Co to jest świeca tlenowa? Wykorzystanie chemicznej sprzeczności w innowacyjnym projekcie: świeca tlenowa

Korek tlenowy- jest to urządzenie, które w wyniku reakcji chemicznej wytwarza tlen odpowiedni do spożycia przez organizmy żywe. Technologię opracowała grupa naukowców z Rosji i Holandii. Szeroko stosowany przez służby ratownicze w wielu krajach, także w samolotach i stacjach kosmicznych takich jak ISS. Głównymi zaletami tego rozwiązania są zwartość i lekkość.

Świeca tlenowa w kosmosie

Tlen jest bardzo ważnym zasobem na pokładzie ISS. Ale co się stanie, jeśli podczas wypadku lub przypadkowej awarii systemy podtrzymywania życia, w tym system dostarczania tlenu, przestaną działać? Wszystkie żywe organizmy na pokładzie po prostu nie będą mogły oddychać i umrą. Dlatego szczególnie w takich przypadkach astronauci mają dość imponujący zapas chemicznych generatorów tlenu; mówiąc prościej, tak jest świece tlenowe. Jak takie urządzenie działa i jest wykorzystywane w kosmosie, zostało ogólnie pokazane w filmie „Alive”.

Skąd bierze się tlen w samolocie?

Samoloty wykorzystują również chemiczne generatory tlenu. Jeśli na pokładzie zabraknie ciśnienia lub nastąpi inna awaria, w pobliżu każdego pasażera wypadnie maska ​​​​tlenowa. Maska będzie wytwarzać tlen przez 25 minut, po czym reakcja chemiczna ustanie.

Jak to działa?

Korek tlenowy w kosmosie składa się z nadchloranu lub chloranu potasu. Większość samolotów wykorzystuje nadtlenek baru lub chloran sodu. Jest też generator zapłonu i filtr do chłodzenia i oczyszczania z innych zbędnych elementów.

Wynalazek dotyczy generatorów tlenu do oddychania i może być stosowany w aparatach oddechowych do użytku osobistego, stosowanych w sytuacjach awaryjnych, na przykład podczas gaszenia pożarów. W celu zmniejszenia szybkości wytwarzania tlenu i zwiększenia niezawodności podczas długotrwałej pracy, pirochemiczny generator tlenu zawierający sprasowane bloki stałego źródła tlenu z przejściowymi elementami zapłonowymi, urządzeniem inicjującym, izolacją termiczną i układem filtrów, umieszczony w metalowej obudowie Obudowa wyposażona w rurkę wylotową tlenu, posiada źródło stałe blokujące tlen w postaci równoległościanów, natomiast jako stałe źródło tlenu zastosowano kompozycję chloranu sodu, nadtlenku wapnia i magnezu. Przejściowe elementy zapłonowe przygotowywane są z mieszaniny nadtlenku wapnia z magnezem i wciskane w postaci tabletek albo na końcu, albo na bocznej krawędzi boku, a same bloki układane są warstwami i zygzakiem w każdej warstwie . 1 z. p. f-ly, 2 chory.

Wynalazek dotyczy generatorów tlenu do oddychania i może być stosowany w aparatach oddechowych do użytku osobistego, stosowanych w sytuacjach awaryjnych, na przykład podczas gaszenia pożarów.

Pirochemiczny generator tlenu to urządzenie składające się z obudowy, wewnątrz której znajduje się kompozycja zdolna do uwalniania tlenu w wyniku samorozprzestrzeniającego się procesu pirochemicznego: świeca tlenowa, urządzenie zapłonowe inicjujące spalanie świecy, system filtrów oczyszczających gaz z obcych zanieczyszczeń i dymu oraz izolacja termiczna. Przez rurę wylotową tlen jest dostarczany do miejsca zużycia rurociągiem.

W większości znanych generatorów tlenu świeca zapłonowa wykonana jest w formie cylindrycznego monobloku. Czas palenia takiej świecy nie przekracza 15 minut. Dłuższą pracę generatora uzyskuje się poprzez zastosowanie kilku bloków (elementów) ułożonych tak, aby ich końce stykały się. Kiedy spalanie jednego bloku zakończy się, impuls cieplny inicjuje spalanie kolejnego elementu świecy i tak dalej, aż do jego całkowitego zużycia. Aby uzyskać bardziej niezawodny zapłon, na końcu elementu odbierającego impuls wciska się mieszankę pirotechniczną o zapłonie pośrednim, która ma większą energię i większą wrażliwość na impuls termiczny niż główny skład świecy.

Znane pirochemiczne generatory tlenu działają na świecach chloranowych typu termokatalitycznego zawierających chloran sodu, nadtlenek baru, żelazo i spoiwa lub świecach chloranowych typu katalitycznego składających się z chloranu sodu i katalizatora, na przykład tlenku lub nadtlenku sodu lub potasu. Znane generatory chemiczne uwalniają tlen w temperaturze przepływ nie mniejszy niż 4 l/min, czyli kilkukrotnie wyższy niż fizjologiczne zapotrzebowanie człowieka. Przy znanych składach nie można osiągnąć niższej szybkości wytwarzania tlenu. Przy zmniejszaniu średnicy bloku świecy zapłonowej, tj. obszarze frontu spalania, co mogłoby spowodować spadek prędkości, świeca traci zdolność spalania. Aby zachować funkcjonalność świecy, wymagana jest zmiana energii poprzez zwiększenie proporcji paliwa w kompozycji, co prowadzi do wzrostu szybkości spalania i odpowiednio do zwiększenia szybkości uwalniania tlenu.

Znany generator zawiera sprasowane bloki stałego źródła tlenu z przejściowymi elementami zapłonowymi, urządzeniem inicjującym, izolacją termiczną i układem filtrów w metalowej obudowie z rurą wylotową tlenu. Wtyczka tlenowa tego generatora składa się z chloranu sodu, tlenku i nadtlenku sodu i składa się z oddzielnych cylindrycznych bloków, które stykają się ze sobą na końcach. Przejściowe elementy zapłonowe są wciśnięte na końcu każdego bloku i składają się z aluminium i tlenku żelaza. Niektóre bloki mają zakrzywiony kształt, co umożliwia układanie ich wzdłuż linii w kształcie litery U, w kształcie litery U, po spirali itp.

Ze względu na dużą szybkość wytwarzania tlenu wzrasta całkowity ciężar świecy tlenowej niezbędny do zapewnienia długotrwałej pracy generatora. Przykładowo, aby prototypowy generator działał przez 1 godzinę, potrzebna jest świeca o wadze około 1,2 kg. Wysoka moc generacji pociąga także za sobą konieczność poprawy izolacji termicznej, co wiąże się także z dodatkowym zwiększeniem masy generatora.

Bloki zakrzywione (kątowe) są trudne w produkcji i mają niską wytrzymałość mechaniczną: łatwo pękają na zakręcie, co prowadzi do zaprzestania spalania w momencie pęknięcia, tj. zmniejszyć niezawodność długotrwałej ciągłej pracy generatora.

Celem wynalazku jest zmniejszenie szybkości wytwarzania tlenu i zwiększenie niezawodności podczas długotrwałej pracy generatora.

Osiąga się to poprzez to, że pirochemiczny generator tlenu zawierający sprasowane bloki stałego źródła tlenu z przejściowymi elementami zapłonowymi, urządzeniem inicjującym, izolacją termiczną i układem filtrów, umieszczony w metalowej obudowie wyposażonej w rurę wylotową tlenu, posiada bloki stałego źródła tlenu w postaci równoległościanów, natomiast jako stałe źródło tlenu stosuje się kompozycję chloranu sodu, nadtlenku wapnia i magnezu; przejściowe elementy zapłonowe przygotowywane są z mieszaniny nadtlenku wapnia z magnezem i prasowane w formie tabletki albo na końcu, albo na bocznej powierzchni bloku, a same bloki układane są warstwa po warstwie i zygzakiem w każdym warstwa.

Rysunek 1 przedstawia generator pirochemiczny, widok ogólny. Generator posiada metalową obudowę 1, na końcu której znajduje się urządzenie inicjujące 2. Na górnej krawędzi obudowy znajduje się rurka 3 do wylotu tlenu. Bloki 4 stałego źródła tlenu ułożone są warstwowo i odizolowane od siebie oraz od ścianek obudowy uszczelkami 5 wykonanymi z porowatej ceramiki. Na całej powierzchni górnej warstwy bloków i górnej krawędzi korpusu rozmieszczone są metalowe siatki 6, pomiędzy którymi znajduje się wielowarstwowy filtr 7.

