Намиране на кислород в природата. Цикълът на кислорода в природата

Кислородът е най-разпространеният елемент в земната кора. В свободно състояние се намира в атмосферния въздух, в свързан вид е част от вода, минерали, скали и всички вещества, от които са изградени растителните и животинските организми. Масова част на кислорода в земната корае около 47%.

Естественият кислород се състои от три стабилни изотопа: и.

Атмосферният въздух е смес от много газове. В допълнение към кислорода и азота, които образуват по-голямата част от въздуха, той съдържа малки количества благородни газове, въглероден диоксид и водни пари. В допълнение към тези газове, въздухът съдържа още повече или по-малко прах и някои случайни примеси. Кислородът, азотът и благородните газове се считат за постоянни съставки, тъй като тяхното съдържание във въздуха е почти еднакво навсякъде. Съдържанието на въглероден диоксид, водни пари и прах може да варира в зависимост от условията.

Въглеродният диоксид се образува в природата по време на изгарянето на дърва и въглища, дишането на животните и гниенето. Особено много като продукт от изгарянето на огромни количества гориво навлиза в атмосферата в големите индустриални центрове.

В някои части на света той се изпуска във въздуха поради вулканична дейност, както и от подземни източници. Въпреки непрекъснатото подаване на въглероден диоксид в атмосферата, съдържанието му във въздуха е доста постоянно и средно около . Това се дължи на усвояването на въглероден диоксид от растенията, както и на разтварянето му във вода.

Водните пари могат да присъстват във въздуха в различни количества. Съдържанието им варира от части от процента до няколко процента и зависи от местните условия и температура.

Прахът във въздуха се състои главно от най-малките частици минерални вещества, които образуват земната кора, въглищни частици, растителен прашец и различни бактерии. Количеството прах във въздуха е много променливо: по-малко през зимата, повече през лятото.

След дъжд въздухът става по-чист, тъй като дъждовните капки носят прах със себе си.

И накрая, произволните въздушни примеси включват вещества като сероводород и амоняк, отделени по време на гниенето на органични остатъци; серен диоксид, получен чрез изпичане на сяра или чрез изгаряне на въглища, съдържащи сяра; азотни оксиди, образувани по време на електрически разряди в атмосферата и др. Тези примеси обикновено се намират в следи от количества и постоянно се отстраняват от въздуха, разтваряйки се в дъждовната вода.

Ако вземем предвид само постоянните компоненти на въздуха, тогава неговият състав може да бъде изразен с данните, дадени в табл. 26.

Таблица 26. Състав на въздуха

Масата на въздуха при и при нормално атмосферно налягане е 1,293 г. При температура и налягане около въздухът кондензира в безцветна прозрачна течност.

Въпреки ниската точка на кипене при нормално налягане (около ), течният въздух може да се съхранява доста дълго време в съдове на Дюар - стъклени съдове с двойни стени, от пространството между които се изпомпва въздухът (фиг. 109).

В течния въздух етиловият алкохол, диетиловият етер и много газове лесно преминават в твърдо състояние. Ако например въглероден диоксид премине през течен въздух, той се превръща в бели люспи, подобни на външен вид на сняг. Живакът, потопен в течен въздух, става твърд и ковък.

Много вещества, охлаждани от течен въздух, променят драстично своите свойства. Така цинкът и калайът стават толкова крехки, че лесно се превръщат в прах, оловна камбана издава ясен звън, а замръзнала гумена топка се разбива на парчета, ако я пуснете на пода.

Тъй като точката на кипене на кислорода е по-висока от точката на кипене на азота, кислородът се втечнява по-лесно от азота.

Ориз. 109. Съдове на Дюар (в разрез).

Следователно течният въздух е по-богат на кислород от атмосферния въздух. По време на съхранение течният въздух допълнително се обогатява с кислород поради преобладаващото изпаряване на азот.

Течният въздух се произвежда в големи количества. Използва се главно за получаване на кислород, азот и благородни газове от него; разделянето се извършва чрез ректификация - фракционна дестилация.

