Рідкий кисень. Загальні відомості. Кисень та його одержання Температура кисню в рідкому стані

Де б ми не знаходилися, нас усюди оточує кисень повітря.

Чому ж ми не помічаємо та не відчуваємо його? Кисень, азот, аргон та інші гази, що входять до складу повітря, безбарвні та не мають ні запаху, ні смаку. Газоподібне повітря не можна ні бачити, ні відчувати.

Повітря із газоподібного стану можна перевести в рідке. Одночасно з основною масою повітря - азотом - в рідкий стан перейдуть кисень та більшість інших газів, що входять до його складу.

Щоб газоподібний кисень перетворити на рідину, його потрібно стиснути до 50 атмосфер і охолодити до -119 °.

Рідкий кисень можна отримати і при атмосферному тиску, але для цього потрібно охолодити газоподібний кисень до температури -183°. При більш сильному охолодженні, до температури -220°, рідкий кисень твердне і перетворюється на снігоподібну масу.

Якщо на деякий час у рідкий кисень помістити шматочок гуми, вона втратить свою еластичність і під ударом розлетиться на дрібні частини.

Таку ж крихкість набуває і цинкова пластинка, охолоджена в рідкому кисні до температури -183 °. Рідка ртуть при такій температурі перетворюється на тверду масу, яку можна кувати, як свинець, а свинець набуває здатності дзвеніти, як бронзовий дзвіночок.

Рідкий кисень має голубуватий колір. Його можна легко переливати з судини в посудину. При переливанні рідкий кисень «парить». Але це пари кисню, а пари води. Рідкий кисень, випаровуючись, поглинає багато тепла з навколишнього повітря. Повітря сильно охолоджується, і волога, що у повітрі, конденсується, утворюючи туман. Цей туман і створює враження пари, що виходить із самої рідини.

Температура кипіння рідкого кисню дорівнює -183 °.

Якщо фарфоровий стакан з рідким киснем винести взимку на мороз 30-40 °, він кипітиме бурхливіше, ніж вода на найсильнішому вогні газової плити.

При кімнатній температурі випаровування рідкого кисню йде ще енергійніше, і він швидко переходить у газоподібний стан.

Щоб використати рідкий кисень, його необхідно зберегти. Як же змусити цю бурхливо киплячу рідину не так швидко випаровуватися?

Для цього служать спеціальні судини, в яких легко вдається «приборкати» цю рідину, що швидко випаровується.

Посудина для зберігання рідкого кисню є циліндром з подвійними стінками. Внутрішні сторони стінок зазвичай покривають тонким шаром срібла. Повітря між стінками судини викачується.

Розріджені гази погано проводять тепло, а дзеркальна поверхня срібла добре відбиває його. Таким чином, рідкий кисень, що знаходиться в посудині, ізольований від зовнішнього тепла, що забезпечує збереження рідкого кисню протягом однієї доби.

При випаровуванні рідкого кисню обсяг його збільшується майже 800 раз. З кубічного сантиметра рідкого кисню утворюється близько 800 кубічних сантиметрів газоподібного.

Зберігати рідкий кисень у закритих судинах небезпечно: усередині судини може утворитися великий тиск, що веде до вибуху. Тому судини для зберігання рідкого кисню зверху відкриті. Повітря, що знаходиться над рідиною, сильно охолоджується і захищає кисень від зовнішнього тепла, уповільнюючи подальше випаровування.

Для перевезення невеликих кількостей рідкого кисню використовують металеві ємністю 15-25 літрів.

Металеві судини складаються з двох куль або циліндрів, вставлених одна в одну. Внутрішній шар або циліндр має високе і вузьке горло, через яке посудина заповнюється рідким киснем. Горло завжди залишається відкритим. З простору між стінками судини повітря викачано, і створено високий вакуум, тобто сильне розрідження.

Щоб підтримати високий вакуум, частина простору між стінками заповнюється силікагелем, здатним за низької температури поглинати кількість газу в сотні разів більше за свій власний обсяг. Якщо через стінки або через місця спайки з часом проникне невелика частина повітря, він поглинеться силікагелем і розрідження не зменшиться. Високий вакуум забезпечує постійну ізоляцію судини від зовнішнього тепла та дає можливість протягом двох і більше діб зберігати у ньому рідкий кисень. Такі судини зазвичай поміщають у залізні циліндри.

Простір між посудиною та зовнішнім циліндром заповнюють теплоізоляційним матеріалом. Для перенесення на зовнішньому циліндрі є ручки.

