“Utilização de contradição química em projeto inovador: vela de oxigênio”
Volobuev D.M., Egoyants P.A., Markosov S.A. CITC "Algoritmo" São Petersburgo
Anotação.
Em trabalhos anteriores, introduzimos o conceito de contradição química (CP), que é resolvida pela introdução ou remoção de uma substância de uma composição. Neste trabalho analisamos o algoritmo de resolução de HP utilizando o exemplo de um dos projetos inovadores.
Introdução
Muitas vezes surgem contradições químicas durante a implementação de projetos inovadores, mas não são formuladas explicitamente, de modo que o sucesso de tais projetos é determinado apenas pela erudição e formação científica da equipe inventiva. A classificação dos métodos de resolução de HP dada em nosso trabalho anterior nos permite propor aqui um algoritmo passo a passo para resolução de HP, que visa sistematizar a pesquisa científica e, talvez, facilitar a apresentação dos resultados do trabalho às pessoas que estão longe de tal busca.
A necessidade de uma solução HP, via de regra, surge na fase final (verificação) de um projeto de inovação. Possíveis áreas de pesquisa, áreas de soluções aceitáveis e limitações foram identificadas em fases anteriores do projeto. O algoritmo proposto não pretende ser completo e deve ser refinado à medida que os projetos avançam.
Algoritmo passo a passo para resolver HP
Contexto: Esse problema surgiu com a invenção do “cigarro sem fumaça” - o cigarro deve queimar em uma caixa lacrada, fornecendo fumaça ao fumante apenas na inalação.
Restrições: o estojo deve ser pequeno (transportado no bolso) e barato.
Deve-se notar que um cigarro em uma caixa apaga-se em poucos segundos devido à queima de oxigênio, portanto a tarefa central do projeto foi considerada o desenvolvimento de um gerador químico de oxigênio barato (descartável).
Solução possível: O oxigênio vem da decomposição do sal Berthollet. A temperatura e a taxa de reação são reduzidas pela adição de um catalisador (Fe 2 O 3), que diminui o limiar de ativação.
Progresso da solução passo a passo:
Arroz. 1. Instalação laboratorial para determinação dos parâmetros de combustão e concentração de oxigênio nos produtos de combustão de uma vela de oxigênio.
A adição de um catalisador, além disso, permitiu reduzir significativamente a quantidade limite de combustível na mistura, na qual ainda é mantida uma reação estável. O aditivo de controle para o sistema básico de enchimento inerte de dois componentes (aerosil SiO 2) não levou a mudanças perceptíveis na taxa de combustão.
Plugue de oxigênioé um dispositivo que, por meio de uma reação química, produz oxigênio adequado para consumo pelos organismos vivos. A tecnologia foi desenvolvida por um grupo de cientistas da Rússia e da Holanda. Amplamente utilizado por serviços de resgate em muitos países, também em aviões e estações espaciais como a ISS. As principais vantagens deste desenvolvimento são a compacidade e a leveza.
O oxigênio é um recurso muito importante a bordo da ISS. Mas o que acontece se durante um acidente ou avaria acidental, os sistemas de suporte à vida, incluindo o sistema de fornecimento de oxigénio, pararem de funcionar? Todos os organismos vivos a bordo simplesmente não conseguirão respirar e morrerão. Portanto, especialmente para esses casos, os astronautas têm um suprimento bastante impressionante de geradores químicos de oxigênio; para simplificar, isso é velas de oxigênio. O modo como tal dispositivo funciona e é usado no espaço foi mostrado em termos gerais no filme “Alive”.
Os aviões também usam geradores de oxigênio de base química. Se a prancha for despressurizada ou ocorrer outra avaria, uma máscara de oxigênio cairá perto de cada passageiro. A máscara produzirá oxigênio por 25 minutos, após os quais a reação química será interrompida.
Plugue de oxigênio no espaço consiste em perclorato ou clorato de potássio. A maioria dos aviões usa peróxido de bário ou clorato de sódio. Há também um gerador de ignição e um filtro para resfriamento e limpeza de outros elementos desnecessários.
A invenção refere-se a geradores de oxigênio para respiração e pode ser utilizada em aparelhos respiratórios de uso pessoal, utilizados em situações de emergência, por exemplo, na extinção de incêndios. A fim de reduzir a taxa de geração de oxigênio e aumentar a confiabilidade durante a operação de longo prazo, um gerador piroquímico de oxigênio contendo blocos prensados de uma fonte sólida de oxigênio com elementos de ignição de transição, um dispositivo de inicialização, isolamento térmico e um sistema de filtro, colocado em um metal O gabinete, equipado com tubo de saída de oxigênio, possui blocos de fonte sólida de oxigênio na forma de paralelepípedos, enquanto uma composição de clorato de sódio, peróxido de cálcio e magnésio é utilizada como fonte sólida de oxigênio. Os elementos de ignição transitórios são preparados a partir de uma mistura de peróxido de cálcio e magnésio e são pressionados na forma de comprimidos na extremidade ou na borda lateral da lateral, e os próprios blocos são colocados em camadas e em zigue-zague em cada camada . 1 z. p. mosca, 2 doentes.
A invenção refere-se a geradores de oxigênio para respiração e pode ser utilizada em aparelhos respiratórios de uso pessoal, utilizados em situações de emergência, por exemplo, na extinção de incêndios. Um gerador piroquímico de oxigênio é um dispositivo constituído por um invólucro, dentro do qual existe uma composição capaz de liberar oxigênio por meio de um processo piroquímico de autopropagação: uma vela de oxigênio, um dispositivo de ignição para iniciar a combustão da vela, um sistema de filtro para purificação o gás de impurezas estranhas e fumaça e isolamento térmico. Pela tubulação de saída, o oxigênio é fornecido ao ponto de consumo pela tubulação. Na maioria dos geradores de oxigênio conhecidos, a vela de ignição é feita na forma de um monobloco cilíndrico. O tempo de queima dessa vela não excede 15 minutos. Uma operação mais longa do gerador é conseguida usando vários blocos (elementos) dispostos de forma que suas extremidades se toquem. Quando termina a combustão de um bloco, o impulso térmico inicia a combustão do próximo elemento da vela, e assim sucessivamente até que esteja completamente esgotado. Para uma ignição mais confiável, uma composição pirotécnica de ignição intermediária é pressionada na extremidade do elemento receptor do impulso, que possui maior energia e maior sensibilidade ao impulso térmico do que a composição principal da vela. Geradores piroquímicos de oxigênio conhecidos operam em velas de clorato do tipo termocatalítico contendo clorato de sódio, peróxido de bário, ferro e aglutinantes, ou velas de clorato do tipo catalítico consistindo de clorato de sódio e um catalisador, por exemplo, óxido ou peróxido de sódio ou potássio. taxa não inferior a 4 l/min, o que é várias vezes superior à necessidade fisiológica de uma pessoa. Com composições conhecidas, não pode ser alcançada uma taxa mais baixa de geração de oxigénio. Ao reduzir o diâmetro do bloco da vela de ignição, ou seja, área da frente de queima, o que pode levar à diminuição da velocidade, a vela perde a capacidade de queimar. Para manter a funcionalidade de uma vela, é necessária uma mudança na energia, aumentando a proporção de combustível na composição, o que leva a um aumento na taxa de combustão e, consequentemente, a um aumento na taxa de liberação de oxigênio. Um gerador conhecido contém blocos prensados de uma fonte sólida de oxigênio com elementos de ignição transitórios, um dispositivo de inicialização, isolamento térmico e um sistema de filtro em uma caixa de metal com um tubo de saída de oxigênio. O tampão de oxigênio neste gerador tem uma composição de clorato de sódio e óxido e peróxido de sódio e consiste em blocos cilíndricos separados que estão em contato entre si em suas extremidades. Os elementos de ignição transitórios são pressionados na extremidade de cada bloco e são compostos de alumínio e óxido de ferro. Alguns dos blocos têm formato curvo, o que permite colocá-los ao longo de uma linha em forma de U, em forma de U, em espiral, etc. Devido à alta taxa de geração de oxigênio, o peso total da vela de oxigênio necessária para garantir a operação do gerador a longo prazo aumenta. Por exemplo, para operar um protótipo de gerador por 1 hora, é necessária uma vela pesando cerca de 1,2 kg. A alta velocidade de geração também leva à necessidade de reforço do isolamento térmico, o que também está associado a um aumento adicional no peso do gerador. Os blocos curvos (angulares) são difíceis de fabricar e possuem baixa resistência mecânica: quebram facilmente na curva, o que leva à cessação da combustão na ruptura, ou seja, reduzir a confiabilidade da operação contínua de longo prazo do gerador. O objetivo da invenção é reduzir a taxa de geração de oxigênio e aumentar a confiabilidade durante a operação a longo prazo do gerador. Isto é conseguido pelo fato de que um gerador piroquímico de oxigênio contendo blocos prensados de uma fonte sólida de oxigênio com elementos de ignição transitórios, um dispositivo de inicialização, isolamento térmico e um sistema de filtro, colocado em uma caixa metálica equipada com um tubo de saída de oxigênio, possui blocos de uma fonte sólida de oxigênio na forma de paralelepípedos, enquanto uma composição de clorato de sódio, peróxido de cálcio e magnésio é utilizada como fonte sólida de oxigênio; Os elementos de ignição de transição são preparados a partir de uma mistura de peróxido de cálcio com magnésio e pressionados na forma de comprimidos na extremidade ou na face lateral do bloco, e os próprios blocos são colocados camada por camada e em zigue-zague em cada camada . A Figura 1 mostra um gerador piroquímico, visão geral. O gerador possui uma carcaça metálica 1, em cuja extremidade existe um dispositivo de inicialização 2. Na borda superior da carcaça existe um tubo 3 para saída de oxigênio. Os blocos 4 da fonte sólida de oxigênio são colocados em camadas e isolados uns dos outros e das paredes do alojamento por gaxetas 5 feitas de cerâmica porosa. As malhas metálicas 6 são colocadas em toda a superfície da camada superior dos blocos e na borda superior do corpo, entre as quais existe um filtro multicamadas 7. Na FIG. A Figura 2 mostra um diagrama de colocação de uma camada de blocos de fonte de oxigênio sólido no gerador. Foram utilizados dois tipos de blocos - longo 4 com pastilha de ignição de transição pressionada 9 na extremidade do bloco e curto 8 com pastilha de ignição de transição na parede lateral. O gerador é acionado quando o dispositivo de inicialização 2 é ligado, a partir do qual a composição de ignição 10 acende e o primeiro bloco da vela acende. A frente de combustão move-se continuamente ao longo do corpo da vela, movendo-se de bloco em bloco nos pontos de contato através de pastilhas de ignição transitórias 9. Como resultado da combustão da vela, o oxigênio é liberado. O fluxo de oxigênio resultante passa pelos poros da cerâmica 5, onde é parcialmente resfriado e entra no sistema de filtro. Passando por malhas e filtros metálicos, é adicionalmente resfriado e livre de impurezas e fumaça indesejadas. O oxigênio puro adequado para respiração sai pelo tubo 3. A taxa de geração de oxigênio, dependendo das necessidades, pode ser alterada na faixa de 0,7 a 3 l/min, alterando a composição da fonte sólida de oxigênio na proporção em peso NaClO 4 CaO 2 Mg 1 (0,20-0,24) ( 0,04-0,07) e a composição dos elementos de ignição CaO 2 Mg em uma proporção em peso de 1 (0,1-0,2). A combustão de uma camada de blocos de fonte de oxigênio sólido dura 1 hora. Se for necessária uma operação mais longa, a combustão é transferida usando um bloco curto 11 para a próxima camada localizada paralelamente à primeira, etc. O peso total dos elementos da vela durante uma hora de queima é de 300 g; a liberação total de calor é de cerca de 50 kcal/h. No gerador proposto, uma vela de oxigênio em forma de elementos paralelepípedos simplifica sua conexão entre si e permite um empacotamento denso e compacto. A fixação rígida e a eliminação da mobilidade dos blocos paralelepípedos garantem sua segurança durante o transporte e uso como parte de um aparelho respiratório e, assim, aumentam a confiabilidade da operação a longo prazo do gerador.
