Для чего жидкий кислород

Что такое жидкий кислород: общая информация

Кислород – самый распространенный элемент на планете. Он присутствует в воде, земной коре, воздухе и в организмах живых существ, активно участвуя во многих обменных процессах. В природе он обычно существует в виде газа, а в промышленности часто используется в качестве жидкости. Как ведет себя жидкий кислород? Какими свойствами он обладает и где используется?

Газ кислород

Кислород – один из важнейших элементов на планете. Он участвует в процессе дыхания, в метаболизме живых организмов, а также в круговороте веществ в биосфере. Кроме того, он способствует гниению и разложению органических остатков.

В нормальных условиях он является бесцветным газом, который не имеет вкуса и запаха. Он тяжелее воздуха и с трудом растворяется в воде. В химическом плане он очень активен и способен образовывать соединения практически со всеми элементами.

В свободном состоянии в виде молекул О₂, состоящих из двух атомов оксигена, он находится в атмосфере. Благодаря такому строению элемент также называется «дикислородом», но он может существовать и в других вариациях. При определенных условиях его атомы могут образовывать «трикислород» с молекулой О_3, которая представляет собой голубой газ озон со специфическим запахом.

В атмосфере содержание кислорода составляет примерно 21 % по массе, в земной коре его доля значительно выше и составляет около 47 % по массе. Элемент входит в состав более полутора тысяч разнообразных пород и минералов, большая часть из которых являются силикатами. Там он присутствует в виде соединений. В воде его содержание доходит до 85 %, и это не удивительно, ведь атомы оксигена и образуют воду вместе с элементом гидрогеном.

Жидкий кислород

В жидком состоянии кислород окрашивается в голубой оттенок и усиливает некоторые свойства газообразного вещества. Так, он ведет себя более агрессивно в химических реакциях, а также становится сильным парамагнетиком и может притягиваться магнитом.

Химические свойства

Газообразный кислород является окислителем. Сам по себе он негорюч, но хорошо поддерживает процесс горения, а при значительной концентрации и высоких температурах является взрывоопасным.

С активными веществами (например, щелочными металлами) он может вступать в реакции даже при комнатной температуре и при обыкновенной концентрации в воздухе, образуя с ними соединения оксиды. Результат хорошо виден на многих металлах, на которых он проявляется в виде коррозии.

Жидкий кислород также обладает сильными окислительными свойствами. Многие пропитанные им вещества легко воспламеняются и горят с выделением энергии и тепла. Хлопок, бумага, дерево, уголь и некоторые другие материалы могут взрываться.

Получение

Самым распространенным и легким в получении источником кислорода является воздух. К тому же он неиссякаем и присутствует в нашей жизни повсеместно. Чтобы получить из него необходимые вещества, его сжижают, а затем разделяют на жидкий азот и кислород.

Еще один способ получения жидкости – конденсация ее из газа. Для этого достаточно опустить медный змеевик в контейнер с жидким азотом, а затем пропустить через змеевик газообразный кислород. Температура азота ниже, чем у кислорода, поэтому, проходя по медной трубке, газ будет конденсироваться и превратится в жидкость. При этом на поверхности змеевика образуется небольшой слой снега.

Применение

Сегодня его чаще применяют в медицине, фармацевтике, в металлургии, стекольной, химической, бумажной и других видах промышленности. С его помощью получают различные полезные соединения, например окись титана, которая участвует в производстве лакокрасочных изделий, бумаги и пластмасс. При изготовлении стекла он нужен для поддержания жара в печах, а также для уменьшения количества окиси азота, попадающей в атмосферу. В космической авиации жидкий кислород является одним из компонентов ракетного топлива, где он используется в качестве окислителя, а в роли самого топлива выступает водород или керосин.

В медицине и фармацевтике без него тоже не обходится. Жидкий кислород входит в состав биореакторов, а также используется в качестве добавки к ферментам. В медицине он необходим для анестезии, приготовления кислородных ванн и коктейлей, лечения или облегчения состояния при интоксикации, астме и других недугах. Здесь он чаще всего не используется напрямую в виде жидкости, а является источником газообразного кислорода.

