Що таке рідкий кисень: загальна інформація

Кисень – найпоширеніший елемент на планеті. Він присутній у воді, земній корі, повітрі і в організмах живих істот, активно беручи участь у багатьох обмінних процесах. У природі він зазвичай існує у вигляді газу, а в промисловості часто використовується в якості рідини. Як веде себе рідкий кисень? Якими властивостями він володіє і де використовується?

Газ кисень

Кисень – один з найважливіших елементів на планеті. Він бере участь в процесі дихання, в метаболізмі живих організмів, а також у кругообігу речовин у біосфері. Крім того, він сприяє гниття і розкладання органічних залишків.

В нормальних умовах він є безбарвним газом, який не має смаку і запаху. Він важче за повітря і важко розчиняється у воді. У хімічному плані він дуже активний і здатний утворювати сполучення практично з усіма елементами.

У вільному стані у вигляді молекул О2, що складаються з двох атомів оксигена, він знаходиться в атмосфері. Завдяки такій будові елемент також називається «дикислородом», але він може існувати і в інших варіаціях. При певних умовах його атоми можуть утворювати «трикислород» з молекулою О3, яка являє собою блакитний газ озон зі специфічним запахом.

В атмосфері вміст кисню становить приблизно 21 % по масі, в земній корі його частка значно вища і складає близько 47 % по масі. Елемент входить до складу понад півтори тисячі різноманітних порід і мінералів, велика частина з яких є силікатами. Там він присутній у вигляді сполук. У воді його зміст доходить до 85 %, і це не дивно, адже атоми оксигена і утворюють воду разом з елементом гидрогеном.

Рідкий кисень

Як і інші речовини, кисень може перебувати в різних агрегатних станах. Щоб перетворити газ в тверде тіло або рідину, його потрібно остудити. При тиску в 51 атмосферу він стає рідким вже при -119 °C. При нормальному тиску перетворення відбувається тільки при -183 °C. Охолоджуючись до температури -220 °C, він твердне, утворюючи світло-блакитні снегоподобные кристали.

У рідкому стані кисень забарвлюється в блакитний відтінок і підсилює деякі властивості газоподібного речовини. Так, він веде себе більш агресивно у хімічних реакціях, а також стає сильним парамагнетиком і може притягатися магнітом.

Він закипає тільки при -183 °C, а плавиться при +219 °C. Завдяки стійкості до настільки низьких температур рідкий кисень володіє кріогенними властивостями і може використовуватися в якості холодоагенту. В нормальних умовах він швидко випаровується, перетворюючись на газ. При цьому він посилено поглинає тепло і охолоджує навколишній повітря, чому поряд з ним з’являється ореол туману. Під час випаровування об’єм кисню збільшує в кілька сотень разів. Так, 1 см3 рідини утворює майже 800 см3 газу.

Хімічні властивості

Газоподібний кисень є окислювачем. Сам по собі він негорючий, але підтримує процес горіння, а при значній концентрації і високих температурах є вибухонебезпечним.

З активними речовинами (наприклад, лужними металами) він може вступати в реакції навіть при кімнатній температурі і при звичайній концентрації у повітрі, утворюючи з ними з’єднання оксиди. Результат добре видно на багатьох металах, на яких він проявляється у вигляді корозії.

Рідкий кисень також володіє сильними окисними властивостями. Багато просочені їм речовини, що легко спалахують і горять з виділенням енергії і тепла. Бавовна, папір, дерево, вугілля і деякі інші матеріали можуть вибухати.

Отримання

Найпоширенішим і легким в отриманні джерелом кисню є повітря. До того ж він неиссякаем і присутній у нашому житті повсюдно. Щоб отримати з нього необхідні речовини, його зріджують, а потім розділяють на рідкий азот і кисень.

Ще один спосіб одержання рідини – конденсація її з газу. Для цього достатньо опустити мідний змійовик в контейнер з рідким азотом, а потім пропустити через змійовик газоподібний кисень. Температура азоту нижче, ніж у кисню, тому, проходячи по мідній трубці, газ буде конденсуватися і перетвориться в рідину. При цьому на поверхні змійовика утворюється невеликий шар снігу.

Застосування

Здатність рідкого кисню окислювати інші речовини і посилювати горіння цінуються в багатьох сферах виробництва. Наприкінці XIX – середині XX століття з нього виготовляли вибухівку «Оксиликвит», яку використовували у гірничій промисловості для підриву породи, а також в якості зброї у Другій світовій війні.

Сьогодні його частіше застосовують у медицині, фармацевтиці, в металургії, скляної, хімічної, паперової та інших видах промисловості. З його допомогою отримують різні корисні сполуки, наприклад окис титану, яка бере участь у виробництві лакофарбових виробів, паперу та пластмас. При виготовленні скла він потрібен для підтримки спека в печах, а також для зменшення кількості окису азоту, що потрапляє в атмосферу. В космічній авіації рідкий кисень є одним з компонентів ракетного палива, де він використовується в якості окислювача, а в ролі самого палива виступає водень або гас.

В медицині і фармацевтиці без нього теж не обходиться. Рідкий кисень входить до складу біореакторів, а також використовується в якості добавки до ферментам. У медицині він необхідний для анестезії, приготування кисневих ванн і коктейлів, лікування або полегшення стану при інтоксикації, астмі та інших недугах. Тут він найчастіше не використовується безпосередньо у вигляді рідини, а є джерелом газоподібного кисню.

Зберігання і запобіжні заходи

Рідкий кисень не займається і не вибухає сам по собі, він не токсичний для людини і не шкідливий для навколишнього середовища. Однак активна реакція в хімічних процесах, а також криогенний ефект роблять його не зовсім безпечною речовиною.

При роботі з ним треба тримати подалі мастильні, горючі та легкозаймисті матеріали, а також завжди використовувати рукавички і спецодяг. Кисень дуже низької температури легко пошкоджує шкіру і може призвести до обморожування, травм і відмирання живих клітин. Якщо рідина покриває значну частину тіла, все може закінчитися навіть летальним результатом.

Технічний та медичний рідкий кисень зберігають судинах Дьюара, які роблять переважно із сталі або алюмінію. Це циліндричні контейнери з подвійними стінками, між стінками яких розташовується вакуумна порожнина, а також теплоізоляційні матеріали. Вони працюють за принципом термосів, добре зберігаючи рідини всередині.