Na ryc. Rysunek 2 przedstawia schemat ułożenia jednej warstwy bloków stałego źródła tlenu w generatorze. Zastosowano dwa rodzaje bloków - długi 4 z wciśniętym granulatem zapłonu przejściowego 9 na końcu bloku oraz krótki 8 z pastylką zapłonu przejściowego w ściance bocznej.

Generator zostaje uruchomiony po włączeniu urządzenia inicjującego 2, z którego zapala się kompozycja zapłonowa 10 i zapala się pierwszy blok świecy. Front spalania przemieszcza się w sposób ciągły wzdłuż korpusu świecy, przechodząc od bloku do bloku w punktach styku poprzez przejściowe tabletki zapłonowe 9. W wyniku spalania świecy uwalniany jest tlen. Powstały przepływ tlenu przechodzi przez pory ceramiki 5, gdzie jest częściowo chłodzony i wchodzi do układu filtrującego. Przechodząc przez metalowe siatki i filtry, zostaje dodatkowo ochłodzona i oczyszczona z niepożądanych zanieczyszczeń i dymu. Czysty tlen odpowiedni do oddychania wypływa rurą 3.

Szybkość wytwarzania tlenu w zależności od potrzeb można zmieniać w zakresie od 0,7 do 3 l/min, zmieniając skład stałego źródła tlenu w stosunku wagowym NaClO 4 CaO 2 Mg 1 (0,20-0,24) ( 0,04-0,07) i skład pierwiastków zapłonowych CaO 2 Mg w stosunku wagowym 1 (0,1-0,2). Spalanie jednej warstwy bloków stałego źródła tlenu trwa 1 h. Jeżeli konieczna jest dłuższa praca, spalanie przenosi się za pomocą krótkiego bloku 11 na kolejną warstwę umieszczoną równolegle do pierwszej, itd. Łączna waga elementów świecy na godzinę palenia wynosi 300 g; całkowite wydzielanie ciepła wynosi około 50 kcal/h.

W proponowanym generatorze świeca tlenowa w formie elementów równoległościennych upraszcza ich łączenie ze sobą i pozwala na uzyskanie gęstego i zwartego opakowania. Sztywne mocowanie i eliminacja ruchomości bloków równoległościennych zapewnia ich bezpieczeństwo podczas transportu i użytkowania jako część aparatu oddechowego, a tym samym zwiększa niezawodność długotrwałej pracy generatora.

1. PIROCHEMICZNY GENERATOR TLENU zawierający sprasowane bloki stałego źródła tlenu z przejściowymi elementami zapłonowymi, urządzeniem inicjującym, izolacją termiczną i układem filtrów, umieszczony w metalowej obudowie wyposażonej w rurę wylotową tlenu, znamienny tym, że bloki stałego źródła tlenu źródło tlenu wykonane jest w formie równoległościanu, w którym w tym przypadku kompozycja chloranu sodu, nadtlenku wapnia i magnezu oraz przejściowe pierwiastki zapłonowe - mieszanina nadtlenku wapnia z magnezem - są wykorzystywane jako stałe źródło tlenu i znajdują się na końcu lub na bocznej ścianie bloku.

2. Generator tlenu według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że bloki stałego źródła tlenu są układane warstwa po warstwie i zygzakiem w każdej warstwie.