Хранение и меры предосторожности

Жидкий кислород не возгорается и не взрывается сам по себе, он не токсичен для человека и не вреден для окружающей среды. Однако активная реакция в химических процессах, а также криогенный эффект делают его не совсем безопасным веществом.

При работе с ним нужно держать подальше смазочные, горючие и легковоспламеняющиеся материалы, а также всегда использовать перчатки и спецодежду. Кислород очень низкой температуры легко повреждает кожу и может привести к обморожению, травмам и отмиранию живых клеток. Если жидкость покрывает значительную часть тела, все может закончиться даже летальным исходом.

Технический и медицинский жидкий кислород хранят сосудах Дьюара, которые делают преимущественно из стали или алюминия. Это цилиндрические контейнеры с двойными стенками, между стенками которых располагается вакуумная полость, а также теплоизоляционные материалы. Они работают по принципу термосов, хорошо сохраняя жидкости внутри.

Источник

Жидкий кислород

Жидкий кислород – это агрегатное состояние кислорода, в котором он представляет собой бледно-синюю жидкость. Он относится к категории веществ, которые одними из первых стали использоваться в разных областях промышленности. Жидкий О₂ используется с двумя целями: для усиления процессов горения и для окисления химических процессов. Именно необходимость решения этих задач стала причиной популярности воздухоразделительного оборудования.

Физические свойства жидкого кислорода

В жидком состоянии кислород имеет бледно-голубой оттенок. При переливании из одной емкости в другую жидкий кислород выделяет водяные пары, поглощая тепло из окружающего воздуха. При этом температура воздуха резко снижается, что приводит к образованию тумана.

Этот вид кислорода способен закипать при температуре 183°С. Если в это время поместить его в среду, в которой температура воздуха составляет около 30-40°С, то кипение лишь усилится. При комнатной температуре жидкость быстро испаряется.

Для того чтобы снизить скорость испарения кислорода жидкого, его помещают в специальные баллоны. Баллон для хранения О₂ представляет собой двухслойный сосуд. Внутренняя стенка баллона покрыта слоем серебра, а между ней и внешней стенкой полностью выкачан весь воздух. Слой серебра необходим для того, чтобы отражать тепло. В таком баллоне кислород может храниться на протяжении нескольких суток.

К другим физическим свойствам жидкого кислорода можно отнести следующие:

Как получают жидкий кислород?

После этого проводят ректификацию, то есть отделение азота от кислорода. Этого добиваются путем многократного нагревания жидкости, в ходе которого первым делом испаряется азот, а оставшаяся жидкость обогащается О₂.

В каких областях используют жидкий кислород?

В настоящее время жидкому кислороду находится применение в разных областях промышленности:

Жидкий О₂ служит в качестве сырья для получения других химических соединений, вроде двуокиси титана или окиси этилена. С его помощью также можно повысить производительность большинства окислительных процессов.

В стекольной промышленности кислород применяется для интенсификации процессов горения, необходимых для поддержания работы стеклоплавильных печей. Помимо этого, он помогает снизить выбросы оксида азота и увеличить эффективность стекольного производства.

С этой же целью жидкий О₂ используется в металлургии, где он обогащает воздух и повышает эффективность процесса горения.

С жидким кислородом связано ускорение процессов роста клеток, поэтому в фармацевтике его добавляют в ферментеры и биореакторы.

В целлюлозно-бумажной отрасли промышленности с помощью этого вида кислорода осуществляется окислительное экстрагирование, обработка сточных вод и делигнификация (процесс получения целлюлозы).

Помимо этого, кислородом жидким пользуются в автомобилестроении и машиностроении, где он применяется в качестве вспомогательного газа во время лазерной резки. Его также добавляют в состав защитных газовых смесей.

Техника безопасности при работе с жидким кислородом

При работе с жидким кислородом нет угрозы отравления, но все же некоторые требования безопасности необходимо строго соблюдать:

Преимущества сотрудничества с НПК «Грасис»

Научно-производственная компания «Грасис» осуществляет поставки оборудования, которое позволит вам самостоятельно получать газообразный кислород из атмосферного воздуха.

Наша компания более 10 лет занимается разработкой и производством газо- и воздухоразделительного оборудования, а также инжинирингом, проектированием и выполнением комплексных работ «под ключ». Мы поможем вам решить любые задачи, связанные с газо- и воздухоразделением, утилизацией попутного нефтяного газа и подготовкой природного газа.

В процессе производства оборудования мы используем нанотехнологии и высококачественные комплектующие, благодаря которым улучшаются технико-эксплуатационные свойства продукции. Свяжитесь с представителями компании «Грасис», чтобы получить развернутую информацию о заинтересовавшей вас установке!

Источник

Жидкий кислород — свойства и применение

Это бледно-синяя жидкость которая является одним из агрегатных состояний кислорода. Благодаря крайне низкой температуре и некоторым уникальным свойствам это вещество широко используется во многих сферах деятельности человека. Получают его из воздуха, который является главным и практически неисчерпаемым источником различных газов для промышленности.

Физические и химические свойства

К самым интересным физическим особенностям вещества можно отнести способность заметно повышать плотность при снижении температуры и парамагнетизм. Изменение плотности успешно используется при заправке ракетной техники так как позволяет не изменяя размера бака заполнить его большим количеством окислителя. За счет этого получается дольше поддерживать работу двигателя и выводить в космос больше полезных грузов.

Парамагнитные особенности этой жидкости изначально связывали с образованием четырехатомных молекул при сжижении. В настоящее время было установлено, что это не так, хотя молекулы и имеют тенденцию к попарному объединению на основании разнонаправленных спинов, устойчивых связей между ними не возникает.

Главная химическая особенность жидкого кислорода – крайне высокая способность к окислению. Попадая в него органика быстро сгорает с выделением больших объемов тепловой энергии. Причем часть таких веществ при пропитке жидким кислородом могут взрываться. Особенно характерен такой исход для взаимодействий с нефтепродуктами, например, асфальтом.

Иследования таких веществ, как жидкие газы невозможно без низкотемпературных сканирующих микроскопов, таких как микроскопы от Nanomagnetics Instruments — https://nanoafm.ru/produktsiya/nizkotemperaturnye-skaniruyushchie-zondovye-mikroskopy

Сфера применения

Чаще всего эту жидкость используют в таких целях:

Источник

Жидкий кислород. Общие сведения

Газ кислород

Кислород – один из важнейших элементов на планете. Он участвует в процессе дыхания, в метаболизме живых организмов, а также в круговороте веществ в биосфере. Кроме того, он способствует гниению и разложению органических остатков.

В нормальных условиях он является бесцветным газом, который не имеет вкуса и запаха. Он тяжелее воздуха и с трудом растворяется в воде. В химическом плане он очень активен и способен образовывать соединения практически со всеми элементами.

В свободном состоянии в виде молекул О2, состоящих из двух атомов оксигена, он находится в атмосфере. Благодаря такому строению элемент также называется «дикислородом», но он может существовать и в других вариациях. При определенных условиях его атомы могут образовывать «трикислород» с молекулой О3, которая представляет собой голубой газ озон со специфическим запахом.

В атмосфере содержание кислорода составляет примерно 21 % по массе, в земной коре его доля значительно выше и составляет около 47 % по массе. Элемент входит в состав более полутора тысяч разнообразных пород и минералов, большая часть из которых являются силикатами. Там он присутствует в виде соединений. В воде его содержание доходит до 85 %, и это не удивительно, ведь атомы оксигена и образуют воду вместе с элементом гидрогеном.

Справка

Кислород — химический элемент с атомным номером 8, обозначающийся символом О, а также вещество (газ при нормальных условиях), молекула которого состоит из двух атомов кислорода (O2). Кислород является самым лёгким элементом из группы халькогенидов (6 группа периодической системы).

История открытия

Официально считается, что кислород был открыт английским химиком Джозефом Пристли 1 августа 1774 путём разложения оксида ртути в герметично закрытом сосуде (Пристли направлял на это соединение солнечные лучи с помощью мощной линзы).

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 (возможно, в 1770-м) 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 Петра 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 провел опыт по сжиганию различных веществ и опроверг теорию флогистона, опубликовав результаты по весу сожженных 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 теории флогистона.]

Таким образом, заслугу открытия кислорода фактически делят между собой Пристли, Шееле и Лавуазье.

Происхождение названия

Название oxygenium («кислород») происходит от греческих слов, обозначающих «рождающий кислоту»; это связано с первоначальным значением термина «кислота». Ранее этим термином называли оксиды.

Нахождение в природе

Получение

В настоящее время в промышленности жидкий кислород получают из воздуха. В лабораториях пользуются кислородом промышленного производства, поставляемым в стальных баллонах под давлением около 15 МПа. Важнейшим лабораторным способом его получения служит электролиз водных растворов щелочей. Небольшие количества кислорода можно также получать взаимодействием раствора перманганата калия с подкисленным раствором пероксида водорода.

Физические свойства

Газ без цвета, вкуса и запаха. Растворим в воде, причем растворяется тем лучше, чем ниже ее температура. Поэтому плотность живых организмов в холодных приполярных водах может быть значительно выше, чем в теплых экваториальных.

Химические свойства

Биологическая роль кислорода

Кислород участвует в окислительно-восстановительных реакциях. Живые существа дышат кислородом воздуха. Широко используется кислород в медицине. При сердечнососудистых заболеваниях, для улучшения обменных процессов, в желудок вводят кислородную пену («кислородный коктейль»). Подкожное введение кислорода используют при трофических язвах, слоновости, гангрене. Для обеззараживания и дезодорации воздуха и очистки питьевой воды применяют искусственное обогащение озоном. Радиоактивный изотоп кислорода 15O применяется для исследований скорости кровотока, лёгочной вентиляции.

Токсические производные кислорода

Некоторые производные кислорода (т. н. реактивные формы кислорода), такие как синглетный кислород, перекись водорода, супероксид, озон и гидроксильный радикал, являются высокотоксичными продуктами. Они образуются в процессе активирования или частичного восстановления кислорода. Супероксид (супероксидный радикал), перекись водорода и гидроксильный радикал могут образовываться в клетках и тканях организма человека и животных и вызывают оксидативный стресс.

предлагает оборудование для производства азота и технического кислорода

Жидкий кислород

В жидком состоянии кислород окрашивается в голубой оттенок и усиливает некоторые свойства газообразного вещества. Так, он ведет себя более агрессивно в химических реакциях, а также становится сильным парамагнетиком и может притягиваться магнитом.

Перевод жидкого кислорода в газообразный формула

Для превращения жидкого кислорода в газообразный служат газификационные установки. Их производительность достигает 15—20 м 3 /ч. Применяют два типа газификационных установок: насосные и безнасосные. Насосная газификационная установка СГУ-1, показанная на рис. 4, предназначена для газификации непереохлажденного кислорода и наполнения баллонов (реципиентов газообразным кислородом под давлением до 24 МПа (240 кгс/см 2 ). Кислород от реципиентов подается по трубопроводу к местам потребления через центральный рамповый редуктор под требуемым давлением порядка 1,2-2 МПа (15-20 кгс/см 2 ) для процессов газопламенной обработки. Имеются газификационные станции, насосы которых рассчитаны на давление 20 МПа (200 кгс/см 2 ) и служат для подачи кислорода в сеть через буферную емкость. В промышленности применяют также автомобильные передвижные газификационные установки.

Безнасосные газификаторы имеют рабочее давление до 1,6 МПа (16 кгс/см 2 ) при относительно постоянном и равномерном расходе кислорода, подаваемого по трубопроводу к местам потребления (рис. 5). Сосуд газификатора снабжен вакуумно-порошковой изоляцией и рассчитан на максимальное рабочее давление. Первоначально давление в сосуде создается испарением кислорода в испарителе 9 и автоматически поддерживается постоянным регулятором 2. В зависимости от расхода газа жидкий кислород через регулятор 8 поступает в испаритель 7 и затем в виде газа идет в трубопровод к потребителю. Избыток газа в газификаторе сбрасывается при заданном давлении также в трубопровод потребителя через регулятор 3. Сосуд 1 наполняется жидким кислородом через штуцер 4 и вентили 5 и 6.

Химические свойства

Газообразный кислород является окислителем. Сам по себе он негорюч, но хорошо поддерживает процесс горения, а при значительной концентрации и высоких температурах является взрывоопасным.

С активными веществами (например, щелочными металлами) он может вступать в реакции даже при комнатной температуре и при обыкновенной концентрации в воздухе, образуя с ними соединения оксиды. Результат хорошо виден на многих металлах, на которых он проявляется в виде коррозии.

Жидкий кислород также обладает сильными окислительными свойствами. Многие пропитанные им вещества легко воспламеняются и горят с выделением энергии и тепла. Хлопок, бумага, дерево, уголь и некоторые другие материалы могут взрываться.

Получение

Самым распространенным и легким в получении источником кислорода является воздух. К тому же он неиссякаем и присутствует в нашей жизни повсеместно. Чтобы получить из него необходимые вещества, его сжижают, а затем разделяют на жидкий азот и кислород.

Еще один способ получения жидкости – конденсация ее из газа. Для этого достаточно опустить медный змеевик в контейнер с жидким азотом, а затем пропустить через змеевик газообразный кислород. Температура азота ниже, чем у кислорода, поэтому, проходя по медной трубке, газ будет конденсироваться и превратится в жидкость. При этом на поверхности змеевика образуется небольшой слой снега.

Применение

Сегодня его чаще применяют в медицине, фармацевтике, в металлургии, стекольной, химической, бумажной и других видах промышленности. С его помощью получают различные полезные соединения, например окись титана, которая участвует в производстве лакокрасочных изделий, бумаги и пластмасс. При изготовлении стекла он нужен для поддержания жара в печах, а также для уменьшения количества окиси азота, попадающей в атмосферу. В космической авиации жидкий кислород является одним из компонентов ракетного топлива, где он используется в качестве окислителя, а в роли самого топлива выступает водород или керосин.

В медицине и фармацевтике без него тоже не обходится. Жидкий кислород входит в состав биореакторов, а также используется в качестве добавки к ферментам. В медицине он необходим для анестезии, приготовления кислородных ванн и коктейлей, лечения или облегчения состояния при интоксикации, астме и других недугах. Здесь он чаще всего не используется напрямую в виде жидкости, а является источником газообразного кислорода.

Использование жидкого кислорода

Из многочисленных технических применений кислорода выделить самые необычные — довольно трудно. Почти повсеместно его функции — те же, что и в организме, окислительные.

Кислород может быть не только дополнительным источником тепла, но и источником холода. В реактивных двигателях, например, он работает не только в качестве окислителя, но и как хладоагент. Разумеется, в этих случаях используют жидкий кислород—подвижную летучую жидкость голубого цвета. Кстати, в жидкое состояние кислород переходит при минус 183 градусах, а затвердевает — при минус 219. Как видим, температурный интервал жидкого состояния у этого простого вещества довольно значителен.

Кислородно-конвертерное производство стали, пожалуй, может считаться исключением. Конечно, и здесь главная задача кислорода— окислить избыточный углерод, содержащийся в чугуне. (Первым использовать в этом процессе вместо воздуха кислород предложил еще сто лет назад, в 1876 г., известный русский металлург Д. К. Чернов.) Но у кислородно-конвертерного способа есть одна важная особенность: главный металлургический передел, превращение чугуна в сталь, происходит без затрат топлива. Под действием кислорода примеси, содержащиеся в чугуне (углерод, марганец, кремний и другие), окисляются с выделением значительных количеств тепла. Это тепло и поддерживает металл в жидком состоянии — дополнительный подогрев оказывается ненужным. На данный момент в России подобные методы в металлургическом производстве интенсивно внедряются. Например, на предприятии https://rdmetall.ru/armatura-dlya-fundamenta/armatura-a1-gost-5781/ где производят арматуру. Для производства более качественного металла для арматуры активно применяется сжиженный кислород.

Жидкий кислород стал одним из компонентов довольно мощных взрывчатых веществ — оксиликвитов, довольно долго применявшихся в горном деле. В годы Великой Отечественной войны предпринимались попытки использовать эти вещества и в военных целях, в бомбах из бетона, наполненных каким-либо твердым горючим веществом, пропитанным жидким кислородом.

Как не трудно догадаться слово «оксиликвит» происходит от латинских обозначений кислорода — oxigenium и жидкостей — U-quidus, значит жидкий.

Оксиликвиты — это органические поглотители, например древесный уголь, торф или мелкие опилки, пропитанные кислородом. Из поглотителя формовали специальные патроны, которые замачивали затем в жидком кислороде. Делали это непосредственно перед использованием. Подрывали их с помощью капсюлей-детонаторов.

Оксиликвиты были самым дешевым из всех промышленных взрывчатых веществ. Ими пользовались, и достаточно широко, в строительстве в годы первых пятилеток, в частности при сооружении Днепрогэса. Почему же тогда рассказ о них ведется в прошедшем времени? Дело в том, что оксиликвиты в наше время полностью вытеснены из горного дела и строительства другими взрывчатыми веществами, прежде всего аммонитами. Оксиликвиты нельзя хранить хоть сколько-нибудь долго: жидкий кислород в процессе транспортировки и хранения активно испаряется. Затраты на теплоизоляцию плюс потери перекрывают экономический выигрыш от дешевизны жидкого кислорода и других компонентов оксиликвита…

Взрывчатые вещества (ВВ) с жидким кислородом по существу уже отошли в прошлое, и видимо, навсегда. Зато продолжает расширяться диапазон соединений кислорода, пригодных в качестве ВВ. В прошлом десятилетии были синтезированы первые десятки истинных химических соединений благородных газов — ксенона и криптона. Среди них оказались два вещества большой взрывчатой силы. Эти окислы ксенона. При взрыве этих веществ образуются только газообразные продукты — ксенон и кислород, причем последний способен окислить, превратить в газ другие возможные компоненты взрывчатого вещества. Поэтому, несмотря на сложности синтеза (в прямой реакции окислы ксенона не образуются), окислы ксенона перспективны — и как ВВ, и как очень своеобразные сильные окислители.

Хранение и меры предосторожности

Жидкий кислород не возгорается и не взрывается сам по себе, он не токсичен для человека и не вреден для окружающей среды. Однако активная реакция в химических процессах, а также криогенный эффект делают его не совсем безопасным веществом.

При работе с ним нужно держать подальше смазочные, горючие и легковоспламеняющиеся материалы, а также всегда использовать перчатки и спецодежду. Кислород очень низкой температуры легко повреждает кожу и может привести к обморожению, травмам и отмиранию живых клеток. Если жидкость покрывает значительную часть тела, все может закончиться даже летальным исходом.

Технический и медицинский жидкий кислород хранят сосудах Дьюара, которые делают преимущественно из стали или алюминия. Это цилиндрические контейнеры с двойными стенками, между стенками которых располагается вакуумная полость, а также теплоизоляционные материалы. Они работают по принципу термосов, хорошо сохраняя жидкости внутри.

Источник