Как найти плотность кислорода после расширения

Популярное на сайте:

Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах. 

Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте. 

Как быстро и эффективно исправить почерк?  Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.

Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью. 

Найдите относительную плотность кислорода: а) по водороду; б) по воздуху.

1.1.1.
Определить для серной кислоты: 1)
относительную молекулярную массу; 2)
молярную массу.

Решение.
1. Относительная молекулярная масса
вещества равна сумме относительных
атомных масс всех элементов, атомы
которых входят в состав молекулы данного
вещества,и определяется по формуле

_r=n_iA_ri,

где
n_i
– число атомов i-го
элемента, входящих в молекулу;

A_ri
– относительная атомная масса i-го
элемента.

Химическая
формула серной кислоты имеет вид H₂SO₄.
Так как в состав молекулы серной кислоты
входят атомы трех элементов, то стоящая
в правой части равенства сумма будет
состоять из трех слагаемых и формула
примет вид

_r=n₁A_r1+n₂A_r2+n₃A_r3.

Из
формулы серной кислоты далее следует,
что n₁=2,
n₂=1,
n₃=4.

Значения
относительных атомных масс водорода,
серы и кислорода соответственно равны
A_r1=1,
A_r2=32,
A_r3=16.
Подставив численные значения n_i
и A_ri
будем иметь:

_r=2+32+64=98.

2.
Зная относительную молекулярнуюмассу,
найдем молярную массу серной кислоты
по формуле

 =_rk,

где
k=10^-3
кг/моль.

Подставив
в последнее выражение значения величин,
получим =98710^-3
кг/моль.

1.1.2.
Определить молярную массу смеси _см
кислорода массой m₁=25
г и азота массой m₂=75
г.

Решение.
Молярная масса _см
смеси, есть отношение массы смеси m_см
к количеству вещества _см
смеси:

_см=m_см/_см.

Масса
смеси равна сумме масс компонентов
смеси: m_см=m₁+m₂.

Количество
вещества смеси равно сумме количеств
вещества компонентов

Подставив
выражения m_см
и _см
в ранее записанную формулу для молярной
массы получим

где
₁=3210^-3
кг/моль, ₂=2810^-3
кг/моль.

Подставив,
значение величин и произведя вычисление,
будем иметь

_см=28,9.10^-3
кг/моль.

1.1.3.
Определить число молекул N,
содержащихся в объеме V=1
мм³
воды, и массу m₁
одной молекулы воды. Считая условно,
что молекулы воды имеют вид шариков,
соприкасающихся друг с другом, найти
диаметр d
молекул.

Решение.
Число молекул N,
содержащихся в некоторой системе массой
m,
равнопроизведению постояннойАвогадро
на количество вещества N=N_А.

Так
как =m/,
где -молярная
масса,то

N=(m/)N_А.

Выразив
в формуле массу как произведение 
плотности на объем V,
получим

N=(V/)N_А.

Произведем
вычисления, учитывая =1810^-3
кг/моль, =110³
кг/м³,
V=110^-9
м³,
N=6,0210²³
моль^-1:

.

Массу
одной молекулы m₁
можно найти по формуле

Если
молекулы воды плотно прилегают друг к
другу, то можно считать, что на каждую
из них приходится объем (кубическая
ячейка)

V₁=d³,

где
d-диаметр
молекулы.

Отсюда

d=V₁^1/3.

Объем
V₁
найдем, разделив молярный объем V_
на число молекул в моле, т.е. на N_А:

V₁=V_m/N_А.

Тогда
для диаметра одной молекулы будем иметь:

d=(V_m/N_А)^1/3,

где
V_m=/p

Окончательно

d=(/(pN_А))^1/3.

Произведем
вычисления

1.1.4.
В баллоне объемом 10 л находится гелий
под давлением p₁=1
МПа и при температуре T=300
К. После того как из баллона было взято
m=10
г гелия,температура газа понизилась до
Т=290 К Определить давление p
гелия оставшегося в баллоне.

Решение.
Для решения задачи воспользуемся
уравнением Менделеева-Клапейрона,
применив его дважды к начальному и
конечному состояниям газа:

;

,

где
m₁,
m₂
– массы гелия в баллоне в начальном и
конечном состояниях;

 – молярная
масса гелия;

R
– универсальная газовая постоянная;

T₁
и T₂
– температуры газа в начальном и конечном
состояниях.

