавов.
Выплавка никеля, цинка, свинца, циркония и других цветных металлов.
Интенсификация процессов обжига сырья в цветной металлургии.
Прямое восстановление железа.
Химическая и нефтехимическая промышленность.
Кислородное оборудование востребовано в химической промышленности, так как кислород необходим при получении искусственного жидкого топлива, смазочных масел, азотной и серной кислот, метанола, аммиака и аммиачных удобрений, перекисей металлов и др. химических продуктов. В нефтегазовой промышленности применяется для более эффективной работы НПЗ — для увеличения производительности заводов по крекингу нефти.
Энергетика.
Что касается энергетики, то здесь кислород необходим для газификации твердого топлива, сжатия твердо-угольной смеси, а также для того, чтобы обогащать воздух для промышленных котлов.
В строительстве и машиностроении.
Кислородо-ацетиленовая газорезка и газосварка металлов, плазменный раскрой металлов и пайка, напыление и наплавка металлов – это одно из самых важных и распространенных областей применения кислорода с машиностроении и строительстве.
Золото- и нефтедобыча.
Добыча добыче драгоценных металлов из руд, термическое бурение твердых пород, также кислород применяется при аффинаже золота. В нефтедобыче применяется закачка кислорода в пласт для увеличения энергии вытеснения, кроме того, для создания эффективно перемещающегося внутри пласта очага горения.
Стекольная промышленность.
Кислород позволяет повысить температуру в печах и улучшить процесс горения, уменьшить выбросы окислов азота и твердых частиц из стекловаренных печей, тем самым увеличить производительность производства.
При производстве стеклоизделий кислород подается на газовые горелки, которые используются для отрезания некондиционной части изделия, оплавления кромок и огневой полировки поверхности для оплавления микродефектов.
Кислород необходим при выдувке стекла, на фабриках медицинского и лабораторного стекла, при производстве электрических лампочек.
Экология.
Кислород применяется в процессах:
Для повышения эффективности работы озонаторных установок — озонирование для водоподготовки, очистки сточных вод, отбеливания целлюлозы и т. д.
Утилизация отходов- при обезвреживании (окислении) химически активных отходов в очистных установках в мусоросжигательных печах с кислородным дутьём.
При очистке питьевой воды.
При вторичной переработке металлов.
Сельское хозяйство.
Кислород используются в рыбных хозяйствах для увеличения выживаемости и выхода потомства при выращивании рыбы, раков, креветок, мидий.
Поделитесь
Урок посвящен изучению основных областей применения кислорода. Из материалов урока вы узнаете, на каких свойствах кислорода основано его применение в металлургии, медицине, пищевой промышленности и других областях.
Тема: Вещества и их превращения
Урок: Применение кислорода
1. В металлургии, для резки и сварки металлов
Применение любого вещества связано с его свойствами. Так и применение кислорода обусловлено, в основном, его способностями поддерживать дыхание и обеспечивать горение.
Рассмотрим основные области применения кислорода.
В МЕТАЛЛУРГИИ, ДЛЯ РЕЗКИ И СВАРКИ МЕТАЛЛОВ
Кислород используют в металлургии при производстве стали. Также, во многих металлургических агрегатах для более эффективного сжигания топлива вместо воздуха в горелках используют кислородо-воздушную смесь, т. е. обогащают воздух кислородом.
Рис. 1. Производство стали
Кислород в баллонах широко используется для газопламенной резки и сварки металлов. Горючий газ ацетилен, сгорая в токе кислорода, позволяет получить температуру выше 3000°С! Это приблизительно вдвое больше температуры плавления железа.
2. Окислитель топлива
Кислород, входящий в состав воздуха, применяют для сжигания топлива: например, в двигателях автомобилей, тепловозов и теплоходов.
В качестве окислителя для ракетного топлива применяется жидкий кислород. Смесь жидкого кислорода и жидкого озона — один из самых мощных окислителей ракетного топлива.
3. Применение в медицинских целях
В медицине кислород тоже нашел свое применение. Кислород используется для обогащения дыхательных газовых смесей при нарушении дыхания, для лечения астмы, профилактики гипоксии в виде кислородных коктейлей, кислородных подушек. Однако чистым кислородом при нормальном давлении долго дышать нельзя – это опасно для здоровья.
4. Применение в пищевой промышленности
В пищевой промышленности кислород зарегистрирован в качестве пищевой добавки E948, как пропеллент и упаковочный газ. Пропелленты — газы, выдавливающие пищевые продукты из ёмкости (контейнера, баллончика со спреем, танка или хранилища для сыпучих продуктов).
5. Биологическая роль
Кислород выполняет бесценную биологическую роль.
Кислород необходим практически всем живым существам для дыхания. Дыхание – это окислительно-восстановительный процесс, где кислород является окислителем. С помощью дыхания живые существа вырабатывают энергию, необходимую для поддержания жизни.
6. Обобщение
Рис. 2. Основные области применения кислорода
Список рекомендованной литературы
1. Сборник задач и упражнений по химии: 8-й кл.: к учеб. П. А. Оржековского и др. «Химия. 8 класс» / П. А. Оржековский, Н. А. Титов, Ф. Ф. Гегеле. – М.: АСТ: Астрель, 2006. (с.70-84)
2. Ушакова О. В. Рабочая тетрадь по химии: 8-й кл.: к учебнику П. А. Оржековского и др. «Химия. 8 класс» / О. В. Ушакова, П. И. Беспалов, П. А. Оржековский; под. ред. проф. П. А. Оржековского — М.: АСТ: Астрель: Профиздат, 2006. (с. 70-72)
3. Химия. 8 класс. Учеб. для общеобр. учреждений / П. А. Оржековский, Л. М. Мещерякова, М. М. Шалашова. – М.:Астрель, 2013. (§22)
4. Химия: 8-й класс: учеб. для общеобр. учреждений / П. А. Оржековский, Л. М. Мещерякова, Л. С. Понтак. М.: АСТ: Астрель, 2005. (§28)
5. Химия: неорган. химия: учеб. для 8кл. общеобр. учрежд. /Г. Е. Рудзитис, Ф. Г. Фельдман. – М.: Просвещение, ОАО «Московские учебники», 2009. (§21)
6. Энциклопедия для детей. Том 17. Химия / Глав. ред. В.А. Володин, вед. науч. ред. И. Леенсон. – М.: Аванта+, 2003.
Дополнительные веб-ресурсы
1. Тесты по химии (онлайн) .
2. Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов: .
3. Получение и применение кислорода .
4. Применение кислорода .
Домашнее задание:
1) с. 70-72 №№ 1,2,4 из Рабочей тетради по химии: 8-й кл.: к учебнику П. А. Оржековского и др. «Химия. 8 класс» / О. В. Ушакова, П. И. Беспалов, П. А. Оржековский; под. ред. проф. П. А. Оржековского — М.: АСТ: Астрель: Профиздат, 2006.
2) с.128 №№ 5,8 из учебника П. А. Оржековского, Л. М. Мещеряковой, М. М. Шалашовой «Химия: 8кл.», 2013 г.