Wasserstoff, Sauerstoff und Chlor zu machen


Sauerstoff

Sauerstoff ist ein chemisches Element mit dem Symbol O und der Ordnungszahl 8. Es ist ein Mitglied der Halogen-Gruppe auf der periodischen Tabelle und ist eine hochreaktive nichtmetallische Element und Oxidationsmittel, die ohne weiteres Verbindungen (insbesondere Oxide) mit den meisten Elementen bildet. Photosynthese Sauerstoff freigibt, und Atmung verbraucht Sauerstoff. Änderungen in Phosphat beziehen sich auf Änderungen in Sauerstoffkonzentrationen.
Sauerstoff wurde unabhängig von Carl Wilhelm Schele in Upsala, 1773 oder früher, und Joseph Priestley in Wiltshire, 1774, entdeckt aber Priestley ist oft Vorrang, weil sein Werk erstmals veröffentlicht wurde. Der Name Sauerstoff prägte im Jahre 1777 Antoine Lavoisier, dessen Experimente mit Sauerstoff dazu beigetragen, die damals populären Phlogiston Theorie von Verbrennung und Korrosion zu diskreditieren. Der Name stammt von den griechischen Wurzeln Oxys, "Säure", buchstäblich "scharf", unter Bezugnahme auf den sauren Geschmack von Säuren und -γενής-Gene, "Erzeuger", wörtlich "Erzeuger", weil zum Zeitpunkt der Benennung war es irrtümlich dachte, dass alle Säuren Sauerstoff in ihrer Zusammensetzung erforderlich.

Zwei wichtige Methoden werden eingesetzt, um 100 Millionen Tonnen O
2 Luft für industrielle Zwecke jährlich entzogene. Die am häufigsten verwendete Methode ist geringfügig destillieren verflüssigte Luft in seine verschiedenen Bestandteile mit N2 destillieren als Dampf während O 2 als Flüssigkeit übrig bleibt. Die anderen wichtigen Verfahren zur Herstellung von O 2 Gas beinhaltet Durchleiten von sauberen, trockenen Luft durch ein Bett von ein paar identische Zeolith Molekularsiebe, die den Stickstoff aufnimmt und liefert einen Gasstrom, der 90 % bis 93 % O 2.Simultaneously ist, Stickstoffgas wird vom Stickstoff-gesättigten Zeolith Bett durch die Verringerung des Kammer Betriebsdrucks und Umleitung Teil des Sauerstoffgases vom Hersteller Bett durch sie freigegeben , in umgekehrter Richtung fließen. Nach ein festgelegter Zyklus Zeit den Betrieb der zwei Betten ist vertauscht, wodurch für eine kontinuierliche Versorgung mit gasförmigem Sauerstoff durch eine Rohrleitung gepumpt werden. Dies wird als Swing Adsorption Druck bezeichnet. Sauerstoffgas wird zunehmend durch diese nicht-kryogenen Technologien gewonnen (siehe auch die zugehörige Vakuum Swing-Adsorption). Sauerstoffgas kann auch in molekularen Sauerstoff und Wasserstoff durch Elektrolyse von Wasser hergestellt werden. DC-Strom verwendet werden muss: Wenn AC verwendet wird, die Gase in jedem Glied bestehen aus Wasserstoff und Sauerstoff in die explosive Verhältnis 2:1. Entgegen der landläufigen Meinung beweist das Verhältnis 2:1 in die DC-Elektrolyse von versauerten Wasser beobachtet nicht, dass die empirische Formel von Wasser H2O ist, es sei denn, bestimmte Annahmen über die molekulare Formeln aus Wasserstoff und Sauerstoff selbst vorgenommen werden. Eine ähnliche Methode ist die elektrokatalytische O 2 Entwicklung von Oxide Andoxoacids. Chemische Katalysatoren können eingesetzt werden als auch, z. B. in chemischen Sauerstoff-Generatoren oder Sauerstoff-Kerzen, die als Teil der lebenserhaltenden Geräte auf u-Booten verwendet und sind immer noch Teil der Standardausrüstung auf Verkehrsflugzeuge Druckentlastung in Notfällen. Eine andere Luft-Trenntechnik umfasst zwingen Luft aufzulösen durch keramische Membranen basierend auf Zirkonium Dioxideby entweder hoch Druck oder ein elektrischer Strom, fast reinem O 2 Gas zu produzieren. In großen Mengen war der Preis von flüssigem Sauerstoff in 2001 ca. 0,21 $/ kg. Da die primäre Kosten der Produktion die Energiekosten der Verflüssigung der Luft ist, ändert sich die Produktionskosten, da Energiekosten variiert.