Массы
m₁
и m₂
гелия найдем из уравнения
Менделеева-Клапейрона:

m₁=p₁V/(RT₁),

m₂=mp₂V/(RT₂).

Тогда масса гелия
оставшегося в баллоне будет равна

Для
давления p
гелия, оставшегося в баллоне, будем
иметь:

или

Численно

.

1.1.5.
Баллон содержит 80 г кислорода и 320 г
аргона. Давление смеси 1МПа, температура
300 К. Принимая данные газы за идеальные,
определить объем баллона.

Решение.
По закону Дальтона, давление смеси равно
сумме парциальных давлений газов,
входящих в состав смеси. Парциальные
давления кислорода p₁
и аргона p₂
можно определить, воспользовавшись
уравнением Менделеева-Клапейрона

p₁=m₁RT/(₁V),
p₂=m₂RT/(₂V).

Следовательно, по
закону Дальтона, давление смеси газов

или

Откуда
объем баллона

Подставив численные
значения, будем иметь

1.1.6.
Какое количество молекул находится в
комнате объемом 80 м³
при
температуре 17 ^oС
и давлении 750 мм. рт. ст?

Решение.
Количество молекул N,
содержащееся в комнате, можно определить,
зная массувоздуха m,его
молярную массу и число Авогадро N_А.
Число молекул в одном киломоле газа
равно числу Авогадро. А число киломолей
содержащихся в массе m,
определяется соотношением:

=m/.

Следовательно,

N=m/(N_А).

Массу
m
содержащегося в комнате воздуха
определяем из уравнения Менделеева-Клапейрона

где
p
– давление воздуха;

V
– объем;

R
– универсальная газовая постоянная;

T
– абсолютная температура (T=t+
273 );

m
– масса воздуха.

Следовательно,
для числа молекул воздуха имеем:

Подставляя все
данные, предварительно выразив их в
системе СИ, будем иметь

1.1.7.
Найти среднюю кинетическую энергию
вращательного движения одной молекулы
кислорода при температуре T=350
К, а также кинетическую энергию
вращательного движения всех молекул
кислорода массой 4 г.

Решение.
Согласно теореме о равномерном
распределении энергии по степеням
свободы, накаждую степень свободы
приходится энергия:

,

где
k
– постоянная Больцмана;

Т
– абсолютная температура.

Молекула
кислородадвухатомная, поведение такой
молекулы описывается 5-ю степенями
свободы (три изних приписываются
поступательному движению и две-
вращательному).

Следовательно,
кинетическая энергия вращательного
движения молекулы кислорода может быть
рассчитана по формуле:

<Wвр>=2
<Wк>=21/2
kТ=kТ.

Энергия
вращательного движения всех молекул,
содержащихся в 4 г кислорода, может быть
определена как произведение числа
молекул N
на энергию одной молекулы:

Wк=N<Wвр>=NkТ.

Число молекул
определяется соотношением:

где

– молекулярная масса кислорода;

m
– его масса;

N_А
– число Авогадро.

Таким образом

Подставив численные
значения, предварительно выразив их в
системе СИ, будем иметь:

<W_вр>=1,3810^-23.350=4,8310^-21
Дж;

.

1.1.8.
Масса 10 г кислорода находится при
давлении 304 кПа и температуре 10 ^oС.
После расширения вследствие нагревания
при постоянном давлении кислород занял
объем 10 л. Найти объем газа до расширения,
температуру газа после расширения,
плотности газа до и после расширения.

Решение.
Согласно условию задачи, расширение
газа вследствие нагревания происходило
при постоянном давлении. В этом случае
оказывается справедливым соотношение

.

Для
определения температуры газа после
расширениявоспользуемся
уравнениемМенделеева-Клапейрона для
конечного состояния газа

,

где
p₂
– давление газа после расширения;

V₂
– его объем после расширения;

m
– масса газа;

 – молекулярная
масса кислорода;

R
– универсальная газовая постоянная;

T₂
– абсолютная температура газа.

Следовательно,
дляконечной температуры имеем

Для
определения объема газа до расширения
можно вновь воспользоваться уравнением
Менделеева-Клапейрона, записанным для
первоначального состояния газа:

где
p₁,
V₁,
T₁
– его давление, объем и температура до
расширения.

Из
данногоуравнения имеем

.