От появата на химията на човечеството стана ясно, че всичко наоколо се състои от вещество, което включва химически елементи. Осигурено е разнообразие от вещества различни съединенияпрости елементи. Към днешна дата са открити 118 химични елемента, включени в периодичната таблица на Д. Менделеев. Сред тях си струва да се подчертаят редица водещи, наличието на които определи появата на органичния живот на Земята. Този списък включва: азот, въглерод, кислород, водород, сяра и фосфор.

Кислород: история на откритието

Всички тези елементи, както и редица други, допринесоха за развитието на еволюцията на живота на нашата планета във формата, в която сега наблюдаваме. Сред всички компоненти кислородът е по-разпространен в природата от други елементи.

кислород като отделен елементе открит на 1 август 1774 г. В хода на експеримент за получаване на въздух от живачна скала чрез нагряване с обикновена леща, той открива, че свещ гори с необичайно ярък пламък.

Дълго време Пристли се опитваше да намери разумно обяснение за това. По това време това явление получи името "втори въздух". Малко по-рано, изобретателят на подводницата К. Дреббел в началото на XVII ввекове изолира кислорода и го използва за дишане в своето изобретение. Но неговите експерименти не повлияха на разбирането за ролята на кислорода в природата на енергийния обмен на живите организми. Въпреки това, френският химик Антоан Лоран Лавоазие е признат за учен, който официално открива кислорода. Той повторил експеримента на Пристли и разбрал, че полученият газ е отделен елемент.

Кислородът взаимодейства с почти всички прости газове, с изключение на инертни газове и благородни метали.

Намиране на кислород в природата

Сред всички елементи на нашата планета кислородът заема най-голям дял. Разпределението на кислорода в природата е много разнообразно. Присъства както в обвързана, така и в свободна форма. Като правило, като силен окислител, той е в свързано състояние. Наличието на кислород в природата като отделен несвързан елемент е регистрирано само в атмосферата на планетата.

Съдържа се под формата на газ и е комбинация от два кислородни атома. Той представлява около 21% от общия обем на атмосферата.

Кислородът във въздуха, в допълнение към обичайната си форма, има изотропна форма под формата на озон. се състои от три кислородни атома. Синият цвят на небето е пряко свързан с присъствието на това съединение в горните слоеве на атмосферата. Благодарение на озона тежката късовълнова радиация от нашето Слънце се абсорбира и не достига до повърхността.

При липса на озонов слой органичният живот би бил унищожен, като пържена храна в микровълнова фурна.

В хидросферата на нашата планета този елемент е в свързана форма с две и образува вода. Делът на кислород в океаните, моретата, реките и подпочвените води се оценява на около 86-89%, като се вземат предвид разтворените соли.

В земната кора кислородът е в свързана форма и е най-често срещаният елемент. Делът му е около 47%. Наличието на кислород в природата не се ограничава само до черупките на планетата, този елемент е част от всички органични същества. Неговият дял средно достига 67% от общата маса на всички елементи.

Кислородът е основата на живота

Поради високата окислителна активност, кислородът доста лесно се свързва с повечето елементи и вещества, образувайки оксиди. Високата окислителна способност на елемента осигурява добре познатия процес на горене. Кислородът участва и в бавните окислителни процеси.

Ролята на кислорода в природата като силен окислител е незаменима в живота на живите организми. Благодарение на този химичен процес окисляването на веществата се извършва с освобождаване на енергия. Живите организми го използват за своята жизнена дейност.

Растенията са източник на кислород в атмосферата

В началния етап от образуването на атмосферата на нашата планета съществуващият кислород е бил в свързано състояние под формата на въглероден диоксид (въглероден диоксид). С течение на времето се появиха растения, които могат да абсорбират въглероден диоксид.

Този процес стана възможен с появата на фотосинтезата. С течение на времето, по време на живота на растенията, в продължение на милиони години, земната атмосфера се е натрупала голям бройсвободен кислород.

Според учените в миналото неговата масова част е достигала около 30%, един път и половина повече от сега. Растенията, както в миналото, така и сега, са повлияли значително на цикъла на кислорода в природата, като по този начин осигуряват разнообразна флора и фауна на нашата планета.

