Кислород и химическая энергия

Производные положительной степени окисления кислорода являются сильнейшими энергоемкими окислителями, способными выделять запасенную в них химическую энергию в определенных условиях. Их можно использовать как эффективные окислители ракетного топлива. [c.320]

Для промышленного производства электрической энергии на тепловых электростанциях также используется химическая энергия реакции взаимодействия окислителя (кислорода воздуха) с восстановителем (топливо). Однако в этом случае превращение энергии идет сложным путем химическая энергия превращается сначала в теплоту, затем в механическую и лишь после этого — в электрическую энергию. Максимальная электрическая работа, получаемая при таком превращении, определяется тепловым эффектом реакции (Qp = AЯ) [c.602]

Вероятно, гликолиз представляет собой живое ископаемое -реликтовый биохимический процесс, сохранившийся с тех времен, когда в земной атмосфере не было кислорода и одноклеточные организмы существовали за счет расщепления органических молекул, встречающихся в естественных условиях. Когда живые организмы приобрели большие размеры, стали сложнее и увеличили свои энергетические потребности, а в земной атмосфере появился кислород, произошло развитие более сложного биохимического процесса, требующего намного большего количества энергии и известного под названием цикла лимонной кислоты . Но прежде чем мы рассмотрим этот процесс, следует познакомиться с универсальным способом запасания химической энергии в любых живых организмах. [c.327]

Больше всего теплоты при смачивании порошков выделяют, вообще говоря, такие жидкости, за которыми на основании их чисто химических отношений признается некоторый остаток ненасыщенной химической энергии, т. е. прежде всего вещества с двойными связями, затем соединения, содержащие кислород или азот. Меньше всего теплоты выделяется насыщенными углеводородами — парафиновыми и нафтеновыми, а также такими насыщенными и симметричными соединениями, как четыреххлористый углерод. Среднее место занимают ароматические углеводороды . [c.236]

В автогенных и топливных печах-теплогенераторах эффект теплогенерации зависит от того, в каком виде подводится окислитель в зону технологического процесса — в виде воздуха, кислорода или окислов. Таким образом, для реализации химической энергии сырьевых материалов или топлива в зоне технологического процесса в нее должна быть введена определенная масса окислителей, и поэтому определяющим процессом, обеспечивающим возникновение тепла в зоне, является процесс поступления определенной массы кислорода в том или ином виде. Такой режим работы печей естественно называть массообменным. Режим работы печей, в которых генерация тепла в зоне зависит от подвода или наведения электрического тока, будем называть электрическим. [c.44]

Если учесть, что реализация химической энергии сырьевых материалов и топлива зависит от поступления и распределения массы кислорода, тогда возможно теплогенерацию при массообменном режиме связать непосредственно с подачей кислорода в том или ином виде, т. е. принять за основу следующие соотношения [c.49]

Основным способом высвобождения химической энергии топлива является его сжигание, т. е. осуществление в камере сгорания процесса горения, представляющего собой одну реакцию или комплекс быстро протекающих химических реакций, сопровождающихся выделением тепла. Известно большое количество реакций, протекающих с выделением тепла для энергетических целей наиболее часто используются реакции окисления органической массы природных топлив (или их производных) кислородом воздуха (реже реакции окисления в среде, обогащенной кислородом). [c.7]

Электрохимические устройства для непрерывного превращения химической энергии системы топливо — окислитель в электрическую при непрерывном подводе реагентов называются топливными элементами. В водород-кислородном топливном элементе электроды из пористого графита погружают в концентрированный раствор щелочи (6—10 М КОН) и через один из них барботируют кислород, через другой — водород. [c.229]

Специальные виды топлива применяются для реактивных двигателей. В таких двигателях химическая энергия топлива превращается в механическую энергию. В воздушно-реактивных двигателях самолетов горючим служит керосин, а окислителем — кислород воздуха. В ракетных двигателях кроме керосина горючим служат спирты, амины, гидразин и диметилгидразин, водород, аммиак, а также твердые бор, алюминий, литий и др. В качестве окислителей используются жидкие кислород и фтор, азотная кислота, пероксид водорода, перхлораты аммония и калия и др. [c.354]

