Продолжая наш разговор о ключевых для жизни элементах и соединениях, сегодня обсудим кислород. Без этого газа невозможно было бы существование жизни на Земле в той форме, как мы её понимаем!
Кислород – это неметаллический элемент, обозначаемый в периодической таблице символом «О», что происходит от латинского слова Oxygenium (обозначающего «рождающий кислоты»). Открытие кислорода стало знаковым моментом в развитии химической науки. Выдающийся учёный Antoine Lavoisier сумел правильно интерпретировать результаты работ таких химиков, как Джозеф Пристли и Карл Шееле, доказав, что процесс сгорания зависит от нового простого элемента – кислорода, содержащегося в атмосфере, а вовсе не от таинственного флогистона, представлявшего собой «сверхтонкую материю», которая, якобы, придаёт горючим веществам свойства гореть и выделяться в процессе сгорания. Лавуазье провёл эксперименты с весом золы от сгоревших субстанций и показал, что её масса превышает массу исходных материалов, что опровергало теорию флогистона, так как тот, по идее, должен был испаряться и делать конечный продукт легче.
- Кислород является необходимым компонентом для дыхания большинства живых организмов.
- Он играет ключевую роль в процессах метаболизма и выработке энергии.
- Около 21% атмосферы Земли составляет кислород, что поддерживает жизнь на планете.
- Кислород образуется в результате фотосинтеза растений, что способствует его постоянному восполнению.
- Недостаток кислорода может привести к экологическим катастрофам и влиянию на здоровье человека.
Кислород на нашей планете присутствует в больших количествах, он занимает первое место среди элементов по объёму. Основная его часть находится в связанном состоянии в земной коре, среди силикатов, карбонатов, сульфатов и многих остальных соединений, всего насчитывается порядка полутора тысяч различных веществ. Около половины массы твердой коры нашей планеты составляет кислород, а в воде его доля еще больше – свыше 80% как в связанном, так и растворённом виде.
В атмосфере кислорода содержится 23% по массе. Он есть в каждой клетке живых организмов, включая белки, углеводы и жиры; в некоторых случаях кислород может составлять до 85% массы этих клеток.
Процесс фотосинтеза, который происходит в фитопланктоне мирового океана и, в некоторой степени, в лесах, способствует пополнению содержания кислорода в атмосфере.
Кислород — это бесспорно один из самых важных газов для жизни на Земле. В процессе фотосинтеза растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород, который мы, животные и люди, используем для дыхания. Этот газ обеспечивает клетки организма энергией, необходимой для выполнения всех биологических процессов. Без кислорода выживание любого живого существа было бы невозможно. Именно он является ключевым компонентом, поддерживающим жизнь в самых разнообразных экосистемах нашей планеты.
Кроме того, кислород играет существенную роль в энергетическом обмене. Он участвует в клеточной системе организмов, помогая преобразовывать питательные вещества в энергию, которая необходима для роста, восстановления и выполнения функций. Благодаря этому процессу мы можем чувствовать себя активными и здоровыми. Даже кратковременное depriving организма кислорода ведет к серьезным последствиям, включая потерю сознания и различные нарушения функций органов.
Таким образом, кислород не только обеспечивает жизнедеятельность существ, но также поддерживает сложные экологические взаимодействия. Он присутствует в атмосфере и влияет на климат, что в свою очередь определяет условия жизни на Земле. Его уровень в атмосфере строго регулируется природой и человеческой деятельностью, и любое изменение в его концентрации может привести к серьезным последствиям для экосистем и здоровья планеты, что подтверждает его уникальное значение в нашем мире.
Это интересно
3,5 миллиарда лет назад на Земле свободного кислорода было крайне мало. Его наличие в атмосфере и океане стало возрастать благодаря фотосинтезу архей (одноклеточных организмов). С увеличением концентрации кислорода доминирующие позиции заняли аэробные организмы, способные производить клеточное дыхание, которые оказались более энергетически эффективными по сравнению с анаэробами, не использующими кислород.
Наивысшее содержание O2 в атмосфере наблюдалось около 300 миллионов лет назад, в конце каменноугольного периода, составив до 35% по объему. Этот факт многие ученые связывают с резким развитием крупных живых существ – огромных насекомых и земноводных.
