Charakterystyka i otrzymywanie tlenu

Tlen to pierwiastek, bez którego nie moglibyśmy oddychać – wydaje się więc dobrze znany i oczywisty. Ale to tylko pozory. Jako przedstawiciel tlenowców, tlen odgrywa kluczową rolę nie tylko w procesach życiowych, ale też w niezliczonych reakcjach chemicznych zachodzących na Ziemi i poza nią. To pierwiastek, który łączy świat biologii, chemii i fizyki, będąc jednocześnie cichy uczestnikiem zjawisk codziennych i tych najbardziej niezwykłych – jak spalanie, utlenianie czy oddychanie komórkowe. Zgłębiając właściwości tlenu, zyskujemy nie tylko wiedzę o jednym z podstawowych składników atmosfery, ale też klucz do zrozumienia, jak funkcjonuje życie i materia.

Charakterystyka tlenu

R1MZudU5wlpED1

Ilustracja przedstawiająca informacje dotyczące tlenu, które są zamieszczone w prostokącie w analogiczny sposób do tych, które można odczytać z układu okresowego pierwiastków. Symbol tlenu to O; Średnia liczba masowa wynosi 15,9994, liczba atomowa 8, najczęściej spotykane stopnie utlenienia to minus drugi i minus pierwszy. Temperatura topnienia tlenu jest równa 54,37 Kelwina, a temperatura wrzenia 90,19 Kelwina. Gęstość wyrażona w gramach na centymetr sześcienny po skropleniu wynosi 1,141. Tlen jest gazem (stan skupienia w warunkach normalnych). Konfiguracja elektronowa podpowłokowa skrócona (zawierająca rdzeń gazu szlachetnego) w stanie podstawowym jest następująca: He 2s22p4. — Tlen. Gęstość podana po skropleniu w temperaturze wrzenia
Źródło: GroMar Sp. z o. o. na podstawie Mizerski W., *Tablice chemiczne*, Warszawa 2008, licencja: CC BY-SA 3.0.

Tlen jest niemetalem, który znajduje się w $16 .$ grupie układu okresowego jako pierwszy przedstawiciel grupy tlenowców. W warunkach standardowych (wg. IUPAC $273,15 K$ , $1013,25 hPa$ ) jest bezwonnym i bezbarwnym gazem. Stanowi zwykle ok. $21 %$ objętości powietrza i jest niezbędny do prawidłowego funkcjonowania większości organizmów żywych. Ponadto ma bardzo niską temperaturę topnienia i wrzenia – wynoszą one odpowiednio: $54,37 K$ i $273,15 K$ ( $- 218,78 ° C$ i $- 182,96 ° C$ ). To właśnie ze względu na niską temperaturę wrzenia, przez wiele lat tak problematyczne było skroplenie tlenu.

Ciekawostka

Przyjęto, że tlen został odkryty w $1772$ roku przez Carla Scheelego, metodą prażenia tlenku rtęci( $II$ ). Jednak odkrycie to nie zostało opublikowane do $1777$ roku, dlatego przez dwa lata za odkrywcę uważano Josepha Priestleya, który $23$ marca $1775$ roku ogłosił swoje odkrycie w towarzystwie naukowym Royal Society.

Alotropia tlenu

Tlen występuje w trzech odmianach alotropowych i jest to jedyny przykład alotropii w stanie gazowym.

Ditlen $O_{2}$ – cząsteczka dwuatomowa. Ditlen jest bezbarwnym i bezwonnym gazem, którego gęstość jest większa od gęstości powietrza.

Ozon $O_{3}$ – trójatomowa cząsteczka. W stanie gazowym jest bezbarwny lub ma niebieskawą barwę oraz zapach przypominający woń powietrza po burzy. Jest on bardzo silnym utleniaczem i bardzo reaktywnym alotropem tlenu.

Tetratlen $O_{4}$ – czteroatomowa cząsteczka. Tetratlen jest bardzo nietrwałą cząsteczką – rozpada się, tworząc dwie cząsteczki dwuatomowego tlenu ( $O_{2}$ ). Dowód na istnienie tetratlenu zdobyto dopiero poprzez zastosowanie wysokiego ciśnienia rzędu $1013,25 hPa$ na $O_{2}$ . Wówczas ditlen ma tendencję do występowania w postaci czteroatomowych cząsteczek. Tetratlen ma jasnoczerwoną barwę.

