氧氣
氧氣(oxygen)(可選用氧氣報警器檢測泄漏濃度),化學式O2。化學式量:32.00,無色無味氣體,氧元素最常見的單質(zhì)形態(tài)。熔點-218.4℃,沸點-183℃。不易溶于水,1L水中溶解約30mL氧氣。在空氣中氧氣約占21% 。液氧為天藍色。固氧為藍色晶體。常溫下不很活潑,與許多物質(zhì)都不易作用。但在高溫下則很活潑,能與多種元素直接化合,這與氧原子的電負性僅次于氟有關(guān)。 [1-2]
氧在自然界中分布最廣,占地殼質(zhì)量的48.6%,是豐度最高的元素。在烴類的氧化、廢水的處理、火箭推進劑以及航空、航天和潛水中供動物及人進行呼吸等方面均需要用氧。動物呼吸、燃燒和一切氧化過程(包括有機物的腐?。┒枷难鯕狻5諝庵械难跄芡ㄟ^植物的光合作用不斷地得到補充。在金屬的切割和焊接中。是用純度93.5%~99.2%的氧氣與可燃氣(如乙炔)混合,產(chǎn)生極高溫度的火焰,從而使金屬熔融。冶金過程離不開氧氣。為了強化硝酸和硫酸的生產(chǎn)過程也需要氧。不用空氣而用氧與水蒸氣的混合物吹入煤氣氣化爐中,能得到高熱值的煤氣。醫(yī)療用氣極為重要。
O2分子內(nèi)的化學鍵通常是共價鍵。
氧氣的結(jié)構(gòu)
氧氣的結(jié)構(gòu)
從實驗上來說,順磁共振光譜證明O有順磁性,還證明O有兩個未成對地電子。說明原來的以雙鍵結(jié)合的氧分子結(jié)構(gòu)式不符合實際。
氧氣的結(jié)構(gòu)如右圖所示,基態(tài)O2分子中并不存在雙鍵,氧分子里形成了兩個三電子鍵。
氧的分子軌道電子排布式是 ,在π軌道中有不成對的單電子,所以O(shè)2分子是所有雙原子氣體分子中唯一的一種具有偶數(shù)電子同時又顯示順磁性的物質(zhì)。 [5]
氧氣分子的分子軌道能級圖
氧氣分子的分子軌道能級圖
兩個氧原子進行sp軌道雜化,一個單電子填充進sp雜化軌道,成σ鍵,另一個單電子填充進p軌道,成π鍵。氧氣是奇電子分子,具有順磁性。 [5]
單線態(tài)氧和三線態(tài)氧
普通氧氣含有兩個未配對的電子,等同于一個雙游離基。兩個未配對電子的自旋狀態(tài)相同,自旋量子數(shù)之和S=1,2S+1=3,因而基態(tài)的氧分子自旋多重性為3,稱為三線態(tài)氧。 [6]
在受激發(fā)下,氧氣分子的兩個未配對電子發(fā)生配對,自旋量子數(shù)的代數(shù)和S=0,2S+1=1,稱為單線態(tài)氧。
空氣中的氧氣絕大多數(shù)為三線態(tài)氧。紫外線的照射及一些有機分子對氧氣的能量傳遞是形成單線態(tài)氧的主要原因。單線態(tài)氧的氧化能力高于三線態(tài)氧。
單線態(tài)氧的分子類似烯烴分子,因而可以和雙烯發(fā)生狄爾斯-阿爾德反應(yīng)。
物理性質(zhì)
無色無味氣體,熔點-218.8℃,沸點-183.1℃,相
氧氣瓶
氧氣瓶
對密度1.14(-183℃,水=1),相對蒸氣密度1.43(空氣=1),飽和蒸氣壓506.62kPa(-164℃),臨界溫度-118.95℃,臨界壓力5.08MPa,辛醇/水分配系數(shù):0.65。 [2] 大氣中體積分數(shù):20.95%(約21%)。
同素異形體:臭氧(O3),四聚氧(O4),紅氧(O8)。
氧氣的物理常數(shù)
性質(zhì) 條件或符號 單位 數(shù)據(jù)
氣體密度 克/立方厘米 0.001331
液體密度 千克/升 1.141
氣體比重 空氣=1 1.105
摩爾體積 標準狀況 升/摩爾 22.39
溶解熱 千焦/摩爾 0.44
氣化熱 千焦/摩爾 6.82
介電常數(shù) 20℃,1大氣壓 1.0004947+2
液氧介電常數(shù) -193℃ 1.507
折射系數(shù) 0℃,1大氣壓 1.000271
磁感性 20℃ 立方厘米/克 106.2
遷移率 正離子 負離子 平方厘米/伏.秒 平方厘米伏.秒 1.32 1.83
擴散系數(shù)(同種氣體中) 0℃,133.3Pa 正離子 負離子 平方厘米/伏.秒 平方厘米/伏.秒 21.3 32.0
在水中的分子擴散系數(shù) 20℃ 平方厘米/伏.時 6.7×10-2
電離能 氧分子 千焦/摩爾 1165.9
表格參考資料來源:高純氣體 [7]
化學性質(zhì)
氧氣的化學性質(zhì)比較活潑。除了稀有氣體、活性小的金屬元素如金、鉑、銀之外,大部分的元素都能與氧氣反應(yīng),這些反應(yīng)稱為氧化反應(yīng),而經(jīng)過反應(yīng)產(chǎn)生的化合物(有兩種元素構(gòu)成,且一種元素為氧元素)稱為氧化物。一般而言,非金屬氧化物的水溶液呈酸性,而堿金屬或堿土金屬氧化物則為堿性。此外,幾乎所有的有機化合物,可在氧中劇烈燃生成二氧化碳與水。化學上曾將物質(zhì)與氧氣發(fā)生的化學反應(yīng)定義為氧化反應(yīng),氧化還原反應(yīng)指發(fā)生電子轉(zhuǎn)移或偏移的反應(yīng)。氧氣具有助燃性,氧化性。
