Gör väte, syre och klor
Syre
Syre är ett grundämne med atomnummer 8 och symbol O. Det är medlem i gruppen halogen på periodiska systemet och är en mycket reaktiva icke-metalliska element och oxidationsmedel som lätt bildar föreningar (framför allt kväveoxider) med de flesta element. Photosynthesis släpper syre och respirationen förbrukar syre. Förändringar i fosfat är relaterade till förändringar i syrehalter.
Syre upptäcktes oberoende av Carl Wilhelm Schele, i Upsala, 1773 eller tidigare, och Joseph Priestley i Wiltshire, 1774, men Priestley prioriteras ofta eftersom sitt arbete publicerades först. Syret som namnet myntades år 1777 av Antoine Lavoisier, vars experiment med syre bidragit till att misskreditera den då populära phlogiston teorin om förbränning och korrosion. Dess namn härstammar från den grekiska rötter oxys, "syra", bokstavligen "skarp", med hänvisning till den sura smaken av syror och -γενής-gener, "producent", bokstavligen "begetter", eftersom tiden för namngivning, var felaktigt trodde att alla syror krävs syre i deras sammansättning.
Två stora metoder utnyttjas för att producera 100 miljoner ton O
2 ur luften för industriändamål årligen. Den vanligaste metoden är att destillera fraktionellt flytande luft in i dess olika delar, med N 2 destillering som en ånga medan O 2 är kvar som en vätska. Den andra stora metoden för att producera O 2 gas innebär passerar en ström av ren, torr luft genom en säng av ett par av identiska zeolit molekylära siktarna, som absorberar kvävgasen och levererar en gasström med ett flöde som är 90% och 93% O 2.Simultaneously, kvävgas är utsläppt från andra kväve-mättade zeolit sängen, genom att minska det kammare arbetstrycket och avleda del av syrgas från producenten sängen genom den , i omvänd riktning av flöde. Efter en uppsättning cykel tid driften av de två sängarna är bytt, vilket gör det möjligt för en kontinuerlig tillförsel av gasformigt syre som ska pumpas via en pipeline. Detta är känt som pressar swing adsorption. Syrgas erhålls mer och mer av dessa icke-Kryogen tekniker (se även relaterade vakuum swing adsorption). Syrgas kan också framställas genom elektrolys av vatten till syre och väte. DC El måste användas: om AC används, gaserna i varje lem består av väte och syre i explosiva förhållandet 2:1. Tvärtemot vad många tror bevisar förhållandet 2:1 i DC elektrolys av försurade vatten inte att den empiriska formeln för vatten är H2O om inte vissa antaganden görs om molekylära sammansättningen av väte och syre själva. En liknande metod är electrocatalytic O 2 evolution från kväveoxider andoxoacids. Kemiska katalysatorer kan också användas, t ex i kemiska syre generatorer eller syre ljus som används som en del av livsuppehållande utrustningen på ubåtar, och är fortfarande en del av standardutrustning på kommersiella trafikflygplan vid råoljor nödsituationer. En annan luft separationsteknik innebär tvingar luften att upplösa genom keramiska membran baserat på zirkonium dioxideby antingen hög tryck eller en elektrisk ström, att producera nästan ren O 2 gas. I stora kvantiteter var priset för flytande syre 2001 cirka $0,21 per kilo. Eftersom primär tillverkningskostnaden är energikostnaden för kondensering luften, ändras produktionskostnaden som energikostnaden varierar.
Väte
Vätgas är ett grundämne med atomnummer 1 och kemiska beteckningen H. Med atomvikten 1.00794 u, väte är den lättaste delen på periodiska systemet. Dess monatomiskt form (H) är det vanligast förekommande kemiska ämnet i universum, som utgör ungefär 75% av alla baryonisk massa. Icke-kvarleva stjärnor i består främst av väte i plasma tillstånd. Den vanligaste isotopen av väte, kallas protium (namn sällan används, symbol 1H), har en proton och ingen neutroner.