Почти все виды живых организмов на нашей Земле, за исключением некоторых анаэробных микроорганизмов, получают энергию, окисляя питательные вещества в клетках под воздействием кислорода.
Свойства
При обычных условиях кислород является газом, не имеющим цвета, запаха и вкуса. Он существует в двух аллотропных формах: O2 и озоне O3. Озон также бесцветный газ, но обладает резким, специфическим запахом. Обычная молекула O2 может превращаться в молекулу озона под воздействием ионизирующего излучения. Вода обладает малой растворимостью для кислорода.
При значительном охлаждении (при температуре −183 °C) кислород сначала становится голубой жидкостью, а затем, при температуре −218 °C, кристаллизуется в синих кристаллах.
С химической точки зрения, кислород – это очень реакционноспособный элемент, по этой характеристике он уступает лишь фтору. Он вступает в реакции с практически всеми химическими элементами и большинством сложных соединений, делая это иногда при обычных условиях, но чаще всего в условиях высокого давления, температуры, под действием электрического разряда или ультрафиолетового излучения.
Исключением в этом плане являются только драгоценные металлы, такие как золото и платина, а также тяжёлые инертные газы. В ходе практически всех реакций (за исключением реакций с фтором) кислород выступает в роли окислителя. Большинство этих реакций экзотермические, происходящее с выделением значительного количества тепла и света, что мы знаем как процесс горения. Однако окисление может протекать и медленно – так, например, окисляются разные органические вещества растительного происхождения. В качестве примера эндотермической реакции можно привести окисление азота.
Озон обладает ещё большей реакционной способностью. Озоновый слой, находящийся в верхних слоях атмосферы, поглощает почти все ультрафиолетовые лучи солнечного излучения, которые могут быть вредны для жизни на нашей планете.
В бинарных соединениях кислород обычно имеет степень окисления -2. Эти соединения называются оксидами, примерами таких веществ являются оксид титана TiO2, окись цинка ZnO, фосфорный ангидрид P2O5. Кроме того, кислород может образовывать соединения с другими степенями окисления: • пероксиды (перекиси) с окислительной степенью -1, такие как перекись водорода Н2О2 и пероксид бария ВаО2; • супероксиды с окислительной степенью -1/2, например, КО2 (К2О4) и RbO2 (Rb2O4); • озониды с окислением -1/3, к которым относятся NaO3, КО3, RbO3 и CsO3; • фториды, имеющие степень окисления +1 (монофторид кислорода O2F2) и +2 (дифторид кислорода OF2).
В следующей статье мы расскажем о методах получения кислорода, его использовании, а также о потенциальных опасностях, связанных с ним.
Вопросы по теме
Почему кислород считается важнейшим газом для большинства живых организмов?
Кислород необходим для процесса клеточного дыхания, который происходит в митохондриях клеток живых организмов. В этом процессе кислород участвует в окислении органических веществ, что приводит к освобождению энергии, необходимой для жизнедеятельности клетки. Без кислорода многие организмы, включая человека, не смогли бы существовать, так как альтернативные пути получения энергии не обеспечивают достаточного ее количества для полноценной жизни.
Какое воздействие на природу имеет избыток кислорода в атмосфере?
Избыток кислорода в атмосфере может привести к изменению экологического баланса на Земле. Повышенное содержание кислорода стимулирует процессы окисления, что может повлиять на скорость разложения органических веществ и увеличить риск возникновения пожаров. Исторически известно, что в период палеозоя уровень кислорода был значительно выше современного, что способствовало росту крупных насекомых и других организмов. Однако избыточный кислород может также привести к вымирании видов, не адаптированных к этим условиям.
Какие альтернативные способы получения энергии используют организмы в среде с низким содержанием кислорода?
В условиях низкого содержания кислорода некоторые организмы используют анаэробное дыхание, в ходе которого энергия извлекается из органических веществ без участия кислорода. Например, некоторые бактерии и археи могут получать энергию через ферментацию, производя такие побочные продукты, как метан или спирт. Эти механизмы позволяют различным организмам адаптироваться к сложным условиям и выживать в средах, где кислорода недостаточно.
