Угарный газ, свойства, физиологическое действие на организм

Взаимодействие газовой атмосферы со сталью при нагреве

Диффузионный процесс взаимодействия между кислородом воздуха и содержащими кислород компонентами газовой атмо­сферы, с одной стороны, и железом, а также легирующими элементами, с другой стороны, называют окислением стали. Газами, которые не только окисляют, но и обезуглероживают поверхность стали, являются углекислый газ (СО2) и водяной пар (H2O).

Железо с кислородом образуют ряд химических соединений: FeO — закись железа, Fe3O4 — окись-закись железа, Fe2O3 — окись железа. При температурах ниже 570°C образование за­киси железа исключено. При окислении железа выше 570°C образуются окислы Fe2O3, Fe3O4, FeO. Слой окалины растет вследствие диффузии железа и легирующих элементов к по­верхности металла и встречной диффузии кислорода во вну­тренние слои металла.

Основными реакциями взаимодействия газов со сталью являются:

2Fe + О2 = 2FeO (1)
3Fe + 2О2 = Fe3O4 (2)
4Fe + ЗО2 = 2Fe2O3 (3)

возможны также реакции:

Взаимодействие водяного пара с железом при температурах ниже 570°С протекает по реакциям:

при температурах выше 570°С — по реакции (6) и дополнительно по реакциям:

Взаимодействие двуокиси углерода с железом при темпе­ратурах ниже 570°С протекает по реакциям:

при температурах выше 570°С — по реакции (10) и дополни­тельно по реакциям:

СО2 + 3FeO Fe3O4 + СО (12)
СО2 + Fe FeO + СО (13)

Реакция взаимодействия железа с водяным паром (H2О) сопровождается выделением тепла, т.е. является экзотермиче­ской. Реакция взаимодействия двуокиси углерода с железом сопровождается поглощением тепла, т.е. является эндотерми­ческой.

На рисунке 1 приведены теоретические кривые равновесия реак­ций окисления — восстановления железа с двуокисью и окисью углерода и водяным паром и водородом.

Кривые 1 и 2 (рисунок 1) представлены так, что в левой части от кривых расположены области восстановления железа, а в правой части — области окисления железа.

Окислительная способность двуокиси углерода с понижением температуры уменьшается, а с повышением температуры увеличивается (рисунок 1, кривая 1). При температуре ниже 500°C двуокись углерода не может окислять железо. Константа равновесия, представляющая отношение парциальных давлений двуокиси углерода к окиси углерода, изменяется от 0.27 до единицы при снижении температуры газовой атмосферы с 1300 до 500°С. Окислительная способность водяных паров с пони­жением температуры увеличивается, а с повышением темпера­туры уменьшается (рисунок 1, кривая 2). Константа равновесия, представляющая отношение парциальных давлений водяного пара к водороду, при снижении температуры с 1300 до 370°C изменяется от 0.85 до 0.07.

В сложной газовой атмосфере имеющей в своем составе окись углерода, двуокись углерода, водород и водяной пар, протекают реакции:

CO + Н2 C + Н2О (14)
СО + Н2О СО2 + Н2 (15)

Для безокислительного нагрева необходимо иметь отношение газов-окислителей в защитной атмосфере (в объемных процентах) во всём интервале рабочих температур в соответствии с кривыми равновесия, представлен­ными на рисунке 1.

Большое влияние на степень окисления железа оказывает присутствие в контролируемой атмосфере сернистых соединений SO2 и H2S. Если содержание SO2 в контролируемой атмосфере увеличивается от 0.1 до 0.5%, то окислительная способность этой атмосферы увеличивается примерно в 3 раза. SO2 и H2S понижают точку плавления окалины железа, вследствие чего оплавляющаяся окалина обнажает все новые слои металла, что сильно увеличивает потери металла. Необходимо тщательно очищать контролируемые атмосферы от SO2 и H2S и не допускать их остаточного содержания в газе свыше 0.005%.

