Характеристики
В нормальных условиях кислород представляет собой газообразный химический элемент с символом O, атомным номером 8 и атомной массой 15,9994. Кислород имеет огромное значение, поскольку он необходим для дыхания большинства живых клеток и процессов горения. Это самый распространенный элемент земной коры. Несвязанный газообразный кислород обычно состоит из двухатомной молекулы (O2), но также существует в трехатомной форме (O3), более известной как «озон».
Кислород входит в небольшую группу газов, обладающих парамагнитными свойствами. Кислород — самый парамагнитный из этой группы. Почти все химические вещества, кроме благородных газов, вступают в реакцию с кислородом с образованием соединений.
Вода (H2O) и кремний (SiO2), главные составляющие песка, относятся к многочисленным бинарным кислородным соединениям. Среди соединений, содержащих более двух элементов, наиболее распространенными являются соединения кремниевой кислоты (силикаты), из которых состоит большинство горных пород и почв. Другими соединениями, которые широко распространены в природе, являются карбонат кальция (известняк и мрамор), сульфат кальция (гипс), оксид алюминия (бокситы) и различные оксиды железа, которые используются в качестве основных химических веществ для производства соответствующих металлов.
Применение
Кислород можно отделить от воздуха путем фракционного сжижения и дистилляции. Основные виды применения кислорода в порядке важности:
- Разжижение, рафинирование и производство стали и других металлов;
- Производство химикатов путем контролируемого окисления;
- Производство ракетного топлива;
- Медико-биологическое обеспечение жизнеобеспечения;
- Добыча, производство и производство изделий из камня и стекла.
В химической промышленности кислород вступает в реакцию с этиленом с образованием этиленоксида, который используется в антифризах и изделиях из полиэфира. Поскольку кислород очень реактивен, он может разрушать загрязняющие вещества или действовать как отбеливающий агент. Кислород также используется в виде озона, например, для дезинфекции питьевой воды.
Воздействие кислорода на здоровье
Всем нужен кислород для дыхания, но воздействие большого количества кислорода в течение длительного времени может вызвать повреждение легких. Вдыхание 50–100% чистого кислорода при нормальном давлении в течение длительного времени вызывает повреждение легких.
Кислород и вода
Кислород является самым распространенным элементом на Земле, в том числе потому, что он входит в состав молекулы воды. Общее содержание кислорода в морской воде составляет 85,7%.
Газообразный кислород не реагирует с водой. Однако он растворим в воде и действует как окислитель. Окисление органических веществ в воде кислородом также возможно. В основном это биологический процесс. Для каждого из веществ можно составить уравнение окислительно-восстановительной реакции с помощью электронного баланса.
Атом кислорода очень реакционноспособен и образует оксиды со всеми другими элементами, кроме гелия, неона, аргона и криптона. К ним относятся многочисленные соединения, реагирующие с водой.
Растворимость кислорода и / или его соединений в воде
Растворимость кислорода при 25 C и давлении 1 бар составляет 40 мг на килограмм воды. Растворимость кислорода сильно зависит от температуры и уменьшается при повышении температуры.
Какие экологические проблемы может вызвать загрязнение воды кислородом?
Кислород необходим для дыхания всех растений и животных. Это также важное вещество, потому что оно является частью ДНК и почти всех других биологически важных соединений. В легких кислород связан атомами железа (атомами гемоглобина).
В растворенном виде кислород является важным фактором стабильности водоемов и выживания организмов, которые в них живут. Микроорганизмы могут разрушать органические вещества в воде с помощью кислорода. Таким образом, органические загрязнители могут отрицательно влиять на живые организмы в воде, поскольку они снижают содержание доступного кислорода. Этот эффект также имеет «тепловое загрязнение», поскольку в теплой воде растворяется меньше кислорода. Это может быть, например, результатом сброса охлаждающей воды в поверхностные воды.
В эвтрофных (богатых питательными веществами) озерах, а также в относительно закрытых частях моря на глубине может быть значительно снижена концентрация кислорода, так что могут возникнуть анаэробные условия.
Естественными примерами влияния температурных условий на содержание кислорода и его экологических последствий являются сезонные изменения температуры в озерах. Зимой вода везде имеет одинаковую температуру и одинаковое содержание кислорода во всей воде. Однако летом вода в верхних слоях более теплая, а значит в ней растворено меньше кислорода. Противоположным эффектом обладают водоросли и другие растения, которые находятся в верхних слоях воды и производят там столько кислорода, что его содержание достигает значения насыщения. Однако эти растения отмирают через относительно короткий период времени и должны разлагаться. Это делается с помощью деструкторов, которые, в свою очередь, потребляют кислород, который, как мы помним, находится в избытке в верхних слоях воды.
Если озеро находится в экологическом равновесии, эти проблемы легко преодолеваются. Если, однако, большое количество питательных веществ добавляется извне через слив сточных вод, которые, с одной стороны, должны разрушаться сами, а с другой стороны, больше не ограничивают рост водорослей, содержание кислорода озера может уменьшиться до такой степени, что его обитатели не смогут выжить. Это называется эвтрофикацией (эвтрофная = богатая питательными веществами, олиготрофная = бедная питательными веществами). Критическая концентрация кислорода для рыб составляет менее 4 мг.
