"Utilizzo della contraddizione chimica in un progetto innovativo: la candela all'ossigeno"
Volobuev D.M., Egoyants P.A., Markosov S.A. CITC "Algoritmo" San Pietroburgo
Annotazione.
Nel lavoro precedente abbiamo introdotto il concetto di contraddizione chimica (CP), che viene risolta introducendo o rimuovendo una sostanza da una composizione. In questo lavoro analizziamo l'algoritmo per risolvere HP utilizzando l'esempio di uno dei progetti innovativi.
introduzione
Molto spesso sorgono contraddizioni chimiche durante l'implementazione di progetti innovativi, ma non sono formulate esplicitamente, quindi il successo di tali progetti è determinato solo dall'erudizione e dalla formazione scientifica del team inventivo. La classificazione dei metodi per risolvere HP fornita nel nostro lavoro precedente ci consente di proporre qui un algoritmo passo passo per risolvere HP, progettato per sistematizzare la ricerca scientifica e, forse, facilitare la presentazione dei risultati del lavoro alle persone che sono lontani da tale ricerca.
La necessità di una soluzione HP, di norma, sorge nella fase finale (verifica) di un progetto di innovazione. Possibili aree di ricerca, aree di soluzioni accettabili e limitazioni sono state identificate nelle fasi precedenti del progetto. L'algoritmo proposto non pretende di essere completo e dovrebbe essere perfezionato man mano che i progetti avanzano.
Algoritmo passo passo per risolvere HP
Contesto: Questo problema è sorto con l'invenzione della "sigaretta senza fumo": la sigaretta deve bruciare in una custodia sigillata, fornendo fumo al fumatore solo durante l'inalazione.
Restrizioni: la custodia dovrebbe essere piccola (portata in tasca) ed economica.
Va notato che una sigaretta in una custodia si spegne in pochi secondi a causa dell'esaurimento dell'ossigeno, quindi il compito centrale del progetto è stato considerato lo sviluppo di un generatore di ossigeno chimico economico (usa e getta).
Possibile soluzione: L'ossigeno proviene dalla decomposizione del sale Berthollet. La temperatura e la velocità di reazione vengono ridotte mediante l'aggiunta di un catalizzatore (Fe 2 O 3), che abbassa la soglia di attivazione.
Avanzamento della soluzione passo dopo passo:
Riso. 1. Installazione da laboratorio per la determinazione dei parametri di combustione e della concentrazione di ossigeno nei prodotti della combustione di una candela ad ossigeno.
L'aggiunta di un catalizzatore, inoltre, ha permesso di ridurre significativamente la quantità limite di carburante nella miscela alla quale viene ancora mantenuta una reazione stabile. Un additivo di controllo al sistema base a due componenti di riempitivo inerte (aerosil SiO 2) non ha portato a cambiamenti evidenti nella velocità di combustione.
Tappo di ossigenoè un dispositivo che, attraverso una reazione chimica, produce ossigeno idoneo al consumo da parte degli organismi viventi. La tecnologia è stata sviluppata da un gruppo di scienziati provenienti da Russia e Paesi Bassi. Ampiamente utilizzato dai servizi di soccorso in molti paesi, anche su aerei e stazioni spaziali come la ISS. I principali vantaggi di questo sviluppo sono la compattezza e la leggerezza.
L'ossigeno è una risorsa molto importante a bordo della ISS. Ma cosa succede se durante un incidente o un guasto accidentale, i sistemi di supporto vitale, compreso il sistema di fornitura di ossigeno, smettono di funzionare? Tutti gli organismi viventi a bordo semplicemente non saranno in grado di respirare e moriranno. Pertanto, soprattutto in questi casi, gli astronauti dispongono di una scorta piuttosto impressionante di generatori chimici di ossigeno; per dirla semplicemente, questo è candele ad ossigeno. Il modo in cui un dispositivo del genere funziona e viene utilizzato nello spazio è stato mostrato in termini generali nel film "Alive".
Gli aeroplani utilizzano anche generatori di ossigeno a base chimica. Se la tavola viene depressurizzata o si verifica un altro guasto, una maschera di ossigeno cadrà vicino a ciascun passeggero. La maschera produrrà ossigeno per 25 minuti, dopodiché la reazione chimica si fermerà.
Tappo di ossigeno nello spazio è costituito da perclorato o clorato di potassio. La maggior parte degli aerei utilizza perossido di bario o clorato di sodio. C'è anche un generatore di accensione e un filtro per il raffreddamento e la pulizia da altri elementi non necessari.
L'invenzione riguarda i generatori di ossigeno per la respirazione e può essere utilizzata negli apparecchi respiratori per uso personale, utilizzati in situazioni di emergenza, ad esempio durante lo spegnimento di incendi. Al fine di ridurre la velocità di generazione di ossigeno e aumentare l'affidabilità durante il funzionamento a lungo termine, un generatore di ossigeno pirochimico contenente blocchi pressati di una fonte di ossigeno solida con elementi di accensione di transizione, un dispositivo di attivazione, isolamento termico e un sistema di filtraggio, collocati in un metallo la custodia, dotata di un tubo di uscita per l'ossigeno, ha una fonte solida che blocca l'ossigeno sotto forma di parallelepipedi, mentre come fonte solida di ossigeno viene utilizzata una composizione di clorato di sodio, perossido di calcio e magnesio. Gli elementi di accensione transitori sono preparati da una miscela di perossido di calcio con magnesio e vengono pressati sotto forma di compresse nell'estremità o nel bordo laterale del lato, e i blocchi stessi sono disposti a strati e a zigzag in ogni strato . 1z. p.f-ly, 2 ill.
L'invenzione riguarda i generatori di ossigeno per la respirazione e può essere utilizzata negli apparecchi respiratori per uso personale, utilizzati in situazioni di emergenza, ad esempio durante lo spegnimento di incendi. Un generatore pirochimico di ossigeno è un dispositivo costituito da un involucro, all'interno del quale è presente una composizione in grado di rilasciare ossigeno attraverso un processo pirochimico autopropagante: una candela ad ossigeno, un dispositivo di accensione per avviare la combustione della candela, un sistema di filtro per purificare il gas da impurità e fumi estranei e isolamento termico. Attraverso il tubo di uscita, l'ossigeno viene fornito al punto di consumo attraverso la tubazione. Nella maggior parte dei generatori di ossigeno noti la candela è realizzata sotto forma di monoblocco cilindrico. Il tempo di combustione di una candela del genere non supera i 15 minuti. Un funzionamento più lungo del generatore si ottiene utilizzando diversi blocchi (elementi) disposti in modo che le loro estremità si tocchino. Quando termina la combustione di un blocco, l'impulso termico avvia la combustione dell'elemento successivo della candela, e così via fino al suo completo esaurimento. Per un'accensione più affidabile, nell'estremità dell'elemento che riceve l'impulso viene pressata una composizione pirotecnica ad accensione intermedia, che ha maggiore energia e maggiore sensibilità all'impulso termico rispetto alla composizione principale della candela. I generatori pirochimici di ossigeno noti funzionano con candele al clorato di tipo termocatalitico contenenti clorato di sodio, perossido di bario, ferro e leganti, o candele al clorato di tipo catalitico costituite da clorato di sodio e un catalizzatore, ad esempio ossido o perossido di sodio o di potassio. I generatori chimici noti rilasciano ossigeno ad una portata non inferiore a 4 l/min, che è molte volte superiore al bisogno fisiologico di una persona. Con le composizioni note non è possibile ottenere una velocità inferiore di generazione di ossigeno. Quando si riduce il diametro del blocco candela, ad es. zona del fronte ardente, che potrebbe portare ad una diminuzione della velocità, la candela perde la sua capacità di bruciare. Per mantenere la funzionalità della candela, è necessario un cambiamento di energia aumentando la percentuale di carburante nella composizione, che porta ad un aumento della velocità di combustione e, di conseguenza, ad un aumento della velocità di rilascio dell'ossigeno. Un generatore noto contiene blocchi pressati di una fonte di ossigeno solida con elementi di accensione transitori, un dispositivo di attivazione, isolamento termico e un sistema di filtraggio in un alloggiamento metallico con un tubo di uscita per l'ossigeno. Il tappo dell'ossigeno in questo generatore ha una composizione di clorato di sodio, ossido e perossido di sodio ed è costituito da blocchi cilindrici separati che sono in contatto tra loro alle estremità. Gli elementi di accensione transitori sono pressati all'estremità di ciascun blocco e sono composti da alluminio e ossido di ferro. Alcuni blocchi hanno una forma curva, che consente di posarli lungo una linea a forma di U, a forma di U, a spirale, ecc. A causa dell'elevato tasso di generazione di ossigeno, aumenta il peso totale della candela di ossigeno necessaria per garantire il funzionamento a lungo termine del generatore. Ad esempio, per far funzionare un generatore prototipo per 1 ora, è necessaria una candela del peso di circa 1,2 kg. L'elevata velocità di generazione porta anche alla necessità di migliorare l'isolamento termico, a cui si associa anche un ulteriore aumento del peso del generatore. I blocchi curvi (angolari) sono difficili da produrre e hanno una bassa resistenza meccanica: si rompono facilmente in piega, il che porta alla cessazione della combustione alla rottura, ad es. ridurre l'affidabilità del funzionamento continuo a lungo termine del generatore. Lo scopo dell'invenzione è ridurre la velocità di generazione di ossigeno e aumentare l'affidabilità durante il funzionamento a lungo termine del generatore. Ciò è ottenuto dal fatto che un generatore di ossigeno pirochimico contenente blocchi pressati di una fonte di ossigeno solida con elementi di accensione transitori, un dispositivo di attivazione, isolamento termico e un sistema di filtraggio, collocati in un alloggiamento metallico dotato di un tubo di uscita per l'ossigeno, ha blocchi di una fonte solida di ossigeno sotto forma di parallelepipedi, mentre come fonte solida di ossigeno viene utilizzata una composizione di clorato di sodio, perossido di calcio e magnesio; gli elementi di accensione transitori vengono preparati da una miscela di perossido di calcio con magnesio e pressati sotto forma di compressa nell'estremità o nella faccia laterale del blocco, e i blocchi stessi vengono disposti strato per strato e a zigzag in ciascuno strato. La Figura 1 mostra un generatore pirochimico, vista generale. Il generatore ha un alloggiamento metallico 1, all'estremità del quale si trova un dispositivo di attivazione 2. Sul bordo superiore dell'alloggiamento è presente un tubo 3 per l'uscita dell'ossigeno. I blocchi 4 della fonte di ossigeno solida sono disposti a strati e isolati l'uno dall'altro e dalle pareti dell'alloggiamento mediante guarnizioni 5 in ceramica porosa. Su tutta la superficie dello strato superiore di blocchi e sul bordo superiore della carrozzeria sono disposte reti metalliche 6, tra le quali è presente un filtro multistrato 7. In FIG. La Figura 2 mostra uno schema di posa di uno strato di blocchi di fonti di ossigeno solido nel generatore. Sono stati utilizzati due tipi di blocchi: 4 lunghi con una pastiglia di accensione di transizione 9 pressata all'estremità del blocco e 8 corti con una pastiglia di accensione di transizione nella parete laterale. Il generatore viene attivato quando viene acceso il dispositivo di attivazione 2, da cui si accende la composizione di accensione 10 e si accende il primo blocco della candela. Il fronte di combustione si muove continuamente lungo il corpo della candela, spostandosi da un blocco all'altro nei punti di contatto tramite pastiglie di accensione transitorie 9. Come risultato della combustione della candela, viene rilasciato ossigeno. Il flusso di ossigeno risultante passa attraverso i pori della ceramica 5, dove viene parzialmente raffreddato ed entra nel sistema di filtraggio. Passando attraverso reti metalliche e filtri, viene ulteriormente raffreddato e liberato da impurità e fumi indesiderati. Dal tubo 3 esce ossigeno puro adatto alla respirazione. La velocità di generazione dell'ossigeno, a seconda delle esigenze, può essere modificata nell'intervallo da 0,7 a 3 l/min, modificando la composizione della fonte solida di ossigeno nel rapporto in peso NaClO 4 CaO 2 Mg 1 (0,20-0,24) ( 0,04-0,07) e la composizione degli elementi di accensione CaO 2 Mg in un rapporto in peso di 1 (0,1-0,2). La combustione di uno strato di blocchi solidi di fonte di ossigeno dura 1 ora. Se è necessario un funzionamento più lungo, la combustione viene trasferita utilizzando un blocco corto 11 allo strato successivo situato parallelo al primo, ecc. Il peso totale degli elementi della candela per un'ora di combustione è di 300 g; il rilascio totale di calore è di circa 50 kcal/h. Nel generatore proposto, una candela ad ossigeno sotto forma di elementi parallelepipedi semplifica il loro collegamento reciproco e consente un imballaggio denso e compatto. Il fissaggio rigido e l'eliminazione della mobilità dei blocchi parallelepipedi garantisce la loro sicurezza durante il trasporto e l'uso come parte di un autorespiratore, aumentando così l'affidabilità del funzionamento a lungo termine del generatore.
