ПМ-20 хімія 22.11.22
22.11.2022
Лекція (2 год.)
Тема 2.3. Кисень. Озон. Сполуки кисню.
Опрацювати: матеріал лекції.
Виконати (письмово):
1. Конспект лекції
2. Для самостійного вивчення:
Тема 2.4. Розповсюдження у природі кисню і озону, добування і застосування цих газів.
Зварюванням називається процес отримання нероз'ємних сполук за рахунок сил взаємодії атомів.
Численні методи зварювання поділяються на дві групи:
1) зварювання плавленням (зварювання в рідкій фазі);
2) зварювання тиском (зварювання у твердій фазі).
При зварюванні плавленням рідкий метал частин, що з'єднуються, мимоволі зливається в одне ціле, утворюючи після охолодження і затвердіння зварне з'єднання.
Зварювання тиском проводиться без нагрівання або з нагріванням металу до пластичного стану з подальшим стисненням частин, що з'єднуються.
Зварювання в даний час є одним із основних технологічних процесів у всіх галузях промисловості. Без зварювання неможливе виробництво сучасних машин. У практиці ремонтної справи зварюванню належить вагоме місце. Найширше застосування в промисловості та практиці ремонту машин має зварювання плавленням: газове та електродугове.
При газовому зварюванні для нагрівання металу до плавлення або пластичного стану використовується тепло, яке отримують в результаті згоряння пального газу в суміші з киснем.
Для здійснення газового зварювання та різання необхідно мати горючий газ, кисень, присадний матеріал, флюси.
Кисень (O2).
Фізичні властивості. Газоподібний кисень безбарвний, прозорий, не має запаху та смаку, погано розчиняється у воді, зріджується за температури
-183°С (блакитна рідина), твердне за температури -219°С (кристали синього кольору), негорючий, але здатний активно підтримувати процес горіння.
Молекулярна маса: 32, трохи важчий за повітря.
Маса 1 м 3 рідкого кисню при -183 ° С та 0,1 МПа: 1 140 кг
Кількість газоподібного кисню, що виходить з 1 м 3 рідкого кисню при 0 ° С та 0,1 МПа: 860 м 3
Хімічні властивості. Кисень має високу хімічну активність і здатний утворювати хімічні сполуки (оксиди) з усіма елементами, крім інертних газів і благородних металів. Швидкість реакції окиснення зростає у разі підвищення температури або застосування каталізаторів.
to
3Fe + 2O2 = Fe3O4 (залізна окалина, в атмосфері кисню)
to
4Fe + 3O2 = 2Fe2O3 (на повітрі)
К + O2 = КO2 (К2О4, калій надпероксид)
2Na + O2 = Na2O2 (натрій пероксид)
to
2Cu + O2 = 2CuO або 4Cu + O2 = 2Cu2O
to
2Мg + O2 = 2МgO
to
4Al + 3O2 = 2Al2O3
Газове зварювання міді, алюмінію, магнію та їх сплавів супроводжується активним утворенням оксидів на поверхні металів, що зварюються, під впливом кисню, що міститься в повітрі. Тугоплавкі оксиди значно ускладнюють зварювальний процес.
З метою захисту металів від окислення при зварюванні використовують флюси для газового зварювання, які є спеціальними зварювальними порошками або пастами. Як флюс використовують борну кислоту і прожарену буру. Їх наносять на кромки металу, що зварюється, на зварювальний дріт і прутки. При температурі зварювання легкоплавкі флюси утворюють шлаки, що спливають на поверхню розплавленого металу і запобігають його окисленню:
to
Na2B4O7 = 2NaBO2 + B2O3
бура натрій метаборат борний ангідрид
2NaBO2 + B2O3 + CuO = Na(BO2)2 • Cu(BO2)2
Реакції окислення органічних речовин у кисні протікають із виділенням великої кількості теплової енергії. Підвищення тиску та температури кисню в зоні реакції значно прискорює її перебіг.
Згоряння горючих газів та парів горючих рідин у чистому кисні відбувається дуже енергійно з великою швидкістю, а у зоні горіння виникає висока температура, необхідна для швидкого розплавлення металу в місці зварювання:
2С2Н2 + 5О2 = 4СО2 + 2Н2О
При контакті стиснутого газоподібного кисню з органічними речовинами (плівкою масел або жирів, вугільним пилом) може відбуватися їх самозаймання, тому при використанні кисню необхідно стежити за тим, щоб він не знаходився в контакті з легкозаймистими горючими речовинами, здатними горіти в кисні.
У процесі експлуатації необхідно виключити можливість потрапляння та накопичення олій та жирів на поверхні деталей, що працюють у середовищі кисню. При роботі з кисневими балонами та апаратурою необхідно ретельно стежити за тим, щоб на них не падали навіть незначні сліди олії та жирів.