TLEN(łac. Oxygenium, z greckiego oxys sour i gennao – rodzę) Och, chemia. element VI gr. okresowy systemy, godz. N. 8, o godz. m. 15,9994. Natura K. składa się z trzech stabilnych izotopów: 16 O (99,759%), 17 O (0,037%) i 18 O (0,204%) Konfiguracja zewnętrznej powłoki elektronowej atomu 2s 2 2p; energie jonizacji O° : O + : O 2+ są odpowiednio równe. 13,61819, 35,118 eV; Elektroujemność Paulinga 3,5 (najbardziej elektroujemny pierwiastek po F); powinowactwo elektronowe 1,467 eV; promień kowalencyjny 0,066 nm. Cząsteczka K jest dwuatomowa. Istnieje również alotropowa modyfikacja K. ozon O 3. Odległość międzyatomowa w cząsteczce O 2 wynosi 0,12074 nm; energia jonizacji O 2 12,075 eV; powinowactwo elektronowe 0,44 eV; energia dysocjacji 493,57 kJ/mol, stała dysocjacji K r=pO2/pO2 wynosi 1,662. 10 -1 przy 1500 K, 1,264. 10 -2 przy 3000 K, 48,37 przy 5000 K; promień jonowy O 2 (liczby koordynacyjne podano w nawiasach) 0,121 nm (2), 0,124 nm (4), 0,126 nm (6) i 0,128 nm (8). W stanie podstawowym (triplecie) znajdują się dwa elektrony walencyjne cząsteczki O 2 zlokalizowane na orbitali antywiążących P X i p y, nie są sparowane, dzięki czemu K. jest paramagnetyczny (jedność, gaz paramagnetyczny, składający się z homojądrowych cząsteczek dwuatomowych); mag molowy wrażliwość na gaz 3,4400. 10 (293 K), zmienia się odwrotnie z abs. t-re (prawo Curie). Istnieją dwa długo żyjące stany wzbudzone O 2 - singlet 1 D g (energia wzbudzenia 94,1 kJ/mol, czas życia 45 min) i singlet (energia wzbudzenia 156,8 kJ/mol). K.-naib. powszechny pierwiastek na Ziemi. Atmosfera zawiera 23,10% masowych (20,95% objętościowych) substancji wolnych. K., odpowiednio w hydrosferze i litosferze. 85,82 i 47% wagowo związanego potasu. Znanych jest ponad 1400 minerałów, do których zalicza się potas. Utrata potasu w atmosferze w wyniku utleniania, w tym spalania, rozkładu i oddychania, jest kompensowana przez uwalnianie potasu przez rośliny podczas fotosyntezy. K. jest częścią wszystkich substancji, z których zbudowane są organizmy żywe; organizm ludzki zawiera ok. 65%. Nieruchomości. K.-bezbarwny gaz bezwonny i pozbawiony smaku. T.kip. 90,188 K, temperatura punktu potrójnego 54,361 K; gęsty przy 273 K i normalnym ciśnieniu 1,42897 g/l, gęstość. (w kg/m3) w 300 K: 6,43 (0,5 MPa), 12,91 (1 MPa), 52,51 (4 MPa); t krytyczny 154,581 K, R Kreta 5,043 MPa, dkryt 436,2 kg/m 3 ; C 0 p 29,4 J/(mol. DO); D H0isp 6,8 kJ/mol (90,1 K); S O 299 205,0 JDmol. . K) w 273 K; h 205,2 3 10 -7 Pa. s (298 K). Ciecz K. ma kolor niebieski; gęsty 1,14 g/cm3 (90,188 K); CO p 54,40 J/(mol. DO); przewodność cieplna 0,147 Wdm. K) (90 K, 0,1 MPa); H 1890. 10 -2 Pa. Z; g 13.2. 10 -5 N/m (90 K), poziom zależności od temperatury g = -38,46. 10 -3 (1 - T/154.576) 11/9 N/m; nD 1,2149 ( l =546,1 nm; 100 K); nie przewodzący; mag molowy wrażliwość 7,699. 10 -3 (90,1 K). Solid K. istnieje w kilku. krystaliczny modyfikacje. Poniżej 23,89 K forma A ze środkiem jest stabilna. rum-plaża, siatka (przy 21 K i 0,1 MPa A= 0,55 nm, b = 0,382 nm, s=0,344 nm, gęstość. 1,46 g/cm3), w temperaturze 23,89-43,8 K- B - forma z heksagenem, krystaliczna. krata (przy 28 K i 0,1 MPa A= 0,3307 nm, s = 1,1254 nm), powyżej 43,8 K występuje G -sześcienny kształt krata ( A= 0,683 nm); D H° przejść polimorficznych g: b 744 J/mol (43,818 K), b:a 93,8 J/mol (23,878 K); potrójny punkt b-g- gazowy K.: temperatura 283 K, ciśnienie 5,0 GPa; D H O t.t. 443 J/mol; Poziom zależności gęstości od temperatury d= 1,5154-0,004220T g/cm 3 (44 54 K), a-, b- i g- O 2 jasnoniebieskie kryształy. Modyfikacja p jest antyferromagnetyczna, a i g paramagnetyczny, ich magnes. podatność wzgl. 1760. 10 -3 (23,7 K) i 1,0200. 10 -5 (54,3 K). W temperaturze 298 K i wzroście ciśnienia do 5,9 GPa, K krystalizuje, tworząc heksagen o różowym zabarwieniu. B -formularz ( a = 0,2849 nm, c = 1,0232 nm), a gdy ciśnienie wzrośnie do 9 GPa, pojawi się pomarańczowy romb. mi -forma (przy 9,6 GPa A=0,42151 nm, b= 0,29567 nm, Z= 0,66897 nm, gęstość 2,548 g/cm3). Stawka R K. w atm. ciśnienie i 293 K (w cm 3 / cm 3): w wodzie 0,031, etanolu 0,2201, metanolu 0,2557, acetonie 0,2313; Wartość pH w wodzie o temperaturze 373 K 0,017 cm 3 /cm 3; Wartość pH w 274 K (w % objętościowych): w 48,5, perfluorodekalinie 45,0, perfluoro-l-metylodekalinie 42,3. Dobrymi stałymi absorberami K są czerń platynowa i węgiel aktywny. Stopione metale szlachetne. stan absorbuje środki. liczba K., np. w temperaturze 960 °C jedna objętość srebra pochłania ~22 objętości K., co w temp po ochłodzeniu jest prawie całkowicie uwolniony. Wiele osób ma zdolność wchłaniania K. powstają metale i tlenki stałe oraz niestechiometryczne. znajomości. K. ma wysoką chemię aktywność, tworząc związek. ze wszystkimi elementami z wyjątkiem He, Ne i Ar. Atom K. w chemii. połączenie zwykle zyskuje elektrony i jest ujemny. efektywne ładowanie. Związki, w których elektrony są odciągane od atomu K, są niezwykle rzadkie (na przykład OF 2). W przypadku substancji prostych, z wyjątkiem Au, Pt, Xe i Kr, K reaguje bezpośrednio w normalnych warunkach lub po podgrzaniu, a także w obecności. katalizatory. Reakcje z halogenami zachodzą pod wpływem prądu elektrycznego. wyładowania lub promieniowanie UV. W obszarach, w których występują wszystkie proste substancje z wyjątkiem F2, K jest środkiem utleniającym. Mol. K. tworzy trzy różne. formy jonowe, z których każda daje klasę związków: O - 2 - ponadtlenki, O 2 2- - nadtlenki (patrz Nieorganiczne związki nadtlenkowe, Organiczne związki nadtlenkowe), O + 2 - związki dioksygenylowe. Ozon tworzy ozonki, w których formą jonową jest K-O - 3. Cząsteczka O2 przyłącza się jako słaby ligand do pewnych kompleksów Fe, Co, Mn, Cu. Wśród tych połączeń. Hemoglobina jest ważna, ponieważ transportuje krew w organizmie zwierząt stałocieplnych. Nazywa się R-jonami z K., któremu towarzyszy intensywne uwalnianie energii. palenie. Interakcje odgrywają dużą rolę. K. z obecnością metali. wilgotność atm. korozja metali, I oddech organizmy żywe i rozkład. W wyniku gnicia złożonego org. Substancje martwych zwierząt i roślin przekształcają się w prostsze, a ostatecznie w CO 2 i wodę. K reaguje z wodorem, tworząc wodę i uwalniając dużą ilość ciepła (286 kJ na mol H2). W temperaturze pokojowej przepływ jest bardzo powolny w obecności. katalizatory - stosunkowo szybko już w temperaturze 80-100°C (roztwór ten służy do oczyszczania H 2 i gazów obojętnych z zanieczyszczeń O 2). Powyżej 550°C reakcji H2 z O2 towarzyszy eksplozja. Z elementów I gr. maks. łatwo reagują z K. Rb i Cs, które zapalają się samorzutnie w powietrzu, K, Na i Li reagują z K. wolniej, w obecności reakcja przyspiesza. para wodna. Podczas spalania metali alkalicznych (z wyjątkiem Li) w atmosferze K powstają nadtlenki M 2 O 2 i ponadtlenki MO 2. K stosunkowo łatwo reaguje z pierwiastkami podgrupy IIa, np. Ba może zapalić się w powietrzu w temperaturze 20-25°C, Mg i Be zapalają się powyżej 500°C; Produktami roztworu w tych przypadkach są tlenki i nadtlenki. Z elementami podgrupy IIb K. interakcji. z wielkim trudem rozwiązanie K. z Zn, Cd i Hg następuje dopiero w wyższych temperaturach (znane są skały, w których Hg występuje w postaci pierwiastkowej). Na powierzchniach Zn i Cd tworzą się mocne warstwy ich tlenków, zabezpieczające metale przed dalszym utlenianiem. Elementy III gr. reagują z K. tylko po podgrzaniu, tworząc tlenki. Metale kompaktowe Ti, Zr i Hf są odporne na działanie węgla, reagują z węglem tworząc CO 2 i wydzielając ciepło (394 kJ/mol); z węglem amorficznym reakcja zachodzi przy lekkim ogrzewaniu, z diamentem i grafitem - powyżej 700°C. K. reaguje z azotem dopiero powyżej 1200°C tworząc NO, który jest następnie łatwo utleniany przez K. do NO2 już w temperaturze pokojowej. Fosfor biały jest podatny na samozapłon w powietrzu w temperaturze pokojowej. Elementy VI gr. S, Se i Te reagują z potasem z zauważalną szybkością przy umiarkowanym ogrzewaniu. Zauważalne utlenianie W i Mo obserwuje się powyżej 400°C, Cr - w znacznie wyższej temperaturze. K. silnie utlenia org. znajomości. Spalanie paliw ciekłych i gazów palnych następuje w wyniku reakcji węgla z węglowodorami.
Paragon. W branży K. get separacja powietrza, Ch. przyr. metodą rektyfikacji niskotemperaturowej. Jest on także wytwarzany razem z H 2 podczas produkcji przemysłowej. elektroliza wody. Wytwarzają gazowy technol. K. (92-98% O2), tech. (pierwsza klasa 99,7% O 2 , druga klasa 99,5% i trzecia klasa 99,2%) oraz ciecz (nie mniej niż 99,7% O 2). K. jest również produkowany do celów leczniczych („medical tlen„zawierający 99,5% O 2). Do oddychania w przestrzeniach zamkniętych (łodzie podwodne, statki kosmiczne itp.) należy stosować stałe źródła K., których działanie opiera się na samorozprzestrzeniającym się działaniu egzotermicznym. r-połączenie nośnika K. (chloran lub nadchloran) z paliwem. Na przykład mieszaninę NaClO 3 (80%), proszku Fe (10%), BaO 2 (4%) i włókna szklanego (6%) prasuje się w cylindry; po zapłonie w ten sposób tlenświeca pali się z prędkością 0,15-0,2 mm/s wydzielając czysty, oddychający węgiel w ilości 240 l/kg (patrz. Pirotechniczne źródła gazów). W laboratorium K. otrzymuje się przez rozkład podczas ogrzewania. tlenki (np. HgO) lub zawierający tlen sole (na przykład KClO 3, KMnO 4), a także elektroliza wodnego roztworu NaOH. Najczęściej jednak korzystają z rozwiązań przemysłowych. K., dostarczany w butlach ciśnieniowych.
Definicja. Stężenie K. w gazach oznacza się np. za pomocą ręcznych analizatorów gazów. wolumetryczny metoda zmiany znanej objętości analizowanej próbki po pochłonięciu z niej O 2 w roztworach - miedź-amoniak, pirogalol, NaHSO 3 itp. Do ciągłego oznaczania K w gazach, automatyczny termomagnetyczne analizatory gazów wykorzystujące technologię wysokomagnetyczną wrażliwość K. Do oznaczania małych stężeń K. w gazach obojętnych lub wodorze (poniżej 1%) stosuje się automat. termochemiczne, elektrochemiczne, galwaniczne i inne analizatory gazów. W tym samym celu stosuje się kolorymetrię. metoda (przy użyciu urządzenia Mugdana) polegająca na utlenianiu substancji bezbarwnej. kompleks amoniaku Cu(I) w jaskrawo zabarwiony związek. Cu(II). K. rozpuszczony w wodzie oznacza się także np. kolorymetrycznie. poprzez utworzenie czerwonego zabarwienia podczas utleniania zredukowanego indygokarminy. W org. połączenie K oznacza się w postaci CO lub CO 2 po wysokotemperaturowej pirolizie analizowanej substancji w przepływie gazu obojętnego. Do określenia stężenia potasu w stali i stopach stosuje się chemikalia elektrochemiczne. czujniki z elektrolitem stałym (stabilizowany ZrO2). Zobacz też Analiza gazów, Analizatory gazów.
Aplikacja. K. stosowany jest jako utleniacz: w hutnictwie – przy wytopie żeliwa i stali (w wielkim piecu, konwerter tlenu i martenowskie), w procesach wytapiania szybowego, rzutowego i konwertorowego metali nieżelaznych; w produkcji walcowniczej; podczas usuwania płomieni z metali; w produkcji odlewniczej; do spawania termitowego i cięcia metali; w chemii i petrochemiczny przemysł do produkcji HNO 3, H 2 SO 4, metanolu, acetylenu; formaldehyd, tlenki, nadtlenki itp. K. jest używany do celów leczniczych w medycynie, a także w oddychanie tlenem. aparatura (w statkach kosmicznych, na łodziach podwodnych, podczas lotów na dużych wysokościach, podczas akcji podwodnych i ratowniczych). Ciekły utleniacz węgla do paliw rakietowych; Stosowany jest także w operacjach śrutowania jako chłodziwo w laboratorium. ćwiczyć. produkcja K. w USA wynosi 10,75 miliarda m 3 (1985); w metalurgii zużywa się 55% wyprodukowanego węgla, w przemyśle chemicznym. wybacz - 20%. K. jest nietoksyczny i niepalny, ale podtrzymuje spalanie. Po zmieszaniu z ciekłym węglem wszystkie węglowodory są wybuchowe, m.in. oleje, CS 2. maks. Niebezpieczne są słabo rozpuszczalne palne zanieczyszczenia, które w ciekłym węglu przekształcają się w stan stały (na przykład acetylen, propylen, CS 2). Maksymalna dopuszczalna zawartość w cieczy K: acetylen 0,04 cm 3 /l, CS 2 0,04 cm 3 /l, olej 0,4 mg/l. K. gazowy magazynowany i transportowany jest w butlach stalowych o małej (0,4-12 l) i średniej (20-50 l) pojemności pod ciśnieniem 15 i 20 MPa oraz w butlach o dużej pojemności (80-1000 l przy 32 i 40 MPa), płynny K. w naczyniach Dewara lub w specjalnych. czołgi. Do transportu cieczy ciekłych i gazowych stosuje się również specjalny sprzęt. rurociągi. Tlen cylindry są pomalowane na niebiesko i mają napis czarnymi literami „ tlen" . Po raz pierwszy K. w czystej postaci uzyskał K. Scheele w 1771 r. Niezależnie od niego K. uzyskał J. Priestley w 1774 r. W 1775 r. A. Lavoisier ustalił, że K. jest składnikiem powietrza i jest zawarte w liczbie mnogiej. Wow. Oświetlony.. Glizmayenko D.L., Pokwitowanie tlen, wyd. 5, M., 1972; Razumowski S. D., Pierwiastek tlenu formy i właściwości, M., 1979; Właściwości termodynamiczne tlen, M., 1981. Tak, D. Zelvensky.