Alegar
1. GERADOR PIROCÊMICO DE OXIGÊNIO contendo blocos prensados de fonte sólida de oxigênio com elementos de ignição transitórios, dispositivo de iniciação, isolamento térmico e sistema de filtragem, colocados em carcaça metálica dotada de tubo de saída para oxigênio, caracterizado por os blocos de um sólido fonte de oxigênio são feitos na forma de paralelepípedos, com Neste caso, uma composição de clorato de sódio, peróxido de cálcio e magnésio, e elementos de ignição de transição - uma mistura de peróxido de cálcio com magnésio - são usados como fonte sólida de oxigênio e estão localizados na extremidade ou face lateral do bloco. 2. Gerador de oxigênio de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que blocos de uma fonte sólida de oxigênio são colocados camada por camada e em zigue-zague em cada camada.
O oxigénio a bordo de uma aeronave pode ser armazenado nos estados gasoso, líquido e criogénico (§ 10.3), e também pode estar num estado ligado em combinação com certos elementos químicos.
A necessidade de oxigênio em uma aeronave é determinada pelo consumo de oxigênio dos tripulantes, pela quantidade de seu vazamento para o espaço circundante e pela necessidade de recriar pressão na cabine de regeneração após sua despressurização forçada ou de emergência. As perdas de oxigênio devido ao vazamento das cabines das espaçonaves são geralmente insignificantes (por exemplo, na espaçonave Apollo ~ 100 g/h).
O maior consumo de oxigênio pode ocorrer quando a cabine é repressurizada.
A quantidade de oxigênio consumida por uma pessoa depende do peso da pessoa, de sua condição física, da natureza e intensidade da atividade, da proporção de proteínas, gorduras e carboidratos na dieta e de outros fatores. Acredita-se que o consumo médio diário de oxigênio de uma pessoa, dependendo do seu gasto energético, pode variar de 0,6 a 1 kg. Ao desenvolver sistemas de suporte à vida para voos de longo prazo, o consumo médio diário de oxigênio por pessoa é geralmente considerado entre 0,9-1 kg.
O peso e as características volumétricas deste sistema de regeneração dependem do tempo de voo e das características do sistema de armazenamento das reservas de oxigênio necessárias e dos absorvedores de impurezas nocivas.
O coeficiente a para o sistema de armazenamento 02 no estado líquido é cerca de 0,52-0,53, no estado criogênico - 0,7 e no estado gasoso - cerca de 0,8.
Porém, armazenar oxigênio em estado criogênico é mais lucrativo, pois neste caso, comparado a um sistema de oxigênio líquido, são necessários equipamentos mais simples, uma vez que não há necessidade de transferir oxigênio da fase líquida para a gasosa em condições de ausência de peso.
Fontes promissoras de oxigênio são alguns compostos químicos que contêm uma grande quantidade de oxigênio ligado e o liberam facilmente.
A viabilidade da utilização de uma série de compostos químicos altamente ativos se justifica pelo fato de que, junto com a liberação de oxigênio como resultado da reação, eles absorvem dióxido de carbono e água liberados durante a vida da tripulação. Além disso, esses compostos são capazes de desodorizar a atmosfera da cabine, ou seja, remover odores, substâncias tóxicas e destruir bactérias.
O oxigênio, combinado com outros elementos, existe em muitos compostos químicos. No entanto, apenas alguns deles podem ser usados para produzir O2. Ao trabalhar a bordo de uma aeronave, os compostos químicos devem atender a requisitos específicos: 1) ser estáveis durante o armazenamento, seguros e confiáveis na operação; 2) liberar oxigênio com facilidade e com teor mínimo de impurezas; 3) a quantidade de oxigênio liberada com a absorção simultânea de CO2 e H20 deve ser grande o suficiente para minimizar o peso do sistema com o fornecimento de substâncias.
Nas espaçonaves, é aconselhável utilizar reservas de oxigênio nos seguintes compostos químicos: superóxidos de metais alcalinos, peróxido de hidrogênio, cloratos de metais alcalinos.
A substância liberadora de oxigênio mais utilizada é o superóxido de potássio.
Os cartuchos de superóxido são adequados para armazenamento a longo prazo. A reação de liberação de oxigênio do superóxido de potássio pode ser facilmente controlada. É muito importante que os superóxidos liberem oxigênio ao absorver dióxido de carbono e água. É possível garantir que a reação ocorra de forma que a relação entre o volume de dióxido de carbono absorvido e o volume de oxigênio liberado seja igual ao coeficiente respiratório humano.
Para realizar a reação, uma corrente de gás a ser enriquecida com oxigênio e contendo dióxido de carbono e vapores
Na primeira reação principal, 1 kg de K02 absorve 0,127 kg de água e libera 236 litros de gás oxigênio. Na segunda reação principal, 1 kg de CO2 absorve 175 litros de dióxido de carbono e libera 236 litros de gás oxigênio.
Devido à presença de reações secundárias, a relação entre o volume de oxigênio liberado no regenerador e o volume de dióxido de carbono absorvido pode variar amplamente e não corresponde à relação entre o volume de oxigênio consumido por uma pessoa e o volume de carbono dióxido liberado por ele.
A ocorrência de uma reação de um tipo ou de outro depende do conteúdo de vapor d'água e dióxido de carbono no fluxo de gás. À medida que o conteúdo de vapor de água aumenta, a quantidade de oxigênio produzido aumenta. A regulação da produtividade do oxigênio no cartucho de regeneração é realizada alterando o conteúdo de vapor d'água na entrada do cartucho.
Os cloratos de metais alcalinos (por exemplo, NaC103)t são utilizados como meios de emergência destinados à rápida produção de oxigênio em caso de, por exemplo, despressurização repentina da cabine. forma supositórios de clorato.
O rendimento de oxigênio praticamente possível neste caso é de ~40 a/o. A reação de decomposição dos cloratos ocorre com a absorção de calor. O calor necessário para que a reação ocorra é liberado como resultado da oxidação do pó de ferro, que é adicionado às velas de clorato. As velas são acesas com um fósforo de fósforo ou uma ignição elétrica. Supositórios de clorato queimar a uma velocidade de cerca de 10 mm/min.
Ao utilizar sistemas de regeneração do ambiente gasoso da cabine, baseados em reservas de oxigênio gasoso ou criogênico, é necessário secar o ambiente gasoso de vapor d'água, dióxido de carbono e impurezas nocivas.
A secagem do ambiente gasoso pode ser realizada soprando gás através de absorvedores de água ou através de trocadores de calor que resfriam o gás abaixo do ponto de orvalho, seguido pela remoção da umidade condensada.
Plugue de oxigênio- trata-se de um dispositivo que, por meio de uma reação química, produz oxigênio adequado para consumo pelos organismos vivos. A tecnologia foi desenvolvida por um grupo de cientistas da Rússia e da Holanda. Amplamente utilizado por serviços de resgate em muitos países, também em aviões e estações espaciais como a ISS. As principais vantagens deste desenvolvimento são a compacidade e a leveza.
O oxigênio é um recurso muito importante a bordo da ISS. Mas o que acontece se durante um acidente ou avaria acidental, os sistemas de suporte à vida, incluindo o sistema de fornecimento de oxigénio, pararem de funcionar? Todos os organismos vivos a bordo simplesmente não conseguirão respirar e morrerão. Portanto, especialmente para esses casos, os astronautas têm um suprimento bastante impressionante de geradores químicos de oxigênio; para simplificar, isso é velas de oxigênio. O modo como tal dispositivo funciona e é usado no espaço foi mostrado em termos gerais no filme “Alive”.
