自然界で酸素を見つける。自然界の酸素循環

酸素は地球の地殻で最も豊富な元素です。自由な状態では、それは大気中に見られ、結合した形で、それは水、鉱物、岩石、および植物や動物の有機体が作られるすべての物質の一部です。の酸素の質量分率地球の地殻約47％です。

天然酸素は、3つの安定同位体で構成されています。

大気は多くのガスの混合物です。空気の大部分を形成する酸素と窒素に加えて、少量の希ガス、二酸化炭素、水蒸気が含まれています。これらのガスに加えて、空気にはさらに多かれ少なかれほこりといくつかのランダムな不純物が含まれています。酸素、窒素、希ガスは、空気中の含有量がどこでもほぼ同じであるため、一定の成分と見なされます。二酸化炭素、水蒸気、ほこりの含有量は、条件によって異なる場合があります。

二酸化炭素は、木材や石炭の燃焼、動物の呼吸、腐敗の際に自然界で形成されます。特に大規模な工業団地では、大量の燃料の燃焼によるものが大気中に放出されます。

世界の一部の地域では、火山活動のために、また地下の発生源から大気中に放出されています。大気中への二酸化炭素の継続的な供給にもかかわらず、空気中の二酸化炭素の含有量は非常に一定であり、平均して約。これは、植物による二酸化炭素の吸収と、その水への溶解によるものです。

水蒸気はさまざまな量で空気中に存在する可能性があります。それらの含有量は、数パーセントから数パーセントまで変化し、地域の条件と温度によって異なります。

空気中のほこりは、主に地球の地殻を形成する鉱物物質の最小粒子、石炭粒子、植物の花粉、およびさまざまな細菌で構成されています。空気中のほこりの量は非常に変動します。冬は少なく、夏は多くなります。

雨が降ると、雨滴がほこりを運ぶので、空気はきれいになります。

最後に、ランダムな空気不純物には、有機残留物の腐敗中に放出される硫化水素やアンモニアなどの物質が含まれます。硫黄を焙焼するか、硫黄を含む石炭を燃焼させることによって得られる二酸化硫黄。大気中の放電などで発生する窒素酸化物。これらの不純物は通常微量に見られ、空気から絶えず除去され、雨水に溶けます。

空気の一定成分のみを考慮に入れると、その組成は表に示すデータで表すことができます。 26。

表26.空気の組成

通常の大気圧および通常の大気圧での空気の質量は1.293gです。ほぼ空気の温度と圧力で、無色の透明な液体に凝縮します。

常圧での沸点が低い（約）にもかかわらず、液体空気はデュワー容器（二重壁のガラス容器）にかなり長い間貯蔵でき、その間から空気が送り出されます（図109）。

液体空気中では、エチルアルコール、ジエチルエーテル、および多くのガスが容易に固体状態になります。たとえば、二酸化炭素が液体空気を通過すると、雪のように見える白いフレークに変わります。液体空気に浸された水銀は、固体で可鍛性になります。

液体の空気によって冷却される多くの物質は、その特性を劇的に変化させます。そのため、亜鉛やスズはもろくなり、粉になりやすく、鉛の鐘が鳴り響き、凍ったゴム球が床に落ちると粉々になります。

酸素の沸点は窒素の沸点よりも高いため、酸素は窒素よりも液化しやすい。

米。 109.デュワー船（セクション内）。

したがって、液体空気は大気よりも酸素が豊富です。貯蔵中、液体空気は、窒素の主な蒸発により、酸素でさらに濃縮されます。

液体空気は大量に生成されます。これは主に、酸素、窒素、希ガスを取得するために使用されます。分離は、精留-分別蒸留によって実行されます。

化学の出現以来、周りのすべてが化学元素を含む物質で構成されていることが人類に明らかになりました。さまざまな物質が提供されていますさまざまな化合物単純な要素。現在までに、118の化学元素が発見され、D。メンデレーエフの周期表に含まれています。それらの中で、その存在が地球上の有機生命の出現を決定した多くの主要なものを強調する価値があります。このリストには、窒素、炭素、酸素、水素、硫黄、リンが含まれます。

酸素：発見の歴史

これらすべての要素、および他の多くの要素は、私たちが現在観察している形で、私たちの惑星の生命の進化の発展に貢献しました。すべての成分の中で、他の元素よりも自然界に豊富に存在するのは酸素です。

酸素として別の要素 1774年8月1日に発見されました。通常のレンズで加熱して水銀スケールから空気を得る実験の過程で、彼はろうそくが異常に明るい炎で燃えることを発見しました。

