Кисень у чистому вигляді. Утворення кисню в природі та отримання його в техніці

Процеси горіння та дихання здавна привертали увагу вчених. Перші вказівки на те, що не все повітря, а лише "активна" його частина підтримує горіння, виявлено у китайських рукописах 8 століття. Багато пізніше Леонардо да Вінчі (1452-1519) розглядав повітря як суміш двох газів, лише один з яких витрачається при горінні та диханні. Остаточне відкриття двох головних складових частин повітря - азоту і Кисню, що зробило епоху в науці, відбулося лише наприкінці 18 століття. Кисень отримали майже одночасно К. Шееле (1769-70) шляхом прожарювання селітр (KNO 3 NaNO 3), двоокису марганцю МnО 2 та інших речовин і Дж. Прістлі (1774) при нагріванні сурика Рb 3 Про 4 і оксиду ртуті HgO. У 1772 Д. Резерфорд відкрив азот. У 1775 році А. Лавуазьє, зробивши кількісний аналіз повітря, знайшов, що він "складається з двох (газів) різного і, так би мовити, протилежного характеру", тобто з Кисню та азоту. На основі широких експериментальних досліджень Лавуазьє правильно пояснив горіння та дихання як процеси взаємодії речовин з Киснем. Оскільки Кисень входить до складу кислот, Лавуазьє назвав його оксиген, тобто "утворюючий кислоти" (від грец. oxys - кислий і gennao - народжую; звідси і російська назва "кисень").

Поширення кисню в природі.Кисень - найпоширеніший хімічний елемент Землі. Пов'язаний Кисень становить близько 6/7 маси водної оболонки Землі - гідросфери (85,82% за масою), майже половину літосфери (47% за масою), і тільки в атмосфері, де Кисень перебуває у вільному стані, він посідає друге місце (23 15% за масою) після азоту.

Кисень стоїть на першому місці і за кількістю утворених ним мінералів (1364); серед мінералів, що містять кисень, переважають силікати (польові шпати, слюди та інші), кварц, оксиди заліза, карбонати та сульфати. У живих організмах у середньому близько 70% кисню; він входить до складу більшості найважливіших органічних сполук (білків, жирів, вуглеводів тощо) і до складу неорганічних сполук скелета. Винятково велика роль вільного кисню в біохімічних і фізіологічних процесах, особливо в диханні. За винятком деяких мікроорганізмів-анаеробів, всі тварини та рослини одержують необхідну для життєдіяльності енергію за рахунок біологічного окислення різних речовин за допомогою Кисню.

Вся маса вільного Кисню Землі виникла та зберігається завдяки життєдіяльності зелених рослин суші та Світового океану, що виділяють Кисень у процесі фотосинтезу. На земній поверхні, де протікає фотосинтез і панує вільний кисень, формуються різко окислювальні умови. Навпаки, у магмі, а також глибоких горизонтах підземних вод, у мулах морів та озер, у болотах, де вільний Кисень відсутній, формується відновне середовище. Окисно-відновні процеси за участю Кисню визначають концентрацію багатьох елементів та утворення родовищ корисних копалин – вугілля, нафти, сірки, руд заліза, міді тощо. Зміни у кругообігу Кисню вносить і господарська діяльність людини. У деяких промислових країнах при згорянні палива витрачається більше кисню, ніж його виділяють рослини при фотосинтезі. Усього ж спалювання палива у світі щорічно споживається близько 9·10 9 т Кисню.

Ізотопи, атом та молекула Кисню.Кисень має три стійкі ізотопи: 16 Про, 17 Про і 18 Про, середній вміст яких становить відповідно 99,759%, 0,037% і 0,204% від загальної кількості атомів Кисню на Землі. Різке переважання в суміші ізотопів найбільш легкого з них 16 Про пов'язано з тим, що ядро атома 16 Про складається з 8 протонів та 8 нейтронів. А такі ядра, як випливає з теорії атомного ядра, мають особливу стійкість.

Відповідно до положення кисню в періодичній системі елементів Менделєєва електрони атома кисню розташовуються на двох оболонках: 2 - на внутрішній і 6 - на зовнішній (конфігурація 1s 2 2s 2 2p 4). Оскільки зовнішня оболонка атома Кисню не заповнена, а потенціал іонізації та спорідненість до електрона становлять відповідно 13,61 і 1,46 еВ, атом Кисню в хімічних сполуках зазвичай набуває електрони і має негативний ефективний заряд. Навпаки, дуже рідкі сполуки, в яких електрони відриваються (точніше відтягуються) від атома Кисень (такі, наприклад, F 2 O, F 2 Про 3). Раніше, виходячи тільки з положення Кисню в періодичній системі, атому Кисню в оксидах і в більшості інших сполук приписували негативний заряд (-2). Проте, як свідчать експериментальні дані, іон Про 2- немає ні у вільному стані, ні з'єднаннях, і негативний ефективний заряд атома Кисню практично ніколи не перевищує одиниці.

У звичайних умовах молекула Кисню двоатомна (2); в тихому електричному розряді утворюється також триатомна молекула 3 - озон; при високих тисках виявлені в невеликих кількостях молекули 4 . Електронна будова О2 представляє великий теоретичний інтерес. В основному стані молекула О 2 має два неспарені електрони; для неї незастосовна "звичайна" класична структурна формула О=О з двома двоелектронними зв'язками. Вичерпне пояснення цього факту дано у межах теорії молекулярних орбіталей. Енергія іонізації молекули Кисню (О 2 - е → О 2 +) становить 12,2 ев, а спорідненість до електрона (О 2 + е → О 2 -) - 0,94 ев. Дисоціація молекулярного Кисню на атоми при звичайній температурі мізерно мала, вона стає помітною лише за 1500°С; при 5000°С молекули Кисню майже повністю дисоційовані на атоми.

Фізичні властивості Кисню.Кисень безбарвний газ, що згущується при -182,9°З нормальному тиску в блідо-синю рідину, яка при -218,7°С твердне, утворюючи сині кристали. Щільність газоподібного Кисню (при 0°З нормальному тиску) 1,42897 г/л. Критична температура Кисню досить низька (Т крит = -118,84 ° С), тобто нижче, ніж у Cl 2 , 2 , SO 2 і деяких інших газів; Т критий = 4,97 Мн/м 2 (49,71 ат). Теплопровідність (при 0 ° С) 23,86 · 10 -3 вт / (м · К). Молярна теплоємність (при 0°С) в дж/(моль·К) p = 28,9, v = 20,5, p / c v = 1,403. Діелектрична проникність газоподібного Кисню 1,000547 (0°С), рідкого 1,491. В'язкість 189 мпуаз (0 ° С). Кисень мало розчинний у воді: при 20 ° С і 1 ат в 1 м 3 води розчиняється 0,031 м 3 а при 0 ° С - 0,049 м 3 Кисню. Хорошими твердими поглиначами Кисню є платинова чернь та активне деревне вугілля.