Ciekły tlen

RuEH530gtj36e1

Ciekły tlen jest cieczą o gęstości $1,14 \frac{g}{{cm}^{3}}$ (ok. $90 K$ ), o charakterystycznym bladoniebieskim zabarwieniu. Znajduje szereg zastosowań jako utleniacz, np. paliwa rakietowego.

Diagram fazowy tlenu

Poniżej przedstawiono diagram fazowy tlenu – wykres przedstawiający warunki (ciśnienie i temperaturę), w których badana substancja występuje w danym stanie skupienia. Obrazuje także, że temperatura wrzenia cieczy zależy od ciśnienia.

Rc7xCWcT9BxuY

Ilustracja przedstawia diagram fazowy tlenu. Na osi poziomej opisano temperaturę wyrażoną w stopniach Celsjusza, na osi pionowej ciśnienie w atmosferach. Wykres fazowy ma kształt przekrzywionej litery igrek. Ma początek na osi igrek przy ciśnieniu równym około zero przecinek zero zero zero siedem pięć atmosfery. Dalej funkcja rośnie, aż do punktu potrójnego przy ciśnieniu 0,0015 atmosfery i temperaturze wynoszącej minus dwieście dziewiętnaście stopni Celsjusza. Jest to punkt, w którym tlen może występować we wszystkich trzech stanach skupienia. Od punktu potrójnego następuje rozwidlenie, a zatem odchodzą dwie krzywe. Pierwszą z nich reprezentuje funkcja ostro rosnąca. Punkty należące do wykresu, to jest leżące na krzywej odpowiadają warunkom (ciśnieniu i temperaturze), w których możliwe jest współistnienie fazy stałej i ciekłej. Punkty leżące po lewej stronie od krzywej odpowiadają warunkom, w których tlen występuje jako ciało stałe. Druga krzywa również reprezentuje funkcję rosnącą jednak łagodniej niż w przypadku pierwszej. Na krzywej znajdują się punkty wyznaczające warunki, w których możliwe jest współistnienie fazy ciekłej i fazy gazowej. Po prawej stronie od drugiej krzywej znajdują się punkty odpowiadające warunkom dla stanu gazowego, zaś pomiędzy pierwszą a drugą krzywą znajdują się warunki (ciśnienie i temperatura) odpowiadające występowaniu fazy ciekłej. Oprócz tego, na pierwszej krzywej zaznaczono punkt odpowiadający temperaturze minus dwustu osiemnastu stopni Celsjusza oraz ciśnieniu wynoszącym jedną atmosferę. Zaznaczono także punkt leżący na drugiej krzywej. Znajduje się również przy ciśnieniu wynoszącym jedną atmosferę oraz temperaturze równej minus sto osiemdziesiąt trzy stopnie Celsjusza. — Diagram fazowy tlenu – *skala nie została zachowana*. $1 atm = 101325 hPa$
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

PK to tzw. punkt krytyczny – punkt końcowy krzywej współistnienia cieczy i pary. PT to punkt potrójny, opisuje warunki, w których substancja współistnieje w trzech stanach skupienia (stałym, ciekłym i gazowym).

Otrzymywanie tlenu

Z powietrza

$5$ kwietnia $1883$ roku dwójka polskich uczonych – Karol Olszewski i Zygmunt Wróblewski – jako pierwsi na świecie skraplają tlen. Wykorzystali do tego metodę kaskadową. Polega ona na wykorzystaniu wrzących, pod zmniejszonym ciśnieniem, gazów, które obniżają temperaturę układu, pozwalając przy tym na skroplenie kolejnych substancji w niższych temperaturach.

Olszewski i Wróblewski skonstruowali odpowiednią aparaturę, która pozwoliła na skroplenie tlenu.