長い間、プリーストリーはこれについての合理的な説明を見つけようとしました。当時、この現象は「セカンドエア」と名付けられていました。少し前に、潜水艦K.ドレベルの発明者初期のXVII何世紀にもわたって酸素を分離し、彼の発明で呼吸に使用しました。しかし、彼の実験は、生物のエネルギー交換の性質において酸素が果たす役割の理解に影響を与えませんでした。しかし、フランスの化学者アントワーヌ・ラヴォワジエは、公式に酸素を発見した科学者として認められています。彼はプリーストリーの実験を繰り返し、結果として生じるガスが別の元素であることに気づきました。

酸素は、不活性ガスと希金属を除いて、ほとんどすべての単純なガスと相互作用します。

自然界の酸素を見つける

私たちの惑星のすべての要素の中で、酸素が最大のシェアを占めています。自然界の酸素の分布は非常に多様です。バインドされた形式とフリー形式の両方で存在します。原則として、強力な酸化剤であるため、束縛状態にあります。別個の非結合元素としての自然界の酸素の存在は、惑星の大気中でのみ記録されます。

それはガスの形で含まれ、2つの酸素原子の組み合わせです。大気全体の約21％を占めています。

空気中の酸素は、通常の形に加えて、オゾンの形で等方性の形をしています。 3つの酸素原子で構成されています。空の青い色は、上層大気中のこの化合物の存在に直接関係しています。オゾンのおかげで、私たちの太陽からの硬い短波長放射は吸収され、表面に到達しません。

オゾン層がないと、電子レンジで揚げた食べ物のように、有機物が破壊されてしまいます。

私たちの惑星の水圏では、この元素は2つと結合した形であり、水を形成します。海洋、海、河川、地下水中の酸素含有量の割合は、溶解した塩分を考慮に入れると、約86〜89％と推定されます。

地球の地殻では、酸素は結合した形であり、最も一般的な元素です。そのシェアは約47％です。自然界の酸素の存在は惑星の殻に限定されません、この要素はすべての有機的な存在の一部です。そのシェアは平均してすべての元素の総質量の67％に達します。

酸素は生命の基盤です

酸化活性が高いため、酸素はほとんどの元素や物質と非常に簡単に結合して酸化物を形成します。エレメントの高い酸化力により、よく知られている燃焼プロセスが保証されます。酸素はまた、遅い酸化プロセスに関与しています。

強力な酸化剤としての自然界の酸素の役割は、生物の生活に欠かせないものです。この化学プロセスのおかげで、物質の酸化はエネルギーの放出とともに起こります。生物はそれを生命活動に利用しています。

植物は大気中の酸素源です

私たちの惑星の大気形成の初期段階では、既存の酸素は二酸化炭素（二酸化炭素）の形で束縛状態にありました。時間が経つにつれて、二酸化炭素を吸収できる植物が現れました。

このプロセスは、光合成の出現によって可能になりました。時が経つにつれて、植物の寿命の間に、何百万年もの間、地球の大気は蓄積されてきましたたくさんの遊離酸素。

科学者によると、過去にはその質量分率は約30％に達し、現在の1.5倍になりました。植物は、過去と現在の両方で、自然界の酸素循環に大きな影響を与えており、地球の多様な動植物を提供しています。

自然界における酸素の重要性は非常に大きいだけでなく、最も重要です。動物界の代謝システムは、明らかに大気中の酸素の存在に依存しています。それがなければ、私たちが知っているように人生は不可能になります。地球の住民の中には、嫌気性（酸素なしで生きることができる）生物だけが残ります。

本質的に集中的であるということは、他の要素と関連して3つの集約状態にあるという事実によって保証されます。強力な酸化剤であるため、自由な形から結合した形に非常に簡単に変化します。そして、光合成によって二酸化炭素を分解する植物のおかげでのみ、それは自由な形で利用可能です。

動物や昆虫の呼吸のプロセスは、酸化還元反応のための非結合酸素の生成と、それに続く生物の生命活動を確保するためのエネルギーの生成に基づいています。自然界の酸素の存在は、束縛され、自由であり、地球上のすべての生命の完全な機能を保証します。

惑星の進化と「化学」

地球上の生命の進化は、地球の大気の組成、鉱物の組成、および液体状態の水の存在に基づいていました。

地殻の化学組成、大気、水の存在は、地球上の生命の起源の基礎となり、生物の進化の方向を決定しました。

地球の既存の「化学」に基づいて、溶媒としての水に基づく炭素ベースの有機生命に進化がもたらされました。化学物質、ならびにエネルギーを得るための酸化剤としての酸素の使用。