Zastosowanie: do pozyskiwania tlenu w systemach podtrzymywania życia w sytuacjach awaryjnych. Istota wynalazku: kompozycja pirotechniczna zawiera 87 - 94% wag. NaClO 3 i 6 - 13% wag. Cu 2 S. O 2 wydajność 231 - 274 l/kg, temperatura w strefie spalania 520 - 580 o C. 1 stół.

Wynalazek dotyczy dziedziny otrzymywania gazowego tlenu ze stałych kompozycji, które wytwarzają tlen w wyniku samopodtrzymującej się reakcji termokatalitycznej zachodzącej pomiędzy składnikami kompozycji w wąskim obszarze spalania. Takie kompozycje nazywane są świecami tlenowymi. Wytworzony tlen może zostać wykorzystany w systemach podtrzymywania życia oraz w sytuacjach awaryjnych służb dyspozytorskich. Znane pirotechniczne źródła tlenu, tzw. świece tlenowe lub chloranowe, zawierają trzy główne składniki: nośnik tlenu, paliwo i katalizator.W świecach chlorowych nośnikiem tlenu jest chloran sodu, którego zawartość mieści się w przedziale 80-93 % Paliwem jest proszek metaliczny żelaza z dwutlenkiem węgla. Funkcję katalizatora pełnią tlenki i nadtlenki metali, na przykład MgFeO 4 . Wydajność tlenu mieści się w zakresie 200-260 l/kg. Temperatura w strefie spalania świec chloranowych zawierających metal jako paliwo przekracza 800 o C. Najbliższa wynalazkowi jest kompozycja zawierająca chloran sodu jako nośnik tlenu, paliwo 92%, stop magnezu z krzemem w stosunku 1:1 (3% wag.), a jako katalizator stosuje się mieszaninę tlenków miedzi i niklu w stosunku 1:4. Wydajność tlenu z tej kompozycji wynosi 265,5 l/kg. Temperatura w strefie spalania wynosi 850-900 o C. Wadą znanego składu jest wysoka temperatura w strefie spalania, co pociąga za sobą konieczność skomplikowania konstrukcji generatora, wprowadzenia specjalnego wymiennika ciepła do chłodzenia tlenu , możliwość zapalenia się obudowy generatora od iskier uderzających w nią płonących cząstek metalu, pojawienie się nadmiernej ilości fazy ciekłej (stopu) w pobliżu strefy spalania, co prowadzi do deformacji bloku i wzrostu ilości pyłu . Celem wynalazku jest obniżenie temperatury w strefie spalania kompozycji przy jednoczesnym utrzymaniu wysokiego uzysku tlenu. Osiąga się to dzięki temu, że kompozycja zawiera chloran sodu jako nośnik tlenu i siarczyn miedzi (Cu 2 S) jako paliwo i katalizator. Składniki kompozycji przyjmuje się w następującym stosunku wagowym. chloran sodu 87-94; siarczek miedzi 6-13. Możliwość wykorzystania siarczku miedzi jako paliwa i katalizatora opiera się na specjalnym mechanizmie działania katalitycznego. Podczas reakcji oba składniki siarczku miedzi ulegają egzotermicznemu utlenieniu:

Cu 2 S + 2,5O 2 CuSO 4 + CuO + 202,8 kcal. Reakcja ta dostarcza energii potrzebnej do zajścia procesu samonamnażania. Entalpia właściwa spalania Cu 2 S (1,27 kcal/g) niewiele różni się od entalpii właściwej spalania żelaza (1,76 kcal/g). Większość energii pochodzi z utleniania siarki siarczkowej do siarczanu, a tylko niewielka część z utleniania miedzi. Siarczek miedzi jest bardziej reaktywny niż proszek metaliczny żelaza i magnezu, dlatego główna reakcja egzotermiczna może zachodzić dość szybko już w stosunkowo niskiej temperaturze 500 o C. Niską temperaturę w strefie spalania zapewnia również fakt, że zarówno siarczek miedzi, jak i jego produkt utleniania, tlenek miedzi, są skutecznymi katalizatorami rozkładu chloranu sodu. Według danych DTA czysty chloran sodu po podgrzaniu z szybkością 10 o C/min rozkłada się na NaCl i O 2 w temperaturze 480-590 o C w obecności 6% wag. Cu2S w temperaturze 260-360 o C i w obecności 12% wag. CuO w temperaturze 390-520 o C. Proszek Cu 2 S charakteryzuje się większym rozproszeniem i niską temperaturą w strefie spalania 520-580 o C. Powstały tlen nie zawiera szkodliwych zanieczyszczeń takich jak Cl 2, związki węgla i minimum ilość SO 2 nie większa niż 0,55 kg/m3.

PRAWO

TLEN ZNAJDUJE SIĘ W POWIETRZE. NATURA ATMOSFERY. JEGO WŁAŚCIWOŚCI. INNE PRODUKTY DO SPALANIA ŚWIEC. KWAS WĘGLOWY, JEGO WŁAŚCIWOŚCI

Widzieliśmy już, że wodór i tlen można uzyskać z wody uzyskanej poprzez spalenie świecy. Wiesz, że wodór pochodzi ze świecy, a tlen, jak sądzisz, pochodzi z powietrza. Ale w tym przypadku masz prawo zapytać mnie: „Dlaczego powietrze i tlen nie spalają świecy równie dobrze?” Jeśli pamiętacie na nowo, co się stało, gdy zasypałem popiół butelką z tlenem, to zapewne pamiętacie, że tutaj spalanie przebiegało zupełnie inaczej niż w powietrzu. Więc o co chodzi? To bardzo ważne pytanie i dołożę wszelkich starań, aby pomóc Ci je zrozumieć; wiąże się to bezpośrednio z kwestią natury atmosfery i dlatego jest dla nas niezwykle ważne.

Mamy kilka sposobów rozpoznawania tlenu, oprócz zwykłego spalania w nim pewnych substancji. Widziałeś, jak świeca pali się w tlenie i w powietrzu; widziałeś, jak fosfor pali się w powietrzu i tlenie; widziałeś, jak żelazo spala się w tlenie. Ale oprócz tych metod rozpoznawania tlenu istnieją inne i przeanalizuję niektóre z nich, aby poszerzyć twoje doświadczenie i wiedzę. Tutaj na przykład jest naczynie z tlenem. Udowodnię ci obecność tego gazu. Wezmę tlącą się drzazgę i wsadzę ją do tlenu. Z ostatniej rozmowy już wiesz, co się stanie: tląca się drzazga wrzucona do słoika pokaże Ci, czy jest w niej tlen, czy nie. Jeść! Udowodniliśmy to spalając.

