- Краткое описание химических свойств и плотность кислорода
- Вредность и опасность кислорода
- Вычислить плотность ρ кислорода, находящегося в баллоне под давлением p = 1мпа при температуре t = 300к? — физика
- История открытия кислорода
- Кислород в баллоне
- Кислород. масса, плотность, свойства.
- Коэффициент перевода объема и массы o2 при т=15°с и р=0,1 мпа
- Коэффициенты перевода объема и массы o2 при т=0°с и р=0,1 мпа
- Найти плотность кислорода находящегося в баллоне под давлением 300 кпа при
- Плотность кислорода и другие его физические свойства
- Применение кислорода
- Применение кислорода в сварке
- Примеры решения задач
- Распространенность кислорода в природе
- Способы получения кислорода
- Характеристики кислорода
- Хранение и транспортировка кислорода
Краткое описание химических свойств и плотность кислорода
Кислород образует соединения со всеми химическими элементами, кроме гелия, неона и аргона. С большинством элементов он взаимодействует непосредственно (кроме галогенов, золота и платины). Скорость взаимодействия кислорода как с простыми, так и со сложными веществами зависит от природы вещества и от температуры.
Некоторые вещества, например оксид азота (II), гемоглобин крови, уже при комнатной температуре соединяются с кислородом воздуха со значительной скоростью. Многие реакции окисления ускоряются катализаторами. Например, в присутствии дисперсной платины смесь водорода с кислородом воспламеняется при комнатной температуре.
O2 2H2 = 2H2O (550oС, сгорание H2в O2);
O2 F2 = O2F2 (-183oС, электрический разряд);
O2 N2↔2NO (электрический разряд);
O2 S = SO2 (сгорание на воздухе);
5O2 4P = P4O10 (сгорание на воздухе);
O2 C = CO2 (600-700oС, сжигание на воздухе);
O2 2Na = Na2O2 (сжигание на воздухе);
O2 2Mg = 2MgO (сгорание на воздухе);
3O2 4Al = 2Al2O3 (сгорание на воздухе).
Горение в чистом кислороде происходит гораздо энергичнее, чем в воздухе. Хотя при этом выделяется такое же количество теплоты, как и при горении в воздухе, но процесс протекает быстрее и выделяющаяся теплота не тратится на нагревание азота воздуха; поэтому температура горения в кислороде значительно выше, чем в воздухе.
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.
Вычислить плотность ρ кислорода, находящегося в баллоне под давлением p = 1мпа при температуре t = 300к? — физика
Вычислить плотность ρ кислорода, находящегося в баллоне под давлением p = 1Мпа при температуре T = 300К.
Вопрос Вычислить плотность ρ кислорода, находящегося в баллоне под давлением p = 1Мпа при температуре T = 300К?, расположенный на этой странице сайта, относится к
категории Физика и соответствует программе для 10 — 11 классов. Если
ответ не удовлетворяет в полной мере, найдите с помощью автоматического поиска
похожие вопросы, из этой же категории, или сформулируйте вопрос по-своему.
Для этого ключевые фразы введите в строку поиска, нажав на кнопку,
расположенную вверху страницы. Воспользуйтесь также подсказками посетителей,
оставившими комментарии под вопросом.
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.).
Кислород в баллоне
Благодаря этой таблице теперь можно легко дать ответы на вопросы, которые очень часто задают сварщики:
Для того, чтобы приблизительно узнать сколько кислорода в баллоне, нужно вместимость баллона (м3) умножить на давление (МПа). Например, если вместимость баллона 40 литров (0,04 м3), а давление газа 15 МПа, то объем кислорода в баллоне равен 0,04×15=6 м3.
Кислород. масса, плотность, свойства.
Химический элемент кислород имеет символ O, атомный номер 8 и атомную массу 14. При стандартных давлении и температуре, два атома кислорода связываются с образованием газа кислорода O2.
Молекула газообразного кислорода состоит из двух атомов, связанных двойной химической связью, и имеет химическую формулу O2. Газ кислород — это бесцветный, безвкусный газ без запаха. При наблюдении слоя кислорода большой толщины, он кажется светло-голубым. При 0°C и абсолютном давлении 1 бар (101325 Па) кислород O2 имеет плотность 1,429 кг/м³. Температура плавления кислорода составляет -218,79°C, температура кипения -182,95°C. Как твердый, так и жидкий кислород — это полупрозрачные субстанции светло-голубого цвета.
