в каком состоянии может находиться кислород
Физические свойства кислорода
Где бы мы ни находились, нас всюду окружает кислород воздуха.
Почему же мы не замечаем и не чувствуем его? Кислород, азот, аргон и другие газы, входящие в состав воздуха, бесцветны и не имеют ни запаха, ни вкуса. Газообразный воздух нельзя ни видеть, ни ощущать.
Воздух из газообразного состояния можно перевести в жидкое. Одновременно с основной массой воздуха — азотом — в жидкое состояние перейдут кислород и большинство других газов, входящих в его состав.
Чтобы газообразный кислород превратить в жидкость, его нужно сжать до 50 атмосфер и охладить до —119°.
Жидкий кислород можно получить и при атмосферном давлении, но для этого нужно газообразный кислород охладить до температуры —183°. При более сильном охлаждении, до температуры —220°, жидкий кислород затвердевает и превращается в снегообразную массу.
Если на некоторое время в жидкий кислород поместить кусочек резины, она потеряет свою эластичность и под ударом разлетится на мелкие части.
Такую же хрупкость приобретает и цинковая пластинка, охлажденная в жидком кислороде до температуры —183°. Жидкая ртуть при такой температуре превращается в твердую массу, которую можно ковать, как свинец, а свинец приобретает способность звенеть, как бронзовый колокольчик.
Жидкий кислород имеет голубоватый цвет. Его можно легко переливать из сосуда в сосуд. При переливании жидкий кислород «парит». Но это не пары кислорода, а пары воды. Жидкий кислород, испаряясь, поглощает много тепла из окружающего воздуха. Воздух сильно охлаждается, и влага, находящаяся в воздухе, конденсируется, образуя туман. Этот туман и создает впечатление пара, исходящего из самой жидкости.
Температура кипения жидкого кислорода равна —183°.
Если фарфоровый стакан с жидким кислородом вынести зимой на мороз 30—40°, он будет кипеть более бурно, чем вода на самом сильном огне газовой плиты.
При комнатной температуре испарение жидкого кислорода идет еще энергичнее, и он быстро переходит в газообразное состояние.
Чтобы использовать жидкий кислород, его необходимо сохранить. Как же заставить эту бурно кипящую жидкость не так быстро испаряться?
Для этого служат специальные сосуды, в которых легко удается «укротить» эту быстро испаряющуюся жидкость.
Стеклянный сосуд для хранения небольшого количества жидкого кислорода: 1 — жидкий кислород; 2 — разреженное пространство; 3 — поверхности, посеребренные внутри.
Сосуд для хранения жидкого кислорода представляет собой цилиндр с двойными стенками. Внутренние стороны стенок обычно покрывают тонким слоем серебра. Воздух между стенками сосуда выкачивается.
Разреженные газы плохо проводят тепло, а зеркальная поверхность серебра хорошо отражает его. Таким образом, жидкий кислород, который находится в сосуде, изолирован от внешнего тепла, что обеспечивает сохранение жидкого кислорода в течение одних-двух суток.
При испарении жидкого кислорода объем его увеличивается почти в 800 раз. Из кубического сантиметра жидкого кислорода образуется около 800 кубических сантиметров газообразного.
Хранить жидкий кислород в закрытых сосудах опасно: внутри сосуда может образоваться большое давление, приводящее к взрыву. Поэтому сосуды для хранения жидкого кислорода сверху открыты. Воздух, находящийся над жидкостью, сильно охлаждается и предохраняет кислород от наружного тепла, замедляя дальнейшее испарение.
Для перевозки небольших количеств жидкого кислорода используют металлические емкостью 15—25 литров.
Металлические сосуды состоят из двух шаров или цилиндров, вставленных друг в друга. Внутренний шар или цилиндр имеет высокое и узкое горло, через которое сосуд заполняется жидким кислородом. Горло всегда остается открытым. Из пространства между стенками сосуда воздух выкачан, и создан высокий вакуум, то есть сильное разрежение.
Металлический сосуд для перевозки жидкого кислорода: 1 — жидкий кислород; 2 — разреженное пространство; 3 — силикагель; 4 — теплоизоляционный материал; 5 — железный цилиндр.
Чтобы поддержать высокий вакуум, часть пространства между стенками заполняется силикагелем, способным при низкой температуре поглощать количество газа в сотни раз больше своего собственного объема. Если через стенки или через места спайки со временем просочится небольшая часть воздуха, он поглотится силикагелем и разрежение не уменьшится. Высокий вакуум обеспечивает постоянную изоляцию сосуда от внешнего тепла и дает возможность в течение двух и более суток сохранять в нем жидкий кислород. Такие сосуды обычно помещают в железные цилиндры.