As aeronaves também usam geradores de oxigênio de base química. Se a prancha for despressurizada ou ocorrer outra avaria, uma máscara de oxigênio cairá perto de cada passageiro. A máscara produzirá oxigênio por 25 minutos, após os quais a reação química será interrompida.
Plugue de oxigênio no espaço consiste em perclorato ou clorato de potássio. A maioria dos aviões usa peróxido de bário ou clorato de sódio. Há também um gerador de ignição e um filtro para resfriamento e limpeza de outros elementos desnecessários.
A invenção refere-se a geradores de oxigênio para respiração e pode ser utilizada em aparelhos respiratórios de uso pessoal, utilizados em situações de emergência, por exemplo, na extinção de incêndios. A fim de reduzir a taxa de geração de oxigênio e aumentar a confiabilidade durante a operação de longo prazo, um gerador piroquímico de oxigênio contendo blocos prensados de uma fonte sólida de oxigênio com elementos de ignição de transição, um dispositivo de inicialização, isolamento térmico e um sistema de filtro, colocado em um metal O gabinete, equipado com tubo de saída de oxigênio, possui blocos de fonte sólida de oxigênio na forma de paralelepípedos, enquanto uma composição de clorato de sódio, peróxido de cálcio e magnésio é utilizada como fonte sólida de oxigênio. Os elementos de ignição transitórios são preparados a partir de uma mistura de peróxido de cálcio e magnésio e são pressionados na forma de comprimidos na extremidade ou na borda lateral da lateral, e os próprios blocos são colocados em camadas e em zigue-zague em cada camada . 1 z. p. mosca, 2 doentes.
A invenção refere-se a geradores de oxigênio para respiração e pode ser utilizada em aparelhos respiratórios de uso pessoal, utilizados em situações de emergência, por exemplo, na extinção de incêndios.
Um gerador piroquímico de oxigênio é um dispositivo constituído por um invólucro, dentro do qual existe uma composição capaz de liberar oxigênio por meio de um processo piroquímico de autopropagação: uma vela de oxigênio, um dispositivo de ignição para iniciar a combustão da vela, um sistema de filtro para purificação o gás de impurezas estranhas e fumaça e isolamento térmico. Pela tubulação de saída, o oxigênio é fornecido ao ponto de consumo pela tubulação.
Na maioria dos geradores de oxigênio conhecidos, a vela de ignição é feita na forma de um monobloco cilíndrico. O tempo de queima dessa vela não excede 15 minutos. Uma operação mais longa do gerador é conseguida usando vários blocos (elementos) dispostos de forma que suas extremidades se toquem. Quando termina a combustão de um bloco, o impulso térmico inicia a combustão do próximo elemento da vela, e assim sucessivamente até que esteja completamente esgotado. Para uma ignição mais confiável, uma composição pirotécnica de ignição intermediária é pressionada na extremidade do elemento receptor do impulso, que possui maior energia e maior sensibilidade ao impulso térmico do que a composição principal da vela.
Geradores piroquímicos de oxigênio conhecidos operam em velas de clorato do tipo termocatalítico contendo clorato de sódio, peróxido de bário, ferro e aglutinantes, ou velas de clorato do tipo catalítico consistindo de clorato de sódio e um catalisador, por exemplo, óxido ou peróxido de sódio ou potássio. taxa não inferior a 4 l/min, o que é várias vezes superior à necessidade fisiológica de uma pessoa. Com composições conhecidas, não pode ser alcançada uma taxa mais baixa de geração de oxigénio. Ao reduzir o diâmetro do bloco da vela de ignição, ou seja, área da frente de queima, o que pode levar à diminuição da velocidade, a vela perde a capacidade de queimar. Para manter a funcionalidade de uma vela, é necessária uma mudança na energia, aumentando a proporção de combustível na composição, o que leva a um aumento na taxa de combustão e, consequentemente, a um aumento na taxa de liberação de oxigênio.
Um gerador conhecido contém blocos prensados de uma fonte sólida de oxigênio com elementos de ignição transitórios, um dispositivo de inicialização, isolamento térmico e um sistema de filtro em uma caixa de metal com um tubo de saída de oxigênio. O tampão de oxigênio neste gerador tem uma composição de clorato de sódio e óxido e peróxido de sódio e consiste em blocos cilíndricos separados que estão em contato entre si em suas extremidades. Os elementos de ignição transitórios são pressionados na extremidade de cada bloco e são compostos de alumínio e óxido de ferro. Alguns dos blocos têm formato curvo, o que permite colocá-los ao longo de uma linha em forma de U, em forma de U, em espiral, etc.
Devido à alta taxa de geração de oxigênio, o peso total da vela de oxigênio necessária para garantir a operação do gerador a longo prazo aumenta. Por exemplo, para operar um protótipo de gerador por 1 hora, é necessária uma vela pesando cerca de 1,2 kg. A alta velocidade de geração também leva à necessidade de reforço do isolamento térmico, o que também está associado a um aumento adicional no peso do gerador.
Os blocos curvos (angulares) são difíceis de fabricar e possuem baixa resistência mecânica: quebram facilmente na curva, o que leva à cessação da combustão na ruptura, ou seja, reduzir a confiabilidade da operação contínua de longo prazo do gerador.
O objetivo da invenção é reduzir a taxa de geração de oxigênio e aumentar a confiabilidade durante a operação a longo prazo do gerador.
Isto é conseguido pelo fato de que um gerador piroquímico de oxigênio contendo blocos prensados de uma fonte sólida de oxigênio com elementos de ignição transitórios, um dispositivo de inicialização, isolamento térmico e um sistema de filtro, colocado em uma caixa metálica equipada com um tubo de saída de oxigênio, possui blocos de uma fonte sólida de oxigênio na forma de paralelepípedos, enquanto uma composição de clorato de sódio, peróxido de cálcio e magnésio é utilizada como fonte sólida de oxigênio; Os elementos de ignição de transição são preparados a partir de uma mistura de peróxido de cálcio com magnésio e pressionados na forma de comprimidos na extremidade ou na face lateral do bloco, e os próprios blocos são colocados camada por camada e em zigue-zague em cada camada .
A Figura 1 mostra um gerador piroquímico, visão geral. O gerador possui uma carcaça metálica 1, em cuja extremidade existe um dispositivo de inicialização 2. Na borda superior da carcaça existe um tubo 3 para saída de oxigênio. Os blocos 4 da fonte sólida de oxigênio são colocados em camadas e isolados uns dos outros e das paredes do alojamento por gaxetas 5 feitas de cerâmica porosa. Malhas metálicas 6 são colocadas em toda a superfície da camada superior dos blocos e na borda superior do corpo, entre as quais existe um filtro multicamadas 7.
Na fig. A Figura 2 mostra um diagrama de colocação de uma camada de blocos de fonte de oxigênio sólido no gerador. Foram utilizados dois tipos de blocos - longo 4 com pastilha de ignição de transição pressionada 9 na extremidade do bloco e curto 8 com pastilha de ignição de transição na parede lateral.
O gerador é acionado quando o dispositivo de inicialização 2 é ligado, a partir do qual a composição de ignição 10 acende e o primeiro bloco da vela acende. A frente de combustão move-se continuamente ao longo do corpo da vela, movendo-se de bloco em bloco nos pontos de contato através de pastilhas de ignição transitórias 9. Como resultado da combustão da vela, o oxigênio é liberado. O fluxo de oxigênio resultante passa pelos poros da cerâmica 5, onde é parcialmente resfriado e entra no sistema de filtro. Passando por malhas e filtros metálicos, é adicionalmente resfriado e livre de impurezas e fumaça indesejadas. O oxigênio puro adequado para respiração sai pelo tubo 3.
A taxa de geração de oxigênio, dependendo das necessidades, pode ser alterada na faixa de 0,7 a 3 l/min, alterando a composição da fonte sólida de oxigênio na proporção em peso NaClO 4 CaO 2 Mg 1 (0,20-0,24) ( 0,04-0,07) e a composição dos elementos de ignição CaO 2 Mg em uma proporção em peso de 1 (0,1-0,2). A combustão de uma camada de blocos de fonte de oxigênio sólido dura 1 hora. Se for necessária uma operação mais longa, a combustão é transferida usando um bloco curto 11 para a próxima camada localizada paralelamente à primeira, etc. O peso total dos elementos da vela durante uma hora de queima é de 300 g; a liberação total de calor é de cerca de 50 kcal/h.
No gerador proposto, uma vela de oxigênio em forma de elementos paralelepípedos simplifica sua conexão entre si e permite um empacotamento denso e compacto. A fixação rígida e a eliminação da mobilidade dos blocos paralelepípedos garantem sua segurança durante o transporte e uso como parte de um aparelho respiratório e, assim, aumentam a confiabilidade da operação a longo prazo do gerador.
1. GERADOR PIROCÊMICO DE OXIGÊNIO contendo blocos prensados de fonte sólida de oxigênio com elementos de ignição transitórios, dispositivo de iniciação, isolamento térmico e sistema de filtragem, colocados em carcaça metálica dotada de tubo de saída para oxigênio, caracterizado por os blocos de um sólido fonte de oxigênio são feitos na forma de paralelepípedos, com Neste caso, uma composição de clorato de sódio, peróxido de cálcio e magnésio, e elementos de ignição de transição - uma mistura de peróxido de cálcio com magnésio - são usados como fonte sólida de oxigênio e estão localizados na extremidade ou face lateral do bloco.
2. Gerador de oxigênio de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que blocos de uma fonte sólida de oxigênio são colocados camada por camada e em zigue-zague em cada camada.
OXIGÊNIO(Latim Oxygenium, do grego oxys sour e gennao - eu dou à luz) Ah, químico. elemento VI gr. periódico sistemas, em. n. 8, às. m.15.9994. Natureza K. consiste em três isótopos estáveis: 16 O (99,759%), 17 O (0,037%) e 18 O (0,204%).Configuração da camada eletrônica externa do átomo 2s 2 2p; energias de ionização O°: O +: O 2+ são iguais respectivamente. 13,61819, 35,118 eV; Eletronegatividade de Pauling 3,5 (elemento mais eletronegativo depois de F); afinidade eletrônica 1,467 eV; raio covalente 0,066 nm.