Oto inny sposób rozpoznawania tlenu, bardzo interesujący i przydatny. Tutaj mam dwa słoiki, każdy napełniony gazem. Są oddzielone płytą, aby gazy te nie mieszały się. Zdejmuję talerz i zaczyna się mieszanie gazów: każdy gaz zdaje się wkradać do słoika, w którym znajduje się drugi. „Więc co się tutaj dzieje?” – pytasz. „Łącznie nie powodują takiego spalania, jakie zaobserwowaliśmy przy świecy”. Ale spójrz, jak obecność tlenu można rozpoznać po jego połączeniu z tą drugą substancją.

Jak się okazało, był to wspaniale kolorowy gaz. Sygnalizuje mi obecność tlenu. Ten sam eksperyment można przeprowadzić mieszając ten gaz testowy ze zwykłym powietrzem. Oto słój z powietrzem – takim, w którym paliłaby się świeca – a oto słój z tym gazem testowym. Pozwalam je wymieszać z wodą i oto rezultat: zawartość słoika testowego przepływa do słoika z powietrzem i widać, że zachodzi dokładnie taka sama reakcja. Świadczy to o tym, że w powietrzu znajduje się tlen, czyli ta sama substancja, którą wydobyliśmy już z wody uzyskanej poprzez zapalenie świecy.

Ale dlaczego świeca nie pali się tak dobrze w powietrzu, jak w tlenie? Dojdziemy do tego teraz. Tutaj mam dwa słoiki; są napełnione gazem do tego samego poziomu i wyglądają tak samo. Prawdę mówiąc, nawet nie wiem, która z tych puszek zawiera tlen, a która powietrze, chociaż wiem, że były one wcześniej napełniane tymi gazami. Ale mamy gaz testowy i teraz dowiem się, czy istnieje jakakolwiek różnica między zawartością obu słoików pod względem zdolności do spowodowania zabarwienia tego gazu na czerwono. Wpuściłem gaz testowy do jednej z puszek. Obserwuj, co się dzieje. Jak widać jest zaczerwienienie, co oznacza, że ​​jest tu tlen. Wypróbujmy teraz drugi słoik. Jak widać zaczerwienienie nie jest tak wyraźne jak w pierwszym słoiczku.

Wtedy dzieje się dziwna rzecz: jeśli mieszaninę dwóch gazów w drugim słoiku dokładnie wstrząśniemy wodą, czerwony gaz zostanie wchłonięty; jeśli wpuścisz kolejną porcję gazu testowego i ponownie potrząśniesz słojem, absorpcja czerwonego gazu powtórzy się; i można to kontynuować tak długo, jak długo pozostaje tlen, bez którego to zjawisko nie jest możliwe. Jeśli wpuszczę powietrze, to się nie zmieni; ale gdy tylko dodam wodę, czerwony gaz znika; i mogę w ten sposób dalej wpuszczać coraz więcej gazu testowego, aż w słoiku zostanie coś, co nie będzie już zabarwione przez dodatek substancji barwiącej powietrze i tlen. O co chodzi? Rozumiesz, że w powietrzu oprócz tlenu jest coś jeszcze i to pozostaje w reszcie. Teraz wpuszczę do słoika trochę więcej powietrza i jeśli zmieni kolor na czerwony, będzie wiadomo, że zostało tam jeszcze trochę gazu barwiącego i że zatem to nie jego brak tłumaczy fakt, że nie wszystkie powietrze się zużyło.

Pomoże ci to zrozumieć, co chcę powiedzieć. Widziałeś, że kiedy spaliłem fosfor w słoiku i powstały dym z fosforu i tlenu opadł, spora ilość gazu pozostała niewykorzystana, tak jak nasz gaz testowy pozostawił coś nietkniętego. I rzeczywiście, po reakcji pozostał ten gaz, który nie zmienia się ani z fosforu, ani z gazu barwiącego. Gaz ten nie jest tlenem, niemniej jednak stanowi integralną część atmosfery.

To jeden ze sposobów podziału powietrza na dwie substancje, z których się składa, czyli na tlen, który spala nasze świece, fosfor i wszystko inne, oraz na tę drugą substancję - azot, w którym się nie spalają. Tego drugiego składnika w powietrzu jest znacznie więcej niż tlenu.

Gaz ten okazuje się bardzo interesującą substancją, jeśli się go przestudiuje, ale można powiedzieć, że w ogóle nie jest interesujący. Pod pewnymi względami jest to prawdą: nie wykazuje żadnych genialnych efektów spalania. Jeśli przetestujesz go z zapaloną drzazgą, tak jak testowałem tlen i wodór, to ani nie będzie palić się jak sam wodór, ani nie spowoduje zapalenia się drzazgi, jak tlen. Jakkolwiek to przetestuję, nie mogę z niego osiągnąć ani jednego, ani drugiego: nie zapala się, nie pozwala zapalić drzazgi - gasi spalanie jakiejkolwiek substancji. W normalnych warunkach nic nie może się w nim palić. Nie ma zapachu ani smaku; nie jest ani kwasem, ani zasadą; w stosunku do wszystkich naszych zewnętrznych uczuć wykazuje całkowitą obojętność. I można powiedzieć: „To nic, nie zasługuje na uwagę chemii; dlaczego istnieje w powietrzu?”

I tu przydaje się umiejętność wyciągania wniosków z doświadczenia. Załóżmy, że zamiast azotu lub mieszaniny azotu i tlenu nasza atmosfera składałaby się z czystego tlenu, co by się z nami stało? Dobrze wiesz, że kawałek żelaza zapalony w butli z tlenem spala się na popiół. Kiedy widzisz płonący kominek, wyobraź sobie, co by się stało z jego rusztem, gdyby cała atmosfera składała się wyłącznie z tlenu: żeliwny ruszt paliłby się znacznie cieplej niż węgiel, którego używamy do ogrzewania kominka. Pożar w piecu lokomotywy parowej byłby taki sam, jak pożar w magazynie paliwa, gdyby atmosfera składała się z tlenu.

Azot rozrzedza tlen, łagodzi jego działanie i czyni go dla nas użytecznym. Ponadto azot niesie ze sobą wszystkie opary i gazy, które, jak widzieliście, powstają podczas spalania świecy, rozprasza je w atmosferze i przenosi tam, gdzie są potrzebne do podtrzymania życia roślin, a tym samym ludzi. Zatem azot spełnia bardzo ważną rolę, nawet jeśli spojrzysz na niego i powiesz: „No cóż, to całkiem bezużyteczna rzecz”.

W swoim normalnym stanie azot jest pierwiastkiem nieaktywnym: żadne oddziaływanie, z wyjątkiem bardzo silnego wyładowania elektrycznego, i to nawet w bardzo słabym stopniu, może spowodować bezpośrednie połączenie azotu z innym elementem atmosfery lub z innymi otaczającymi substancjami. Substancja ta jest całkowicie obojętna, czyli innymi słowy obojętna, a zatem bezpieczna.

Zanim jednak doprowadzę Was do tego wniosku, muszę najpierw opowiedzieć Wam coś o samej atmosferze. Oto tabela przedstawiająca procentowy skład powietrza atmosferycznego:

objętościowo, masowo

Tlen. . . . 20 22.3

Azot. . . . . 80 77,7

__________________________

Prawidłowo odzwierciedla względne ilości tlenu i azotu w atmosferze. Z tego widzimy, że w pięciu litrach powietrza jest tylko jedna pinta tlenu na cztery litry azotu; innymi słowy, azot stanowi 4/5 objętości powietrza atmosferycznego. Cała ta ilość azotu jest wykorzystywana do rozcieńczania tlenu i złagodzenia jego działania; dzięki temu świeca jest odpowiednio zaopatrzona w paliwo, a nasze płuca mogą oddychać powietrzem bez szkody dla zdrowia. Przecież nie mniej ważne jest dla nas otrzymywanie tlenu do oddychania w odpowiedniej formie, niż posiadanie odpowiedniego składu atmosfery do spalania węgla w kominku czy świecy.

Teraz podam wam masy tych gazów. Kufel azotu ma masę 10 4/10 ziaren, a stopa sześcienna ma masę 1 1/6 uncji. To jest masa azotu. Tlen jest cięższy: kufel waży 11 9/10 ziaren, a stopa sześcienna waży 1 1/5 uncji.