Значението на кислорода в природата е не просто огромно, но първостепенно. Метаболитната система на животинския свят очевидно разчита на наличието на кислород в атмосферата. Без него животът, какъвто го познаваме, става невъзможен. Сред обитателите на планетата ще останат само анаеробни (способни да живеят без кислород) организми.

Интензивният характер се осигурява от факта, че той е в три агрегатни състояния във връзка с други елементи. Като силен окислител, той много лесно преминава от свободна форма в свързана. И само благодарение на растенията, които разграждат въглеродния диоксид чрез фотосинтеза, той се предлага в свободна форма.

Процесът на дишане на животни и насекоми се основава на производството на несвързан кислород за окислително-възстановителни реакции, последвано от производство на енергия за осигуряване на жизнената дейност на организма. Наличието на кислород в природата, свързан и свободен, осигурява пълното функциониране на целия живот на планетата.

Еволюция и "химия" на планетата

Еволюцията на живота на планетата се основава на състава на земната атмосфера, състава на минералите и наличието на вода в течно състояние.

Химическият състав на земната кора, атмосферата и наличието на вода станаха основа за възникването на живота на планетата и определиха посоката на еволюцията на живите организми.

Въз основа на съществуващата "химия" на планетата, еволюцията е стигнала до основаващ се на въглерод органичен живот, базиран на вода като разтворител. химически вещества, както и използването на кислород като окислител с цел получаване на енергия.

Друга еволюция

На този етап съвременната наука не опровергава възможността за живот в други среди, различни от земните условия, където силицият или арсенът могат да бъдат взети като основа за изграждане на органична молекула. А средата на течността, като разтворител, може да бъде смес от течен амоняк с хелий. Що се отнася до атмосферата, тя може да бъде представена под формата на газообразен водород с примес на хелий и други газове.

Какви метаболитни процеси могат да бъдат при такива условия, съвременната наука все още не е в състояние да моделира. Тази посока на еволюцията на живота обаче е напълно приемлива. Както показва времето, човечеството непрекъснато е изправено пред разширяване на границите на нашето разбиране за света и живота в него.

КИСЛОРОД, O (a. oxygen; и. Sauerstoff; f. oxygene; и. oxygeno), е химичен елемент от VI група. периодична системаМенделеев, атомен номер 8, атомна маса 15,9994. В природата се състои от три стабилни изотопа: 16 O (99,754%), 17 O (0,0374%), 18 O (0,2039%). Открит е независимо от шведския химик К. В. Шееле (1770) и английския изследовател Дж. Пристли (1774). През 1775 г. френският химик А. Лавоазие установява, че въздухът се състои от два газа, кислород и азот, и дава името на първия.

Повече от 99,9% от кислорода на Земята е в свързано състояние. Кислородът е основният фактор, който регулира разпределението на елементите в планетарен мащаб. Съдържанието му естествено намалява с дълбочината. Количеството кислород в магмените скали варира от 49% в киселите вулканични скали до 38-42% в дунитите и кимбърлитите. Съдържанието на кислород в метаморфните скали съответства на дълбочината на образуването им: от 44% в еклогитите до 48% в кристалните шисти. Максималният кислород в седиментните скали е 49-51%. При потъването на седиментите настъпва тяхната дехидратация и частична редукция на желязния оксид, придружена от намаляване на количеството кислород в скалата. Когато скалите се издигат от дълбините до повърхностни условия, процесите на тяхната промяна започват с въвеждането на вода и въглероден диоксид и съдържанието на кислород се повишава. Изключителна роля в геохимичните процеси играе свободният кислород, чиято стойност се определя от неговата висока химична активност, висока миграционна способност и постоянно, относително високо съдържание в биосферата, където не само се консумира, но и се възпроизвежда.

свободен кислород

Смята се, че свободният кислород се е появил в протерозоя в резултат на фотосинтезата. В хипергенните процеси кислородът е един от основните агенти, той окислява сероводорода и нисшите оксиди. Кислородът определя поведението на много елементи: повишава миграционната способност на халкофилите, окислява сулфидите до подвижни сулфати, намалява мобилността на желязото и ги утаява под формата на хидроксиди и по този начин причинява тяхното разделяне и др. В океанските води кислородът промени в съдържанието: през лятото океанът дава кислород на атмосферата, поглъща го през зимата. Полярните области са обогатени с кислород. Съединенията на кислорода и въглеродния диоксид са от голямо геохимично значение.