R1UL1gJMr1c9k1

Ilustracja interaktywna Ilustracja interaktywna przedstawiająca schemat aparatury Wróblewskiego i Olszewskiego do skraplania tlenu i azotu. Pierwszą część stanowi żelazna butla wypełniona ciekłym etenem o walcowatym, smukłym kształcie znajdująca się w naczyniu wypełnionymi łaźnią lodową, to jest mieszaniną chłodzącą składającą się z lodu oraz soli. Butla wyposażona jest w zawór, który łączy się za pomocą wężyka ze zbiornikiem zawierającym mieszaninę chłodzącą Thiloriera składającą się z suchego lodu (zestalonego dwutlenku węgla) oraz eteru dietylowego. Dalej znajduje się termometr wodorowy, który stanowi pionowa rurka, w której to obserwowano jest prężność gazu. Następny element również połączony za pomocą rurki z poprzednim stanowi szklany zbiornik w kształcie walcowatym, w którym znajduje się grubościenna szklana rurka, w której to następuje skroplenie gazu. Dalej układ ten łączy się z manometrem, a ten z butlą z gazowym tlenem lub innym gazem pod ciśnieniem wynoszącym 60 atmosfer. 1. Żelazna butla z ciekłym etylenem (etenem), otoczona mieszaniną ochładzającą z lodu i soli kuchennej., 2. Zbiornik z mieszaniną chłodzącą Thiloriera (suchy lód – zestalony C O indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego) utrzymuje niską temperaturą wprowadzanego etylenu., 3. Termometr wodorowy – termometr gazowy, który pozwala na określenie temperatury poprzez obserwację zmian prężności wodoru. Jako standard wykorzystuje się wartość prężności wodoru w dwustu siedemdziesięciu trzech Kelwinach, odpowiadającą jednemu metrowi wysokości słupa rtęci. Wrzący pod zmniejszonym ciśnieniem etylen ma temperaturę ok. sto czterdzieści trzy przecinek piętnaście Kelwina., 4. Zbiornik szklany na ciekły etylen z umieszczoną wewnątrz grubościenną rurką, w której następuje skroplenie gazu. Grube szkło zapobiega wymianie ciepła z otoczeniem., 5. Stalowa butla z tlenem pod ciśnieniem ok. sześćdziesięciu atmosfer lub innym gazem.

Schemat aparatury Wróblewskiego i Olszewskiego do skraplania tlenu i azotu (Chemik Polski,

17

1911

)

a – butla z ciekłym etylenem (etenem), b – zbiornik z mieszaniną Thiloriera, c – termometr wodorowy, d – szklany zbiornik z ciekłym etylenem, e – grubościenna ampuła szklana, w której skrapla się gaz, f – stalowa butla z gazowym tlenem (

p ~ 60 atm

)

Źródło: GroMar Sp. z o.o. w oparciu o fot. Archiwum Ilustracji., licencja: CC BY-SA 3.0.

Gazowy tlen, wypuszczany ze stalowej butli (f) pod wysokim ciśnieniem $p_{1}$ trafia do grubościennej rurki (e). Tam kosztem swojej energii wewnętrznej, rozpręża się, obniżając swoją temperaturę. Kolejnym etapem jest tłoczenie tlenu w dół pod dużym ciśnieniem, w efekcie czego rozpręża się on ponownie do ciśnienia $p_{2}$ ( $p_{1} > p_{2}$ ). Oziębiony gaz zaczyna się skraplać w rurce.

Taka przemiana nazywana jest rozprężaniem adiabatycznym. Korzystając z niej, Olszewskiemu i Wróblewskiemu jako pierwszym na świecie udało się skroplić tlen. Kilka dni później skroplili kolejny składnik powietrza – azot.

W dzisiejszych czasach ciekły tlen pozyskiwany jest z powietrza, którego jest w nim około $21 %$ . Proces ten odbywa się w specjalnych kolumnach.

R2zlXE8lYNMcj1

Zdjęcie przedstawiające kolumny do kriogenicznego skraplania składników powietrza. Stanowią je walcowate zbiorniki połączone rurami. Na jednej z nich widnieje nazwa firmy specjalizującej się w skraplaniu gazów z powietrza, biały napis na niebieskim tle "Linde". Za kolumnami znajduje się błękitne niebo. — Kolumny do kriogenicznego skraplania składników powietrza
Źródło: dostępny w internecie: www.wikipedia.org, licencja: CC BY-SA 3.0.