Помимо окисления, стальные детали могут науглероживаться или обезуглероживаться. Обезуглероживание стали — это диф­фузионный процесс взаимодействия кислорода воздуха или кислородсодержащих компонентов газовой среды с углеродом стали, приводящий к частичному или полному удалению угле­рода из поверхностных слоев стали.

Диффузионный процесс, при котором поверхностные слои стали насыщаются углеродом, является науглероживанием или цементацией. Этот процесс протекает в три этапа:

При цементации имеют место следующие реакции:

При насыщении углеродом у-твердого раствора железа — аустенита сверх предела растворимости протекают реакции с образованием карбида железа — цементита:

3Fe + 2CO Fe3C + CO2 (18)
3Fe+ СН4 Fe3C + 2Н2 (19)
3Fe + СО + Н2 Fe3C + Н2О (20)

Одновременно в газовой атмосфере могут протекать реакции с образованием углерода (сажи).

На рисунке 2 показаны типичные теоретические равновесные кривые реакции (18) для углеродистых сталей с различным содержанием углерода.

Если известны температура нагрева стали и заданная концентрация углерода, то по кривым равновесия можно найти соответствующую точку на оси ординат, по которой определяется константа равновесия и вычислить процентное содержание окиси и двуокиси углерода в равновесной га­зовой атмосфере.

При анализе взаимодейст­вия по реакции (19) необходимо учитывать, что диффузия углерода в железо, при взаи­модействии метана с железом, протекает активнее, чем окиси углерода с железом по реакции (18). Активность метана по сравнению с активностью окиси углерода при взаимодействии их с железом в темпе­ратурном интервале от 800 до 1100°С возрастает в 8 — 400 раз (таблица 1).

Читайте также:  Наложение жгута при кровотечениях правила и техника наложения жгута

Кроме этого, условия равновесия между газовой фазой и сталью сильно изменяются при различной степени насыщения углеродом аустенита стали. При постоянном значении констан­ты равновесия обезуглероживающая способность атмосферы СО — СО2 увеличивается с повышением температуры, науглероживание железа при этих условиях уменьшается (см. рисунок 2).

Сравнительная степень активности углерода, выделяющегося из окиси углерода и метана при диффузии в железо

Оксид — Oxide

Оксид / ɒ к с aɪ д / представляет собой химическое соединение , которое содержит по меньшей мере один кислородный атом и один другой элемент в своей химической формуле . Сам «оксид» — это дианион кислорода, атом O 2– . Металлические оксиды , таким образом , как правило , содержат анион из кислорода в степени окисления -2. Большая часть земной коры состоит из твердых оксидов, в результате окисления элементов кислородом воздуха или воды. При сжигании углеводородов образуются два основных оксида углерода : монооксид углерода и диоксид углерода . Даже материалы, которые считаются чистыми элементами, часто имеют оксидное покрытие. Например, алюминиевая фольга образует тонкий слой Al 2 O 3 (называемый пассивирующим слоем ), который защищает фольгу от дальнейшей коррозии . Отдельные элементы часто могут образовывать несколько оксидов, каждый из которых содержит разное количество элемента и кислорода. В некоторых случаях они отличаются указанием количества атомов , как и в окиси углерода и двуокиси углерода , а также в других случаях путем указания элемента окисления , как в оксиде железа (II) и оксид железа (III) . Некоторые элементы могут образовывать множество различных оксидов, например оксидов азота .