A molécula K é diatômica. Há também uma modificação alotrópica de K. ozônioÓ3. A distância interatômica na molécula de O 2 é 0,12074 nm; energia de ionização do O 2 12,075 eV;
afinidade eletrônica 0,44 eV; energia de dissociação 493,57 kJ/mol, constante de dissociação Kr=p O 2 /p O2 é 1,662. 10 -1 a 1500 K, 1,264. 10-2 a 3.000 K, 48,37 a 5.000 K; raio iônico de O 2 (os números de coordenação são indicados entre parênteses) 0,121 nm (2), 0,124 nm (4), 0,126 nm (6) e 0,128 nm (8).
No estado fundamental (tripleto) existem dois elétrons de valência da molécula de O 2 localizados em orbitais antiligantes p X e P y, não estão emparelhados, pelo que K. é paramagnético (unidade, gás paramagnético, constituído por moléculas diatômicas homonucleares); revista molar. suscetibilidade a gases 3,4400.
10 (293 K), varia inversamente com abs. t-re (lei de Curie). Existem dois estados excitados de longa duração do O 2 - singleto 1 D g (energia de excitação 94,1 kJ/mol, tempo de vida 45 min) e singleto (energia de excitação 156,8 kJ/mol).
K.-naib. um elemento comum na Terra. A atmosfera contém 23,10% em massa (20,95% em volume) livre. K., na hidrosfera e na litosfera - respectivamente. 85,82 e 47% em peso de potássio ligado. São conhecidos mais de 1.400 minerais, que incluem o potássio. A perda de potássio na atmosfera como resultado da oxidação, incluindo combustão, decomposição e respiração, é compensada pela liberação de potássio pelas plantas. durante a fotossíntese. K. faz parte de todas as substâncias a partir das quais os organismos vivos são construídos; o corpo humano contém aprox. 65%.
Propriedades. K.-incolor gás inodoro e insípido. T. kip. 90,188 K, temperatura de ponto triplo 54,361 K; denso a 273 K e pressão normal 1,42897 g/l, densidade. (em kg/m3) a 300 K: 6,43 (0,5 MPa), 12,91 (1 MPa), 52,51 (4 MPa); t crítico 154,581 K, R Creta
5,043 MPa, d crítico 436,2 kg/m3; C 0 p 29,4 J/(mol. PARA); D H0 isp 6,8 kJ/mol (90,1 K); SÓ 299
205,0 JDmol. . K) a 273 K; h 205,2 3 10 -7 Pa. s (298K). O líquido K. é de cor azul; denso 1,14 g/cm3 (90,188 K); COp 54,40 J/(mol.
PARA); condutividade térmica 0,147 Wdm. K) (90 K, 0,1 MPa); h
1.890. 10 -2 Pa. Com; g 13.2. 10 -5 N/m (90 K), nível de dependência de temperatura g = -38,46. 10 -3 (1 - T/154.576) 11/9 N/m; nD 1,2149 ( eu =546,1nm; 100K); não condutor; revista molar. suscetibilidade 7.699. 10 -3 (90,1 K). O sólido K. existe em vários. cristalino modificações. Abaixo de 23,89 K, a forma a com corpo centrado é estável. rum-beach, grade (em 21 K e 0,1 MPa A= 0,55nm,b =
0,382 nm, s=0,344 nm, densidade. 1,46 g/cm3), a 23,89-43,8 K- b - forma com hexágeno, cristalino. grade (a 28 K e 0,1 MPa A= 0,3307 nm, s = 1,1254 nm), acima de 43,8 K há g -forma cúbica treliça ( A= 0,683nm); D H° de transições polimórficas g: b 744 J/mol (43,818 K), BA 93,8 J/mol (23,878 K); ponto Triplo b-g- K gasoso: temperatura 283 K, pressão 5,0 GPa; D HO p.f. 443 J/mol; Nível de dependência da temperatura da densidade d = 1,5154-0,004220T g/cm3 (44 54 K), a-, b- e g- O 2 cristais azuis claros. A modificação p é antiferromagnética, a e g paramagnético, seu ímã. suscetibilidade resp. 1.760. 10 -3 (23,7 K) e 1,0200. 10 -5 (54,3 K). A 298 K e um aumento na pressão para 5,9 GPa, o K cristaliza, formando hexágeno de cor rosa. b -forma ( uma = 0,2849nm, c = 1,0232 nm), e quando a pressão aumenta para 9 GPa, um diamante laranja forma. e -forma (em 9,6 GPa A=0,42151nm, b = 0,29567nm, Com=0,66897nm, densidade 2,548g/cm3).
Taxa R de K. em atm. pressão e 293 K (em cm 3 / cm 3): em água 0,031, etanol 0,2201, metanol 0,2557, acetona 0,2313; valor de pH em água a 373 K 0,017 cm 3 /cm 3; Valor de pH a 274 K (em % em volume): em perfluorobutiltetrahidrofurano 48,5, perfluorodecalina 45,0, perfluoro-l-metildecalina 42,3. Bons absorvedores sólidos de K são o negro de platina e o carvão ativo. Metais nobres em fusão. estado absorver meios. número de K., por ex. a 960 °C, um volume de prata absorve ~22 volumes de K., que a
quando resfriado, é quase totalmente liberado. Muitas pessoas têm a capacidade de absorver K. metais sólidos e óxidos, e outros não estequiométricos são formados. conexões.
K. tem um alto teor químico atividade, formando um composto. com todos os elementos, exceto He, Ne e Ar. Átomo K. em química. conexão. geralmente ganha elétrons e é negativo. cobrança efetiva. Compostos nos quais os elétrons são afastados do átomo de K são extremamente raros (por exemplo, OF 2). Com substâncias simples diferentes de Au, Pt, Xe e Kr, o K reage diretamente em condições normais ou quando aquecido, bem como na presença. catalisadores. As reações com halogênios são realizadas sob a influência da eletricidade. descarga ou radiação UV. Em áreas com todas as substâncias simples, exceto F 2, o K é um agente oxidante.
Mol. K. forma três diferentes. formas iônicas, cada uma das quais dá origem a uma classe de compostos: O - 2 - superóxidos, O 2 2- -
peróxidos (ver Compostos de peróxidos inorgânicos, Compostos de peróxidos orgânicos), O + 2 - compostos dioxigenílicos. O ozônio forma ozonídeos, nos quais a forma iônica é KO - 3. A molécula de O2 se liga como um ligante fraco a certos complexos de Fe, Co, Mn, Cu. Entre essas conexões. A hemoglobina é importante porque transporta sangue no corpo de animais de sangue quente.
São chamadas R-ções com K., acompanhadas por intensa liberação de energia. queimando. As interações desempenham um grande papel. K. com metais presentes. umidade-atm. corrosão metálica, e respiração organismos vivos e decadência. Como resultado de uma organização complexa e podre. As substâncias de animais e plantas mortos transformam-se em substâncias mais simples e, por fim, em CO 2 e água.
K reage com hidrogênio para formar água e liberar uma grande quantidade de calor (286 kJ por mol de H2). À temperatura ambiente, o fluxo é extremamente lento, na presença. catalisadores - de forma relativamente rápida já a 80-100 ° C (esta solução é usada para purificar H 2 e gases inertes de impurezas de O 2). Acima de 550°C, a reação do H 2 com O 2 é acompanhada por uma explosão.
Dos elementos de I gr. máx. reagem facilmente com K. Rb e Cs, que se inflamam espontaneamente no ar, K, Na e Li reagem com K. mais lentamente, a reação acelera na presença. vapor de água. Quando metais alcalinos (exceto Li) são queimados em atmosfera de K, formam-se peróxidos M 2 O 2 e superóxidos MO 2. K reage com relativa facilidade com elementos do subgrupo IIa, por exemplo, Ba pode inflamar no ar a 20-25°C, Mg e Be inflamar acima de 500°C; Os produtos da solução nestes casos são óxidos e peróxidos. Com elementos do subgrupo IIb K. interação. com grande dificuldade, a solução de K. com Zn, Cd e Hg ocorre apenas em temperaturas mais altas (são conhecidas rochas nas quais o Hg está contido na forma elementar). Nas superfícies de Zn e Cd, formam-se filmes fortes de seus óxidos, protegendo os metais de futuras oxidações.
Elementos III gr. reage com K. somente quando aquecido, formando óxidos. Os metais compactos Ti, Zr e Hf são resistentes à ação do carbono.Ele reage com o carbono para formar CO 2 e liberar calor (394 kJ/mol); com carbono amorfo a reação ocorre com leve aquecimento, com diamante e grafite - acima de 700°C.
K. reage com nitrogênio somente acima de 1200°C com a formação de NO, que é então facilmente oxidado por K. em NO 2 já em temperatura ambiente. O fósforo branco é propenso à combustão espontânea no ar à temperatura ambiente.
Elementos VI gr. S, Se e Te reagem com o potássio a uma taxa notável após aquecimento moderado. A oxidação notável de W e Mo é observada acima de 400 °C, Cr - a uma temperatura muito mais alta.
K. oxida vigorosamente org. conexões. A combustão de combustíveis líquidos e gases combustíveis ocorre como resultado da reação do carbono com hidrocarbonetos.
Recibo. Na indústria K. obter separação de ar, CH. arr. pelo método de retificação de baixa temperatura. Também é produzido junto com o H 2 durante a produção industrial. eletrólise da água. Eles produzem tecnologia gasosa. K. (92-98% O 2), tecnologia. (1ª série 99,7% O 2 , 2ª série 99,5% e 3ª série 99,2%) e
líquido (não inferior a 99,7% O 2). K. também é produzido para fins medicinais (“médico oxigênio"contendo 99,5% de O 2).
