Tlen – charakterystyka pierwiastka, występowanie w przyrodzie, właściwości fizykochemiczne, produkcja. Jak powstaje tlen w przemyśle

Cięcie metalu odbywa się za pomocą płomienia gazowego o wysokiej temperaturze, uzyskanego w wyniku spalania palnego gazu lub pary cieczy zmieszanej z technicznie czystym tlenem.

Tlen jest najobficiej występującym pierwiastkiem na Ziemi występujący w postaci związków chemicznych z różnymi substancjami: w ziemi – do 50% masowo, w połączeniu z wodorem w wodzie – około 86% masowo oraz w powietrzu – do 21% obj. i 23% mas. waga.

Tlen w normalnych warunkach (temperatura 20°C, ciśnienie 0,1 MPa) jest gazem bezbarwnym, niepalnym, nieco cięższym od powietrza, bezwonnym, ale aktywnie wspomagającym spalanie. Przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym i temperaturze 0°C masa 1 m3 tlenu wynosi 1,43 kg, a przy temperaturze 20°C i normalnym ciśnieniu atmosferycznym – 1,33 kg.

Tlen ma wysoką aktywność chemiczną, tworząc związki ze wszystkimi pierwiastkami chemicznymi z wyjątkiem (argonu, helu, ksenonu, kryptonu i neonu). Reakcje związku z tlenem zachodzą z wydzieleniem dużej ilości ciepła, czyli mają charakter egzotermiczny.

W przypadku kontaktu sprężonego gazowego tlenu z substancjami organicznymi, olejami, tłuszczami, pyłem węglowym, palnymi tworzywami sztucznymi, mogą one ulec samozapłonowi na skutek wydzielenia się ciepła podczas gwałtownego sprężania tlenu, tarcia i uderzenia cząstek stałych o metal, a także w postaci wyładowania iskrowego elektrostatycznego. Dlatego przy stosowaniu tlenu należy uważać, aby nie miał on kontaktu z substancjami łatwopalnymi lub palnymi.

Cały sprzęt tlenowy, przewody tlenowe i butle muszą zostać dokładnie odtłuszczone. zdolny do tworzenia w szerokim zakresie mieszanin wybuchowych z palnymi gazami lub ciekłymi palnymi oparami, co może również prowadzić do wybuchu w obecności otwartego płomienia lub nawet iskry.

Podczas stosowania go w procesach przetwarzania płomieniem gazowym należy zawsze mieć na uwadze odnotowane właściwości tlenu.

Powietrze atmosferyczne to głównie mechaniczna mieszanina trzech gazów o następującej zawartości objętościowej: azot – 78,08%, tlen – 20,95%, argon – 0,94%, reszta to dwutlenek węgla, podtlenek azotu itp. Tlen uzyskuje się poprzez oddzielenie powietrza na tlen oraz metodą głębokiego chłodzenia (upłynniania) wraz z wydzieleniem argonu, którego zastosowanie stale wzrasta. Azot stosowany jest jako gaz osłonowy podczas spawania miedzi.

Tlen można otrzymać chemicznie lub poprzez elektrolizę wody. Metody chemiczne nieefektywne i nieekonomiczne. Na elektroliza wody W przypadku prądu stałego tlen powstaje jako produkt uboczny podczas produkcji czystego wodoru.

Tlen produkowany jest w przemyśle z powietrza atmosferycznego poprzez głębokie chłodzenie i rektyfikację. W instalacjach do pozyskiwania tlenu i azotu z powietrza, jest ono oczyszczane ze szkodliwych zanieczyszczeń, sprężane w kompresorze do odpowiedniego ciśnienia cyklu chłodniczego 0,6-20 MPa i schładzane w wymiennikach ciepła do temperatury skraplania, różnica temperatur skraplania tlenu i azotu wynosi 13°C, co jest wystarczające do ich całkowitego rozdzielenia w fazie ciekłej.

Czysty ciekły tlen gromadzi się w aparacie do separacji powietrza, odparowuje i gromadzi się w zbiorniku gazu, skąd za pomocą kompresora jest pompowany do cylindrów pod ciśnieniem do 20 MPa.

Tlen techniczny transportowany jest także rurociągiem. Ciśnienie tlenu transportowanego rurociągiem musi zostać uzgodnione pomiędzy producentem a konsumentem. Tlen dostarczany jest na miejsce w butlach tlenowych, a w postaci płynnej w specjalnych naczyniach z dobrą izolacją termiczną.

Do zamiany ciekłego tlenu na gaz stosuje się generatory gazu lub pompy z wyparkami ciekłego tlenu. Przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym i temperaturze 20°C 1 dm 3 ciekłego tlenu po odparowaniu daje 860 dm 3 gazowego tlenu. Dlatego zaleca się dostarczanie tlenu na miejsce spawania w stanie ciekłym, ponieważ zmniejsza to wagę pojemnika 10-krotnie, co oszczędza metal do produkcji butli oraz zmniejsza koszty transportu i przechowywania butli.

