Застосування кисню у житті. Кисень – характеристика елемента, поширеність у природі, фізичні та хімічні властивості, отримання

Доповідь на тему «Застосування кисню» коротко викладена в цій статті, розповість Вам про галузі промисловості, в яких ця невидима речовина приносить неймовірну користь.

Повідомлення про застосування кисню

Кисень є невід'ємною частиною життєдіяльності всіх живих організмів та хімічних процесів на планеті. У цій статті ми розглянемо найчастіші галузі застосування кисню:

Застосування кисню у медицині

У цій галузі він надзвичайно важливий: хімічний елемент використовується для життєвої підтримки людей, які страждають на утруднене дихання та для лікування деяких недуг. Примітно, що за нормального тиску чистим киснем дихати довго не можна. Це небезпечно здоров'ю.

Застосування кисню у скляній промисловості

Даний хімічний елемент у скловарних печах використовується як компонент, що покращує горіння в них. Також завдяки кисню промисловість зменшує викиди оксидів азоту рівня безпечних життя.

Застосування кисню в целюлозно-паперовій промисловості

Даний хімічний елемент використовується при спиртуванні, делігніфікації та інших процесах, таких як:

1. Відбілювання паперу
2. Очищення стічних вод
3. Підготовка питної води
4. Інтенсифікація горіння сміттєспалювальних печей
5. Переробка покришок

Застосування кисню в авіації

Оскільки людина не може дихати поза атмосферою без кисню, то їй необхідно брати запас цього корисного елемента із собою. Штучно отриманий кисень використовується людьми для дихання в чужому середовищі: авіації при польотах, в космічних апаратах.

Застосування кисню у природі

У природі існує кругообіг кисню: у процесі фотосинтезу рослини на світлі перетворюють вуглекислий газ і воду на органічні сполуки. Цей процес характеризується виділенням кисню. Як і тварини, рослини у темний час доби споживають кисень з атмосфери. Кругообіг кисню в природі визначається тим, що людина і тварини споживають кисень, а рослини виробляють його вдень і витрачають уночі.

Застосування кисню у металургії

Для хімічної та металургійної промисловості потрібний чистий кисень, а не атмосферний. У світі щороку підприємства одержують понад 80 млн. тонн цього хімічного елемента. Він витрачається в процесі одержання сталі з металобрухту та чавуну.

Яке застосування кисню у машинобудуванні?

У будівництві та машинобудуванні він використовується для різання та зварювання металів. Ці процеси здійснюються при високих температурах.

Застосування кисню у житті

У житті людина використовує кисень у різних сферах, таких як:

1. Вирощування риби у ставкових господарствах (вода насичується киснем).
2. Обробка води під час виробництва харчових продуктів.
3. Знезараження сховищ та виробничих приміщень киснем.
4. Розробка кисневих коктейлів для тварин, щоб ті додавали у вазі.

Застосування кисню людиною в електроенергії

Теплові та електричні станції, які працюють на нафті, природному газі чи вугіллі, для спалювання палива використовують кисень. Без нього всі виробничі промислові заводи просто не працювали.

Кисень – хімічний елемент VI групи періодичної системи Менделєєва та найпоширеніший елемент у земній корі (47% від її маси). Кисень є життєво важливим елементом багатьох живих організмів. Докладніше про функції та застосування кисню у цій статті.

Загальні відомості

Кисень є безбарвним газом без смаку і запаху, який погано розчиняється у воді. Він входить до складу води, мінералів, гірських порід. Вільний кисень утворюється завдяки процесам фотосинтезу. Кисень грає найважливішу роль житті людини. Насамперед кисень необхідний дихання живих організмів. Також він бере участь у процесах розкладання загиблих тварин та рослин.

Повітря містить близько 20,95% за обсягом кисню. У гідросфері міститься майже 86% за масою кисню.

Кисень був отриманий одночасно двома вченими, але зробили вони незалежно один від одного. Швед К. Шееле отримав кисень при прожарюванні селітри та інших речовин, а англієць Дж. Прістлі – при нагріванні оксиду ртуті.

Мал. 1. Одержання кисню з оксиду ртуті

Застосування кисню у промисловості

Області застосування кисню великі.