Para respirar em espaços confinados (submarinos, naves espaciais, etc.), utilizam-se fontes sólidas de K., cuja ação se baseia na autopropagação exotérmica. r-ção entre o transportador K. (clorato ou perclorato) e combustível. Por exemplo, uma mistura de NaClO 3 (80%), Fe em pó (10%), BaO 2 (4%) e fibra de vidro (6%) é prensada em cilindros; depois de ignição assim oxigênio a vela queima a uma velocidade de 0,15-0,2 mm/s, liberando carbono puro e respirável em uma quantidade de 240 l/kg (ver. Fontes de gás pirotécnico).
No laboratório, K. é obtido por decomposição quando aquecido. óxidos (por exemplo, HgO) ou contendo oxigênio sais (por exemplo, KClO 3, KMnO 4), bem como eletrólise de uma solução aquosa de NaOH. No entanto, na maioria das vezes eles usam industrial. K., fornecido em cilindros de pressão.
Definição. A concentração de K. nos gases é determinada por meio de analisadores de gases portáteis, por exemplo. volumétrico um método para alterar o volume conhecido da amostra analisada após absorver O 2 dela em soluções - cobre-amônia, pirogalol, NaHSO 3, etc. Para a determinação contínua de K em gases, automático termomagnético analisadores de gás baseados em alta magnética suscetibilidade de K. Para determinar pequenas concentrações de K. em gases inertes ou hidrogênio (menos de 1%) use automático. termoquímico, eletroquímico, galvânico e outros analisadores de gases. Para o mesmo propósito, utiliza-se o colorimétrico. método (usando o dispositivo Mugdan) baseado na oxidação do incolor. complexo de amônia Cu(I) em um composto de cor brilhante. Cu(II). K., dissolvido em água, também é determinado colorimetricamente, por exemplo. pela formação de uma cor vermelha durante a oxidação do índigo carmim reduzido. Na organização. conexão. K é determinado na forma de CO ou CO 2 após pirólise em alta temperatura da substância analisada em um fluxo de gás inerte. Para determinar a concentração de potássio em aço e ligas, são utilizados produtos químicos eletroquímicos. sensores com eletrólito sólido (ZrO 2 estabilizado). Veja também Análise de gás, Analisadores de gás.
Aplicativo. K. é usado como agente oxidante: na metalurgia - na fundição de ferro fundido e aço (em alto-forno, conversor de oxigênio e produção a céu aberto), nos processos de fundição de eixo, flash e conversor de metais não ferrosos; na produção de laminação; durante a remoção de metais a fogo; na produção de fundição; para soldagem termite e corte de metais; em química e petroquímica indústria para produção de HNO 3, H 2 SO 4, metanol, acetileno; formaldeído, óxidos, peróxidos, etc. K. é usado para fins medicinais na medicina, bem como em respiração de oxigênio. aparelhos (em naves espaciais, em submarinos, durante voos de alta altitude, operações subaquáticas e de resgate). Oxidante de carbono líquido para combustíveis de foguetes; Também é utilizado em operações de detonação, como refrigerante em laboratório. prática.
K. a produção nos EUA é de 10,75 bilhões de m 3 (1985); na metalurgia, 55% do carbono produzido é consumido; na indústria química. perdoar - 20%.
K. não é tóxico nem inflamável, mas suporta a combustão. Quando misturados com carbono líquido, todos os hidrocarbonetos são explosivos, incl. óleos, CS 2. máx. Impurezas inflamáveis ligeiramente solúveis que se transformam em estado sólido em carbono líquido (por exemplo, acetileno, propileno, CS 2) são perigosas. Conteúdo máximo permitido em K líquido: acetileno 0,04 cm 3 /l, CS 2 0,04 cm 3 /l, óleo 0,4 mg/l.
O K. gasoso é armazenado e transportado em cilindros de aço de pequena (0,4-12 l) e média (20-50 l) capacidade a uma pressão de 15 e 20 MPa, bem como em cilindros de grande capacidade (80-1000 l a 32 e 40 MPa), K. líquido em vasos Dewar ou especiais. tanques. Para o transporte de líquidos líquidos e gasosos, também são utilizados equipamentos especiais. oleodutos. Oxigênio os cilindros são pintados de azul e possuem a inscrição em letras pretas " oxigênio"
.
Pela primeira vez, K. em sua forma pura foi obtido por K. Scheele em 1771. Independentemente dele, K. foi obtido por J. Priestley em 1774. Em 1775, A. Lavoisier estabeleceu que K. é um componente do ar , e está contido no plural. uau.
Aceso.. Glizmayenko D.L., recibo oxigênio, 5ª ed., M., 1972; Razumovsky S. D., Elemental de oxigênio formas e propriedades, M., 1979; Propriedades termodinâmicas oxigênio, M., 1981. Sim. D. Zelvensky.
Utilização: para obtenção de oxigênio em sistemas de suporte à vida em situações de emergência. A essência da invenção: a composição pirotécnica inclui 87 - 94% em peso de NaClO 3 e 6 - 13% em peso de Cu 2 S. Produção de O 2 231 - 274 l/kg, temperatura na zona de combustão 520 - 580 o C. 1 mesa.
A invenção refere-se ao campo de obtenção de oxigênio gasoso a partir de composições sólidas que geram oxigênio devido a uma reação termocatalítica autossustentada que ocorre entre os componentes da composição em uma estreita região de combustão. Essas composições são chamadas de velas de oxigênio. O oxigênio gerado pode ser utilizado em sistemas de suporte à vida e em situações de emergência de serviços de despacho. Fontes pirotécnicas conhecidas de oxigênio, as chamadas velas de oxigênio ou clorato, contêm três componentes principais: transportador de oxigênio, combustível e catalisador. Nas velas de cloro, o transportador de oxigênio é o clorato de sódio, cujo conteúdo está na faixa de 80-93 % O combustível é pó metálico de ferro com dióxido de carbono. A função de catalisador é desempenhada por óxidos e peróxidos metálicos, por exemplo MgFeO 4 . A produção de oxigênio está na faixa de 200-260 l/kg. A temperatura na zona de combustão das velas de clorato contendo metal como combustível ultrapassa 800 o C. O mais próximo da invenção é a composição contendo clorato de sódio como transportador de oxigênio, 92% de combustível, uma liga de magnésio com silício na proporção de 1:1 (3 em peso), e em Como catalisador, uma mistura de óxidos de cobre e níquel na proporção de 1:4. O rendimento de oxigénio desta composição é de 265,5 l/kg. A temperatura na zona de combustão é de 850-900 o C. A desvantagem da composição conhecida é a alta temperatura na zona de combustão, o que acarreta a necessidade de complicar o projeto do gerador, a introdução de um trocador de calor especial para resfriamento do oxigênio , a possibilidade de a carcaça do gerador pegar fogo com faíscas de partículas metálicas em chamas que a atingem, o aparecimento de excesso da quantidade de fase líquida (derreter) próximo à zona de combustão, o que leva à deformação do bloco e ao aumento da quantidade de poeira . O objetivo da invenção é reduzir a temperatura na zona de combustão da composição enquanto mantém um alto rendimento de oxigênio. Isto é conseguido pelo fato de a composição conter clorato de sódio como transportador de oxigênio e sulfito de cobre (Cu 2 S) como combustível e catalisador. Os componentes da composição são tomados na seguinte proporção, em peso. clorato de sódio 87-94; sulfeto de cobre 6-13. A possibilidade de utilização do sulfeto de cobre como combustível e catalisador baseia-se em um mecanismo especial de ação catalítica. Durante a reação, ambos os componentes do sulfeto de cobre são oxidados exotérmicamente:
Cu 2 S + 2,5O 2 CuSO 4 + CuO + 202,8 kcal. Essa reação fornece energia para que ocorra o processo de autopropagação. A entalpia específica de combustão do Cu 2 S (1,27 kcal/g) não é muito diferente da entalpia específica de combustão do ferro (1,76 kcal/g). A maior parte da energia vem da oxidação do enxofre sulfeto em sulfato e apenas uma pequena parte da oxidação do cobre. O sulfeto de cobre é mais reativo que o pó metálico de ferro e magnésio, portanto a principal reação exotérmica pode ocorrer bastante rapidamente a uma temperatura relativamente baixa de 500 o C. A baixa temperatura na zona de combustão também é garantida pelo fato de que tanto o sulfeto de cobre quanto seu produto de oxidação óxido de cobre são catalisadores eficazes para a decomposição de clorato de sódio. De acordo com dados do DTA, o clorato de sódio puro, quando aquecido a uma taxa de 10 o C/min, decompõe-se em NaCl e O 2 a 480-590 o C, na presença de 6% em peso. Cu 2 S a 260-360 o C, e na presença de 12% em peso. CuO a 390-520 o C. O pó de Cu 2 S é caracterizado por maior dispersão e baixa temperatura na zona de combustão de 520-580 o C. O oxigênio resultante não contém impurezas nocivas como Cl 2, compostos de carbono e um mínimo quantidade de SO 2 não superior a 0,55 kg/m3.
O OXIGÊNIO ESTÁ CONTIDO NO AR. NATUREZA DA ATMOSFERA. SUAS PROPRIEDADES. OUTROS PRODUTOS DE COMBUSTÃO DE VELAS. ÁCIDO CARBÔNICO, SUAS PROPRIEDADES
Já vimos que o hidrogênio e o oxigênio podem ser obtidos a partir da água obtida pela queima de uma vela. Você sabe que o hidrogênio vem de uma vela, e o oxigênio, você acredita, vem do ar. Mas, neste caso, você tem o direito de me perguntar: “Por que é que o ar e o oxigênio não queimam uma vela igualmente bem?” Se você tiver uma lembrança recente do que aconteceu quando cobri as cinzas com uma jarra de oxigênio, lembrará que aqui a combustão ocorreu de maneira completamente diferente do que no ar. Então qual é o problema? Esta é uma questão muito importante e farei o possível para ajudá-lo a entendê-la; está directamente relacionado com a questão da natureza da atmosfera e é, portanto, extremamente importante para nós.
