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      氧氣

      發布時間:2018-10-03 17:19:45       發布人:admin  瀏覽量:

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      氧氣(oxygen)(可選用氧氣報警器檢測泄漏濃度),化學式O2?;瘜W式量:32.00,無色無味氣體,氧元素最常見的單質形態。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。 [1-2] 

      氧在自然界中分布最廣,占地殼質量的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?。但空氣中的氧能通過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。醫療用氣極為重要。

      O2分子內的化學鍵通常是共價鍵。

      氧氣的結構

      氧氣的結構

      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合的氧分子結構式不符合實際。

      氧氣的結構如右圖所示,基態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O2分子是所有雙原子氣體分子中唯一的一種具有偶數電子同時又顯示順磁性的物質。 [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] 

      單線態氧和三線態氧

      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相同,自旋量子數之和S=1,2S+1=3,因而基態的氧分子自旋多重性為3,稱為三線態氧。 [6] 

      在受激發下,氧氣分子的兩個未配對電子發生配對,自旋量子數的代數和S=0,2S+1=1,稱為單線態氧。

      空氣中的氧氣絕大多數為三線態氧。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氧的主要原因。單線態氧的氧化能力高于三線態氧。

      單線態氧的分子類似烯烴分子,因而可以和雙烯發生狄爾斯-阿爾德反應。

      物理性質

      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:0.65。 [2]  大氣中體積分數: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

      性質 條件或符號 單位 數據

      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 20℃,1大氣壓 1.0004947+2

      液氧介電常數 -193℃ 1.507

      折射系數 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(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 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

      氧氣的化學性質比較活潑。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,這些反應稱為氧化反應,而經過反應產生的化合物(有兩種元素構成,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?;瘜W上曾將物質與氧氣發生的化學反應定義為氧化反應,氧化還原反應指發生電子轉移或偏移的反應。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,這不但降低了鋼的含碳量,還有利于清除磷、硫、硅等雜質。而且氧化過程中產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,同時提高了鋼的質量。高爐煉鐵時,提高鼓風中的氧濃度可以降焦比,提高產量。在有色金屬冶煉中,采用富氧也可以縮短冶煉時間提高產量。

      化學工業:在生產合成氨時,氧氣主要用于原料氣的氧化,以強化工藝過程,提高化肥產量。再例如,重油的高溫裂化,以及煤粉的氣化等。

      國防工業:液氧是現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,可燃物質浸漬液氧后具有強烈的爆炸性,可制作液氧炸藥。

      醫療保?。汗┙o呼吸:用于缺氧、低氧或無氧環境,例如:潛水作業、登山運動、高空飛行、宇宙航行、醫療搶救等時。

      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,各行各業中,特別是機械企業里用途很廣,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.繁殖數據:

      女人懷孕后26-39周吸入TCLo:12pph/10M生殖系統和心血管系統出現異常;

      大母鼠受孕后22天吸入TDLo:10pph/12H生殖和呼吸系統出現異常;

      大母鼠受孕后22天吸入TDLo:10pph/9H對生殖、呼吸系統和新生兒生長出現抑制作用;

      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。

      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,然后根據著火原因選擇適當滅火劑滅火。 [15] 

      現場處理

      迅速撤離泄漏污染區人員至上風處,并進行隔離,嚴格限制出入。切斷火源。建議應急處理人員戴自給正壓式呼吸器,穿一般作業工作服。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。操作人員必須經過專門培訓,嚴格遵守操作規程。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。配備相應品種和數量的消防器材及泄漏應急處理設備。 [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℃。應與易(可)燃物、活性金屬粉末等分開存放,切忌混儲。儲區應備有泄漏應急處理設備。 [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:穿一般作業工作服。

      手防護:戴一般作業防護手套。

      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,防止滾動。嚴禁與易燃物或可燃物、活性金屬粉末等混裝混運。夏季應早晚運輸,防止日光曝曬。鐵路運輸時要禁止溜放。

       

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