Рассмотрим работу топливного элемента (рис. XVI. ) на примере кислородно-водородной системы с щелочным электролитом. В таком элементе происходит превращение химической энергии реакции окисления водорода Нг + /гОг = НгО в электрическую энергию. Топливный элемент состоит из анода /, катода 3 и ионного проводника 2. К аноду подводится топливо (восстановитель), в данном примере водород, к катоду — окислитель, обычно чистый кислород или кислород воздуха. Схема кислородно-водородного топливного элемента может быть записана в виде [c.411]

В земной коре содержится 47,2 массовых долей в % кислорода. Химическая активность кислорода при высоких температурах и большие значения энергии связи кислорода со многими другими элементами объясняют, почему в первичной атмосфере Земли кислорода почти не было. Аналогичная ситуация наблюдается в настоящее время на Венере, в горячей атмосфере которой содержится лишь около 0,15 массовых долей (%) кислорода. [c.187]

Ферменты являются специфическими белками, которые входят в состав всех клеток и тканей живых организмов. Они обусловливают способность живых организмов осуществлять самые разнообразные и в то же время совершенно необходимые для жизнедеятельности превращения веществ. Сюда могут быть отнесены процессы пищеварения белков, жиров и углеводов использование всасывающих питательных веществ клетками организма освобождение химической энергии, необходимой для всех проявлений жизнедеятельности поглощение кислорода тканями и ряд других процессов. Ферменты не только расщепляют вещества, но также синтезируют все то многообразие органических соединений, которое мы встречаем в организме. [c.99]

Идея использования химической энергии окисления (сжигания) горючих веществ, в частности природного топлива, для непосредственного получения электроэнергии в гальваническом элементе уже давно привлекает внимание исследователей [32]. В настоящее время к группе топливных элементов относят не только элементы, использующие в качестве активных материалов кислород, уголь или другие горючие материалы, но и все гальванические системы, в которых активные материалы вводятся в элемент извне по мерс их расходования. [c.564]

Заключенная в топливах химическая энергия освобождается в виде теплоты в печах разных конструкций. Познакомимся с устройством и действием их сначала на примере домашней печки. Она состоит из топки, в которой протекает реакция горения, поддувала, через которое притекает к топливу воздух, и из дымохода — трубы, через которую удаляются наружу продукты горения (рис. 40). Воздух поступает из поддувала в топку через колосник — решетку, на которой лежат дрова, а частично через дверку Печи, когда она открыта. Как только печь затоплена, начинается сухая перегонка древесины — разложение ее на уголь и горючие газы. Эти горючие газы, сгорая, образуют пламя. Когда дрова прогорят , т. е. сухая перегонка древесины и сгорание летучих продуктов (и частично угля) закончится, на колосниковой решетке останется слой сильно раскаленного угля. Кислород воздуха, притекающий через отверстия колосниковой решетки, расходуется в нижней части угля на его сгорание с образованием двуокиси углерода [c.104]

В настоящее время интенсивно разрабатывают и другие топливные элементы на основе более дешевых и калорийных видов топлива, таких, как оксид углерода, спирты и различные нефтепродукты. В качестве окислителя кроме кислорода используют фтор и хлор. Применение топливных элементов в народном хозяйстве открывает большие возможности на пути прямого превращения химической энергии топлива в электрическую с высоким коэффициентом полезного действия. [c.160]

Эта энергия активации эквивалентна излучению с длиной волны 230 нм или менее Такого коротковолнового излучения в солнечном свете, который достигает земной поверхности, не существует. Однако хлорофилл действует как фотосенсибилизатор, поглощая видимый свет и делая его пригодным для фотосинтеза в растениях. Но в этой реакции имеется нечто специфичное. Красный свет вызовет реакцию, но красному свету соответствует только 40 ккал/моль, а для того, чтобы вызвать реакцию, требуется более 112 ккал/моль. По-видимому, реакция протекает по стадиям. Лабораторные эксперименты с альгой (водоросль) показали, что обычно требуется около восьми фотонов на каждую использованную молекулу двуокиси углерода и каждую молекулу кислорода, вовлеченную при благоприятных условиях в фотосинтез с низкой интенсивностью света., Упражнение 18.1. Показать, что, если при фотосинтезе восемь фотонов поглощенного света с длиной волны 600 нм дают одну молекулу продукта реакции, который имеет теплоту сгорания 112 ккал/моль, эффективность превращения поглощенного света в аккумулированную химическую энергию составляет 30%. [c.557]