Пространство между сосудом и наружным цилиндром заполняют теплоизоляционным материалом. Для переноски на наружном цилиндре имеются ручки.
Большие количества жидкого кислорода перевозятся по железной дороге и автотранспортом в специальных цистернах или танках. Они хорошо изолированы от внешнего тепла. Емкость транспортных танков различна: от 1 тысячи до 10 тысяч литров. Цистерны, в которых жидкий кислород перевозят по железной дороге, вмещают до нескольких десятков тонн.
Жидкий кислород можно получить из жидкого воздуха, который образуется при низких температурах и высоком давлении.
Высокое давление создают в машинах, которые называются компрессорами. Их приводят в движение электродвигатели.
Источник: В. Медведовский. Кислород. Государственное Издательство Детской литературы Министерства Просвещения РСФСР. Ленинград. Москва. 1953
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Кислород – рождающий кислоты
Содержание
Кислород при нормальных условиях (температуре и давлении) представляет собой прозрачный газ без запаха, вкуса и цвета. Не относится к горючим газам, но способен активно поддерживать горение.
По химической активности среди неметаллов он занимает второе место после фтора.
Все элементы, кроме благородных металлов (платина, золото, серебро, родий, палладий и др.) и инертных газов (гелий, аргон, ксенон, криптон и неон), вступают в реакцию окисления и образовывают оксиды. Процесс окисления элементов, как правило, носит экзотермический (с выделением теплоты) характер. Также необходимо учитывать тот факт, что при повышении температуры, давления или использовании катализаторов – скорость реакции окисления резко возрастает.
История открытия кислорода
Открытие кислорода приписывают Джозефу Пристли (Joseph Priestley). У него была лаборатория, оборудованная приборами для собирания газов. Он испытывал его физиологическое действие на себе и на мышах. Пристли установил, что после вдыхания газа некоторое время ощущается приятная легкость. Мыши в герметически закрытой банке с воздухом задыхаются быстрей, чем в банке с O2. Поскольку Пристли был приверженцем флогистонной теории он так и не узнал, что оказалось у него в руках. Он только описал этот газ, даже не догадываясь, что он описал. А вот лавры открытия кислорода принадлежат Антуан Лоран Лавуазье (Antoine Laurent de Lavoisier), который и дал ему имя.
Лавуазье, поставил свой знаменитый опыт, продолжавшийся 12 дней. Он нагревал ртуть в реторте. При кипении образовывалась ее красная окись. Когда реторту охладили, оказалось, что воздуха в ней убыло почти на 1/6 его объема, а остаток ртути весил меньше, чем перед нагревом. Но когда разложили окись ртути сильным прокаливанием, все вернулось: и недостача ртути, и «исчезнувший» кислород.
Впоследствии Лавуазье установил, что этот газ входит в состав азотной, серной, фосфорной кислот. Он ошибочно полагал, что O2 обязательно входит в состав кислот, и поэтому назвал его «оксигениум», что значит «рождающий кислоты». Теперь хорошо известны кислоты, лишенные «оксигениума» (например: соляная, сероводородная, синильная и др.).
Способы получения кислорода
В основном кислород получают тремя способами:
Из атмосферного воздуха его получают методом глубокого охлаждения, как побочный продукт при получении азота.
Также O2 добывают путем пропускания электрического тока через воду (электролиз воды) с попутным получением водорода.
Химические способ получения малопроизводителен, а, следовательно, и неэкономичен, он не нашел широкого применения и используются в лабораторной практике.
Наверно многие помнят химический опыт, когда в колбе нагревают марганцовку (перманганат калия KMnO4), а потом выделяющийся в процессе нагрева газ собирают в другую колбу?
Применение кислорода
Помимо того, что все живые существам в природе, за исключением немногих микроорганизмов, при дыхании потребляют кислород, он широко применяется во многих отраслях промышленности: металлургической, химической, машиностроении, авиации, ракетостроении и даже в медицине.
В химической промышленности его применяет:
В металлургии его используют:
В медицинских целях больным, у которых нарушена нормальная деятельность органов дыхания или кровообращения, искусственно увеличивают содержание O2 в воздухе или дают дышать непродолжительное время чистым O2. Медицинский кислород, выпускаемый ГОСТ 5583, особенно тщательно очищают от всех примесей.