Universal uppkomsten av Atom väte uppstod först under rekombination epoken. Vid standardtryck och -temperatur är vätgas en färglös, luktfri, smaklös, giftfri, icke-metalliska, högt brännbart tvåatomiga gas med formeln H2. Sedan väte bildar lätt kovalenta föreningar med de flesta icke-metalliska element, de flesta av vätena på jorden finns i molekylära former som i form av vatten eller organiska föreningar. Väte spelar en särskilt viktig roll i syra-bas reaktioner eftersom många syra-bas reaktioner omfattar utbyte av protoner mellan lösliga molekyler. I Joniska föreningar, kan väte ta form av en negativ laddning när det är känt som en hydrid, eller som positivt laddade art betecknas med symbolen H +. Väte ering är skriven som om består av en bare proton, men i själva verket väte katjoner i Joniska föreningar är alltid mer komplexa arter än som skulle föreslå. Som endast neutrala Atomen som Schrödingerekvationen kan lösas analytiskt, har studiet av energetiken och limning av väteatomen spelat en nyckelroll i utvecklingen av kvantmekaniken. Vätgas tillverkades först artificiellt tidiga 1500-talet via blandning av metaller med syror. I 1766 – 81, Henry Cavendish var de första att erkänna att vätgas var ett diskret ämne, och att den producerar vatten vid förbränning, en egendom som senare gav den dess namn: på grekiska, väte betyder "vatten-f.d.". Industriell produktion är främst från ångan reformering av naturgas, och mindre ofta från mer energikrävande väte produktionsmetoder som elektrolys av vatten. De flesta väte är anställd nära sin produktionsplats, med de två största användningsområden som fossila bränslen bearbetning och ammoniak produktion, mestadels för gödningsmedel marknaden. Vätgas är ett problem inom metallurgi eftersom det kan embrittle många metaller, komplicerande utformningen av rörledningar och tankar
I laboratoriet, H
2 förbereds vanligen genom en reaktion mellan utspädd icke-oxiderande syror på vissa reaktiva metaller såsom zink med Kipps apparatur. Zn + 2 H + → Zn2 + + H 2Aluminium kan också producera H 2 vid behandling med baser: 2 Al + 6 H 2O + 2 OH− → 2 Al (OH) − 4 + 3 H 2Den elektrolys av vatten är en enkel metod för att producera vätgas. En låg spänning nuvarande drivs genom vatten och gasformigt syre bildar vid anoden medan gasformiga väte former på katoden. Katoden är gjord från platina eller en annan inert metall när producerar vätgas för lagring. Om gasen är dock att brännas på plats, syre är önskvärt att hjälpa förbränningen och så båda elektroderna skulle göras från inert metaller. (Järn, till exempel, skulle oxidera och därmed minska mängden syre avges.) Den teoretiska maximal effektiviteten (El används vs. energisk värdet av väte produceras) är i intervallet 80-94% 2. H 2O(l) → 2 H 2 g + O 2 g i 2007, det upptäcktes att en legering av aluminium och gallium i pastillform läggas till vatten kan användas för att generera väte. Processen skapar också aluminiumoxid, men den dyra gallium, som förhindrar bildandet av en oxid hud på pellets, kan återanvändas. Detta har viktiga potentiella konsekvenser för en väteekonomi, eftersom vätgas kan produceras på plats och inte behöver transporteras.
Klor
Klor är ett grundämne med atomnummer 17 och symbol Cl. Klor är i gruppen halogen och är näst lättaste halogen efter fluor. Elementet är en gulgrön gas under normala förhållanden, där den bildar tvåatomiga molekyler. Klor har den högsta Elektronfrändskap och tredje högsta elektronegativitet alla reaktiva delar. Av denna anledning är klor ett starkt oxidationsmedel. Fritt klor är sällsynta på jorden, och är vanligen en följd av direkta eller indirekta oxidation byoxygen.