Содержание

  • 1 Формирование
  • 2 Структура
    • 2.1 Оксиды металлов
    • 2.2 Молекулярные оксиды
  • 3 Сокращение
    • 3.1 Уменьшение углеродом
    • 3.2 Восстановление при нагревании
    • 3.3 Уменьшение за счет смещения
    • 3,4 Восстановление водородом
    • 3.5 Восстановление электролизом
  • 4 Гидролиз и растворение
  • 5 Восстановительное растворение
  • 6 Номенклатура и формулы
  • 7 Примеры оксидов
  • 8 Смотрите также
  • 9 Ссылки

Формирование

Из-за своей электроотрицательности кислород образует прочные химические связи почти со всеми элементами с образованием соответствующих оксидов. Благородные металлы (такие как золото или платина ) ценятся, потому что они сопротивляются прямому химическому соединению с кислородом, а такие вещества, как оксид золота (III), должны образовываться косвенным путем.

Два независимых пути коррозии элементов — это гидролиз и окисление кислородом. Сочетание воды и кислорода еще более агрессивно. Практически все элементы горят в атмосфере кислорода или богатой кислородом среде. В присутствии воды и кислорода (или просто воздуха) некоторые элементы — натрий — быстро реагируют с образованием гидроксидов. Отчасти по этой причине щелочные и щелочноземельные металлы не встречаются в природе в их металлической, т. Е. Самородной, форме. Цезий настолько реактивен с кислородом, что он используется в качестве газопоглотителя в вакуумных трубках , а растворы калия и натрия, так называемый NaK , используются для деоксигенатации и дегидратации некоторых органических растворителей. Поверхность большинства металлов состоит из оксидов и гидроксидов в присутствии воздуха. Хорошо известным примером является алюминиевая фольга , которая покрыта тонкой пленкой оксида алюминия, которая пассивирует металл, замедляя дальнейшую коррозию . Слой оксида алюминия может быть увеличен с помощью процесса электролитического анодирования . Хотя твердые магний и алюминий медленно реагируют с кислородом в STP, они, как и большинство металлов, горят на воздухе, создавая очень высокие температуры. Мелкозернистые порошки большинства металлов могут быть взрывоопасными на воздухе. Следовательно, они часто используются в твердотопливных ракетах .

В сухом кислороде железо легко образует оксид железа (II) , но для образования гидратированных оксидов трехвалентного железа Fe 2 O 3 — x (OH) 2 x , которые в основном содержат ржавчину, обычно требуется кислород и вода. Производство свободного кислорода фотосинтетическими бактериями около 3,5 миллиардов лет назад привело к осаждению железа из раствора в океанах в виде Fe 2 O 3 в экономически важном железорудном гематите .

Структура

Оксиды имеют ряд различных структур, от отдельных молекул до полимерных и кристаллических структур. В стандартных условиях оксиды могут варьироваться от твердых веществ до газов.

Оксиды металлов

Оксиды большинства металлов имеют полимерную структуру. Оксид обычно связывает три атома металла (например, структура рутила) или шесть атомов металла (структуры карборунда или каменной соли ). Поскольку МО-связи обычно прочные, а эти соединения представляют собой сшитые полимеры , твердые вещества обычно нерастворимы в растворителях, хотя и подвергаются воздействию кислот и оснований. Формулы часто обманчиво просты. Многие из них нестехиометрические .

Молекулярные оксиды

    Некоторые важные газообразные оксиды

Двуокись углерода является основным продуктом сгорания ископаемого топлива.

Окись углерода является продуктом неполного сгорания топлива на основе углерода и предшественником многих полезных химикатов.

Двуокись азота — проблемный загрязнитель от двигателей внутреннего сгорания.

Двуокись серы , основной оксид серы, испускается вулканами.

Закись азота («веселящий газ») — мощный парниковый газ, производимый почвенными бактериями.

Читайте также:  Клиника аллергологии и педиатрии отзывы пациентов, запись на прием - цены на услуги, запись на консу

Хотя большинство оксидов металлов являются полимерными , некоторые оксиды являются молекулами. Примерами молекулярных оксидов являются диоксид углерода и монооксид углерода . Все простые оксиды азота являются молекулярными, например NO, N 2 O, NO 2 и N 2 O 4 . Пятиокись фосфора — более сложный молекулярный оксид с обманчивым названием, настоящая формула которого — P 4 O 10 . Некоторые полимерные оксиды деполимеризуются при нагревании с образованием молекул, например, диоксид селена и триоксид серы . Тетроксиды встречаются редко. Более общие примеры: рутений , осмий тетраоксид и тетраоксид ксенон .