Учитывая
то, что плотность газа ₁=m/V₁,
подставляя значения V₁
и V₂
из уравнений
Менделеева-Клапейрона, записанные для
соответствующих состояний, для плотности
кислорода до и после расширения будем
иметь

и

Подставляя
численные значения в системе СИ,
окончательно имеем:

₁=4,14
кг/м³,

₂=1кг/м³.

1.1.9.Масса
газа 12 г занимает объем 4 л при температуре
7 ^oC.
После нагревания газа при постоянном
давлении его плотность стала равной
0,6 кг/м³.
До какой температуры нагрели газ?

Решение.
Воспользовавшись уравнением
Менделеева-Клапейрона

можно
показать, что между плотностью газа
=m/V
и давлением существует связь

Следовательно,
в начальномсостоянии давление газа:

В
конечном:

Так
как нагревание газа производилось при
постоянном давлении, то p₁=p₂

.

Отсюда

Подставляя
численные значения, в системе СИ, для
конечной температуры будем иметь:

1.1.10.
В баллоне находилась масса m₁=10
кг газа при давлении p₁=10
МПа. Какую массу газа взяли из баллона,
если давление стало равным p₂=2,5
МПа? Температуру газа считать постоянной.

Решение.
Запишем уравнение состояния идеального
газа (уравнение Менделеева-Клапейрона)
для двух состояний: начального и конечного

и

Из
второгосоотношения определяем объем
сосуда и подставляем его значение в
первое, имеем:

Из
последнего соотношения получаемсвязь
между давлением газа в сосуде и его
массой для данного случая:

Отсюда масса газа
оставшегося в баллоне:

.

Так
как масса израсходованного газа
m=m₁-m₂,то
окончательно, после соответствующих
преобразований, имеем

Подставляячисленные
значения в системе СИ определяем массу
взятого из баллона газа:

1.1.11.
В сосуде находится масса m₁=14
г азота и масса m₂==9
г водорода при температуре 10 ^oС
и давлении 1 МПа. Найти молярную массу
смеси и объем сосуда.

Решение.
По закону Дальтона давление смеси газов
равно сумме парциальных давлений
компонентов входящих в смесь

p=p₁+p₂,

где
p
– давление смеси;

p₁
– парциальное давление азота;

p₂
– парциальное давление водорода.

Из
уравнения Менделеева-Клапейрона:

Для
каждого из давлений (смеси и парциальных)
можно записать:

Следовательно,
так как p=p₁+p₂,
имеем

откуда

Из
последнего соотношения для молекулярной
массы смеси будем иметь

Изуравнения
Менделеева-Клапейрона, для смеси газов,
объем сосуда равен:

Подставляячисленные
значения в системе СИнаходиммолекулярную
массу смеси:

и объем сосуда

1.1.12.
Для получения хорошего вакуума в
стеклянном сосуде необходимо прогревать
стенки сосуда при откачке для удаления,
адсорбированного газа. На сколько может
повыситься давление в сферическом
сосуде радиусом 10 см, если адсорбированные
молекулы перейдут со стенок в сосуд?
Площадь поперечного сечения молекул
S_o==10^-19
м².
Температура газа в сосуде 300 ^oС.
Слой молекул на стенках считать
мономолекулярным.

Решение.
Для определения давления воспользуемся
основным уравнением молекулярно-кинетической
теории в виде

p=n_okT,

где
n_o
– число молекул в единице объема;

k
– постоянная Больцмана;

Т
– абсолютная температура газа.

С учетом того, что

n_o=N/V,

где
N
– число молекул в объеме V,
для давления имеем

Поусловиюзадачи
слой молекул в сосуде мономолекулярный,
следовательно число молекул в нем можно
определить исходя из соображений:

где
S=4r²
– площадь поверхности сосуда;

S_o
– площадь поперечного сечения молекул
газа.

Так
как сосуд сферический, то его объем
V=4/3r³.

Таким образом,
окончательно для давления газа в сосуде
будем иметь соотношение:

Подставляячисленные
значения в полученноесоотношение в
системе СИ определяем давление газа в
сосуде

1.1.13.
В воздухе содержится 23,6 % кислорода и
76,4 % азота (по массе) при давлении 100 кПа
и температуре 13 ^oС.
Найти плотность воздуха и парциальные
давления кислорода и азота.

Решение.
Для определения плотности воздуха
воспользуемся уравнением Менделеева-Клапейрона

откуда

а
.

Для
определения парциальных давлений также
воспользуемся уравнением
Менделеева-Клапейрона, записанным для
каждого из компонентов, входящих в смесь
воздуха:

где
V
– объем воздуха.