Горючі гази і пари утворюють з киснем вибухові суміші, що мають широкі межі вибуховості при займанні. Вибухова хвиля у таких сумішах поширюється з високою швидкістю (3000 м/с і більше).
Суміш двох об᾽ємів водню і одного об᾽єму кисню надзвичайно вибухонебезпечна, її називають гримучим газом, або гримучою сумішшю.
Зазначені властивості кисню слід завжди враховувати при його використанні в процесах газополум'яної обробки, транспортування та зберігання.
Озон (О3) – це ще одна алотропна модифікація Оксигену, М=48 г/моль. Це газ зі своєрідним, різкуватим «металічним» запахом, дуже отруйний.
Близько 90% природного озону міститься в стратосфері на висоті 12-50 км (максимальна густина – на висоті 20-25 км), утворюючи озоновий шар. Іще 10% атмосферного озону містить тропосфера – нижній шар атмосфери. Унаслідок токсичної дії має негативний вплив на живі об᾽єкти. Окисник сильніший, ніж кисень, не окиснює лише золота, платини та іридію.
Це нестійка речовина. При її розкладанні утворюється атомарний Оксиген, що зумовлює високу окиснювальну активність озону. З деякими металами озон утворює озоніди:
К + O3 = КO3
Одержують з кисню (чи повітря) за допомогою озонатора під дією «тихих» (без іскри) електричних розрядів:
3О2 = 2О3
Застосування:
1) знезараження повітря, питної води (продукти озонування менш шкідливі, ніж продукти хлорування), стічних вод хімічних підприємств (перш за все у випадку фенольних і ціанідних забруднень);
2) дезінфекція приміщень, одягу, стерилізація перев᾽язувального матеріалу в медицині;
3) відбілювання паперу;
4) отримання різноманітних речовин у хімічній промисловості і в лабораторії (камфори, ваніліну, моно- і дикарбонових кислот).
Озонові діри. З 1967 року вчені всього світу почали порушувати питання про зменшення озонового шару. А вже в середині 80-х років минулого століття антарктична служба Британії офіційно зафіксувала зміну насиченості озону над територією бази практично на 40%. Слідом за британськими вченими, дослідниками в Арктиці також була виявлена озонова діра, але значно менша, витік озону склав приблизно 9%.
Спочатку причини утворення озонових дір вчені пов’язували лише з викидами в атмосферу реактивними двигунами та авіалайнерами продуктів згоряння. Однак подальші дослідження показали, що причини та проблеми виникнення озонових дір — забруднення людиною природного середовища. Викиди, вироблені заводами та фабриками, фреон, різні аерозольні балони значною мірою руйнують шар озону.
Утворення озонових дір
Яка причина та наслідки виникнення озонових дір? У стратосфері озон поглинає сонячну ультрафіолетову радіацію. Порушення шару озону збільшує радіаційний потік, що згубно не тільки для здоров’я людей, а й для тварин та рослин.
Під впливом хлору та його сполук відбувається руйнування озону. Наприклад, фреон руйнується сонячною радіацією та звільняє хлор, який відриває третій атом від молекули озону. Хлор не вступає в з’єднання, але є каталізатором. В результаті один тільки атом хлору пошкоджує багато озону. Однак основним руйнівником озону визнаний хлорофлюорокарбон, який вступаючи в реакцію, відриває від озону 2 атоми кисню, порушуючи озоновий шар.
Технічний прогрес та озонові діри тісно взаємопов’язані. Наприклад, у двигунах реактивних літаків утворюються оксиди азоту, викид яких зростає зі збільшенням потужності турбореактивного двигуна.
Відновлення озонового шару
Світова спільнота визнала, що однією з глобальних проблем є озонова діра. Причини — це антропогенний фактор та природні процеси, які забруднюють атмосферу. Монреальський протокол, підписаний у 1987 році, надав перелік хлорфторвуглеців, заборонених до використання у виробництві.
Останні дослідження показали, що карта озонових дір повністю повторює карту родовищ метану. На підставі цього з’явилася нова теорія — діри були завжди.
Припинення виробництва речовин, що руйнують озон, принесло успіх. На сьогодні найбільша діра над Антарктидою значно зменшилася. Для запобігання подальшого руйнування та відновлення озонового шару необхідно:
· удосконалення очисних конструкцій на димовідвідних трубах;
· повний перехід на застосування органічних добрив;
· створення екологічно безпечних транспортних засобів.
За прогнозами вчених до 2070 року проблема може бути вирішена.
Комментарии
Отправить комментарий