Zuurstof
Zuurstof is een scheikundig element met symbool O en atoomnummer 8. Het is een lid van de groep van de halogeen in het periodiek en is een zeer reactieve element en oxidator die gemakkelijk verbindingen (met name stikstofoxiden) met de meeste elementen vormt. Zuurstof van de versies van de fotosynthese en ademhaling verbruikt zuurstof. Wijzigingen in fosfaat zijn gerelateerd aan veranderingen in zuurstofconcentraties.
Zuurstof werd onafhankelijk ontdekt door Carl Wilhelm Schele, in Upsala, in 1773 of eerder, en Joseph Priestley in Wiltshire, in 1774, maar Priestley vaak prioriteit wordt gegeven omdat zijn werk werd eerst gepubliceerd. De naam zuurstof werd in 1777 bedacht door Antoine Lavoisier, waarvan experimenten met zuurstof heeft bijgedragen tot de dan-populaire phlogiston theorie van verbranding en corrosie in diskrediet te brengen. Zijn naam is afgeleid van het Griekse roots-oxys, de "zure", letterlijk "scherp", verwijzend naar de zure smaak van zuren en -γενής-genen, "producent", letterlijk "bevruchter", want het was op het moment van naamgeving, ten onrechte dacht dat alle zuren zuurstof in hun samenstelling vereist.
Twee methoden worden gebruikt voor de productie van 100 miljoen ton van O
2 jaarlijks gewonnen uit lucht voor industrieel gebruik. De meest voorkomende methode is om te distilleren Fractioneel vloeibaar gemaakte lucht in de verschillende onderdelen, met N 2 distilleren als een damp terwijl O 2 wordt overgelaten als een vloeistof. De andere belangrijke methode van de productie van O 2 gas impliceert het passeren van een stroom van schone, droge lucht door een bed van een paar van identieke zeoliet moleculaire zeef, dat absorbeert de stikstof en levert een gasstroom thats 90% tot 93% O 2.Simultaneously, stikstofgas vrijkomt uit het andere bed stikstof-verzadigd zeoliet, door verlaging van de werkdruk van de kamer en deel van de zuurstof gas uit het bed van de producent door het doorschakelen , in de omgekeerde richting van de stroom. Na een ingestelde cyclus tijd de werking van de twee bedden is verwisseld, waardoor voor een continue aanvoer van gasvormige zuurstof via een pijpleiding worden gepompt. Dit staat bekend als pressure swing adsorptie. Zuurstof gas wordt steeds verkregen door deze niet-cryogene technologieën (Zie ook de verwante vacuüm swing adsorptie). Zuurstof gas kan ook worden geproduceerd door de elektrolyse van water in moleculaire zuurstof en waterstof. DC elektriciteit moet worden gebruikt: als AC wordt gebruikt, de gassen in elke ledemaat bestaan uit waterstof en zuurstof in de explosieve verhouding 2:1. In tegenstelling tot populair geloof, vormt de 2:1 ratio waargenomen in de DC-elektrolyse van aangezuurde water geen bewijs dat de empirische formule van water H2O, is tenzij bepaalde aannames zijn gemaakt over de moleculaire formules van waterstof en zuurstof zelf. Een vergelijkbare methode is de electrocatalytic O 2 evolutie van stikstofoxiden-andoxoacids. Chemische katalysatoren kunnen ook gebruikte, zoals chemische zuurstof generatoren of zuurstof kaarsen die worden gebruikt als onderdeel van de apparatuur van de leven-ondersteuning op onderzeeërs en maken nog steeds deel uit van de standaard apparatuur op commerciële vliegtuigen in drukverlaging noodsituaties. Een andere lucht scheidingstechnologie gaat dwingen lucht te ontbinden door middel van keramische membranen op basis van zirkonium dioxideby ofwel hoge druk of een elektrische stroom, voor de productie van bijna zuiver O 2 gas. In grote hoeveelheden was de prijs van vloeibare zuurstof in 2001 ongeveer $0.21/ kg. Aangezien de primaire productiekosten de energiekosten van het vloeibaar maken van de lucht is, verandert de productiekosten als energiekosten varieert.
Waterstof
Waterstof is een scheikundig element met symbool H en atoomnummer 1. Met een atoomgewicht van 1.00794 u, waterstof is het lichtste element in het periodiek. Zijn éénatomige vorm (H) is de meest voorkomende chemische stof in het universum, die ongeveer 75% van alle Baryonische massa. Non-restant sterren bestaan voornamelijk uit waterstof in zijn plasma staat. De meest voorkomende isotoop van waterstof, genoemd protium (naam zelden gebruikt, symbool 1H), heeft één proton en geen neutronen.
