Поширення та колообіг Оксигену в природі

Чого найбільше на Землі? Не заліза, ні міді, ні олова, хоч людина користувалася ними тисячоліттями й запаси цих речовин здавалися невичерпними. Найбільше – Оксигену. Якщо на одну шальку умовних терезів покласти земні ресурси Оксигену, а на другу – всі інші елементи, то вони майже зрівноважаться. Майже наполовину земна кора складається з Оксигену.

Оксиген – найпоширеніший на Землі елемент. За числом атомів у земній корі, він займає I місце  (47%), і II місце в атмосфері та гідросфері. Атоми Осигену входять до складу води, піску, глини, вапняків, мінералів, кислот,  вуглекислого газу, багатьох гірських порід і мінералів, міститься у білках, жирах і вуглеводах, з яких складаються живі організми. У тілі дорослої людини масова частка цього елемента становить приблизно 65%. Підраховано, що в організмі людини вагою 70 кг маса Оксигену становить близько 43 кг.

Зелена кора дерев містить 50% Оксигену, пісок – 53%, глина – 56%, вода – 89%, людський організм – 65%

Кисень міститься у повітрі (23,5% за масою і 21,5% за об’ємом), разом з іншими елементами утворює земну кору, розчинений у природній воді. Він необхідний для дихання, підтримує горіння.

Колообіг Оксигену в природі

Процес, у якому хімічний елемент багаторазово змінює своє місцезнаходження і, врешті, знову повертається в те ж середовище, з якого він вийшов, називається колообігом хімічного елемента. За участю рослин і тварин у природі відбувається колообіг Оксигену, що забезпечує постійний вміст його у повітрі. Головними постачальниками кисню на Землі є зелені рослини, в яких на світлі відбувається процес фотосинтезу. Зелені рослини вбирають вуглекислий газ і воду, а виділяють кисень. Тварини і в темний період доби рослини поглинають для дихання виділений в процесі фотосинтезу кисень. Кисень витрачається також на процеси гниття, які постійно відбуваються у природі, на різноманітну господарську діяльність людини і саме життя на Землі. Підраховано, що рослини нашої планети щороку виділяють в атмосферу 5 • 1011 т кисню. Проте цієї кількості достатньо тільки для компенсування його витрат. Ось чому так важливо зберігати і постійно розширювати зелені насадження, тоді загальна маса кисню в природі помітно змінюватися не буде. У результаті процесів гниття органічні речовини відмерлих рослин і тварин перетворюються на мінеральні речовини, вуглекислий газ і воду. Вуглекислий газ поступає в повітря і знову поглинається зеленими рослинами, а мінеральні речовини – в ґрунт й служать будівельним матеріалом для росту рослин.

За добу людина споживає понад 4 м³ кисню. Неважко підрахувати, яка кількість кисню необхідна для всіх жителів Землі.

Рис. 75. Колообіг Оксигену: а) світлова стадія фотосинтезу та використання кисню; б) темнова стадія фотосинтезу

Біологічна роль Оксигену

Кисень – життєво важливий майже для всіх організмів, бо він бере участь у процесах дихання. У процесі дихання організм поглинає кисень і виділяє вуглекислий газ. Кисень потрапляє у клітини і забезпечує перебіг реакцій окиснення органічних речовин. При цьому виділяється енергія, необхідна для підтримання всіх життєвих процесів. Продукти окиснення (вуглекислий газ і вода) виводяться з організму. Без кисню неможливий обмін речовин в організмі. Для підтримання життя він необхідний постійно. Якщо людина без їжі може прожити більше місяця, без води – 7-10 днів, то без кисню в її організмі настають незворотні зміни вже через 5-7 хвилин.

Більшість живих організмів пристосувалися до дихання повітрям, до складу якого входить 20-21% кисню. Надлишок кисню, як і його нестача, негативно впливають на їхній стан.

Під час дихання людина засвоює лише 1/5 кисню, що міститься у вдихуваному повітрі; решта ж (4/5) – повертається в атмосферу з видихом.

Найінтенсивніше дихають молоді органи і тканини, які активно ростуть. Людям, які вперше ідуть високо в гори, добре відома «гірська хвороба». Концентрація кисню в повітрі мало змінюється, але в горах понижений тиск, повітря розріджене і в кров не потрапляє необхідної кількості кисню, настає кисневе голодування.

Перша реакція на кисень позитивна, але чистий кисень – це отрута для людини і тварин. Миші у кисні гинуть через 3-5 днів, а патологічні зміни в організмі настають уже в перші години.

У людей спочатку набрякають легені, погіршується надходження кисню в кров, відтак настає кисневе голодування. У рослин він гальмує процеси фотосинтезу і росту.

Водолази можуть опускатися з кисневими балонами завглибшки близько 20 метрів. Якщо опуститися глибше, починаються конвульсії, запаморочення, непритомність і настає смерть через кисневе отруєння.

Застосування кисню

Широке застосування кисню ґрунтується на його властивості підтримувати горіння, процеси окиснення та забезпечувати дихання.

Рис. 76. Застосування кисню: 1 – для дихання в особливих умовах (в авіації, на підводних роботах, хворим); 2 – для зварювання металів; 3 – для різання металів; 4 – у металургії і промисловості; 5 – на підривних роботах; 6 – окиснення палива у двигунах внутрішнього згоряння: в автомобілях, літаках; 7 – у медицині

У хімічній промисловості кисень використовується як окисник під час виробництва нітратної і сульфатної кислот, добування органічних речовин тощо.