Първичният изотопен състав на кислорода на Земята съответства на изотопния състав на метеоритите и ултраосновните скали (18O = 5,9-6,4%). Процесите на утаяване доведоха до фракциониране на изотопите между утайките и водата и до изчерпване на тежкия кислород в океанските води. Атмосферният кислород е изчерпан с 18 O в сравнение с океанския кислород, който се приема за стандарт. Алкалните скали, гранитите, метаморфните и седиментните скали са обогатени с тежък кислород. Вариациите в изотопния състав в земните обекти се определят главно от температурата на процеса. Това е основата за изотопна термометрия на образуването на карбонати и други геохимични процеси.

Получаване на кислород

Основният промишлен метод за получаване на кислород е разделянето на въздуха чрез дълбоко охлаждане. Като страничен продукт, кислородът се получава от електролизата на водата. Разработен е метод за получаване на кислород чрез метода на селективна дифузия на газове през молекулни сита.

газообразен кислород

Газообразният кислород се използва в металургията за интензификация на доменни и стоманотопилни процеси, за топене на цветни метали в пещи, за отстраняване на щейн и др. (над 60% от консумирания кислород); като окислител в много химически индустрии; в техниката - при заваряване и рязане на метали; при подземна газификация на въглища и др.; озон - при стерилизация на хранителна вода и дезинфекция на помещения. Течният кислород се използва като окислител за ракетни горива.

Въздухът е естествена смесразлични газове. Най-вече съдържа елементи като азот (около 77%) и кислород, по-малко от 2% са аргон, въглероден диоксид и други инертни газове.

Кислородът, или О2, е вторият елемент от периодичната таблица и най-важният компонент, без който едва ли би съществувал живот на планетата. Той участва в различни процесиот които зависи всичко живо.

Във връзка с

Състав на въздуха

O2 изпълнява функцията окислителни процеси в човешкото тяло, които ви позволяват да освободите енергия за нормален живот. В покой човешкото тялоизисква около 350 милилитра кислород, с тежка физическа дейносттази стойност се увеличава три до четири пъти.

Какъв процент кислород има във въздуха, който дишаме? Нормата е 20,95% . Издишаният въздух съдържа по-малко O2 - 15,5-16%. Съставът на издишания въздух включва също въглероден диоксид, азот и други вещества. Последващо намаляване на процента на кислород води до неизправност, а критична стойност от 7-8% причинява фатален изход.

От таблицата можете да разберете например, че издишаният въздух съдържа много азот и допълнителни елементи, но O2 само 16,3%. Съдържанието на кислород във вдишания въздух е приблизително 20,95%.

Важно е да разберете какъв е елемент като кислорода. O2 - най-разпространеният на земята химичен елементкойто е без цвят, мирис и вкус. Той изпълнява най-важната функция на окисляване в.

Без осмия елемент от периодичната таблица не може да получи огън. Сухият кислород подобрява електрическите и защитните свойства на филмите и намалява техния пространствен заряд.

Този елемент се съдържа в следните съединения:

Силикати – те съдържат приблизително 48% O2.
(морски и пресни) - 89%.
Въздух - 21%.
Други съединения в земната кора.

Въздухът съдържа не само газообразни вещества, но и изпарения и аерозолии различни замърсители. Това може да бъде прах, мръсотия, други различни малки отпадъци. Съдържа микробикоито могат да причинят различни заболявания. Грип, морбили, магарешка кашлица, алергени и други заболявания са само малък списък от негативни последици, които се появяват, когато качеството на въздуха се влоши и нивото на патогенните бактерии се увеличи.

Процентът на въздуха е количеството на всички елементи, които го съставят. На диаграмата е по-удобно да се покаже ясно от какво се състои въздухът, както и процентното съдържание на кислород във въздуха.