Reclamo
1. GENERATORE DI OSSIGENO PIROCHIMICO contenente blocchi pressati di una fonte solida di ossigeno con elementi di accensione transitori, un dispositivo di attivazione, isolamento termico e un sistema di filtraggio, collocati in un alloggiamento metallico dotato di un tubo di uscita per l'ossigeno, caratterizzato dal fatto che i blocchi di un solido fonte di ossigeno sono realizzate sotto forma di parallelepipedi, con In questo caso, una composizione di clorato di sodio, perossido di calcio e magnesio e elementi di accensione transitori - una miscela di perossido di calcio e magnesio - vengono utilizzati come fonte solida di ossigeno e si trovano all'estremità o sulla faccia laterale del blocco. 2. Generatore di ossigeno secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i blocchi di una sorgente solida di ossigeno sono disposti strato per strato e a zigzag in ciascuno strato.
L'ossigeno a bordo di un aereo può essere immagazzinato allo stato gassoso, liquido e criogenico (§ 10.3), e può anche trovarsi allo stato legato in combinazione con alcuni elementi chimici.
La necessità di ossigeno su un aereo è determinata dal consumo di ossigeno dei membri dell'equipaggio, dall'entità delle sue perdite nello spazio circostante e dalla necessità di ricreare la pressione nella cabina di rigenerazione dopo la depressurizzazione forzata o di emergenza. Le perdite di ossigeno dovute a perdite dalle cabine dei veicoli spaziali sono generalmente insignificanti (ad esempio, sulla navicella Apollo ~ 100 g/h).
Il consumo maggiore di ossigeno può verificarsi quando la cabina viene ripressurizzata.
La quantità di ossigeno consumato da una persona dipende dal peso della persona, dalle sue condizioni fisiche, dalla natura e dall’intensità dell’attività, dal rapporto tra proteine, grassi e carboidrati nella dieta e da altri fattori. Si ritiene che il consumo medio giornaliero di ossigeno di una persona, a seconda del suo dispendio energetico, possa variare da 0,6 a 1 kg. Quando si sviluppano sistemi di supporto vitale per voli a lungo termine, il consumo medio giornaliero di ossigeno per persona viene solitamente considerato pari a 0,9-1 kg.
Il peso e le caratteristiche volumetriche di questo sistema di rigenerazione dipendono dal tempo di volo e dalle caratteristiche del sistema di stoccaggio delle necessarie riserve di ossigeno e di assorbitori di impurità nocive.
Il coefficiente a per il sistema di stoccaggio 02 allo stato liquido è di circa 0,52-0,53, allo stato criogenico - 0,7 e allo stato gassoso - circa 0,8.
Tuttavia, la conservazione dell'ossigeno in uno stato criogenico è più redditizia, poiché in questo caso, rispetto a un sistema di ossigeno liquido, sono necessarie attrezzature più semplici, poiché non è necessario trasferire l'ossigeno dalla fase liquida a quella gassosa in condizioni di assenza di peso.
Fonti promettenti di ossigeno sono alcuni composti chimici che contengono una grande quantità di ossigeno legato e lo rilasciano facilmente.
La fattibilità dell'utilizzo di una serie di composti chimici altamente attivi è giustificata dal fatto che, insieme al rilascio di ossigeno come risultato della reazione, assorbono l'anidride carbonica e l'acqua rilasciate durante la vita dell'equipaggio. Inoltre, questi composti sono in grado di deodorare l'atmosfera dell'abitacolo, ovvero eliminare gli odori, le sostanze tossiche e distruggere i batteri.
L'ossigeno, combinato con altri elementi, è presente in molti composti chimici. Tuttavia solo alcuni di essi possono essere utilizzati per produrre O2. Quando si lavora a bordo di un aeromobile, i composti chimici devono soddisfare requisiti specifici: 1) essere stabili durante lo stoccaggio, sicuri e affidabili durante il funzionamento; 2) rilasciare facilmente ossigeno e con un contenuto minimo di impurità; 3) la quantità di ossigeno rilasciata con l'assorbimento simultaneo di CO2 e H20 dovrebbe essere sufficientemente grande da ridurre al minimo il peso del sistema con la fornitura di sostanze.
Sui veicoli spaziali, è consigliabile utilizzare le riserve di ossigeno nei seguenti composti chimici: superossidi di metalli alcalini, perossido di idrogeno, clorati di metalli alcalini.
La sostanza che rilascia ossigeno più utilizzata è il superossido di potassio.
Le cartucce di superossido sono adatte per la conservazione a lungo termine. La reazione del rilascio di ossigeno dal superossido di potassio può essere facilmente controllata. È molto importante che i superossidi rilascino ossigeno quando assorbono anidride carbonica e acqua. È possibile garantire che la reazione proceda in modo tale che il rapporto tra il volume di anidride carbonica assorbita e il volume di ossigeno rilasciato sia uguale al coefficiente respiratorio umano.
Per effettuare la reazione è necessario un flusso di gas arricchito di ossigeno e contenente anidride carbonica e vapori
Nella prima reazione principale, 1 kg di K02 assorbe 0,127 kg di acqua e rilascia 236 litri di ossigeno gassoso. Nella seconda reazione principale, 1 kg di CO2 assorbe 175 litri di anidride carbonica e rilascia 236 litri di ossigeno gassoso.
A causa della presenza di reazioni secondarie, il rapporto tra il volume di ossigeno rilasciato nel rigeneratore e il volume di anidride carbonica assorbita può variare ampiamente e non corrisponde al rapporto tra il volume di ossigeno consumato da una persona e il volume di carbonio biossido da lui rilasciato.
Il verificarsi di una reazione di un tipo o dell'altro dipende dal contenuto di vapore acqueo e anidride carbonica nel flusso di gas. All’aumentare del contenuto di vapore acqueo, aumenta la quantità di ossigeno prodotto. La regolazione della produttività dell'ossigeno nella cartuccia di rigenerazione viene effettuata modificando il contenuto di vapore acqueo all'ingresso della cartuccia.
I clorati di metalli alcalini (ad esempio NaC103)t sono utilizzati come mezzi di emergenza destinati alla rapida produzione di ossigeno in caso, ad esempio, di depressurizzazione improvvisa della cabina. modulo supposte di clorato.
La resa di ossigeno praticamente possibile in questo caso è di ~40to/o. La reazione di decomposizione dei clorati avviene con l'assorbimento di calore. Il calore necessario affinché avvenga la reazione viene rilasciato a seguito dell'ossidazione della polvere di ferro, che viene aggiunta alle candele al clorato. Le candele vengono accese utilizzando un fiammifero al fosforo o un accenditore elettrico. Supposte di clorato bruciare ad una velocità di circa 10 mm/min.
Quando si utilizzano sistemi di rigenerazione dell'ambiente gassoso in cabina, basati su riserve di ossigeno gassoso o criogenico, è necessario asciugare l'ambiente gassoso dal vapore acqueo, dall'anidride carbonica e dalle impurità nocive.
L'essiccazione dell'ambiente gassoso può essere effettuata soffiando gas attraverso assorbitori d'acqua o scambiatori di calore che raffreddano il gas al di sotto del punto di rugiada, seguito dalla rimozione dell'umidità condensata.
Tappo di ossigeno- si tratta di un dispositivo che, mediante una reazione chimica, produce ossigeno idoneo al consumo da parte degli organismi viventi. La tecnologia è stata sviluppata da un gruppo di scienziati provenienti da Russia e Paesi Bassi. Ampiamente utilizzato dai servizi di soccorso in molti paesi, anche su aerei e stazioni spaziali come la ISS. I principali vantaggi di questo sviluppo sono la compattezza e la leggerezza.
L'ossigeno è una risorsa molto importante a bordo della ISS. Ma cosa succede se durante un incidente o un guasto accidentale, i sistemi di supporto vitale, compreso il sistema di fornitura di ossigeno, smettono di funzionare? Tutti gli organismi viventi a bordo semplicemente non saranno in grado di respirare e moriranno. Pertanto, soprattutto in questi casi, gli astronauti dispongono di una scorta piuttosto impressionante di generatori chimici di ossigeno; per dirla semplicemente, questo è candele ad ossigeno. Il modo in cui un dispositivo del genere funziona e viene utilizzato nello spazio è stato mostrato in termini generali nel film "Alive".
Gli aerei utilizzano anche generatori di ossigeno a base chimica. Se la tavola viene depressurizzata o si verifica un altro guasto, una maschera di ossigeno cadrà vicino a ciascun passeggero. La maschera produrrà ossigeno per 25 minuti, dopodiché la reazione chimica si fermerà.
Tappo di ossigeno nello spazio è costituito da perclorato o clorato di potassio. La maggior parte degli aerei utilizza perossido di bario o clorato di sodio. C'è anche un generatore di accensione e un filtro per il raffreddamento e la pulizia da altri elementi non necessari.