Фотосинтез — это процесс, с помощью которого зеленые растения, водоросли и некоторые бактерии способны переводить энергию солнечного света в химическую форму, доступную для биосинтеза клеточных компонентов. Полученная таким путем химическая энергия используется и запасается растениями и, кроме того, служит (через пищевые цепи) первичным источником энергии для нефотосинтезирующих организмов, в первую очередь для животных. Фотосинтез растений является также источником необходимого для жизни кислорода. Поэтому вся жизнь на нашей планете зависит от фотосинтеза. [c.327]

Так же как в системе пища — молекулярный кислород , при комнатной температуре вне организма окисления не происходит, несмотря на то что система далека от состояния равновесия, не наблюдается это и вне топливного элемента с гремучим газом Нг + О2 или со смесью СО + О2. Общим свойством всех органических и неорганических преобразователей химической энергии является то, что на их поверхности вследствие адсорбции происходит повышение концентрации реагирующих веществ и что сравнительно инертный кислород не реагирует непосредственно с веществом, подлежащим окислению. В живом организме кислород соединяется с железом гемоглобина и образует при этом перекисное соединение, окисляющее субстрат в качестве переносчика кислорода. Анало-.гично активируется весьма инертный при комнатной температуре кислород на диффузионных катодах соответствующими переносчиками вроде дисперсного серебра или металлической платины. Общим свойством окисляющих систем является уже отмеченное обстоятельство, что не только редокс -элементы. [c.474]

Такой качественный вывод последовательности уровней, вообще говоря, оказывается невозможным для гетероядерных двухатомных молекул. Атомные орбитали одинакового типа, но принадлежащие двум химически различным атомам, имеют неодинаковые энергии. Их основные взаимодействия могут осуществляться с орбиталями иного типа на другом атоме, а не с орбиталями того же типа. Даже качественное обсуждение молекулярно-орбитальных энергетических уровней для таких молекул обычно требует обращения к методам, описанным в гл. 12. В очень редких случаях атомы молекулы обладают достаточно сходными свойствами, чтобы их молекулярно-орбитальные энергетические уровни удалось аппроксимировать изображенными на рис. 11.2. Наиболее примечательным примером таких молекул является СО. Несмотря на то что атомные орбитали кислорода по энергии расположены ниже, чем у углерода, возникающие молекулярные орбитали имеют энергетические уровни, расположение которых напоминает схему уровней гомоядерных двухатомных молекул. Электронная конфигурация молекулы СО совпадает с описанной выше для N2. И действительно, многие свойства СО близки к свойствам N2. В частности, энергия диссоциации СО лишь слегка превышает таковую для N2 ( 257 ккал/моль), и молекула имеет очень малый дипольный момент. [c.230]

Аналогичные результаты были получены при изучении реакции электровосстановления кислорода. Эта реакция играет важную роль в процессах коррозии металлов и при работе элементов с воздушной деполяризацией. Интерес к ней особенно возрос в последние годы в связи с проблемой нелосредствениого превращения химической энергии в электрическую при помощи топливных элементов. В настоящее время выяснены основные кинетические особенности реакции восстановления кислорода в кислых и щелочных средах (Н. Д. Томашев, А. И. Красильщиков, 3. А. Иофа, В. С. Багоцкий и др.). Так, электровосстановление кислорода на ртути, серебре и золоте оказалось возможным описать следующими уравнениями [c.441]