別の進化

この段階では、現代科学は、シリコンまたはヒ素が有機分子を構築するための基礎となることができる、陸域条件以外の他の環境での生命の可能性に異議を唱えていません。そして、溶媒としての液体の媒体は、液体アンモニアとヘリウムの混合物であり得る。大気に関しては、ヘリウムと他のガスの混合物を伴うガス状水素として表すことができます。

そのような条件下でどのような代謝プロセスがあり得るか、現代科学はまだモデル化することができません。しかし、生命の進化のこの方向は非常に受け入れられます。時が経つにつれ、人類は常に世界とその中の生活についての私たちの理解の境界を拡大することに直面しています。

OXYGEN、O（a。酸素;および.Sauerstoff; f。oxygene;および.oxygeno）は、第VI族の化学元素です。周期表メンデレーエフ、原子番号8、原子量15.9994。自然界では、16 O（99.754％）、17 O（0.0374％）、18 O（0.2039％）の3つの安定同位体で構成されています。スウェーデンの化学者K.V.Scheele（1770）とイギリスの探検家J. Priestley（1774）によって独自に発見されました。 1775年、フランスの化学者A. Lavoisierは、空気が酸素と窒素の2つのガスで構成されていることを発見し、前者にその名前を付けました。

地球の酸素の99.9％以上が束縛状態にあります。酸素は、惑星規模で元素の分布を調節する主な要因です。その含有量は深さとともに自然に減少します。火成岩の酸素量は、酸性火山岩の49％からジュナイトやキンバーライトの38〜42％までさまざまです。変成岩の酸素含有量は、その形成の深さに対応します。エクロジャイトの44％から結晶片岩の48％までです。堆積岩の最大酸素は49-51％です。堆積物が沈むと、それらの脱水と酸化鉄の部分的な還元が起こり、岩石中の酸素量が減少します。岩石が深部から地表近くまで上昇すると、その変化の過程は水と二酸化炭素の導入から始まり、酸素含有量が上昇します。地球化学的プロセスにおける例外的な役割は、遊離酸素によって果たされます。その値は、その高い化学活性、高い移動能力、および生物圏での一定の比較的高い含有量によって決定され、そこで消費されるだけでなく再生されます。

遊離酸素

光合成の結果、原生代に遊離酸素が出現したと考えられています。ハイパージーンプロセスでは、酸素が主要な薬剤の1つであり、硫化水素と低酸化物を酸化します。酸素は多くの元素の挙動を決定します：それはカルコフィルの移動能力を高め、硫化物を移動性硫酸塩に酸化し、鉄の移動性を低下させ、水酸化物の形でそれらを沈殿させ、それによってそれらの分離などを引き起こします。内容の変化：夏には海が大気に酸素を与え、冬にはそれを吸収します。極地は酸素が豊富です。酸素と二酸化炭素の化合物は、地球化学的に非常に重要です。

地球の酸素の主要な同位体組成は、隕石と超塩基性岩の同位体組成に対応していました（18O = 5.9-6.4％）。堆積の過程は、堆積物と水との間の同位体の分別と海水中の重酸素の枯渇につながりました。大気中の酸素は、標準として採用されている海洋の酸素と比較して、18Oが枯渇しています。アルカリ岩、花崗岩、変成岩、堆積岩は重酸素に富んでいます。陸生物体の同位体組成の変動は、主にプロセスの温度によって決定されます。これは、炭酸塩形成およびその他の地球化学的プロセスの同位体温度測定の基礎です。

酸素を得る

酸素を得るための主な工業的方法は、深冷による空気の分離です。副産物として、酸素は水の電気分解から得られます。モレキュラーシーブを介してガスを選択的に拡散させる方法によって酸素を生成する方法が開発された。

ガス状酸素

ガス状酸素は、高炉および鉄鋼製錬プロセスの強化、炉内での非鉄金属の製錬、マットの除去などの冶金学で使用されます（消費された酸素の60％以上）。多くの酸化剤として化学工業; 技術分野-金属を溶接および切断する場合。石炭等の地下ガス化時。オゾン-食品水の殺菌と敷地内の消毒に使用されます。液体酸素はロケット燃料の酸化剤として使用されます。

空気は 自然な混合物さまざまなガス。とりわけ、窒素（約77％）や酸素などの元素が含まれており、2％未満はアルゴン、二酸化炭素、その他の不活性ガスです。

酸素、またはO2は、周期表の2番目の元素であり、最も重要な成分です。これがなければ、地球上に生命はほとんど存在しません。彼 さまざまなプロセスに参加しますすべての生物が依存しています。

と接触している

空気の組成

O2は機能を実行します 人体の酸化過程、これはあなたが通常の生活のためにエネルギーを解放することを可能にします。安静時に人体約が必要です 350ミリリットルの酸素、重度身体活動この値は3〜4倍に増加します。

私たちが呼吸する空気には何パーセントの酸素が含まれていますか？規範は 20,95% 。呼気に含まれる量が少ない O2-15.5-16％。呼気の組成には、二酸化炭素、窒素、その他の物質も含まれます。その後の酸素の割合の減少は誤動作につながり、7〜8％の臨界値が原因になります 致命的な結果.