L'invenzione riguarda i generatori di ossigeno per la respirazione e può essere utilizzata negli apparecchi respiratori per uso personale, utilizzati in situazioni di emergenza, ad esempio durante lo spegnimento di incendi. Al fine di ridurre la velocità di generazione di ossigeno e aumentare l'affidabilità durante il funzionamento a lungo termine, un generatore di ossigeno pirochimico contenente blocchi pressati di una fonte di ossigeno solida con elementi di accensione di transizione, un dispositivo di attivazione, isolamento termico e un sistema di filtraggio, collocati in un metallo la custodia, dotata di un tubo di uscita per l'ossigeno, ha una fonte solida che blocca l'ossigeno sotto forma di parallelepipedi, mentre come fonte solida di ossigeno viene utilizzata una composizione di clorato di sodio, perossido di calcio e magnesio. Gli elementi di accensione transitori sono preparati da una miscela di perossido di calcio con magnesio e vengono pressati sotto forma di compresse nell'estremità o nel bordo laterale del lato, e i blocchi stessi sono disposti a strati e a zigzag in ogni strato . 1z. p.f-ly, 2 ill.
L'invenzione riguarda i generatori di ossigeno per la respirazione e può essere utilizzata negli apparecchi respiratori per uso personale, utilizzati in situazioni di emergenza, ad esempio durante lo spegnimento di incendi.
Un generatore pirochimico di ossigeno è un dispositivo costituito da un involucro, all'interno del quale è presente una composizione in grado di rilasciare ossigeno attraverso un processo pirochimico autopropagante: una candela ad ossigeno, un dispositivo di accensione per avviare la combustione della candela, un sistema di filtro per purificare il gas da impurità e fumi estranei e isolamento termico. Attraverso il tubo di uscita, l'ossigeno viene fornito al punto di consumo attraverso la tubazione.
Nella maggior parte dei generatori di ossigeno noti la candela è realizzata sotto forma di monoblocco cilindrico. Il tempo di combustione di una candela del genere non supera i 15 minuti. Un funzionamento più lungo del generatore si ottiene utilizzando diversi blocchi (elementi) disposti in modo che le loro estremità si tocchino. Quando termina la combustione di un blocco, l'impulso termico avvia la combustione dell'elemento successivo della candela, e così via fino al suo completo esaurimento. Per un'accensione più affidabile, nell'estremità dell'elemento che riceve l'impulso viene pressata una composizione pirotecnica ad accensione intermedia, che ha maggiore energia e maggiore sensibilità all'impulso termico rispetto alla composizione principale della candela.
I generatori pirochimici di ossigeno noti funzionano con candele al clorato di tipo termocatalitico contenenti clorato di sodio, perossido di bario, ferro e leganti, o candele al clorato di tipo catalitico costituite da clorato di sodio e un catalizzatore, ad esempio ossido o perossido di sodio o di potassio. I generatori chimici noti rilasciano ossigeno ad una portata non inferiore a 4 l/min, che è molte volte superiore al bisogno fisiologico di una persona. Con le composizioni note non è possibile ottenere una velocità inferiore di generazione di ossigeno. Quando si riduce il diametro del blocco candela, ad es. zona del fronte ardente, che potrebbe portare ad una diminuzione della velocità, la candela perde la sua capacità di bruciare. Per mantenere la funzionalità della candela, è necessario un cambiamento di energia aumentando la percentuale di carburante nella composizione, che porta ad un aumento della velocità di combustione e, di conseguenza, ad un aumento della velocità di rilascio dell'ossigeno.
Un generatore noto contiene blocchi pressati di una fonte di ossigeno solida con elementi di accensione transitori, un dispositivo di attivazione, isolamento termico e un sistema di filtraggio in un alloggiamento metallico con un tubo di uscita per l'ossigeno. Il tappo dell'ossigeno in questo generatore ha una composizione di clorato di sodio, ossido e perossido di sodio ed è costituito da blocchi cilindrici separati che sono in contatto tra loro alle estremità. Gli elementi di accensione transitori sono pressati all'estremità di ciascun blocco e sono composti da alluminio e ossido di ferro. Alcuni blocchi hanno una forma curva, che consente di posarli lungo una linea a forma di U, a forma di U, a spirale, ecc.
A causa dell'elevato tasso di generazione di ossigeno, aumenta il peso totale della candela di ossigeno necessaria per garantire il funzionamento a lungo termine del generatore. Ad esempio, per far funzionare un generatore prototipo per 1 ora, è necessaria una candela del peso di circa 1,2 kg. L'elevata velocità di generazione porta anche alla necessità di migliorare l'isolamento termico, a cui si associa anche un ulteriore aumento del peso del generatore.
I blocchi curvi (angolari) sono difficili da produrre e hanno una bassa resistenza meccanica: si rompono facilmente in piega, il che porta alla cessazione della combustione alla rottura, ad es. ridurre l'affidabilità del funzionamento continuo a lungo termine del generatore.
Lo scopo dell'invenzione è ridurre la velocità di generazione di ossigeno e aumentare l'affidabilità durante il funzionamento a lungo termine del generatore.
Ciò è ottenuto dal fatto che un generatore di ossigeno pirochimico contenente blocchi pressati di una fonte di ossigeno solida con elementi di accensione transitori, un dispositivo di attivazione, isolamento termico e un sistema di filtraggio, collocati in un alloggiamento metallico dotato di un tubo di uscita per l'ossigeno, ha blocchi di una fonte solida di ossigeno sotto forma di parallelepipedi, mentre come fonte solida di ossigeno viene utilizzata una composizione di clorato di sodio, perossido di calcio e magnesio; gli elementi di accensione transitori vengono preparati da una miscela di perossido di calcio con magnesio e pressati sotto forma di compressa nell'estremità o nella faccia laterale del blocco, e i blocchi stessi vengono disposti strato per strato e a zigzag in ciascuno strato.
La Figura 1 mostra un generatore pirochimico, vista generale. Il generatore ha un alloggiamento metallico 1, all'estremità del quale si trova un dispositivo di attivazione 2. Sul bordo superiore dell'alloggiamento è presente un tubo 3 per l'uscita dell'ossigeno. I blocchi 4 della fonte di ossigeno solida sono disposti a strati e isolati l'uno dall'altro e dalle pareti dell'alloggiamento mediante guarnizioni 5 in ceramica porosa. Su tutta la superficie dello strato superiore di blocchi e sul bordo superiore del corpo sono posizionate reti metalliche 6, tra le quali è presente un filtro multistrato 7.
Nella fig. La Figura 2 mostra uno schema di posa di uno strato di blocchi di fonti di ossigeno solido nel generatore. Sono stati utilizzati due tipi di blocchi: 4 lunghi con una pastiglia di accensione di transizione 9 pressata all'estremità del blocco e 8 corti con una pastiglia di accensione di transizione nella parete laterale.
Il generatore viene attivato quando viene acceso il dispositivo di attivazione 2, da cui si accende la composizione di accensione 10 e si accende il primo blocco della candela. Il fronte di combustione si muove continuamente lungo il corpo della candela, spostandosi da un blocco all'altro nei punti di contatto tramite pastiglie di accensione transitorie 9. Come risultato della combustione della candela, viene rilasciato ossigeno. Il flusso di ossigeno risultante passa attraverso i pori della ceramica 5, dove viene parzialmente raffreddato ed entra nel sistema di filtraggio. Passando attraverso reti metalliche e filtri, viene ulteriormente raffreddato e liberato da impurità e fumi indesiderati. Dal tubo 3 esce ossigeno puro adatto alla respirazione.
La velocità di generazione dell'ossigeno, a seconda delle esigenze, può essere modificata nell'intervallo da 0,7 a 3 l/min, modificando la composizione della fonte solida di ossigeno nel rapporto in peso NaClO 4 CaO 2 Mg 1 (0,20-0,24) ( 0,04-0,07) e la composizione degli elementi di accensione CaO 2 Mg in un rapporto in peso di 1 (0,1-0,2). La combustione di uno strato di blocchi solidi di fonte di ossigeno dura 1 ora. Se è necessario un funzionamento più lungo, la combustione viene trasferita utilizzando un blocco corto 11 allo strato successivo situato parallelo al primo, ecc. Il peso totale degli elementi della candela per un'ora di combustione è di 300 g; il rilascio totale di calore è di circa 50 kcal/h.
Nel generatore proposto, una candela ad ossigeno sotto forma di elementi parallelepipedi semplifica il loro collegamento reciproco e consente un imballaggio denso e compatto. Il fissaggio rigido e l'eliminazione della mobilità dei blocchi parallelepipedi garantisce la loro sicurezza durante il trasporto e l'uso come parte di un autorespiratore, aumentando così l'affidabilità del funzionamento a lungo termine del generatore.
1. GENERATORE DI OSSIGENO PIROCHIMICO contenente blocchi pressati di una fonte solida di ossigeno con elementi di accensione transitori, un dispositivo di attivazione, isolamento termico e un sistema di filtraggio, collocati in un alloggiamento metallico dotato di un tubo di uscita per l'ossigeno, caratterizzato dal fatto che i blocchi di un solido fonte di ossigeno sono realizzate sotto forma di parallelepipedi, con In questo caso, una composizione di clorato di sodio, perossido di calcio e magnesio e elementi di accensione transitori - una miscela di perossido di calcio e magnesio - vengono utilizzati come fonte solida di ossigeno e si trovano all'estremità o sulla faccia laterale del blocco.
2. Generatore di ossigeno secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i blocchi di una sorgente solida di ossigeno sono disposti strato per strato e a zigzag in ciascuno strato.
OSSIGENO(dal latino Oxygenium, dal greco oxys sour e gennao - partorisco) Oh, chimico. elemento VI gr. periodico sistemi, a. N. 8, a. m.15.9994. Natura K. è costituito da tre isotopi stabili: 16 O (99,759%), 17 O (0,037%) e 18 O (0,204%) Configurazione del guscio elettronico esterno dell'atomo 2s 2 2p; energie di ionizzazione O° : O + : O 2+ sono rispettivamente uguali. 13,61819, 35,118 eV; Elettronegatività di Pauling 3,5 (elemento più elettronegativo dopo F); affinità elettronica 1.467 eV; raggio covalente 0,066 nm.
La molecola K è biatomica. Esiste anche una modifica allotropica di K. ozono O3. La distanza interatomica nella molecola di O 2 è 0,12074 nm; energia di ionizzazione dell'O 2 12.075 eV;
affinità elettronica 0,44 eV; energia di dissociazione 493,57 kJ/mol, costante di dissociazione Kr=pO2 /pO2 è 1,662. 10 -1 a 1500 K, 1.264. 10 -2 a 3000 K, 48,37 a 5000 K; raggio ionico di O 2 (i numeri di coordinazione sono indicati tra parentesi) 0,121 nm (2), 0,124 nm (4), 0,126 nm (6) e 0,128 nm (8).