Фотосинтез — единственный из всех типов химических реакций (терм ических, каталитических, ферментативных, радиационных и фо— тохимических), позволяющий при мягких термобарических параметрах б o фepы осуществить невероятную, с точки зрения термодинамики химическую реакцию, протекающую с увеличением свободной энергии. Он обеспечивает прямо или косвенно доступной химической энергией все земные организмы и, как будет показано ниже, является источником образования горючих ископаемых. Обратный фотосинтезу процесс представляет собой знакомую всем нам химическую реак1,,ию горения твердых, жидких и газообразных горючих ископаемых с выделением большого количества энергии. Следовательно, растительный и животный мир, а также органические горючие ископаемые Земли есть не что иное как аккумулированная энергия Солнца На современном этапе эволюции Земли ежегодно в результате фотосинтеза образуется 150 млрд. т органического вещества, усваивается 300 млрд. т СО и выделяется около 200 млрд. т свободног о кислорода. Благодаря только фотосинтезу в первичной атмосфере Земли появился кислород, возник озоновый экран, создались условия для биологической деятельности. При гибели организма происходит обратный процесс [c.43]

Эволюция живого мира в течение геологического времени приводит к расширению круга таксонов, к увеличению разнообразия форм и замене одних форм другими. Отмечаются и различия в биохимическом составе организмов, стоящих на различных ступенях генетической лестницы, несмотря на единство биохимического плана строения живых организмов. Органические компоненты живых веществ представлены главным образом белками, жирами, углеводами и построены из атомов углерода, водорода, кислорода, азота, серы, фосфора. Клетки живых организмов и растений используют эти элеме+iTbi в качестве источника химической энергии в ходе метаболизма. Распад химических веществ в клетках различных животных осуществляется по единому плану. Однако имеется и ряд различий в биохимическом составе организмов, обусловленных как эволюцией живого вещества в фанерозое, так и различием условий жизни в разных бассейнах в одно и то же геологическое время. [c.188]

Передающаяся энергия активных молекул обычно принимает вид химической энергии неустойчивых, химически ненасыщенных промежуточных продуктов, атомов или так называемых свободных радикалов. Таковы, например, атомарные водород, кислород, хлор, радикалы гидроксил ОН, нитроксил HNO, метил СНз и т. д. Все эти вещества благодаря своей химической ненасыще нно-сти отличаются высокой реакционной способностью (именно поэтому они неустойчивы и неспособны к длительному существованию) и могут реагировать с исходными компонентами, образуя, в свою очередь, свободные радикалы и атомы. Химически активные частицы. [c.24]

В качестве примера сырьевых материалов можно привести чугун, химическая энергия которого в зависимости от состава составляет 7500 кДж/кг и более. Если полностью исключить окисление железа, то химическая энергия примесей передельного чугуна не более 1900 кДж/кг. Коэффициент использования этой химической энергии в сталеплавильной ванне не превосходит Г1к.и.х 0,5, тогда тепловой эквивал т Qa м= = 700- -900 кДж/кг, поскольку углерод чугуна способен окисляться только до окиси углерода. Такое значение теплового эквивалента получается только при окислении примесей чугуна кислородом, при применении других окислителей (воздух, руда, агломерат) тепловой эквивалент будет соответственно ниже, поэтому, комбинируя при осуществлении технологического процесса окислители, возможно в широких пределах менять тепловые эквиваленты сырьевых материалов и топлива. [c.48]

Поглощение света сетчаткой глаза вызывает ряд последовательных превращений, которые приводят к изомеризации П-цис-ретиналя, в полный транс-ретиналь, а затем к его восстановлению до витамина А совместным действием НАД-Нг, т. е. восстановленной формы дифосфопиридиннуклеотида и алкогольдегидроге-назы. Регенерация цис-форм ретиналя проходит путем окисления витамина А кислородом при помощи дыхательных ферментов. Мы видим, что энергия света используется в процессе зрительного восприятия при помощи сложного устройства палочек сетчатки, в основе которого находится каркасная структура липопротеиновых дисков. Она при этом частично аккумулируется в виде химической энергии полного трансретиналя, внося тем самым свой вклад в затрату энергии на восстановление ретиналя до витамина А. [c.136]