Opis metody przemysłowego otrzymywania ciekłego tlenu i ciekłego azotu

W pierwszym etapie powietrze jest filtrowane z kurzu oraz innych stałych zanieczyszczeń. Ponadto z powietrza usuwane są inne niepożądane składniki występujące w nim w niewielkich ilościach, takie jak węglowodory czy tlenki azotu.
Następnie powietrze jest sprężane. W tym etapie woda, obecna w powietrzu jako para wodna, jest skraplana w odpowiednich chłodnicach.
Dalej sprężone powietrze jest przepuszczane przez sita molekularne, które wychwytują pozostałości pary wodnej oraz tlenku węgla( $IV$ ).
Oczyszczone powietrze zaczyna się skraplać na dno kolumny. Powstała mieszanina charakteryzuje się dużą zawartością ciekłego tlenu (około $99,8 %$ ). Innymi składnikami mieszaniny jest argon oraz azot. U szczytu kolumny znajduje się mieszanina gazów – głównie azotu, ale także argonu. Mieszanina ta jest następnie destylowana do czystego azotu.
Otrzymane w ten sposób gazy są odpowiednio przechowywane i, w zależności od przeznaczenia, pakowane do butli lub pompowane do cysterny izolowanej termicznie.

Laboratorium 1

Czy znasz sposoby, dzięki którym możliwe jest otrzymanie tlenu z powietrza? W poniższym wirtualnym laboratorium możesz sprawdzić, jak wykonać taki eksperyment. Do metalowego ostrosłupa dodaj ciekły azot, a następnie, kiedy w szklanym naczyniu, znajdującym się pod ostrosłupem, zbierze się ciecz, włóż do niego zapalone łuczywko.

W formularzu zanotuj własną hipotezę, potrzebny sprzęt, odczynniki oraz swoje obserwacje i wyniki, a następnie zapisz wnioski.

R113AWSxuw54C

Wirtualne laboratorium pt. „Jak otrzymać tlen z powietrza?”
Źródło: GroMar Sp. z o.o., Patrycja Męcik, licencja: CC BY-SA 3.0.

Podpowiedźgreenwhite

Tlen skrapla się w temperaturze $- 182,96 ° C$ . Ciekły tlen to ciecz o charakterystycznej, bladoniebieskiej barwie.

Pamiętaj, że do skroplenia tlenu można zastosować ciekły azot, ponieważ jego temperatura wrzenia jest niższa, niż temperatura wrzenia tlenu.

Rsjy08VkG8EyT

Czy znasz sposoby, dzięki którym możliwe jest otrzymanie tlenu z powietrza? Zapoznaj się z opisem poniższego doświadczenia, a następnie wykonaj ćwiczenia sprawdzające.

Analiza eksperymentu:

Jak otrzymać tlen z powietrza?

Problem badawczy:

Czy za pomocą ciekłego azotu można otrzymać tlen z powietrza?

Hipoteza:

Używając ciekłego azotu, można otrzymać tlen z powietrza.

Sprzęt laboratoryjny:

metalowy ostrosłup – naczynie w kształcie ostrosłupa, którego dno stanowi wierzchołek ostrosłupa;
szklane naczynie – na przykład zlewka, to jest naczynie szklane o kształcie cylindrycznym, stosowane do przeprowadzania prostych reakcji chemicznych;
łuczywo – kawałek smolnego przesyconego żywicą drewna, z reguły z drzewa iglastego.

Odczynniki chemiczne:

ciekły azot.

Przebieg eksperymentu:

Wlanie ciekłego azotu do metalowego ostrosłupa.
Ustawienie pod ostrosłupem szklanego naczynia.
Włożenie do naczynia zapalonego łuczywa po zebraniu cieczy.