У чорній і кольоровій металургії – для прискорення виплавки чавуну і сталі, прискорення процесів горіння, досягнення вищої температури полум’я.

Застосовують кисень й у спеціальних пристроях для зварювання та різання металів. Температура киснево-ацетиленового полум’я сягає +3500ºС, а киснево-водневого – +3000ºС.

Пористі горючі матеріали, наприклад, тирса, сухий мох, кокс, просочені рідким киснем, згоряють в одну мить. Якщо вони згоряють у замкнутому просторі, то гарячі стиснені гази, що утворюються під час горіння, спричинюють великі руйнування. Тому суміші пористих горючих матеріалів з рідким киснем застосовують при видобуванні руди, у будівельній справі, будівництві тунелів, гідроелектростанцій, під час прокладання залізничних колій, як вибухівку.

Як окисник у ракетних двигунах використовують рідкий кисень.

Кисень використовується для полегшення дихання хворих людей, під час виконання водолазами підводних робіт, під час гасіння пожеж, у польотах льотчиками та космонавтами, тощо.

Підсумок

• Оксиген – найпоширеніший елемент на Землі.
• Колообіг Оксигену в природі забезпечує наявність життя на Землі.
• 
• 

?

1. Що таке колообіг хімічного елемента?
2. Що вам відомо про колообіг Оксигену в природі?
3. Яке практичне застосування кисню?
4. Яку роль відіграє Оксиген у живій природі?
5. Що спільного у горінні простих і складних речовин?
6. Чому пілоти, піднімаючись у височінь, беруть балони з киснем?
7. Де трапляється Оксиген у вільному стані?
8. До складу яких природних сполук входить Оксиген?
9. Яку роль відіграє кисень у житті живих організмів?

Завдання для самоконтролю

Фронтальна робота

Схема 3. Оксиген. Кисень. Оксиди

1. Оксиген – хімічний елемент, кисень в природі.
2. Способи добування кисню.
3. Фізичні властивості кисню
4. Хімічні властивості кисню.
5. Колообіг Оксигену в природі.

336. Використовуючи опорну схему, перевірте свої знання про властивості, добування та використання кисню.

337. Знаючи валентність елементів, напишіть рівняння реакцій між киснем і речовинами: цинком, залізом, барієм, кальцієм, алюмінієм, міддю, воднем, вугіллям.

338. Запишіть рівняння реакцій, користуючись схемами:

а) CS2 + O2 → …	CuS + O2 → …
б) C6H6 + O2 → …	C2H6 + O2 → …
в) FeS + O2 → …	H2S + O2 → …

339. Складіть рівняння реакцій для ланцюжка перетворень:
а) KMnO₄ → O₂ → ZnO;
б) NaNO₃ → O₂ → Al₂O₃;
в) H₂O₂ → O₂ → СО.

340. Визначте масу Оксигену в магній оксиді масою 10 г.

▲

І

341. Чим пояснити постійний вміст кисню у повітрі:
а) малим споживанням;
б) великим споживання;
в) колообігом кисню в природі?

342. Кисень:
а) важчий за повітря;
б) легший за повітря.

343. Назвіть оксиди: CuO, H₂O, MnO₂, NO₂, CO, CO₂.

344. Які процеси спричиняють до збільшення вмісту кисню в атмосфері:
а) фотосинтез;
б) дихання;
в) горіння?

345. Яка із цих схем правильно відображає реакцію горіння:
а) С + О₂ → СО₂;
б) SO₂ + О₂ → SO₃;
в) 2О₂ + О₂ → 2О₃?

ІІ

346. Обчисліть відносну молекулярну масу сполуки, яка складається з двох атомів Алюмінію і трьох атомів Оксигену та масову частку Оксигену в ній.

347. Складіть рівняння реакцій горіння заліза, магнію та сірки.

348. Наведіть по два приклади газуватих, рідких та твердих оксидів (за звичайних умов).

ІІІ

349. Виведіть формули трьох оксидів, у яких:
а) масова частка Сульфуру – 40%;
б) масова частка Хрому – 68%;
в) масова частка Нітрогену – 37%.

350. У якому випадку можна отримати більше кисню: при нагріванні KMnO₄ чи KClO₃ кількістю речовини 1 моль?

351. Медична киснева подушка має об’єм 15 л. Протягом якого часу можна нею користуватись, якщо під час дихання хворий використовує 0,3 г кисню за 1 хв?

ІV

352. Скільки м³ повітря використає на дихання клас із 35 учнів за 45 хвилин уроку, якщо один учень у середньому робить 16 вдихів за хвилину по 500 см³ повітря?

353. Яка площа зелених насаджень забезпечить здорове добове дихання 30 жителям, якщо одній людині необхідно 4 кг кисню на добу, а 1 гектар насаджень за світловий день тривалістю 14 годин виділяє близько 120 кг кисню?

Для допитливих

Чому саме 21% кисню міститься в повітрі? Якби кисню було, наприклад, 15%, горіння було б неможливим. А якби його було 30%, то перша блискавка спалила б усе живе. У таких умовах легко горіла б навіть мокра деревина.