表から、たとえば、呼気には多くの窒素と追加の元素が含まれていることがわかりますが、 O2のみ16.3％。吸入空気の酸素含有量は約20.95％です。

酸素などの元素が何であるかを理解することが重要です。 O2-地球上で最も一般的 化学元素無色、無臭、無味です。それはで酸化の最も重要な機能を実行します。

周期表の8番目の要素なし 火がつかない。乾燥酸素は、フィルムの電気的および保護特性を改善し、それらの空間電荷を低減します。

この元素は、次の化合物に含まれています。

ケイ酸塩-約48％のO2が含まれています。
（マリンおよびフレッシュ）-89％。
空気-21％。
地殻内の他の化合物。

空気にはガス状物質だけでなく、 蒸気とエアロゾルおよびさまざまな汚染物質。ほこり、汚れ、その他のさまざまな小さな破片である可能性があります。を含む 微生物さまざまな病気を引き起こす可能性があります。インフルエンザ、はしか、百日咳、アレルゲン、その他の病気は、空気の質が低下し、病原菌のレベルが上昇したときに現れる悪影響のほんの一部です。

空気の割合は、それを構成するすべての要素の量です。空気が何で構成されているか、および空気中の酸素の割合を図に明確に示す方が便利です。

この図は、どのガスが空気中に多く含まれているのかを示しています。それに与えられた値は、吸入された空気と吐き出された空気でわずかに異なります。

図-空燃比。

酸素が形成されるいくつかのソースがあります：

植物。学校の生物学のコースからでも、植物は二酸化炭素を吸収すると酸素を放出することが知られています。
水蒸気の光化学的分解。このプロセスは、上層大気の太陽放射の作用下で観察されます。
下層大気層における気流の混合。

大気中および体内の酸素の機能

人のために大きな価値いわゆる分圧、混合物の占有体積全体をガスが占有した場合にガスが生成する可能性があります。海抜0メートルでの通常の分圧は 160ミリメートル水銀。高度が上がると分圧が下がります。すべての重要な臓器への酸素の供給はそれに依存しているため、この指標は重要です。

酸素がよく使われます 様々な病気の治療のために。酸素ボンベ、吸入器は、酸素欠乏の存在下で人間の臓器が正常に機能するのを助けます。

重要！空気の組成はそれぞれ多くの要因の影響を受け、酸素の割合は変化する可能性があります。ネガティブな環境状況は、空気の質の低下につながります。大都市や大都市の集落では、二酸化炭素（CO2）の割合は、小さな集落や森林や保護地域よりも大きくなります。標高も大きな影響を及ぼします-山では酸素の割合が少なくなります。次の例を考えることができます-8.8kmの高さに達するエベレスト山では、空気中の酸素濃度は低地の3分の1になります。高山の頂上で安全に滞在するには、酸素マスクを使用する必要があります。

空気の組成は何年にもわたって変化してきました。進化の過程、自然災害は変化をもたらしました、したがって 酸素の割合の減少生物の正常な機能に必要です。いくつかの歴史的な段階を考慮することができます：

先史時代。当時、大気中の酸素濃度は 約36％.
150年前 O2は26％を占めました総空気組成から。
現在、空気中の酸素濃度は 21％弱.

その後の周辺世界の発展は、空気の組成にさらなる変化をもたらす可能性があります。近い将来、O2濃度が14％を下回る可能性はほとんどありません。 体の混乱.