Хімічні властивості Кисню.Кисень утворює хімічні сполуки з усіма елементами, за винятком легких інертних газів. Будучи найбільш активним (після фтору) неметалом, Кисень взаємодіє з більшістю елементів безпосередньо; виняток становлять важкі інертні гази, галогени, золото та платина; їх з'єднання з Киснем отримують непрямим шляхом. Майже всі реакції Кисню з іншими речовинами – реакції окиснення екзотермічні, тобто супроводжуються виділенням енергії. З воднем при нормальних температурах Кисень реагує вкрай повільно, вище 550°С ця реакція йде з вибухом:

2Н2 + О2 = 2Н2О.

З сіркою, вуглецем, азотом, фосфором Кисень взаємодіє за звичайних умов дуже повільно. При підвищенні температури швидкість реакції зростає і за деякою, характерною для кожного елемента температури запалення починається горіння. Реакція азоту з Киснем завдяки особливій міцності молекули N 2 ендотермічна і стає помітною лише вище 1200 ° С або в електричному розряді: N 2 + О 2 = 2NO. Кисень активно окислює майже всі метали, особливо легко - лужні та лужноземельні. Активність взаємодії металу з Кисень залежить від багатьох факторів - стану поверхні металу, ступеня подрібнення, присутності домішок.

У процесі взаємодії речовини з Киснем винятково важлива роль води. Наприклад, навіть такий активний метал, як калій, з зовсім позбавленим вологи Киснем не реагує, але спалахує в Кисліні при звичайній температурі в присутності навіть нікчемних кількостей водяної пари. Підраховано, що в результаті корозії щорічно втрачається до 10% всього металу, що виробляється.

Оксиди деяких металів, приєднуючи Кисень, утворюють перекисні сполуки, що містять 2 або більше зв'язаних між собою атомів Кисню. Так, пероксиди Na 2 O 2 і ВаО 2 включають пероксидний іон О 2 2- , надпероксиди NaO 2 і КО 2 - іон О 2 - , а озоніди NaO 3 , КО 3 , RbO 3 і CsO 3 - іон О 3 - . Кисень екзотермічно взаємодіє з багатьма складними речовинами. Так, аміак горить у Кислі без каталізаторів, реакція йде за рівнянням: 4NH 3 + ЗО 2 = 2N 2 + 6H 2 O. Окислення аміаку киснем у присутності каталізатора дає NO (цей процес використовують при отриманні азотної кислоти). Особливе значення має горіння вуглеводнів (природного газу, бензину, гасу) - найважливіше джерело тепла в побуті та промисловості, наприклад СН 4 + 2О 2 = CO 2 + 2H 2 O. Взаємодія вуглеводнів з Киснею лежить в основі багатьох найважливіших виробничих процесів - така, наприклад, так звана конверсія метану, що проводиться для отримання водню: 2СН 4 + 2 + 2Н 2 О = 2СО 2 + 6Н 2 . Багато органічних сполук (вуглеводні з подвійним або потрійним зв'язком, альдегіди, феноли, а також скипидар, масла, що висихають та інші) енергійно приєднують Кисень. Окислення Киснем поживних речовин у клітинах є джерелом енергії живих організмів.

Отримання кисню.Існує 3 основних способи отримання Кисню: хімічний, електролізний (електроліз води) та фізичний (розподіл повітря).

Хімічний спосіб винайдений раніше за інших. Кисень можна отримувати, наприклад, з бертолетової солі КClОз, яка при нагріванні розкладається, виділяючи 2 в кількості 0,27 м 3 на 1 кг солі. Оксид барію при нагріванні до 540°С спочатку поглинає Кисень з повітря, утворюючи пероксид 2 , а при наступному нагріванні до 870°З 2 розкладається, виділяючи чистий Кисень. Його можна отримувати також з KMnO 4 , Ca 2 PbO 4 , До 2 Сг 2 Про 7 та інших речовин при нагріванні та додаванні каталізаторів. Хімічний спосіб отримання Кисню малопродуктивний і дорогий, промислового значення немає і використовується лише лабораторної практиці.

Електролізний спосіб полягає в пропущенні постійного електричного струму через воду, яку для підвищення її електропровідності доданий розчин їдкого натру NaOH. При цьому вода розкладається на кисень і водень. Кисень збирається у позитивного електрода електролізера, а водень - у негативного. Цим способом кисень видобувають як побічний продукт під час виробництва водню. Для отримання 2 м 3 водню та 1 м 3 Кисню витрачається 12-15 кВт·год електроенергії.

Поділ повітря є основним способом отримання кисню в сучасній техніці. Здійснити поділ повітря в нормальному газоподібному стані дуже важко, тому повітря спершу зріджують, а вже потім поділяють на складові частини. Такий спосіб отримання кисню називається поділом повітря методом глибокого охолодження. Спочатку повітря стискається компресором, потім після проходження теплообмінників розширюється в машині-детандері або дросельному вентилі, в результаті чого охолоджується до температури 93 К (-180°С) і перетворюється на рідке повітря. Подальший поділ рідкого повітря, що складається в основному з рідкого азоту і рідкого Кисень, заснований на відмінності температури кипіння його компонентів [Т кип О 2 90,18 К (-182,9 ° С), t кип N 2 77,36 К (- 195,8 ° С)]. При поступовому випаровуванні рідкого повітря спочатку випаровується переважно азот, а рідина, що залишається, все більше збагачується Киснем. Повторюючи подібний процес багаторазово на ректифікаційних тарілках повітророзділювальних колон отримують рідкий Кисень потрібної чистоти (концентрації). У СРСР випускають дрібні (на кілька літрів) та найбільші у світі кисневі повітророзділювальні установки (на 35000 м 3 /год Кисню). Ці установки виробляють технологічний Кисень з концентрацією 95-98,5%, технічний - з концентрацією 99,2-99,9% і чистіший, медичний Кисень, видаючи продукцію в рідкому та газоподібному вигляді. Витрата електричної енергії становить від 0,41 до 1,6 кВт·год/м 3 .

Кисень можна отримувати також при поділі повітря за методом вибіркового проникнення (дифузії) через перегородки-мембрани. Повітря під підвищеним тиском пропускається через фторопластові, скляні або пластикові перегородки, структурні грати яких здатні пропускати молекули одних компонентів і затримувати інші.