Применение кислорода в сварке
Сам по себе O2 является негорючим газом, но из-за свойства активно поддерживать горение и увеличения интенсивности (интенсификации) горения газов и жидкого топлива его используют в ракетных энергетических установках и во всех процессах газопламенной обработки. В таких процессах газопламенной обработки, как газовая сварка, поверхностная закалка высокая температура пламени достигается путем сжигания горючих газов в O2, а при газовой резке благодаря ему происходит окисление и сгорание разрезаемого металла.
При полуавтоматической сварке (MIG/MAG) кислород O2 используют как компонент защитных газовых смесей с аргоном (Ar) или углекислым газом (CO2).
Кислород добавляют в аргон при полуавтоматической сварке легированных сталей для обеспечения устойчивости горения дуги и струйного переноса расплавленного металла в сварочную ванну. Дело в том, что как поверхностно активный элемент он уменьшает поверхностное натяжение жидкого металла, способствуя образованию на конце электрода более мелких капель.
При сварке низколегированных и низкоуглеродистых сталей полуавтоматом O2 добавляют в углекислый газ для обеспечения глубокого проплавления и хорошего формирования сварного шва, а также для уменьшения разбрызгивания.
Чаще всего кислород используют в газообразном виде, а в виде жидкости используют только при его хранении и транспортировке от завода-изготовителя до потребителей.
Вредность и опасность кислорода
За внешней безобидностью скрывается очень опасный газ, но об этом на нашем сайте опубликована статья про маслоопасность и взрывоопасность кислорода и мы не будем здесь дублировать информацию.
Хранение и транспортировка кислорода
Кислород газообразный технический и медицинский выпускают по ГОСТ 5583.
Хранят и транспортируют его в стальных баллонах ГОСТ 949 под давлением 15 МПа. Кислородные баллоны окрашены в синий цвет с надписью черными буквами «КИСЛОРОД».
Жидкий кислород выпускается по ГОСТ 6331. O2 находится в жидком состоянии только при получении, хранении и транспортировке. Для газовой сварки или газовой резки его необходимо снова превратить в газообразное состояние.
Характеристики кислорода
Характеристики O2 представлены в таблицах ниже:
Коэффициент перевода объема и массы O2 при Т=15°С и Р=0,1 МПа
| Масса, кг | Объем | |
|---|---|---|
| Газ, м 3 | Жидкость, л | |
| 1,337 | 1 | 1,172 |
| 1,141 | 0,853 | 1 |
| 1 | 0,748 | 0,876 |
Коэффициенты перевода объема и массы O2 при Т=0°С и Р=0,1 МПа
| Масса, кг | Объем | |
|---|---|---|
| Газ, м 3 | Жидкость, л | |
| 1,429 | 1 | 1,252 |
| 1,141 | 0,799 | 1 |
| 1 | 0,700 | 0,876 |
Кислород в баллоне
| Наименование | Объем баллона, л | Масса газа в баллоне, кг | Объем газа (м 3 ) при Т=15°С, Р=0,1 МПа |
|---|---|---|---|
| O2 | 40 | 8,42 | 6,3 |
Благодаря этой таблице теперь можно легко дать ответы на вопросы, которые очень часто задают сварщики:
Кислород
Газ без цвета, без запаха, составляет 21% воздуха.
Общая характеристика элементов VIa группы
От O к Po (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение: атомного радиуса, металлических, основных, восстановительных свойств. Уменьшается электроотрицательность, энергия ионизации, сродство к электрону.
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
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.
На подводных лодках для получения кислорода применяют следующую реакцию:
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.
Во всех реакциях, кроме взаимодействия со фтором, кислород проявляет себя в качестве окислителя.
F + O2 → OF2 (фторид кислорода, O +2 )
В реакциях кислорода с металлами образуются оксиды, пероксиды и супероксиды. Реакции с активными металлами идут без нагревания.
Известна реакция горения воды во фторе.
Все органические вещества сгорают с образованием углекислого газа и воды.
Процесс можно остановить на любой стадии в зависимости от желаемого результата.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
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.
Жидкий кислород
Жидкий кислород – это агрегатное состояние кислорода, в котором он представляет собой бледно-синюю жидкость. Он относится к категории веществ, которые одними из первых стали использоваться в разных областях промышленности. Жидкий О2 используется с двумя целями: для усиления процессов горения и для окисления химических процессов. Именно необходимость решения этих задач стала причиной популярности воздухоразделительного оборудования.