Известно много оксианионов, таких как полифосфаты и полиоксометаллаты . Оксикатионы встречаются реже, некоторыми примерами являются нитрозоний (NO + ), ванадил (VO 2+ ) и уранил ( UO 2+
2 ). Конечно, известны многие соединения как с оксидами, так и с другими группами. В органической химии к ним относятся кетоны и многие родственные карбонильные соединения. Для переходных металлов известно много оксокомплексов , а также оксигалогенидов .

Сокращение

Превращение оксида металла в металл называется восстановлением. Восстановление может быть вызвано многими реагентами. Многие оксиды металлов превращаются в металлы просто при нагревании.

Уменьшение углеродом

Металлы «извлекаются» из оксидов путем химического восстановления, то есть путем добавления химического реагента. Распространенным и дешевым восстановителем является углерод в виде кокса . Самый яркий пример — выплавка железной руды . Участвует много реакций, но упрощенное уравнение обычно отображается как:

2 Fe 2 O 3 + 3 C → 4 Fe + 3 CO 2

Оксиды металлов можно восстановить с помощью органических соединений. Этот окислительно-восстановительный процесс является основой для многих важных преобразований в химии, таких как детоксикация лекарств с помощью ферментов P450 и производство этиленоксида , который превращается в антифриз. В таких системах металлический центр передает оксидный лиганд органическому соединению с последующей регенерацией оксида металла, часто кислородом воздуха.

Восстановление при нагревании

Металлы с более низкой реактивностью можно уменьшить только путем нагревания. Например, оксид серебра разлагается при 200 ° C:

Уменьшение за счет смещения

Металлы с более высокой реакционной способностью вытесняют оксид металлов с меньшей реакционной способностью. Например, цинк более активен, чем медь , поэтому он замещает оксид меди (II) с образованием оксида цинка :

Zn + CuO → ZnO + Cu

Восстановление водородом

Помимо металлов, водород также может замещать оксиды металлов с образованием оксида водорода , также известного как вода:

Восстановление электролизом

Поскольку химически активные металлы образуют стабильные оксиды, некоторые оксиды металлов необходимо подвергнуть электролизу для восстановления. Это включает в себя оксид натрия , оксид калия , оксид кальция , оксид магния и оксид алюминия . Перед погружением в них графитовых электродов оксиды необходимо расплавить:

Гидролиз и растворение

Оксиды обычно реагируют с кислотами или основаниями , иногда с обоими. Те, которые вступают в реакцию только с кислотами, называются основными оксидами. Те, которые реагируют только с помощью оснований, называются «кислыми оксидами». Оксиды, которые реагируют с обоими, являются амфотерными . Металлы, как правило, образуют основные оксиды, неметаллы — кислые оксиды, а амфотерные оксиды образуются элементами, расположенными на границе между металлами и неметаллами ( металлоидами ). Эта реакционная способность является основой многих практических процессов, таких как извлечение некоторых металлов из их руд в процессе, называемом гидрометаллургией .

Оксиды более электроположительных элементов имеют тенденцию быть основными. Их называют основными ангидридами . Под воздействием воды они могут образовывать основные гидроксиды . Например, оксид натрия является основным — при гидратации он образует гидроксид натрия . Оксиды более электроотрицательных элементов имеют тенденцию быть кислыми. Их называют «ангидридами кислот»; добавляя воду, они образуют оксокислоты . Например, гептоксид дихлора представляет собой ангидрид кислоты; хлорная кислота — это полностью гидратированная форма. Некоторые оксиды могут действовать как кислоты и основания. Они амфотерные . Пример — оксид алюминия . Некоторые оксиды не проявляют поведения как кислоты или основания.

