- Таблица: плотности газов, химические формулы газов и молекулярные веса основных распространенных газов — ацетилен, воздух, метан, азот, кислород и многих других — инженерный справочник / технический справочник дпва / таблицы для инженеров (ex dpva-info)
- Гсссд 19-81 кислород жидкий и газообразный. плотность, энтальпия, энтропия и изобарная теплоемкость при температурах 70-1000 к и давлениях 0,1-100 мпа от 13 мая 1981 —
- История открытия
- Как меняется плотность с ростом и понижением температуры
- Нахождение в природе
- Получение кислорода
- Применение кислорода в сварке
- Применение при сварке и резке
- Примеры решения задач
- Разложение кислородсодержащих веществ
- Способы получения кислорода
- Таблица плотностей веществ — урок. физика, 7 класс.
- Таблица плотности газов
- Физические свойства
- Характеристики кислорода
- Химические свойства
Таблица: плотности газов, химические формулы газов и молекулярные веса основных распространенных газов — ацетилен, воздух, метан, азот, кислород и многих других — инженерный справочник / технический справочник дпва / таблицы для инженеров (ex dpva-info)
| Газ | Химическая формула | Молекулярный вес | Плотность | ||
кг/м3 | футов/фут3(lb/ft3) | относительная плотность газа по воздуху | |||
| Азот / Nitrogen | N2 | 28.02 | 1.1651) 1.25062) | 0.07271) 0.0780722) | 0,97 |
| Ацетилен = этин / Acetylene (ethyne) | C2H2 | 26 | 1.0921) 1.1702) | 0.06821) 0.07292) | 0,91 |
| Аммиак / Ammonia | NH3 | 17.031 | 0.7171) 0.7692) | 0.04481) 0.04802) | 0,60 |
| Аргон / Argon | Ar | 39.948 | 1.6611) 1.78372) | 0.10371) 0.1113532) | 1,38 |
| Бензол / Benzene | C6H6 | 78.11 | 3.486 | 0.20643 | 2,90 |
| Биогаз, генерируемый метантенком; метан, генерируемый метантенком / Digester Gas (Sewage or Biogas) | 0.062 | ||||
| Бутан / Butane | C4H10 | 58.1 | 2.4891) 2.52) | 0.15541) 0.1562) | 2,07 |
| Бутилен = Бутен / Butylene (Butene) | C4H8 | 56.11 | 2.504 | 0.1482) | 2,03 |
| Веселящий газ, закись азота / Nitrous Oxide | N2O | 44.013 | 1.9801) | 0.114 | 1,65 |
| Водород / Hydrogen | H2 | 2.016 | 0.08992) | 0.00562) | 0,08 |
| Водяной пар / Water Vapor, steam | H2O | 18.016 | 0.804 | 0.048 | 0,67 |
| Водяной битуминозный газ= голубой водяной газ жирный / Water gas (bituminous) | 0.054 | ||||
| Водяной карбюрированный газ = голубой водяной газ / Carbureted Water Gas | 0.048 | ||||
| Воздух / Air | 29 | 1.2051) 1.2932) | 0.07521) 0.08062) | 1 | |
| Газ | Химическая формула | Молекулярный вес | Плотность | ||
кг/м3 | футов/фут3(lb/ft3) | ||||
| Гелий / Helium | He | 4.02 | 0.16641) 0.17852) | 0.010391) 0.0111432) | 0,014 |
| Гексан / Hexane | 86.17 | ||||
| Двукосиь азота / Nitric oxide | NO | 30.0 | 1.2491) | 0.07801) | 1,04 |
| Двуокись азота = перекись азота / Nitrogen Dioxide | NO2 | 46.006 | |||
| Доменный газ = колошниковый газ / Blast furnace gas | 1.2502) | 0.07802) | 0,97 | ||
| Дисульфид углерода = двусернистый углерод = сернистый углерод = сероуглерод / Carbon disulphide | 76.13 | ||||
| Криптон / Krypton | 3.742) | 2,90 | |||
| Коксовальный газ = коксовый газ / Coke Oven Gas | 0.0342) | ||||
| Метан / Methane | CH4 | 16.043 | 0.6681) 0.7172) | 0.04171) 0.04472) | 0,56 |
| Метиловый спирт / Methyl Alcohol | 32.04 | ||||
| Пригодный газ = натуральный газ / Natural gas | 19.5 | 0.7 — 0.92) | 0.044 — 0.0562) | 0,55-0,70 | |
| Продукты сгорания = смесь продуктов полного сгорания в виде CO2, Н2О, SO2 и золы неполного сгорания в виде СО, Н2, и др., а также азота и кислорода / Combustion products | 1.112) | 0.0692) | 0,86 | ||
| Изопентан / Iso-Pentane | 72.15 | ||||
| Газ | Химическая формула | Молекулярный вес | Плотность | ||
кг/м3 | футов/фут3(lb/ft3) | ||||
| Кислород / Oxygen | O2 | 32 | 1.3311) 1.42902) | 0.08311) 0.0892102) | 1,11 |
| Ксенон / Xenon | 5.862) | 4,54 | |||
| Метилбензол = толуол / Toluene | C7H8 | 92.141 | 4.111 | 0.2435 | 3,42 |
| Неон / Neon | Ne | 20.179 | 0.89992) | 0.0561792) | 0,70 |
| Н-гептан / N-Heptane | 100.20 | ||||
| Н-октан / N-Octane | 114.22 | ||||
| Н-пентан / N-Pentane | 72.15 | ||||
| Озон / Ozone | O3 | 48.0 | 2.142) | 0.125 | 1,78 |