В сравнении с молекулой азота, молекула кислорода имеет размер:
— N2 3,16Å и O2 2,96Å — из данных по вязкости
— N2 3,14Å и O2 2,90Å — из данных по силам Ван-дер-Ваальса
Кислород — это высокоактивный химически неметалл, легко образующий химические соединения, в частности, оксиды, со многими другими веществами. В земной коре кислород (в химически связанном с другими элементами виде) является самым распространенным элементом, составляя более половины ее массы. Газообразный кислород содержится в земной атмосфере, составляя примерно 20,8% ее объема; уровень кислорода в атмосфере поддерживается на этом уровне благодаря фотосинтезу растений, водорослей, фитопланктона и других организмов.
В воде, кислород содержится не только как химический элемент в составе молекулы воды H2O, но и газообразной форме в растворенном виде. Кислород имеет довольно высокую, например, по сравнению с азотом, растворимость в воде: например, при 0°C максимальная концентрация кислорода в воде может достигать 14,6 мг/л, а при более высокой температуре 20°C концентрация доходит до 7,6 мг/л (для справки: в пресной воде рыба лучше всего себя чувствует при 5 мг/л кислорода). Так как кислород, как и другие газы, лучше растворим в холодной, чем в теплой воде, то океанские воды северных и южных широт имеют более высокую среднюю плотность живых организмов на единицу объема, чем экваториальные воды.
В промышленности, кислород производится фракционной дистилляцией сжиженного воздуха, концентрацией из сжатого воздуха методом адсорбции молекул азота специальным цеолитом, а также электролитическим разложением воды на кислород и водород. Ежегодно, промышленно из воздуха извлекается около 100 миллионов тонн кислорода; электролиз воды дает на порядки меньшее количество кислорода. Для транспортировки, кислород в газообразном виде упаковывается в баллоны, обычно под давлением 200 бар; более экономичным способом является перевозка кислорода в сжиженной форме (1 литр сжиженного кислорода, вапоризуясь, дает 840 литров газа).
Порядка 55% промышленно производимого кислорода потребляется металлургической промышленностью, для переплавки железной руды в сталь: кислород подается в расплавленное железо и вступает в реакцию с содержащимися в нем примесями серы и углерода, связывая их в оксиды, соответственно, серы SO2 и углерода CO2, с дополнительным выделением тепла, т.к. эти реакции являются экзотермическими.
Еще 25% промышленного кислорода используется химической промышленностью для конвертации этилена C2H4 в этиленоксид C2H4O, который затем, в свою очередь, путем реакции с водой конвертируется в этиленгликоль C2H6O2. Этиленгликоль является сырьем для изготовления многих веществ, в том числе антифризов и полиэфирных полимеров, из которых затем производятся многие пластики и синтетический текстиль.
Оставшиеся 20% кислорода распределены между сваркой и резкой металлов, медицинскими применениями, обработкой сточных вод и искусственным разведением рыбы, изготовлением ракетного топлива и другими применениями.
В природе, основным источником кислорода является фотосинтез, осуществляемый растениями, зелеными водорослями и цианобактериями — при этом, на долю водорослей и цианобактерий приходится около 70% всего вырабатываемого фотосинтезом кислорода. В процессе фотосинтеза, вода теряет кислород, остаток ее молекулы соединяется с углесиклым газом, с образованием глюкозы и кислорода. Энергия для процесса берется из солнечного излучения:
6CO2 6H2O фотоны → C6H12O6 6O2
Другая аллотропная форма, образуемая атомами кислорода, это трехатомный газ озон O3 — еще более высокоактивный химически окислитель, но, при этом, нестабильный и самопроизвольно разлагающийся на двухатомный кислород.
Коэффициент перевода объема и массы o2 при т=15°с и р=0,1 мпа
| Масса, кг | Объем | |
|---|---|---|
| Газ, м3 | 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, м3 | Жидкость, л | |
| 1,429 | 1 | 1,252 |
| 1,141 | 0,799 | 1 |
| 1 | 0,700 | 0,876 |
Найти плотность кислорода находящегося в баллоне под давлением 300 кпа при
Найти плотность кислорода находящегося в баллоне под давлением 300 КПА при температуре 17С
из уравнения состояния идеального газа концентрация равна n = p / кTк — постоянная Больцмана л = 1,38*10^-23 Дж/КТ = 273,15 t = 273.15 17 = 290.15 кДавление в 3 атм = 3 * 101325 Па = 303975 ПаТогда n = 303975 / (1,38*10^-23 * 290.15) = 7,59*10^25 молекул.