Zadaliście mi już pytanie: „Jak wyznacza się masę gazów?” i bardzo się cieszę, że to pytanie Państwa zainteresowało. Teraz pokażę Ci, że ta sprawa jest bardzo prosta i łatwa. Oto waga, a tu miedziana butelka, starannie toczona na tokarce i przy całej swojej mocy mająca najmniejszą możliwą masę. Jest całkowicie szczelna i wyposażona w kran. Teraz kran jest otwarty, dlatego butelka jest wypełniona powietrzem. Wagi te są bardzo precyzyjne, a butelka w obecnym stanie jest na nich balansowana odważnikami umieszczonymi na innym kubku. A oto pompka, za pomocą której możemy wpompować powietrze do tej butelki.

Ryż. 25.

Teraz wpompujemy do niego znaną ilość powietrza, którego objętość będzie mierzona wydajnością pompy. (Pompowano dwadzieścia takich objętości.) Teraz zakręcamy kran i odstawiamy butelkę z powrotem na wagę. Zobacz, jak spadła waga: butelka stała się znacznie cięższa niż wcześniej. Pojemność butelki nie uległa zmianie, co oznacza, że ​​powietrze w tej samej objętości stało się cięższe. W wyniku czego? Dzięki powietrzu, które do niego wpompowaliśmy. oprócz dostępnego powietrza.

Teraz wypuścimy powietrze do tego słoika i damy mu możliwość powrotu do poprzedniego stanu. Wystarczy, że szczelnie połączę miedzianą butelkę ze słojem i odkręcę krany – i teraz widzicie, zebraliśmy całą objętość powietrza, którą właśnie wpompowaliśmy do butelki dwudziestoma ruchami pompki. Aby mieć pewność, że podczas tego eksperymentu nie wydarzy się żaden błąd, ponownie postawimy butelkę na wadze. Jeśli teraz zostanie on ponownie zrównoważony pierwotnym obciążeniem, możemy być pewni, że przeprowadziliśmy eksperyment poprawnie. Tak, wyrównała. W ten sposób możemy poznać masę tych dodatkowych porcji powietrza, które do niego wpompowaliśmy. W ten sposób można ustalić, że stopa sześcienna powietrza ma masę 1 1/5 uncji.

Ryż. 26.

Ale to skromne doświadczenie w żaden sposób nie będzie w stanie uświadomić sobie pełnej istoty uzyskanego wyniku. To niesamowite, jak bardzo liczby te rosną, gdy przechodzimy do większych wolumenów. Jest to ilość powietrza (stopa sześcienna) o masie 1 1/5 uncji. Jak myślicie, jaka jest masa powietrza w tej skrzynce u góry (specjalnie ją zamówiłem do tych obliczeń)? Powietrze w nim ma masę całego funta. Obliczyłem masę powietrza w tym pomieszczeniu, ale trudno zgadnąć tę liczbę: to ponad tona. Tak szybko rosną masy i tak ważna jest obecność atmosfery oraz zawartego w niej tlenu i azotu, a także praca, jaką wykonuje, przenosząc przedmioty z miejsca na miejsce i odprowadzając szkodliwe opary.

Po podaniu tych kilku przykładów odnoszących się do ciężaru powietrza, przejdę teraz do pokazania niektórych konsekwencji tego faktu. Zdecydowanie musisz je poznać, w przeciwnym razie wiele pozostanie dla Ciebie niejasne. Czy pamiętasz takie przeżycie? Czy kiedykolwiek go widziałeś? Bierze się za to pompkę, nieco podobną do tej, za pomocą której właśnie wpompowałem powietrze do miedzianej butelki.

Ryż. 27.

Należy go ustawić tak, abym mógł położyć dłoń na jego otworze. W powietrzu moja dłoń porusza się tak łatwo, jakby nie czuła oporu. Nieważne jak się poruszam, prawie nigdy nie udaje mi się osiągnąć takiej prędkości, że czuję duży opór powietrza przy tym ruchu). Ale kiedy położę rękę tutaj (na cylindrze pompki powietrza, z którego następnie wypompowywane jest powietrze), widzicie, co się dzieje. Dlaczego moja dłoń tak mocno przylega do tego miejsca, że ​​cała pompa przesuwa się za nią? Patrzeć! Dlaczego ledwo mogę uwolnić rękę? O co chodzi? To ciężar powietrza, powietrza, które jest nade mną.

Oto kolejne doświadczenie, które moim zdaniem pomoże Ci jeszcze lepiej zrozumieć tę kwestię. Wierzch tego słoika zostanie przykryty byczym pęcherzem i po wypompowaniu z niego powietrza, w nieco zmodyfikowanej formie, będzie można zobaczyć ten sam efekt, co w poprzednim eksperymencie. Teraz wierzch jest zupełnie płaski, ale jeśli wykonam choćby bardzo lekki ruch pompką i zobaczę, jak bańka opada, jak wygina się do wewnątrz. Zobaczysz teraz, jak bańka będzie coraz bardziej wciągana do słoika, aż w końcu zostanie całkowicie wciśnięta i przebita przez napierającą na nią siłę atmosfery. (Bańka pękła z głośnym hukiem.) Stało się to więc całkowicie pod wpływem siły, z jaką powietrze napierało na bańkę, i nie będzie wam trudno zrozumieć, jak tu się sprawy mają.

Ryż. 28.

Spójrz na tę kolumnę pięciu sześcianów: cząsteczki nagromadzone w atmosferze są ułożone jedna nad drugą w ten sam sposób. Jest dla ciebie całkiem jasne, że cztery górne sześciany spoczywają na piątej, dolnej i że jeśli ją wyjmę, wszystkie pozostałe spadną. Podobnie jest w atmosferze: górne warstwy powietrza opierają się na dolnych, a gdy spod nich wypompowuje się powietrze, zachodzą zmiany, które zaobserwowałeś, gdy moja dłoń leżała na cylindrze pompy i w eksperymencie z bańka byka, a teraz zobaczysz jeszcze lepiej.

Związałem ten słoik gumą. membrana. Teraz wypompuję z niego powietrze, a ty obejrzyj gumę oddzielającą powietrze na dole od powietrza na górze. Zobaczysz, jak będzie się zmieniać ciśnienie atmosferyczne podczas wypompowywania powietrza z puszki. Patrzcie, jak guma się cofa – w końcu mogę nawet rękę włożyć do słoika – a to wszystko tylko pod wpływem potężnego, kolosalnego oddziaływania powietrza nad nami. Jak wyraźnie pojawia się tutaj ten interesujący fakt!

Po zakończeniu dzisiejszego wykładu będziecie mogli zmierzyć swoją siłę próbując rozdzielić to urządzenie. Składa się z dwóch pustych w środku miedzianych półkul, ściśle przylegających do siebie i wyposażonych w rurkę z kurkiem do wypompowywania powietrza. Dopóki w środku jest powietrze, półkule można łatwo oddzielić; przekonacie się jednak, że kiedy przepompujemy powietrze przez tę rurkę kranem i pociągniemy je – jedną w jedną stronę, drugą w drugą – żadnemu z Was nie uda się rozdzielić półkul. Każdy cal kwadratowy przekroju poprzecznego tego naczynia, po wypompowaniu powietrza, musi utrzymać około piętnastu funtów. Wtedy dam Ci możliwość sprawdzenia swoich sił – spróbuj pokonać to ciśnienie powietrza.

Oto kolejna ciekawa drobnostka - przyssawka, gra dla chłopców, ale ulepszona tylko do celów naukowych. Przecież wy, młodzi ludzie, macie pełne prawo wykorzystywać zabawki do celów naukowych, zwłaszcza że w czasach nowożytnych zaczęto naśmiewać się z nauki. Oto przyssawka, tylko że nie jest to skóra, ale guma. Rzucam go na powierzchnię stołu i od razu widać, że jest mocno do niego przyklejony. Dlaczego ona się tak trzyma? Można go przenosić, łatwo przesuwa się z miejsca na miejsce, ale niezależnie od tego, jak bardzo będziesz próbował go podnieść, prawdopodobnie raczej pociągnie za sobą stół, niż się od niego oderwie. Zdjąć go ze stołu można dopiero wtedy, gdy przesuniemy go do samego brzegu, aby wpuścić pod niego powietrze. Dopiero ciśnienie powietrza znajdujące się nad nim dociska go do powierzchni stołu. Oto kolejna przyssawka - dociśnij je do siebie, a zobaczysz, jak mocno się sklejają. Możemy je, że tak powiem, wykorzystać zgodnie z ich przeznaczeniem, czyli przykleić je do okien i ścian, gdzie wytrzymają kilka godzin i przydadzą się do zawieszenia na nich niektórych przedmiotów.

Muszę jednak pokazać Wam nie tylko zabawki, ale także eksperymenty, które będziecie mogli powtarzać w domu. Za pomocą tak eleganckiego eksperymentu można wyraźnie udowodnić istnienie ciśnienia atmosferycznego. Oto szklanka wody. A co jeśli poprosiłbym Cię o odwrócenie go do góry nogami bez rozlania wody? I nie dlatego, że podniosłeś rękę, ale wyłącznie z powodu ciśnienia atmosferycznego.