| Оксид серы (II)= диоксид серы = двуокись серы = сернистый ангидрид = сернистый газ / Sulfur Dioxide | SO2 | 64.06 | 2.2791) 2.9262) | 0.17031) 0.18282) | 1,90 |
| Оксид серы (III)= триоксид серы = серный ангидрид = серный газ / Sulfur Trioxide | SO3 | 80.062 | |||
| Оксид серы (I)= моноксид серы / Sulfuric Oxide | SO | 48.063 | |||
| Пропан / Propane | C3H8 | 44.09 | 1.8821) | 0.11751) | 1,57 |
| Пропен = пропилен / Propene (propylene) | C3H6 | 42.1 | 1.7481) | 0.10911) | 1,45 |
| Перокид азота / Nitrous Trioxide | NO3 | 62.005 | |||
| Светильный газ угольный газ (горючий газ, состоящий из 20-30% метана и 50% водорода получаемый из каменного угля в процессе его полукоксования и частичного термического крекинга / Coal gas | 0.5802) | 0,45 | |||
| Сера / Sulfur | S | 32.06 | 0.135 | ||
| Соляная кислота = хлористый водород / Hydrochloric Acid = Hydrogen Chloride | HCl | 36.5 | 1.5281) | 0.09541) | 1,27 |
| Сероводород = сернистый водород / Hydrogen Sulfide | H2S | 34.076 | 1.4341) | 0.08951) | 1,19 |
| Угарный газ, моноксид углерода / Carbon monoxide | CO | 28.01 | 1.1651) 1.2502) | 0.07271) 0.07802) | 0,97 |
| Углекислый газ = двуокись углерода, диоксид углерода / Carbon dioxide | CO2 | 44.01 | 1.8421) 1.9772) | 0.11501) 0.12342) | 1,53 |
| Газ | Химическая формула | Молекулярный вес | Плотность | ||
кг/м3 | футов/фут3(lb/ft3) | ||||
| Хладагент R-11 | 137.37 | ||||
| Хладагент R-12 | 120.92 | ||||
| Хладагент R-22 | 86.48 | ||||
| Хладагент R40 = хлористый метил / Methyl Chloride | 50.49 | ||||
| Хладагент R-114 | 170.93 | ||||
| Хладагент R-123 | 152.93 | ||||
| Хладагент R-134a | 102.03 | ||||
| Холодильный агент R160 =хлористый этил / Ethyl Chloride | 64.52 | ||||
| Хлор / Chlorine | Cl2 | 70.906 | 2.9941) | 0.18691) | 2,49 |
| Циклогексан / Cyclohexane | 84.16 | ||||
| Этан / Ethane | C2H6 | 30.07 | 1.2641) | 0.07891) | 1,05 |
| Этиловый спирт = этанол / Ethyl Alcohol | 46.07 | ||||
| Этилен / Ethylene | C2H4 | 28.03 | 1.2602) | 0.07862) | 0,98 |
1)NTP — Нормальная температура и давление (Normal Temperature and Pressure) — 20oC (293.15 K, 68oF) при 1 атм ( 101.325 кН/м2, 101.325 кПа, 14.7 psia, 0 psig, 30 in Hg, 760 мм.рт.ст)
2)STP — Стандартная температура и давление (Standard Temperature and Pressure) — 0oC (273.15 K, 32oF) при 1 атм (101.325 кН/м2, 101.325 кПа, 14.7 psia, 0 psig, 30 in Hg, 760 torr=мм.рт.ст)
Гсссд 19-81 кислород жидкий и газообразный. плотность, энтальпия, энтропия и изобарная теплоемкость при температурах 70-1000 к и давлениях 0,1-100 мпа от 13 мая 1981 —
ГСССД 19-81
ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЛУЖБА СТАНДАРТНЫХ СПРАВОЧНЫХ ДАННЫХ
GSSSD 19-81
РАЗРАБОТАНЫ Московским ордена Ленина энергетическим институтом; Одесским институтом инженеров морского флота; Всесоюзным научно-исследовательским институтом метрологической службы
Авторы: д-р техн. наук В.В.Сычев, д-р техн. наук А.А.Вассерман, канд. техн. наук А.Д.Козлов, канд. техн. наук Г.А.Спиридонов, канд. техн. наук В.А.Цымарный
РЕКОМЕНДОВАНЫ К УТВЕРЖДЕНИЮ Советским национальным комитетом по сбору и оценке численных данных в области науки и техники Президиума АН СССР; Секцией теплофизических свойств веществ Научного совета АН СССР по комплексной проблеме «Теплофизика»;
Всесоюзным научно-исследовательским центром Государственной службы стандартных справочных данных
ОДОБРЕНЫ экспертной комиссией ГСССД в составе:
д-ра техн. наук И.Ф.Голубева, д-ра хим. наук Л.В.Гурвича, д-ра техн. наук А.В.Клецкого, д-ра техн. наук В.А.Рабиновича, д-ра техн. наук А.М.Сироты
ПОДГОТОВЛЕНЫ К УТВЕРЖДЕНИЮ Всесоюзным научно-исследовательским центром Государственной службы стандартных справочных данных (ВНИЦ ГСССД)
УТВЕРЖДЕНЫ Государственным комитетом СССР по стандартам 13 мая 1981 г. (протокол N 64)
Применение стандартных справочных данных обязательно во всех отраслях народного хозяйства
Настоящие таблицы стандартных справочных данных содержат значения плотности, энтальпии, энтропии и изобарной теплоемкости жидкого и газообразного кислорода для области температур 700-1000 К* и давлений 0,1-100 МПа.