Плотность кислорода при н. У. (О2) = 15,99•2/22,4 = 1,43 г/л. Можно составить пропорцию: 6,022*10^23 — 1,43 7,59*10^25 — х х = 7,59*10^25 * 1,43 / 6,022*10^23 = 180,3 г/л
ПОХОЖИЕ ЗАДАНИЯ:
Плотность кислорода и другие его физические свойства
Кислород растворяется в воде, хотя и в небольших количествах: 100 объемов воды при 0oC растворяют 4,9, а при 20oC – 3,1 объема кислорода. Важнейшие константы кислорода представлены в таблице ниже:
Таблица 1. Физические свойства и плотность кислорода.
Плотность, кг/м3 | 1,42987 – газ 1141 – жидкость |
Температура плавления, oС | -218,35 |
Температура кипения, oС | -182,96 |
Энергия ионизации атома, эВ | 9,32 |
Относительная электроотрицательность | 1,51 |
Радиус атома, нм | 112 |
Кислород образует двухатомные молекулы, характеризующиеся высокой прочностью: стандартная энтальпия атомизации кислорода равна 498 кДж/моль. При комнатной температуре его диссоциация на атомы ничтожна; лишь при 1500oC она становится заметной.
Твердый кислород синего цвета, а жидкий – голубого. Окраска обусловлена взаимным влиянием молекул.
Известны три аллотропные формы кислорода: кислород O2, озон O3 и крайне неустойчивый тетракислород O4.
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.
Примеры решения задач
1 ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА
1.1Параметры состояния тела
Примеры решения задач
1.Давлениевоздухапортутномубарометруравно770мм при0°С.Выразитьэто
давление в барах и Па.
Решение
1мм рт. ст. = 133,3 Па, 770 мм рт. ст. =102700 Па = 1,027 бар.
2. Определить абсолютное давление пара в котле, если манометрпоказывает Р= 1,3
бар, а атмосферное давление по ртутному барометру составляет 680 мм при t = 25° С.
Решение
Показание барометра получено при температуреt = 25°С. Это показание
необходимо привести к 0 ºС по уравнению (5):
Р
о
= Р
t
(1 — 0,000172 t) = 680 · 0,9957 = 677,1 мм рт. ст.
Абсолютное давление пара в котле по формуле (3) равно
Р
абс
= 130000 677,1 * 133,3 = 0,22 МПа.
3.ДавлениевпаровомкотлеР=0,4барприбарометрическомдавлении725ммрт.
ст.Чему будетравно избыточное давлениев котле, если показаниебарометра повысится до
785 ммрт.ст.,асостояниепаравкотлеостанетсяпрежним?Барометрическоедавление
приведено к 0 °С.
Решение
Абсолютное давление в котле
Р
абс
= 400000 725 * 133,3 = 136642 Па
Избыточное давление при показании барометра 785 мм рт. ст.
Р
изб
= 136642 – 785 * 133,3 = 32000 Па.
4. Ртутный вакуумметр, присоединенный к сосуду, показывает разрежение 420 мм при
температуре ртути в вакуумметре t = 20 °С. Давление атмосферы по ртутному барометру 768
мм при температуре t = 18 °С. Определить абсолютное давление в сосуде.
Решение
Приводимпоказаниявакуумметраибарометрактемпературертути0°С(уравнение
5):
Р
вак
= 420 (1—0,000172 * 20) = 418,5 мм рт. ст.
Р
атм
= 768 (1—0,000172 * 18) = 765,6 мм рт. ст.
Абсолютное давление в сосуде по формуле (4)
Рабс = 765,6 – 418,5 = 347,1 мм рт. ст. = 46,3 кПа.
5.Водянойпарперегретна45°С.Чемусоответствуетэтотперегревпотермометру
Фаренгейта?
Решение
Припереводеразноститемператур,выраженнойградусамишкалыЦельсия,в
градусыФаренгейтаинаоборотнадоисходитьтолькоизценыделениятогоидругого
термометров. Поэтому формула (8) принимает следующий вид:
Распространенность кислорода в природе
Кислород является самым распространенным элементом земной коры. В атмосфере его находится около 23% (масс.), в составе воды – около 89%, в человеческом организме – около 65%, в песке содержится 53% кислорода, в глине – 56% и т.д. Если подсчитать его количество в воздухе (атмосфере), воде (гидросфере) и доступной непосредственному химическому исследованию части твердой земной коры (литосфере), то окажется, что на долю кислорода приходится примерно 50% их общей массы.
В связанном состоянии кислород входит в состав почти всех окружающих нас веществ. Так, например, вода, песок, многие горные породы и минералы, встречающиеся в земной коре, содержат кислород. Кислород является составной частью многих органических соединений, например белков, жиров и углеводов, имеющих исключительно большое значение в жизни растений, животных и человека.
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 ↑
Характеристики кислорода
Характеристики O2 представлены в таблицах ниже:
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.