Weź szklankę wypełnioną po brzegi lub do połowy wodą i przykryj ją kartonem; przewróć go i zobacz, co stanie się z kartonem i wodą. Powietrze nie będzie mogło przedostać się przez szkło, ponieważ woda nie będzie go wpuszczać z powodu przyciągania kapilarnego do krawędzi szkła.

Myślę, że to wszystko da ci właściwy pogląd, że powietrze nie jest pustką, ale czymś materialnym. Kiedy dowiesz się ode mnie, że w tamtej skrzyni mieści się funt powietrza, a w tym pomieszczeniu ponad tonę, uwierzysz, że powietrze to nie tylko pustka.

Przeprowadźmy jeszcze jeden eksperyment, aby przekonać Cię, że powietrze naprawdę może stawić opór. Wiesz, jaką wspaniałą dmuchawkę można łatwo zrobić z gęsiego pióra, rurki lub czegoś podobnego. Biorąc plasterek jabłka lub ziemniaka, należy wyciąć z niego mały kawałek na wymiar rurki - takiej jak ta - i przecisnąć go do samego końca, jak tłok. Wkładając drugą zatyczkę całkowicie izolujemy powietrze w tubie. A teraz okazuje się, że wsunięcie drugiej wtyczki blisko pierwszej jest zupełnie niemożliwe. Do pewnego stopnia możliwe jest sprężenie powietrza, jednak jeśli będziemy dalej naciskać drugi korek, to nie zdążymy jeszcze zbliżyć się do pierwszego, zanim sprężone powietrze wypchnie go z rurki, a ponadto przy siła przypominająca działanie prochu - wszak też jest związana z tą przyczyną, którą tu zaobserwowaliśmy.

Któregoś dnia widziałem eksperyment, który bardzo mi się spodobał, ponieważ można go wykorzystać na naszych zajęciach. (Przed jego rozpoczęciem powinienem zachować ciszę przez około pięć minut, ponieważ powodzenie tego eksperymentu zależy od moich płuc.) Mam nadzieję, że siłą mojego oddechu, czyli właściwego korzystania z powietrza, będę mógł podnieść jajko stojące w jednej szklance i wrzucić je do drugiej. Nie mogę ręczyć za sukces: w końcu mówię za długo. (Wykładowca pomyślnie przeprowadza eksperyment.) Powietrze, które wydmuchuję, przechodzi pomiędzy jajkiem a ścianką szklanki; Pod jajkiem powstaje ciśnienie powietrza, które jest w stanie unieść ciężki przedmiot: w końcu dla powietrza jajko jest naprawdę ciężkim przedmiotem. W każdym razie, jeśli chcesz sam przeprowadzić ten eksperyment, lepiej wziąć jajko na twardo, a następnie możesz bez ryzyka spróbować ostrożnie przenieść je z jednej szklanki do drugiej siłą oddechu.

Chociaż zagadnieniu masy powietrza poświęciliśmy już sporo czasu, chciałbym wspomnieć o jeszcze jednej jej właściwości. W eksperymencie z dmuchawką zobaczysz, że zanim wyszedł pierwszy ziemniaczany korek, udało mi się wcisnąć drugi na pół cala lub więcej. A to zależy od cudownej właściwości powietrza - jego elastyczności. Możesz ją poznać poprzez poniższe doświadczenie.

Weźmy muszlę, która jest nieprzepuszczalna dla powietrza, ale zdolna do rozciągania i kurczenia się, dając nam w ten sposób możliwość oceny elastyczności zawartego w niej powietrza. Teraz nie ma w nim zbyt wiele powietrza i mocno zawiązujemy szyję, aby nie mogła komunikować się z otaczającym powietrzem. Do tej pory robiliśmy wszystko w taki sposób, aby pokazywać ciśnienie atmosferyczne na powierzchni obiektów, ale teraz wręcz przeciwnie, pozbędziemy się ciśnienia atmosferycznego. Aby to zrobić, umieścimy naszą skorupę pod dzwonem pompki powietrza, spod której będziemy wypompowywać powietrze. Na twoich oczach ta muszla wyprostuje się, nadmucha jak balon i będzie coraz większa, aż wypełni cały dzwon. Ale gdy tylko ponownie otworzę dostęp powietrza zewnętrznego do dzwonu, nasza kula natychmiast spadnie. Oto wizualny dowód tej niesamowitej właściwości powietrza - jego elastyczności, czyli niezwykle dużej zdolności do ściskania i rozszerzania. Właściwość ta jest bardzo istotna i w dużej mierze determinuje rolę powietrza w przyrodzie.

Przejdźmy teraz do kolejnej bardzo ważnej części naszego tematu. Pamiętaj, że pracując nad spalaniem świecy, odkryliśmy, że powstają różne produkty spalania. Produkty te obejmują sadzę, wodę i coś jeszcze, co nie zostało jeszcze przez nas zbadane. Zebraliśmy wodę i pozwoliliśmy innym substancjom rozproszyć się w powietrzu. Przyjrzyjmy się teraz niektórym z tych produktów.

Ryż. 29.

W szczególności pomoże nam w tej kwestii następujące doświadczenie. Tutaj umieścimy płonącą świecę i przykryjemy ją szklaną nasadką z rurką wylotową u góry... Świeca będzie się palić nadal, ponieważ powietrze swobodnie przepływa od dołu i od góry. Przede wszystkim widać, że czapka jest mokra; już wiecie, o co w tym wszystkim chodzi: to woda powstająca w wyniku spalania świecy w wyniku działania powietrza na wodór. Ale poza tym coś wychodzi z rury wylotowej u góry; to nie jest para wodna, to nie jest woda, substancja ta nie ulega kondensacji, a poza tym ma szczególne właściwości. Widzisz, że strumień wypływający z tuby prawie gasi światło, które do niego przynoszę; Jeśli przytrzymam zapaloną drzazgę bezpośrednio w wychodzącym strumieniu, zgaśnie całkowicie. „Tak jest w porządku rzeczy” – mówisz; Oczywiście Cię to nie dziwi, ponieważ azot nie podtrzymuje spalania i musi ugasić płomień, ponieważ świeca się w nim nie pali. Ale czy nie ma tu nic poza azotem?

Tutaj będę musiał wyprzedzić siebie: w oparciu o posiadaną wiedzę postaram się wyposażyć Państwa w naukowe metody badania takich gazów i ogólnie wyjaśnić te zagadnienia.

Weźmy pusty słoik i przytrzymajmy go nad rurką wylotową, aby zebrały się w nim produkty spalania świecy. Nie będzie nam trudno odkryć, że w tym słoiku znajduje się nie tylko powietrze, ale także gaz, który ma także inne właściwości. Aby to zrobić, biorę trochę wapna palonego, wlewam i dobrze mieszam. Po włożeniu do lejka koła bibuły filtracyjnej, filtruję przez niego mieszaninę, a do umieszczonej pod nim kolby wpływa czysta, przezroczysta woda. Mam tej wody tyle, ile chcę w innym naczyniu, ale dla pewności wolę w dalszych eksperymentach użyć dokładnie tej samej wody wapiennej, którą przygotowano na Waszych oczach.

Jeśli wlejesz trochę tej czystej, przezroczystej wody do słoika, w którym zbieraliśmy gaz wydobywający się z płonącej świecy, od razu zobaczysz, jak nastąpi zmiana... Widzisz, woda całkowicie zrobiła się biała! Należy pamiętać, że nie będzie to działać w przypadku zwykłego powietrza. Oto naczynie z powietrzem; Wlewam do niej wodę wapienną, ale ani tlen, ani azot, ani nic innego zawartego w tej ilości powietrza nie spowoduje żadnych zmian w wodzie wapiennej; niezależnie od tego, jak potrząśniemy go zwykłym powietrzem zawartym w tym naczyniu, pozostaje on całkowicie przezroczysty. Jeśli jednak zalejemy tę kolbę wodą wapienną i zetkniemy ją z całą masą produktów spalania świecy, szybko nabierze ona mlecznobiałego odcienia.

Ta biała, kredowa substancja w wodzie składa się z wapna, które pobraliśmy do produkcji wody wapiennej, połączonego z czymś, co wyszło ze świecy, czyli dokładnie z produktem, który staramy się uchwycić i o którym opowiem. Dzisiaj. Substancja ta staje się dla nas widoczna dzięki reakcji z wodą wapienną, gdzie uwidacznia się jej różnica w stosunku do tlenu, azotu i pary wodnej; Jest to dla nas nowa substancja, otrzymywana ze świecy. Dlatego, aby właściwie zrozumieć spalanie świecy, powinniśmy dowiedzieć się także, w jaki sposób i z czego pozyskiwany jest ten biały proszek. Można udowodnić, że rzeczywiście jest to kreda; Jeśli włożysz mokrą kredę do retorty i podgrzejesz ją do czerwoności, uwolni się dokładnie ta sama substancja, która wydobywa się z płonącej świecy.

