在远离制氧工厂、没有充分电源,而又不便使用锗氧高压钢瓶的环境和条件下, 为了解决氧气不便贮存,不便运送和不便补充的缺陷, 化学家不断寻求不依赖氧气厂与电源的制氧方法,这就是利用某些含氧物质在一定条件下释放氧的特性的化学制氧法。
(1)、过氧化合物
氧是一种非常活泼的元素,除氦(He)、氖(Ne)和氩(A广)等少数惰性气体之外,氧原子同其它所有元素,以形成化合物。并且,除了卤素、 少数几种贵金属及惰性气体之外,氧元素同所有元素都能在室温或加热的条件下直接化合。
氧同其它元素形成化合物的时候,一般是以原子氧为基础的, 属于一般的无机化合物。如果是以分子O2或O3为础,与其它元素形成化合物,则称为无机过氧化合物。
已经发现并且能够合成的无机过氧化合物,包括过氧化物、超氧化物飞 臭氧化物、过氧酸、过氧络合物等十多个种类,它们各有不同的结构、形成机理飞 化学物理性质和化学反应能力。但是,所无机过氧化合物都有一个共同点——在遇热或遇水或遇其它化学试剂的时候,很容易析出氧。因此, 无机过氧化合物主要以氧化剂和源的形式获得实际应用。
(2)、双氧水——危险的液体产氧剂
双氧水是过氧化合物最基本的物质,具有产氧量较大(30%的稀释液中, 有效氧含量为14.1%)和成本较低的好处。但双氧水是强腐蚀剂, 稍一不慎便会造成人身伤害,而且在许多情况下会引起爆炸或燃烧,无论在使用或贮存,运输中都属于危险品。
双氧水的化学名称是过氧化氢(H202),为无色透明液体,有微弱的特殊臭味, 是很不稳定的物质,在遇热、遇碱性介质、混入杂质等许多情况下部会加速分解。 温度每升高5℃,它的分解速度就要增加1.5倍。即便是稀释后浓度为35%的双氧水,在PH值增加(例如贮存在含碱玻璃瓶里)超过6小时就要发生急剧分解。双氧水中混入少量铁飞铜铝、银、铬、锰等金属粉末或它们的盐类,即便在室温下,同样要引起急剧分解,并有自促分解反应,压力急增。双氧水急剧分解的结果是爆炸。双氧水的蒸气浓度达到40%以上时,温度过高即有爆炸危险。另外,双氧水是强烈氧化剂,对有机物, 特别对防织物和纸张有腐蚀性,与大多数可燃物接触都能自行燃烧。
为了抑制分解,双氧水作为商品都加有稳定剂,如磷酸、丙乙烯缩脲酸飞乙酰苯胺、羚基喹啉、焦磷酸四钠以及锡化合物等。
加有稳定剂的双氧水,对眼睛飞皮肤飞粘膜和呼吸道仍有强烈刺激和腐蚀作用。 人的皮肤接触8%以上的双氢水稀释溶液,即发生白斑并伴有疼痛;接触25%以上的稀释溶液,即造成剧烈化学烧伤,还可并发眼结膜充血、疼痛、视力模糊、呼吸困难、咽喉刺痛、胸痛、腹痛等症状。如果不慎溅入眼中,则会灼伤角膜,重者导致失明。
双氧水的蒸汽达到室内空气的50ppm时,即可造成支气管炎和肺水肿。短时间暴露在1000ppm以上的双氧水蒸气中,即有生命危险。吸入浓度达到260mg/m3时,可在短时间内导致死亡。
在以双氧水作为制氧剂时,制氧器中盛放双氧水和进行化学反应的空间里面, 在双氧水的液面上必然有一部分空气存在。只要液相中有双氧水存在, 气相中的双氧水蒸汽就不可避免地永远存在。也就是说,使用者首先吸入和连续吸入的气体中, 含有双氧水的蒸汽。故如果没有经过极其彻底的净化,给用户造成的伤害是显著的。另外, 据报道双氧水有致窟作用。
所以,双氧水作为产氧剂存在隐患甚多,尤其不适于家用。
(3)、固体化学产氧剂
通过碱金属氯酸盐的热分解以生成氧气,已经发现了几十年。第二次世界大战以前,美国人曾试图以此作为飞行员呼吸用的氧源, 由于生成的氧气不能完全达到医用纯度标准而没有实际应用。随后,氯酸盐类固定产氧剂首先为美国海军所利用, 制成了著名的“氧烛”,用于紧急氧源和潜水艇在海底运行时的供氧装备。至1967年, 重点转移到用于军用与民用飞机的紧急供氧系统,并陆续在消防队, 矿井抢险队和火箭发射基地作为主要紧急氧源。
目前,常用为产氧剂的化学物质有
①、过氧化锂(Li202)是产氧量较高的一种过氧化物,能够释出的氧为自重的34.8%。它极易溶解于水,生成相应的碱和过氧化氢(双氧水),并发生热; 过氧化氢遇热即释放出氧气。
过氧化锂有产氧和除氯作用,故可以用于净化密闭空间中人员代谢产生的气体, 适用于潜水艇的水下工作和矿进救援等场合。
它遇水即生成双氧水,所以有强腐蚀性。在有水蒸汽存在时, 遇金属粉末可引起爆炸。它本身不会燃烧,但与木料1纸张油脂等有机物质极易点着起火。 过氧化锂应储存于密封容器中,以免吸收空气中的水蒸汽和碳酸气,发生危险或变质。
②、过氧化钠(Ha202)产氧量为自重的20.5%,遇潮湿空气和二氧化碳即反应秆出氧气。英国自1906年即把它用于隔绝式呼吸器具内的空气再生剂, 在使用日子添加少量活化剂和水。过氧化钠也可与氯酸盐或高氮酸盐混合,制成“氧烛”,作为紧急氧源使用。
③、过氧化钙(Ca02)可释出自重22.2%的氧气?不溶于水,加热至145℃时开始分解,超过300℃时释放出大量氧气。一般采用添加酸类物质的办法把它用作紧急氧源。
④、过氧化钡(Ba02)它的产氧量为自重的9.4%,难溶于水,在加热超过500℃时才有明显的氧气释出。过氧化钡对人体呼吸有害,故在空气中的允许浓度为0.5mg/m3。
⑤、过氧化尿素(C0(NH2).2H20)也可在加热至80℃时释出氧。
⑥、超氧化钾(K02)是超氧化物中产氧量较高的,可释出自身重量33.8%的氧,是常用的产氧剂。 1952年,瑞士探险队攀登珠穆朗玛峰时使用的一种2.25公斤的隔绝式呼吸器,供氧时间为45分钟, 即采用超氧化钾为产氧剂。
⑦、过氧水合碳酸钠为化学性质平和的无机化合物。它的含氧量较高,稳定性较强,无毒性和腐蚀性,价格也比较适中,是家用安全制氧剂的首选原料。但要真正用于实用,还要精心选料,精心设计制造工艺,确实做到制造过程中毫无有毒有害物质残留。