酸素不足は何につながりますか？

低摂取量は、蒸れた車、換気の悪い部屋、または高所で最も頻繁に観察されます . 空気中の酸素レベルの低下は、 体への悪影響。メカニズムの枯渇があり、最大の影響は神経系。体が低酸素症に苦しむ理由はいくつかあります。

血液の欠乏。と呼ばれる 一酸化炭素中毒。この状況は、血液の酸素成分を低下させます。血液がヘモグロビンへの酸素の供給を停止するため、これは危険です。
循環不全。可能です 糖尿病、心不全を伴う。このような状況では、血液輸送が悪化したり、不可能になったりします。
体に影響を与える組織毒性因子は、酸素を吸収する能力の喪失を引き起こす可能性があります。発生する 中毒の場合または大量の露出が原因です。

多くの症状から、体にはO2が必要であることがわかります。初めに 呼吸数の増加。また、心拍数を増加させます。これらの保護機能は、肺に酸素を供給し、肺に血液と組織を提供するように設計されています。

酸素不足は原因 頭痛、眠気の増加、濃度の低下。孤立したケースはそれほどひどいものではなく、修正するのは非常に簡単です。呼吸不全を正常化するために、医師は気管支拡張薬や他の薬を処方します。低酸素症が次のような深刻な形態をとる場合 人の調整の喪失、あるいは昏睡状態さえも治療はより困難になります。

低酸素症の症状が見つかった場合、それは重要です すぐに医師に相談してくださいいずれかの使用のため、セルフメディケーションではありません医薬品違反の原因によって異なります。軽度の症例に役立ちます 酸素マスク治療枕、血液低酸素症は輸血を必要とし、循環原因の修正は心臓または血管の手術でのみ可能です。

私たちの体を通る酸素の信じられないほどの旅

結論

酸素は最も重要です 空気成分、それなしでは地球上で多くのプロセスを実行することは不可能です。空気の組成は進化の過程で何万年もの間変化しましたが、今では大気中の酸素の量はその値に達しています 21％で。人が呼吸する空気の質 彼の健康に影響を与えるそのため、室内の清浄度を監視し、環境汚染の低減に努める必要があります。

講義「酸素-化学元素と単体 »

講義計画：

1. 酸素は化学元素です：

c）有病率化学元素本来は

2. 酸素は単体です

a）酸素を得る

b）酸素の化学的性質

c）自然界の酸素循環

d）酸素の使用

「ダムスピロスペロ 「（私が呼吸している間、私は願っています...）、-ラテン語は言います

呼吸は生命と同義であり、地球上の生命の源は酸素です。

陸生プロセスにおける酸素の重要性を強調し、ジェイコブ・ベルセリウスは次のように述べています。「酸素は陸生化学が中心となる物質です。」

この講義の資料は、「酸素」というトピックに関して以前に習得した知識を要約したものです。

1.酸素は化学元素です

a）化学元素の特性-PSCE内の位置に応じた酸素

空気 -6番目のグループのメインサブグループの要素、D。I. Mendeleevの化学元素の周期系の2番目の周期、原子シリアル番号8。記号で示されます。 O（緯度。酸素）。化学元素酸素の相対原子質量は16、つまり Ar（O）=16。

b）酸素原子の原子価の可能性

化合物では、酸素は通常2価（酸化物）であり、原子価 VI O 2（「通常の」酸素）とO 3（オゾン）の2つの単純な物質の形で遊離型で発生します。約2-無色無臭のガス、相対分子量=32。 O 3-刺激臭のある無色のガスで、相対分子量=48です。

注意！ H 2 O 2（過酸化水素） - O（価数II）

CO（一酸化炭素）-O（原子価 III）

c）自然界における化学元素酸素の蔓延

酸素は地球上で最も一般的な元素であり、そのシェア（さまざまな化合物、主にケイ酸塩の一部として）は、固体の地球の地殻の質量の約49％を占めています。マリンと淡水大量の結合酸素が含まれています-85.5（質量）、大気中の遊離酸素の含有量は21体積％、23質量％です。地球の地殻の1500以上の化合物は、それらの組成に酸素を含んでいます。

酸素は多くに存在します有機物そしてすべての生きている細胞に存在します。生細胞内の原子数では約20％、質量分率では約65％です。

2. 酸素は単体です

a）酸素を得る

研究室での入手

1) 過マンガン酸カリウム（過マンガン酸カリウム）の分解：

2KMnO4t˚C\u003dK 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2

2）過酸化水素の分解：

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

3）ベルトレー塩の分解：

2KClO 3t℃、MnO2 \ u003d 2KCl + 3O 2

業界での領収書

1）水の電気分解

2 H 2Oel。現在の\u003d2 H 2 + O 2

2）薄い空気から

空気圧、-183℃= O 2 （青い液体）

現在、産業では、酸素は空気から得られます。実験室では、過マンガン酸カリウム（過マンガン酸カリウム）KMnOを加熱することで少量の酸素を得ることができます。 4 。酸素は水にわずかに溶け、空気より重いので、2つの方法で得ることができます。

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