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氧气

文章出处:http://www.sd-dx.com/ 15376190119 人气:发表时间:2018-10-07 19:13

氧气(oxygen)(可选用氧气报警器检测泄漏浓度),化学式O2。化学式量:32.00,无色无味气体,氧元素最常见的单质形态。熔点-218.4℃,沸点-183℃。不易溶于水,1L水中溶解约30mL氧气。在空气中氧气约占21% 。液氧为天蓝色。固氧为蓝色晶体。常温下不很活泼,与许多物质都不易作用。但在高温下则很活泼,能与多种元素直接化合,这与氧原子的电负性仅次于氟有关。 [1-2] 

氧在自然界中分布最广,占地壳质量的48.6%,是丰度最高的元素。在烃类的氧化、废水的处理、火箭推进剂以及航空、航天和潜水中供动物及人进行呼吸等方面均需要用氧。动物呼吸、燃烧和一切氧化过程(包括有机物的腐败)都消耗氧气。但空气中的氧能通过植物的光合作用不断地得到补充。在金属的切割和焊接中。是用纯度93.5%~99.2%的氧气与可燃气(如乙炔)混合,产生极高温度的火焰,从而使金属熔融。冶金过程离不开氧气。为了强化硝酸和硫酸的生产过程也需要氧。不用空气而用氧与水蒸气的混合物吹入煤气气化炉中,能得到高热值的煤气。医疗用气极为重要。

O2分子内的化学键通常是共价键。

氧气的结构

氧气的结构

从实验上来说,顺磁共振光谱证明O有顺磁性,还证明O有两个未成对地电子。说明原来的以双键结合的氧分子结构式不符合实际。

氧气的结构如右图所示,基态O2分子中并不存在双键,氧分子里形成了两个三电子键。

氧的分子轨道电子排布式是 ,在π轨道中有不成对的单电子,所以O2分子是所有双原子气体分子中唯一的一种具有偶数电子同时又显示顺磁性的物质。 [5] 

氧气分子的分子轨道能级图

氧气分子的分子轨道能级图

两个氧原子进行sp轨道杂化,一个单电子填充进sp杂化轨道,成σ键,另一个单电子填充进p轨道,成π键。氧气是奇电子分子,具有顺磁性。 [5] 

单线态氧和三线态氧

普通氧气含有两个未配对的电子,等同于一个双游离基。两个未配对电子的自旋状态相同,自旋量子数之和S=1,2S+1=3,因而基态的氧分子自旋多重性为3,称为三线态氧。 [6] 

在受激发下,氧气分子的两个未配对电子发生配对,自旋量子数的代数和S=0,2S+1=1,称为单线态氧。

空气中的氧气绝大多数为三线态氧。紫外线的照射及一些有机分子对氧气的能量传递是形成单线态氧的主要原因。单线态氧的氧化能力高于三线态氧。

单线态氧的分子类似烯烃分子,因而可以和双烯发生狄尔斯-阿尔德反应。

物理性质

无色无味气体,熔点-218.8℃,沸点-183.1℃,相

氧气瓶

氧气瓶

对密度1.14(-183℃,水=1),相对蒸气密度1.43(空气=1),饱和蒸气压506.62kPa(-164℃),临界温度-118.95℃,临界压力5.08MPa,辛醇/水分配系数:0.65。 [2]  大气中体积分数:20.95%(约21%)。

同素异形体:臭氧(O3),四聚氧(O4),红氧(O8)。

氧气的物理常数

性质 条件或符号 单位 数据

气体密度 克/立方厘米 0.001331

液体密度 千克/升 1.141

气体比重 空气=1 1.105

摩尔体积 标准状况 升/摩尔 22.39

溶解热 千焦/摩尔 0.44

气化热 千焦/摩尔 6.82

介电常数 20℃,1大气压 1.0004947+2

液氧介电常数 -193℃ 1.507

折射系数 0℃,1大气压 1.000271

磁感性 20℃ 立方厘米/克 106.2

迁移率 正离子 负离子 平方厘米/伏.秒 平方厘米伏.秒 1.32 1.83

扩散系数(同种气体中) 0℃,133.3Pa 正离子 负离子 平方厘米/伏.秒 平方厘米/伏.秒 21.3 32.0

在水中的分子扩散系数 20℃ 平方厘米/伏.时 6.7×10-2

电离能 氧分子 千焦/摩尔 1165.9

表格参考资料来源:高纯气体 [7] 

化学性质

氧气的化学性质比较活泼。除了稀有气体、活性小的金属元素如金、铂、银之外,大部分的元素都能与氧气反应,这些反应称为氧化反应,而经过反应产生的化合物(有两种元素构成,且一种元素为氧元素)称为氧化物。一般而言,非金属氧化物的水溶液呈酸性,而碱金属或碱土金属氧化物则为碱性。此外,几乎所有的有机化合物,可在氧中剧烈燃生成二氧化碳与水。化学上曾将物质与氧气发生的化学反应定义为氧化反应,氧化还原反应指发生电子转移或偏移的反应。氧气具有助燃性,氧化性。