Wasserstoff

Wasserstoff ist ein chemisches Element mit dem chemischen Symbol H und der Ordnungszahl 1. Mit einem Atomgewicht von 1.00794 u, Wasserstoff ist das leichteste Element im Periodensystem. Seine monatomic Form (H) ist die am häufigsten vorkommende chemische Substanz im Universum, zusammen etwa 75 % der alle baryonischen Masse. Non-Überrest Sterne bestehen hauptsächlich aus Wasserstoff in den Plasmazustand. Das häufigste Isotop des Wasserstoffs, benannt Protium (Name nur selten verwendet, Symbol 1H), hat ein Proton und keine Neutronen.
Die universelle Entstehung von atomarem Wasserstoff kam zunächst während der Rekombination Epoche. Bei Standardtemperatur und Druck ist Wasserstoff ein farblos, geruchlos, geschmacklos, ungiftig, nichtmetallischen, hoch brennbaren zweiatomiges Gas mit der Summenformel H2. Da Wasserstoff leicht kovalente Verbindungen mit nicht-metallischen Elementen bildet, der Großteil des Wasserstoffs auf der Erde existiert in molekularen Formen wie z. B. in Form von Wasser oder organischen Verbindungen. Wasserstoff spielt eine besonders wichtige Rolle im Säure-Base-Reaktionen, wie viele Säure-Base-Reaktionen den Austausch von Protonen zwischen lösliche Moleküle beinhalten. In ionische Verbindungen kann Wasserstoff Form eine negative Ladung nehmen, wenn es bekannt ist, als ein Hydrid oder als positiv geladene Spezies gekennzeichnet durch das Symbol H +. Das Wasserstoff-kation wird geschrieben, als ob, bestehend aus einem bloßen Proton, aber in Wirklichkeit Wasserstoff Kationen in Ionischen Verbindungen sind immer komplexere, die Arten als zu vermuten wäre. Als nur neutral Atoms die Schrödinger-Gleichung für die analytisch lösbar sind, spielte Studie über die Energetik und Verklebung des Wasserstoffatoms eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung der Quantenmechanik. Wasserstoffgas wurde erstmals künstlich im frühen 16. Jahrhundert, über das Mischen von Metallen mit Säuren produziert. In 1766 – 81, Henry Cavendish war der erste zu erkennen, dass Wasserstoff eine diskrete Substanz war, und dass es produziert Wasser, wenn verbrannt, eine Eigenschaft, die später es seinen Namen gab: im griechischen Wasserstoff bedeutet "Wasser-ehemalige". Industrieller Produktion ist hauptsächlich von der Dampf-Reformierung von Erdgas, und weniger häufig aus mehr Wasserstoff energieintensive Produktionsverfahren wie die Elektrolyse von Wasser. Die meisten Wasserstoff ist in der Nähe von seiner Produktionsstätte mit den zwei größten verwendet werden Verarbeitung und Ammoniak Erzeugung fossiler Brennstoffe, vor allem für den Düngemittelmarkt beschäftigt. Wasserstoff ist ein Anliegen in der Metallurgie, wie es viele Metalle, erschwert das Design von Rohrleitungen und Behälter embrittle können

Im Labor, H
2 ist in der Regel durch die Reaktion der verdünnten nicht oxidierenden Säuren auf einige reaktive Metalle wie Zink mit Kipp Vorrichtung vorbereitet. Zn + 2 H + → Zn2 + + H 2Aluminium produzieren auch H 2 bei der Behandlung mit Basen: 2 Al + 6 H 2O + 2 OH− → 2 Al (OH) − 4 + 3 H 2Die Elektrolyse von Wasser ist eine einfache Methode zur Herstellung von Wasserstoff. Eine niedrige Spannung Strom wird durch das Wasser und die Formen der gasförmigen Sauerstoff an der Anode während Formen von gasförmigem Wasserstoff an der Kathode geführt. In der Regel besteht die Kathode aus Platin oder einem anderen inerten Metall bei der Herstellung von Wasserstoff für die Lagerung. Wenn jedoch das Gas vor Ort verbrannt werden, Sauerstoff ist wünschenswert, um die Verbrennung zu unterstützen, und so würden beide Elektroden aus inerten Metallen hergestellt werden. (Eisen, beispielsweise würde oxidieren und somit verringern die Menge an Sauerstoff abgegeben.) Die theoretische maximale Effizienz (Stromverbrauch vs. Energiewert von Wasserstoff) ist im Bereich 80 – 94 %.2 H 2O(l) → 2 H 2(g) + O 2 (g) im Jahr 2007, wurde es entdeckt, dass eine Legierung aus Aluminium und Gallium in Form von Pellets Wasser zugesetzt verwendet werden könnten, um Wasserstoff zu erzeugen. Der Prozess schafft auch Tonerde, aber die teurere Gallium, das verhindert die Bildung von einer Oxidhaut auf den Pellets, kann wiederverwendet werden. Dies hat wichtige mögliche Implikationen für eine Wasserstoffwirtschaft, da Wasserstoff vor Ort hergestellt werden kann und nicht transportiert werden müssen.

