Kislorod mavazusiga oid masalalar yechish metodikasi

Kurs ishi

mavzu: "Kislorod mavazusiga oid masalalar yechish metodikasi"
Kirish

Kislorod miqdorini nazorat qilish milliy iqtisodiyotning deyarli barcha tarmoqlarini, jumladan qora va rangli metallurgiya, kimyo sanoati, qishloq xo'jaligi, tibbiyot, biologiya, baliq va oziq-ovqat sanoati, atrof-muhitni muhofaza qilish kabi muhim muammodir. himoya qilish xizmatlari. Eritilgan kislorod miqdori ifloslanmagan tabiiy va chiqindi suvlarda tozalashdan keyin aniqlanadi. Chiqindilarni tozalash jarayonlari doimiy monitoring bilan birga olib boriladi.

Kislorod (ta'rifi, xususiyatlari, olinishi)

Kislorod er qobig'ida eng ko'p tarqalgan elementdir. Uning atmosferasida og'irlik bo'yicha 23% ga yaqin, suvda 89% ga yaqin, inson tanasida 65% ga yaqin, qumda 53% kislorod, loyda 56% va boshqalar mavjud. Agar uning havodagi (atmosfera), suvdagi (gidrosfera) va qattiq er qobig'ining (litosfera) to'g'ridan-to'g'ri kimyoviy tadqiq qilish mumkin bo'lgan qismidagi miqdorini hisoblasak, kislorod ularning umumiy massasining taxminan 50% ni tashkil qiladi. Erkin kislorod deyarli faqat atmosferada topiladi va uning miqdori 1,2 ga baholanadi.•1015 tonna. Bu qiymatning barcha cheksizligi uchun u yer qobig'idagi umumiy kislorod miqdorining 0,0001 dan oshmaydi.