ФОТОСИНТЕЗ — синтез растениями органических веществ (углеводов, белков, жиров) из диоксида углерода, воды, азота, ( юсфора, минеральных солей и других компонентов с помощью солнечной энергии, поглощаемой пигментом хлорофиллом. Ф.— основной процесс образования органических веществ на Земле, определяющий круговорот углерода, кислорода и других элементов, а также основной механизм трансформации солнечной энергии на нашей планете. В процессе Ф, растения усваивают вгод4 101 туглерода, разлагают 1,2 х X 10 т воды, выделяют 1 10 т кислорода и запасают 4-102° кал солнечной энергии в виде химической энергии продуктов Ф. Это количество энергии намного превышает годовую потребность человечества в ней. Ф.—сложный окис-лительно-восстановительный процесс, сочетающий фотохимические реакции с ферментативными. Вследствие Ф. происходит окисление воды с выделением молекулярного кислорода и восстановление диоксида углерода, что выражается [c.268]

В реакциях окисления мы встречаемся с еще одним обстоятельством. Реакция НН + О КООН, в Которой участвует молекула кислорода в триплетном состоянии, не может протекать из-за нарушения закона сохранения спина (спин исходной системы равен 1, спин продукта равен 0). Цепной радикальный механизм позволяет преодолеть это препятствие. Применение внешних источников инициирования (свет, электроны, инициаторы, активная поверхность) ускоряет цепной процесс. Таким образом, возникновение активных промежуточных частиц и их многократное участие в отдельных стадиях сложного процесса и является преимуществом цепного процесса, объясняющим широкую распространенность цепных реакций. Чаще всего цепная реакция — экзотермический процесс. В отличие от одностадийных экзотермических реакций в цепном процессе часть энергии исходных веществ переходит в энергию промежуточных частиц, обеспечивающую им высокую активность. Чаще всего это химическая энергия валентноненасыщенных частиц — свободных радикалов, атомов, активных молекулярных продуктов со слабыми связями. Реже это колебательновозбужденные состояния молекул, в которых молекулы вступают в реакции. И в том, и в другом случае имеет место экономное использование энергии суммарного процесса для ускорения превращения исходных частиц в продукты. Размножение активных частиц в разветвленных и вырожденно-разветвленных реакциях является уникальным способом самообеспечения системы активными промежуточными частицами. Разветвление цепей позволяет преодолеть высокую эн-дотермичность актов зарождения цепей и во многих случаях отказаться от внешних источников инициирования. [c.219]

В топливных элементах используются жидкие или газообразные восстановители (водород, гидразин, метанол, углеводороды) и окислители (кислород и пероксид водорода). Рассмотрим работу топливного элемента на примере кислородно-водородной системы. В таком элементе происходит превращение химической энергии реакции окисления водорода Нг + V2O2 = НгО в электрическую энергию. [c.361]

При взаимодействии О2 с сильнейшим окислителем Р1Рв образуется вещество 02[Р1Рб], в котором катионом является молекулярный ион Ог" ". Соединения, в которых кислород имеет положительную степень окисления, являются сильнейшими энергоемкими окислителями, способными выделять при определенных условиях запасенную химическую энергию. Их можно использовать как эффективные окислители ракетного топлива. [c.281]

Топливные элементы и электрохимические эиергоустановки. Если окислитель и восстановитель хранятся вне элемента и в процессе работы подаются к электродам, которые не расходуются, то элемент может работать длительное время. Такие элементы называют топливными. В топливных элементах химическая энергия восстановителя (топлива) и окислителя, непрерывно и раздельно подаваемых к электродам, непосредственно превращается в электрическую энергию. Удельная энергия топливных элементов зачительно выше гальванических. В топливных элементах используют жидкие или газообразные восстановители (водород, гидразин, метанол,углеводороды) и окислители (кислород и пероксид водорода). [c.411]

Для печей, работающих по окислительному режиму, как правило, характерным является большое развитие окислительной зоны восстановительная зона отсутствует или развита слабо. Углерод топлива в горне отсутствует или находится в небольшом количестве. Например, при пиритной плавке многосернистых рул использование кислорода происходит в нижней части печи, вблизи фурм. Избыток кислорода вреден с точки зрения технологии, так как в верних слоях шахты будут протекать нежелательные окислительные процессы. Окислительный режим должен иметь место в небольщой зоне в близй фурм (шоегорода топке), а дальше должна быть атмосфера, состоящая из СО2, ЗОг и N2. Содержание в газе СО и О2 нежелательно, хотя практически всегда некоторое количество СО присутствует. Область вблизи фурм представляет собой теплогенератор, в котором тепло образуется за счет химической энергии сырья, но в целом шахтная печь для пиритной плавки является теплообменником, так как в слоях, расположенных выше окислительной зоны, протекают теплообменные процессы. [c.474]