Откуда

Так
как =m/V,
то V=m/,
следовательно

Подставляячисленные
значения в системе СИ для плотности
воздуха и парциальных давлений кислорода
иазота будем иметь:

1.1.14.
В сосуде находится количество =10^-7
моль кислорода и масса m₂==10^-6
г азота. Температура смеси 100 ^oС,
давление в сосуде p=133
мПа. Найти объем сосуда, парциальные
давления кислорода и азота и число
молекул в единице объема.

Решение.
Для решения задачи воспользуемся
уравнением Менделеева-Клапейрона,
записанным для смеси газов в виде

где
_см=₁+₁=(₁+m₂/₂)
– число молей или киломолей газов
составляющих смесь.

Имеем

pV=(₁+m₂/₂)
RT.

Отсюда

V=(₁+m₂/₂)
(RT/p).

Парциальные
давления компонентов образующих смесь
определяем так же из уравнения
Менделеева-Клапейрона, записанным для
каждого из газов

p₁V=₁RT
и p₂V
=(m₂/₂)RT.

Откуда
для парциальных давлений кислорода и
азота соответственно имеем

p₁=₁RT/V;

p₂=m₂RT/₂V.

Для
определения числа молекул в единице
объема необходимо воспользоваться
основным уравнением молекулярно-кинетической
теории для давления

p=n_okT.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Как найти плотность кислорода после расширения

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА

Масса m = 10 г кислорода находится при давлении р = 304 кПа и температуре t₁ = 10 °C. После расширения вследствие нагревания при постоянном давлении кислород занял объем V₂ = 10 л. Найти объем V₁ газа до расширения, температуру t₂ газа после расширения, плотности ρ₁ и ρ₂ газа до и после расширения.

Уравнение Менделеева — Клапейрона

Объем V₁ газа до расширения

Температура газа после нагревания при постоянном давлении

Ответ:

Источник

Плотность кислорода

Плотность кислорода и другие его физические свойства

Кислород растворяется в воде, хотя и в небольших количествах: 100 объемов воды при 0 o C растворяют 4,9, а при 20 o C – 3,1 объема кислорода. Важнейшие константы кислорода представлены в таблице ниже:

Таблица 1. Физические свойства и плотность кислорода.

Температура плавления, o С

Энергия ионизации атома, эВ

Кислород образует двухатомные молекулы, характеризующиеся высокой прочностью: стандартная энтальпия атомизации кислорода равна 498 кДж/моль. При комнатной температуре его диссоциация на атомы ничтожна; лишь при 1500 o C она становится заметной.

Твердый кислород синего цвета, а жидкий – голубого. Окраска обусловлена взаимным влиянием молекул.

Известны три аллотропные формы кислорода: кислород O₂, озон O₃ и крайне неустойчивый тетракислород O₄.

Распространенность кислорода в природе

Кислород является самым распространенным элементом земной коры. В атмосфере его находится около 23% (масс.), в составе воды – около 89%, в человеческом организме – около 65%, в песке содержится 53% кислорода, в глине – 56% и т.д. Если подсчитать его количество в воздухе (атмосфере), воде (гидросфере) и доступной непосредственному химическому исследованию части твердой земной коры (литосфере), то окажется, что на долю кислорода приходится примерно 50% их общей массы. Свободный кислород содержится почти исключительно в атмосфере, причем количество его оценивается в 1,2×10 15 т. При всей громадности этой величины она не превышает 0,0001 общего содержания кислорода в земной коре.

В связанном состоянии кислород входит в состав почти всех окружающих нас веществ. Так, например, вода, песок, многие горные породы и минералы, встречающиеся в земной коре, содержат кислород. Кислород является составной частью многих органических соединений, например белков, жиров и углеводов, имеющих исключительно большое значение в жизни растений, животных и человека.

Краткое описание химических свойств и плотность кислорода

Кислород образует соединения со всеми химическими элементами, кроме гелия, неона и аргона. С большинством элементов он взаимодействует непосредственно (кроме галогенов, золота и платины). Скорость взаимодействия кислорода как с простыми, так и со сложными веществами зависит от природы вещества и от температуры. Некоторые вещества, например оксид азота (II), гемоглобин крови, уже при комнатной температуре соединяются с кислородом воздуха со значительной скоростью. Многие реакции окисления ускоряются катализаторами. Например, в присутствии дисперсной платины смесь водорода с кислородом воспламеняется при комнатной температуре. Характерной особенностью многих реакций соединения с кислородом является выделение теплоты и света. Такой процесс называется горением.