Yer qobig‘ining kimyoviy o‘zgarishlarini o‘rganish geokimyo fanining predmeti hisoblanadi. Ushbu fan nuqtai nazaridan elementning er qobig'ida sodir bo'ladigan kimyoviy o'zaro ta'sirlar uchun ahamiyati uning atomlarining nisbiy soni bilan belgilanadi. Shuning uchun alohida elementlarning tarqalishini og'irlikda emas, balki atom foizlarida solishtirish to'g'riroqdir. Ikkinchisi og'irlik foizlarini tegishli atom og'irliklariga bo'lish va shu tarzda olingan har bir atom omilini ularning umumiy yig'indisining ulushida ifodalash orqali topiladi, 100. Kislorod uchun bunday konversiya 52.3-rasmni beradi. Shunday qilib, er qobig'ini tashkil etuvchi barcha atomlarning yarmidan ko'pi kisloroddir.
Erning eng qadimiy atmosferasi, aftidan, erkin kislorodni o'z ichiga olmaydi. Taxmin qilish mumkinki, uning asosiy ko'rinishi umumiy sxema bo'yicha Quyoshning ultrabinafsha nurlari ta'sirida suv bug'lari molekulalarining parchalanishi bilan bog'liq:
2 H2O \u003d 2 H2 + O2.
Shu tarzda paydo bo'lgan vodorod yuqoriga ko'tarildi va kislorodning asosiy massasi oksidlanishga qodir bo'lgan moddalar bilan o'zaro ta'sir qilish uchun sarflandi. Atmosferani kislorod bilan tez boyitish, ehtimol, Yerda o'simliklar paydo bo'lgandan keyingina boshlangan.
Kislorod 1774 yilda kashf etilgan. Yer yuzasiga yaqin atmosfera uni molekulalar (O2) shaklida o'z ichiga olgan bo'lsa-da, 100 km dan yuqori bo'lsa-da, bu elementning mavjudligining atom shakli bu elementning mavjudligining asosiy shakliga aylanadi. O2 molekulalarining atomlarga bo'linishi Quyoshdan ultrabinafsha nurlanish ta'sirida amalga oshiriladi.
Alohida kislorod atomlarining O2 molekulalariga birikmasi energiyaning sezilarli darajada chiqishi (250 kJ/mol atomlari) bilan birga keladi. Bu yuqori balandliklarda parvozlarni ta'minlash uchun ishlatilishi mumkinligi haqida taxminlar mavjud.
Erkin kislorod ikki atomli molekulalardan iborat. Oddiy bosim ostida u suyultiriladi183°C va da qattiqlashadi219°C. Gazsimon holatda kislorod rangsiz, suyuq va qattiq holatda esa och koʻk rangga ega.
Kislorodning kritik harorati118°C, kritik bosim 50 atm. Suyuq kislorod zichligi 1,14 g / sm3 (qaynoq nuqtasida) va 7 kJ / mol bug'lanish issiqligi bilan tavsiflanadi. Qattiq kislorodning zichligi (erish nuqtasida) 1,27 g/sm3, erish issiqligi esa 0,5 kJ/mol. Qattiq kislorod uch xil turdagi kristallar bilan tavsiflanadi va ularning har biri ma'lum harorat chegaralarida barqarordir: quyida249°Kimdan, dan249 gacha229°Kimdan va kimdan229°C erish nuqtasiga. Bunday barqarorlik mintaqalari orasidagi chegara harorati qiymatlari (bu holda249 va229°C) o'tish nuqtalari deyiladi.
Kislorodni laboratoriya ishlab chiqarish kislorodga boy, ammo nisbatan zaif moddalarning parchalanishiga asoslangan. Kaliy xlorat ("Bertolet tuzi") odatda ishlatiladi, kaliy xlorid va kislorodga qizdirilganda parchalanadi:
2 KClO3 = 2 KCl + 3 O2.
Bu reaktsiya qiziq. KClO3 ga dastlab ozgina marganets dioksidi (MnO2) qo'shilsa, u sezilarli darajada tezlashadi va past haroratlarda davom etadi, jarayon tugagandan so'ng uning miqdori o'zgarishsiz qoladi. Marganets dioksidiga o'xshash, reaksiyalarni tezlashtiradigan, ammo buning natijasida ularning o'zlari kimyoviy jihatdan o'zgarmagan moddalar katalizatorlar deyiladi. Moddalarning katalitik faolligi o'ziga xosdir, ya'ni. ularning har biri bitta reaktsiya uchun yaxshi katalizator bo'lib xizmat qiladi, ko'pincha boshqasida butunlay harakatsiz bo'lib chiqadi. Shu bilan birga, har qanday modda tomonidan katalizlanadigan reaktsiya uchun odatda bir qator boshqa katalizatorlarni tanlash mumkin. Shunday qilib, KClO3 parchalanishida MnO2 o'rniga temir (III) oksidi (Fe2O3), xrom (III) oksidi (Cr2O3) va boshqalar ishlatilishi mumkin.
Kislorodning sekin va bir xil oqimini olish uchun MnO2 o'rniga maydalangan osh tuzi KClO3 bilan aralashtiriladi. Biroq, bu holda, isitish kuchliroq bo'lishi kerak. Aniq ish uchun KCIO3 ning parchalanishi natijasida olingan kislorod odatda xlor izlarini o'z ichiga olishini yodda tutish kerak.
Kislorodni laboratoriya sharoitida boshqa bir qancha usullar bilan ham olish mumkin, ulardan quyidagilar eng qulay hisoblanadi: a) KMnO4 ning kuchsiz kalsinlanishi; b) sulfat kislota bilan kislotalangan H2O2 eritmasiga KMnO4 eritmasini tomchilab qo`shish; v) kobalt tuzlari ishtirokida suvning natriy peroksidga ta'siri; d) suyultirilgan nitrat kislotaning BaO2 va PbO2 ning teng og'irlikdagi qismlari aralashmasiga ta'siri; e) H2SO4 yoki NaOH bo'lgan suvning to'g'ridan-to'g'ri elektr toki bilan parchalanishi (bir vaqtning o'zida vodorod ham hosil bo'ladi). Yuqori darajada toza kislorodni (faqat suv bug'ining aralashmasini o'z ichiga olgan) olish uchun eruvchan havo gazlaridan qaynash natijasida ajralib chiqadigan K2CrO4 ning sulfat kislota eritmasi elektrolizga duchor bo'ladi. Dunyoda yillik kislorod ishlab chiqarish millionlab tonnalarda baholanadi.