Temos diversas formas de reconhecer o oxigênio, além de simplesmente queimar certas substâncias nele contidas. Você viu como uma vela queima no oxigênio e no ar; você viu como o fósforo queima no ar e no oxigênio; você viu como o ferro queima no oxigênio. Mas, além desses métodos de reconhecimento de oxigênio, existem outros, e irei analisar alguns deles para ampliar sua experiência e seu conhecimento. Aqui, por exemplo, está um recipiente com oxigênio. Vou provar para você a presença desse gás. Vou pegar uma lasca fumegante e colocá-la em oxigênio. Da última conversa, você já sabe o que vai acontecer: uma lasca fumegante jogada em uma jarra mostrará se há oxigênio nela ou não. Comer! Provamos isso queimando.
Aqui está outra forma de reconhecer o oxigênio, muito interessante e útil. Aqui tenho dois potes, cada um cheio de gás. Eles são separados por uma placa para que esses gases não se misturem. Retiro a placa e começa a mistura dos gases: cada gás parece penetrar na jarra onde o outro está. "Então, o que está acontecendo aqui?", você pergunta. "Eles juntos não produzem o tipo de combustão que observamos com uma vela." Mas veja como a presença do oxigênio pode ser reconhecida pela sua combinação com essa segunda substância.
Que gás magnificamente colorido acabou por ser. Isso me sinaliza a presença de oxigênio. A mesma experiência pode ser feita misturando este gás de teste com ar comum. Aqui está uma jarra com ar - do tipo em que uma vela queimaria - e aqui está uma jarra com esse gás de teste. Deixei-os misturar com água e este é o resultado: o conteúdo do frasco de teste flui para dentro do frasco com ar e você vê exatamente a mesma reação acontecendo. Isto prova que existe oxigênio no ar, ou seja, a mesma substância que já extraímos da água obtida pela queima de uma vela.
Mas ainda assim, por que uma vela não queima tão bem no ar quanto no oxigênio? Chegaremos a isso agora. Aqui tenho dois potes; eles estão cheios de gás no mesmo nível e têm a mesma aparência. Para falar a verdade, nem sei agora qual dessas latas contém oxigênio e qual contém ar, embora saiba que foram preenchidas antecipadamente com esses mesmos gases. Mas temos um gás de teste e agora vou descobrir se há alguma diferença entre o conteúdo de ambos os frascos na capacidade de fazer com que esse gás fique vermelho. Deixei o gás de teste entrar em uma das latas. Observe o que acontece. Como você pode ver, há vermelhidão, o que significa que há oxigênio aqui. Vamos agora tentar o segundo frasco. Como você pode ver, a vermelhidão não é tão pronunciada como no primeiro frasco.
Então acontece uma coisa curiosa: se a mistura de dois gases no segundo frasco for bem agitada com água, o gás vermelho é absorvido; se você deixar entrar outra porção do gás de teste e agitar novamente o frasco, a absorção do gás vermelho se repetirá; e isso pode continuar enquanto houver oxigênio, sem o qual esse fenômeno é impossível. Se eu deixar entrar ar, isso não mudará; mas assim que introduzo água, o gás vermelho desaparece; e posso continuar assim, deixando entrar cada vez mais gás de teste, até que reste algo no frasco que não será mais colorido pela adição da substância que coloriu o ar e o oxigênio. Qual é o problema? Você entende que no ar, além do oxigênio, existe outra coisa, e ela permanece no restante. Agora vou deixar entrar um pouco mais de ar no pote, e se ficar vermelho, vocês saberão que ainda sobrou alguma quantidade de gás corante e que, portanto, não é a falta dele que explica o fato de nem todos o ar estava esgotado.
Isso ajudará você a entender o que estou prestes a dizer. Você viu que quando queimei o fósforo na jarra e a fumaça resultante do fósforo e do oxigênio assentou, uma boa quantidade de gás permaneceu sem uso, assim como nosso gás de teste deixou algo inalterado. E de fato, após a reação, permaneceu esse gás, que não muda nem do fósforo nem do gás corante. Este gás não é oxigênio, mas, mesmo assim, é parte integrante da atmosfera.
Esta é uma forma de dividir o ar nas duas substâncias que o compõem, ou seja, no oxigênio, que queima nossas velas, no fósforo e tudo mais, e nessa outra substância - o nitrogênio, na qual elas não queimam. Há muito mais deste segundo componente no ar do que oxigênio.
Este gás revela-se uma substância muito interessante se o estudarmos, mas podemos dizer que não é nada interessante. Em alguns aspectos isto é verdade: não apresenta quaisquer efeitos de combustão brilhantes. Se você testá-lo com uma lasca acesa, como testei o oxigênio e o hidrogênio, então ele não queimará como o próprio hidrogênio, nem fará com que a lasca queime, como o oxigênio. Por mais que eu o teste, não consigo conseguir nem um nem outro: ele não acende nem deixa queimar uma lasca - extingue a combustão de qualquer substância. Em condições normais, nada pode queimar nele. Não tem cheiro nem sabor; não é ácido nem alcalino; em relação a todos os nossos sentimentos externos ele mostra total indiferença. E você poderia dizer: “Isso não é nada, não merece a atenção da química; por que existe no ar?”
E é aqui que a capacidade de tirar conclusões da experiência se torna útil. Suponhamos que em vez de nitrogênio ou de uma mistura de nitrogênio e oxigênio, nossa atmosfera consistisse de oxigênio puro, o que seria de nós? Você sabe muito bem que um pedaço de ferro, aceso em uma jarra de oxigênio, vira cinzas. Quando você vir uma lareira acesa, imagine o que aconteceria com sua grelha se toda a atmosfera consistisse apenas de oxigênio: a grelha de ferro fundido queimaria muito mais quente do que o carvão que usamos para aquecer a lareira. Um incêndio na fornalha de uma locomotiva a vapor seria o mesmo que um incêndio num armazém de combustível se a atmosfera consistisse de oxigênio.
O nitrogênio dilui o oxigênio, modera seus efeitos e o torna útil para nós. Além disso, o nitrogênio carrega consigo todos os vapores e gases que, como você viu, surgem quando uma vela queima, os dispersa pela atmosfera e os transfere para onde são necessários para sustentar a vida das plantas e, portanto, dos humanos. Portanto, o nitrogênio faz um trabalho muito importante, mesmo que você olhe para ele e diga: “Bem, é uma coisa bastante inútil”.
No seu estado normal, o azoto é um elemento inactivo: nenhuma influência, excepto uma descarga eléctrica muito forte, e mesmo assim apenas num grau muito fraco, pode fazer com que o azoto se combine directamente com outro elemento da atmosfera ou com outras substâncias circundantes. Esta substância é completamente indiferente, ou seja, indiferente e, portanto, segura.
Mas antes de levá-lo a esta conclusão, devo primeiro dizer-lhe algo sobre a própria atmosfera. Aqui está uma tabela que mostra a composição percentual do ar atmosférico:
em volume em massa
Oxigênio. . . . 20 22,3
Azoto. . . . . 80 77,7
__________________________
Reflete corretamente as quantidades relativas de oxigênio e nitrogênio na atmosfera. A partir disso vemos que em cinco litros de ar há apenas um litro de oxigênio para quatro litros de nitrogênio; em outras palavras, o nitrogênio representa 4/5 do ar atmosférico em volume. Toda essa quantidade de nitrogênio é utilizada para diluir o oxigênio e suavizar seu efeito; como resultado, a vela é devidamente abastecida com combustível e nossos pulmões podem respirar ar sem prejudicar a saúde. Afinal, não é menos importante para nós receber oxigênio para respirar na forma adequada do que ter a composição atmosférica adequada para queimar carvão em uma lareira ou vela.
Agora vou contar as massas desses gases. Meio litro de nitrogênio tem uma massa de 10 4/10 grãos e um pé cúbico tem 1 1/6 onças. Esta é a massa de nitrogênio. O oxigênio é mais pesado: meio litro pesa 11 9/10 grãos e um pé cúbico pesa 1 1/5 onças.
Você já me fez várias vezes a pergunta: “Como é determinada a massa dos gases?”, e fico muito feliz que esta pergunta tenha lhe interessado. Agora vou te mostrar que esse assunto é muito simples e fácil. Aqui está a balança, e aqui está uma garrafa de cobre, cuidadosamente girada no torno e, apesar de toda a sua resistência, tendo a menor massa possível. É totalmente hermético e equipado com torneira. Agora a torneira está aberta e, portanto, a garrafa está cheia de ar. Essas balanças são muito precisas, e a garrafa em seu estado atual é equilibrada nelas por pesos colocados em outro copo. E aqui está a bomba com a qual podemos bombear ar para esta garrafa.
Arroz. 25.
Agora vamos bombear nele uma quantidade conhecida de ar, cujo volume será medido pela capacidade da bomba. (Vinte desses volumes são bombeados.) Agora vamos fechar a torneira e colocar a garrafa de volta na balança. Veja como a balança caiu: a garrafa ficou muito mais pesada do que antes. A capacidade da garrafa não mudou, o que significa que o ar no mesmo volume ficou mais pesado. Através do qual? Graças ao ar que bombeamos nele. além do ar disponível.
Agora vamos liberar o ar dessa jarra e dar-lhe a oportunidade de retornar ao estado anterior. Para isso, basta conectar firmemente a garrafa de cobre à jarra e abrir as torneiras - e agora você vê, coletamos todo o volume de ar que acabei de bombear na garrafa com vinte golpes da bomba. Para ter certeza de que nenhum erro ocorreu durante este experimento, colocaremos novamente a garrafa na balança. Se agora estiver novamente equilibrado pela carga original, podemos ter certeza absoluta de que fizemos o experimento corretamente. Sim, ela se equilibrou. É assim que podemos descobrir a massa das porções adicionais de ar que bombeamos nele. Assim, pode-se estabelecer que um pé cúbico de ar tem uma massa de 1 1/5 onças.