У металургії він необхідний виробництва сталі, яку одержують із металобрухту і чавуну. У багатьох металургійних агрегатах для кращого спалювання палива використовують повітря, збагачене киснем.

В авіації кисень використовується як окисник палива в ракетних двигунах. Також він необхідний для польотів у космос та умовах, де немає атмосфери.

В галузі машинобудування кисень дуже важливий для різання та зварювання металів. Щоб розплавити метал потрібний спеціальний пальник, що складається з металевих труб. Ці дві труби вставляються одна в одну. Вільний простір між ними заповнюють ацетиленом та запалюють. Кисень у цей час пускають по внутрішній трубці. І кисень та ацетилен подаються з балона під тиском. Утворюється полум'я, температура якого досягає 2000 градусів. За такої температури плавиться практично будь-який метал.

Мал. 2. Ацетиленова пальник

Застосування кисню в целюлозно-паперовій промисловості є дуже важливим. Він використовується для відбілювання паперу при спиртуванні, при вимиванні зайвих компонентів з целюлози (делігніфікація).

У хімічній промисловості кисень використовується як реагент.

Для створення вибухових речовин потрібний рідкий кисень. Рідкий кисень виробляється шляхом зрідження повітря та подальшого відділення кисню від азоту.

Застосування кисню в природі та житті людини

Кисень відіграє найважливішу роль життя і тварин. Вільний кисень існує на нашій планеті завдяки фотосинтезу. Фотосинтез – це процес утворення органічної речовини на світлі за допомогою вуглекислого газу та води. Внаслідок цього процесу утворюється кисень, який необхідний для життєдіяльності тварин та людини. Тварини та людина споживають кисень постійно, рослини ж витрачають кисень тільки вночі, а вдень виробляють його.

Застосування кисню у медицині

Кисень знаходить застосування у медицині. Особливо актуальним є його використання при утрудненому диханні під час деяких захворювань. Він застосовується для збагачення дихальних шляхів при туберкульозі легень, а також використовують у наркозній апаратурі. Кисень у медицині використовується для лікування бронхіальної астми, хвороб шлунково-кишкового тракту. Для цього використовують кисневі коктейлі.

Також велике значення мають кисневі подушки – прогумована ємність, заповнена киснем. Вона служить для індивідуального застосування медичного кисню.

У медицині використовуються різні види газів, найбільш поширеними є азот і кисень. Область застосування кисню велика, вона включає збагачення газових сумішей, наповнення кисневих подушок, виготовлення кисневих коктейлів і не тільки.

Медичний кисень характеризується високою концентрацією, відсутністю домішок. Головними його джерелами в лікарнях є кисневі концентратори, балони з рідким киснем у медицині або газоподібним, системи киснезбагачення, пристрої для хімічного одержання газу. Сьогодні найчастіше застосовуються кисневі концентратори – вони зарекомендували себе завдяки надійності, безпеці експлуатації, мобільності систем та економічності.

Використання кисню у медициніпов'язано з невідкладними ситуаціями, коли необхідно забезпечити подачу наркозу, проведення хірургічних операцій або реанімаційних дій. У цих випадках здійснюється штучна вентиляція легень. Також цей газ потрібен при лікуванні низки захворювань – окрім хронічної дихальної недостатності, кисень потрібний при інфарктах та інсультах.

Кисневотерапія незамінна при лікуванні низки захворювань:

• Бронхіальна астма.
• Пневмонія.
• Туберкульоз.
• Обструктивний бронхіт.
• Алергії.
• Інтоксикація.

Застосування кисню у медицині

Речовина, що позначається символом О, бере участь в окисно-відновних реакціях організму. У медицині використовуватися кисень для газопостачання реанімаційних відділень, в стаціонарі, поліклініках, санаторіях, спортклубах, дитячих установах для профілактики хвороб, зміцнення імунітету.

Джерело життя на планеті – кисень – затребуване при лікуванні анаеробних інфекцій та покращенні трофіки тканин, репаративних процесів. У більшості випадків газ вводиться інгаляторним методом при штучній та природній вентиляції легень. У медичні установи кисень поставляється у стислому вигляді. Рідкий кисень зручніший у транспортуванні та зберіганні, перед його подачею в систему газопостачання його переводять у газоподібний стан.