De universele opkomst van atomaire waterstof eerst is opgetreden tijdens het tijdperk van recombinatie. Bij standaard temperatuur en druk is waterstof een kleurloos, reukloos, smaakloos, niet-toxisch,, zeer brandbare diatomic gas met de molecuulformule H2. Omdat waterstof gemakkelijk vormen covalente verbindingen met meest niet-metalen elementen, de meeste van de waterstof op aarde bestaat in moleculaire vormen zoals in de vorm van water of organische stoffen. Waterstof speelt een bijzonder belangrijke rol in de zuur-base reacties, aangezien veel zuur-base reacties om de uitwisseling van protonen tussen oplosbare molecules. In ionenverbindingen van lood, kan waterstof de vorm aannemen van een negatieve lading toen het is bekend als een hydride, of als een positief geladen soorten aangeduid met het symbool H +. De waterstof-catie is geschreven alsof bestaat uit een proton kaal, maar in werkelijkheid, waterstof caties in ionenverbindingen van lood zijn altijd meer complexe soorten dan die zou suggereren. Als het alleen neutrale atoom waarvoor de Schrödingervergelijking, kan worden opgelost analytisch, heeft studie van de energetics en de hechting van het waterstofatoom een belangrijke rol in de ontwikkeling van de kwantummechanica. Waterstofgas werd eerst kunstmatig geproduceerd in de vroege 16de eeuw, via het mengen van metalen met zuren. In 1766 – 81, Henry Cavendish was de eerste om te erkennen dat waterstofgas een aparte stof was, en dat zij produceert water wanneer gebrand, een eigenschap die later gaf het zijn naam: in het Grieks, waterstof betekent "water-voormalig". Industriële productie is voornamelijk uit de stoom hervorming van aardgas, en minder vaak uit meer waterstof van de energie-intensieve productiemethoden zoals de elektrolyse van water. De meeste waterstof wordt gebruikt in de buurt van haar productie-site, met de twee grootste gebruik fossiele brandstoffen verwerking en ammoniak productie, meestal voor de markt van de meststof. Waterstof is een zorg in de metallurgie, als het kan vele metalen, het ontwerpen van pijpleidingen en opslagtanks complicerende embrittle
In het laboratorium, H
2 is meestal bereid door de reactie van verdunde niet-oxiderende zuren op sommige reactieve metalen zoals zink met Kipp van apparaat. Zn + 2 H + → Zn2 + + H 2Aluminium kunnen ook produceren H 2 op een behandeling met honken: 2 Al 6 H 2O + 2 OH− Al (OH) → 2 − 4 + 3 H 2de elektrolyse van water is een eenvoudige methode voor de productie van waterstof. Een lage spanning, stroomsterkte wordt uitgevoerd door het water en gasvormige zuurstof vormen op de anode terwijl gasvormig waterstof vormen op de kathode. Meestal de kathode bestaat uit platina of een ander inert metaal bij de productie van waterstof voor opslag. Als, echter, het gas is om ter plaatse worden verbrand, zuurstof is wenselijk om te helpen de verbranding en dus beide elektroden zou worden gemaakt van inerte metalen. (Ijzer, bijvoorbeeld, zou oxideren en dus vermindering van de hoeveelheid zuurstof gegeven uit.) De theoretische maximale efficiëntie (elektriciteit gebruikt vs. energetische waarde van waterstof geproduceerd) is in het bereik 80-94%.2 H 2O(l) → 2 H 2, onder g + O 2 (g) In 2007, werd ontdekt dat een legering van aluminium en gallium in bolletjesvorm toegevoegd aan water kan worden gebruikt voor het genereren van waterstof. Dit proces wordt ook gemaakt van aluminiumoxide, maar de duur gallium, waardoor de vorming van een oxide huid op de pellets, opnieuw kan worden gebruikt. Dit heeft belangrijke potentiële gevolgen voor een waterstofeconomie, zoals waterstof kan ter plaatse worden geproduceerd en niet hoeft te worden vervoerd.
Chloor
Chloor is een scheikundig element met symbool Cl en atoomnummer 17. Chloor is in de halogeen-groep en is de op één na lichtste halogeen na fluor. Het element is een geel-groen gas onder standaardvoorwaarden, waar het diatomische moleculen vormt. Chloor heeft de hoogste elektronenaffiniteit en de derde hoogste elektronegativiteit van alle reactieve elementen. Om deze reden is chloor een sterke oxidator. Vrije chloor is zeldzaam op aarde, en is meestal een gevolg van de oxidatie van directe of indirecte byoxygen.