Nello stato fondamentale (tripletto) ci sono due elettroni di valenza della molecola di O 2 situati negli orbitali di antilegame P X e pag y, non sono accoppiati, per cui K. è paramagnetico (unità, gas paramagnetico, costituito da molecole biatomiche omonucleari); mag. molare suscettibilità ai gas 3.4400.
10 (293 K), varia inversamente con abs. t-re (legge di Curie). Esistono due stati eccitati di lunga durata dell'O 2: il singoletto 1 D g (energia di eccitazione 94,1 kJ/mol, durata 45 min) e singoletto (energia di eccitazione 156,8 kJ/mol).
K.-naib. un elemento comune sulla Terra. L'atmosfera contiene il 23,10% in massa (20,95% in volume) di sostanze libere. K., rispettivamente nell'idrosfera e nella litosfera. 85,82 e 47% in peso di potassio legato.Si conoscono più di 1.400 minerali, tra cui il potassio.La perdita di potassio nell'atmosfera a seguito dell'ossidazione, compresa la combustione, il decadimento e la respirazione, è compensata dal rilascio di potassio da parte delle piante durante la fotosintesi. K. fa parte di tutte le sostanze da cui sono costruiti gli organismi viventi; il corpo umano contiene ca. 65%.
Proprietà. K.-incolore gas inodore e insapore. T.kip. 90,188 K, temperatura del punto triplo 54,361 K; denso a 273 K e pressione normale 1,42897 g/l, densità. (in kg/m3) a 300 K: 6,43 (0,5 MPa), 12,91 (1 MPa), 52,51 (4 MPa); t critico 154.581 K, R Creta
5.043 MPa, dcrit 436,2 kg/m 3 ; C0p29,4 J/(mol. A); D H0 isp 6,8 kJ/mol (90,1 K); S O 299
205,0 JDmol. . K) a 273 K; h 205,2 3 10 -7 Pa. s (298 K). Il liquido K. è colorato di blu; denso 1,14 g/cm 3 (90,188 K); C O p 54,40 J/(mol.
A); conducibilità termica 0,147 Wdm. K) (90 K, 0,1 MPa); H
1.890. 10-2 Pa. Con; g13.2. 10 -5 N/m (90 K), livello di dipendenza dalla temperatura g = -38,46. 10 -3 (1 - T/154.576) 11/9 N/m; nD 1,2149 ( l =546,1 nm; 100 K); non conduttore; mag. molare suscettibilità 7.699. 10 -3 (90,1 K). Il solido K. esiste in diversi. cristallino modifiche. Al di sotto di 23,89 K, la forma a con corpo centrato è stabile. rum-beach, griglia (a 21 K e 0,1 MPa UN= 0,55 nm, b =
0,382 nm, s=0,344 nm, densità. 1,46 g/cm3), a 23,89-43,8 K- B - forma con esageno, cristallina. reticolo (a 28 K e 0,1 MPa UN= 0,3307 nm, s = 1,1254 nm), sopra 43,8 K si ha G - forma cubica reticolo ( UN= 0,683 nm); D H° delle transizioni polimorfiche g: b 744 J/mol (43,818 K), b:a 93,8 J/mol (23,878 K); punto triplo b-g- K. gassoso: temperatura 283 K, pressione 5,0 GPa; D H Omp 443 J/mol; Livello di dipendenza dalla temperatura della densità d= 1.5154-0.004220T g/cm 3 (44 54 K), a-, b- e g- O 2 cristalli azzurri. La modifica p è antiferromagnetica, a e g paramagnetico, il loro magnete. suscettibilità risp. 1.760. 10 -3 (23,7 K) e 1,0200. 10 -5 (54,3 K). A 298 K e un aumento della pressione a 5,9 GPa, K cristallizza formando esageno di colore rosa. B -modulo ( un = 0,2849 nm, c = 1.0232 nm), e quando la pressione aumenta a 9 GPa, una forma a diamante arancione. e -forma (a 9,6 GPa UN=0,42151 nm, b= 0,29567 nm, Con=0,66897 nm, densità 2.548 g/cm3).
Tasso R di K. alle atm. pressione e 293 K (in cm 3/cm 3): in acqua 0,031, etanolo 0,2201, metanolo 0,2557, acetone 0,2313; Valore pH in acqua a 373 K 0,017 cm 3 /cm 3; Valore del pH a 274 K (in % in volume): in perfluorobutiltetraidrofurano 48,5, perfluorodecalina 45,0, perfluoro-l-metildecalina 42,3. Buoni assorbitori solidi per K sono il nero platino e il carbone attivo. Metalli nobili in fusione. mezzi di assorbimento da parte dello stato. numero di K., ad es. a 960 °C un volume di argento assorbe ~22 volumi di K., che a
una volta raffreddato viene rilasciato quasi completamente. Molte persone hanno la capacità di assorbire K. si formano metalli solidi e ossidi e non stechiometrici. connessioni.
K. ha un alto contenuto chimico attività, formando un composto. con tutti gli elementi tranne He, Ne e Ar. Atomo K. in chimica. conn. solitamente acquista elettroni ed è negativo. carica effettiva. I composti in cui gli elettroni vengono allontanati dall'atomo K sono estremamente rari (ad esempio OF 2). Con sostanze semplici diverse da Au, Pt, Xe e Kr, K reagisce direttamente in condizioni normali o quando riscaldato, nonché in presenza. catalizzatori. Le reazioni con gli alogeni vengono effettuate sotto l'influenza dell'elettricità. scariche o radiazioni UV. Nelle aree con tutte le sostanze semplici tranne F 2, K è un agente ossidante.
Mol. K. ne forma tre diverse. forme ioniche, ciascuna delle quali dà origine ad una classe di composti: O - 2 - superossidi, O 2 2- -
perossidi (vedi Composti di perossidi inorganici, Composti di perossidi organici), O + 2 - composti diossigenilici. L'ozono forma ozonidi, in cui la forma ionica è K-O - 3. La molecola di O2 si lega come un debole ligando ad alcuni complessi di Fe, Co, Mn, Cu. Tra questi collegamenti. L'emoglobina è importante poiché trasporta il sangue nel corpo degli animali a sangue caldo.
Vengono chiamate R-zioni con K., accompagnate da un intenso rilascio di energia. bruciando. Le interazioni giocano un ruolo importante. K. con metalli presenti. umidità-atm. corrosione dei metalli, E respiro organismi viventi e decadimento. Come risultato di un'org complessa e putrefatta. Le sostanze di animali e piante morti si trasformano in sostanze più semplici e, infine, in CO 2 e acqua.
K reagisce con l'idrogeno per formare acqua e rilasciare una grande quantità di calore (286 kJ per mole di H2). A temperatura ambiente il flusso è estremamente lento, in presenza. catalizzatori - in tempi relativamente brevi già a 80-100 ° C (questa soluzione viene utilizzata per purificare H 2 e gas inerti dalle impurità di O 2). Al di sopra di 550 °C la reazione dell'H 2 con l'O 2 è accompagnata da un'esplosione.
Da elementi del I gr. massimo reagiscono facilmente con K. Rb e Cs, che si accendono spontaneamente in aria, K, Na e Li reagiscono con K. più lentamente, in presenza la reazione accelera. vapore acqueo. Quando i metalli alcalini (tranne il Li) vengono bruciati in un'atmosfera di K, si formano perossidi M 2 O 2 e superossidi MO 2. K reagisce relativamente facilmente con gli elementi del sottogruppo IIa, ad esempio Ba può accendersi nell'aria a 20-25 ° C, Mg e Be si accendono sopra 500 ° C; I prodotti della soluzione in questi casi sono ossidi e perossidi. Con elementi del sottogruppo IIb K. interazione. con grande difficoltà la soluzione di K. con Zn, Cd e Hg avviene solo a temperature più elevate (sono note rocce in cui il Hg è contenuto in forma elementare). Sulle superfici di Zn e Cd si formano forti pellicole dei loro ossidi, che proteggono i metalli da ulteriore ossidazione.
Elementi III gr. reagiscono con K. solo quando riscaldati, formando ossidi. I metalli compatti Ti, Zr e Hf sono resistenti all'azione del carbonio, che reagisce con il carbonio formando CO 2 e rilasciando calore (394 kJ/mol); con carbonio amorfo, la reazione avviene con leggero riscaldamento, con diamante e grafite - superiore a 700 ° C.
K. reagisce con l'azoto solo al di sopra dei 1200°C con formazione di NO, che viene poi facilmente ossidato da K. a NO 2 già a temperatura ambiente. Il fosforo bianco tende alla combustione spontanea nell'aria a temperatura ambiente.
Elementi VI gr. S, Se e Te reagiscono con il potassio ad una velocità notevole con un riscaldamento moderato. Una notevole ossidazione di W e Mo si osserva sopra i 400 °C, Cr - a temperature molto più elevate.
K. ossida vigorosamente l'org. connessioni. La combustione di combustibili liquidi e gas combustibile avviene a seguito della reazione del carbonio con gli idrocarburi.
Ricevuta. Nell'industria K. ottieni separazione dell'aria, cap. arr. mediante il metodo di rettifica a bassa temperatura. Viene anche prodotto insieme all'H 2 durante la produzione industriale. elettrolisi dell'acqua. Producono tecnologia gassosa. K. (92-98% O 2), tec. (1° grado 99,7% O 2 , 2° grado 99,5% e 3° grado 99,2%) e
liquido (non meno del 99,7% O 2). K. è prodotto anche per scopi medicinali (“medical ossigeno"contenente il 99,5% di O 2).
Per respirare in spazi ristretti (sottomarini, veicoli spaziali, ecc.) utilizzare fonti solide di K., la cui azione si basa sull'esotermica autopropagante. r-zione tra il vettore K. (clorato o perclorato) e il carburante. Ad esempio, una miscela di NaClO 3 (80%), polvere di Fe (10%), BaO 2 (4%) e fibra di vetro (6%) viene pressata in cilindri; dopo l'accensione in questo modo ossigeno la candela brucia ad una velocità di 0,15-0,2 mm/s liberando carbone puro e traspirante in quantità di 240 l/kg (vedi. Fonti di gas pirotecnici).
In laboratorio, K. si ottiene per decomposizione quando riscaldato. ossidi (ad esempio HgO) o contenente ossigeno sali (ad esempio KClO 3, KMnO 4), nonché elettrolisi di una soluzione acquosa di NaOH. Tuttavia, molto spesso usano l'industriale. K., fornito in bombole a pressione.
