مقدمه

همه مواد مورد نیاز بشر بطور طبیعی ساخته نشده است. برای رفع نیازها و زندگی بهتر، ناچاراً باید بعضی از مواد به طور مصنوعی ساخته شوند. برای تهیه بهتر مواد مصنوعی، صنایعی به نام صنایع شیمیایی ایجاد شد که هر روزه یک نوع مواد جدید مورد نیاز زندگی بشر است. توسط این صنایع یا در آزمایشگاه صنایع شیمیایی ساخته می‌شود. اگر به مواد مصرفی روزانه خود توجه کنیم، می‌بینیم اغلب و شاید همه آنها از مواد شیمیایی ساخته شده‌اند که این مواد در صنایع شیمیایی و توسط مهندسین شیمی، شیمیست‌ها و تکنسین‌های شیمی در کارخانجات تهیه شد و در دسترس عموم قرار گرفت.

تاریخچه و بیوگرافی کارخانه

کارخانه حیات گازگیران از شهریور 1379 تاسیس شد. محصولات کارخانه شامل اکسیژن، ازت، ازت مایع و اکسیژن مایع می‌باشد. این کارخانه دارای استاندارد ملی خلوص اکسیژن (3240) می‌باشد.

این کارخانه در سه شیف کاری، کار می‌کند. از 5/7-3 بعدازظهر، 5/3-11 شب، 5/11 شب الی 5/7 صبح. این کارخانه محصولات خود را به جاهای دیگر عرضه می‌کند. مثل بیمارستان‌های تحت پوشش (اکسیژن طبی). صنعتکاران برای کار صنعتی و برش‌کاری از اکسیژن استفاده می‌کنند.

مراحل ساخت گازها

الف) خواص فیزیکی

ب) قابلیت اشتعال

ج) روش‌های تهیه.

1. خواص فیزیکی:

اکسیژن گازی است بی‌رنگ، بی‌بو و بی‌طعم. نقطه جوش آن خیلی پایین است و به حالت مایع رنگ روشن دارد. اکسیژن آزاد تقریباً 21 درصد حجم هوا را تشکیل می‌دهد و تقریباً 89درصد آب اکسیژن می‌باشد. بدن انسان بیش از 60درصد اکسیژن دارد. یک لیتر آب در 20 درجه سانتیگراد و فشار یک آتمسفر حدود 30 میلی‌لیتر اکسیژن را در خود حل می‌کند و همین مقدار کم برای ادامه حیات آبزیان و تخریب مواد زاید در آبها کافی است.

نقطه جوش نرمال اکسیژن 9/182- درجه سانتیگراد و نقطه ذوب نرمال اکسیژن 4/218- درجه سانتیگراد می‌باشد. اکسیژن به طور مستقیم با تمام عناصر، بجز گازهای نجیب، هالوژن‌ها و بعضی از فلزات نظیر نقره، طلا و پلاتین ترکیب می‌شود. اگرچه پیوند اکسیژن ـ اکسیژن در O2 پایدار است، ولی با بعضی از عوامل کاهنده قوی معدنی و با بسیاری از ترکیبات آبی به طور خود به خود در دمای معمولی ترکیب می‌شود.

2. قابلیت اشتعال:

این گاز از لحاظ انفجار و احتراق بسیار خطرناک است. واکنش آن با هیدروژن بسیار گرماده است، به طوری که از این واکنش در جوشکاری و صنعت برای تولید دمای زیاد (2800درجه سانتیگراد) استفاده می‌شود.

3. روش‌های تهیه اکسیژن:

روش آزمایشگاهی: تجزیه حرارتی کلرات پتاسیم در حضور کاتالیزور:

(جامد) 2KCl + (گاز) 3O2 ( (مذاب) 2KClO3

واکنش آب با پراکسید سدیم:

(آبی) 4NaOH + (گاز) O2 ( 2H2O + (جامد) 2Na2O3

روش‌ صنعتی:

(گاز) O2 + (گاز) 2H2 ( 2H2O

الکترولیز آب:

در این روش اکسیژن حاصل خالص است، ولی هزینه تولید آن بالاست. عمل الکترولیز در مجموعه‌ای انجام می‌گیرد که دارای الکترود آند و کاتد می‌باشد. این الکترودها در محلول الکترولیت که شامل آب مقطر محتوی KOH می‌باشد، قرار دارد و شدت جریان در حدود 14000-13000 آمپر از آن عبور می‌کند و جریان توسط یکسوکننده به جریان پیوسته تبدیل می‌شود. در قطب آند، گاز اکسیژن و در کاتد گاز هیدروژن تولید می‌گردد.

تقطیر جزء به جزء

بیش از 95درصد اکسیژن در مقیاس صنعتی از این طریق بدست می‌آید. در تقطیر جزء به جزء، مایع نیتروژن (نقطه جوش 196- درجه سانتیگراد) در دمای پایینتر از اکسیژن (نقطه جوش 183- درجه سانتیگراد) به نقطه جوش خود رسیده و جدا می‌گردد.

مایع کردن گازها

بین مولکول‌های هر گازی باید قوای جاذبه وجود داشته باشد تا بتوان آن را به مایع تبدیل نمود. مثلاً در یک درجه حرارت معین قوای جاذبه بین مولکول‌های آمونیاک که بیش از قوای جاذبه بین مولکول‌های اکسیژن و اکسیژن بیش از قوای جاذبه بین مولکول‌های هیدروژن می‌باشد، برای اینکه عمل مایع کردن گازی انجام گیرد، باید قوای جاذبه بر انرژی جنبشی مولکول‌ها غلبه می‌کند. هر گازی یک درجه حرارت بحرانی دارد که فوق آن در هر فشار تبدیل آن به مایع غیرممکن می‌باشد، فشار لازم جهت مایع نمودن گازی در درجه حرارت بحرانی به فشار بحرانی مرسوم است. اثر گازی تا زیر درجه حرارت بحرانیش سرد گردد، مایع نمودن آن سهل خواهد بود.

نقطه جوش نرمال یک گاز، درجه حرارتی می‌باشد که گاز در فشار یک اتمسفر مایع می‌گردد، از جدول (الف) اینطور استنباط می‌شود که آمونیاک گازی است که به آسانی مایع می‌شود، درجه حرارت بحرانی آمونیاک 133 درجه سانتیگراد بود و فشار آن 5/11 اتمسفر است، یعنی برای تبدیل آن به مایع در این درجه حرارت 5/11 اتمسفر فشار لازم است، ولی نقطه جوش نرمال آن 33- درجه سانتیگراد است. اکسیژن باید درجه 118- درجه سانتیگراد (درجه بحرانی آن) سرد گرد. وقتی که درجه حرارت آن به 183- درجه سانتیگراد (نقطه جوش آن) رسید، تحت فشار یک اتسمفر به مایع تبدیل گردد.

اکسیژن، ازت، هیدروژن و سایر اجسام که در درجه حرارت و فشار معمولی نمی‌توانند به مایع تبدیل گردند، به گازهای همیشگی مرسومند، برای اینکه گازی را به مایع تبدیل کنیم، باید اعمال زیر را انجام دهیم:

ابتدا درجه حرارت گاز تا زیر درجه حرارت بحرانی آن سرد گردد.

فشار روی گاز باید به اندازه‌ای باشد که بتواند آن را به مایع تبدیل سازد. گاز فشرده از طریق انبساط سرد می‌شود، چون هنگام انبساط انرژی لازم است که به قوای بین مولکولی فایق آید.