Obserwacje:

Po otwarciu naczynia z ciekłym azotem pojawia się dym (para). Po nalaniu do metalowego ostrosłupa, pokrywa się on szronem. Po chwili z ostrosłupa zaczyna się skraplać ciecz. Zapalone łuczywko, włożone do szklanego naczynia, powoduje wyraźny rozbłysk.

Wyniki:

Zebrana ciecz w szklanym naczyniu to skroplony tlen z powietrza.

Wnioski:

Używając ciekłego azotu, można otrzymać tlen z powietrza. Hipoteza została potwierdzona.

Ćwiczenie 1

Wyjaśnij, dlaczego w powyższym eksperymencie możemy wykorzystać ciekły azot?

RilsJeTfWwVCU

Ćwiczenie 2

Korzystając z tabeli, zastanów się, czy do skroplenia tlenu można wykorzystać ciekły metan. Odpowiedź uzasadnij.

$T_{N}$ – normalna temperatura wrzenia przy ciśnieniu $1013,25 hPa$

ciecz	$T_{N} [K]$
$He$	$4,2$
$H_{2}$	$20,3$
$Ne$	$27,1$
$N_{2}$	$77,3$
$Ar$	$87,3$
$O_{2}$	$90,2$
${CH}_{4}$	$111,6$

Indeks dolny Źródło: www.hvacr.pl, dostęp: 22.10.2021. Indeks dolny koniec

Ćwiczenie 3

RTHYcHdjDKCJa

Ćwiczenie 4

RGTU9NnCIMB6I

Z wody (elektrolityczny rozkład)

Tlen można otrzymać również w wyniku elektrolizy wody.

Równanie reakcji katodowej:

$2 H_{2} O + 2 e^{-} \to H_{2} + 2 {OH}^{-} | \cdot 2$

Równanie reakcji anodowej:

$6 H_{2} O \to O_{2} + 4 H_{3} O^{+} + 4 e^{-}$

Po zsumowaniu:

$10 H_{2} O \to 2 H_{2} + 4 {OH}^{-} + O_{2} + 4 H_{3} O^{+}$

W związku z tym, że jony $H_{3} O^{+}$ i ${OH}^{-}$ nie mogą być razem po jednej stronie równania, zobojętniają się one tworząc cząsteczki wody.

$10 H_{2} O \to 2 H_{2} + O_{2} + 8 H_{2} O$

Równanie reakcji:

$2 H_{2} O \to 2 H_{2} + O_{2}$

Elektrolityczny rozkład wody

Elektroliza wody to proces rozkładu cząsteczki wody pod wpływem prądu elektrycznego, prowadzący do otrzymania tlenu i wodoru. Proces ten prowadzony jest przez zanurzenie elektrod w roztworze elektrolitu, czyli substancji przewodzącej prąd elektryczny. Elektrolitem mogą być stopione lub rozpuszczone związki, które ulegają dysocjacji elektrolitycznej na jony. Ponieważ $H_{2} O$ nie przewodzi prądu, podczas elektrolizy wykorzystuje się wodne roztwory kwasów lub zasad, np. $H_{2} {SO}_{4}$ , $KOH$ lub $NaOH$ .

RvuoKEBQeozSE

Ilustracja przedstawiająca aparat Hofmanna zbudowany z naczynia składającego się z dwóch zamkniętych, podłużnych, pionowych, szklanych rurek zanurzonych w naczyniu z wodą. Z prawej strony przy prawej pionowej rurce u dołu znajduje się katoda oznaczona minusem, zaś przy lewej anoda oznaczona plusem. Poziom wody w prawej rurce jest niżej niż w lewej rurce. W wyniku zamknięcia układu i przyłożenia napięcia zachodzi elektroliza wody. Na katodzie proces redukcji, którego produktem jest cząsteczkowy wodór. Na anodzie proces utlenienia, którego produktem jest cząsteczkowy tlen. — Schemat elektrolizy wody.
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Z nadtlenku wodoru (katalityczny rozkład)

Ważne!