O₂ + N₂↔2NO (электрический разряд);

O₂ + S = SO₂ (сгорание на воздухе);

O₂ + C = CO₂ (600-700 o С, сжигание на воздухе);

O₂ + 2Mg = 2MgO (сгорание на воздухе);

Горение в чистом кислороде происходит гораздо энергичнее, чем в воздухе. Хотя при этом выделяется такое же количество теплоты, как и при горении в воздухе, но процесс протекает быстрее и выделяющаяся теплота не тратится на нагревание азота воздуха; поэтому температура горения в кислороде значительно выше, чем в воздухе.

Примеры решения задач

M_r conditional (mixture) = 0,2 × 32 + 0,4 × 2 + 0,4 × 34 = 6,4 + 0,8 + 13,6 = 20,8.

Найдем относительную плотность смеси по водороду:

Ответ Плотность по водороду смеси, состоящей из кислорода, водорода и сероводорода равна 10,4.

j (CH₄) = 5 / (5 + 20) = 5 / 25 = 0,2.

j (Ne) = 20 / (5 + 20) = 20 / 25 = 0,8.

Объемные доли газов будут совпадать с молярными, т.е. с долями количеств веществ, это следствие из закона Авогадро. Найдем условную молекулярную массу смеси:

M_r conditional (mixture) = 0,2 × 16 + 0,8 × 20 = 3,2 + 16 = 19,2.

Найдем относительную плотность смеси по кислороду:

Источник

Кислород физические свойства

Кислород (при нормальных условиях) – бесцветный газ без вкуса и запаха, активно поддерживающий процесс горения. Немного тяжелее воздуха, его плотность при 0°С и давлении 760 мм рт. ст. составляет 1,43 кг/м3. Мало растворим в воде и спирте.

При охлаждении до -183°С и давлении 760 мм рт. ст. кислород превращается в бледно-голубую жидкость без запаха, а при -218,8°С – замерзает.

Кислород наиболее распространен на Земле. В земной коре (около 47% по массе) существует в связанном виде, в атмосфере (около 23% по массе) – в свободном.

Основные способы получения кислорода:

• Из воздуха путем его очищения от механических примесей, влаги и углекислоты, сжатия в компрессорах, охлаждения до сжижения и последующего разделения на кислород и азот при медленном повышении температуры: азот, имеющий меньшую температуру кипения, испаряется и отводится в окружающую среду, а кислород накапливается в жидком виде (криогенная ректификация);
• Электролизом дистиллированной воды, протекающим по формальной реакции: 2H2O → O2↑ + 2H2↑ ; поскольку чистая вода практически не проводит ток, в нее добавляются электролиты, например, KOH или NaOH;
• В лабораторных условиях – каталитическое разложение пероксида водорода H2O2, разложение нагреванием оксидов тяжелых металлов (например, оксида ртути HgO), перманганата калия KMnO4, хлората калия KClO3 и др.

Кислород газообразный технический, согласно ГОСТ 5583-78, выпускается двух сортов: первого и второго. Баллон с кислородом окрашен в голубой цвет, с надписью «Кислород» черного цвета (ПБ 10-115-96, ГОСТ 949-73). Номинальное давление газообразного кислорода в баллоне и автореципиенте при 20°С (ГОСТ 5583-78) составляет 150 кгс/см2 (14,7 МПа) или 200 кгс/см2 (19,6 МПа).

Плотность, теплоемкость, свойства кислорода O2

В таблице представлены теплофизические свойства кислорода такие, как плотность, энтальпия, энтропия, удельная теплоемкость, динамическая вязкость, коэффициент теплопроводности. Свойства в таблице даны для газообразного кислорода, находящегося при атмосферном давлении, в зависимости от температуры в интервале от 100 до 1300 К.
Плотность кислорода равна 1,329 кг/м3при комнатной температуре. При нагревании кислорода, его плотность уменьшается. Теплопроводность кислорода равна 0,0258 Вт/(м·град) при комнатной температуре и при повышении температуры этого газа увеличивается.

Удельная теплоемкость кислорода при комнатной температуре равна 919 Дж/(кг·град). Теплоемкость кислорода увеличивается при росте его температуры. Также при нагревании кислорода увеличиваются значения таких его свойств, как энтальпия, энтропия и вязкость.