主要用途编辑

冶炼工艺:在炼钢过程中吹以高纯度氧气,氧便和碳及磷、硫、硅等起氧化反应,这不但降低了钢的含碳量,还有利于清除磷、硫、硅等杂质。而且氧化过程中产生的热量足以维持炼钢过程所需的温度,因此,吹氧不但缩短了冶炼时间,同时提高了钢的质量。高炉炼铁时,提高鼓风中的氧浓度可以降焦比,提高产量。在有色金属冶炼中,采用富氧也可以缩短冶炼时间提高产量。

化学工业:在生产合成氨时,氧气主要用于原料气的氧化,以强化工艺过程,提高化肥产量。再例如,重油的高温裂化,以及煤粉的气化等。

国防工业:液氧是现代火箭最好的助燃剂,在超音速飞机中也需要液氧作氧化剂,可燃物质浸渍液氧后具有强烈的爆炸性,可制作液氧炸药。

医疗保健:供给呼吸:用于缺氧、低氧或无氧环境,例如:潜水作业、登山运动、高空飞行、宇宙航行、医疗抢救等时。

其它方面:它本身作为助燃剂与乙炔、丙烷等可燃气体配合使用,达到焊割金属的作用,各行各业中,特别是机械企业里用途很广,作为切割之用也很方便,是首选的一种切割方法。

危险与防控编辑

毒理学资料

1.急性毒性:人类吸入TCLo:100pph/14H; [2] 

2.繁殖数据:

女人怀孕后26-39周吸入TCLo:12pph/10M生殖系统和心血管系统出现异常;

大母鼠受孕后22天吸入TDLo:10pph/12H生殖和呼吸系统出现异常;

大母鼠受孕后22天吸入TDLo:10pph/9H对生殖、呼吸系统和新生儿生长出现抑制作用;

小鼠受孕后8天吸入TCLo:10pph/24H皮肤和皮下组织及生殖出现异常; [2] 

3.致突变性:

人类淋巴细胞40pph/4D对细胞遗传有影响;

啮齿动物-仓鼠卵巢20pph/3D (Continuous) 对细胞遗传有影响;

啮齿动物-仓鼠肺80pph对细胞遗传有影响;

啮齿动物-仓鼠卵巢姐妹染色体20pph复制受影响;

啮齿动物-仓鼠肺95pph/24H引起细胞突变。 [2] 

4.亚急性与慢性毒性:常压下,在80%氧中生活4d,大鼠开始陆续死亡,兔的视细胞全部损毁;在纯氧中,兔48h视细胞全部损毁,狗60h有死亡,猴3d出现呼吸困难,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] 

中毒或泄漏处理

急救措施

吸入:迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸停止,立即进行人工呼吸。就医。

灭火方法:用水保持容器冷却,以防受热爆炸,急剧助长火势。迅速切断气源,用水喷淋保护切断气源的人员,然后根据着火原因选择适当灭火剂灭火。 [15] 

现场处理

迅速撤离泄漏污染区人员至上风处,并进行隔离,严格限制出入。切断火源。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器,穿一般作业工作服。避免与可燃物或易燃物接触。尽可能切断泄漏源。合理通风,加速扩散。漏气容器要妥善处理,修复、检验后再用。 [15] 

操作处置与储存

操作注意事项:密闭操作。密闭操作,提供良好的自然通风条件。操作人员必须经过专门培训,严格遵守操作规程。远离火种、热源,工作场所严禁吸烟。远离易燃、可燃物。防止气体泄漏到工作场所空气中。避免与活性金属粉末接触。搬运时轻装轻卸,防止钢瓶及附件破损。配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。 [15] 

储存注意事项:储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。库温不宜超过30℃。应与易(可)燃物、活性金属粉末等分开存放,切忌混储。储区应备有泄漏应急处理设备。 [15] 

个体防护

工程控制:密闭操作。提供良好的自然通风条件。

身体防护:穿一般作业工作服。

手防护:戴一般作业防护手套。

其他防护:避免高浓度吸入。 [15] 

贮运方法

包装方法:钢质气瓶。

运输方法:氧气钢瓶不得沾污油脂。采用刚瓶运输时必须戴好钢瓶上的安全帽。钢瓶一般平放,并应将瓶口朝同一方向,不可交叉;高度不得超过车辆的防护栏板,并用三角木垫卡牢,防止滚动。严禁与易燃物或可燃物、活性金属粉末等混装混运。夏季应早晚运输,防止日光曝晒。铁路运输时要禁止溜放。

 
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