Poniższe doświadczenie należy wykonywać pod sprawnym wyciągiem. Wykonując doświadczenie należy zachować szczególne środki ostrożności i zapoznać się z kartami charakterystyki używanych substancji. Ponadto wykonujący ćwiczenie powinien być zaopatrzony w fartuch, rękawiczki, okulary ochronne lub przyłbicę. Po zakończeniu pracy suche pozostałości należy odpowiednio zutylizować lub przechowywać w przeznaczonych do tego pojemnikach.

Ćwiczenie 3

R1Iu8PkLJKr2V

Schemat doświadczenia:

RCdm0CmpGlmlt

Ilustracja przedstawiająca schemat zestawu do zbierania gazów nierozpuszczalnych lub słabo rozpuszczalnych w wodzie. W łapie zamontowanej w statywie umieszczony jest wkraplacz z kranikiem oraz ze szlifem włożony do kolby ssawkowej. W bocznym wylocie kolby ssawkowej założony jest gumowy wężyk, który włożony jest do cylindra miarowego, który to jest odwrócony do góry dnem i zanurzony w wodzie wypełniającej zlewkę. — Pomocniczy schemat do skonstruowania zestawu do zbierania gazów nierozpuszczalnych lub słabo rozpuszczalnych w wodzie
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

R1f0Qs5n9wEPT

Inne metody1

Laboratorium 2

Wykorzystując wirtualne laboratorium, zastanów się, w jaki sposób można otrzymać tlen w warunkach laboratoryjnych. Przeanalizuj przedstawione przykłady rozkładu tlenku rtęci( $II$ ) oraz manganianu( $VII$ ) potasu. Rozwiąż problem badawczy, zweryfikuj hipotezę, zapisz obserwacje, wyniki i wnioski.

Spróbuj wykonać doświadczenie samodzielnie. Jeśli jednak będziesz mieć problemy, możesz skorzystać z instrukcji, która znajduje się pod znakiem zapytania w prawym górnym rogu.

RMhwhDpv4bT1V

Wirtualne laboratorium pt. „Otrzymywanie tlenu w warunkach laboratoryjnych”
Źródło: GroMar Sp. z o.o., Kamila Piec, licencja: CC BY-SA 3.0.

R1WJHNeBFoIBD

Sprawdź, czy Twoje obserwacje, wyniki i wnioski są podobne do poniższych.

Obserwacje:
Podczas ogrzewania tlenku rtęci( $II$ ), zaobserwowano wydzielanie się bezbarwnego gazu, który wypierał wodę z probówki. Po wprowadzeniu żarzącego się łuczywa do probówki wypełnionej otrzymanym gazem - łuczywo zapaliło się.

Podobnych obserwacji dokonano w czasie ogrzewania manganianu( $VII$ ) potasu.

Wyniki:
W wyniku termicznego rozkładu tlenku rtęci( $II$ ) lub manganianu( $VII$ ) potasu otrzymuje się bezbarwny gaz podtrzymujący spalanie, czyli tlen.

Wnioski:
Hipoteza została potwierdzona — tlen można otrzymać w wyniku rozkładu tlenku rtęci( $II$ ) lub manganianu( $VII$ ) potasu.

Równania reakcji chemicznych:

Rozkład termiczny tlenku rtęci( $II$ ): $2 HgO \overset{T}{\to} 2 Hg + O_{2} ↑$
Rozkład termiczny manganianu( $VII$ ) potasu: $2 {KMnO}_{4} \overset{T}{\to} K_{2} {MnO}_{4} + {MnO}_{2} + O_{2} ↑$

Zastanów się, w jaki sposób można otrzymać tlen w warunkach laboratoryjnych? Przeanalizuj przedstawione przykłady rozkładu tlenku rtęci( $II$ ) oraz manganianu( $VII$ ) potasu. Zapoznaj się z poniższym problemem badawczym, hipotezą, obserwacjami, wynikami i wnioskami. Następnie wykonaj ćwiczenia sprawdzające.

Analiza doświadczenia:

Otrzymywanie tlenu w warunkach laboratoryjnych.

Problem badawczy:

W jaki sposób można otrzymać tlen w warunkach laboratoryjnych?

Hipoteza:

Tlen można otrzymać w wyniku rozkładu tlenku rtęci( $II$ ) oraz w wyniku rozkładu manganianu( $VII$ ) potasu.