Ион оксида имеет формулу O 2- . Это сопр женное основание из гидроксида иона, OH — и встречается в ионных твердых веществ , таких как оксид кальция . O 2- нестабилен в водном растворе — его сродство к H + настолько велико (p K b

-38), что он отрывает протон от молекулы H 2 O растворителя :

O 2− + H 2 O → 2 ОН —

Константа равновесия вышеуказанных реакций pK eq

В 18 веке оксиды называли кальцием или кальцием в честь процесса прокаливания, использованного для производства оксидов. Позже Calx был заменен на oxyd.

Восстановительное растворение

Восстановительное растворение оксида переходного металла происходит, когда растворение сочетается с окислительно- восстановительным процессом . Например, оксиды трехвалентного железа растворяются в присутствии восстановителей, которые могут включать органические соединения. или бактерии Восстановительное растворение является неотъемлемой частью геохимических явлений, таких как цикл железа .

Восстановительное растворение не обязательно происходит на участке, где адсорбируется восстановитель. Вместо этого добавленный электрон проходит через частицу, вызывая восстановительное растворение в другом месте частицы.

Номенклатура и формулы

Иногда для обозначения оксидов используют соотношение металл-кислород. Таким образом, NbO будет называться монооксидом ниобия, а TiO 2 — диоксидом титана. Это название следует за греческими числовыми префиксами . В более ранней литературе и в настоящее время в промышленности оксиды называют добавлением суффикса -a к названию элемента. Следовательно, оксид алюминия, оксид магния и оксид хрома представляют собой соответственно Al 2 O 3 , MgO и Cr 2 O 3 .

Читайте также:  Действительно ли лисички лечат рак мнение специалистов

К особым типам оксидов относятся пероксид O 2 2– и супероксид O 2 — . В таких соединениях кислород имеет более высокую степень окисления, чем оксид.

В химических формулах оксидов этих химических элементов в их самой высокой степени окисления предсказуемы и являются производными от числа валентных электронов для этого элемента. Даже химическая формула O 4 , тетракислорода , предсказуема как элемент группы 16 . Единственным исключением является медь , для которой оксидом с наивысшей степенью окисления является оксид меди (II), а не оксид меди (I) . Другим исключением является фторид , который существует не как F 2 O 7, как можно было бы ожидать, а как OF 2 .

Поскольку фтор более электроотрицателен, чем кислород, дифторид кислорода (OF 2 ) не представляет собой оксид фтора, а вместо этого представляет собой фторид кислорода.

Примеры оксидов

В следующей таблице приведены примеры обычно встречающихся оксидов. Приведено лишь несколько представителей, так как количество встречающихся на практике многоатомных ионов очень велико.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Закись — углерод

Закись углерода , С3О2 — Исследование диффракции электронов ( Броквей и Паулинг [181], Берш [157]) приводит к выводу, что молекула C3OS линейна и симметрична. Рассмотрение валентностей решительно подтверждает линейную модель. Поэто — j) му, несмотря на противоречие с результатами измерения дипольного момента, ее обычно используют в качестве основы для интерпретации спектра. [1]

Процессы разложения закиси углерода на поверхности детали и переход углерода в аустенит повторяются. Таким образом, закись углерода переносит углерод от карбюризатора к поверхности цементируемой детали. [2]

Процесс разложения закиси углерода на поверхности детали и переход углерода в аустенит повторяются. Таким образом, закись углерода переносит углерод от карбюризатора к поверхности цементуемой детали. [3]

На поверхности детали закись углерода и метан разлагаются, отдавая свой углерод аустениту. [4]

Газовую цементацию проводят в газовом карбюризаторе, содержащем метан и закись углерода . [5]