Диаграмата показва кой газ съдържа повече във въздуха. Стойностите, дадени върху него, ще бъдат малко по-различни за вдишвания и издишания въздух.

Диаграма - съотношение въздух.

Има няколко източника, от които се образува кислород:

растения. Още от училищния курс по биология е известно, че растенията отделят кислород, когато абсорбират въглероден диоксид.
Фотохимично разлагане на водни пари. Процесът се наблюдава под действието на слънчевата радиация в горните слоеве на атмосферата.
Смесване на въздушните потоци в ниските слоеве на атмосферата.

Функциите на кислорода в атмосферата и за тялото

За човек страхотна ценаима т.нар парциално налягане, които газът би могъл да произведе, ако заемаше целия зает обем на сместа. Нормалното парциално налягане на 0 метра над морското равнище е 160 милиметра живачен стълб. Увеличаването на надморската височина води до намаляване на парциалното налягане. Този показател е важен, тъй като от него зависи доставката на кислород до всички важни органи и в.

Често се използва кислород за лечение на различни заболявания. Кислородните бутилки, инхалаторите помагат на човешките органи да функционират нормално при наличие на кислороден глад.

важно!Съставът на въздуха се влияе от много фактори, съответно процентът на кислород може да се промени. Негативната екологична ситуация води до влошаване на качеството на въздуха. В мегаполисите и големите градски селища делът на въглеродния диоксид (CO2) ще бъде по-голям, отколкото в малките населени места или в горите и защитените територии. Надморската височина също оказва голямо влияние - процентът на кислород ще бъде по-малък в планината. Можем да разгледаме следния пример - на връх Еверест, който достига височина 8,8 км, концентрацията на кислород във въздуха ще бъде 3 пъти по-ниска, отколкото в низините. За безопасен престой на високи планински върхове е необходимо да използвате кислородни маски.

Съставът на въздуха се променя през годините. Еволюционните процеси, природните бедствия са довели до промени в, следователно намален процент на кислороднеобходими за нормалното функциониране на биоорганизмите. Могат да се разгледат няколко исторически етапа:

праисторическа епоха. По това време концентрацията на кислород в атмосферата беше около 36%.
преди 150 години O2 заема 26%от общия състав на въздуха.
В момента концентрацията на кислород във въздуха е малко под 21%.

Последващото развитие на околния свят може да доведе до по-нататъшна промяна в състава на въздуха. Малко вероятно е в обозримо бъдеще концентрацията на O2 да бъде под 14%, тъй като това би причинило нарушаване на тялото.

До какво води липсата на кислород?

Нисък прием се наблюдава най-често в задушни превозни средства, лошо проветрени помещения или на височина . Намалените нива на кислород във въздуха могат да причинят отрицателен ефект върху тялото. Има изчерпване на механизми, най-голямо е влиянието нервна система. Има няколко причини, поради които тялото страда от хипоксия:

Недостиг на кръв. Наречен с отравяне с въглероден окис. Тази ситуация намалява кислородния компонент на кръвта. Това е опасно, защото кръвта спира да доставя кислород на хемоглобина.
циркулаторна недостатъчност. Възможно е с диабет, сърдечна недостатъчност. В такава ситуация транспортирането на кръвта се влошава или става невъзможно.
Хистотоксичните фактори, засягащи тялото, могат да причинят загуба на способността за абсорбиране на кислород. Възниква в случай на отравянеили поради силно излагане.

Според редица симптоми може да се разбере, че тялото се нуждае от O2. Преди всичко повишена честота на дишане. Той също така увеличава сърдечната честота. Тези защитни функции са предназначени да доставят кислород на белите дробове и да ги снабдяват с кръв и тъкани.

Липсата на кислород причинява главоболие, повишена сънливост, влошаване на концентрацията. Изолираните случаи не са толкова ужасни, те са доста лесни за коригиране. За нормализиране на дихателната недостатъчност лекарят предписва бронходилататори и други лекарства. Ако хипоксията приеме тежки форми, като напр загуба на координация на човек или дори коматозно състояниелечението става по-трудно.