Великі кількості рідкого кисню перевозяться залізницею та автотранспортом у спеціальних цистернах чи танках. Вони добре ізольовані від зовнішнього тепла. Місткість транспортних танків різна: від 1 тисячі до 10 тисяч літрів. Цистерни, в яких рідкий кисень перевозять залізницею, вміщують до кількох десятків тонн.

Рідкий кисень можна отримати з рідкого повітря, яке утворюється за низьких температур і високого тиску.

Високий тиск створюють у машинах, які називаються компресорами. Їх надають руху електродвигуни.

Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.

Рідкий кисень (ЖК, англ. Liquid oxygen, LOX) – рідина блідо-синього кольору, яка відноситься до сильних парамагнетиків. Є одним із чотирьох агрегатних станів кисню. РК має питому щільність 1,141 г/см³ і має помірно кріогенні властивості з точкою замерзання 50,5 K (−222,65 °C) та точкою кипіння 90,188 K (−182,96 °C).
Рідкий кисень активно використовується в космічній та газовій галузях, при експлуатації підводних човнів широко використовується в медицині. Зазвичай промислове одержання ґрунтується на фракційній перегонці повітря. Коефіцієнт розширення ( expansion ratio ) кисню при зміні агрегатного стану на газоподібне становить 860:1 при 20 ° C , що іноді використовується в системах постачання киснем для дихання в комерційних та військових літаках . Основним і практично невичерпним джерелом отримання рідкого кисню є атмосферне повітря: проводиться зрідження повітря та подальше поділ його на кисень та азот.

Загальні відомості.

У періодичній системі хімічних елементів Менделєєва кисень позначається символом 0 (від латинського Oxygenium). У нормальних умовах кисень є дуже активним газом, не відчувається органами почуттів людини (тобто не має запаху, смаку або кольору). Молекула кисню зазвичай двоатомна (формула її О2), рідше триатомна (О3, такий молекулярний стан кисню називають озоном, цей газ має дуже специфічний запах). Кисень є найпоширенішим у межах планети хімічним елементом. Він не лише на чверть заповнює атмосферу Землі, а й присутній у всіх внутрішніх оболонках планети у складі силікатів (оксиди кремнію, у тому числі складається вулканічна магма).

Історія відкриття

Існує точна дата експериментального виявлення кисню - 1 серпня 1774, про що заявив англієць Джозеф Прістлі. Однак, як часто буває в хімії, всю сутність свого відкриття він не усвідомив, тим самим частково віддавши лаври першовідкривача своїм колегам.
За фактом, першим відкрив кисень трьома роками раніше шведський дослідник природи і фармацевт Карл Шееле (1771 рік), коли поставив експеримент з прожарювання селітри сірчаною кислотою і подальшим розкладанням оксиду азоту на складові: азот і кисень. Шееле дав новому газу ім'я «вогняне повітря», але опублікував свої експерименти лише 1777 року. До цього часу Джозеф Прістлі вже провів свої досліди та заявив про своє відкриття, хоч і неправильно інтерпретував результати свого експерименту. Обидва вчені розповіли про свої досліди найбільшому хіміку того часу Антуану Лавуазьє. Саме останній 1775 року встановив, що кисень є окремим хімічним елементом, яке двоатомна молекула входить до складу атмосферного повітря. Праці Лавуазьє назавжди спростували одну з головних помилок у хімії того часу, теорію флогістону, якою намагалися пояснити процеси горіння та окислення речовин.
А «офіційний» першовідкривач Джозеф Прістлі прославився тим, що в рамках своїх численних експериментів відкрив для науки одразу кілька важливих хімічних сполук, серед яких оксиди вуглецю та сірки, аміак та хлор.

Властивості кисню

Фізичні властивості кисню за нормальних умов характеризують його як безбарвний газ, не відчутний людиною. Має щільність 1,429 кг/м3. Слабко розчиняється у воді. При нагріванні молекула О2 починає оборотно дисоціювати на атоми: від 0,03% всіх молекул за +2000 °C до 99,5% за +6000 °C.
У рідкому стані кисень є блідо-блакитною рідиною, що закипає при 182,9 °C. Твердий кисень має вигляд кристалів синього кольору, температура яких -218,7°С.
Кисень зустрічається у складі понад 1500 з'єднань земної кори. Атом кисню присутній у воді та живих клітинах всіх організмів планети. Кисень є надзвичайно сильним окислювачем і вступає у реакції практичними з усіма іншими елементами. Виняток становлять інертні гази та золото, які не окислюються. Внаслідок реакцій взаємодії з киснем з'являються оксиди. Реакції протікають із тепла і каталізуються з підвищенням температури, що зумовлює процесу горіння.