Sprzęt i szkło laboratoryjne:

statyw - pionowy pręt ze stabilną podstawą umożliwiający mocowanie na wybranej wysokości, na przykład szkła laboratoryjnego umieszczonego w łapie;
łapa - rodzaj narzędzia wykorzystywanego w laboratorium do trzymania, na przykład kolb;
zlewka - naczynie szklane o kształcie cylindrycznym, stosowane do przeprowadzania prostych reakcji chemicznych;
łyżeczka - długi trzonek wykonany ze szkła, porcelany lub metalu zakończony z jednej strony łyżeczką;
probówki - podłużne U‑kształtne naczynia szklane służące do przeprowadzania prostych reakcji chemicznych;
korek gumowy oraz gumowy wężyk;
łuczywo - kawałek smolnego przesyconego żywicą drewna z reguły wykonanego z drzewa iglatego;
palnik - urządzenie techniczne umożliwiające podtrzymywanie płomienia spalanego gazu w kontrolowany sposób.

Odczynniki chemiczne:

tlenek rtęci( $II$ ); manganian( $VII$ ) potasu.

Przebieg doświadczenia:

1. Umieszczenie 0,5 grama tlenku rtęci( $II$ ) w probówce zatkanej korkiem, przez który przechodzi wężyk skierowany do wnętrza drugiej probówki zanurzonej do góry dnem w zlewce z wodą.

2. Ogrzewanie zawartości probówki umieszczonej w łapie statywu w płomieniu palnika.

3. Po wypełnieniu probówki przez wydzielający się gaz wyciągnięcie jej ze zlewki oraz umieszczenie w jej wnętrzu żarzącego się łuczywa.

4. Przeprowadzenie analogicznej procedury w celu otrzymania tlenu z manganianu( $VII$ ) potasu.

Obserwacje:

Podczas ogrzewania tlenku rtęci( $II$ ), zaobserwowano wydzielanie się bezbarwnego gazu, który wypierał wodę z probówki. Po wprowadzeniu żarzącego się łuczywa do probówki wypełnionej otrzymanym gazem - łuczywo zapaliło się.

Podobnych obserwacji dokonano w czasie ogrzewania manganianu( $VII$ ) potasu.

Wyniki:

W wyniku termicznego rozkładu tlenku rtęci( $II$ ) lub manganianu( $VII$ ) potasu otrzymuje się bezbarwny gaz podtrzymujący spalanie, czyli tlen.

Wnioski:

Hipoteza została potwierdzona — tlen można otrzymać w wyniku rozkładu tlenku rtęci( $II$ ) lub manganianu( $VII$ ) potasu.

Równania reakcji chemicznych:

Rozkład termiczny tlenku rtęci( $II$ ): $2 HgO \overset{T}{\to} 2 Hg + O_{2} ↑$ Rozkład termiczny manganianu( $VII$ ) potasu: $2 {KMnO}_{4} \overset{T}{\to} K_{2} {MnO}_{4} + {MnO}_{2} + O_{2} ↑$

RMKCmkKavMffE

Ćwiczenie 4

Ćwiczenie 5

R1bZeiNxX3F89

Laboratorium 3

Przeprowadź w wirtualnym laboratorium chemicznym doświadczenie na temat otrzymywania tlenu i badania jego właściwości fizycznych. Zapisz swoje obserwacje i wyniki oraz sformułuj wnioski. Spróbuj wykonać doświadczenie samodzielnie. Jeśli jednak będziesz mieć problemy, możesz skorzystać z instrukcji, która znajduje się pod znakiem zapytania w lewym górnym rogu ekranu wirtualnego laboratorium.

R2ImYBAdBVv4z

R751X5SxdwuB2

Wirtualne laboratorium pt. „Sprawdzamy właściwości tlenu cząsteczkowego”
Źródło: GroMar Sp. z o.o., Kamila Piec, licencja: CC BY-SA 3.0.

Sprawdź, czy Twoje obserwacje, wyniki i wnioski są podobne do poniższych.