De meest voorkomende stof van chloor, natriumchloride (common zout), is al bekend sinds de oudheid. Rond 1630, was chloorgas voor het eerst gesynthetiseerd in een chemische reactie, maar niet herkend als een fundamenteel belang stof. Karakterisering van chloorgas maakte in 1774 Carl Wilhelm Scheele, die geacht worden een oxide van een nieuw element. In 1809 suggereerde chemici dat het gas een zuiver element wellicht, en dit werd bevestigd door Sir Humphry Davy in 1810, die het from Ancient Greek noemde "bleek groen". Bijna alle chloor in de aardkorst treedt op als chloride in verschillende ionenverbindingen van lood, met inbegrip van keukenzout. Het is de tweede meest voorkomende halogeen en 21e overvloedigste scheikundig element in de aardkorst. Elementair chloor is commercieel geproduceerde frombrine door elektrolyse. Het hoge oxiderend potentieel van elementair chloor leidde commercieel vrij chloor van bleken en desinfecterende gebruikt, evenals de vele toepassingen van een essentiële reagens in de chemische industrie. Chloor wordt gebruikt bij de vervaardiging van een breed scala van consumentenproducten, ongeveer twee derde van hen organische chemische stoffen zoals polyvinyl chloride, evenals vele tussenproducten voor productie van kunststoffen en andere eindproducten die het element niet bevatten. Als een gemeenschappelijke ontsmettingsmiddel, elementair chloor en chloor genererende verbindingen kunt u directer in zwembaden houd ze schoon en sanitair. In de vorm van chloride-ionen is chloor nodig om alle bekende soorten leven. Andere soorten chloorverbindingen zijn zeldzaam in levende organismen en kunstmatig geproduceerd gechloreerde organische verbindingen variëren van inerte aan giftige. In de bovenste atmosfeer, zijn chloor-bevattende organische moleculen zoals chloorfluorkoolwaterstoffen betrokken bij aantasting van de ozonlaag. Kleine hoeveelheden van elementair chloor worden gegenereerd door oxidatie van chloride aan hypochloriet in neutrofielen, als onderdeel van de immuunrespons tegen bacteriën. Elementair chloor bij hoge concentraties is uiterst gevaarlijke en giftige voor alle levende organismen, en werd gebruikt in de eerste Wereldoorlog als de eerste gasvormige chemical warfare agent.
In industrie, wordt elementair chloor normaliter geproduceerd door de elektrolyse van natriumchloride, opgelost in water. Deze methode, het proces van elektrolyse geïndustrialiseerde in 1892, biedt nu in wezen alle industriële chloorgas. Samen met chloor levert de methode waterstofgas en natriumhydroxide-oplossing (met natriumhydroxide wordt eigenlijk de belangrijkste van de drie industriële producten geproduceerd door het proces). Het proces verloopt volgens de volgende chemische formule:
2 NaCl + 2 H2O → Cl2 + H2 + 2 NaOHThe-elektrolyse van chloride oplossingen alle gaan volgens de volgende vergelijkingen: kathode: 2 H+(aq) + 2 e− → H2 (g) Anode: 2 Cl−(aq) → Cl2(g) + 2 e−Overall-procédé: 2 NaCl (of KCl) + 2 H2O → Cl2 + H2 + 2 NaOH (of KOH) In middenrif cel elektrolyse, een asbest (of polymeer-vezel) middenrif scheidt een kathode en een anode , voorkomen het chloor vormt op de anode van opnieuw mengen met de natronloog en de waterstof gevormd op de kathode. Het zout oplossing (pekel) wordt voortdurend gevoed aan de anode compartiment en stroomt door het middenrif tot het compartiment van de kathode, waar de bijtende alkali wordt geproduceerd en de pekel gedeeltelijk is uitgeput. Middenrif methoden produceren verdund en enigszins onzuivere alkali maar zij niet zijn belast met het probleem van het kwik lozing in het milieu voorkomen en ze zijn energie-efficiënter. Membraan cel elektrolyse dienst permeabel membraan als een ionenwisselaar komt. Verzadigde (en kaliumperoxide) chloride-oplossing laat percoleren over de anode compartiment, waardoor op een lagere concentratie. Deze methode is efficiënter dan de cel membraan en produceert zeer zuiver (en kaliumperoxide) hydroxide op ongeveer 32% concentratie, maar vereist zeer zuiver pekel.