Chlor

Chlor ist ein chemisches Element mit dem Symbol Cl und der Ordnungszahl 17. Chlor ist in der Halogen-Gruppe und ist der leichteste Halogen Fluor nach. Das Element ist ein gelbgrünes Gas unter normalen Bedingungen, wo es zweiatomiges Moleküle bildet. Chlor hat die höchste Affinität Elektronen und die dritte höchste Elektronegativität der reaktive Elemente. Aus diesem Grund ist Chlor ein starkes Oxidationsmittel. Freies Chlor ist selten auf der Erde und ist meist eine Folge von direkten oder indirekten Oxidation Byoxygen.
Die häufigste Verbindung von Chlor, Natriumchlorid (Kochsalz) ist seit der Antike bekannt. Um 1630, wurde Chlorgas erstmals in einer chemischen Reaktion synthetisiert, aber nicht als eine grundlegend wichtige Substanz erkannt. Charakterisierung von Chlorgas wurde 1774 von Carl Wilhelm Scheele, gemacht, um ein Oxid eines neuen Elements werden soll. Im Jahre 1809 Chemiker vorgeschlagen, dass das Gas könnte ein reines Element, und dies wurde bestätigt durch Sir Humphry Davy im Jahre 1810, die es aus dem Altgriechischen "hellgrün" benannt. Fast alles Chlor in der Erdkruste kommt als Chlorid in verschiedenen ionische Verbindungen, einschließlich Speisesalz. Es ist die zweithäufigste Halogen und 21. häufigste chemische Element in der Erdkruste. Elementarem Chlor ist kommerziell produzierte Frombrine durch Elektrolyse. Das hohe oxidierende Potenzial von elementarem Chlor führte kommerziell, um Chlor Bleiche und Desinfektionsmittel verwendet, sowie seine vielen Anwendungen eine wichtige Reagenz in der chemischen Industrie zu befreien. Chlor wird bei der Herstellung einer breiten Palette von Consumer Products, etwa zwei Drittel von ihnen organische Chemikalien wie Polyvinylchlorid sowie viele Zwischenprodukte zur Herstellung von Kunststoffen und anderen Endprodukten enthalten nicht das Element verwendet. Als gemeinsame Desinfektionsmittel sind elementarem Chlor und Chlor erzeugenden Verbindungen direkt in Schwimmbädern verwendet, um sie sauber und hygienisch zu halten. In Form von Chlorid-Ionen ist Chlor notwendig, alle bekannten Arten von Leben. Andere Arten von Chlorverbindungen sind selten in lebenden Organismen und künstlich hergestellten Chlorierte organische Stoffe reichen von inerten bis giftig. In der oberen Atmosphäre haben Chlor-haltigen organische Molekülen wie Fluorchlorkohlenwasserstoffe beim Ozonabbau verwickelt. Kleine Mengen von elementarem Chlor entstehen durch Oxidation von Chlorid zu Hypochlorit in Neutrophilen, als Teil der Immunantwort gegen Bakterien. Elementares Chlor bei hohen Konzentrationen ist extrem gefährlich und giftig für alle Lebewesen und diente im ersten Weltkrieg als erste gasförmige Kampfstoffs.

In Industrie entsteht elementares Chlor in der Regel durch die Elektrolyse von Natriumchlorid in Wasser gelöst. Diese Methode, die Bugge Prozess industrialisiert 1892, bietet nun im Wesentlichen alle industriellen Chlorgas. Zusammen mit Chlor liefert die Methode Wasserstoffgas und Natriumhydroxid (mit Natriumhydroxid wird eigentlich der wichtigste der drei industrielle Produkte, die nach dem Verfahren hergestellte). Der Prozess erfolgt entsprechend der folgenden Reaktionsgleichung:
2 NaCl + 2 H2O → Cl2 + H2 + 2 NaOHThe-Elektrolyse von Chlorid-Lösungen alle gehen Sie nach den folgenden Gleichungen: Kathode: 2 H+(aq) + 2 E− → H2 (g) Anode: 2 Cl−(aq) → Cl2(g) + 2 E−Overall-Prozess: 2 NaCl (oder KCl) + 2 H2O → Cl2 + H2 + 2 NaOH oder KOH In Membrane Zelle Elektrolyse, Asbest (oder Polymer-Faser) Membran trennt eine Kathode und Anode , an der Kathode gebildet verhindert das Chlor an der Anode vom neu mischen mit der Natronlauge und Wasserstoff bilden. Die Salzlösung (Sole) wird die Anode Fach und fließt durch das Diaphragma hindurch an der Kathode Fach, wo die ätzende Alkali entsteht und die Sole ist teilweise leer kontinuierlich zugeführt. Membrane Methoden produzieren verdünnen und etwas unreine Alkali, aber sie sind nicht mit dem Problem der Entlastung von Quecksilber in die Umwelt verhindern belastet und energieeffizienter. Membrane Zelle Elektrolyse durchlässige Membran als ein Ionenaustauscher beschäftigen. Gesättigter Natrium (oder Kalium) Chlorverbindung Lösung wird durch die Anode Fach, bei einer niedrigeren Konzentration verlassen übergeben. Diese Methode ist effizienter als die Membrane Zelle und produziert sehr reines Natrium (oder Kalium) Hydroxid bei ca. 32 % erfordert Konzentration, aber sehr reine Sole.

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