Arroz. 26.
Mas esta modesta experiência não será de forma alguma capaz de trazer à sua consciência toda a essência do resultado obtido. É incrível o quanto os números aumentam à medida que avançamos para volumes maiores. Esta é a quantidade de ar (pé cúbico) que tem uma massa de 1 1/5 onças. O que você acha, qual é a massa de ar naquela caixa no topo (encomendei especialmente para esses cálculos)? O ar nele tem uma massa de meio quilo. Calculei a massa de ar nesta sala, mas dificilmente você adivinharia este número: é mais de uma tonelada. É assim que as massas aumentam rapidamente e é assim que é importante a presença da atmosfera e do oxigénio e azoto que ela contém, bem como o trabalho que realiza, movendo objetos de um lugar para outro e transportando vapores nocivos.
Tendo dado estes poucos exemplos relativos ao peso do ar, passarei agora a mostrar algumas das consequências deste facto. Definitivamente, você precisa conhecê-los, caso contrário, muita coisa permanecerá obscura para você. Você se lembra de tal experiência? Você já o viu? Para isso, pegue uma bomba, um pouco parecida com aquela com a qual acabei de bombear ar para dentro da garrafa de cobre.
Arroz. 27.
Ele precisa ser posicionado de forma que eu possa colocar a palma da mão sobre sua abertura. No ar, minha mão se move com tanta facilidade, como se não sentisse resistência. Não importa como eu me mova, quase nunca consigo atingir uma velocidade tal que sinta muita resistência do ar a esse movimento). Mas quando coloco minha mão aqui (no cilindro da bomba de ar, de onde o ar é bombeado), você vê o que acontece. Por que minha palma gruda neste lugar com tanta força que toda a bomba se move atrás dela? Olhar! Por que mal consigo libertar minha mão? Qual é o problema? É o peso do ar – o ar que está acima de mim.
Aqui está outra experiência que acredito que o ajudará a entender ainda melhor esse problema. O topo deste frasco será coberto com uma bexiga de touro e, quando o ar for bombeado para fora dele, você verá, de forma ligeiramente modificada, o mesmo efeito do experimento anterior. Agora o topo está completamente plano, mas se eu fizer um movimento muito leve com a bomba, e ver como a bolha cai, como ela se curva para dentro. Você verá agora como a bolha será atraída cada vez mais para dentro da jarra até que, finalmente, seja completamente pressionada e rompida pela força da atmosfera que a pressiona. (A bolha estourou com um grande estrondo.) Então, isso aconteceu inteiramente pela força com que o ar pressionou a bolha, e não será difícil para você entender como estão as coisas aqui.
Arroz. 28.
Veja esta coluna de cinco cubos: as partículas empilhadas na atmosfera estão dispostas umas sobre as outras da mesma maneira. Está bastante claro para você que os quatro cubos superiores repousam sobre o quinto, inferior, e que se eu retirá-lo, todos os outros cairão. A situação é a mesma na atmosfera: as camadas superiores de ar são sustentadas pelas inferiores, e quando o ar é bombeado por baixo delas, ocorrem mudanças que você observou quando minha palma pousou no cilindro da bomba e no experimento com a bolha altista, e agora você verá ainda melhor.
Amarrei este pote com borracha. membrana. Agora vou bombear o ar para fora dele e você observa a borracha que separa o ar de baixo do ar de cima. Você verá como a pressão atmosférica se desenvolverá à medida que o ar for bombeado para fora da lata. Veja como a borracha se retrai - afinal, posso até colocar a mão na jarra - e tudo isso só é resultado da influência poderosa e colossal do ar acima de nós. Quão claramente este fato interessante aparece aqui!
Após o término da palestra de hoje, você poderá medir sua força tentando separar este aparelho. É composto por dois hemisférios ocos de cobre, bem encaixados entre si e equipados com um tubo com torneira para bombear o ar. Enquanto houver ar no interior, os hemisférios são facilmente separados; entretanto, vocês estarão convencidos de que quando bombearmos o ar através deste tubo com uma torneira e vocês os puxarem - um em uma direção, o outro na outra - nenhum de vocês conseguirá separar os hemisférios. Cada centímetro quadrado de área transversal desta embarcação, quando o ar é bombeado para fora, deve suportar cerca de quinze libras. Então lhe darei a oportunidade de testar sua força - tentar superar essa pressão do ar.
Aqui está outra coisinha interessante - uma ventosa, um jogo para meninos, mas melhorado apenas para fins científicos. Afinal, vocês, jovens, têm todo o direito de usar brinquedos para fins científicos, especialmente porque nos tempos modernos começaram a zombar da ciência. Aqui está uma ventosa, só que não é de couro, mas de borracha. Eu o coloco na superfície da mesa e você imediatamente vê que ele está firmemente preso a ela. Por que ela está se segurando assim? Ele pode ser movido, desliza facilmente de um lugar para outro, mas não importa o quanto você tente levantá-lo, provavelmente puxará a mesa com ele, em vez de se afastar dela. Você só pode removê-lo da mesa quando movê-lo até a borda para deixar o ar passar por baixo. Somente a pressão do ar acima o pressiona contra a superfície da mesa. Aqui está outra ventosa - pressione-as uma contra a outra e você verá como elas grudam firmemente. Podemos utilizá-los, por assim dizer, para o fim a que se destinam, ou seja, colá-los em janelas e paredes, onde durarão várias horas e serão úteis para pendurar alguns objetos neles.
Porém, preciso mostrar não apenas brinquedos, mas também experimentos que você pode repetir em casa. Você pode provar claramente a existência da pressão atmosférica com um experimento tão elegante. Aqui está um copo de água. E se eu pedisse para você virar de cabeça para baixo sem derramar água? E não porque você levantou a mão, mas apenas devido à pressão atmosférica.
Pegue um copo cheio até a borda ou até a metade com água e cubra-o com um papelão; vire-o e veja o que acontece com o papelão e a água. O ar não conseguirá penetrar no vidro, pois a água não o deixará entrar devido à atração capilar pelas bordas do vidro.
Acho que tudo isso lhe dará a ideia correta de que o ar não é um vazio, mas algo material. Quando você aprender comigo que aquela caixa ali contém meio quilo de ar, e esta sala contém mais de uma tonelada, você acreditará que o ar não é apenas vazio.
Vamos fazer mais uma experiência para convencê-lo de que o ar pode realmente oferecer resistência. Você sabe que uma zarabatana magnífica pode ser facilmente feita com uma pena de ganso, ou um tubo, ou algo parecido. Pegando uma fatia de maçã ou batata, você precisa cortar um pequeno pedaço do tamanho do tubo - assim - e empurrá-lo até o fim, como um pistão. Ao inserir o segundo tampão, isolamos completamente o ar do tubo. E agora acontece que empurrar o segundo plugue para perto do primeiro é completamente impossível. É possível comprimir o ar até certo ponto, mas se continuarmos a pressionar o segundo tampão, então ainda não terá tempo de se aproximar do primeiro antes que o ar comprimido o empurre para fora do tubo e, além disso, com uma força que lembra a ação da pólvora - afinal, ela também está associada àquela razão que observamos aqui.
Outro dia vi um experimento que gostei muito porque pode ser usado em nossas aulas. (Antes de começar, devo ficar em silêncio por cerca de cinco minutos, pois o sucesso desta experiência depende dos meus pulmões.) Espero que pela força da minha respiração, isto é, pelo uso adequado do ar, eu consiga levantar um ovo que está em um copo e jogá-lo em outro. Não posso garantir o sucesso: afinal, já falo há muito tempo. (O palestrante realiza o experimento com sucesso.) O ar que sopro passa entre o ovo e a parede do copo; sob o ovo surge uma pressão de ar, que é capaz de levantar um objeto pesado: afinal, para o ar, um ovo é um objeto realmente pesado. De qualquer forma, se você quiser fazer esse experimento sozinho, é melhor pegar um ovo cozido e, então, sem risco, tentar movê-lo cuidadosamente de um copo para outro com o poder da respiração.
Embora tenhamos passado muito tempo na questão da massa de ar, gostaria de mencionar mais uma propriedade dela. No experimento da zarabatana você verá que antes de o primeiro plugue de batata sair, consegui empurrar o segundo meia polegada ou mais. E isso depende de uma propriedade maravilhosa do ar - sua elasticidade. Você pode conhecê-la através da seguinte experiência.
Tomemos uma concha que é impenetrável ao ar, mas capaz de se esticar e contrair, dando-nos assim a oportunidade de avaliar a elasticidade do ar nela contido. Agora não há muito ar nele e amarraremos bem o pescoço para que ele não possa se comunicar com o ar ao redor. Até agora fizemos tudo de forma a mostrar a pressão atmosférica na superfície dos objetos, mas agora, ao contrário, vamos nos livrar da pressão atmosférica. Para isso, colocaremos nossa concha sob a campânula da bomba de ar, de onde bombearemos o ar. Diante de seus olhos, essa concha se endireitará, inflará como um balão e ficará cada vez maior até preencher todo o sino. Mas assim que eu abrir novamente o acesso ao ar externo no sino, nossa bola cairá imediatamente. Aqui está uma prova visual dessa incrível propriedade do ar - sua elasticidade, ou seja, sua capacidade extremamente alta de comprimir e expandir. Esta propriedade é muito significativa e determina em grande parte o papel do ar na natureza.
Passemos agora para outra seção muito importante do nosso tópico. Lembre-se que quando trabalhamos na queima de uma vela, descobrimos que vários produtos de combustão se formam. Esses produtos incluem fuligem, água e algo mais que ainda não foi explorado por nós. Coletamos a água e permitimos que outras substâncias se dispersassem no ar. Vamos agora explorar alguns desses produtos.
Arroz. 29.