Vanligaste sammansatta av klor, natriumklorid (koksalt), har varit känd sedan urminnes tider. Omkring 1630, var klorgas först syntetiseras i en kemisk reaktion, men inte kan identifieras som ett grundläggande viktigt ämne. Karakterisering av klorgas gjordes 1774 av Carl Wilhelm Scheele, som tänkt det är en oxid av ett nytt element. 1809 föreslog kemister att gasen kan vara en ren element, och detta bekräftades av Sir Humphry Davy 1810, som namngav det från antika grekiska "ljusgrön". Nästan alla klor i jordskorpan förekommer som klorid i olika Joniska föreningar, inklusive bordssalt. Det är den näst vanligast förekommande halogenlampor och 21 vanligast förekommande grundämnet i jordskorpan. Elementärt klor är kommersiellt producerade frombrine genom elektrolys. Elementärt klor hög oxiderande potential ledde kommersiellt till fri klors blekning och desinfektion användning samt dess många användningsområden för ett nödvändigt reagens inom den kemiska industrin. Klor används vid tillverkning av ett brett sortiment av konsumentprodukter, omkring två tredjedelar av dem organiska kemikalier såsom polyvinylklorid, liksom många intermediärer för produktion av plast och andra produkter som inte innehåller elementet. Som vanliga desinfektionsmedel används elementärt klor och klor som genererar föreningar mer direkt i pooler för att hålla dem rena och sanitära. I form av kloridjoner är klor nödvändigt att alla kända arter av liv. Andra typer av klorföreningar är sällsynta i levande organismer och producerade artificiellt klorerade organiska ämnen allt från inert till giftig. I den övre atmosfären, har klor-innehållande organiska molekyler som klorfluorkarboner varit inblandade i ozonskiktet. Små mängder av elementärt klor genereras genom oxidation av klorid till hypoklorit i neutrofiler, som en del av immunsvaret mot bakterier. Elementärt klor vid höga koncentrationer är extremt farliga och giftiga för alla levande organismer, och användes i första världskriget som det första gasformiga kemiska stridsmedel medlet.
Inom industrin framställs elementärt klor vanligtvis genom elektrolys av natriumklorid löses i vatten. Denna metod, chloralkali processen industrialized 1892, ger nu i huvudsak alla industriella klorgas. Metoden ger tillsammans med klor, vätgas och natriumhydroxid (med natriumhydroxid faktiskt är den mest avgörande tre industriella produktion av processen). Processen fortsätter enligt följande kemiska ekvation:
2 NaCl + 2 H2O → Cl2 + H2 + 2 NaOHThe elektrolys av klorid lösningar alla ske enligt följande ekvationer: katoden: 2 H+(aq) + 2 e− → H2 (g) anoden: 2 Cl−(aq) → Cl2(g) + 2 e−Overall process: 2 NaCl (eller kaliumklorid) + 2 H2O → Cl2 + H2 + 2 NaOH (eller KOH) i membranen cell elektrolys, en asbest (eller polymer-fiber) membran avskiljer en katod och en anod , att förhindra klor bildar vid anoden från att åter blanda med natriumhydroxiden och vätet bildats vid katoden. Den salt lösningen (brine) matas kontinuerligt till anoden kupé och strömmar genom membranet till katod fack, där den frätande Alkalien produceras och saltlaken är delvis utarmat. Membran metoder producera utspädd och något orent alkali men de är inte belastade med problemet för att förhindra utsläpp av kvicksilver i miljön och de är mer energieffektiva. Membran cell elektrolys använder högpermeabla membran som en jonbytare. Mättade (och kaliumperoxid) klorid lösningen får passera genom anoden fack, lämnar vid en lägre koncentration. Denna metod är mer effektivt än cellen membran och producerar mycket ren (och kaliumperoxid) hydroxid på cirka 32% koncentration, men kräver mycket ren saltlake.