Физические свойства жидкого кислорода
В жидком состоянии кислород имеет бледно-голубой оттенок. При переливании из одной емкости в другую жидкий кислород выделяет водяные пары, поглощая тепло из окружающего воздуха. При этом температура воздуха резко снижается, что приводит к образованию тумана.
Этот вид кислорода способен закипать при температуре 183°С. Если в это время поместить его в среду, в которой температура воздуха составляет около 30-40°С, то кипение лишь усилится. При комнатной температуре жидкость быстро испаряется.
Для того чтобы снизить скорость испарения кислорода жидкого, его помещают в специальные баллоны. Баллон для хранения О2 представляет собой двухслойный сосуд. Внутренняя стенка баллона покрыта слоем серебра, а между ней и внешней стенкой полностью выкачан весь воздух. Слой серебра необходим для того, чтобы отражать тепло. В таком баллоне кислород может храниться на протяжении нескольких суток.
К другим физическим свойствам жидкого кислорода можно отнести следующие:
Как получают жидкий кислород?
После этого проводят ректификацию, то есть отделение азота от кислорода. Этого добиваются путем многократного нагревания жидкости, в ходе которого первым делом испаряется азот, а оставшаяся жидкость обогащается О2.
В каких областях используют жидкий кислород?
В настоящее время жидкому кислороду находится применение в разных областях промышленности:
Жидкий О2 служит в качестве сырья для получения других химических соединений, вроде двуокиси титана или окиси этилена. С его помощью также можно повысить производительность большинства окислительных процессов.
В стекольной промышленности кислород применяется для интенсификации процессов горения, необходимых для поддержания работы стеклоплавильных печей. Помимо этого, он помогает снизить выбросы оксида азота и увеличить эффективность стекольного производства.
С этой же целью жидкий О2 используется в металлургии, где он обогащает воздух и повышает эффективность процесса горения.
С жидким кислородом связано ускорение процессов роста клеток, поэтому в фармацевтике его добавляют в ферментеры и биореакторы.
В целлюлозно-бумажной отрасли промышленности с помощью этого вида кислорода осуществляется окислительное экстрагирование, обработка сточных вод и делигнификация (процесс получения целлюлозы).
Помимо этого, кислородом жидким пользуются в автомобилестроении и машиностроении, где он применяется в качестве вспомогательного газа во время лазерной резки. Его также добавляют в состав защитных газовых смесей.
Техника безопасности при работе с жидким кислородом
При работе с жидким кислородом нет угрозы отравления, но все же некоторые требования безопасности необходимо строго соблюдать:
Преимущества сотрудничества с НПК «Грасис»
Научно-производственная компания «Грасис» осуществляет поставки оборудования, которое позволит вам самостоятельно получать газообразный кислород из атмосферного воздуха.
Наша компания более 10 лет занимается разработкой и производством газо- и воздухоразделительного оборудования, а также инжинирингом, проектированием и выполнением комплексных работ «под ключ». Мы поможем вам решить любые задачи, связанные с газо- и воздухоразделением, утилизацией попутного нефтяного газа и подготовкой природного газа.
В процессе производства оборудования мы используем нанотехнологии и высококачественные комплектующие, благодаря которым улучшаются технико-эксплуатационные свойства продукции. Свяжитесь с представителями компании «Грасис», чтобы получить развернутую информацию о заинтересовавшей вас установке!
Применение кислородных концентраторов при коронавирусе
Вирус COVID-19 опасен воспалением легких и развитием дыхательной недостаточности. Если раньше многие люди не знали, что такое кислородный концентратор или пульсоксиметр, то теперь из-за эпидемии эти понятия используются часто. Почему при коронавирусе так важны кислородные концентраторы, и как они применяются?
Как коронавирус действует на организм?
Заражение происходит воздушно-капельным путём. Любые общественные места и городской транспорт потенциально опасны из-за большого скопления людей. Кроме непосредственного контакта с больным человеком, угрозу несут любые поверхности, например дверные ручки и поручни, на которых может находиться вирус.
Опасность патологии в том, что вирус является настолько мелкой частицей, что он не подлежит фильтрации даже слизистыми оболочками, т. е. проникает в организм сквозь них. Первые симптомы порой не отличаются от обычной простуды и выражаются в повышении температуры, кашле и чихании. Выявить заражение коронавирусом позволяет лишь лабораторное исследование.
