Кислород – один из важнейших элементов нашей планеты. Без этого газа невозможна жизнь ни одного живого существа на Земле. Но откуда берется кислород и как его производят для нужд промышленности? Давайте разберемся!
Общая информация о кислороде
Кислород был открыт в конце XVIII века учеными Дж. Пристли, К. Шееле и А. Лавуазье. Это бесцветный газ без запаха, немного тяжелее воздуха. Он хорошо растворяется в воде и поддерживает горение.
Наличие кислорода в атмосфере и гидросфере позволяет живым организмам дышать и осуществлять обмен веществ. Без кислорода невозможны окислительные процессы, лежащие в основе функционирования клеток и тканей.
В промышленности кислород широко используется:
- В металлургии для выплавки чугуна и стали;
- При сварке и резке металлов;
- В химической промышленности для синтеза органических веществ;
- В медицине для поддержания дыхания и лечения заболеваний.
Таким образом, кислород – уникальное вещество, имеющее огромное значение для поддержания жизни на Земле и развития промышленности.
Получение кислорода в лабораторных условиях
Существует несколько способов получения кислорода в лаборатории.
Термическое разложение оксидов металлов. При нагревании до 500-600°C разлагаются такие соединения, как хлорат и перманганат калия: 2KClO3 → 2KCl + 3O2 2KMnO 4 → K2MnO 4 + MnO 2 + O2
Электролиз воды или щелочей. При пропускании электрического тока через водные растворы NaOH или H2SO4 на аноде выделяется кислород: 2H2O → 2H2 + O2
Разложение пероксида водорода с помощью катализаторов MnO 2 или Fe: 2H2O2 → 2H2O + O2
Таким образом, в лабораторных условиях этот газ можно выделить из разных соединений при нагревании, электролизе или использовании катализаторов.
Промышленные способы производства кислорода
В промышленных масштабах кислород получают несколькими основными способами. Рассмотрим их подробнее.
Метод криогенной ректификации воздуха
Этот способ основан на разделении компонентов воздуха при очень низких температурах. Сначала воздух сжижают при -200°C, затем постепенно нагревают. При этом азот испаряется при -196°C, а кислород остается в жидком состоянии до -183°C. Используя криогенные установки, можно получить кислород высокой чистоты.
Технология адсорбционного разделения воздуха
Этот метод основан на различной способности газов сорбироваться на поверхности твердых веществ. При пропускании через адсорбент под давлением кислород и азот по-разному удерживаются в нем. Затем десорбцией (понижением давления или нагреванием) кислород выделяется отдельно.
Мембранная технология
Газоразделительные мембраны пропускают молекулы кислорода, но задерживают азот. При прокачке воздуха через такие мембраны обогащенная кислородом газовая смесь выходит с одной стороны.
Таким образом, в промышленности используются различные физико-химические методы его выделения из воздуха.
Очистка и хранение кислорода
После получения кислорода его необходимо очистить от примесей и подготовить к использованию или хранению.
Для удаления водяных паров и углекислого газа используют осушители и поглотители CO2 на основе щелочей. Для очистки от остатков азота применяют дополнительную низкотемпературную ректификацию.
Очищенный кислород сжимают и расфасовывают в стальные баллоны высокого давления или хранят в жидком виде в криогенных емкостях. Для транспортировки используют специальный железнодорожный и автомобильный транспорт.
Безопасное обращение с кислородом
При всех достоинствах кислорода, он требует аккуратного и ответственного обращения.
При работе с кислородом необходимо соблюдать следующие меры предосторожности:
- Использовать герметичное оборудование без утечек;
- Избегать попадания масел и жиров в кислородные коммуникации;
- Не курить и не использовать открытый огонь рядом с кислородом;
- Следить за давлением в баллонах и емкостях.
Длительное вдыхание 100% кислорода может привести к отравлению, судорогам, воспалению легких. Допустимо не более 60% кислорода в дыхательной смеси.
Противопожарные меры
При возгорании в зоне хранения кислорода нельзя использовать воду. Необходимо перекрыть подачу кислорода и тушить огонь с помощью песка, азота или углекислотных огнетушителей.
Первая помощь при отравлении
Пострадавшего необходимо вывести на свежий воздух, расстегнуть стесняющую одежду и дать понюхать нашатырный спирт. При необходимости сделать искусственное дыхание и вызвать скорую.
Таким образом, несмотря на широкое применение, кислород требует строгого соблюдения правил безопасности при использовании и хранении.