Obserwacje:
W wyniku ogrzewania pierwszej probówki z manganianem( $VII$ ) potasu wydziela się bezbarwny gaz, który wypiera wodę z probówki drugiej. Balonik napompowany uzyskanym gazem opada.

Wyniki:
W wyniku termicznego rozkładu manganianu( $VII$ ) potasu powstaje tlen.
$2 {KMnO}_{4} \overset{T}{\to} K_{2} {MnO}_{4} + {MnO}_{2} + O_{2}$

Wnioski:

W warunkach standardowych tlen występuje w postaci bezbarwnego gazu. To, że gaz ten wypiera wodę z probówki, świadczy o tym, że jest w niej bardzo słabo rozpuszczalny. Opadanie balonika napełnionego tlenem świadczy o tym, że gaz ten ma gęstość większą od gęstości powietrza. Hipoteza została potwierdzona.

W laboratorium chemicznym przeprowadzono doświadczenie na temat otrzymywania tlenu i badania jego właściwości.

Analiza doświadczenia: Sprawdzanie właściwości tlenu cząsteczkowego.

Problem badawczy: Jakie właściwości posiada tlen cząsteczkowy?

Hipoteza: Tlen cząsteczkowy w warunkach standardowych jest bezbarwnym gazem, który podtrzymuje proces spalania.

Odczynniki: manganian( $VII$ ) potasu, woda destylowana

Sprzęt laboratoryjny:

palnik – rodzaj sprzętu z regulacją płomienia, umożliwiający podgrzewanie substancji chemicznych;
krystalizator – płaskie naczynie laboratoryjne, które służy do procesu krystalizacji;
probówki – podłużne naczynia szklane do przeprowadzania prostych reakcji chemicznych;
łyżka laboratoryjna – długi trzonek wykonany ze szkła, porcelany lub metalu zakończony z jednej strony łyżeczką; służy do nabierania sypkich substancji chemicznych;
zlewka – naczynie szklane o kształcie cylindrycznym, stosowane do przeprowadzania prostych reakcji chemicznych;
statyw na probówki – prostokątny sprzęt laboratoryjny z rzędami otworów, w których umieszczane są probówki;
korek z rurką odprowadzającą – niewielki element, służący do szczelnego zamykania probówek wyposażony w rurkę odprowadzającą;
łuczywko – długie drewienko.

Instrukcja wykonania doświadczenia:

Do probówki umieszczonej na statywie wsypano $0,5 g$ manganianu( $VII$ ) potasu.
Krystalizator wypełniono wodą destylowaną, a do środka włożono do góry dnem kolejną probówkę z wprowadzonym do niej gumowym wężem i pozwolono jej napełnić się wodą.
Drugi koniec węża przymocowano do korka pierwszej probówki.
Zapalono palnik i ogrzewano zawartość probówki.
Po zebraniu gazu wyjęto wypełnioną gazem probówkę, zamknięto ją korkiem i umieszczono w statywie.
Zapalono łuczywko.
Otworzono probówkę i wprowadzono łuczywko do środka.

Obserwacje:
W wyniku ogrzewania pierwszej probówki z manganianem( $VII$ ) potasu wydziela się bezbarwny gaz, który wypiera wodę z probówki drugiej. Balonik napompowany uzyskanym gazem opada.

Wyniki:
W wyniku termicznego rozkładu manganianu( $VII$ ) potasu powstaje tlen.

Wnioski:

Tlen cząsteczkowy w warunkach standardowych jest bezbarwnym, słabo rozpuszczalnym w wodzie gazem, o gęstości większej od gęstości powietrza. Hipoteza została potwierdzona.

RECnXV4JjyShO

Ćwiczenie 4

bg‑blue

Notatnik

R17TY7A3VUjRk

Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Związki azotu

Właściwości fizykochemiczne tlenu

Charakterystyka tlenu

Alotropia tlenu

Ciekły tlen

Diagram fazowy tlenu

Otrzymywanie tlenu

Z powietrza

Opis metody przemysłowego otrzymywania ciekłego tlenu i ciekłego azotu

Z wody (elektrolityczny rozkład)

Z nadtlenku wodoru (katalityczny rozkład)

Inne metody1

Notatnik