Кислород

Общие сведения

Кислород — самый распространенный на Земле элемент, на его долю (в составе различных соединений, главным образом силикатов), приходится около 47,4% массы твердой земной коры. Морские и пресные воды содержат огромное количество связанного кислорода — 88,8% (по массе), в атмосфере содержание свободного кислорода составляет 20,95% по объёму либо 23,12% по массе. Элемент кислород входит в состав более 1500 соединений земной коры.

Кислород входит в состав многих органических веществ и присутствует во всех живых клетках. По числу атомов в живых клетках он составляет около 25%, по массовой доле - около 65%.

 

Физические свойства

При нормальных условиях кислород это газ без цвета, вкуса и запаха. 1л его весит 1,429 г. Немного тяжелее воздуха. Слабо растворяется в воде (4,9 мл/100г при 0 °C, 2,09 мл/100г при 50 °C) и спирте (2,78 мл/100г при 25 °C). Хорошо растворяется в расплавленном серебре (22 объёма O2 в 1 объёме Ag при 961 °C). Является парамагнетиком.

При нагревании газообразного кислорода происходит его обратимая диссоциация на атомы: при 2000 °C — 0,03 %, при 2600 °C — 1 %, 4000 °C — 59 %, 6000 °C — 99,5 %.

Жидкий кислород (темп. кипения -182,98 °C) это бледно-голубая жидкость.

Твердый кислород (темп. плавления -218,79 °C) — синие кристаллы.

 

Химические свойства

Сильный окислитель, взаимодействует, практически, со всеми элементами, образуя оксиды. Как правило, реакция окисления протекает с выделением тепла и ускоряется при повышении температуры.

Окисляет большинство органических соединений.

Кислород не окисляет Au (золото) и Pt (платину), галогены и инертные газы.

 

Турбодетандер

Применение

Широкое промышленное применение кислорода началось в середине XX века, после изобретения турбодетандеров — устройств для сжижения воздуха и его разделения.

 

В машиностроении и строительстве

Для напыления и наплавки металлов.

Для кислородно-ацетиленовой газосварки и газорезки металлов.

Для плазменного высокоточного раскроя металлов.

 

В нефтедобыче

Закачка в пласт для повышения энергии вытеснения (создание эффективного движущегося внутрипластового очага горения ВПОГ).

 

В горнодобывающей промышленности и металлургии

При конвертерном производстве стали, кислородном дутье в доменных печах, извлечении золота из руд, производстве ферросплавов, выплавке никеля, цинка, свинца, циркония и других цветных металлов.

Прямое восстановление железа.

Огневая зачистка слябов в литейном производстве.

Огневое бурение твердых пород.

 

Сварка и резка металлов

Кислород в баллонах широко используется для газопламенной резки и сварки металлов.

 

В медицине

Кислород применяется в лечебной практике для обогащения дыхательных газовых смесей при легочных, сердечных и других заболеваниях, когда затруднено дыхание. 

Подкожное введение кислорода является эффективным средством лечения таких тяжелых заболеваний, как гангрена, тромбофлебит, слоновость, трофические язвы.

В оксибарокамерах.

Заправка оксигенераторов, кислородных масок, подушек и т.д.

В палатах со специальным микроклиматом.

Изготовление кислородных коктейлей.

При выращивании микроорганизмов на парафинах нефти.

 

В экологии

Очистка (озонирование) питьевой воды.

Вторичная переработка металлов (газорезка).

Продувка сточных вод кислородом.

Обезвреживание (окисление) химически активных отходов в очистных установках.

В мусоросжигательных печах с кислородным дутьем.

 

В химической промышленности

Изготовление взрывчатых веществ – оксиликвитов (пропитка жидким кислородом).

Производство ацетилена, целлюлозы, метилового спирта, аммиака, азотной и серной кислоты.

Каталитическая конверсия природного газа (при производстве синтетического аммиака).

Высокотемпературная конверсия метана (природного газа).

 

В энергетике

Газификация твердого топлива.

Обогащение воздуха для бытовых и промышленных котлов.

Для сжатия водно-угольной смеси.

 

В военной технике

В барокамерах.

Для работы дизельных двигателей под водой.

В качестве окислителя для ракетного топлива применяется жидкий кислород, пероксид водорода, азотная кислота и другие богатые кислородом соединения. Смесь жидкого кислорода и жидкого озона — один из самых мощных окислителей ракетного топлива.

 

В сельском хозяйстве

Изготовление кислородных коктейлей для прибавки животных в весе.

Обогащение кислородом водной среды в рыболовстве.

 

В пищевой промышленности

В пищевой промышленности кислород зарегистрирован в качестве пищевой добавки E948, как пропеллент и упаковочный газ.

 

Показатели качества медицинского и технического кислорода определяются по ГОСТ 5583-78.

Наименование показателя Норма для марок
Технический кислород Медицинский кислород
Первый сорт Второй сорт
1. Объемная доля кислорода, %, не менее 99,7 99,5 99,5
2. Объемная доля водяных паров, %, не более 0,007 0,009 0,009
3. Объемная доля водорода, %, не более 0,3 0,5 -
4. Объемная доля двуокиси углерода, %, не более Не нормируется 0,01

 

Хранение и перевозка кислорода

Кислород газообразный хранится и транспортируется в баллонах синего цвета с надписью "КИСЛОРОД".

Кислород жидкий хранится и транспортируется в специальных криогенных емкостях.

Кислород относится к классу особоопасных грузов. Поэтому транспорт используемый для перевозки кислорода должен быть оборудован в соответствии с правилами перевозки опасных грузов.

 

 

Требования безопасности

Криогенная емкость

Кислород не оказывает вредного воздействия на окружающую среду. Кислород не токсичен, не горюч и не взрывоопасен, однако, являясь сильным окислителем, резко увеличивает способность других материалов к горению. Поэтому для работы в контакте с кислородом могут использоваться только разрешенные для этого материалы.

Накопление кислорода в воздухе помещений создает опасность возникновения пожаров. Объемная доля кислорода в рабочих помещениях не должна превышать 23 %. В помещениях, где возможно увеличение объемной доли кислорода, должно быть ограничено пребывание людей и не должны находиться легковоспламеняющиеся материалы. Эти помещения должны быть оборудованы средствами контроля воздушной среды и вытяжной вентиляцией для проветривания. Длительная ингаляция газообразного кислорода вызывает поражение органов дыхания и легких.

После пребывания в среде, обогащенной кислородом, не разрешается курить, использовать открытый огонь и приближаться к огню. Одежда должна быть проветрена в течение 30 мин.

При контакте кислорода со смазочными материалами происходит взрыв, поэтому загрязнение баллонов маслом недопустимо.

При работе с жидким кислородом необходимо соблюдать меры безопасности при обращении с жидкими криопродуктами.