Ако се открият симптоми на хипоксия, това е важно незабавно се консултирайте с лекари да не се самолекуват, тъй като използването на един или друг лекарствен продуктзависи от причината за нарушението. Помага при леки случаи лечение с кислородна маскаи възглавници, хипоксията на кръвта изисква кръвопреливане, а коригирането на кръговите причини е възможно само с операция на сърцето или кръвоносните съдове.

Невероятното пътуване на кислорода през нашето тяло

Заключение

Кислородът е най-важен въздушен компонент, без които е невъзможно извършването на много процеси на Земята. Съставът на въздуха се е променил в продължение на десетки хиляди години поради еволюционни процеси, но сега количеството кислород в атмосферата е достигнало стойността на 21%. Качеството на въздуха, който човек диша се отразява на здравето муследователно е необходимо да се следи неговата чистота в стаята и да се опита да намали замърсяването на околната среда.

Лекция „Кислородът – химичен елемент и просто вещество »

План на лекцията:

1. Кислородът е химичен елемент:

в) Разпространение химичен елементв природата

2. Кислородът е просто вещество

а) Получаване на кислород

б) Химични свойства на кислорода

в) Кръговратът на кислорода в природата

г) Използването на кислород

"Докато дишам, се надявам „(Докато дишам, надявам се ...), - казва Латин

Дишането е синоним на живот, а източникът на живот на Земята е кислородът.

Подчертавайки значението на кислорода за земните процеси, Джейкъб Берцелиус каза: „Кислородът е веществото, около което се върти земната химия.“

Материалът на тази лекция обобщава придобитите преди това знания по темата "Кислород".

1. Кислородът е химичен елемент

а) Характеристика на химичния елемент - кислород според мястото му в PSCE

Кислород - елемент от главната подгрупа на шеста група, вторият период от периодичната система на химичните елементи на Д. И. Менделеев, с атомен сериен номер 8. Обозначава се със символа О(лат.Oxygenium). Относителната атомна маса на химичния елемент кислород е 16, т.е. Ar(O)=16.

б) Валентни възможности на кислородния атом

В съединенията кислородът обикновено е двувалентен (в оксиди), валентност VI не съществува.Среща се в свободна форма под формата на две прости вещества: O 2 („обикновен” кислород) и O 3 (озон). Около 2 - газ без цвят и мирис, с относително молекулно тегло =32. O 3 - безцветен газ с остра миризма, с относително молекулно тегло = 48.

внимание! H 2 O 2 ( водороден прекис) - O (валентност II)

CO (въглероден окис) - O (валентност III)

в) Преобладаването на химичния елемент кислород в природата

Кислородът е най-често срещаният елемент на Земята, неговият дял (като част от различни съединения, главно силикати) представлява около 49% от масата на твърдата земна кора. Морски и прясна водасъдържат огромно количество свързан кислород - 85,5% (по маса), в атмосферата съдържанието на свободен кислород е 21% по обем и 23% по маса. Повече от 1500 съединения на земната кора съдържат кислород в състава си.

Кислородът присъства в много органична материяи присъства във всички живи клетки. По отношение на броя на атомите в живите клетки той е около 20%, по отношение на масовата част - около 65%.

2. Кислородът е просто вещество

а) Получаване на кислород

Получаване в лабораторията

1) Разлагане на калиев перманганат (калиев перманганат):

2KMnO 4 t˚C \u003d K 2 MnO 4 +MnO 2 +O 2

2) Разлагане на водороден пероксид:

2H 2 O 2 MnO2 \u003d 2H 2 O + O 2

3) Разлагане на бертолетовата сол:

2KClO 3 t˚C, MnO2 \u003d 2KCl + 3O 2

Получаване в индустрията

1) Водна електролиза

2 H 2 O ел. ток \u003d 2 H 2 + O 2

2) От нищото

ВЪЗДУШНО налягане, -183˚ C = O 2 (синя течност)

Понастоящем в промишлеността кислородът се получава от въздуха. В лабораториите малки количества кислород могат да бъдат получени чрез нагряване на калиев перманганат (калиев перманганат) KMnO 4 . Кислородът е слабо разтворим във вода и по-тежък от въздуха, така че може да се получи по два начина: