Кисень – хімія

Кисень є родоначальником головної підгрупи VI групи (VIA групи) Періодичної системи Д. І. Менделєєва.

Елементи цієї підгрупи – кисень О, сірка S, селен Se, телур Ті, полоній Ро – мають загальну назву «халькогена», що означає «рождающие руди». (Згадайте, з якими рудами, що містять кисень і сірку, ви вже познайомилися.)

З деякими аспектами хімії кисню ви вже частково знайомі. Отримання кисню з пероксиду водню (рис. 108) і перманганату калію (рис. 109) ви розбирали торік (згадайте ці реакції).

Ви тепер добре знайомі і з аллотропией кисню, вам відоме таке важливе проста речовина, як озон. (Порівняйте ще раз властивості кисню O2 і озону O3, згадайте біологічне значення озону.)

Кисень – найпоширеніший елемент на нашій планеті. Він входить до складу води (88,9%), яка покриває 2/3 поверхні земної кулі, створюючи його водну оболонку – гідросферу. Кисень – друга за кількістю і перша за значенням для життя складова частина повітряної оболонки Землі – атмосфери, де на його частку припадає 20,95% за обсягом і 23,15% по масі. Кисень входить до складу численних мінералів твердої оболонки земної кори – літосфери: з кожних 100 атомів земної кори на частку кисню припадає 58 атомів.

Як ви вже знаєте, кисень існує у формі O2. Це газ без кольору, запаху. У рідкому стані має світло-блакитне забарвлення, в твердому – синю. У воді газоподібний кисень розчинний краще, ніж азот і водень.

Кисень взаємодіє майже з усіма простими речовинами, крім галогенів, благородних газів, золота і платинових металів. Наприклад, енергійно реагує з металами: лужними, утворюючи оксид з літієм Li2O та інші продукти, наприклад пероксиди М2O2; з залізом, утворюючи залізну окалину Fe3O4; з алюмінієм (запишіть відповідні рівняння реакцій, розгляньте окислювально-відновні процеси).

Реакції металів і неметалів з киснем протікають дуже часто з виділенням великої кількості теплоти і супроводжуються займанням -Реакция горіння. (Запишіть рівняння реакцій горіння сірки з утворенням SO2, фосфору – з утворенням Р2O5 і вугілля – з утворенням СO2.)

Висока окислювальна здатність кисню лежить в основі горіння усіх видів палива.

Кисень бере участь і в процесах дихання (рис. 110), повільного окислення різних речовин при звичайній температурі. Ці процеси не менш важливі, ніж реакції горіння. Так, повільне окислення їжі в нашому організмі є джерелом енергії, за рахунок якої живе організм. Кисень для цієї мети доставляється гемоглобіном крові, який здатний утворювати з ним безсила з’єднання вже при кімнатній температурі. Окислений гемоглобін – оксігемогло- бін – доставляє у всі тканини і клітини організму кисень, який окисляє білки, жири і вуглеводи (складові частини їжі), утворюючи при цьому оксид вуглецю (IV) (вуглекислий газ) і воду і звільняючи енергію, необхідну для діяльності організму.

Виключно важлива роль кисню в процесі дихання людини і тварин.

Рослини також поглинають атмосферний кисень. Але якщо в темряві йде тільки процес поглинання рослинами кисню, то на світлі протікає ще один протилежний йому процес – фотосинтез (рис. 111), в результаті якого рослини поглинають вуглекислий газ і виділяють кисень. Так як процес фотосинтезу йде більш інтенсивно, то в підсумку на світлі рослини виділяють набагато більше кисню, ніж поглинають його при диханні. Таким чином, зміст вільного кисню Землі зберігається завдяки життєдіяльності зелених рослин, хоча спочатку атмосфера нашої планети була друго

Кисень застосовують у металургійній та хімічній промисловості для прискорення (інтенсифікації) виробничих процесів. Так, заміна повітряного дуття кисневим в доменному та сталеплавильному виробництві набагато прискорює виплавку металу. Чистий кисень застосовують також для отримання високих температур, наприклад при газовій зварці і різанні металів. Його використовують для життєзабезпечення на підводних і космічних кораблях, при роботах водолазів, пожежників.

У медицині кисень застосовують у випадках тимчасового утруднення дихання, пов’язаного з деякими захворюваннями.

Кисень зберігають у сталевих балонах, пофарбованих у блакитний колір (рис. 114, а), під тиском 150 атм. У лабораторних умовах кисень зберігають у скляному приладі – газометра (рис. 114, б).

Основні області застосування кисню представлені на малюнку 115.

Відкриття кисню. Кисень відкрили і вперше отримали майже одночасно два видатних хіміка XVIII в. – Швед К. Шеєле шляхом нагрівання селітри і англієць Дж. Прістлі при нагріванні оксиду ртуті (II). Назва oxygenium, т. Е. «Народжує кислоти», або «кисень», цьому елементу дав великий французький хімік А. Лавуазьє.

Океан задихається: в морях не вистачає кисню

Такого висновку дійшли автори найбільшого дослідження на цю тему, проведеного природоохоронною групою IUCN.

Про біогенне забруднення було відомо десятиліттями, але дослідники кажуть, що зміни клімату посилюють нестачу кисню.

Близько 700 ділянок в океані наразі страждають від низького вмісту кисню – у 1960-х роках їх було 45.

Дослідники стверджують, що зменшення рівня кисню загрожує багатьом видам – зокрема тунцю, марлінам та акулам.

Відомо, що загроза для Світового океану від забруднення такими речовинами, як азот та фосфор, джерелом якого є сільське господарство та промисловість, давно впливає на рівень кисню в морських водах і досі залишається основним фактором його зниження, особливо ближче до берегів.

Однак за останні роки також зросла загроза від змін клімату.

Внаслідок збільшення викидів вуглекислого газу посилюється парниковий ефект, і значну частину тепла поглинають океани. Своєю чергою, тепліша вода може утримувати менше кисню. Вчені вважають, що між 1960 та 2010 роками кількість розчиненого у Світовому океані газу зменшилася на 2%.

Ця цифра може здатися не надто великою – але це середній показник у світі. У деяких тропічних регіонах втрати кисню можуть становити до 40%.

Навіть невеликі зміни можуть суттєво вплинути на морське життя. Воді з меншим вмістом кисню надають перевагу такі види, як медузи, але для більших та швидших видів, на кшталт тунця, така вода менш придатна.

“Ми знали про дезоксигенацію, але ми не знали про її зв’язок зі змінами клімату, і це дійсно лякає”, – каже Мінна Еппс з IUCN.

“Справа не лише у тому, що за останні 50 років падіння кисню збільшилося у чотири рази – але й у тому, що навіть за найкращого сценарію щодо викидів вуглецю, рівень кисень у Світовому океані буде знижуватися”, – каже пані Еппс.

Для таких видів, як тунець, марлін та деякі акули, які особливо чутливі до нестачі кисню – це погана новина.

Риби більшого розміру потребують більше енергії. На думку авторів дослідження, ці тварини починають переміщатися у більш мілководні, поверхневі шари морів, де більше розчиненого газу. Однак це робить їх набагато більш вразливим до надмірного вилову.

Якщо політика щодо викидів вуглецю у світі не зміниться, очікується, що світовий океан до 2100 року втратить 3-4% кисню.

Ситуація у тропічних регіонах може бути набагато гіршою. Значну частину кисню втратить верхній 1000-метровий шар води – найбагатший на біорізноманіття.

Від браку кисню страждає тунець

Низький рівень кисню також погано впливає на основні процеси – наприклад, кругообіг елементів, важливих для життя на Землі, зокрема азоту та фосфору.

“Якщо закінчиться кисень, це означатиме втрату середовища існування та втрату біорізноманіття, і як наслідок збільшення кількості слимаків та медуз”, – попереджає Мінна Еппс.

“Це також вплине на енергетичний та біохімічний кругообіг у Світовому океані, і ми не знаємо, які реальні наслідки матимуть такі біологічні та хімічні зрушення”, – додає дослідниця.

Вплинути на ситуацію мають світові політичні лідери, тому доповідь представили на міжнародній кліматичній конференції COP25, що проходить у Мадриді.

Хочете отримувати найважливіші новини в месенджер? Підписуйтеся на наш Telegram або Viber!