Do spawania i cięcia Według -78 tlen techniczny produkowany jest w trzech gatunkach:

• 1. - czystość co najmniej 99,7%
• 2. miejsce – nie mniej niż 99,5%
• 3. - nie mniej niż 99,2% objętości

Czystość tlenu ma ogromne znaczenie przy cięciu tlenowo-paliwowym. Im mniej zanieczyszczeń gazowych zawiera, tym wyższa prędkość cięcia, czystość i mniejsze zużycie tlenu.

Plan:

Historia odkryć

Pochodzenie imienia

Będąc w naturze

Paragon

Właściwości fizyczne

Właściwości chemiczne

Aplikacja

10. Izotopy

Tlen

Tlen- pierwiastek 16. grupy (według przestarzałej klasyfikacji - główna podgrupa grupy VI), drugi okres układu okresowego pierwiastków chemicznych D.I. Mendelejewa, o liczbie atomowej 8. Oznaczony symbolem O (łac. tlen) . Tlen jest chemicznie aktywnym niemetalem i jest najlżejszym pierwiastkiem z grupy chalkogenów. Prosta substancja tlen(Numer CAS: 7782-44-7) w normalnych warunkach jest bezbarwnym, pozbawionym smaku i zapachu gazem, którego cząsteczka składa się z dwóch atomów tlenu (wzór O 2), dlatego nazywany jest również ditlenem Ciekły tlen ma światło kolor niebieski, a stałe kryształy mają kolor jasnoniebieski.

Istnieją inne alotropowe formy tlenu, na przykład ozon (numer CAS: 10028-15-6) - w normalnych warunkach niebieski gaz o specyficznym zapachu, którego cząsteczka składa się z trzech atomów tlenu (wzór O 3).

Historia odkryć

Oficjalnie uważa się, że tlen został odkryty przez angielskiego chemika Josepha Priestleya 1 sierpnia 1774 roku w wyniku rozkładu tlenku rtęci w hermetycznie zamkniętym naczyniu (Priestley skierował światło słoneczne na ten związek za pomocą mocnej soczewki).

Jednak Priestley początkowo nie zdawał sobie sprawy, że odkrył nową, prostą substancję; sądził, że wyizolował jeden ze składników powietrza (i nazwał ten gaz „powietrzem zdeflogistycznym”). Priestley o swoim odkryciu poinformował wybitnego francuskiego chemika Antoine’a Lavoisiera. W 1775 r. A. Lavoisier ustalił, że tlen jest składnikiem powietrza, kwasów i występuje w wielu substancjach.

Kilka lat wcześniej (w 1771 r.) tlen uzyskał szwedzki chemik Karl Scheele. Kalcynował saletrę kwasem siarkowym, a następnie rozkładał powstały tlenek azotu. Scheele nazwał ten gaz „ognistym powietrzem” i opisał swoje odkrycie w książce wydanej w 1777 r. (właśnie dlatego, że ukazała się ona później niż Priestley ogłosił swoje odkrycie, ten ostatni uważany jest za odkrywcę tlenu). Scheele opowiedział także Lavoisierowi swoje doświadczenia.

Ważnym krokiem, który przyczynił się do odkrycia tlenu, była praca francuskiego chemika Pierre'a Bayena, który opublikował prace dotyczące utleniania rtęci i późniejszego rozkładu jej tlenku.

Wreszcie A. Lavoisier w końcu ustalił naturę powstałego gazu, korzystając z informacji uzyskanych od Priestleya i Scheele. Jego dzieło miało ogromne znaczenie, gdyż dzięki niemu obalona została dominująca wówczas teoria flogistonu, utrudniająca rozwój chemii. Lavoisier przeprowadził eksperymenty ze spalaniem różnych substancji i obalił teorię flogistonu, publikując wyniki dotyczące masy spalonych pierwiastków. Masa popiołu przekraczała pierwotną masę pierwiastka, co dało Lavoisierowi prawo do twierdzenia, że ​​podczas spalania zachodzi reakcja chemiczna (utlenianie) substancji, w związku z czym wzrasta masa pierwotnej substancji, co obala teorię flogistonu .

Zatem zasługa odkrycia tlenu jest w rzeczywistości dzielona między Priestleya, Scheele i Lavoisiera.

Pochodzenie imienia

Słowo tlen (na początku XIX wieku zwane także „roztworem kwasu”) swoje pojawienie się w języku rosyjskim w pewnym stopniu zawdzięcza M.V. Łomonosowowi, który wprowadził słowo „kwas” wraz z innymi neologizmami; Zatem słowo „tlen” było z kolei tropieniem terminu „tlen” (franc. oxygène), zaproponowanego przez A. Lavoisiera (od starogreckiego ὀξύς – „kwaśny” i γεννάω – „rodzić”), co oznacza tłumaczone jako „kwas wytwarzający”, co wiąże się z jego pierwotnym znaczeniem - „kwas”, co wcześniej oznaczało substancje zwane tlenkami według współczesnej nomenklatury międzynarodowej.

Będąc w naturze

Tlen jest najpowszechniejszym pierwiastkiem na Ziemi, jego udział (w różnych związkach, głównie krzemianach) stanowi około 47,4% masy stałej skorupy ziemskiej. Wody morskie i słodkie zawierają ogromną ilość związanego tlenu - 88,8% (m/m), w atmosferze zawartość wolnego tlenu wynosi 20,95% obj. i 23,12% mas. Ponad 1500 związków występujących w skorupie ziemskiej zawiera tlen.