_______________
* Текст документа соответствует оригиналу. — Примечание изготовителя базы данных.
Таблицы рассчитаны с помощью единого усредненного уравнения состояния кислорода:
,
где 
; 
; ;
.
Уравнение составлено по опытным , , -данным, опубликованным в 1893-1975 гг. и охватывающим в совокупности область температур 54-673 К и давлений 0,0001-981 МПа. При составлении уравнения наибольший вес придавался надежным экспериментальным данным [1-8] для области температур ниже 373 К и давлений ниже 70 МПа. Массив перечисленных данных (1842 точки) аппроксимирован уравнением состояния со средней квадратической погрешностью 
0,10%. Дополнительно при составлении уравнения использованы по 25 значений второго и третьего вириальных коэффициентов для интервала температур 100-1600 К из работ [7, 9], по 200 значений производных 
0,10%. Дополнительно при составлении уравнения использованы по 25 значений второго и третьего вириальных коэффициентов для интервала температур 100-1600 К из работ [7, 9], по 200 значений производных к
для области параметров 58-300 К и 0,05-30 МПа [7] и 148 опытных значений изохорной теплоемкости [10] для области 56-284 К и 0,4-35 МПа. В подавляющем большинстве точек погрешность расчета значений производных лежит в пределах ±2%. Опытные данные об изохорной теплоемкости уравнение описывает со средней квадратической погрешностью 2,0%. Уравнение с высокой точностью удовлетворяет правилу Максвелла: значения давления насыщенного пара , найденные с помощью уравнения состояния на основании этого правила, согласуются с достоверными опытными величинами со средней квадратической погрешностью 
для области параметров 58-300 К и 0,05-30 МПа [7] и 148 опытных значений изохорной теплоемкости [10] для области 56-284 К и 0,4-35 МПа. В подавляющем большинстве точек погрешность расчета значений производных лежит в пределах ±2%. Опытные данные об изохорной теплоемкости уравнение описывает со средней квадратической погрешностью 2,0%. Уравнение с высокой точностью удовлетворяет правилу Максвелла: значения давления насыщенного пара , найденные с помощью уравнения состояния на основании этого правила, согласуются с достоверными опытными величинами со средней квадратической погрешностью 0,06%.
Коэффициенты уравнения состояния [11], полученные в итоге усреднения коэффициентов системы из 159 уравнений, эквивалентных по точности аналитического описания экспериментальных данных:
0,5003616·10; | 0,4697109·10; | |||||
-0,1101003·10; | 0,5554044·10; | |||||
-0,6223903·10; | 0,5593279·10; | |||||
0,1675656·10; | -0,4078490·10; | |||||
-0,6652177·10; | -0,3962116·10; | |||||
-0,2169624·10; | 0,5797930·10; | |||||
-0,9781135·10; | -0,3705044·10; | |||||
0,1280217·10; | -0,1481088·10; | |||||
0,1920227·10; | -0,1711550·10; | |||||
-0,3183172·10; | 0,1067042·10; | |||||
0,8324700·10; | -0,5225285·10; | |||||
-0,2974850·10; | 0,73023·10 | |||||
-0,1625295·10; | 0,9576734·10; | |||||
-0,1913846·10; | 0,3030303·10; | |||||
0,2632636·10; | 0,4463061·10; | |||||
-01683686·10; | -0,7658060·10; | |||||
-0,4604221·10; | 0,3643325·10; | |||||
0,3828505·10; | -0,5490344·10; | |||||
0,2180327·10; | -0,4612808·10; | |||||
0,5240760·10; | 0,2105995·10; | |||||
-0,7494169·10; | -0,1560455·10. | |||||
При расчетах приняты следующие значения газовой постоянной и критических параметров: 259,835 Дж/(кг·К); 154,581 К; 
436,2 кг/м.
Значения энтальпии, энтропии и изобарной теплоемкости рассчитаны по формулам
; 
; ;
,
где , , — энтальпия, энтропия и изохорная теплоемкость в идеально-газовом состоянии.
Значения и определены по соотношениям
,
,
где и — энтальпия и энтропия при температуре ; — теплота сублимации при 0 К; — константа (в данной работе 0).
Значение теплоты сублимации кислорода принято равным 275,542 кДж/кг по данным [12]. Значения энтальпии и энтропии при температуре 100 К, являющейся вспомогательной точкой отсчета при интегрировании уравнения для , составляют 90,66 кДж/кг и 5,4124 кДж/(кг·К) соответственно [9]. Значения изобарной теплоемкости в идеально-газовом состоянии заимствованы из таблиц [9] и аппроксимированы полиномом
,
где
-0,14377991·10; | 0,40380420·10; | -0,21055776·10; |
0,70241596·10; | -0,15110750·10; | 0,21669226·10; |
-0,21011829·10; | 0,13639068·10; | -0,56838531·10; |
0,13754216·10; |
| 0,37935559·10; |
-0,17549860·10; | 0,44380734·10; | -0,46774962·10; |
|
-0,14696235·10;
.В табл.1-4 приведены значения термодинамических функций кислорода, а в табл.5-8 — случайные погрешности этих функций, вычисленные по формуле
,
где — среднее значение термодинамической функции; — значение этой функции, полученное по -му уравнению из системы, содержащей уравнений. Погрешность — характеризует рассеяние расчетных значений относительно среднего значения . Значения погрешностей представлены для части изобар; для промежуточных изобар они могут быть определены линейной интерполяцией.
Продолжение
История открытия
Официально считается, что кислород был открыт английским химиком Джозефом Пристли 1 августа 1774 года путём разложения оксида ртути в герметично закрытом сосуде (Пристли направлял на это соединение солнечные лучи с помощью мощной линзы).
- 2HgO →ot 2Hg O2↑
Однако Пристли первоначально не понял, что открыл новое простое вещество, он считал, что выделил одну из составных частей воздуха (и назвал этот газ «дефлогистированным воздухом»). О своём открытии Пристли сообщил выдающемуся французскому химику Антуану Лавуазье.
Несколькими годами ранее (в 1771 году) кислород получил шведский химик Карл Шееле. Он прокаливал селитру с серной кислотой и затем разлагал получившийся оксид азота. Шееле назвал этот газ «огненным воздухом» и описал своё открытие в изданной в 1777 году книге (именно потому, что книга опубликована позже, чем сообщил о своём открытии Пристли, последний и считается первооткрывателем кислорода). Шееле также сообщил о своём опыте Лавуазье.
Важным этапом, который способствовал открытию кислорода, были работы французского химика Пьера Байена, который опубликовал работы по окислению ртути и последующему разложению её оксида.
Наконец, окончательно разобрался в природе полученного газа А. Лавуазье, воспользовавшийся информацией от Пристли и Шееле. Его работа имела громадное значение, потому что благодаря ей была ниспровергнута господствовавшая в то время и тормозившая развитие химии флогистонная теория.
Лавуазье провёл опыт по сжиганию различных веществ и опроверг теорию флогистона, опубликовав результаты по весу сожжённых элементов. Вес золы превышал первоначальный вес элемента, что дало Лавуазье право утверждать, что при горении происходит химическая реакция (окисление) вещества, в связи с этим масса исходного вещества увеличивается, что опровергает теорию флогистона.
Таким образом, заслугу открытия кислорода фактически делят между собой Пристли, Шееле и Лавуазье.
Как меняется плотность с ростом и понижением температуры
Из формулы плотности следует, что зависимость плотности от температуры обратно пропорциональная:
- Чем выше температура, чем ниже плотность
- Чем ниже температура, тем выше плотность
При расчете вентиляции обычно фигурируют температуры порядка -25… 25°С, это примерно 250…300К. Изменение температуры на 1 градус при таких абсолютных значениях – это изменение на 0,35%. То есть в системах вентиляции и кондиционирования при повышении температуры на 1 градус плотность снижается на 0,35% или на 0,0042 кг/м³.
Каждые 3 градуса – это 1% плотности
Приведем два примера, как можно рассчитать плотность самостоятельно в уме без использования сложных таблиц и графиков:
- Температура воздуха до нагревателя составляла -28°С, а после нагревателя 18°С. Она изменилась на 46°С. Как изменится плотность воздуха? Ответ: плотность изменится примерно на 46 · 0,0042 = 0,19 кг/м³ (точные цифры: была 1,44, стала 1,21 кг/м³).
- В систему кондиционирования подается воздух с температурой 30°С, а на выходе его температура 18°С. Конденсат не выпадает. Как меняется плотность воздуха? Ответ: плотность увеличивается на 12 · 0,0042 = 0,05 кг/м³ (точные цифры: была 1,165, стала 1,21 кг/м³).
Как видно из примеров, в системах отопления, вентиляции и кондиционирования плотность воздуха изменяется в диапазоне от 1,16 до 1,44 кг/м³, то есть почти на 24%.
Это значит, что при одном и том же объемном расходе воздуха (например, 300 м³/ч) массовый расход может разниться на 25%, и на нагрев холодного воздуха потребуется на 25% больше энергии (на самом деле чуть меньше, так как в процессе нагрева плотность возрастает и погрешность снижается).
Тем не менее, в точных расчетах изменение плотности следует обязательно учитывать. Но не стоит забывать, что при изменении температуры меняется не только плотность, но и теплоемкость и другие параметры воздуха.
Нахождение в природе
Накопление O
2
в атмосфере Земли. Зелёный график — нижняя оценка уровня кислорода, красный — верхняя оценка.
1
. (3,85—2,45 млрд лет назад) — O
2
не производился
2
. (2,45—1,85 млрд лет назад) O
2
производился, но поглощался океаном и породами морского дна
3
. (1,85—0,85 млрд лет назад) O
2
выходит из океана, но расходуется при окислении горных пород на суше и при образовании озонового слоя
4
. (0,85—0,54 млрд лет назад) все горные породы на суше окислены, начинается накопление O
2
в атмосфере
5
. (0,54 млрд лет назад — по настоящее время) современный период, содержание O
2
в атмосфере стабилизировалось
Кислород — самый распространённый в земной коре элемент, на его долю (в составе различных соединений, главным образом силикатов) приходится около 47 % массы твёрдой земной коры. Морские и пресные воды содержат огромное количество связанного кислорода — 85,82 % (по массе). Более 1500 соединений земной коры в своём составе содержат кислород.
В атмосфере содержание свободного кислорода составляет 20,95 % по объёму и 23,10 % по массе (около 1015 тонн). Однако до появления первых фотосинтезирующих микробов в архее 3,5 млрд лет назад, в атмосфере его практически не было. Свободный кислород в больших количествах начал появляться в палеопротерозое (3—2,3 млрд лет назад) в результате глобального изменения состава атмосферы (кислородной катастрофы).
Наличие большого количества растворённого и свободного кислорода в океанах и атмосфере привело к вымиранию большинства анаэробных организмов. Тем не менее, клеточное дыхание с помощью кислорода позволило аэробным организмам производить гораздо больше АТФ, чем анаэробным, сделав их доминирующими.
С начала кембрия 540 млн лет назад содержание кислорода колебалось от 15 % до 30 % по объёму. К концу каменноугольного периода (около 300 миллионов лет назад) его уровень достиг максимума в 35 % по объёму, который, возможно, способствовал большому размеру насекомых и земноводных в это время.
Основная часть кислорода на Земле выделяется фитопланктоном Мирового океана. Около 60 % кислорода от используемого живыми существами расходуется на процессы гниения и разложения, 80 % кислорода, производимого лесами, уходит на гниение и разложение растительности лесов.
Деятельность человека очень мало влияет на количество свободного кислорода в атмосфере. При нынешних темпах фотосинтеза понадобится около 2000 лет, чтобы восстановить весь кислород в атмосфере.
Кислород входит в состав многих органических веществ и присутствует во всех живых клетках. По числу атомов в живых клетках он составляет около 25 %, по массовой доле — около 65 %.
В 2022 году датские учёные доказали, что свободный кислород входил в состав атмосферы уже 3,8 млрд лет назад.
Получение кислорода
Получают кислород несколькими способами. В лаборатории кислород получают из Кислородсодержащих веществ, которые могут легко его отщеплять, например из перманганата калия КМnO4 (рис. 41) или из бертолетовой соли КСlO3: 2КМnО4 = K2MnO4 МnО2 O2↑
2КСlO3 = 2КСl O2↑ При получении кислорода из бертолетовой соли для ускорения реакции должен присутствовать катализатор — двуокись марганца. Катализатор ускоряет разложение и делает его более равномерным. Без катализатора может
Рис. 41. Прибор для получения кислорода лабораторный способом из перманганата калия. 1 — перманганат калия; 2 — кислород; 3 — вата; 4 — цилиндр — сборник.
произойти взрыв, если бертолетова соль взята в большом количестве и особенно если она загрязнена органическими веществами. Из перекиси водорода кислород получают также в присутствии катализатора — двуокиси марганца МnО2 по уравнению: 2Н2O2[МnО2] = 2Н2O О2
■ 17. Зачем при разложении бертолетовой соли добавляют МnО2? (См. Ответ) 18. Образующийся при разложении КМnO4 кислород можно собирать над водой. Отразите это в схеме прибора. 19. Иногда при отсутствии в лаборатории двуокиси марганца вместо нее в бертолетову соль добавляют немного остатка после прокаливания перманганата калия. Почему возможна такая замена? 20. Какой объем кислорода выделится при разложении 5 молей бертолетовой соли? (См. Ответ)
Кислород может быть получен также разложением Нитратов при нагревании выше температуры плавления: 2KNO3 = 2KNO2 О2 В промышленности кислород получают в основном из жидкого воздуха. Переведенный в жидкое состояние воздух подвергают испарению. Сначала улетучивается азот (его температура кипения — 195,8°), а кислород остается (его температура кипения —183°).
■ 21. Перечислите известные вам лабораторные и промышленные способы получения кислорода. Запищите их в тетрадь, сопровождая каждый способ уравнением реакции. (См. Ответ) 22. Являются ли реакции, используемые для получения кислорода, окислительно-восстановительными?
Дайте обоснованный ответ. 23. Взято по 10 г следующих веществ; перманганата калия, бертолетовой соли, нитрата калия. В каком случае удастся получить наибольший объем кислорода? 24. В кислороде, полученном при нагревании 20 г перманганата калия, сожгли 1 г угля. Какой процент перманганата подвергся разложению? (См. Ответ)
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.
Применение при сварке и резке
Кислород – важнейший газ для сварки и резки. При сжигании горючего газа в воздухе образуется пламя с температурой не более 2000°C, а в технически чистом кислороде она может превышать 2500–3000°C. Именно такая температура пламени практически пригодна для сварки многих металлов.
При газопламенной обработке обычно используется кислород с объемным содержанием 99,2–99,5% и выше. Для неответственных видов газовой сварки, пайки, поверхностной закалки и других способов нагрева газовым пламенем может применяться кислород чистотой 92–98%.
Для сварки и резки используют кислород в газообразном виде, поступающий от баллона, газификационной установки (СГУ-1, СГУ-4, СГУ-7К, СГУ-8К, ГХ-0,75, ГХК-3 и др.) или автономной станции (КГСН-150, К-0,15, К-0,4, К-0,5 и др.). При значительных объемах потребления кислород безопаснее и экономически целесообразнее хранить и транспортировать в жидком, а не газообразном виде, несмотря на неизбежные потери при испарении сжиженного газа.
Превращение жидкого кислорода в газообразный осуществляется в газификационных установках – насосных или безнасосных. Примером насосной установки может служить стационарная установка АГУ-2М, предназначенная для газификации непереохлажденного кислорода и наполнения реципиентов и баллонов под давлением до 240 кгс/см2 (24 МПа).
При испарении 1 л жидкого кислорода образуется около 860 л газообразного (при нормальном атмосферном давлении и температуре 20°С). При транспортировке жидкого кислорода масса тары, приходящаяся на 1кг кислорода, в 10 и более раз меньше, чем при транспортировке газообразного. При хранении, перевозке и газификации сжиженного газа неизбежны потери на его испарение.
Расчета объема газообразного кислорода в баллоне.
Для расчета объема газообразного кислорода в баллоне в м3 при нормальных условиях используют формулу (ГОСТ 5583-78):
V = K1 • Vб,
где K1 – коэффициент, Vб – вместимость баллона в дм3 (л).
Некоторые значения коэффициента K1 для расчета объема газообразного кислорода при нормальных условиях
| t газа в бал- лоне, °С | Значение K1 при избыточном давлении, кгс/см2 (МПа) | |||||||||||
| 140 (13,7) | 145 (14,2) | 150 (14,7) | 155 (15,2) | 160 (15,7) | 165 (16,2) | 170 (16,7) | 175 (17,2) | 180 (17,7) | 185 (18,1) | 190 (18,6) | 195 (19,1) | |
| -50 | 0,232 | 0,242 | 0,251 | 0,260 | 0,269 | 0,278 | 0,286 | 0,296 | 0,303 | 0,311 | 0,319 | 0,327 |
| -40 | 0,212 | 0,221 | 0,229 | 0,236 | 0,245 | 0,253 | 0,260 | 0,269 | 0,275 | 0,284 | 0,290 | 0,298 |
| -30 | 0,195 | 0,202 | 0,211 | 0,217 | 0,225 | 0,232 | 0,239 | 0,248 | 0,253 | 0,261 | 0,267 | 0,274 |
| -20 | 0,182 | 0,188 | 0,195 | 0,202 | 0,209 | 0,215 | 0,222 | 0,229 | 0,235 | 0,242 | 0,248 | 0,255 |
| -10 | 0,171 | 0,177 | 0,183 | 0,189 | 0,195 | 0,202 | 0,208 | 0,214 | 0,220 | 0,226 | 0,232 | 0,238 |
| 0 | 0,161 | 0,167 | 0,172 | 0,179 | 0,184 | 0,190 | 0,196 | 0,201 | 0,207 | 0,213 | 0,219 | 0,224 |
| 10 | 0,153 | 0,158 | 0,163 | 0,169 | 0,174 | 0,180 | 0,185 | 0,191 | 0,196 | 0,201 | 0,206 | 0,211 |
| 20 | 0,145 | 0,150 | 0,156 | 0,160 | 0,166 | 0,171 | 0,176 | 0,181 | 0,186 | 0,191 | 0,196 | 0,201 |
| 30 | 0,139 | 0,143 | 0,148 | 0,153 | 0,158 | 0,163 | 0,168 | 0,173 | 0,177 | 0,182 | 0,187 | 0,192 |
| 40 | 0,133 | 0,137 | 0,142 | 0,147 | 0,151 | 0,156 | 0,160 | 0,165 | 0,170 | 0,174 | 0,178 | 0,183 |
| 50 | 0,127 | 0,132 | 0,136 | 0,141 | 0,145 | 0,149 | 0,154 | 0,158 | 0,163 | 0,167 | 0,171 | 0,175 |
Характеристики марок газообразного технического кислорода (ГОСТ 5583-78)
| Параметр | Кислород газообразный технический | |
| Первого сорта | Второго сорта | |
| Объемная доля кислорода O2, %, не менее | 99,7 | 99,5 (в ряде случаев – 99,2) |
| Объемная доля водяных паров, %, не более | 0,007 | 0,009 |
| Объемная доля водорода H2, %, не более (только для кислорода, полученного электролизом воды) | 0,3 | 0,5 |
| Содержание углекислоты CO2, окиси углерода CO, газообразных кислот и оснований, озона O3 и других газов-окислителей | Не нормируется | |
| Содержание щелочи (только для кислорода, полученного электролизом воды) | Кусок фильтровальной бумаги (смоченный раствором фенолфталеина, разбавленного водой в соотношении 1:10) в стеклянной трубке с пропускаемым кислородом (0,1–0,2 дм3/мин в течение 8–10 минут) не должен окраситься в красный или розовый цвет | |
| Запах | Не нормируется | |
Примеры решения задач
| Задание | Найдите плотность по водороду смеси газов, в которой объемная доля кислорода составляет 20%, водорода – 40%, остальное – сероводород H2S. |
| Решение | Объемные доли газов будут совпадать с молярными, т.е. с долями количеств веществ, это следствие из закона Авогадро. Найдем условную молекулярную массу смеси: |
Mr conditional (mixture) = 0,2 × 32 0,4 × 2 0,4 × 34 = 6,4 0,8 13,6 = 20,8.
Найдем относительную плотность смеси по водороду:
| Задание | Найдите плотность по кислороду смеси, состоящей из 5 л метана и 20 л неона. |
| Решение | Найдем объемные доли веществ в смеси: |
j (CH4) = 5 / (5 20) = 5 / 25 = 0,2.
j (Ne) = V(Ne) / Vmixture_gas;
j (Ne) = 20 / (5 20) = 20 / 25 = 0,8.
Объемные доли газов будут совпадать с молярными, т.е. с долями количеств веществ, это следствие из закона Авогадро. Найдем условную молекулярную массу смеси:
Mr conditional (mixture) = 0,2 × 16 0,8 × 20 = 3,2 16 = 19,2.
Найдем относительную плотность смеси по кислороду:
Источник
Разложение кислородсодержащих веществ
Небольшие количества кислорода можно получать нагреванием перманганата калия KMnO4:
- 2KMnO4 → K2MnO4 MnO2 O2↑
Используют также реакцию каталитического разложения пероксида водорода H2O2 в присутствии оксида марганца (IV):
- 2H2O2 →MnO2 2H2O O2↑
Кислород можно получить каталитическим разложением хлората калия (бертолетовой соли) KClO3:
- 2KClO3 → 2KCl 3O2↑
Разложение оксида ртути (II) (при t = 100 °C) было первым методом синтеза кислорода:
- 2HgO →100oC 2Hg O2↑
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?
2KMnO4 = K2MnO4 MnO2 O2 ↑
Таблица плотностей веществ — урок. физика, 7 класс.
| Твёрдые вещества | kgm3 | gcm3 |
| Платина | (21500) | (21,5) |
| Золото | (19300) | (19,3) |
| Вольфрам | (19000 ) | (19,0) |
| Ртуть | (11400 ) | (11,4) |
| Серебро | (10500 ) | (10,5) |
| Медь | (8900) | (8,9) |
| Никель | (8800 ) | (8,8) |
| Латунь | (8500 ) | (8,5) |
| Сталь, железо | (7800) | (7,8) |
| (7300 ) | (7,3) | |
| Цинк | (7100 ) | (7,1) |
| Чугун | (7000 ) | (7,0) |
| Алмаз | (3500 ) | (3,5) |
| Алюминий | (2700 ) | (2,7) |
| Мрамор | (2700) | (2,7) |
| Гранит | (2600) | (2,6) |
| Стекло | (2600 ) | (2,6) |
| Бетон | (2300 ) | (2,3) |
| Фарфор | (2300) | (2,3) |
| Графит | (2200 ) | (2,2) |
| Лёд | (900 ) | (0,9) |
| Парафин | (900 ) | (0,9) |
| Дуб (сухой) | (700 ) | (0,7) |
| Берёза (сухая) | (650 ) | (0,65) |
| Пробка | (200) | (0,2) |
| Платиноиридиевый сплав | (21500 ) | |
| Свинец | (11400) | (11,4) |
| Жидкости | kgm3 | gcm3 |
| Ртуть | (13600 ) | (13,6) |
| Мёд | (1300 ) | (1,3) |
| Глицерин | (1260) | (1,26) |
| Молоко | (1036 ) | (1,036) |
| Морская вода | (1030) | (1,03) |
| Вода | (1000) | (1) |
| Подсолнечное масло | (920 ) | (0,92) |
| Нефть | (820) | (0,82) |
| Спирт / этанол, керосин | (800) | (0,8) |
| Бензин | (700) | (0,7) |
| Газы | kgm3 |
| Хлор | (3,22) |
| Озон | (2,14) |
| Пропан | (2,02) |
| Углекислый газ | (1,98) |
| Кислород | (1,43) |
| Воздух | (1,29) |
| Азот | (1,25) |
| Гелий | (0,18) |
| Водород | (0,09) |
| Неон | (0,90) |
Таблица плотности газов
| Вещество | Плотность, кг/м3 |
| Азот | 1,251 |
| Аммиак | 0,7714 |
| Аргон | 1,7839 |
| Ацетилен | 1,1709 |
| Водород | 0,08987 |
| Воздух | 1,2928 |
| Гелий | 0,1785 |
| Закись азота | 1,978 |
| Кислород | 1,429 |
| Криптон | 3,74 |
| Ксенон | 5,89 |
| Метан | 0,7168 |
| Неон | 0,8999 |
| Озон | 2,22 |
| Окись азота | 1,3402 |
| Пропан | 2,0037 |
| Радон | 9,73 |
| Триметиламин | 2,58 |
| Двуокись углерода | 1,9768 |
| Окись углерода | 1,25 |
| Сплав ВМЛ9 | 1850 |
| Сероокись углерода | 2,72 |
| Фтористый фосфор | 3,907 |
| Фтор | 1,695 |
| Фтороокись азота | 2,9 |
| Хлор | 3,22 |
| Двуокись хлора | 3,09 |
| Окись хлора | 3,89 |
| Этан | 1,356 |
Физические свойства
При нормальных условиях кислород — это газ без цвета, вкуса и запаха.
1 л его имеет массу 1,429 г. Немного тяжелее воздуха. Слабо растворяется в воде (4,9 мл/100 г при 0 °C, 2,09 мл/100 г при 50 °C) и спирте (2,78 мл/100 г при 25 °C). Хорошо растворяется в расплавленном серебре (22 объёма O2 в 1 объёме Ag при 961 °C). Хорошо растворяется в перфторированных углеводородах (20-40 об/об %).
Межатомное расстояние — 0,12074 нм. Является парамагнетиком. В жидком виде притягивается магнитом.
При нагревании газообразного кислорода происходит его обратимая диссоциация на атомы: при 2000 °C — 0,03 %, при 2600 °C — 1 %, 4000 °C — 59 %, 6000 °C — 99,5 %.
Жидкий кислород (температура кипения −182,98 °C) — это бледно-голубая жидкость.
Твёрдый кислород (температура плавления −218,35 °C) — синие кристаллы. Известны 6 кристаллических фаз, из которых три существуют при давлении в 1 атм.:
- α-O2 — существует при температуре ниже 23,65 K; ярко-синие кристаллы относятся к моноклинной сингонии, параметры ячейки a=5,403 Å, b=3,429 Å, c=5,086 Å; β=132,53°.
- β-O2 — существует в интервале температур от 23,65 до 43,65 K; бледно-синие кристаллы (при повышении давления цвет переходит в розовый) имеют ромбоэдрическую решётку, параметры ячейки a=4,21 Å, α=46,25°.
- γ-O2 — существует при температурах от 43,65 до 54,21 K; бледно-синие кристаллы имеют кубическую симметрию, период решётки a=6,83 Å.
Ещё три фазы образуются при высоких давлениях:
Характеристики кислорода
Характеристики O 2 представлены в таблицах ниже:
Коэффициент перевода объема и массы O 2 при Т=15°С и Р=0,1 МПа
Газ, м 3 Жидкость, л
Коэффициенты перевода объема и массы O 2 при Т=0°С и Р=0,1 МПа
Газ, м 3 Жидкость, л
Кислород в баллоне
Наименование Объем баллона, л Масса газа в баллоне, кг Объем газа (м 3 ) при Т=15°С, Р=0,1 МПа
Благодаря этой таблице теперь можно легко дать ответы на вопросы, которые очень часто задают сварщики:
- Сколько кислорода в баллоне в м 3 ?
Ответ: в 40 литровом баллоне 6,3 м 3 - Сколько в баллоне кислорода?
Ответ: в 40 литровом баллоне 6,3 м 3 или 8,42 кг - Сколько весит баллон кислорода?
Ответ:
58,5 кг — масса пустого баллона из углеродистой стали согласно ГОСТ 949;
8,42 — кг масса кислорода в баллоне;
Итого: 58,5 8,42 = 69,92 кг вес баллона с кислородом.
Для того, чтобы приблизительно узнать сколько кислорода в баллоне, нужно вместимость баллона (м 3 ) умножить на давление (МПа). Например, если вместимость баллона 40 литров (0,04 м 3 ), а давление газа 15 МПа, то объем кислорода в баллоне равен 0,04×15=6 м 3 .
Давление кислорода в баллоне при различной температуре окружающей среды
Температура окружающей среды Давление в баллоне, МПа
Источник
Химические свойства
Сильный окислитель, самый активный неметалл после фтора, образует бинарные соединения (оксиды) со всеми элементами, кроме гелия, неона, аргона. Наиболее распространённая степень окисления −2. Как правило, реакция окисления протекает с выделением тепла и ускоряется при повышении температуры (см. Горение). Пример реакций, протекающих при комнатной температуре:
- 4Li O2 → 2Li2O
- 2Sr O2 → 2SrO
Окисляет соединения, которые содержат элементы с не максимальной степенью окисления:
- 2NO O2 → 2NO2↑
Окисляет большинство органических соединений в реакциях горения:
- 2C6H6 15O2 → 12CO2 6H2O
- CH3CH2OH 3O2 → 2CO2 3H2O
При определённых условиях можно провести мягкое окисление органического соединения:
- CH3CH2OH O2 → CH3COOH H2O
Кислород реагирует непосредственно (при нормальных условиях, при нагревании и/или в присутствии катализаторов) со всеми простыми веществами, кроме Au и инертных газов (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn); реакции с галогенами происходят под воздействием электрического разряда или ультрафиолета.
Кислород образует пероксиды со степенью окисления атома кислорода, формально равной −1.
- 2Na O2 → Na2O2
- 2BaO O2 → 2BaO2
- H2 O2 → H2O2
- Na2O2 O2 → 2NaO2
- K O2 → KO2
- 3KOH 3O3 → 2KO3 KOH ∗ H2O 2O2↑
- PtF6 O2 → O2PtF6
В этой реакции, кислород проявляет восстановительные свойства.