Примечание: будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана в степени 102. Не забудьте разделить на 100.

Получение кислорода

Получают кислород несколькими способами. В лаборатории кислород получают из Кислородсодержащих веществ, которые могут легко его отщеплять, например из перманганата калия КМnO4 (рис. 41) или из бертолетовой соли КСlO3: 2КМnО4 = K2MnO4 + МnО2 + O2↑

2КСlO3 = 2КСl + O2↑ При получении кислорода из бертолетовой соли для ускорения реакции должен присутствовать катализатор — двуокись марганца. Катализатор ускоряет разложение и делает его более равномерным. Без катализатора может

Рис. 41. Прибор для получения кислорода лабораторный способом из перманганата калия. 1 — перманганат калия; 2 — кислород; 3 — вата; 4 — цилиндр — сборник.

произойти взрыв, если бертолетова соль взята в большом количестве и особенно если она загрязнена органическими веществами. Из перекиси водорода кислород получают также в присутствии катализатора — двуокиси марганца МnО2 по уравнению: 2Н2O2[МnО2] = 2Н2O + О2

■ 17. Зачем при разложении бертолетовой соли добавляют МnО2? (См. Ответ) 18. Образующийся при разложении КМnO4 кислород можно собирать над водой. Отразите это в схеме прибора. 19. Иногда при отсутствии в лаборатории двуокиси марганца вместо нее в бертолетову соль добавляют немного остатка после прокаливания перманганата калия. Почему возможна такая замена? 20. Какой объем кислорода выделится при разложении 5 молей бертолетовой соли? (См. Ответ)

Кислород может быть получен также разложением Нитратов при нагревании выше температуры плавления: 2KNO3 = 2KNO2 + О2 В промышленности кислород получают в основном из жидкого воздуха. Переведенный в жидкое состояние воздух подвергают испарению. Сначала улетучивается азот (его температура кипения — 195,8°), а кислород остается (его температура кипения —183°). Этим способом кислород получается почти в чистом виде. Иногда при наличии дешевой электроэнергии кислород получают электролизом воды: Н2O ⇄ Н+ + OН— Н+ + е— → Н0 на катоде 2ОН— — е— → H2O + О; 2О = О2 на аноде

■ 21. Перечислите известные вам лабораторные и промышленные способы получения кислорода. Запищите их в тетрадь, сопровождая каждый способ уравнением реакции. (См. Ответ) 22. Являются ли реакции, используемые для получения кислорода, окислительно-восстановительными? Дайте обоснованный ответ. 23. Взято по 10 г следующих веществ; перманганата калия, бертолетовой соли, нитрата калия. В каком случае удастся получить наибольший объем кислорода? 24. В кислороде, полученном при нагревании 20 г перманганата калия, сожгли 1 г угля. Какой процент перманганата подвергся разложению? (См. Ответ)

Теплопроводность кислорода в жидком и газообразном состояниях

В таблице приведены значения коэффициента теплопроводности кислорода в жидком и газообразном состояниях при различных температурах и давлениях. Теплопроводность указана в интервале температуры от 80 до 1400 К и давления от 1 до 600 атм.

Значения теплопроводности в таблице, находящиеся выше черты, относятся к жидкому кислороду, а ниже ее — к газообразному. По данным таблицы видно, что теплопроводность жидкого кислорода выше, чем газообразного и при росте давления увеличивается.

Примечание: Будьте внимательны! Теплопроводность в таблице дана в степени 103. Не забудьте разделить на 1000. Размерность Вт/(м·град).

Применение при сварке и резке

Кислород – важнейший газ для сварки и резки. При сжигании горючего газа в воздухе образуется пламя с температурой не более 2000°C, а в технически чистом кислороде она может превышать 2500–3000°C. Именно такая температура пламени практически пригодна для сварки многих металлов.

При газопламенной обработке обычно используется кислород с объемным содержанием 99,2–99,5% и выше. Для неответственных видов газовой сварки, пайки, поверхностной закалки и других способов нагрева газовым пламенем может применяться кислород чистотой 92–98%.

Для сварки и резки используют кислород в газообразном виде, поступающий от баллона, газификационной установки (СГУ-1, СГУ-4, СГУ-7К, СГУ-8К, ГХ-0,75, ГХК-3 и др.) или автономной станции (КГСН-150, К-0,15, К-0,4, К-0,5 и др.). При значительных объемах потребления кислород безопаснее и экономически целесообразнее хранить и транспортировать в жидком, а не газообразном виде, несмотря на неизбежные потери при испарении сжиженного газа.