Застосування кисню.

Застосування кисню у промисловому виробництві стало можливим із винаходом детандерів у середині минулого століття. Детандери перетворять потенційну енергію газу на механічну, при цьому газ здійснює роботу та охолоджується. Таким чином проводять зрідження та поділ повітря, отримуючи в результаті азот та кисень.
Кисень, будучи найсильнішим окисником, сприяє повному згорянню палива, що використовується у різних галузях промисловості. Виплавлення металу з руди неможливе без використання кисню. Рідкий кисень застосовується як окисник для ракетного палива, особливо у суміші з озоном. Не лише космічні кораблі, а й усі сучасні літаки не можуть обійтися без кисню під час польоту. За один трансокеанічний переліт спалюється понад 10 тонн рідкого кисню.
У металургії кисень застосовується при конвертерному виробництві сталі та прокатних виробів. Також він необхідний при газополум'яному зварюванні та різанні металів. Використовується як реактив-окислювач при синтезі спиртів, альдегідів, аміаку в хімічній промисловості.
У харчовій промисловості виступає в ролі палива (для розпилення інших речовин), як пакувальний газ і навіть як харчова добавка (Е 948).
У медицині застосовується у спеціальних балонах у зрідженому стані для різних цілей: застосовується як інгалятор, усуває гіпоксію, збагачує дихальні суміші при наркозі, відновлює роботу шлунково-кишкового тракту (т.зв. кисневі коктейлі).
У рибництві киснем насичують водне середовище збільшення продуктивності (у теплій воді вміст кисню нижче, ніж у холодної, але більшість промислових риб неспроможна жити при низьких температурах водного середовища).

Цікаві факти

Зміст кисню в сучасній атмосфері – 21% – є необхідним та достатнім для функціонування людини як живої істоти. Однак у великих містах кількість кисню знижено до 17-18%. Це пояснюється нестачею зелених рослин, фотосинтезуюча діяльність яких і заповнює баланс газоподібного кисню в атмосфері. За несприятливих метеорологічних умов вміст кисню у межах може опуститися і до 10%, що критично нашій життєдіяльності. Адже при 7% вмісту кисню в повітрі людина гине. Синдром нестачі кисню називається гіпоксією і проявляється у загальній слабкості, швидкій стомлюваності, безсонні, зниженні уваги, частими головними болями та підвищеною сприйнятливістю до інфекцій. Вважається, що нестача кисню в мозку обумовлює депресію.
У людини є рефлекторний прийом короткочасного збільшення кількості кисню в організмі – позіхання. Вважається, що ми позіхаємо саме в тому випадку, коли вміст кисню в головному мозку падає нижче за нормальний рівень.
У гірських місцевостях повітря більш розріджене і вміст у ньому кисню знижено. У ході еволюції у корінних жителів таких територій поріг чутливості до нестачі кисню знизився. Тому, жителі Непалу, Бутану, Болівії, Грузії чудово почуваються на висотах понад 3-4 кілометри, у той час як представники інших національностей відчувають втому, нудоту, а при піднесенні вище змушені користуватися кисневими масками. промисловості та сільського господарства.

Компанія ТОВ «Спецсервіс»здійснює доставку рідкого кисню до будь-якого міста Росії.

Виходячи з умов постачання та необхідного обсягу продукції, ми зможемо запропонувати Вам оптимальну ціну.

Рідкий кисень є рідиною блідо-синього кольору, яка має помірні кріогенні властивості. Основним джерелом одержання кисню є атмосферне повітря. Спочатку відбувається його зрідження з наступним поділом на кисень та азот.

Сфера застосування рідкого кисню:

• у металургійній галузі кисень застосовується при виплавці свинцю, цинку, нікелю, цирконію та інших кольорових металів. Крім того, рідким киснем інтенсифікують процеси випалу сировини;
• в оборонній промисловості рідкий вид кисню використовують як окисний компонент ракетного палива. Як правило, кисень застосовують у комбінації з рідким воднем або гасом;
• у сучасній медицині кисень застосовують для заправки пересувних киснево-інгаляційних установок.

Крім цього, рідкий вид кисню активно використовують при проведенні зварювально-ріжучих робіт з металу.

Для отримання кисню застосовують фракційну перегонку повітря. Це досить складний процес, тому що рідкий кисень створюється з великою витратою енергії. Найчастіше установки з киснем встановлюються на ремонтно-механічних, машинобудівних та інших підприємствах, які мають постійну потребу в рідкому кисні.