Definizione. La concentrazione di K. nei gas viene determinata ad esempio utilizzando analizzatori di gas portatili. volumetrico un metodo per modificare il volume noto del campione analizzato dopo aver assorbito O 2 da esso in soluzioni: rame-ammoniaca, pirogallolo, NaHSO 3, ecc. Per la determinazione continua di K nei gas, automatico termomagnetico analizzatori di gas basati su alto magnetico suscettibilità di K. Per determinare piccole concentrazioni di K. in gas inerti o idrogeno (meno dell'1%) utilizzare il metodo automatico. termochimico, elettrochimico, galvanico e altri analizzatori di gas. Per lo stesso scopo viene utilizzato il colorimetrico. metodo (utilizzando il dispositivo Mugdan) basato sull'ossidazione dell'incolore. complesso dell'ammoniaca Cu(I) in un composto dai colori vivaci. Cu(II). Anche K. disciolto in acqua viene determinato ad es. colorimetricamente. dalla formazione di un colore rosso durante l'ossidazione del carminio indaco ridotto. Nell'org. conn. K viene determinato sotto forma di CO o CO 2 dopo pirolisi ad alta temperatura della sostanza analizzata in un flusso di gas inerte. Per determinare la concentrazione di potassio nell'acciaio e nelle leghe, vengono utilizzati prodotti chimici elettrochimici. sensori con elettrolita solido (ZrO 2 stabilizzato). Guarda anche Analisi gas, Analizzatori gas.
Applicazione. K. è usato come agente ossidante: nella metallurgia - nella fusione di ghisa e acciaio (in altoforno, convertitore di ossigeno e produzione a focolare aperto), nei processi di fusione ad albero, flash e convertitore di metalli non ferrosi; nella produzione di laminazione; durante la sverniciatura a fuoco dei metalli; nella produzione di fonderia; per la saldatura e il taglio dei metalli con termite; in chimica e petrolchimico industria per la produzione di HNO 3, H 2 SO 4, metanolo, acetilene; formaldeide, ossidi, perossidi, ecc. K. è usato per scopi medicinali in medicina, così come in respirazione di ossigeno. apparecchi (nei veicoli spaziali, sui sottomarini, durante i voli ad alta quota, le operazioni subacquee e di salvataggio). Ossidatore di carbonio liquido per carburanti per missili; Viene utilizzato anche nelle operazioni di sabbiatura, come refrigerante in laboratorio. pratica.
La produzione di K. negli USA è di 10,75 miliardi di m 3 (1985); nella metallurgia viene consumato il 55% del carbonio prodotto; nell’industria chimica. perdonare - 20%.
K. è atossico e non infiammabile, ma favorisce la combustione. Se miscelati con carbone liquido, tutti gli idrocarburi sono esplosivi, incl. oli, CS 2. massimo Le impurità infiammabili leggermente solubili che si trasformano allo stato solido in carbonio liquido (ad esempio acetilene, propilene, CS 2) sono pericolose. Contenuto massimo consentito nel liquido K: acetilene 0,04 cm 3 /l, CS 2 0,04 cm 3 /l, olio 0,4 mg/l.
Il K. gassoso viene immagazzinato e trasportato in bombole di acciaio di capacità piccola (0,4-12 l) e media (20-50 l) ad una pressione di 15 e 20 MPa, nonché in bombole di grande capacità (80-1000 l a 32 e 40 MPa ), K. liquido in recipienti Dewar o in contenitori speciali. carri armati. Per il trasporto di liquidi liquidi e gassosi vengono utilizzate anche attrezzature speciali. condutture. Ossigeno i cilindri sono verniciati di blu e portano la scritta in lettere nere " ossigeno"
.
Per la prima volta K. nella sua forma pura fu ottenuto da K. Scheele nel 1771. Indipendentemente da lui, K. fu ottenuto da J. Priestley nel 1774. Nel 1775 A. Lavoisier stabilì che K. è un componente dell'aria , ed è contenuto al plurale. Oh.
Illuminato.. Glizmayenko D.L., Ricevuta ossigeno, 5a ed., M., 1972; Razumovsky S.D., Elementale dell'ossigeno forme e proprietà, M., 1979; Proprietà termodinamiche ossigeno, M., 1981. Sì. D. Zelvensky.
Utilizzo: per ottenere ossigeno nei sistemi di supporto vitale in situazioni di emergenza. L'essenza dell'invenzione: la composizione pirotecnica comprende 87 - 94% in peso di NaClO 3 e 6 - 13% in peso di Cu 2 S. O 2, resa 231 - 274 l/kg, temperatura nella zona di combustione 520 - 580 o C. 1 tavolo.
L'invenzione riguarda il campo dell'ottenimento di ossigeno gassoso da composizioni solide che generano ossigeno a causa di una reazione termocatalitica autosostenuta che avviene tra i componenti della composizione in una ristretta regione di combustione. Tali composizioni sono chiamate candele all'ossigeno. L'ossigeno generato può essere utilizzato nei sistemi di supporto vitale e nelle situazioni di emergenza dei servizi di spedizione. Le note fonti pirotecniche di ossigeno, le cosiddette candele all'ossigeno o al clorato, contengono tre componenti principali: portatore di ossigeno, carburante e catalizzatore. Nelle candele al cloro, il portatore di ossigeno è il clorato di sodio, il cui contenuto è compreso tra 80 e 93 % Il combustibile è polvere metallica di ferro con anidride carbonica. La funzione catalitica è svolta da ossidi e perossidi metallici, ad esempio MgFeO 4 . La produzione di ossigeno è compresa tra 200 e 260 l/kg. La temperatura nella zona di combustione delle candele al clorato contenenti metallo come combustibile supera gli 800 o C. La più vicina all'invenzione è la composizione contenente clorato di sodio come trasportatore di ossigeno, combustibile al 92%, una lega di magnesio con silicio in un rapporto di 1:1 (3 peso) e come catalizzatore, una miscela di ossidi di rame e nichel in un rapporto di 1:4. La resa di ossigeno da questa composizione è di 265 5 l/kg. La temperatura nella zona di combustione è 850-900 o C. Lo svantaggio della composizione nota è l'elevata temperatura nella zona di combustione, che comporta la necessità di complicare la progettazione del generatore, l'introduzione di uno speciale scambiatore di calore per il raffreddamento dell'ossigeno , la possibilità che l'alloggiamento del generatore prenda fuoco a causa delle scintille generate dalle particelle metalliche in fiamme che lo colpiscono, la comparsa di una quantità eccessiva di fase liquida (fusa) vicino alla zona di combustione, che porta alla deformazione del blocco e ad un aumento della quantità di polvere . Lo scopo dell'invenzione è quello di ridurre la temperatura nella zona di combustione della composizione mantenendo un'elevata resa di ossigeno. Ciò è ottenuto dal fatto che la composizione contiene clorato di sodio come trasportatore di ossigeno e solfito di rame (Cu 2 S) come combustibile e catalizzatore. I componenti della composizione sono presi nel seguente rapporto, in peso. clorato di sodio 87-94; solfuro di rame 6-13. La possibilità di utilizzare il solfuro di rame come combustibile e catalizzatore si basa su uno speciale meccanismo di azione catalitica. Durante la reazione, entrambi i componenti del solfuro di rame vengono ossidati esotermicamente:
Сu2S + 2,5O2 CuSO4 + CuO + 202,8 kcal. Questa reazione fornisce energia affinché avvenga il processo di auto-propagazione. L'entalpia specifica di combustione del Cu 2 S (1,27 kcal/g) non è molto diversa dall'entalpia specifica di combustione del ferro (1,76 kcal/g). La maggior parte dell'energia proviene dall'ossidazione del solfuro di zolfo in solfato e solo una piccola parte dall'ossidazione del rame. Il solfuro di rame è più reattivo della polvere metallica di ferro e magnesio, quindi la reazione esotermica principale può avvenire abbastanza rapidamente a una temperatura relativamente bassa di 500 o C. La bassa temperatura nella zona di combustione è assicurata anche dal fatto che sia il solfuro di rame che il suo i prodotti di ossidazione dell'ossido di rame sono catalizzatori efficaci per la decomposizione del clorato di sodio. Secondo i dati DTA, il clorato di sodio puro, quando riscaldato a una velocità di 10 o C/min, si decompone in NaCl e O 2 a 480-590 o C, in presenza del 6 Cu 2 S a 260-360 oC e in presenza del 12 wt. CuO a 390-520 o C. La polvere di Cu 2 S è caratterizzata da una maggiore dispersione e una bassa temperatura nella zona di combustione di 520-580 o C. L'ossigeno risultante non contiene impurità nocive come Cl 2, composti di carbonio e un minimo quantità di SO 2 non superiore a 0,55 kg/m3.
L'OSSIGENO È CONTENUTO NELL'ARIA. NATURA DELL'ATMOSFERA. LE SUE PROPRIETÀ. ALTRI PRODOTTI DELLA COMBUSTIONE DELLE CANDELE. ACIDO CARBONICO, LE SUE PROPRIETÀ
Abbiamo già visto che l'idrogeno e l'ossigeno possono essere ottenuti dall'acqua ottenuta bruciando una candela. Sai che l'idrogeno proviene da una candela e l'ossigeno, credi, proviene dall'aria. Ma in questo caso hai il diritto di chiedermi: "Perché l'aria e l'ossigeno non bruciano altrettanto bene una candela?" Se hai un ricordo fresco di quello che accadde quando coprii la cenere con un barattolo di ossigeno, ricorderai che qui la combustione procedeva in modo completamente diverso che nell'aria. Allora, qual è il problema? Questa è una domanda molto importante e farò del mio meglio per aiutarti a capirla; è direttamente correlato alla questione della natura dell'atmosfera ed è quindi estremamente importante per noi.
Abbiamo diversi modi per riconoscere l'ossigeno, oltre a bruciare semplicemente alcune sostanze in esso contenute. Hai visto come una candela brucia nell'ossigeno e nell'aria; hai visto come brucia il fosforo nell'aria e nell'ossigeno; hai visto come il ferro brucia nell'ossigeno. Ma, oltre a questi metodi per riconoscere l’ossigeno, ce ne sono altri, e ne analizzerò alcuni per ampliare la tua esperienza e la tua conoscenza. Qui, ad esempio, c'è una nave con ossigeno. Ti dimostrerò la presenza di questo gas. Prenderò una scheggia fumante e la metterò nell'ossigeno. Sai già dall'ultima conversazione cosa accadrà: una scheggia fumante lasciata cadere in un barattolo ti mostrerà se contiene ossigeno o meno. Mangiare! Lo abbiamo dimostrato bruciando.
Ecco un altro modo per riconoscere l'ossigeno, molto interessante e utile. Qui ho due barattoli, ciascuno pieno di gas. Sono separati da una piastra in modo che questi gas non si mescolino. Tolgo la piastra, e inizia la miscelazione dei gas: ogni gas sembra insinuarsi nel barattolo dove si trova l'altro. “Allora cosa sta succedendo qui?” vi chiederete “insieme non producono il tipo di combustione che abbiamo osservato con una candela”. Ma guardate come si riconosce la presenza dell'ossigeno dalla sua combinazione con questa seconda sostanza.
