Отримання кисню

Велика кількість кисню використовується в промисловості, в медицині, в інших областях людської діяльності. Промислові кількості кисню отримують з рідкого повітря. Спочатку повітря стискають потужними компресорами – при цьому він, як будь стискається газ, сильно нагрівається. Якщо вам доводилося енергійно накачувати велосипедну камеру, то ви повинні пам’ятати, що корпус насоса і шланг нагріваються досить помітно.

Стиснене повітря у великих балонах-ємностях охолоджується. Потім його піддають швидкому розширенню через вузькі канали, забезпечені ТУРБІНКА для додаткового відбору енергії у молекул газу. Ці пристрої називаються Турбодетандери. При розширенні будь-якого газу завжди відбувається його охолодження. Якщо газ був стиснутий дуже сильно, то його розширення може призвести до такого сильного охолодження, що частина повітря зріджується. Рідке повітря збирають у спеціальні посудини, звані судинами Дьюара (рис. 6-2).

Посудина Дьюара для зберігання і транспортування скраплених газів і його пристрій. З простору між внутрішньою і зовнішньою стінками судини відкачано повітря. Вакуум практично не проводить тепло, тому рідкий газ, навіть маючи дуже низьку температуру, може зберігатися в такому посудині тривалий час.

Як ви вже знаєте, рідкий кисень кипить при більш “високої” температурі (-183 оС), ніж рідкий азот (-196 оС). Тому при “нагріванні” рідкого повітря, коли температура цієї дуже холодної рідини повільно підвищується від -200 о С до -180 оС, насамперед при -196 оС переганяється азот (який знову зріджують) і тільки слідом переганяється кисень. Якщо таку перегонку рідких азоту і кисню призвести неодноразово, то можна отримати досить чистий кисень. Зазвичай його зберігають в стислому вигляді в сталевих балонах, пофарбованих у блакитний колір. Характерна блакитне забарвлення балонів потрібна для того, щоб не можна було сплутати кисень з яким-небудь іншим стисненим газом.

Апаратура для промислового отримання кисню, як ми бачимо, дуже складна і енергоємна. У лабораторії кисень зручніше отримувати з його сполук з іншими елементами. Пероксид водню зазвичай використовується у вигляді 3%-ного водного розчину. Багато хто з вас знайомі з ним, тому що такий розчин застосовується як дезінфікуючий засіб при обробці подряпин і дрібних ран. Він мало стійкий і вже при стоянні повільно розкладається на кисень і воду. Потрапивши на подряпину або ранку, пероксид починає виділяти кисень набагато інтенсивніше (сильно пузириться, шипить). Справа тут в тому, що кров містить особливі речовини (каталізатори), які прискорюють реакцію розкладання пероксиду водню. Каталізатори – це речовини, здатні прискорювати хімічні перетворення, самі залишаючись при цьому незмінними (більш докладно про них розповідається в наступній книзі).

Каталізаторами розкладання Н2О2 можуть служити багато речовини, в тому числі й неорганічні: діоксид марганцю (MnO2), деревне вугілля (вуглець), залізний порошок. Існують і “антикаталізатором” – тобто речовини, що уповільнюють хімічне перетворення. Такі сповільнювачі хімічних реакцій називаються інгібіторами. Наприклад, фосфорна кислота Н3РО4 з якихось причин перешкоджає розкладанню пероксиду водню.

Історія відкриття кисню цікаво переплітається з історією появи підводних човнів. Є відомості, що кисень був відкритий ще в XVII столітті голландським ученим До Дреббелем. Він використовував цей газ для дихання у підводному човні власної конструкції. Але це відкриття відносилося до військової техніки і трималася в секреті, тому не зробило ніякого впливу на подальші дослідження.

До офіційного відкриття кисню хіміки, ймовірно, вже отримували цей газ різними способами, але не знали, що тримають у руках новий елемент.

Першовідкривачами кисню вважаються шведський хімік Карл Шеєле і англійський натураліст Джозеф Прістлі. Шеєле отримав кисень дещо раніше, але опублікував свої дослідження пізніше, ніж Прістлі.

Карл Шеєле за професією був аптекарем, а за покликанням – хіміком-експериментатором. Протягом багатьох років він вивчав розкладання нагріванням безлічі речовин (серед яких була і селітра KNO3) і отримав газ, який підтримував дихання і горіння. Свої дослідження він опублікував в 1777 році в книзі “Хімічний трактат про повітря і вогонь”.

Джозеф Прістлі був священиком, а в природничих науках його цікавила передусім “пневмохімія”, тобто вивчення властивостей різних газів. Він був першим, хто спеціально розчинив газ у воді і виявив, що вода стала дивно смачною. Так була винайдена газована вода.

Потім Прістлі, як і Шеєле, став вивчати гази, що виділяються різними речовинами при нагріванні. Одержуваний газ він виводив через трубку в посудину, заповнений не водою, а ртуттю. Прістлі вже переконався в тому, що вода надто добре розчиняє гази.

Серед речовин, розкладання яких вивчив Прістлі, виявилося одне, відоме ще алхімікам під назвою “меркуріус кальцінатус пров се” або палена ртуть. Ця речовина на сучасному хімічному мові називається оксидом ртуті, а рівняння його розкладання при нагріванні виглядає наступним чином.

Ви можете тепер уявити, як важко було вивчати хімію в часи, коли хімічні формули ще не були винайдені. Те, що ми тільки що записали коротким хімічним рівнянням, Прістлі описав у 1774 році таким чином: “Я помістив під перевернутої банкою, зануреної в ртуть, трохи порошку” меркуріус кальцінатус пров се “. Потім я взяв невелику запальне скло і направив промені Сонця прямо всередину банки на порошок. З порошку став виділятися повітря, який витіснив ртуть з банки. Я заходився вивчати це повітря. І мене здивувало, навіть схвилювало до глибини моєї душі, що в цьому повітрі свічка горить краще і світліше, ніж у звичайній атмосфері “.

Зрозуміло, такий опис реакції виглядає дуже поетично порівняно із звичайним хімічним рівнянням. Зате рівняння точніше і коротше відображає суть сталася хімічної реакції, його легше зрозуміти і запам’ятати.

Посилання на основну публікацію