Цианирование проводят в ваннах расплавленных цианистых солей или в газовой среде, содержащей метан, закись углерода и аммиак. Цианированию подвергают некоторые зубчатые колеса автомобилей и другие детали, а также режущие кромки сверл, фрез, резцов и метчиков после обезуглероживания в результате нагрева под закалку. Насыщение азотом и углеродом в газовой среде называют нитроцементацией. Для деталей теплосилового оборудования цианирование и нитроцементацию не применяют. [6]

Цианирование проводят в ваннах расплавленных цианистых солей или в газовой среде, содержащей метан, закись углерода и аммиак. Цианированию подвергаются некоторые зубчатые колеса автомобилей и другие детали, а также режущие кромки сверл, фрез, резцов и метчиков после обезуглероживания в результате нагрева под закалку. Насыщение азотом и углеродом в газовой среде называют нитроцементацией. Для деталей теплосилового оборудования цианирование я нитроцементацию не применяют. [7]

Газовую цементацию проводят при помощи нагрева и выдержки в среде газового карбюризатора, содержащего метан ( СН4) и закись углерода . [8]

Полученное вещество — С3О2, по сравнению с углекислым газом ( двуокись) и окисью углерода, может быть названо закисью углерода , во всяком случае оно представляет собой низшую степень окисления углерода. Это вещество при обыкновенной температуре газообразно, имеет неприятный запах, ядовито. [9]

Нитрование всегда сопровождается окислением с образованием органических кислот, альдегидов, кетонов, спиртов, нитритов, нитро-соединений, нитроолефинов, окиси и закиси углерода . [10]

Процессы разложения закиси углерода на поверхности детали и переход углерода в аустенит повторяются. Таким образом, закись углерода переносит углерод от карбюризатора к поверхности цементируемой детали. [11]

Процесс разложения закиси углерода на поверхности детали и переход углерода в аустенит повторяются. Таким образом, закись углерода переносит углерод от карбюризатора к поверхности цементуемой детали. [12]

В зоне сплавления происходит обезуглероживание стали. Выгорание углерода сопровождается выделением закиси углерода , углерод восстанавливает закись железа и раскисляет жидкий металл в стыке. Однако обезуглероженный слой обладает пониженной прочностью. [14]

В настоящее же время оксидные катоды активируют почти исключительно прогревом в вакууме при температуре 900 С. При этой температуре происходит разложение карбоната бария с выделением закиси углерода СО , а также разложение органического связывающего вещества. Свободный углерод и СО частично восстанавливают окись бария в толще оксидного слоя. Наличие свободных атомов бария в этом слое или, точнее, наличие избыточных атомов бария в решетке составляющих этот слой кристалликов, является, как увидим ниже, основной причиной усиленной эмиссии оксидных катодов. Чешуйки бариевой пленки имеют при этом лишь второстепенное значение, как это подтверждается опытами Хейнце и Вагенера, установивших отсутствие непосредственной связи между состоянием внешней поверхности катода и интенсивностью электронной эмиссии путем более детального исследования этой поверхности с помощью электронного микроскопа. [15]

Ссылка на основную публикацию
Тяжело дышать, не хватает воздуха – причины,что делать
Не хватает воздуха при дыхании: 4 группы причин, что делать, меры профилактики Из статьи вы узнаете о причинах внезапной нехватки...
Транскраниальная допплерография
Транскраниальная ультразвуковая допплерография - медицинская статья, новость, лекция Читать медицинскую статью, новость, лекцию по медицине: «Транскраниальная ультразвуковая допплерография» размещена 23-11-2019,...
Трансуретральная резекция простаты (ТУР) — Клиника 29
Трансуретральная резекция аденомы простаты Эндоскопическая трансуретральная резекция (ТУР) – это «золотой» стандарт лечения аденомы простаты, самый эффективный малоинвазивный хирургический метод,...
Тяжесть в желудке — причины, болезни, диагностика, профилактика и лечение — Likar24
Тяжесть в желудке после еды «После еды тошнит и тяжесть в желудке» — такую жалобу гастроэнтерологи слышат очень часто от...
Adblock detector