Che gas magnificamente colorato si è rivelato essere. Mi segnala la presenza di ossigeno. Lo stesso esperimento può essere fatto mescolando questo gas di prova con aria normale. Ecco un barattolo con aria - del tipo in cui brucerebbe una candela - ed ecco un barattolo con questo gas di prova. Li ho lasciati mescolare sull'acqua, e questo è il risultato: il contenuto del barattolo di prova scorre nel barattolo con l'aria e vedi accadere esattamente la stessa reazione. Ciò dimostra che nell'aria è presente ossigeno, cioè la stessa sostanza che abbiamo già estratto dall'acqua ottenuta bruciando una candela.
Ma ancora, perché una candela non brucia bene nell’aria come nell’ossigeno? Ci arriveremo adesso. Qui ho due barattoli; sono pieni di gas allo stesso livello e hanno lo stesso aspetto. A dire il vero, adesso non so nemmeno quale di queste bombole contenga ossigeno e quale contenga aria, anche se so che in anticipo erano piene di questi stessi gas. Ma abbiamo un gas di prova e ora scoprirò se c'è qualche differenza tra il contenuto di entrambi i barattoli nella capacità di far diventare rosso questo gas. Ho lasciato entrare il gas di prova in una delle bombolette. Guarda cosa succede. Come puoi vedere, c'è del rossore, il che significa che qui c'è ossigeno. Proviamo ora il secondo barattolo. Come puoi vedere, il rossore non è così pronunciato come nel primo barattolo.
Allora accade una cosa curiosa: se si agita bene con acqua la miscela di due gas contenuta nel secondo vaso, il gas rosso viene assorbito; se si lascia entrare un'altra porzione del gas di prova e si agita nuovamente il barattolo, l'assorbimento del gas rosso si ripeterà; e ciò può continuare finché rimane l'ossigeno, senza il quale questo fenomeno è impossibile. Se faccio entrare l'aria, non cambierà; ma appena introduco l'acqua il gas rosso scompare; e posso continuare in questo modo a far entrare sempre più gas di prova finché non avrò qualcosa nel barattolo che non sarà più colorato dall'aggiunta della sostanza che colorava l'aria e l'ossigeno. Qual è il problema? Capisci che nell'aria, oltre all'ossigeno, c'è qualcos'altro, e rimane nel resto. Adesso farò entrare un po' più d'aria nel barattolo, e se diventerà rosso, saprai che lì era rimasto ancora un po' di gas colorante e che quindi non è la sua mancanza a spiegare il fatto che non tutto l'aria era esaurita.
Questo ti aiuterà a capire cosa sto per dire. Hai visto che quando ho bruciato il fosforo nel barattolo e il fumo risultante dal fosforo e dall'ossigeno si è depositato, una discreta quantità di gas è rimasta inutilizzata, proprio come il nostro gas di prova ha lasciato qualcosa inalterato. E infatti, dopo la reazione, è rimasto questo gas, che non si trasforma né da fosforo né da gas colorante. Questo gas non è ossigeno, ma è comunque parte integrante dell'atmosfera.
Questo è un modo per dividere l'aria nelle due sostanze che la compongono, cioè in ossigeno, che brucia le nostre candele, fosforo e tutto il resto, e in quest'altra sostanza, l'azoto, in cui non bruciano. C'è molto più di questo secondo componente nell'aria che dell'ossigeno.
Questo gas risulta essere una sostanza molto interessante se lo studi, ma potresti dire che non lo è affatto. Per certi aspetti è vero: non presenta effetti di combustione brillanti. Se lo provi con una scheggia accesa, come ho provato con l'ossigeno e l'idrogeno, allora non brucerà come l'idrogeno stesso, né farà bruciare la scheggia, come l'ossigeno. Non importa come lo provo, non riesco a ottenere né l'uno né l'altro: non si accende né lascia bruciare una scheggia: spegne la combustione di qualsiasi sostanza. In condizioni normali, nulla può bruciare al suo interno. Non ha né odore né sapore; non è né acido né alcalino; nei confronti di tutti i nostri sentimenti esterni mostra completa indifferenza. E tu potresti dire: “Questo non è niente, non merita l’attenzione della chimica; perché esiste nell’aria?”
Ed è qui che torna utile la capacità di trarre conclusioni dall’esperienza. Supponiamo che invece dell'azoto o di una miscela di azoto e ossigeno, la nostra atmosfera fosse costituita da ossigeno puro, cosa ne sarebbe di noi? Sai benissimo che un pezzo di ferro, acceso in un barattolo di ossigeno, brucia fino a ridursi in cenere. Quando vedi un camino acceso, immagina cosa accadrebbe alla sua griglia se l'intera atmosfera fosse composta solo da ossigeno: la griglia in ghisa brucerebbe molto più calda del carbone che usiamo per riscaldare il camino. Un incendio nel forno di una locomotiva a vapore sarebbe uguale a un incendio in un deposito di carburante se l'atmosfera fosse composta da ossigeno.
L'azoto diluisce l'ossigeno, ne modera gli effetti e ce lo rende utile. Inoltre, l'azoto porta con sé tutti i fumi e i gas che, come hai visto, si formano quando una candela brucia, li disperde nell'atmosfera e li trasferisce dove servono per sostenere la vita delle piante, e quindi dell'uomo. Quindi l'azoto svolge un lavoro molto importante, anche se lo guardi e dici: "Beh, è una cosa abbastanza inutile".
Nel suo stato normale l'azoto è un elemento inattivo: nessun influsso, eccetto una scarica elettrica molto forte, e anche in questo caso solo in misura molto debole, può far sì che l'azoto si combini direttamente con un altro elemento dell'atmosfera o con altre sostanze circostanti. Questa sostanza è del tutto indifferente, cioè indifferente e quindi sicura.
Ma prima di condurvi a questa conclusione, devo dirvi qualcosa sull'atmosfera stessa. Ecco una tabella che mostra la composizione percentuale dell'aria atmosferica:
in volume in massa
Ossigeno. . . . 2022.3
Azoto. . . . . 8077.7
__________________________
Riflette correttamente le quantità relative di ossigeno e azoto nell'atmosfera. Da ciò vediamo che in cinque litri d'aria c'è solo un litro di ossigeno su quattro litri di azoto; in altre parole, l'azoto costituisce i 4/5 in volume dell'aria atmosferica. Tutta questa quantità di azoto viene utilizzata per diluire l'ossigeno e attenuarne l'effetto; di conseguenza, la candela viene adeguatamente rifornita di carburante e i nostri polmoni possono respirare aria senza danni alla salute. Dopotutto, per noi ricevere ossigeno per respirare nella forma corretta non è meno importante che avere la composizione adeguata dell'atmosfera per bruciare carbone in un caminetto o in una candela.
Ora ti dirò le masse di questi gas. Una pinta di azoto ha una massa di 10 4/10 grani e un piede cubo ha 1 1/6 once. Questa è la massa di azoto. L'ossigeno è più pesante: una pinta pesa 11 9/10 grani e un piede cubo pesa 1 1/5 once.
Mi hai già posto più volte la domanda: "Come viene determinata la massa dei gas?", e sono molto contento che questa domanda ti abbia interessato. Ora ti mostrerò che questa faccenda è molto semplice e facile. Ecco la bilancia, ed ecco una bottiglia di rame, accuratamente tornita su un tornio e, nonostante tutta la sua forza, con la massa più piccola possibile. E' completamente ermetico e dotato di rubinetto. Ora il rubinetto è aperto e quindi la bottiglia è piena d'aria. Queste bilance sono molto precise e la bottiglia nel suo stato attuale è bilanciata su di esse mediante pesi su un'altra tazza. Ed ecco la pompa con cui possiamo pompare aria in questa bottiglia.
Riso. 25.
Ora pomperemo al suo interno una quantità nota di aria, il cui volume sarà misurato dalla capacità della pompa. (Vengono pompati venti volumi di questo tipo.) Ora chiuderemo il rubinetto e rimetteremo la bottiglia sulla bilancia. Guarda come è scesa la bilancia: la bottiglia è diventata molto più pesante di prima. La capacità della bottiglia non è cambiata, il che significa che l'aria nello stesso volume è diventata più pesante. Per cui? Grazie all'aria che vi abbiamo pompato. oltre all'aria disponibile.
Ora rilasceremo l'aria in quel barattolo e gli daremo l'opportunità di tornare al suo stato precedente. Tutto quello che devo fare è collegare saldamente la bottiglia di rame al barattolo e aprire i rubinetti - e ora vedi, abbiamo raccolto l'intero volume d'aria che ho appena pompato nella bottiglia con venti colpi di pompa. Per essere sicuri che durante questo esperimento non si siano verificati errori, metteremo nuovamente la bottiglia sulla bilancia. Se ora è nuovamente bilanciato dal carico originale, possiamo essere assolutamente sicuri di aver eseguito l'esperimento correttamente. Sì, si è bilanciata. In questo modo possiamo scoprire la massa di quelle porzioni aggiuntive di aria che vi abbiamo pompato. Pertanto si può stabilire che un piede cubo d'aria ha una massa di 1 1/5 once.
Riso. 26.
Ma questa modesta esperienza non potrà in alcun modo portare alla tua coscienza la piena essenza del risultato ottenuto. È sorprendente quanto i numeri aumentino man mano che passiamo a volumi più grandi. Questa è la quantità di aria (piede cubo) che ha una massa di 1 1/5 once. Cosa ne pensi, qual è la massa d'aria in quella scatola in alto (l'ho ordinata appositamente per questi calcoli)? L'aria al suo interno ha una massa di un chilo intero. Ho calcolato la massa d'aria in questa stanza, ma difficilmente indovineresti questa cifra: è più di una tonnellata. Ecco la velocità con cui aumentano le masse, e così importante la presenza dell'atmosfera e dell'ossigeno e dell'azoto in essa contenuti, nonché il lavoro che svolge, spostando oggetti da un luogo all'altro e trasportando via fumi nocivi.
Dopo avervi dato questi pochi esempi relativi al peso dell'aria, passerò ora a mostrare alcune conseguenze di questo fatto. Devi assolutamente conoscerli, altrimenti molto ti rimarrà poco chiaro. Ricordi un'esperienza del genere? Lo hai mai visto? Per questo, prendi una pompa, in qualche modo simile a quella con cui ho appena pompato aria in una bottiglia di rame.
Riso. 27.
Deve essere posizionato in modo da poter posizionare il palmo della mano sulla sua apertura. Nell'aria, la mia mano si muove così facilmente, come se non sentisse resistenza. Non importa come mi muovo, non riesco quasi mai a raggiungere una velocità tale da sentire molta resistenza dell'aria a questo movimento). Ma quando metto la mano qui (sul cilindro della pompa dell'aria, da cui l'aria viene poi pompata fuori), vedi cosa succede. Perché il mio palmo è così stretto in questo punto che l'intera pompa si muove dietro di esso? Aspetto! Perché riesco a malapena a liberare la mano? Qual è il problema? È il peso dell'aria, l'aria che è sopra di me.