主要用途編輯
冶煉工藝:在煉鋼過程中吹以高純度氧氣,氧便和碳及磷、硫、硅等起氧化反應(yīng),這不但降低了鋼的含碳量,還有利于清除磷、硫、硅等雜質(zhì)。而且氧化過程中產(chǎn)生的熱量足以維持煉鋼過程所需的溫度,因此,吹氧不但縮短了冶煉時間,同時提高了鋼的質(zhì)量。高爐煉鐵時,提高鼓風中的氧濃度可以降焦比,提高產(chǎn)量。在有色金屬冶煉中,采用富氧也可以縮短冶煉時間提高產(chǎn)量。
化學工業(yè):在生產(chǎn)合成氨時,氧氣主要用于原料氣的氧化,以強化工藝過程,提高化肥產(chǎn)量。再例如,重油的高溫裂化,以及煤粉的氣化等。
國防工業(yè):液氧是現(xiàn)代火箭最好的助燃劑,在超音速飛機中也需要液氧作氧化劑,可燃物質(zhì)浸漬液氧后具有強烈的爆炸性,可制作液氧炸藥。
醫(yī)療保?。汗┙o呼吸:用于缺氧、低氧或無氧環(huán)境,例如:潛水作業(yè)、登山運動、高空飛行、宇宙航行、醫(yī)療搶救等時。
其它方面:它本身作為助燃劑與乙炔、丙烷等可燃氣體配合使用,達到焊割金屬的作用,各行各業(yè)中,特別是機械企業(yè)里用途很廣,作為切割之用也很方便,是首選的一種切割方法。
危險與防控編輯
毒理學資料
1.急性毒性:人類吸入TCLo:100pph/14H; [2]
2.繁殖數(shù)據(jù):
女人懷孕后26-39周吸入TCLo:12pph/10M生殖系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)出現(xiàn)異常;
大母鼠受孕后22天吸入TDLo:10pph/12H生殖和呼吸系統(tǒng)出現(xiàn)異常;
大母鼠受孕后22天吸入TDLo:10pph/9H對生殖、呼吸系統(tǒng)和新生兒生長出現(xiàn)抑制作用;
小鼠受孕后8天吸入TCLo:10pph/24H皮膚和皮下組織及生殖出現(xiàn)異常; [2]
3.致突變性:
人類淋巴細胞40pph/4D對細胞遺傳有影響;
嚙齒動物-倉鼠卵巢20pph/3D (Continuous) 對細胞遺傳有影響;
嚙齒動物-倉鼠肺80pph對細胞遺傳有影響;
嚙齒動物-倉鼠卵巢姐妹染色體20pph復制受影響;
嚙齒動物-倉鼠肺95pph/24H引起細胞突變。 [2]
4.亞急性與慢性毒性:常壓下,在80%氧中生活4d,大鼠開始陸續(xù)死亡,兔的視細胞全部損毀;在純氧中,兔48h視細胞全部損毀,狗60h有死亡,猴3d出現(xiàn)呼吸困難,6~9d死亡。 [2]
5.其他毒害作用:TCLo:100%(100%)(人吸入,14h);TCLo:80%(大鼠吸入)。 [2]
中毒或泄漏處理
急救措施
吸入:迅速脫離現(xiàn)場至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢。如呼吸停止,立即進行人工呼吸。就醫(yī)。
滅火方法:用水保持容器冷卻,以防受熱爆炸,急劇助長火勢。迅速切斷氣源,用水噴淋保護切斷氣源的人員,然后根據(jù)著火原因選擇適當滅火劑滅火。 [15]
現(xiàn)場處理
迅速撤離泄漏污染區(qū)人員至上風處,并進行隔離,嚴格限制出入。切斷火源。建議應(yīng)急處理人員戴自給正壓式呼吸器,穿一般作業(yè)工作服。避免與可燃物或易燃物接觸。盡可能切斷泄漏源。合理通風,加速擴散。漏氣容器要妥善處理,修復、檢驗后再用。 [15]
操作處置與儲存
操作注意事項:密閉操作。密閉操作,提供良好的自然通風條件。操作人員必須經(jīng)過專門培訓,嚴格遵守操作規(guī)程。遠離火種、熱源,工作場所嚴禁吸煙。遠離易燃、可燃物。防止氣體泄漏到工作場所空氣中。避免與活性金屬粉末接觸。搬運時輕裝輕卸,防止鋼瓶及附件破損。配備相應(yīng)品種和數(shù)量的消防器材及泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。 [15]
儲存注意事項:儲存于陰涼、通風的庫房。遠離火種、熱源。庫溫不宜超過30℃。應(yīng)與易(可)燃物、活性金屬粉末等分開存放,切忌混儲。儲區(qū)應(yīng)備有泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。 [15]
個體防護
工程控制:密閉操作。提供良好的自然通風條件。
身體防護:穿一般作業(yè)工作服。
手防護:戴一般作業(yè)防護手套。
其他防護:避免高濃度吸入。 [15]
貯運方法
包裝方法:鋼質(zhì)氣瓶。
運輸方法:氧氣鋼瓶不得沾污油脂。采用剛瓶運輸時必須戴好鋼瓶上的安全帽。鋼瓶一般平放,并應(yīng)將瓶口朝同一方向,不可交叉;高度不得超過車輛的防護欄板,并用三角木墊卡牢,防止?jié)L動。嚴禁與易燃物或可燃物、活性金屬粉末等混裝混運。夏季應(yīng)早晚運輸,防止日光曝曬。鐵路運輸時要禁止溜放。
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