Tlen jest częścią wielu substancji organicznych i jest obecny we wszystkich żywych komórkach. Pod względem liczby atomów w żywych komórkach wynosi ona około 25%, a pod względem udziału masowego – około 65%.

Paragon

Obecnie w przemyśle tlen pozyskuje się z powietrza. Główną przemysłową metodą produkcji tlenu jest rektyfikacja kriogeniczna. Znane i z powodzeniem stosowane w przemyśle są także instalacje tlenowe działające w oparciu o technologię membranową.

W laboratoriach wykorzystuje się tlen produkowany przemysłowo, dostarczany w stalowych butlach pod ciśnieniem około 15 MPa.

Niewielkie ilości tlenu można otrzymać przez ogrzewanie nadmanganianu potasu KMnO 4:

Wykorzystuje się także reakcję katalitycznego rozkładu nadtlenku wodoru H2O2 w obecności tlenku manganu(IV):

Tlen można otrzymać poprzez katalityczny rozkład chloranu potasu (sól Bertholleta) KClO 3:

Do laboratoryjnych metod wytwarzania tlenu zalicza się metodę elektrolizy wodnych roztworów zasad oraz rozkład tlenku rtęci(II) (w temperaturze t = 100 °C):

W łodziach podwodnych otrzymuje się go zwykle w reakcji nadtlenku sodu i dwutlenku węgla wydychanego przez człowieka:

Właściwości fizyczne

W oceanach świata zawartość rozpuszczonego O2 jest większa w wodzie zimnej i mniejsza w wodzie ciepłej.

W normalnych warunkach tlen jest gazem bez koloru, smaku i zapachu.

1 jego litr ma masę 1,429 g, jest nieco cięższy od powietrza. Słabo rozpuszczalny w wodzie (4,9 ml/100 g w 0°C, 2,09 ml/100 g w 50°C) i alkoholu (2,78 ml/100 g w 25°C). Dobrze rozpuszcza się w roztopionym srebrze (22 objętości O2 w 1 objętości Ag w temperaturze 961°C). Odległość międzyatomowa - 0,12074 nm. Jest paramagnetyczny.

Podczas ogrzewania gazowego tlenu następuje jego odwracalna dysocjacja na atomy: w temperaturze 2000°C – 0,03%, w temperaturze 2600°C – 1%, 4000°C – 59%, 6000°C – 99,5%.

Ciekły tlen (temperatura wrzenia -182,98 ° C) jest bladoniebieską cieczą.

Schemat fazowy O2

Stały tlen (temperatura topnienia -218,35°C) - niebieskie kryształy. Istnieje 6 znanych faz krystalicznych, z których trzy występują pod ciśnieniem 1 atm:

α-O 2 - występuje w temperaturach poniżej 23,65 K; jasnoniebieskie kryształy należą do układu jednoskośnego, parametry komórki a=5,403 Å, b=3,429 Å, c=5,086 Å; β=132,53°.

β-O 2 - występuje w zakresie temperatur od 23,65 do 43,65 K; jasnoniebieskie kryształy (wraz ze wzrostem ciśnienia kolor zmienia się na różowy) mają siatkę romboedryczną, parametry ogniwa a=4,21 Å, α=46,25°.

γ-O 2 - występuje w temperaturach od 43,65 do 54,21 K; bladoniebieskie kryształy mają symetrię sześcienną, parametr sieci a = 6,83 Å.

Pod wysokim ciśnieniem tworzą się jeszcze trzy fazy:

δ-O 2 zakres temperatur 20-240 K i ciśnienie 6-8 GPa, kryształy pomarańczowe;

ciśnienie ε-O 4 od 10 do 96 GPa, barwa kryształu od ciemnoczerwonego do czarnego, układ jednoskośny;

ζ-Pod ciśnieniem większym niż 96 GPa, stan metaliczny z charakterystycznym metalicznym połyskiem, w niskich temperaturach przechodzi w stan nadprzewodzący.

Właściwości chemiczne

Silny utleniacz, oddziałuje z prawie wszystkimi pierwiastkami, tworząc tlenki. Stan utlenienia -2. Z reguły reakcja utleniania przebiega wraz z wydzielaniem ciepła i przyspiesza wraz ze wzrostem temperatury (patrz Spalanie). Przykład reakcji zachodzących w temperaturze pokojowej:

Utlenia związki zawierające pierwiastki o stopniu utlenienia mniejszym niż maksymalny:

Utlenia większość związków organicznych:

Pod pewnymi warunkami możliwe jest łagodne utlenianie związku organicznego:

Tlen reaguje bezpośrednio (w normalnych warunkach, po podgrzaniu i/lub w obecności katalizatorów) ze wszystkimi prostymi substancjami z wyjątkiem Au i gazów obojętnych (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn); reakcje z halogenami zachodzą pod wpływem wyładowania elektrycznego lub promieniowania ultrafioletowego. Pośrednio otrzymywano tlenki złota i ciężkie gazy obojętne (Xe, Rn). We wszystkich dwuelementowych związkach tlenu z innymi pierwiastkami tlen pełni rolę utleniacza, z wyjątkiem związków z fluorem

Tlen tworzy nadtlenki, których stopień utlenienia atomu tlenu jest formalnie równy -1.