Превращение жидкого кислорода в газообразный осуществляется в газификационных установках – насосных или безнасосных. Примером насосной установки может служить стационарная установка АГУ-2М, предназначенная для газификации непереохлажденного кислорода и наполнения реципиентов и баллонов под давлением до 240 кгс/см2 (24 МПа).

При испарении 1 л жидкого кислорода образуется около 860 л газообразного (при нормальном атмосферном давлении и температуре 20°С). При транспортировке жидкого кислорода масса тары, приходящаяся на 1кг кислорода, в 10 и более раз меньше, чем при транспортировке газообразного. При хранении, перевозке и газификации сжиженного газа неизбежны потери на его испарение.

Расчета объема газообразного кислорода в баллоне.

Для расчета объема газообразного кислорода в баллоне в м3 при нормальных условиях используют формулу (ГОСТ 5583-78):

где K1 – коэффициент, Vб – вместимость баллона в дм3 (л).

Некоторые значения коэффициента K1 для расчета объема газообразного кислорода при нормальных условиях

Характеристики марок газообразного технического кислорода (ГОСТ 5583-78)

Теплопроводность кислорода при высоких температурах

В таблице даны значения коэффициента теплопроводности кислорода при высоких температурах (от 1600 до 6000 К) и давлении от 0,001 до 100 атм.

При температурах выше 1300°С кислород начинает диссоциировать, и при некотором давлении его теплопроводность достигает максимальных значений. По данным таблицы видно, что теплопроводность диссоциированного кислорода при высоких температурах может достигать величин до 3,73 Вт/(м·град).

Примечание: Будьте внимательны! Теплопроводность в таблице дана в степени 103. Не забудьте разделить на 1000.

История открытия

Схема атома кислорода
Официально считается, что кислород был открыт английским химиком Джозефом Пристли первого августа 1774 года путём разложения оксида ртути в герметично закрытом сосуде (Пристли направлял на это соединение солнечные лучи с помощью мощной линзы).

Однако Пристли первоначально не понял, что открыл новое простое вещество, он считал, что выделил одну из составных частей воздуха (и назвал этот газ «дефлогистированным воздухом»). О своём открытии Пристли сообщил выдающемуся французскому химику Антуану Лавуазье. В 1775 году А. Лавуазье установил, что кислород является составной частью воздуха, кислот и содержится во многих веществах.

Несколькими годами ранее (в 1771 году) кислород получил шведский химик Карл Шееле. Он прокаливал селитру с серной кислотой и затем разлагал получившийся оксид азота. Шееле назвал этот газ «огненным воздухом» и описал своё открытие в изданной в 1777 году книге (именно потому, что книга опубликована позже, чем сообщил о своём открытии Пристли, последний и считается первооткрывателем кислорода). Шееле также сообщил о своём опыте Лавуазье.

Важным этапом, который способствовал открытию кислорода, были работы французского химика Петра Байена, который опубликовал работы по окислению ртути и последующему разложению её оксида.

Наконец, окончательно разобрался в природе полученного газа А. Лавуазье, воспользовавшийся информацией от Пристли и Шееле. Его работа имела громадное значение, потому что благодаря ей была ниспровергнута господствовавшая в то время и тормозившая развитие химии флогистонная теория. Лавуазье провел опыт по сжиганию различных веществ и опроверг теорию флогистона, опубликовав результаты по весу сожженных элементов. Вес золы превышал первоначальный вес элемента, что дало Лавуазье право утверждать, что при горении происходит химическая реакция (окисление) вещества, в связи с этим масса исходного вещества увеличивается, что опровергает теорию флогистона.

Таким образом, заслугу открытия кислорода фактически делят между собой Пристли, Шееле и Лавуазье.

Теплопроводность жидкого кислорода на линии насыщения

В таблице указаны значения коэффициента теплопроводности жидкого кислорода на линии насыщения. Теплопроводность дана в диапазоне температуры от 90 до 150 К. Следует отметить, что теплопроводность жидкого кислорода при увеличении температуры снижается.

Примечание: Будьте внимательны! Теплопроводность в таблице дана в степени 103. Не забудьте разделить на 1000.

Источники: 1. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. 2. Чиркин В.С. Теплофизические свойства материалов ядерной техники.

Источник