Istnieje inny, lepszy sposób na zdobycie tej substancji i to w dużych ilościach, jeśli chcemy dowiedzieć się, jakie są jej podstawowe właściwości. Okazuje się, że tej substancji można znaleźć w dużych ilościach w miejscach, w których nawet nie pomyślanoby o jej obecności. Gaz ten, uwalniany podczas spalania świecy i nazywany dwutlenkiem węgla, występuje w ogromnych ilościach we wszystkich wapieniach, kredzie, muszlach i koralowcach. Ten interesujący składnik powietrza występuje we wszystkich tych kamieniach; Po odkryciu tej substancji w takich skałach jak marmur, kreda itp. chemik dr Black nazwał ją „związanym powietrzem”, ponieważ nie jest ona już w stanie gazowym, ale stała się częścią ciała stałego.

Gaz ten można łatwo uzyskać z marmuru. Na dnie tego słoika znajduje się trochę kwasu solnego; płonąca drzazga wrzucona do słoika pokaże, że nie ma w niej nic poza zwykłym powietrzem do samego dna. Oto kawałki marmuru - piękny marmur wysokiej jakości; Wrzucam je do słoika z kwasem i okazuje się, że jest to coś w rodzaju gwałtownego wrzenia. Jednak nie wydziela się para wodna, ale jakiś gaz; i jeśli teraz zbadam zawartość słoja płonącą drzazgą, otrzymam dokładnie taki sam wynik, jak w przypadku gazu wydobywającego się z rurki wylotowej nad płonącą świecą. Tutaj nie tylko efekt jest taki sam, ale jest on spowodowany dokładnie tą samą substancją, która została uwolniona ze świecy; W ten sposób możemy pozyskać dwutlenek węgla w dużych ilościach: w końcu nasz słoik jest już prawie pełny.

Możemy również sprawdzić, że gaz ten występuje nie tylko w marmurze.

Oto duży słój z wodą, do którego wlałem kredę (taką, jaką można znaleźć w sprzedaży do prac tynkarskich, czyli umytą w wodzie i oczyszczoną z grubych cząstek).

Oto mocny kwas siarkowy; To właśnie tego kwasu będziemy potrzebować, jeśli będziemy chcieli powtórzyć nasze doświadczenia w domu (należy pamiętać, że działanie tego kwasu na wapień i podobne skały powoduje wytrącenie się nierozpuszczalnego osadu, natomiast kwas solny tworzy substancję rozpuszczalną, która nie zagęszcza wody) ).

Być może zastanawiacie się, dlaczego wykonuję ten eksperyment w takim pojemniku. Żebyście mogli powtórzyć na małą skalę to, co ja tutaj robię, na dużą skalę. Tutaj zobaczysz to samo zjawisko co poprzednio: w tym dużym słoju wytwarzam dwutlenek węgla, który ma identyczny charakter i właściwości jak te, które uzyskaliśmy paląc świecę w powietrzu atmosferycznym. I niezależnie od tego, jak różne mogą być te dwie metody produkcji dwutlenku węgla, pod koniec naszego badania będziesz przekonany, że okazuje się, że jest ona taka sama pod każdym względem, niezależnie od metody produkcji.

Przejdźmy do następnego eksperymentu, aby wyjaśnić naturę tego gazu. Oto pełny słój tego gazu - przetestujmy go poprzez spalanie, czyli w taki sam sposób, w jaki testowaliśmy już szereg innych gazów. Jak widać sam się nie pali i nie podtrzymuje spalania. Co więcej, jego rozpuszczalność w wodzie jest niewielka: w końcu, jak widzieliście, łatwo jest go zebrać nad wodą. Poza tym wiadomo, że reaguje charakterystycznie z wodą wapienną, która od niej robi się biała; i wreszcie dwutlenek węgla wchodzi jako jedna z części składowych wapna gazowanego, czyli wapienia.

Teraz pokażę wam, że dwutlenek węgla rzeczywiście rozpuszcza się w wodzie, choć tylko nieznacznie i dlatego pod tym względem różni się od tlenu i wodoru. Oto urządzenie umożliwiające uzyskanie takiego rozwiązania. Dolna część tego urządzenia zawiera marmur i kwas, a górna część zawiera zimną wodę. Zawory są zaprojektowane tak, aby gaz mógł przedostać się od dna zbiornika do góry. Teraz uruchomię swój aparat... Widzicie, jak przez wodę unoszą się pęcherzyki gazu. Aparaturę uruchomiliśmy od wczoraj wieczorem i niewątpliwie stwierdzimy, że część gazu już się rozpuściła. Odkręcam kran, nalewam tę wodę do szklanki i próbuję. Tak, jest kwaśny – zawiera dwutlenek węgla. Jeśli zostanie spłukany wodą wapienną, nastąpi charakterystyczne wybielenie, wskazujące na obecność dwutlenku węgla.

Dwutlenek węgla jest bardzo ciężki, jest cięższy od powietrza atmosferycznego. Tabela pokazuje masy dwutlenku węgla i niektórych innych gazów, które badaliśmy.

Piwo Kubicia. stopa

(ziarna) (uncje)

Wodór. . . . 3/4 1/12

Tlen. . . . 11 9/10 1 1/3

Azot. . . . . . 10 4/10 1 1/6

Powietrze. . . . . 10 7/10 1 1/5

Dwutlenek węgla. 16 1/3 1 9/10

Nasilenie dwutlenku węgla można wykazać za pomocą szeregu eksperymentów. Na początek weźmy np. wysoką szklankę, w której nie ma nic poza powietrzem i spróbujmy wlać do niej trochę dwutlenku węgla z tego naczynia. Nie sposób osądzić po pozorach, czy mi się to udało, czy nie; ale mamy sposób, aby to sprawdzić (wkłada płonącą świecę do szklanki, ona gaśnie). Widzicie, gaz rzeczywiście się tu przelał. A gdybym przetestował go z wodą wapienną, test dałby taki sam wynik. Skończyło się na czymś w rodzaju studni z dwutlenkiem węgla na dnie (niestety, w rzeczywistości czasami mamy do czynienia z takimi studniami); Włóżmy do niego to miniaturowe wiadro. Jeśli na dnie naczynia znajduje się dwutlenek węgla, można go zebrać tym wiadrem i usunąć ze „studni”. Zróbmy próbę z drzazgą... Tak, spójrz, wiadro jest pełne dwutlenku węgla.

Ryż. trzydzieści.

Oto kolejny eksperyment pokazujący, że dwutlenek węgla jest cięższy od powietrza. Słoik jest wyważony na wadze; Teraz jest w nim tylko powietrze. Kiedy wleję do niego dwutlenek węgla, natychmiast opada on pod ciężarem gazu. Jeśli przyjrzę się słoikowi z płonącą drzazgą, przekonasz się, że rzeczywiście przedostał się do niego dwutlenek węgla: zawartość słoika nie jest w stanie podtrzymać spalania.

Ryż. 31.

Jeśli nadmucham bańkę mydlaną oddechem, czyli oczywiście powietrzem i wrzucę ją do tego słoika z dwutlenkiem węgla, to nie spadnie na dno. Ale najpierw wezmę taki balon, napompowany powietrzem, i za jego pomocą sprawdzę, gdzie w tym słoiku znajduje się mniej więcej poziom dwutlenku węgla. Widzisz, piłka nie spada na dno; Do słoika dodaję dwutlenek węgla i kula unosi się wyżej. Zobaczmy teraz, czy uda mi się, nadmuchując bańkę mydlaną, sprawić, że w ten sam sposób pozostanie w stanie zawieszenia. (Wykładowca dmucha bańkę mydlaną i wrzuca ją do słoika z dwutlenkiem węgla, gdzie bańka pozostaje zawieszona.) Widzisz, bańka mydlana, podobnie jak balon, spoczywa na powierzchni dwutlenku węgla właśnie dlatego, że gaz ten jest cięższy od powietrza.Z książki What Light Tells You autor Suworow Siergiej Georgiewicz

Właściwości falowe światła. Doświadczenie Younga Korpuskularna hipoteza Newtona dotycząca światła królowała bardzo długo – ponad półtora wieku. Jednak na początku XIX wieku angielski fizyk Thomas Young (1773–1829) i francuski fizyk Augustin Fresnel (1788–1827) przeprowadzili eksperymenty, które