Na przykład nadtlenki powstają w wyniku spalania metali alkalicznych w tlenie:

Niektóre tlenki absorbują tlen:

Zgodnie z teorią spalania opracowaną przez A. N. Bacha i K. O. Englera utlenianie zachodzi dwuetapowo z utworzeniem pośredniego związku nadtlenkowego. Ten związek pośredni można wydzielić np. gdy płomień płonącego wodoru schładza się lodem, wraz z wodą tworzy się nadtlenek wodoru:

W nadtlenkach tlen formalnie ma stopień utlenienia -½, to znaczy jeden elektron na dwa atomy tlenu (jon O-2). Otrzymywany w wyniku reakcji nadtlenków z tlenem pod podwyższonym ciśnieniem i temperaturą:

Potas K, rubid Rb i cez Cs reagują z tlenem, tworząc ponadtlenki:

W jonie dioksygenylowym O2 + tlen formalnie ma stopień utlenienia +½. Otrzymywany w reakcji:

Fluorki tlenu

Difluorek tlenu, stopień utlenienia tlenu OF 2 +2, wytwarza się przepuszczając fluor przez roztwór alkaliczny:

Monofluorek tlenu (dioksydifluorek), O 2 F 2, jest niestabilny, stopień utlenienia tlenu wynosi +1. Otrzymywany z mieszaniny fluoru i tlenu w wyładowaniu jarzeniowym w temperaturze -196 °C:

Przepuszczając wyładowanie jarzeniowe przez mieszaninę fluoru i tlenu pod określonym ciśnieniem i temperaturą, otrzymuje się mieszaniny wyższych fluorków tlenu O 3 F 2, O 4 F 2, O 5 F 2 i O 6 F 2.

Obliczenia mechaniki kwantowej przewidują stabilne istnienie jonu trifluorohydroksoniowego OF 3 +. Jeśli ten jon naprawdę istnieje, wówczas stopień utlenienia tlenu w nim będzie równy +4.

Tlen wspomaga procesy oddychania, spalania i rozkładu.

W wolnej postaci pierwiastek występuje w dwóch modyfikacjach alotropowych: O 2 i O 3 (ozon). Jak ustalili Pierre Curie i Maria Skłodowska-Curie w 1899 roku, pod wpływem promieniowania jonizującego O 2 zamienia się w O 3 .

Aplikacja

Powszechne przemysłowe wykorzystanie tlenu rozpoczęło się w połowie XX wieku, po wynalezieniu turborozprężarek – urządzeń do skraplania i oddzielania ciekłego powietrza.

Wmetalurgia

Konwerterowa metoda produkcji stali lub obróbki kamienia polega na wykorzystaniu tlenu. W wielu jednostkach hutniczych, w celu efektywniejszego spalania paliwa, w palnikach zamiast powietrza stosuje się mieszaninę tlenu i powietrza.

Spawanie i cięcie metali

Tlen w niebieskich butlach jest szeroko stosowany do cięcia płomieniowego i spawania metali.

Paliwo rakietowe

Ciekły tlen, nadtlenek wodoru, kwas azotowy i inne związki bogate w tlen stosuje się jako utleniacze paliwa rakietowego. Mieszanka ciekłego tlenu i ciekłego ozonu jest jednym z najsilniejszych utleniaczy paliwa rakietowego (impuls właściwy mieszaniny wodór-ozon przewyższa impuls właściwy dla par wodór-fluor i fluorowodór-tlen).

Wmedycyna

Tlen medyczny magazynowany jest w wysokociśnieniowych metalowych butlach z gazem (na gazy sprężone lub skroplone) w kolorze niebieskim o różnej pojemności od 1,2 do 10,0 litrów pod ciśnieniem do 15 MPa (150 atm) i służy do wzbogacania mieszanin gazów oddechowych w sprzęcie anestezjologicznym , przy zaburzeniach oddychania, w celu złagodzenia ataku astmy oskrzelowej, w celu wyeliminowania niedotlenienia dowolnego pochodzenia, w chorobie dekompresyjnej, w leczeniu patologii przewodu żołądkowo-jelitowego w postaci koktajli tlenowych. Do indywidualnego użytku specjalne gumowane pojemniki – poduszki tlenowe – napełniane są z butli tlenem medycznym. Inhalatory tlenowe różnych modeli i modyfikacji służą do jednoczesnego dostarczania tlenu lub mieszaniny tlenu i powietrza jednej lub dwóm ofiarom w terenie lub w warunkach szpitalnych. Zaletą inhalatora tlenowego jest obecność skraplacza-nawilżacza mieszaniny gazów, który wykorzystuje wilgoć wydychanego powietrza. Aby obliczyć ilość tlenu pozostałą w butli w litrach, zwykle mnoży się ciśnienie w butli w atmosferach (wg manometru reduktora) przez pojemność butli w litrach. Na przykład w butli o pojemności 2 litrów manometr wskazuje ciśnienie tlenu 100 atm. Objętość tlenu w tym przypadku wynosi 100 × 2 = 200 litrów.