Существуют виды пиритной плавки, при которых затраты топлива вообще отсутствуют. Окислительная зона при полупирит-ной плавке значительно более растянута по высоте. Углерод топлива частично проходит через эту зону и попадает в горн, будучи перемешан с пустой породой. Колошниковый газ полупирит-ной плавки имеет относительно высокую температуру, но, как и при пиритной плавке, должен содержать минимальное количество или вовсе не содержать СО. Присутствие кислорода в нем (8—10%) практически неизбежно. Расход топлива в этом случае зависит, помимо температурного уровня процесса, от величины химической энергии сырых материалов, которая может быть преобразована в тепловую, т. е. от протекания экзотермических реакций. [c.474]

Высокую активность проявляют радикалы и в реакциях присоединения. Например, пероксильный радикал окисляющегося стирола присоединяется к двойной связи стирола с константой скорости к = 6S лДмоль-с), а молекула кислорода - с Л = 5,6 10 л/(моль с) (298 К). Как и в случае реакций отрыва, различие вызвано тем, что первая реакция экзотермична (ДЯ - -100 кДж/моль), а вторая - эндотермична (ДЯ = 125 кДж/моль). И в этом случае различия обусловлены тем, что в свободном радикале запасена химическая энергия. Для иллюстрации ниже приведены значения дЯдля молекул RH и образующихся из них радикалов R . Видно, что эта разница составляет от 180 до 280 кДж/моль, т. е. очень значительна [c.349]

Ресурсы для получения водорода практически неограниченны, ими могут быть воды Мирового океана. С учетом возможностей водородной энергетики может быть значительно повышен КПД превращения первичной энергии во вторичную (механическую, электрическую), а такисе увеличен КПД потребления вторичной энергии. Речь идет о том, что в традиционных схемах химическая энергия органического топлива сначала превращается в теплоту, а затем в механическую энергию, а последняя — в электрическую. Между тем существует прямой путь превращения химической энергии в электрическую, основанный на использовании топливных (электрохимических) элементов с КПД преобразования, близким к 100%. Высокоэффективные топливные элементы могут быть созданы на основе преобразования энергии взаимодействия водорода с кислородом. [c.82]

Изложенные обстоятельства способствовали тому, что исследования ио ЭХГ за последние годы существенно расширились. В США и СССР разработаны варианты ЭХГ на водороде и кислороде с щелочным и кислым электролитами для программы космических исследований в СССР создан ЭХГ на водороде и воздухе для транспортных систем и др. Разрабатываются ЭХГ на других активных компонентах и для более широкого круга задач. Исследования по созданию ЭХГ также развиваются в странах СЭВ, Англии, Японии, ФРГ, Италии и Франции. Как это часто бывает ири решении сложных научных, технологических и конструктивных идей, разработка схем неиосредственного преобразования химической энергии в электрическую стимулировала развитие ряда новых высокоэффективных технологических нроцес- [c.6]

В последние годы обнаружена еще одна возможная интересная область применения перхлоратов как катализаторов реакций превращения энергии солнечного излучения в химическую энергию. Хейдт с сотр. " установили, что простой каталитический фотохимический процесс расщепления возможен в воде, содержащей ионизированные перхлораты трех- и четырехвалентного це-рия н избыток свободной хлорной кислоты (концентрация аниона IO4 составляет примерно 2,5—3 М). Часть лучей поглощается при окислении ионов Се (III) до ионов Се (IV), причем выделяется водород другая часть лучей поглощается при обратной реакции восстановления ионов Се (IV) до ионов Се (III) с одновременным выделением, кислорода. При соответствующей конструкции аппарата можно получать водород и кислород в разных точках системы собранные водород и кислород отличаются высокой чистотой (водород не содержит Од, а кислород—Hj) . В дальнейшем они могут быть использованы в качестве источников химической энергии. Хотя, по-видимому, это открытие вносит коренные изменения в область использования солнечной энергии, потребуется еще много времени, пока станет возможным его практическое применение. [c.160]