Норма кислорода в крови
При отсутствии поражения альвеол уровень сатурации приближается к 100%. В данном случае кислородная терапия не нужна, использование кислорода допускается в рамках профилактики или для общего улучшения состояния организма. На то, сколько кислорода в крови заболевшего, прежде всего, влияет уровень поражения легких. Чем большая область пострадала от пневмонии, и буквально не дышит, тем ниже жизненные показатели:
Содержание кислорода в крови при COVID-19 кроме степени поражения легких зависит от иммунитета конкретного человека, его возраста, наличия сопутствую болезней. Для определения сатурации применяются следующие методы:
Кислородотерапия: что это такое?
Терапия кислородом – метод лечения хронической дыхательной недостаточности. Цель процедуры – повышение уровня кислорода в альвеолах, благодаря чему происходит насыщением им гемоглобина и транспортировка с кровотоком по всему организму. Методика имеет ряд преимуществ:
Что такое кислородный концентратор и как он работает?
При поражении организма коронавирусом страдают легкие и затрудняется дыхание, что влечет за собой гипоксию. Кислородное голодание провоцирует сердечную недостаточность, нарушения в работе мозга и пр. У пациента кроме одышки появляются признаки нарушения работы почек и печени. В этом случае ему необходим концентратор кислорода. В результате его использования у пациента улучшается самочувствие, налаживается работа дыхательной и сердечнососудистой системы.
Кроме борьбы с COVID-19, данное устройство используется при бронхиальной астме, хронических болезнях легких, сердечной недостаточности, во время восстановления после серьезных операций и травм. Постоянные процедуры кислородотерапии устраняют признаки гипоксии, а организм насыщается кислородом в нужном объеме.
Использование кислородных концентраторов полезно жителям больших городов, где из-за сильного загрязнения воздуха гипоксия наблюдается даже у людей, не имеющих проблем с легкими. Частые жалобы горожан на головные боли, хроническую усталость, сонливость – признаки кислородного голодания, которое легко устранить с помощью кислородного концентратора.
Принцип работы аппарата прост. Это устройство выделяет кислород из окружающей среды (из воздуха в помещении), концентрирует этот газ и подает человеку. Фильтрация захваченного воздуха происходит с помощью шариков цеолита, которые находятся в двух цилиндрах. При этом происходит разделение молекул азота и кислорода. Два газа концентрируются с разных сторон. После фильтрации кислород подается человеку через респиратор, а азот возвращается в атмосферу. По сути, аппарат выполняет часть работы легких, выделяя из атмосферного воздуха только необходимую часть. Аппарат может работать от сети или на аккумуляторе.
При вирусных и инфекционных заболеваниях врачи часто рекомендуют постоянно проветривать комнату (палату), в котором находится больной. Это требуется по двум причинам: выветривание скопившихся патогенных микроорганизмов и наполнение комнаты свежим воздухом, богатым кислородом. Это важно и при работе кислородного концентратора, который пропускает через себя окружающие воздух и выделяет жизненно важный газ. Для эффективной работы устройства нужно периодически «обновлять» воздух в комнате.
Преимущества применения кислородных концентраторов при коронавирусе
При коронавирусе кислородный аппарат не просто полезен, он может спасти жизнь человека. Из-за поражения легких и развития гипоксии нарушается работа всех систем и органов. Кислородотерапия устраняет причину патологии, обеспечивая ткани питанием. Кроме восстановления нормальной работы дыхательной системы и сердца, организм получает силы, необходимые для борьбы с вирусом. Данная процедура должна проводиться каждый день не менее 30-60 мин. Но, чтобы устранить пневмонию, кислородотерапия обязательно дополняется противовирусными и противовоспалительными препаратами.
Какие бывают кислородные концентраторы?
Кислородные аппараты делятся на три вида:
Применение кислородных концентраторов при коронавирусе
Основное правило при использовании кислородного аппарата – не допустить передозировку. Продолжительность сеанса терапии назначается врачом индивидуально. Во время эксплуатации устройства следует придерживаться следующих рекомендаций:
Кислородный концентратор широко используется в рамках профилактики коронавируса. Он очищает воздух от вредных микроорганизмов, укрепляет иммунитет человека, предупреждает нарушения в работе легких.
На что обратить внимание при выборе кислородного концентратора?
Эпидемия коронавируса внесла ряд корректив в жизнь каждого человека. Одним из полезных изменений станет приобретение собственного кислородного аппарата. Выбирая устройство, следует учесть следующие параметры:
Чтобы выбрать кислородный аппарат, соответствующий всем предъявляемым требованиям, обратитесь к нашим консультантам. Они помогут подобрать оптимальный вариант и ответят на любые вопросы.