WPrzemysł spożywczy

W przemyśle spożywczym tlen jest zarejestrowany jako dodatek do żywności E948, jako gaz pędny i gaz opakowaniowy.

Wprzemysł chemiczny

W przemyśle chemicznym tlen wykorzystuje się jako utleniacz w licznych syntezach, np. przy utlenianiu węglowodorów do związków zawierających tlen (alkohole, aldehydy, kwasy), amoniaku do tlenków azotu przy produkcji kwasu azotowego. Ze względu na wysokie temperatury powstające podczas utleniania, te ostatnie często przeprowadza się w trybie spalania.

Wrolnictwo

W hodowli szklarniowej, do sporządzania koktajli tlenowych, na przyrost masy ciała u zwierząt, do wzbogacania środowiska wodnego w tlen w hodowli ryb.

Biologiczna rola tlenu

Awaryjne zaopatrzenie w tlen w schronie przeciwbombowym

Większość istot żywych (aerobów) oddycha tlenem z powietrza. Tlen jest szeroko stosowany w medycynie. W przypadku chorób układu krążenia, w celu usprawnienia procesów metabolicznych, do żołądka wstrzykiwana jest pianka tlenowa („koktajl tlenowy”). Podskórne podanie tlenu stosuje się w przypadku owrzodzeń troficznych, słoniowacizny, gangreny i innych poważnych chorób. Sztuczne wzbogacanie ozonem służy do dezynfekcji i dezodoryzacji powietrza oraz oczyszczania wody pitnej. Radioaktywny izotop tlenu 15 O służy do badania prędkości przepływu krwi i wentylacji płuc.

Toksyczne pochodne tlenu

Niektóre pochodne tlenu (tzw. reaktywne formy tlenu), takie jak tlen singletowy, nadtlenek wodoru, ponadtlenek, ozon i rodnik hydroksylowy, są silnie toksyczne. Powstają w procesie aktywacji lub częściowej redukcji tlenu. Ponadtlenek (rodnik ponadtlenkowy), nadtlenek wodoru i rodnik hydroksylowy mogą tworzyć się w komórkach i tkankach ludzi i zwierząt i powodować stres oksydacyjny.

Izotopy

Tlen ma trzy stabilne izotopy: 16 O, 17 O i 18 O, których średnia zawartość wynosi odpowiednio 99,759%, 0,037% i 0,204% całkowitej liczby atomów tlenu na Ziemi. Wyraźna przewaga najlżejszego z nich, 16 O, w mieszaninie izotopów wynika z faktu, że jądro atomu 16 O składa się z 8 protonów i 8 neutronów (podwójne magiczne jądro z wypełnionymi powłokami neutronów i protonów). A takie jądra, jak wynika z teorii budowy jądra atomowego, są szczególnie stabilne.

Znane są również radioaktywne izotopy tlenu o liczbach masowych od 12 O do 24 O. Wszystkie radioaktywne izotopy tlenu mają krótki okres półtrwania, najdłuższy z nich to 15 O z okresem półtrwania ~120 s. Najkrócej żyjący izotop 12O ma okres półtrwania 5,8·10−22 s.

Cel lekcji:

• przyczyniać się do kształtowania wiedzy studentów na temat metod pozyskiwania tlenu w przyrodzie, przemyśle i laboratoriach, dowodów jego obecności i metod jego pozyskiwania;
• promować kształtowanie umiejętności identyfikowania ogólnych i istotnych cech; umiejętność dostrzeżenia problemu i znalezienia sposobów na jego rozwiązanie; umiejętności zastosowania zdobytej wiedzy w praktyce i oceny wyników przeprowadzonych działań;
• nadal rozwijaj pamięć, uwagę, aktywność twórczą;
• dalsze rozwijanie samodzielności i umiejętności pracy w grupie;
• nadal tworzyć zespół.

Organizowanie czasu.

Część wprowadzająca

– Który rozdział studiujemy? (Proste substancje.)

– Jakie substancje nazywamy prostymi? (Substancje, których cząsteczki składają się z atomów tego samego typu.)

– Na jakie grupy dzielimy substancje proste? (Dla metali i niemetali.)

Nauka nowego materiału.

Nadal poznajemy proste substancje. Dziś dowiemy się więcej na temat substancji, wokół której kręci się ziemska chemia, jak powiedział Berzelius. Co to za substancja dowiesz się wykonując poniższe zadanie. Zamiast... wstaw słowo odpowiadające elementowi substancji i zapisz je w zeszycie. (Załącznik 2.)

1. ... jest najpowszechniejszym elementem skorupy ziemskiej.

2. Cząsteczkę prostej substancji ozonu tworzy pierwiastek ...

3. Powietrze zawiera 21%...

4. Tlenki to złożone substancje składające się z dwóch pierwiastków, z których jeden to...

5. Woda zawiera dwa atomy wodoru i jeden atom...

-Zapisałeś jedno słowo?

– Kto zapisał kilka słów?

-Co to za słowo? (Tlen.)