Em particular, a seguinte experiência nos ajudará neste assunto. Aqui colocaremos uma vela acesa e cobri-la com uma tampa de vidro com um tubo de saída no topo... A vela continuará queimando, pois o ar passa livremente por baixo e por cima. Em primeiro lugar, você vê que a tampa está molhada; você já sabe do que se trata: é a água produzida pela queima de uma vela a partir da ação do ar sobre o hidrogênio. Mas, além disso, algo está saindo do tubo de saída no topo; não é vapor d'água, não é água, essa substância não condensa e, além disso, possui propriedades especiais. Você vê que o fluxo que sai do tubo quase consegue extinguir a luz que eu trago para ele; Se eu segurar uma farpa acesa diretamente no fluxo de saída, ela se apagará completamente. “Está na ordem das coisas”, você diz; Obviamente, isso não surpreende porque o nitrogênio não suporta a combustão e deve extinguir a chama, já que a vela não queima nela. Mas não há nada aqui exceto nitrogênio?
Aqui terei que me adiantar: com base nos conhecimentos que possuo, tentarei dotá-los de métodos científicos para estudar esses gases e esclarecer essas questões em geral.
Vamos pegar um pote vazio e segurá-lo sobre o tubo de saída para que nele se acumulem os produtos da combustão da vela. Não será difícil descobrirmos que este frasco contém não apenas ar, mas um gás que também possui outras propriedades. Para fazer isso, pego um pouco de cal viva, despejo e mexo bem. Depois de colocar um círculo de papel de filtro no funil, filtro essa mistura através dele e água limpa e transparente flui para o frasco colocado sob ele. Tenho tanta água quanto quero em outro recipiente, mas para ser convincente, prefiro usar em experimentos futuros exatamente a mesma água de cal que foi preparada diante de seus olhos.
Se você derramar um pouco dessa água limpa e transparente na jarra onde coletamos o gás vindo da vela acesa, você verá imediatamente como ocorrerá uma mudança... Veja, a água ficou completamente branca! Observe que isso não funcionará com ar comum. Aqui está uma embarcação com ar; Eu despejo água de cal nele, mas nem oxigênio, nem nitrogênio, nem qualquer outra coisa presente nesta quantidade de ar causará qualquer alteração na água de cal; não importa o quanto o sacudamos com o ar comum contido neste recipiente, ele permanece completamente transparente. Porém, se você pegar este frasco com água de cal e colocá-lo em contato com toda a massa dos produtos da combustão da vela, ele adquirirá rapidamente uma tonalidade branca leitosa.
Essa substância branca e parecida com giz na água consiste na cal que pegamos para fazer a água de cal, combinada com algo que saiu da vela, ou seja, justamente o produto que estamos tentando capturar. Vou te contar. hoje. Esta substância torna-se visível para nós graças à sua reação à água de cal, onde se torna aparente sua diferença em relação ao oxigênio, nitrogênio e vapor d'água; Esta é uma substância nova para nós, obtida de uma vela. Portanto, para entender bem a queima de uma vela, devemos também descobrir como e de onde se obtém esse pó branco. Pode-se provar que é mesmo giz; Se você colocar giz úmido em uma retorta e aquecê-la até ficar bem quente, ela liberará exatamente a mesma substância que sai de uma vela acesa.
Existe outra forma melhor de obter esta substância, e em grandes quantidades, se quiserem saber quais são as suas propriedades básicas. Acontece que essa substância é encontrada em abundância em lugares onde você nem pensaria em suspeitar de sua presença. Esse gás, liberado quando uma vela queima e chamado dióxido de carbono, é encontrado em grandes quantidades em todos os calcários, giz, conchas e corais. Este interessante constituinte do ar é encontrado unido em todas essas pedras; Tendo descoberto esta substância em rochas como mármore, giz, etc., o químico Dr. Black chamou-a de “ar ligado”, uma vez que já não se encontra no estado gasoso, mas passou a fazer parte de um corpo sólido.
Este gás é facilmente obtido do mármore. Há um pouco de ácido clorídrico no fundo deste frasco; uma lasca em chamas colocada em uma jarra mostrará que não há nada nela, exceto ar comum até o fundo. Aqui estão pedaços de mármore - lindo mármore de alta qualidade; Eu os jogo em uma jarra de ácido e acontece algo como uma fervura violenta. Porém, não é vapor d'água que é liberado, mas algum tipo de gás; e se eu testar agora o conteúdo da jarra com uma lasca acesa, obterei exatamente o mesmo resultado do gás que sai do tubo de saída acima da vela acesa. O efeito aqui não é apenas o mesmo, mas também é causado exatamente pela mesma substância que foi liberada da vela; Desta forma podemos obter dióxido de carbono em grandes quantidades: afinal, agora o nosso jarro está quase cheio.
Podemos verificar também que este gás não se encontra apenas no mármore.
Aqui está uma grande jarra de água na qual coloquei giz (do tipo que se encontra à venda para reboco, ou seja, lavado com água e limpo de partículas grossas).
Aqui está o ácido sulfúrico forte; É desse ácido que precisaremos se quisermos repetir nossos experimentos em casa (observe que a ação desse ácido sobre o calcário e rochas semelhantes produz um precipitado insolúvel, enquanto o ácido clorídrico produz uma substância solúvel, que não engrossa a água ).
Você pode estar se perguntando por que estou fazendo esse experimento em tal contêiner. Para que vocês possam repetir em pequena escala o que estou fazendo aqui em grande escala. Aqui você verá o mesmo fenômeno de antes: nesta grande jarra eu produzo dióxido de carbono, que é idêntico em natureza e propriedades ao que obtemos ao acender uma vela no ar atmosférico. E não importa quão diferentes sejam esses dois métodos de produção de dióxido de carbono, ao final do nosso estudo você estará convencido de que eles são iguais em todos os aspectos, independentemente do método de produção.
Vamos passar para o próximo experimento para esclarecer a natureza desse gás. Aqui está um pote cheio desse gás - vamos testá-lo por combustão, ou seja, da mesma forma que já testamos vários outros gases. Como você pode ver, ele próprio não queima e não suporta combustão. Além disso, sua solubilidade em água é insignificante: afinal, como você viu, é fácil coletar acima da água. Além disso, você sabe que dá uma reação característica com a água de cal, que fica branca; e finalmente, o dióxido de carbono entra como uma das partes constituintes da cal carbonatada, ou seja, do calcário.
Agora vou mostrar-lhe que o dióxido de carbono se dissolve na água, embora apenas ligeiramente, e neste aspecto, portanto, difere do oxigénio e do hidrogénio. Aqui está um dispositivo para obter tal solução. A parte inferior deste dispositivo contém mármore e ácido, e a parte superior contém água fria. As válvulas são projetadas para que o gás possa passar do fundo para o topo do recipiente. Agora vou colocar meu aparelho em ação... Você vê como as bolhas de gás sobem na água. O aparelho está em funcionamento desde ontem à noite e verificaremos, sem dúvida, que parte do gás já se dissolveu. Abro a torneira, coloco essa água em um copo e provo. Sim, é azedo - contém dióxido de carbono. Se for drenado com água de cal, resultará em um branqueamento característico, indicando a presença de dióxido de carbono.
O dióxido de carbono é muito pesado, é mais pesado que o ar atmosférico. A tabela mostra as massas de dióxido de carbono e alguns outros gases que estudamos.
Pinta Kubic. pé
(grãos) (onças)
Hidrogênio. . . . 3/4 1/12
Oxigênio. . . . 11 9/10 1 1/3
Azoto. . . . . . 10 4/10 1 1/6
Ar. . . . . 10 7/10 1 1/5
Dióxido de carbono. 16 1/3 1 9/10
A gravidade do dióxido de carbono pode ser demonstrada através de uma série de experimentos. Em primeiro lugar, vamos pegar, por exemplo, um copo alto no qual não há nada além de ar e tentar despejar nele um pouco de dióxido de carbono desse recipiente. É impossível julgar pela aparência se consegui ou não; mas temos uma maneira de verificar (coloca uma vela acesa em um copo, ela se apaga). Veja, o gás realmente transbordou aqui. E se eu tivesse testado com água de cal, o teste teria dado o mesmo resultado. Acabamos com uma espécie de poço com dióxido de carbono no fundo (infelizmente, às vezes temos que lidar com esses poços na realidade); Vamos colocar esse balde em miniatura nele. Se houver dióxido de carbono no fundo do recipiente, ele pode ser recolhido com este balde e retirado do “poço”. Vamos fazer um teste com uma farpa... Sim, olha, o balde está cheio de dióxido de carbono.
Arroz. trinta.
Aqui está outro experimento mostrando que o dióxido de carbono é mais pesado que o ar. Uma jarra é equilibrada numa balança; Agora só há ar nele. Quando despejo dióxido de carbono nele, ele afunda imediatamente com o peso do gás. Se eu examinar a jarra com uma lasca em chamas, você ficará convencido de que o dióxido de carbono realmente entrou nela: o conteúdo da jarra não pode suportar a combustão.
Arroz. 31.
Se eu inflar uma bolha de sabão com a respiração, isto é, com ar, claro, e colocá-la neste frasco de dióxido de carbono, ela não cairá no fundo. Mas primeiro, vou pegar um balão como este, inflado com ar, e usá-lo para verificar onde está aproximadamente o nível de dióxido de carbono neste frasco. Veja, a bola não cai no fundo; Eu adiciono dióxido de carbono à jarra e a bola sobe mais alto. Agora vamos ver se consigo, soprando uma bolha de sabão, fazê-la ficar suspensa da mesma maneira. (O palestrante sopra uma bolha de sabão e a despeja em uma jarra de dióxido de carbono, onde a bolha permanece suspensa.) Veja, uma bolha de sabão, como um balão, repousa na superfície do dióxido de carbono precisamente porque esse gás é mais pesado que o ar. Do livro What Light Tells You autor Suvorov Sergei Georgievich
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