Кисень у медициніможе використовуватись у чистому вигляді або у складі газових сумішей. Для неінгаляторного введення практикують підшкірне, внутрішньосудинне, внутрішньопорожнинне, ентеральне та інші способи введення.

Також популярним є використання кисню в медицині для профілактики гіпоксії. Особливо популярним є прийом кисневих коктейлів або застосування кисневих концентраторів, балончиків у великих містах. Для поліпшення самопочуття найчастіше вдаються до кисневих ванн.

Кисень

КІСЛОРОД-а; м.Хімічний елемент (O), газ без кольору та запаху, що входить до складу повітря, необхідний для дихання та горіння і утворює у поєднанні з воднем воду.

◊ Перекрити кисню кому-л. Створити нестерпні умови життя, роботи.

◁ Кисневий, -а, -а. До-а Середа. К-ті сполуки. К-а різання(Газове різання). К-а зварювання(газове зварювання). К-е голодування; до-а недостатність (мед.;зниження вмісту кисню у тканинах організму; гіпоксія).

◊ Киснева подушка (див. Подушка).

(Лат. Oxygenium), хімічний елемент VI групи періодичної системи. У вільному вигляді зустрічається у вигляді двох модифікацій - 2 («звичайний» кисень) і 3 (озон). О 2 - газ без кольору та запаху, щільність 1,42897 г/л, tпл –218,6ºC, tстос –182,96ºC. Хімічно найактивніший (після фтору) неметал. З більшістю інших елементів (воднем, галогенами, сіркою, багатьма металами і т. д.) взаємодіє безпосередньо (окислення) і, як правило, із виділенням енергії. У разі підвищення температури швидкість окиснення зростає і може початися горіння. Тварини та рослини отримують необхідну для життя енергію за рахунок біологічного окислення різних речовин киснем, що надходить в організми при диханні. Найпоширеніший на Землі елемент; у вигляді сполук становить близько 1/2 маси земної кори; входить до складу води (88,8% за масою) та багатьох тканин живих організмів (близько 70% за масою). Вільний кисень атмосфери (20,95% за обсягом) утворився та зберігається завдяки фотосинтезу. Кисень (або збагачене ним повітря) застосовується в металургії, хімічній промисловості, медицині, киснево-дихальних апаратах. Рідкий кисень – компонент ракетного палива.

Енциклопедичний словник. 2009 .

Дивитись що таке "кисень" в інших словниках:

- (Охуgenum). Безбарвний газ без запаху та смаку. Мало розчинний у воді (приблизно 1:43). Інгаляціями кисню широко користуються при різних захворюваннях, що супроводжуються гіпоксією: при захворюваннях органів дихання (пневмонія, набряк легень). Словник медичних препаратів

Всюдисущий, всемогутній і невидимий — це все про нього. Ще він не має ні смаку, ні запаху. Складається враження, що йдеться про те, чого взагалі не існує. Однак ця речовина є, мало того: без неї людство просто задихнулося б. Тому, напевно, Лавуазьє відразу назвав цей газ «життєвим газом».

Кисень всемогутній

На думку людей релігійних, всюдисущим, всемогутнім і водночас невидимим може бути лише бог. Насправді всі ці три епітети цілком можна віднести до хімічного елементу з атомним номером 8 - кисню. Якби рослини в процесі фотосинтезу не перетворювали воду та вуглекислий газ на органічні сполуки, і цей процес не супроводжувався вивільненням зв'язаного кисню, то, вичерпавши досить швидко запаси атмосферного кисню, весь тваринний світ, включаючи людство, незабаром задихнувся б.

Кисень - всюдисущий: з нього значною мірою складаються не тільки повітря, вода і земля, але й ми з вами, наші їжа, питво, одяг; у переважній більшості оточуючих нас речовин є кисень. Могутність кисню проявляється вже в тому, що ми їм дихаємо, адже дихання це синонім життя. І ще кисень можна вважати всемогутнім тому, що могутня стихія вогню, як правило, сильно залежить від нашого кандидата у всюдисущі та всемогутні.

Щодо третього епітету — «невидимий», то тут, мабуть, немає потреби в доказах. За звичайних умов елементарний кисень як безбарвний і тому невидимий, а й сприймаємо, не відчутний ніякими органами почуттів. Щоправда, недолік, а тим паче відсутність кисню ми відчули б миттєво...

Відкриття: XVIII століття

Те, що кисень невидимий, без смаку, позбавлений запаху, газоподібний за звичайних умов, надовго затримало його відкриття. Багато вчених минулого здогадувалися, що існує речовина з властивостями, які, як ми тепер знаємо, притаманні кисню.

Відкриття кисню (англ. Oxygen, франц. Oxygene, ньому. Sauerstoff) ознаменував початок сучасного періоду розвитку хімії. З давніх-давен було відомо, що для горіння необхідне повітря, проте багато століть процес горіння залишався незрозумілим. Лише XVII в. Майов і Бойль незалежно один від одного висловили думку, що у повітрі міститься деяка субстанція, яка підтримує горіння.

Кисень відкрили майже одночасно і незалежно один від одного два видатні хіміки другої половини XVIII ст.— швед Карл Вільгельм Шееле та англієць Джозеф Прістлі. Шееле отримав кисень раніше, але його трактат «Про повітря і вогонь», що містив інформацію про кисень, був опублікований пізніше, ніж повідомлення про відкриття Прістлі.

Джозеф
Прістлі

«1 серпня 1774 року я спробував витягти повітря з ртутної окалини і виявив, що повітря легко може бути вигнане з неї за допомогою лінзи. Це повітря не поглиналося водою. Яке ж було моє здивування, коли я виявив, що свічка горить у цьому повітрі надзвичайно яскравим полум'ям. Марно намагався знайти пояснення цьому явищу».

І все-таки головна постать історії відкриття кисню — не Шееле і Прістлі. Вони відкрили новий газ — і лише. Пізніше Фрідріх Енгельс напише про це: «Обидва вони так і не впізнали, що виявилось у них в руках. Елемент, якому судилося революціонізувати хімію, зникав у руках безслідно... Власне відкрив кисень тому залишається Лавуазьє, а не ті двоє, які тільки описали кисень, навіть не здогадуючись, що вони описують».

Детальне вивчення властивостей кисню та його ролі в процесах горіння та утворення оксидів призвело Лавуазьє до неправильного висновку про те, що цей газ є кислотоутворюючим початком. В1779 р. Лавуазьє ввів для кисню назву Oxygenium(від грец."окис" - "кислий" і "геннао" - народжую") - "що породжує кислоти".

«Окислювальний» елемент

Кисень - безбарвний (в товстому шарі - блакитний) газ без смаку та запаху. Він трохи важчий за повітря і малорозчинний у воді. При охолодженні до -183 ° С кисень перетворюється на рухливу рідину блакитного кольору, а при -219 ° С - замерзає.

Як і належить елементу, що займає місце у правому верхньому кутку таблиці Менделєєва, кисень - один з найактивніших елементів-неметалів і має яскраво виражені окислювальні властивості. Якщо можна так висловитися, окислювальніше кисню — лише один елемент, фтор. Саме тому баки з рідким киснем є необхідною приналежністю більшості рідинних ракетних двигунів. Отримано з'єднання кисню навіть із таким хімічно пасивним газом, як ксенон.

Для розвитку активної реакції кисню з більшістю простих і складних речовин потрібне нагрівання, щоб подолати потенційний бар'єр, який перешкоджає хімічному процесу. За допомогою каталізаторів, що знижують енергію активації, процеси можуть йти і без підігріву, зокрема, з'єднання кисню з воднем.

Висока окисна здатність кисню лежить в основі горіння всіх видів палива, включаючи порох, для горіння яких не потрібен кисень повітря: у процесі горіння таких речовин кисень виділяється з них самих.

Процеси повільного окислення різних речовин за нормальної температури мають життя не менше значення, ніж горіння — для енергетики.

Повільне окиснення речовин їжі в нашому організмі - "енергетична база" життя. Зауважимо принагідно, що наш організм не дуже економно використовує кисень, що вдихається: у видихуваному повітрі кисню приблизно 16%. Тепло прючого сіна - результат повільного окислення органічних речовин рослинного походження. Повільне окислення гною та перегною зігріває парники.

Застосування: «море енергії»

Кисень застосовується в лікувальній практиці, причому не тільки при легеневих та серцевих захворюваннях, коли утруднено дихання. Підшкірне введення кисню виявилося ефективним засобом лікування таких тяжких захворювань, як гангрена, тромбофлебіт, слоновість, трофічні виразки.