Zacznijmy więc studiować prostą substancję tlen!

– Dlaczego studiujemy ten temat? Dlaczego tlen jest ważny? (Tlen, substancja niezbędna do oddychania, jest najpowszechniejszym pierwiastkiem w skorupie ziemskiej i wchodzi w skład wody.)

– W części dotyczącej substancji prostych jest ważne zadanie związane z tlenem. Przeczytaj to.

Zadanie życiowe.

Aby podróżować po jaskini potrzebny jest zapas tlenu. Jak zdobyć go w podróży?

– Na podstawie zadania życiowego powiedz mi, czego powinieneś się dzisiaj uczyć? (Jak zdobyć tlen?)

Temat lekcji: „Uzyskiwanie tlenu”.

Podczas studiowania tego tematu:

• nauczysz się

jakie substancje i reakcje chemiczne służą do produkcji tlenu;

uczyć się

zapisz odpowiednie równania reakcji;

uczyć się

otrzymać tlen i udowodnić jego obecność.

Aby rozwiązać stojące przed nami zadanie życiowe, pracujcie w grupach.

Klasa jest podzielona na pięć grup po 4 osoby. Każda grupa ma swoje własne zadanie. (Aneks 1.)

– Uważnie przestudiuj informacje, odpowiedz na pytania, zapisz równania reakcji.

Praca w grupach.

Następnie prezentacja wykonanego zadania. Jeden przedstawiciel grupy odpowiada ustnie na pytania, a drugi zapisuje na tablicy równania reakcji.

– Zachowajcie ostrożność podczas wzajemnego słuchania. W miarę postępu prezentacji opracujemy schemat pozyskiwania tlenu.

Wykorzystując do oddychania tlen z powietrza, zmniejszamy jego ilość. Ale zawartość w powietrzu pozostaje stała - 21%. W jaki sposób utrzymywana jest stała zawartość tlenu, której potrzebujemy? Jak powstaje tlen w przyrodzie?

Wystąpienie grupy 1 na temat pozyskiwania tlenu w przyrodzie.

Równanie reakcji

Wniosek ogólny: tlen w przyrodzie pozyskiwany jest w procesie fotosyntezy w roślinach pod wpływem światła.

Część programu jest w trakcie opracowywania

– Czy ta metoda jest odpowiednia do rozwiązania problemu życiowego? (Nie, fotosynteza wymaga światła.)

Tlen jest niezbędny nie tylko w przyrodzie. W przemyśle służy do otrzymywania metali i innych niezbędnych substancji. Do tego potrzebny jest tlen w dużych ilościach. Metody produkcji stosowane w tym przypadku nazywane są przemysłowymi.

Wystąpienie grupy 2 na temat produkcji tlenu w przemyśle.

Równanie reakcji

Wniosek ogólny: tlen w przemyśle pozyskuje się z powietrza i wody.

– Dlaczego wykorzystują powietrze i wodę do produkcji dużych ilości tlenu? (najczęstsze substancje w przyrodzie zawierające tlen)

Trwają prace nad kolejną częścią programu „Produkcja tlenu”.

– Czy ta metoda jest odpowiednia do rozwiązania problemu życiowego? (nie, drogi sprzęt, takie procesy zajmują dużo czasu)

W Anglii na jednym z placów w Leeds stoi pomnik naukowca. W prawej ręce trzyma soczewkę zbierającą wiązkę światła słonecznego, a w lewej ręce tygiel z tlenkiem rtęci. Młody człowiek jest skupiony i uważny, czekając na rezultaty doświadczenia. Mówi Joseph Priestley, Anglik. naukowiec uchwycony w momencie pozyskiwania tlenu w swoim laboratorium.

Rozważamy laboratoryjne metody produkcji tlenu.

Wystąpienie grupy 3 na temat niektórych metod wytwarzania tlenu w laboratorium.

Równania reakcji

Wniosek: metody te nie nadają się do rozwiązania problemu życiowego, ponieważ... związki rtęci są trujące, a azotan potasu może nie być dostępny w warunkach obozowych.

– Te metody laboratoryjne nie ograniczają produkcji tlenu. Istnieje kilka innych sposobów wytwarzania tlenu w laboratorium.

Wystąpienie grupy 4 na temat najpowszechniejszych metod wytwarzania tlenu w laboratorium.

Równania reakcji

MnO2 jest katalizatorem, który przyspiesza reakcję chemiczną, ale nie jest zużywany.

Wszystkie reakcje rozkładu chemicznego.

Ogólny wniosek: w laboratorium tlen powstaje w wyniku reakcji rozkładu substancji zawierających tlen po podgrzaniu lub wystawieniu na działanie katalizatora.

Pozostała część diagramu jest narysowana.

Uczniowie domyślają się.

Przykładowo, aby uzyskać tlen w warunkach biwakowych, można zastosować reakcję rozkładu nadmanganianu potasu, który zawsze znajduje się w apteczce. Można również zastosować rozkład nadtlenku wodoru, do tej reakcji można użyć krwi i śliny, które zawierają naturalne katalizatory.

– Po otrzymaniu tlenu należy go także w określony sposób pobrać i udowodnić jego obecność.