Ecco un'altra esperienza che penso ti aiuterà a capire ancora meglio questo problema. La parte superiore di questo vaso sarà ricoperta da una vescica di toro e, quando ne verrà pompata fuori l'aria, vedrai, in una forma leggermente modificata, lo stesso effetto dell'esperimento precedente. Adesso la parte superiore è completamente piatta, ma se faccio anche un leggerissimo movimento con la pompetta, e guardate come scende la bolla, come si piega verso l'interno. Ora vedrai come la bolla verrà attirata sempre di più nel barattolo finché, alla fine, sarà completamente compressa e sfondata dalla forza dell'atmosfera che la preme. (La bolla scoppiò con un forte scoppio.) Quindi, questo è avvenuto interamente a causa della forza con cui l'aria ha premuto sulla bolla, e non ti sarà difficile capire come stanno le cose qui.
Riso. 28.
Osserva questa colonna di cinque cubi: le particelle ammucchiate nell'atmosfera sono disposte una sopra l'altra allo stesso modo. Ti è ben chiaro che i quattro cubi superiori poggiano sul quinto, quello inferiore, e che se lo tiro fuori, tutti gli altri andranno giù. La situazione è la stessa nell'atmosfera: gli strati superiori dell'aria sono sostenuti da quelli inferiori, e quando l'aria viene pompata da sotto, si verificano i cambiamenti che hai osservato quando il mio palmo poggiava sul cilindro della pompa e nell'esperimento con la bolla rialzista, e ora vedrai ancora meglio.
Ho legato questo barattolo con della gomma. membrana. Ora pomperò fuori l'aria e tu guardi la gomma che separa l'aria sotto da quella sopra. Vedrai come si svilupperà la pressione atmosferica man mano che l'aria viene pompata fuori dalla lattina. Guarda come si ritrae la gomma - dopotutto posso anche mettere la mano nel barattolo - e tutto questo è solo il risultato della potente e colossale influenza dell'aria sopra di noi. Con quanta chiarezza appare qui questo fatto interessante!
Dopo la fine della lezione di oggi, sarai in grado di misurare la tua forza provando a separare questo dispositivo. È costituito da due emisferi cavi di rame, strettamente incastrati tra loro e dotati di un tubo con rubinetto per il pompaggio dell'aria. Finché c'è aria all'interno, gli emisferi si separano facilmente; tuttavia, sarete convinti che quando pompiamo aria attraverso questo tubo con un rubinetto e li tirate - uno in una direzione, l'altro nell'altra - nessuno di voi sarà in grado di separare gli emisferi. Ogni pollice quadrato di sezione trasversale di questa nave, quando l'aria viene pompata all'esterno, deve sostenere circa quindici libbre. Allora ti darò l'opportunità di mettere alla prova la tua forza: prova a superare questa pressione dell'aria.
Ecco un'altra piccola cosa interessante: una ventosa, un gioco per ragazzi, ma migliorato solo per scopi scientifici. Dopotutto, voi giovani avete tutto il diritto di utilizzare i giocattoli per scopi scientifici, soprattutto da quando nei tempi moderni hanno iniziato a prendere in giro la scienza. Ecco una ventosa, solo che non è in pelle, ma in gomma. Lo appoggio sulla superficie del tavolo e vedi subito che è saldamente attaccato ad esso. Perché resiste così? Può essere spostato, scivola facilmente da un posto all'altro, ma non importa con quanta forza provi a sollevarlo, probabilmente trascinerà con sé il tavolo invece di staccarsene. Puoi rimuoverlo dal tavolo solo quando lo sposti fino al bordo per far passare l'aria sotto di esso. Solo la pressione dell'aria sopra di esso lo preme sulla superficie del tavolo. Ecco un'altra ventosa: premile insieme e vedrai quanto aderiranno saldamente. Possiamo utilizzarli, per così dire, per lo scopo previsto, ovvero attaccarli a finestre e muri, dove dureranno diverse ore e saranno utili per appendervi qualche oggetto.
Tuttavia, devo mostrarti non solo i giocattoli, ma anche gli esperimenti che puoi ripetere a casa. Puoi dimostrare chiaramente l'esistenza della pressione atmosferica con un esperimento così elegante. Ecco un bicchiere d'acqua. E se ti chiedessi come riuscire a capovolgerlo senza versare acqua? E non perché hai alzato la mano, ma unicamente a causa della pressione atmosferica.
Prendi un bicchiere riempito d'acqua fino all'orlo o a metà, e coprilo con del cartone; ribaltalo e guarda cosa succede al cartone e all'acqua. L'aria non potrà penetrare nel vetro, poiché l'acqua non la lascerà entrare a causa dell'attrazione capillare sui bordi del vetro.
Penso che tutto ciò ti darà l'idea corretta che l'aria non è vuoto, ma qualcosa di materiale. Quando imparerai da me che quella scatola laggiù contiene mezzo chilo d'aria, e questa stanza ne contiene più di una tonnellata, crederai che l'aria non è solo vuoto.
Facciamo un altro esperimento per convincerti che l'aria può davvero offrire resistenza. Sai che magnifica cerbottana può essere facilmente ricavata da una piuma d'oca, o da un tubo, o qualcosa del genere. Prendendo una fetta di mela o patata, devi ritagliarne un pezzettino della dimensione del tubo - in questo modo - e spingerlo fino all'estremità, come un pistone. Inserendo il secondo tappo isoliamo completamente l'aria nel tubo. E ora si scopre che è completamente impossibile spingere la seconda spina vicino alla prima. È possibile comprimere l'aria in una certa misura, ma se continuiamo a premere sul secondo tappo, non avrà ancora il tempo di avvicinarsi al primo prima che l'aria compressa lo spinga fuori dal tubo, e inoltre, con una forza che ricorda l'azione della polvere da sparo - dopo tutto, è anche associata al motivo che abbiamo osservato qui.
L'altro giorno ho visto un esperimento che mi è piaciuto molto perché può essere utilizzato nelle nostre lezioni. (Prima di cominciare dovrei stare in silenzio per circa cinque minuti, poiché il successo di questo esperimento dipende dai miei polmoni.) Spero che con la forza della mia respirazione, cioè con l'uso appropriato dell'aria, potrò sollevare un uovo in piedi in un bicchiere e lanciarlo in un altro. Non posso garantire il successo: dopotutto parlo da troppo tempo. (Il docente esegue con successo l'esperimento.) L'aria che espiro passa tra l'uovo e la parete del bicchiere; Sotto l'uovo si forma una pressione d'aria, che è in grado di sollevare un oggetto pesante: dopotutto, per l'aria, un uovo è un oggetto davvero pesante. In ogni caso, se vuoi fare tu stesso questo esperimento, è meglio prendere un uovo sodo, e poi puoi, senza rischi, provare a spostarlo con cautela da un bicchiere all'altro con la forza del fiato.
Anche se abbiamo dedicato molto tempo alla questione della massa d'aria, vorrei menzionare un'altra sua proprietà. Nell'esperimento con la cerbottana vedrai che prima che uscisse il primo tappo di patate, sono riuscito a spingere il secondo di mezzo pollice o più. E questo dipende da una meravigliosa proprietà dell'aria: la sua elasticità. Puoi conoscerla attraverso la seguente esperienza.
Prendiamo un guscio impenetrabile all'aria, ma capace di allungarsi e contrarsi, dandoci così l'opportunità di giudicare l'elasticità dell'aria in esso contenuta. Ora non c'è molta aria e legheremo strettamente il collo in modo che non possa comunicare con l'aria circostante. Fino ad ora abbiamo fatto tutto in modo da mostrare la pressione atmosferica sulla superficie degli oggetti, ma ora, al contrario, ci libereremo della pressione atmosferica. Per fare ciò, posizioneremo il nostro guscio sotto la campana della pompa dell'aria, da sotto la quale pomperemo l'aria. Davanti ai tuoi occhi questo guscio si raddrizzerà, si gonfierà come un palloncino e diventerà sempre più grande fino a riempire l'intera campana. Ma non appena apro di nuovo l'accesso all'aria esterna nella campana, la nostra palla cadrà immediatamente. Ecco una prova visiva di questa straordinaria proprietà dell'aria: la sua elasticità, cioè la sua estremamente elevata capacità di comprimersi ed espandersi. Questa proprietà è molto significativa e determina in gran parte il ruolo dell'aria in natura.
Passiamo ora ad un'altra sezione molto importante del nostro argomento. Ricorda che quando abbiamo lavorato sulla combustione di una candela, abbiamo scoperto che si formano diversi prodotti della combustione. Questi prodotti includono fuliggine, acqua e qualcos'altro che non è stato ancora esplorato da noi. Abbiamo raccolto l'acqua e lasciato che altre sostanze si disperdessero nell'aria. Esploriamo ora alcuni di questi prodotti.
Riso. 29.
In particolare, la seguente esperienza ci aiuterà in questa materia. Qui posizioneremo una candela accesa e la copriremo con un tappo di vetro con un tubo di uscita nella parte superiore... La candela continuerà a bruciare, poiché l'aria passa liberamente sotto e sopra. Prima di tutto vedi che il berretto si fa bagnato; sai già di cosa si tratta: è acqua prodotta bruciando una candela dall'azione dell'aria sull'idrogeno. Ma oltre a questo esce qualcosa dal tubo di scarico in alto; non è vapore acqueo, non è acqua, questa sostanza non si condensa e inoltre ha proprietà speciali. Vedi che il filo che esce dal tubo riesce quasi a spegnere la luce che gli porto; Se tengo una scheggia accesa direttamente nel flusso in uscita, si spegnerà completamente. “È nell’ordine delle cose”, dici; Ovviamente questo non ti sorprende perché l'azoto non favorisce la combustione e deve spegnere la fiamma, poiché la candela non brucia al suo interno. Ma qui non c'è niente tranne l'azoto?
Qui dovrò anticiparmi: sulla base delle conoscenze che ho, cercherò di fornirvi metodi scientifici per studiare tali gas e chiarire queste questioni in generale.
Prendiamo un barattolo vuoto e teniamolo sopra il tubo di uscita in modo che i prodotti della combustione della candela si raccolgano al suo interno. Non ci sarà difficile scoprire che questo vaso non contiene solo aria, ma un gas che possiede anche altre proprietà. Per fare questo prendo un po 'di calce viva, la verso e mescolo bene. Dopo aver messo un cerchio di carta da filtro nell'imbuto, filtra attraverso di esso questa miscela e l'acqua pulita e trasparente scorre nel pallone posto sotto di esso. Di quest'acqua ne ho quanta ne voglio in un altro recipiente, ma per essere convincente preferisco utilizzare in ulteriori esperimenti esattamente la stessa acqua di calce che è stata preparata davanti ai vostri occhi.