Не менш важливий він і для промисловості. Збагачення повітря киснем робить ефективніше, швидше, економічніше багато технологічних процесів, в основі яких окислення. А на таких процесах поки що тримається майже вся теплова енергетика. Перетворення чавуну на стальтакож неможливо без кисню. Саме кисень «вилучає» з чавуну надлишок вуглецю. Одночасно покращується і якість сталі. Потрібен кисень і в кольорової металургії. Рідкий кисень служить окислювачем ракетного палива.

При спалюванні водню в струмі кисню утворюється дуже звичайна речовина - Н 2 O. Звичайно, заради отримання цієї речовини не слід займатися спалюванням водню (який, до речі, часто саме з води отримують). Мета цього процесу інша, вона буде зрозуміла, якщо ту ж реакцію записати повністю, враховуючи не тільки хімічні продукти, а й енергію, що виділяється в ході реакції: Н2+0,502=Н2О+68317 калорій.

Майже сімдесят великих калорій на грам молекулу! Так можна отримати не лише «море води», а й «море енергії». Для цього і отримують воду в реактивних двигунах, що працюють на водні та кисні.

Та ж реакція використовується для зварювання та різання металів. Щоправда, у цій галузі водень можна замінити на ацетилен. До речі, ацетилен у великих масштабах отримують саме з допомогою кисню, в процесах термоокислительного крекінгу: 6СН 4 + 4O 2 = З 2 Н 2 + 8Н 2 + ЗСО + З 2 + ЗН 2 O.

Це лише один приклад використання кисню у хімічній промисловості.Кисень потрібен для виробництва багатьох речовин (досить згадати про азотну кислоту), для газифікації вугілля, нафти, мазуту.

Будь-яка пориста горюча речовина, наприклад, тирса, просочена блакитною холодною рідиною — рідким киснем, стає вибуховою речовиною. Такі речовини називаються оксиліквітамиі у разі потреби можуть замінити динаміт розробки рудних родовищ.

Щорічне світове виробництво (і споживання) кисню вимірюється мільйонами тонн. Крім кисню, яким ми дихаємо.

Виробництво кисню

Спроби створити більш менш потужну кисневу промисловість робилися ще в минулому столітті в багатьох країнах. Але від ідеї до технічного втілення часто лежить «дистанція величезного розміру».

Особливо швидкий розвиток кисневої промисловості почався після винаходу академіком П.Л.Капіцей турбодетандера та створення потужних повітророзділювальних установок.

Найпростіше отримати кисень з повітря, оскільки повітря не з'єднання, і розділити повітря не так вже й важко. Температури кипіння азоту та кисню відрізняються (при атмосферному тиску) на 12,8°С. Отже, рідке повітря можна розділити на компоненти в колонах ректифікацій так само, як ділять, наприклад, нафту. Але щоб перетворити повітря на рідину, його потрібно охолодити до мінус 196°С. Можна сміливо сказати, що проблема отримання кисню — проблема отримання холоду.

Щоб отримувати холод за допомогою звичайного повітря, останній потрібно стиснути, а потім дати йому розширитися і змусити його виконувати механічну роботу. Тоді відповідно до законів фізики повітря має охолоджуватися. Машини, у яких це відбувається, називають детандерами.

Щоб отримати рідке повітря за допомогою поршневих детандерів, були потрібні тиску близько 200 атмосфер. ККД установки був трохи вище, ніж у парової машини. Установка виходила складною, громіздкою, дорогою. Наприкінці тридцятих років радянський фізик академік П.Л.Капіца запропонував використовувати як детандер турбіну. Головна особливість турбодетандера Капіци в тому, що повітря в ній розширюється не лише в сопловому апараті, а й на лопатках робочого колеса. При цьому газ рухається від периферії колеса до центру, працюючи проти відцентрових сил.

Турбодетандер «робить» холод за допомогою повітря, стисненого лише до кількох атмосфер. Енергія, яку віддає повітря, що розширюється, не пропадає даремно, вона використовується для обертання ротора генератора електричного струму.

Сучасні установки для поділу повітря, в яких холод одержують за допомогою турбодетандерів, дають промисловості, насамперед металургії та хімії, сотні тисяч кубометрів газоподібного кисню.