Prezentacja grupy 5 na temat metod gromadzenia tlenu i potwierdzania jego obecności.

Wniosek ogólny: tlen jest pobierany poprzez wypieranie powietrza i wody; obecność tlenu potwierdza się za pomocą tlącej się drzazgi.

Wykonajcie w parach pracę laboratoryjną „Wytwarzanie tlenu poprzez rozkład nadmanganianu potasu i dowód jego obecności”.

Przed pracą powtórz zasady bezpieczeństwa podczas pracy z lampą alkoholową i podczas podgrzewania.

Wniosek.

– Czy osiągnąłeś cele lekcji?

– Jak zdobywasz tlen?

Konkluzja lekcji: tlen można uzyskać w przyrodzie, przemyśle i laboratorium. Aby uzyskać tlen, stosuje się reakcje rozkładu substancji zawierających tlen. Reakcje zachodzą po podgrzaniu lub w obecności katalizatora.

Praca domowa.

Wybierz zadanie, które najbardziej Ci się podoba.

Zadanie nr 1.

Opowiedz koledze, który był nieobecny na lekcji „Pobieranie tlenu”, korzystając z wiedzy o stylach mówienia, którą poznałeś na lekcjach rosyjskiego.

Zadanie nr 2.

Przygotuj przemówienie na konferencję szkolną - odczyty Łomonosowa na temat „Historia odkrycia tlenu”, wykorzystując wiedzę o stylach mowy zdobytą na lekcjach języka rosyjskiego.

Dzisiaj dowiedziałem się...
To było trudne …
Teraz mogę …
Uświadomiłem to sobie...
Dałem radę..
To było ciekawe …
Byłem zaskoczony...
Chciałem …

Na lekcji 17” Uzyskanie tlenu"z kursu" Chemia dla opornych» dowiedzieć się, jak w laboratorium powstaje tlen; Dowiemy się czym jest katalizator i jak rośliny wpływają na produkcję tlenu na naszej planecie.

Najważniejszą substancją występującą w powietrzu dla człowieka i innych organizmów żywych jest tlen. W przemyśle zużywa się duże ilości tlenu, dlatego ważne jest, aby wiedzieć, w jaki sposób można go uzyskać.

W laboratorium chemicznym tlen można uzyskać poprzez ogrzewanie pewnych złożonych substancji zawierających atomy tlenu. Do substancji tych zalicza się substancja KMnO 4, która w Twojej domowej apteczce dostępna jest pod nazwą „nadmanganian potasu”.

Znasz najprostsze urządzenia do wytwarzania gazów. Jeśli do jednego z tych urządzeń umieścisz odrobinę proszku KMnO 4 i podgrzejesz go, uwolni się tlen (ryc. 76):

Tlen można również otrzymać poprzez rozkład nadtlenku wodoru H 2 O 2 . Aby to zrobić, dodaj bardzo małą ilość specjalnej substancji do probówki z H 2 O 2 - katalizator- i zamknij probówkę korkiem z rurką wylotową gazu (ryc. 77).

W tej reakcji katalizatorem jest substancja o wzorze MnO2. W takim przypadku zachodzi następująca reakcja chemiczna:

Należy pamiętać, że nie ma wzoru katalizatora ani po lewej, ani po prawej stronie równania. Jego wzór jest zwykle zapisywany w równaniu reakcji powyżej znaku równości. Dlaczego dodaje się katalizator? Proces rozkładu H 2 O 2 w warunkach pokojowych przebiega bardzo powoli. Dlatego uzyskanie zauważalnych ilości tlenu zajmuje dużo czasu. Jednakże reakcję tę można znacznie przyspieszyć dodając katalizator.

Katalizator to substancja, która przyspiesza reakcję chemiczną, ale sama w sobie nie jest zużywana.

Właśnie dlatego, że katalizator nie jest zużywany w reakcji, nie zapisujemy jego wzoru w żadnej części równania reakcji.

Innym sposobem uzyskania tlenu jest rozkład wody pod wpływem stałego prądu elektrycznego. Proces ten nazywa się elektroliza woda. Tlen można uzyskać w urządzeniu pokazanym schematycznie na rysunku 78.

W takim przypadku zachodzi następująca reakcja chemiczna:

Tlen w przyrodzie

Ogromna ilość gazowego tlenu zawarta jest w atmosferze i rozpuszczona w wodach mórz i oceanów. Tlen jest niezbędny do oddychania wszystkim żywym organizmom. Bez tlenu nie byłoby możliwe pozyskiwanie energii poprzez spalanie różnego rodzaju paliw. Na te potrzeby zużywa się rocznie około 2% tlenu atmosferycznego.

Skąd bierze się tlen na Ziemi i dlaczego jego ilość, pomimo takiego zużycia, pozostaje w przybliżeniu stała? Jedynym źródłem tlenu na naszej planecie są rośliny zielone, które wytwarzają go pod wpływem światła słonecznego w procesie fotosyntezy. To bardzo złożony proces, który obejmuje wiele etapów. W wyniku fotosyntezy w zielonych częściach roślin dwutlenek węgla i woda przekształcają się w glukozę C 6 H 12 O 6 i tlen. Całkowity
Równanie reakcji zachodzących w procesie fotosyntezy można przedstawić następująco:

Stwierdzono, że około jedna dziesiąta (11%) tlenu wytwarzanego przez rośliny zielone pochodzi z roślin lądowych, a pozostałe dziewięć dziesiątych (89%) z roślin wodnych.

