Кисень, його поширеність в природі. Атмосфера

Кисень – 8-й елемент Періодичної таблиці (заряд ядра 8), хімічний символ – O, відносна атомна маса (атомна вага) 16. Валентність кисню в сполуках дорівнює двом, найбільш поширена ступінь окислення -2.

Молекула кисню О2, молекулярна маса (молекулярна вага) 32 а.е.м. Молярна маса 32 г/моль.

Ми не випадково починаємо вивчення хімії найважливіших елементів з кисню. Кисень – дійсно найважливіший елемент. Його хімія тісно пов’язана практично з усіма елементами Періодичної системи, оскільки з кожним з них кисень утворює ті або інші з’єднання. Виняток становлять тільки легкі інертні гази – гелій, неон, аргон.

Є і ще одна важлива причина. Кисень відіграє виняткову роль в існуванні на Землі життя і всієї людської цивілізації. На поверхні планети – в земній корі – пов’язаний кисень є найпоширенішим елементом. У складі мінералів, у вигляді сполук з іншими елементами він становить 47% від маси земної кори!

В атмосфері Землі кисень знаходиться у вільному (не пов’язаному) стані: тут його 21% за об’ємом або 23% за масою.

Товщина земної атмосфери становить кілька сотень кілометрів. Зрозуміло, вже в 100 км від поверхні Землі атмосфера дуже розріджена, тим не менше, її склад визначається за допомогою супутників.

Якщо взяти глобус діаметром 35 см і представити навколо нього двосантиметровий шар, то ми отримаємо деяке поняття про масштаби земної атмосфери. Її обсяг складає більше ніж 4.1018 м3. Величезна кількість кисню (86-89% по масі з урахуванням розчинених у воді солей) містить гідросфера Землі – моря й океани.

Переважання кисню серед інших елементів в атмосфері і земній корі нашої планети не може виявитися випадковим. Ймовірно, це явище пов’язане з виникненням і розвитком життя. В атмосфері молодої Землі кисню практично не було. Основна маса первинної атмосфери припадала на діоксид вуглецю CO2.

Частину становили гази, які й зараз виділяються з надр при вулканічній діяльності.

Головним чином це:

  • пари води (Н2О);
  • хлористий водень (HCl);
  • монооксид вуглецю (СО);
  • азот (N2);
  • сірководень (H2S) та інші.

Основна маса кисню в атмосфері планети виникла тільки після появи на Землі перших фотосинтезуючих одноклітинних організмів – прокаріотів, відомих під назвою синьо-зелені водорості. Процес цей почався близько 2 млрд. років тому. Під дією сонячного світла (звідси назва – фотосинтез) прокаріоти засвоювали з вуглекислого газу вуглець і кисень. З води вони засвоювали тільки водень, одночасно виділяючи в атмосферу вільний кисень в якості побічного продукту життєдіяльності.

Прокаріоти не потребували вільного кисню – такий тип безкисневого “дихання” називається анаеробним. Можливо, кисень потрібен був прокаріотам і як засіб боротьби з анаеробними бактеріями-конкурентами. Кисень накопичувався в атмосфері і реагував з елементами та їх сполуками, що перебувають на поверхні і в атмосфері молодої Землі.

Таким чином, дуже цінний для нас з вами кисень, яким ми дихаємо і без якого не в змозі прожити й кількох хвилин, колись був забруднюючою речовиною в атмосфері. Це грандіозне “забруднення” атмосфери киснем залишило свій слід в геологічній будові Землі.

Коли виділяючийся прокаріотами кисень окислив перебуваюче на поверхні планети залізо, Земля в багатьох місцях покрилася червонуватою іржею – оксидами заліза. Саме з оксидів заліза складаються залізні руди. Їхні потужні поклади і сьогодні нагадують про цю епоху.

Поступово кисню стало в атмосфері так багато, що анаеробні бактерії поступилися місцем іншим істотам – з аеробним (кисневим) типом дихання. Аеробні організми використовують для дихання участі не СО2, а молекулярний кисень. Аж до нашого часу триває геологічна епоха, коли величезні кількості кисню постійно витрачаються на дихання живих істот і горіння.

Цікаво, що тільки тепер, через 2 мільярди років, абсолютно точно з’ясувався “геологічний сенс життя” кожної окремо взятої синьо-зеленої водорості, яка жила в той час. Ця жива істота повинна була народитися здоровою, прожити якомога більш довге життя (щоб виділити в атмосферу якомога більше кисню), залишити після себе здорове, повноцінне потомство. Вона не повинна була “ображати” інших прокаріотів, щоб і ті могли виконати таку ж місію, відведену їм природою. Іншими словами, сенс життя полягає в тому, щоб жити.

Ймовірно, це правило діє і понині для всіх живих істот.

Не мине й одного-двох мільярдів років, як з’ясується “геологічний сенс життя” людства.

Але повернемося до атмосфери Землі. Яким же чином в нашу епоху поповнюються втрати кисню в природі? Це відбувається завдяки рослинам, які зберегли здатність під дією сонячних променів (фотосинтетично) перетворювати вуглекислий газ і воду на кисень і вуглеводи (будівельний матеріал клітин рослин).

Дуже важливу роль грають і водорості океану. Всі рослини Землі протягом року створюють близько 300 млрд. т кисню. Таким чином, всі блага і саме існування людської цивілізації цілком залежать від зелених рослин.

Кисень – газ без кольору, смаку і запаху, трохи важчий за повітря.

Якщо на вагах врівноважити порожній стакан, а потім через трубку наповнити його киснем, то рівновага порушиться.

Кисень слабо розчинний у воді – в 1 л води при 20°С розчиняється 31 мл кисню (0,004% по масі). Проте, цієї кількості вистачає для дихання риб, що живуть у водоймах.

Рідкий кисень – рухома, злегка блакитнувата рідина, що кипить при -183°С. Твердий кисень – сині кристали, що плавляться при ще більш низькій температурі -218,7°С.

Природний кисень містить три ізотопи:

  • 168O (99,76%);
  • 178O (0,04%);
  • 188O (0,20%).

Самий “легкий” ізотоп (кисень-16) має атомну масу 15,9949. Два інших ізотопи мають масу 16,999 і 17,999. Але “важких” ізотопів у природному кисні вкрай мало, тому його атомна маса становить “середнє” значення 15,9994. У вільному вигляді кисень зазвичай існує у вигляді двохатомних молекул О2.

Посилання на основну публікацію