Dala sharoitida kislorodni olish uchun 100 Vt yaqin aralashmani ishlatish qulay. soat KCIO3 c 13 wt. h.MnO2 va oz miqdorda ko'mir changi. Bu aralash - oksigenit - yoqilganda kislorodni chiqara boshlaydi. CO2 ni tozalash, hosil bo'lgan gazni ho'l o'chirilgan ohak bilan idishdan o'tkazish orqali amalga oshirilishi mumkin.
Kislorodni sanoat ishlab chiqarishning asosiy manbai suyuq havodir. Undan chiqarilgan kislorod odatda oz miqdorda azot va og'ir inert gazlarni o'z ichiga oladi. Ayniqsa, toza kislorodni olish uchun ba'zan suvning elektr toki bilan parchalanishi qo'llaniladi.
Taxminan 0 100 hajm suvda eriydi°Taxminan besh hajmli kislorod bilan, 20 da°C taxminan uchga teng. Gidrosfera suvlari 1,5 ni o'z ichiga oladi•1013 tonna erigan kislorod. Uning suvda eruvchanligi hayot uchun katta ahamiyatga ega, chunki u tirik organizmlar uchun energiya manbai bo'lib xizmat qiladi, nafas olish jarayoni erigan kislorod ishtirokida amalga oshiriladi.
Nafas olishning kimyoviy mohiyati organik moddalarning uglerod va vodorodning havodagi kislorod bilan birikmasidir. Hayvonlarda ham, o'simliklarda ham xuddi shu tarzda kimyoviy ma'noda uchraydi. Ammo o'simliklarda oziqlanish jarayoni parallel ravishda boradi: quyosh nuri ta'sirida o'simlik organizmi karbonat angidrid va suvdan o'ziga kerak bo'lgan organik moddalarni sintez qiladi va erkin kislorod atmosferaga qaytadi. Nafas olish vaqtida o'simliklar tomonidan chiqariladigan umumiy miqdor nafas olish vaqtida iste'mol qiladigan miqdordan taxminan olti baravar ko'p.
Tirik organizmlarning nafas olishi kimyoviy jihatdan hamma joyda sodir bo'ladigan turli oksidlanish jarayonlariga o'xshashdir. So'zning tor ma'nosida oksidlanish moddaning kislorod bilan birikmasini anglatadi. Ikkinchisi eng faol kimyoviy elementlardan biri bo'lganligi sababli, u deyarli barcha boshqalar bilan ko'proq yoki kamroq kuchli reaksiyaga kirishadi. Agar oksidlanish issiqlik va yorug'likning katta miqdorda chiqishi bilan davom etsa, u yonish deb ataladi. Sekin-asta sodir bo'ladigan oksidlanish jarayonlari, oksidlovchi moddaning tabiatiga qarab, zanglash (temir uchun), yonish (organik qoldiqlar uchun) yoki ko'pincha oddiy oksidlanish deb ataladi.
Oksidlanish jarayonlari havoga qaraganda sof kislorodda ancha kuchliroq kechadi. Masalan, yonib turgan parcha-parcha yonib, kislorodda yorqin yonib ketadi.Barcha rangsiz gazlar ichida amalda deyarli uchramaydigan azot yarim oksidigina bir xil effekt beradi. Shuning uchun, smolder testi ko'pincha tekshirilayotgan gazning kislorod ekanligini isbotlash uchun xizmat qiladi.
Kislorod yuqori haroratlarni olish uchun keng qo'llaniladi, bunga turli xil yonuvchi gazlarni (vodorod, yorug'lik gazi va boshqalar) havo bilan emas, balki sof kislorod bilan aralashmada yoqish orqali erishiladi. Asetilen bilan aralashmada kisloroddan foydalanish ayniqsa keng tarqalgan (olov harorati taxminan 3000°C) metalllarni payvandlash va kesish uchun. Tibbiyotda kislorodni inhalatsiyalash ba'zan ma'lum zaharlanishlar, o'pka kasalliklari va boshqalar uchun buyuriladi. Kisloroddan foydalanish (ko'pincha u bilan boyitilgan havo) metallurgiya va sanoatda bir qator eng muhim ishlab chiqarish jarayonlarini faollashtirish uchun katta amaliy ahamiyatga ega. kimyo sanoati.
Kislorod qora rangli "Kislorod" yozuvi bo'lgan ko'k ballonlarda saqlanadi. Katta miqdorlar suyuqlik holatida saqlanadi va tashiladi. Buning uchun yaxshi issiqlik izolatsiyasiga ega bo'lgan maxsus idishlar ("tanklar") ishlatiladi. Xizmatga yaroqli 1 tonnalik tank soatiga 4 kg dan ko'p bo'lmagan kislorodni yo'qotadi (yuqori qismdagi teshik orqali bug'lanish orqali). Suyuq kislorod raketalarni yoqish uchun ishlatiladi.
Raketalarda ishlatiladigan reaktiv modda odatda yonuvchi va oksidlovchi moddadan iborat. U bir vaqtning o'zida bir qator shartlarni (yonish tezligi, issiqlik qiymati, olov harorati, yonish mahsulotlarining tabiati va boshqalar) qondirishi kerak, ular har doim bir-biriga mos kelmaydi. Bunday yoqilg'ining muhim raqamli xarakteristikasi uning o'ziga xos impulsi (o'ziga xos surish). U qanchalik katta bo'lsa, ma'lum bir kuchni olish uchun kamroq yoqilg'i sarfi talab qilinadi. Maxsus impuls ishlab chiqilgan tortishishning (kg) ikkinchi yoqilg'i sarfiga (kg / s) nisbati sifatida aniqlanadi va odatda 300 s dan oshmaydi. Masalan, kichik raketalarda tez-tez ishlatiladigan alkogol va kislorod aralashmasining o'ziga xos impulsi (eng qabul qilingan taqqoslash sharoitida - yonish kamerasida taxminan 20 atm bosim) taxminan 250 s (va kerosin va kislorod aralashmasi). taxminan 300 s).
Turli oksidlanish jarayonlari natijasida kislorod doimo erkin holatdan bog'langan holatga o'tadi. Shu bilan birga, erkin kislorod miqdori deyarli o'zgarmaydi, chunki uning kamayishi o'simliklarning hayotiy faoliyati bilan qoplanadi.