Pozyskiwanie tlenu i azotu z powietrza

Ogromne zasoby tlenu w atmosferze umożliwiają jego pozyskiwanie i wykorzystanie w różnych gałęziach przemysłu. W warunkach przemysłowych tlen, azot i niektóre inne gazy (argon, neon) pozyskuje się z powietrza.

W tym celu powietrze najpierw zamienia się w ciecz (ryc. 79) poprzez ochłodzenie do tak niskiej temperatury, w której wszystkie jego składniki przechodzą w stan ciekły skupienia.

Następnie ciecz ta jest powoli podgrzewana, w wyniku czego w różnych temperaturach następuje sekwencyjne wrzenie (tj. przejście w stan gazowy) substancji zawartych w powietrzu. Zbierając gazy wrzące w różnych temperaturach, osobno uzyskuje się azot, tlen i inne substancje.

Krótkie wnioski z lekcji:

1. W warunkach laboratoryjnych tlen uzyskuje się przez rozkład niektórych złożonych substancji zawierających atomy tlenu.
2. Katalizator to substancja, która przyspiesza reakcję chemiczną, nie ulegając zużyciu.
3. Źródłem tlenu na naszej planecie są rośliny zielone, w których zachodzi proces fotosyntezy.
4. W przemyśle tlen pozyskuje się z powietrza.

Mam nadzieję, że lekcja 17” Uzyskanie tlenu„było jasne i pouczające. Jeśli masz jakieś pytania, napisz je w komentarzach.

Lekcja ta poświęcona jest badaniu nowoczesnych metod wytwarzania tlenu. Dowiesz się, jakimi metodami i z jakich substancji pozyskuje się tlen w laboratorium i przemyśle.

Temat: Substancje i ich przemiany

Lekcja:Uzyskanie tlenu

Do celów przemysłowych tlen należy pozyskiwać w dużych ilościach i możliwie najtańszym sposobem. Tę metodę wytwarzania tlenu zaproponował laureat Nagrody Nobla Piotr Leonidowicz Kapica. Wynalazł urządzenie do skraplania powietrza. Jak wiadomo, powietrze zawiera objętościowo około 21% tlenu. Tlen można oddzielić od ciekłego powietrza poprzez destylację, ponieważ Wszystkie substancje tworzące powietrze mają różną temperaturę wrzenia. Temperatura wrzenia tlenu wynosi -183°C, a azotu -196°C. Oznacza to, że podczas destylacji skroplonego powietrza najpierw zagotuje się i odparuje azot, a następnie tlen.

W laboratorium tlen nie jest potrzebny w tak dużych ilościach jak w przemyśle. Jest zwykle dostarczany w niebieskich stalowych butlach, w których znajduje się pod ciśnieniem. W niektórych przypadkach nadal konieczne jest chemiczne pozyskiwanie tlenu. W tym celu stosuje się reakcje rozkładu.

EKSPERYMENT 1. Do szalki Petriego wlać roztwór nadtlenku wodoru. W temperaturze pokojowej nadtlenek wodoru rozkłada się powoli (nie widać żadnych oznak reakcji), ale proces ten można przyspieszyć dodając do roztworu kilka ziaren tlenku manganu(IV). Wokół ziaren czarnego tlenku natychmiast zaczynają pojawiać się pęcherzyki gazu. To jest tlen. Niezależnie od tego, jak długo trwa reakcja, ziarna tlenku manganu(IV) nie rozpuszczają się w roztworze. Oznacza to, że tlenek manganu(IV) bierze udział w reakcji, przyspiesza ją, ale nie jest w niej zużywany.

Substancje, które przyspieszają reakcję, ale nie są w niej zużywane, nazywane są substancjami katalizatory.

Reakcje przyspieszane przez katalizatory nazywane są katalityczny.

Przyspieszanie reakcji przez katalizator nazywa się kataliza.

Zatem tlenek manganu (IV) służy jako katalizator w reakcji rozkładu nadtlenku wodoru. W równaniu reakcji wzór katalizatora zapisano nad znakiem równości. Zapiszmy równanie reakcji. Podczas rozkładu nadtlenku wodoru uwalnia się tlen i tworzy się woda. Uwalnianie tlenu z roztworu pokazano strzałką skierowaną w górę:

2. Ujednolicony zbiór cyfrowych zasobów edukacyjnych ().

3. Elektroniczna wersja czasopisma „Chemia i Życie” ().

Praca domowa

Z. 66-67 nr 2 – 5 z Zeszytu ćwiczeń z chemii: klasa VIII: do podręcznika P.A. Orżekowski i inni „Chemia. 8. klasa” / O.V. Ushakova, PI Bespałow, PA Orżekowski; pod. wyd. prof. rocznie Orzhekovsky - M.: AST: Astrel: Profizdat, 2006.