Se versi un po' di quest'acqua pulita e trasparente nel barattolo dove abbiamo raccolto il gas proveniente dalla candela accesa, vedrai subito come avverrà un cambiamento... Vedi, l'acqua è diventata completamente bianca! Tieni presente che questo non funzionerà con l'aria normale. Ecco una nave con aria; Ci verso l'acqua di calce, ma né l'ossigeno, né l'azoto, né qualsiasi altra cosa presente in questa quantità d'aria causerà alcun cambiamento nell'acqua di calce; non importa come lo scuotiamo con l'aria ordinaria contenuta in questo recipiente, rimane completamente trasparente. Tuttavia, se prendi questo pallone con acqua di calce e lo metti in contatto con l'intera massa dei prodotti della combustione delle candele, acquisirà rapidamente una tonalità bianco latte.
Questa sostanza bianca, simile al gesso, presente nell'acqua, è costituita dalla calce che abbiamo preso per fare l'acqua di calce, unita a qualcosa che è uscito dalla candela, cioè proprio il prodotto che stiamo cercando di catturare e di cui vi parlerò. Oggi. Questa sostanza ci diventa visibile grazie alla sua reazione con l'acqua di calce, dove diventa evidente la sua differenza dall'ossigeno, dall'azoto e dal vapore acqueo; Questa è una sostanza nuova per noi, ottenuta da una candela. Quindi, per comprendere correttamente la combustione di una candela, dovremmo anche scoprire come e da cosa si ottiene questa polvere bianca. Si può dimostrare che si tratta davvero di gesso; Se metti del gesso umido in una storta e lo scaldi fino a farlo diventare rovente, rilascerà esattamente la stessa sostanza che esce da una candela accesa.
Esiste un altro modo migliore per ottenere questa sostanza, e in grandi quantità, se si vuole scoprire quali sono le sue proprietà di base. Questa sostanza, si scopre, si trova in abbondanza in luoghi dove non penseresti nemmeno di sospettarne la presenza. Questo gas, rilasciato quando una candela brucia e chiamato anidride carbonica, si trova in enormi quantità in tutti i calcari, il gesso, le conchiglie e i coralli. Questo interessante costituente dell'aria si trova legato insieme in tutte queste pietre; Avendo scoperto questa sostanza in rocce come marmo, gesso, ecc., il chimico Dr. Black la chiamò “aria legata”, poiché non è più allo stato gassoso, ma è diventata parte di un corpo solido.
Questo gas è facilmente ottenibile dal marmo. C'è dell'acido cloridrico sul fondo di questo barattolo; una scheggia ardente calata in un barattolo mostrerà che non c'è nulla al suo interno tranne l'aria ordinaria fino al fondo. Ecco pezzi di marmo: bellissimo marmo di alta qualità; Li butto in un barattolo di acido e risulta essere qualcosa di simile a un violento ebollizione. Tuttavia, non viene rilasciato vapore acqueo, ma una sorta di gas; e se ora provo il contenuto del barattolo con una scheggia accesa, otterrò esattamente lo stesso risultato del gas che esce dal tubo di uscita sopra la candela accesa. Non solo l'effetto qui è lo stesso, ma è anche causato esattamente dalla stessa sostanza rilasciata dalla candela; In questo modo possiamo ottenere anidride carbonica in grandi quantità: del resto ormai il nostro barattolo è quasi pieno.
Possiamo anche verificare che questo gas non si trova solo nel marmo.
Ecco un grande vaso d'acqua in cui ho versato il gesso (di quelli che si trovano in vendita per lavori di intonacatura, cioè lavati in acqua e ripuliti dalle particelle grossolane).
Ecco un forte acido solforico; È di questo acido che avremo bisogno se vorrete ripetere i nostri esperimenti a casa (notate che l'azione di questo acido su calcare e rocce simili produce un precipitato insolubile, mentre l'acido cloridrico produce una sostanza solubile, che non addensa l'acqua ).
Forse ti starai chiedendo perché sto facendo questo esperimento in un contenitore del genere. Affinché possiate ripetere su piccola scala quello che sto facendo qui su larga scala. Qui vedrai lo stesso fenomeno di prima: in questo grande barattolo produco anidride carbonica, che è identica per natura e proprietà a quella che otteniamo bruciando una candela nell'aria atmosferica. E non importa quanto diversi possano essere questi due metodi di produzione dell'anidride carbonica, alla fine del nostro studio sarai convinto che risulta essere lo stesso sotto tutti gli aspetti, indipendentemente dal metodo di produzione.
Passiamo al prossimo esperimento per chiarire la natura di questo gas. Ecco un barattolo pieno di questo gas: testiamolo mediante combustione, cioè nello stesso modo in cui abbiamo già testato una serie di altri gas. Come puoi vedere, di per sé non brucia e non supporta la combustione. Inoltre la sua solubilità in acqua è insignificante: del resto, come avete visto, è facile raccoglierlo sopra l'acqua. Inoltre sai che dà una reazione caratteristica con l'acqua di calce, che da essa diventa bianca; ed infine, l'anidride carbonica entra come una delle parti costituenti della calce carbonatata, cioè del calcare.
Ora vi mostrerò che l'anidride carbonica si dissolve nell'acqua, anche se solo leggermente, e sotto questo aspetto quindi differisce dall'ossigeno e dall'idrogeno. Ecco un dispositivo per ottenere tale soluzione. La parte inferiore di questo dispositivo contiene marmo e acido, mentre la parte superiore contiene acqua fredda. Le valvole sono progettate in modo che il gas possa passare dal fondo del serbatoio verso l'alto. Adesso metterò in funzione il mio apparecchio... Vedi come le bolle di gas salgono nell'acqua. Abbiamo l'apparecchio in funzione da ieri sera e scopriremo senza dubbio che una parte del gas si è già disciolta. Apro il rubinetto, verso quest'acqua in un bicchiere e la assaggio. Sì, è acido: contiene anidride carbonica. Se viene scolato con acqua di calce si avrà un caratteristico sbiancamento, indice della presenza di anidride carbonica.
L'anidride carbonica è molto pesante, è più pesante dell'aria atmosferica. La tabella mostra le masse dell'anidride carbonica e di alcuni altri gas che abbiamo studiato.
Pinta Kubic. piede
(grani) (once)
Idrogeno. . . . 3/4 1/12
Ossigeno. . . . 11 9/10 1 1/3
Azoto. . . . . . 10 4/10 1 1/6
Aria. . . . . 10 7/10 1 1/5
Diossido di carbonio. 16 1/3 1 9/10
La gravità dell'anidride carbonica può essere dimostrata attraverso una serie di esperimenti. Prima di tutto, prendiamo, ad esempio, un bicchiere alto in cui non c'è altro che aria, e proviamo a versarvi un po' di anidride carbonica da questo recipiente. È impossibile giudicare dall'apparenza se ci sono riuscito o meno; ma abbiamo un modo per verificare (mette una candela accesa in un bicchiere, si spegne). Vedete, il gas è effettivamente traboccato qui. E se l'avessi testato con acqua di calce, il test avrebbe dato lo stesso risultato. Ci siamo ritrovati con una specie di pozzo con anidride carbonica sul fondo (purtroppo a volte nella realtà abbiamo a che fare con pozzi del genere); Mettiamoci dentro questo secchio in miniatura. Se c'è anidride carbonica sul fondo della nave, può essere raccolta con questo secchio e rimossa dal "pozzo". Facciamo una prova con una scheggia... Sì, guarda, il secchio è pieno di anidride carbonica.
Riso. trenta.
Ecco un altro esperimento che mostra che l'anidride carbonica è più pesante dell'aria. Un vaso è in equilibrio su una bilancia; Adesso c'è solo aria dentro. Quando ci verso l'anidride carbonica, affonda immediatamente a causa del peso del gas. Se esamino il barattolo con una scheggia accesa, vi convincerete che effettivamente vi è entrata dell'anidride carbonica: il contenuto del barattolo non può sostenere la combustione.
Riso. 31.
Se gonfio una bolla di sapone con il respiro, cioè ovviamente con l'aria, e la lancio in questo barattolo di anidride carbonica, non cadrà sul fondo. Ma prima prenderò un palloncino come questo, gonfiato con aria, e lo userò per verificare a che punto si trova approssimativamente il livello di anidride carbonica in questo barattolo. Vedi, la palla non cade sul fondo; Aggiungo anidride carbonica nel barattolo e la palla sale più in alto. Adesso vediamo se riesco, facendo esplodere una bolla di sapone, a farla restare sospesa allo stesso modo. (Il docente fa esplodere una bolla di sapone e la versa in un barattolo di anidride carbonica, dove la bolla rimane sospesa.) Vedi, una bolla di sapone, come un palloncino, poggia sulla superficie dell'anidride carbonica proprio perché questo gas è più pesante dell'aria.Dal libro Quello che ti dice la luce autore Suvorov Sergei Georgievich
Proprietà ondulatorie della luce. L'esperienza di Young L'ipotesi corpuscolare della luce di Newton ha regnato per un tempo molto lungo: più di cento anni e mezzo. Ma all’inizio del XIX secolo, il fisico inglese Thomas Young (1773-1829) e il fisico francese Augustin Fresnel (1788-1827) effettuarono esperimenti che
Dal libro Di cosa parla la luce autore Suvorov Sergei GeorgievichLuce e proprietà chimiche degli atomi Trattiamo gli spettri ottici degli atomi dalle prime pagine del nostro libro. Questi furono osservati dai fisici agli albori dello sviluppo dell'analisi spettrale. Erano loro che servivano come segni per identificare gli elementi chimici, per ogni sostanza chimica
Dal libro La storia delle candele autore Faraday MichaelLEZIONE II CANDELA. LUMINOSITÀ DELLA FIAMMA. L'ARIA È NECESSARIA PER LA COMBUSTIONE. FORMAZIONE DELL'ACQUA Nell'ultima lezione abbiamo esaminato le proprietà generali e la posizione della parte liquida della candela, nonché come questo liquido arriva dove avviene la combustione. Sei convinto che quando la candela
Dal libro La storia delle candele autore Faraday MichaelLEZIONE III PRODOTTI DELLA COMBUSTIONE. ACQUA PRODOTTA DURANTE LA COMBUSTIONE. NATURA DELL'ACQUA. SOSTANZA COMPLESSA. IDROGENO Spero che ricordi bene che alla fine dell'ultima conferenza ho usato l'espressione "prodotti della combustione di una candela". Dopotutto, siamo convinti che quando una candela brucia, possiamo farlo, con l'aiuto
Dal libro La storia delle candele autore Faraday MichaelLEZIONE IV IDROGENO IN UNA CANDELA. L'IDROGENO BRUCIA E SI TRASFORMA IN ACQUA. UN ALTRO COMPONENTE DELL'ACQUA È L'OSSIGENO Vedo che non sei ancora stanco della candela, altrimenti non mostreresti così tanto interesse per questo argomento. Quando la nostra candela era accesa, eravamo convinti che dasse esattamente la stessa acqua di
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