Газоподібний Кисень зберігають і транспортують у сталевих балонах і ресиверах при тиску 15 і 42 Мн/м 2 (відповідно 150 і 420 бар, або 150 і 420 ат), рідкий Кисень у металевих судинах Дьюара або спеціальних цистернах-танках. Для транспортування рідкого та газоподібного кисню використовують також спеціальні трубопроводи. Кисневі балони пофарбовані в блакитний колір і мають чорний напис "кисень".

Застосування кисню.Технічний Кисень використовують у процесах газополум'яної обробки металів, у зварюванні, кисневому різанні, поверхневому загартуванні, металізації та інших, а також в авіації, на підводних суднах та інше. Технологічний Кисень застосовують у хімічній промисловості при отриманні штучного рідкого палива, мастил, азотної та сірчаної кислот, метанолу, аміаку та аміачних добрив, пероксидів металів та інших хімічних продуктів. Рідкий Кисень застосовують при вибухових роботах, реактивних двигунах і в лабораторній практиці як холодоагент.

В медицині Кисень дають для вдихання важко хворим, застосовують для приготування кисневих, водяних і повітряних (у кисневих наметах) ванн, для внутрішньом'язового введення і введення в балони чистий .п.

Кисень у металургії широко застосовується для інтенсифікації низки пірометаллургічних процесів. Повна або часткова заміна повітря, що надходить у металургійні агрегати, киснем змінила хімізм процесів, їх теплотехнічні параметри та техніко-економічні показники. Кисневе дуття дозволило скоротити втрати тепла з газами, значна частина яких при повітряному дутті становив азот. Не беручи суттєвої участі у хімічних процесах, азот уповільнював перебіг реакцій, зменшуючи концентрацію активних реагентів окисно-відновного середовища. При продуванні Кислородом знижується витрата палива, покращується якість металу, в металургійних агрегатах можливе отримання нових видів продукції (наприклад, шлаків і газів незвичайного для даного процесу складу, що знаходять спеціальне технічне застосування) та ін.

Перші досліди щодо застосування дуття, збагаченого Киснем, у доменному виробництві для виплавки чавуну і феромарганцю були проведені одночасно в СРСР і Німеччині в 1932-33. Підвищений вміст Кисню в доменному дутті супроводжується великим скороченням витрати останнього, при цьому збільшується вміст в доменному газі оксиду вуглецю та підвищується його теплота згоряння. Збагачення дуття Кисень дозволяє підвищити продуктивність доменної печі, а в поєднанні з газоподібним і рідким паливом, що подається в горн, призводить до зниження витрати коксу. У цьому випадку на кожний додатковий відсоток Кисню у дутті продуктивність збільшується приблизно на 2,5%, а витрата коксу знижується на 1%.

Кисень у мартенівському виробництві в СРСР спочатку використовували для інтенсифікації спалювання палива (у промисловому масштабі Кисень для цієї мети вперше застосували на заводах "Серп і молот" та "Червоне Сормово" у 1932-33). У 1933 почали вдмухувати Кисень безпосередньо в рідку ванну з метою окислення домішок у період доведення. З підвищенням інтенсивності продування розплаву на 1 м 3 /т за 1 год продуктивність печі зростає на 5-10% витрата палива скорочується на 4-5%. Однак під час продування збільшуються втрати металу. При витраті Кисню до 10 м 3 /т за 1 год вихід сталі незначно знижується (до 1%). У мартенівському виробництві Кисень знаходить все більшого поширення. Так, якщо в 1965 році із застосуванням Кисню в мартенівських печах було виплавлено 52,1% сталі, то в 1970 вже 71%.

Досліди щодо застосування Кисню в електросталеплавильних печах у СРСР було розпочато у 1946 році на заводі "Електросталь". Впровадження кисневого дуття дозволило збільшити продуктивність печей на 25-30%, знизити питому витрату електроенергії на 20-30%, підвищити якість сталі, скоротити витрату електродів та деяких дефіцитних легуючих добавок. Особливо ефективною виявилася подача Кисню в електропечі при виробництві нержавіючих сталей з низьким вмістом вуглецю, виплавка яких сильно утруднюється внаслідок дії електродів, що вуглерожує. Частка електросталі, одержуваної СРСР з використанням Кисню, безупинно зростала й у 1970 становила 74,6% від загального виробництва стали.

У ваграночній плавці збагачене Киснем дуття застосовується головним чином для високого перегріву чавуну, що необхідно при виробництві високоякісного, зокрема високолегованого лиття (кремнистого, хромистого і т. д.). Залежно від ступеня збагачення Киснем вагранкового дуття на 30-50% знижується витрата палива, на 30-40% зменшується вміст сірки в металі, на 80-100% збільшується продуктивність вагранки і суттєво (до 1500°С) підвищується температура чавуну, що випускається з неї. .

Кисень у кольоровій металургії набув поширення дещо пізніше, ніж у чорній. Збагачене Киснем дуття використовується при конвертуванні штейнів, в процесах шлакозвільнення, вельцювання, агломерації та при відбивній плавці мідних концентратів. У свинцевому, мідному та нікелевому виробництві кисневе дуття інтенсифікувало процеси шахтної плавки, дозволило знизити витрату коксу на 10-20%, збільшити проплав на 15-20% та скоротити кількість флюсів в окремих випадках у 2-3 рази. Збагачення Киснем повітряного дуття до 30% при випалюванні сульфідних цинкових концентратів збільшило продуктивність процесу на 70% і зменшило обсяг відхідних газів на 30%.

Процеси горіння та дихання здавна привертали увагу вчених. Перші вказівки на те, що не все повітря, а лише "активна" його частина підтримує горіння, виявлено у китайських рукописах VIII століття. Багато пізніше Леонардо да Вінчі розглядав повітря як суміш двох газів, лише один з яких витрачається при горінні та диханні. Остаточне відкриття двох основних складових частин повітря - азоту і кисню, що зробило епоху в науці, відбулося лише наприкінці XVIII століття. Кисень отримали майже одночасно К. Шееле (1769-70) шляхом прожарювання селітр (KNO3, NaNO3), двоокису марганцю МnО2 та інших речовин та Дж. Прістлі (1774) при нагріванні сурика Рb3О4 та оксиду ртуті HgO. У 1772 Д. Резерфорд відкрив азот. У 1775 року А. Лавуазьє, зробивши кількісний аналіз повітря, виявив, що він " складається з двох газів різного і, так би мовити, протилежного характеру " , тобто з кисню та азоту. На основі широких експериментальних досліджень Лавуазьє правильно пояснив горіння та дихання як процеси взаємодії речовин із киснем. Оскільки кисень входить до складу кислот, Лавуазьє назвав його оксиген, тобто "утворюючий кислоти" (від грец. oxys - кислий і gennao - народжую; звідси і російська назва "кисень").

Кисень – хімічно активний неметал, є найлегшим елементом із групи халькогенів. Проста речовина кисень за нормальних умов - газ без кольору, смаку та запаху, молекула якого складається з двох атомів кисню (формула O2), у зв'язку з чим його також називають дикисень. Рідкий кисень має світло-блакитний колір, а твердий є кристалами світло-синього кольору. Існують й інші алотропні форми кисню, наприклад, озон – за нормальних умов газ блакитного кольору зі специфічним запахом, молекула якого складається з трьох атомів кисню (формула O3).

Атомний номер 8

Атомна маса 15,999

Щільність, кг/м³ 1,429

Температура плавлення, ° С -218,8

Температура кипіння, °С -183

Теплоємність, кДж/(кг·°С) 0,913

Електронегативність 3,5

Кисень - найпоширеніший Землі елемент, з його частку (у складі різних сполук, переважно силікатів) припадає близько 47,4 % маси твердої земної кори. Морські та прісні води містять величезну кількість зв'язаного кисню - 88,8% (за масою), в атмосфері вміст вільного кисню становить 20,95% за обсягом та 23,12% за масою. Понад 1500 сполук земної кори у складі містять кисень. Кисень входить до складу багатьох органічних речовин і є присутнім у всіх живих клітинах. За кількістю атомів у живих клітинах він становить близько 25 %, за масовою часткою – близько 65 %.

Винятково велика роль вільного кисень у біохімічних та фізіологічних процесах, особливо у диханні. За винятком деяких мікроорганізмів-анаеробів, всі тварини та рослини одержують необхідну для життєдіяльності енергію за рахунок біологічного окислення різних речовин за допомогою кисню. Вся маса вільного кисню Землі виникла та зберігається завдяки життєдіяльності зелених рослин суші та світового океану, що виділяють кисень у процесі фотосинтезу. На земній поверхні, де протікає фотосинтез і панує вільний кисень, формуються різко окислювальні умови. Навпаки, у магмі, а також глибоких горизонтах підземних вод, у мулах морів та озер, у болотах, де вільний кисень відсутній, формується відновне середовище. Окисно-відновні процеси за участю кисню визначають концентрацію багатьох елементів та утворення родовищ корисних копалин – вугілля, нафти, сірки, руд заліза, міді тощо.

Кисень утворює хімічні сполуки з усіма елементами, за винятком легких інертних газів. Будучи найбільш активним (після фтору) неметалом, кисень взаємодіє з більшістю елементів безпосередньо; виняток становлять важкі інертні гази, галогени, золото та платина; їх з'єднання з киснем отримують непрямим шляхом. Майже всі реакції кисню з іншими речовинами – реакції окиснення екзотермічні, тобто супроводжуються виділенням енергії.

Існує 3 основних способи отримання кисню: хімічний, електролізний (електроліз води) та фізичний (розподіл повітря).

Хімічний спосіб винайдений раніше за інших. Кисень можна отримувати, наприклад, з бертолетової солі КClОз, яка при нагріванні розкладається, виділяючи О2 у кількості 0,27 м3 на 1 кг солі. Оксид барію ВаО при нагріванні до 540°С спочатку поглинає кисень з повітря, утворюючи пероксид ВаО2, а при наступному нагріванні до 870°С ВаО2 розкладається, виділяючи чистий кисень. Його можна отримувати також з KMnO4, Ca2PbO4, К2Сг2О7 та інших речовин при нагріванні та додаванні каталізаторів. Хімічний спосіб отримання кисню малопродуктивний і дорогий, промислового значення немає і використовується лише лабораторної практиці.

Електролізний спосіб полягає в пропусканні постійного електричного струму через воду, яку для підвищення її електропровідності доданий розчин NaOH. При цьому вода розкладається на кисень та водень. Кисень збирається у позитивного електрода електролізера, а водень - у негативного. Цим способом кисень видобувають як побічний продукт під час виробництва водню.

Поділ повітря є основним способом отримання кисню у сучасній техніці. Здійснити поділ повітря в нормальному газоподібному стані дуже важко, тому повітря спершу зріджують, а вже потім поділяють на складові частини. Такий спосіб отримання кисню називається розподілом повітря методом глибокого охолодження. Спочатку повітря стискається компресором, потім після проходження теплообмінників розширюється в машині-детандері або дросельному вентилі, в результаті чого охолоджується до температури 93 К (-180°С) і перетворюється на рідке повітря. Подальший поділ рідкого повітря, що складається в основному з рідкого азоту та рідкого кисню, заснований на відмінності температури кипіння його компонентів. При поступовому випаровуванні рідкого повітря спочатку випаровується переважно азот, а рідина, що залишається, все більше збагачується киснем. Повторюючи подібний процес багаторазово на ректифікаційних тарілках повітророзділювальних колон отримують рідкий кисень потрібної чистоти (концентрації).

Газоподібний кисень зберігають і транспортують у сталевих балонах і ресиверах при тиску 15 і 42 Мн/м2 (відповідно 150 і 420 бар, або 150 і 420 ат), рідкий кисень - у металевих судинах Дьюара або спеціальних цистернах-тан. Для транспортування рідкого та газоподібного кисню використовують також спеціальні трубопроводи. Кисневі балони пофарбовані в блакитний колір і мають чорний напис "кисень".

Технічний кисень використовують у процесах газополум'яної обробки металів, у зварюванні, кисневому різанні, поверхневому загартуванні, металізації та інших, а також в авіації, на підводних суднах та інше. Технологічний кисень застосовують у хімічній промисловості при отриманні штучного рідкого палива, мастил, азотної та сірчаної кислот, метанолу, аміаку та аміачних добрив, пероксидів металів та інших хімічних продуктів. Рідкий кисень застосовують при вибухових роботах, реактивних двигунах і в лабораторній практиці як холодоагент.

Ув'язнений у балони чистий кисень використовують для дихання великих висотах, при космічних польотах, при підводному плаванні тощо. У медицині кисень дають для вдихання важко хворим, застосовують для приготування кисневих, водяних та повітряних (у кисневих наметах) ванн, для внутрішньом'язового введення тощо.

Кисень у металургії широко застосовується для інтенсифікації низки пірометаллургічних процесів. Повна або часткова заміна повітря, що надходить у металургійні агрегати, киснем змінила хімізм процесів, їх теплотехнічні параметри та техніко-економічні показники. Кисневе дуття дозволило скоротити втрати тепла з газами, значна частина яких при повітряному дутті становив азот. Не беручи суттєвої участі у хімічних процесах, азот уповільнював перебіг реакцій, зменшуючи концентрацію активних реагентів окисно-відновного середовища. При продуванні киснем знижується витрата палива, покращується якість металу, в металургійних агрегатах можливе отримання нових видів продукції (наприклад, шлаків і газів незвичайного для цього процесу складу, що знаходять спеціальне технічне застосування) та ін.

Мабуть, серед усіх відомих хімічних елементів саме кисень займає провідне значення, адже без нього просто було б неможливим виникнення життя на нашій планеті. Кисень – найпоширеніший хімічний елемент Землі, з його частку припадає 49% від загальної маси земної кори. Також він входить до складу земної атмосфери, складу води та склад понад 1400 різних мінералів, таких як базальт, мармур, силікат, кремнезем тощо. буд. І, очевидно, загальновідома його роль дихання всього живого.

Історія відкриття кисню

Люди далеко не відразу спіткали природу кисню, хоча перші здогади про те, що в основі повітря лежить якийсь хімічний елемент, з'явилися ще у VIII столітті. Однак у той далекий час не було ні відповідних технічних інструментів для його вивчення, ні можливості довести існування кисню як газу, що відповідає, зокрема, за процеси горіння.

Відкриття кисню відбулося лише через тисячоліття, у ХVIII столітті, завдяки спільній роботі кількох вчених.

У 1771 шведський хімік Карл Шееле дослідним шляхом досліджував склад повітря, і визначив, що повітря складається з двох основних газів: одним із цих газів був азот, а другим, власне кисень, правда на той час сама назва «кисень» ще не з'явилася в науці .
У 1775 році французький вчений А. Лувазьє дав назву відкритому Шееле газу - кисень, він же оксиген в латині, саме слово "оксиген" означає "що породжує кислоти".
За рік до офіційних «іменин кисню», в 1774 англійський хімік Прістлі шляхом розкладання ртутного оксиду вперше отримує чистий кисень. Його досліди підкріплюють відкриття Шееле. До речі, сам Шееле також намагався отримати кисень у чистому вигляді шляхом нагрівання селітри, але у нього не вийшло.
Більш ніж через сторіччя 1898 року англійський фізик Джозеф Томпсон вперше змусив громадськість замислитися про те, що запаси кисню можуть закінчитися внаслідок інтенсивних викидів вуглекислого газу в атмосферу.
У цьому ж році російський біолог Климент Тімірязєв, дослідник, відкриває властивість рослин виділяти кисень.

Хоча рослини і виділяють кисень в атмосферу, але проблема поставлена Томпсоном про можливу нестачу кисню в майбутньому залишається актуальною і в наш час, особливо у зв'язку з інтенсивною вирубкою лісів (постачальників кисню), забрудненням навколишнього середовища, спалюванням відходів та ін. Більше про це ми писали минулого про екологічні проблеми сучасності.

Значення кисню у природі

Саме наявність кисню, у поєднанні з водою, призвела до того, що на нашій планеті стало можливим виникнення життя. Як ми помітили вище, основними постачальниками цього унікального газу є різні рослини, у тому числі найбільша кількість кисню, що виділяється, припадає на підводні водорості. Виділяють кисень та деякі види бактерій. Кисень у верхніх шарах атмосфери утворює озонову кулю, яка захищає всіх мешканців Землі від шкідливого ультрафіолетового сонячного випромінювання.

Будова молекули кисню

Молекула кисню складається з двох атомів, хімічна формула має вигляд 2 . Як утворюється молекула кисню? Механізм її утворення неполярний, тобто за рахунок усуспільнення електроном кожного атома. Зв'язок між молекулами кисню також ковалентний і неполярний, при цьому він подвійний, адже у кожного з атомів кисню є по два неспарені електрони на зовнішньому рівні.

Такий вигляд має молекула кисню, завдяки своїм характеристикам вона дуже стійка. Для багатьох із її участю потрібні спеціальні умови: нагрівання, підвищений тиск, застосування каталізаторів.

Фізичні властивості кисню

Насамперед, кисень є газом, з якого складається 21% повітря.
Кисень не має ні кольору, ні смаку, ні запаху.
Може розчинятися в органічних речовинах, поглинатися вугіллям та порошками.
- температура кипіння кисню становить -183 С.
Щільність кисню дорівнює 0,0014 г/см3

Хімічні властивості кисню

Головною хімічною властивістю кисню є, звичайно, його підтримка горіння. Тобто, у вакуумі, де немає кисню, вогонь не можливий. Якщо ж у чистий кисень опустити тліючу скіпку, то вона загориться з новою силою. Горіння різних речовин це окислювально-відновний хімічний процес, у якому роль окислювача належить кисню. Окислювачі це речовини, «відбирають» електрони в речовин відновників. Відмінні окисні властивості кисню обумовлені його зовнішньою електронною оболонкою.

Валентна оболонка у кисню розташована близько до ядра і як наслідок ядро притягує електрони. Також кисень займає друге місце після фтору за шкалою електронегативності Полінга, тому вступаючи в хімічні реакції з усіма іншими елементами (за винятком фтору) кисню виступає негативним окислювачем. І лише вступаючи у реакції з фтором кисень має позитивний окисний вплив.

Оскільки кисень другий окислювач за силою серед усіх хімічних елементів таблиці Менделєєва, це визначає і його хімічні властивості.

Отримання кисню

Для отримання кисню в лабораторних умовах застосовують метод термічної обробки пероксидів або солей кислотосодержащих кислот. Під впливом високої температури вони розкладаються із виділенням чистого кисню. Також кисень можна отримати за допомогою перекису водню, навіть 3% розчин перекису під дію каталізатор миттєво розкладається, виділяючи кисень.

2KC l O 3 = 2KC l + 3O 2 — так виглядає хімічна реакція отримання кисню.

Також у промисловості як ще один спосіб отримання кисню застосовують електроліз води, під час якого молекули води розкладаються, і знову таки виділяється чистий кисень.

Використання кисню у промисловості

У промисловості кисень активно застосовується у таких сферах як:

Металургія (при зварюванні та вирізанні металів).
Медицина.
Сільське господарство.
Як ракетне паливо.
Для очищення та знезараження води.
Синтезу деяких хімічних сполук, включаючи вибухові речовини.

Кисень, відео

І на завершення освітнє відео про кисень.

КИСЛОРОД (латинський Oxygenium), О, хімічний елемент VI групи короткої форми (16-ї групи довгої форми) періодичної системи, відноситься до халькогенів; атомний номер 8, атомна маса 159994. Природний кисень складається з трьох ізотопів: 16 (99,757%), 17 (0,038%) і 18 (0,205%). Переважання в суміші ізотопів найлегшого 16 Про пов'язано з тим, що ядро атома 16 Про складається з 8 протонів та 8 нейтронів. Рівна кількість протонів і нейтронів обумовлює високу енергію їхнього зв'язку в ядрі і найбільшу стабільність ядер 16 Про проти іншими. Штучно отримані радіоізотопи з масовими числами 12-26.

Історична довідка.Кисень отримали в 1774 незалежно К. Шееле (шляхом прожарювання нітратів калію КNО 3 і натрію NaNO 3 , діоксиду марганцю MnO 2 та інших речовин) і Дж. Прістлі (при нагріванні тетраоксиду свинцю Pb 3 Про 4 і оксиду ртуті HgO). Пізніше, коли було встановлено, що кисень входить до складу кислот, А. Лавуазьє запропонував назву oxygène (від грецького όχύς - кислий і γεννάω - народжую, звідси й російська назва "кисень").

Поширеність у природі.Кисень - найпоширеніший хімічний елемент Землі: вміст хімічно пов'язаного кисню у гідросфері становить 85,82% (переважно як води), у земної корі -49% по масі. Відомо понад 1400 мінералів, до складу яких входить кисень. Серед них переважають мінерали, утворені солями кисневмісних кислот (найважливіші класи - природні карбонати, силікати природні, природні сульфати, фосфати природні), і гірські породи на їх основі (наприклад, вапняк, мармур), а також різні оксиди природні, гідроксиди природ породи (наприклад базальт). Молекулярний кисень становить 20,95% за обсягом (23,10% за масою) земної атмосфери. Кисень атмосфери має біологічне походження та утворюється в зелених рослинах, що містять хлорофіл, з води та діоксиду вуглецю при фотосинтезі. Кількість кисню, що виділяється рослинами, компенсує кількість кисню, що витрачається у процесах гниття, горіння, дихання.

Кисень - біогенний елемент - входить до складу найважливіших класів природних органічних сполук (білків, жирів, нуклеїнових кислот, вуглеводів та ін.) та до складу неорганічних сполук скелета.

Властивості. Будова зовнішньої електронної оболонки атома кисню 2s 2 2р 4; у сполуках виявляє ступеня окиснення -2, -1, рідко +1, +2; електронегативність за Полінгом 3,44 (найбільш електронегативний елемент після фтору); атомний радіус 60 пм; радіус іона Про 2 -121 пм (координаційне число 2). У газоподібному, рідкому та твердому станах кисень існує у вигляді двоатомних молекул О 2 . Молекули О2 парамагнітні. Існує також алотропна модифікація кисню - озон, що складається з трихатомних молекул 3 .

В основному стан атом кисню має парну кількість валентних електронів, два з яких не спарених. Тому кисень, що не має низької енергії вакантної d-opбіталі, в більшості хімічних сполук двовалентний. Залежно від характеру хімічного зв'язку та типу кристалічної структури сполуки координаційне число кисню може бути різним: О (атомарний кисень), 1 (наприклад, О 2 , СО 2), 2 (наприклад, Н 2 О, Н 2 О 2), 3 (наприклад, Н 3 Про +), 4 (наприклад, оксоацетати Be та Zn), 6 (наприклад, MgO, CdO), 8 (наприклад, Na 2 Про, Cs 2 Про). За рахунок невеликого радіусу атома кисень здатний утворювати міцні π-зв'язки з іншими атомами, наприклад з атомами кисню (О 2, 3), вуглецю, азоту, сірки, фосфору. Тому для кисню один подвійний зв'язок (494 кДж/моль) енергетично вигідніший, ніж дві прості (146 кДж/моль).

Парамагнетизм молекул Про 2 пояснюється наявністю двох неспарених електронів з паралельними спинами на двічі вироджених розпушують π*-орбіталях. Оскільки на зв'язувальних орбіталях молекули перебуває на чотири електрони більше, ніж на розпушують, порядок зв'язку О 2 дорівнює 2, тобто зв'язок між атомами кисню подвійна. Якщо при фотохімічній або хімічній дії на одній π*-орбіталі виявляються два електрони з протилежними спинами, виникає перше збуджене стан, енергії розташоване на 92 кДж/моль вище основного. Якщо при збудженні атома кисню два електрони займають дві різні π*-орбіталі та мають протилежні спини, виникає другий збуджений стан, енергія якого на 155 кДж/моль більша, ніж основного. Порушення супроводжується збільшенням міжатомних відстаней О-О: від 120,74 пм в основному стані до 121,55 пм для першого та до 122,77 пм для другого збудженого стану, що, у свою чергу, призводить до послаблення зв'язку О-О та до посилення хімічної активності кисню. Обидва збуджені стани молекули О 2 відіграють важливу роль у реакціях окислення в газовій фазі.

Кисень - газ без кольору, запаху та смаку; t пл -218,3 ° С, t кип -182,9 ° С, щільність газоподібного кисню 1428,97 кг/дм 3 (при 0 ° С та нормальному тиску). Рідкий кисень – блідо-блакитна рідина, твердий кисень – синя кристалічна речовина. При 0 °С теплопровідність 24,65-10 -3 Вт/(мК), молярна теплоємність при постійному тиску 29,27 Дж/(моль К), діелектрична проникність газоподібного кисню 1,000547, рідкого 1,491. Кисень погано розчинний у воді (3,1% кисню за обсягом при 20°С), добре розчинний у деяких фторорганічних розчинниках, наприклад, перфтордекаліні (4500% кисню за обсягом при 0°С). Значна кількість кисню розчиняють шляхетні метали: срібло, золото та платина. Розчинність газу в розплавленому сріблі (2200% за обсягом при 962 ° С) різко знижується зі зменшенням температури, тому при охолодженні на повітрі розплав срібла «закипає» і розбризкується внаслідок інтенсивного виділення розчиненого кисню.

Кисень має високу реакційну здатність, сильний окислювач: взаємодіє з більшістю простих речовин за нормальних умов, в основному з утворенням відповідних оксидів (багато реакцій, що протікають повільно при кімнатній і нижчих температурах, при нагріванні супроводжуються вибухом і виділенням великої кількості теплоти). Кисень взаємодіє за нормальних умов з воднем (утворюється вода Н 2 Про; суміші кисню з воднем вибухонебезпечні - дивись Гримучий газ), при нагріванні - з сіркою (сірки діоксид SO 2 і сірки триоксид SO 3), вуглецем (вуглецю оксид СО, вуглецю діоксид СО 2), фосфором (фосфору оксиди), багатьма металами (оксиди металів), особливо легко з лужними і лужноземельними (в основному пероксиди і надпероксиди металів, наприклад пероксид барію ВА 2 надпероксид калію КО 2). З азотом кисень взаємодіє при температурі вище 1200 ° С або за впливу електричного розряду (утворюється монооксид азоту NO). Сполуки кисню з ксеноном, криптоном, галогенами, золотом і платиною отримують непрямим шляхом. Кисень не утворює хімічних сполук із гелієм, неоном та аргоном. Рідкий кисень також є сильним окислювачем: просочена ним вата при підпалюванні миттєво згоряє, деякі леткі органічні речовини здатні самозаймисти, коли знаходяться на відстані кількох метрів від відкритої посудини з рідким киснем.

Кисень утворює три іонні форми, кожна з яких визначає властивості окремого класу хімічних сполук: Про 2 - супероксидів (формальний ступінь окислення атома кисню -0,5), Про 2 - пероксидних сполук (ступінь окислення атома кисню -1, наприклад водню пероксид Н 2 Про 2), Про 2 - оксидів (ступінь окислення атома кисню -2). Позитивні ступені окислення +1 і +2 кисень виявляє у фторидах Про 2 F 2 та OF 2 відповідно. Фториди кисню нестійкі, є сильними окислювачами та реагентами, що фторують.

Молекулярний кисень є слабким лігандом і приєднується до деяких комплексів Fe, C, Mn, Cu. Серед таких комплексів найбільш важливим є залізопорфірин, що входить до складу гемоглобіну - білка, який здійснює перенесення кисню в організмі теплокровних.

Біологічна роль. Кисень як у вільному вигляді, так і у складі різних речовин (наприклад, ферментів оксидаз та оксидоредуктаз) бере участь у всіх окислювальних процесах, що протікають у живих організмах. В результаті виділяється велика кількість енергії, що витрачається у процесі життєдіяльності.

Отримання. У промислових масштабах кисень виробляють шляхом зрідження та фракційної перегонки повітря (дивись у статті Повітря поділ), а також електролізом води. У лабораторних умовах кисень одержують розкладанням при нагріванні пероксиду водню (2Р 2 О 2 = 2Н 2 О + О 2), оксидів металів (наприклад, оксиду ртуті: 2HgO = 2Hg + О 2), солей кисневмісних кислот-окислювачів (наприклад, хлорату кал : 2КlO 3 = 2KCl + 3О 2 перманганату калію: 2KMnO 4 = До 2 MnO 4 + MnO 2 + О 2), електролізом водного розчину NaOH. Газоподібний кисень зберігають і транспортують у сталевих балонах, забарвлених у блакитний колір, при тиску 15 і 42 МПа, рідкий кисень - у металевих судинах Дьюара або спеціальних цистернах-танках.

Застосування. Технічний кисень використовують як окислювач у металургії (дивись, наприклад, Киснево-конвертерний процес), при газополум'яній обробці металів (дивись, наприклад, Кисневе різання), в хімічній промисловості при отриманні штучного рідкого палива, мастил, азотної та сірчаної кислот, метанолу, аміаку та аміачних добрив, пероксидів металів та ін. Чистий кисень використовують у киснево-дихальних апаратах на космічних кораблях, підводних човнах, при підйомі на великі висоти, проведенні підводних робіт, у лікувальних цілях у медицині (дивись у статті Оксигенотерапія). Рідкий кисень застосовують як окислювач ракетного палива, при вибухових роботах. Водні емульсії розчинів газоподібного кисню в деяких фторорганічних розчинниках запропоновано використовувати як штучні кровозамінники (наприклад, перфторан).

Літ.: Saunders N. Oxygen and the elements of group 16. Oxf., 2003; Дроздов А. А., Зломанів Ст П., Мазо Г. Н., Спиридонів Ф. М. Неорганічна хімія. М., 2004. Т. 2; Шрайвер Д., Еткінс П. Неорганічна хімія. М., 2004. Т. 1-2.

Мільйони років безперервно відбувається споживання кисню.

Він у величезних кількостях витрачається на повільне та швидке окислення, на горіння та вибух, а склад повітря залишається незмінним, вміст кисню в ньому не зменшується.

Як повітря поповнюється киснем?

Ще наприкінці XVIII століття було поставлено досвід, який допоможе нам відповісти на це питання.

Під скляний ковпак було поміщено запалену свічку. Деякий час свічка горіла, але незабаром згасла:

кисень повітря під ковпаком був витрачений. Час горіння свічки було зафіксовано.

Припускаючи, що рослини відіграють якусь роль у освіті кисню, досвід був повторений. Поруч із запаленою свічкою поклали пучок м'яти. Свічку і м'яту, що горіла, накрили тим же ковпаком. Промені сонячного світла, проникаючи через скло ковпака, падали на рослину, висвітлюючи її зелене листя. Пройшло багато часу - більше, ніж у першому досвіді, - але свічка не гасла і продовжувала горіти звичайним полум'ям. Так було встановлено, що зелене листя рослин змінює склад повітря і на світлі виділяє кисень. Одночасно було відкрито, що рослини витягають із повітря вуглекислий газ.

Ніхто на той час ще не міг пояснити суть цього чудового явища. Честь відкриття ролі рослин у житті нашої планети належить великому російському вченому Клименту Аркадійовичу Тимірязєву.

Якщо подивитися через мікроскоп на зріз зеленого листа, то у клітинах, схожих на бджолині стільники, можна побачити зелені зерна – хлоропласти. Їх також називають хлорофіловими зернами. У кожній клітині листа міститься від 25 до 50 хлорофілових зерен. Це про нік говорив Тимірязєв: «Хлорофілове зерно - той фокус, та точка у світовому просторі, де сонячний промінь, перетворюючись на хімічну енергію, стає джерелом всього життя на землі».

Що ж відбувається в зеленому листі рослин? У листі є численні отвори - продихи, які служать рослині для дихання і харчування. Через ці продихи з повітря в листя проникає вуглекислий газ. Своїм корінням рослина всмоктує вологу із землі і подає її до листя по тонких капілярах стовбура та стебел.

Під впливом світла та тепла сонячних променів у хлорофілових зернах листка між водою та вуглекислотою відбувається складна хімічна реакція – фотосинтез. В результаті утворюються продукти, що переходять у виноградний цукор та кисень.

Виноградний цукор має особливу назву. глюкоза, що походить від грецького слова «глюкос», що означає «солодкий».

Молекули глюкози складаються з 6 атомів вуглецю, 12 атомів водню та 6 атомів кисню. На утворення 1 молекули глюкози необхідно 6 молекул вуглекислого газу (СО 2) та 6 молекул води (Н 2 O). У цьому має виділитися 6 молекул кисню. Отже, коли утворюється 1 г глюкози, звільняється більше 1 г, або близько 900 кубічних сантиметрів, чистого кисню.

Так під впливом сонячного світла та тепла в хлорофілових зернах рослин, що живуть на землі та під водою, відбувається утворення кисню, яким безперервно поповнюється наша планета.

Рослини є невичерпним джерелом необхідного життя кисню, та його по праву можна назвати «зеленою фабрикою кисню».

До останнього часу вважали, що кисень, що виділяється із рослин при фотосинтезі, відщеплюється від вуглекислого газу. Вважали, що у хлорофілових зернах під впливом світла відбувається розщеплення молекули вуглекислого газу кисень і вуглець. Вуглець, вступаючи в реакцію з водою, утворює, зрештою, глюкозу, а кисень виділяється в атмосферу.

Нині існує інша теорія. Вважають, що у хлорофілових зернах під впливом сонячних променів відбувається розпад не молекули вуглекислого газу, а молекули води. При цьому утворюється кисень, що виділяється в атмосферу, та водень, який у поєднанні з вуглекислим газом дає глюкозу.

Теорія ця отримала своє експериментальне підтвердження в 1941 в дослідах А. П. Виноградова, який вперше застосував для вивчення фотосинтезу важкий ізотоп кисню О 18 .

Поливаючи рослину водою, що містить важкий ізотоп О 18 А. П. Виноградов спостерігав, що чим більше важкого ізотопу кисню О 18 містилося у воді, якою поливали рослина, тим більше його знаходили в кисні, що виділяється.

Якщо поливати рослину звичайною водою і помістити його в атмосферу вуглекислого газу, що містить важкий ізотоп кисню О 18 , то в кисні ізотоп О 18, що виділяється при фотосинтезі, не виявляється.

Ці досліди переконливо показали, що при фотосинтезі в зеленому листі рослин кисень виходить не за рахунок вуглекислого газу, а за рахунок розкладання води. Водень, що входить до складу води, разом із вуглекислотою йде на утворення глюкози.

Глюкоза в листі не залишається. Вона, як розчинна поживна речовина, розноситься по всій рослині і служить їй їжею та будівельним матеріалом для утворення клітковини. З клітковини складаються коріння, стовбури, стебла та листя рослин.

Частина глюкози перетворюється на крохмаль і відкладається в плодах та зернах.

Для життя та розвитку рослини необхідні сонячне світло та безперервне надходження до нього вуглекислого газу та води. У процесі живлення рослини повітря навколо нього збагачується киснем та збіднюється вуглекислим газом. Завдяки роботі вітру повітря перемішується, і у листя рослини підтримується постійна концентрація вуглекислого газу.

А як же забезпечується подача вуглекислого газу до листя у спекотну безвітряну погоду? У таку погоду молекули вуглекислого газу, безладно рухаючись у повітряному просторі, опинившись біля зеленого листка, раптом різко повертають до нього.

Яка сила змушує їх згорнути до аркуша?

Якщо наповнити двома різними газами посудину, розділену перегородкою, а потім обережно вийняти її, гази перемішуються, утворюючи однорідну суміш. Таке ж явище можна спостерігати, якщо привести в дотик два різні розчини.

Якщо розділити між собою два різні газу або розчину, помістивши між ними перегородку з желатини, шкіри або іншого дрібнопористого матеріалу, можна помітити, як через деякий час з обох боків перегородки концентрації газів або розчинів будуть однакові.

Процеси мимовільного перемішування газів або рідин, а також проникнення через напівпроникні перегородки називаються дифузією.

Швидкість дифузії тим більше, чим більша різниця в концентраціях речовин, що дифундують.

Ось чому, як тільки концентрація вуглекислого газу у зеленого листа стає меншою, ніж на деякій відстані від нього, повітря біля листа поповнюється молекулами вуглекислого газу з довколишніх шарів атмосфери. Їхні місця займають сотні, тисячі та мільйони молекул вуглекислого газу з більш віддалених частин простору.

Одночасно з процесом дифузії вуглекислого газу йде процес дифузії кисню від зеленого листа до більш віддалених просторів, де концентрація його менша.

Під водою, як і на суші, рослини харчуються вуглекислим газом та виробляють глюкозу та крохмаль, звільняючи кисень.

Звідки береться вуглекислий газ у воді. Він утворюється при диханні тварин та рослин, що живуть під водою. Крім того, він потрапляє туди з повітря, розчиняючись у поверхневих шарах води. Перемішуванням або дифузією вуглекислий газ проникає вглиб.

Вуглекислий газ добре розчиняється у воді. Його розчинність при низьких температурах у 35 разів більша за розчинність кисню. У літрі води при температурі 0° та тиску 760 міліметрів розчиняється 50 кубічних сантиметрів кисню, а вуглекислого газу – понад 1700 кубічних сантиметрів. Хоча при температурі води 20° вуглекислого газу в літрі розчиниться приблизно половина від цієї кількості, але і цього достатньо, щоб рослини, що знаходяться під водою, не мали недоліку вуглекислому газі. На зеленій поверхні підводних рослин відбувається той самий процес засвоєння вуглецю, що на повітрі.

Налийте у склянку звичайної водопровідної води та пропустіть через неї вуглекислий газ. Опустіть у воду рослину і накрийте її лійкою. На вузьку частину вирви надягніть пробірку, наповнену водою. Винесіть склянку із рослиною на сонячне світло. За кілька годин у пробірці збереться помітна кількість газу. Зніміть пробірку з вузької частини лійки та під водою

Рослина, перебуваючи під водою, при харчуванні виділяє кисень.

заткніть її корком. Тепер можна вийняти пробірку з води та перекинути її пробкою нагору. Вода, що залишилася в пробірці, опуститься на дно, а газ опиниться над водою. Відкрийте пробку. Так як щільність кисню трохи більша за щільність повітря, кисень деякий час (поки не продифундує в повітря) залишиться в пробірці. Опустіть в пробірку лучинку, що тліє, і ви переконаєтеся в тому, що газ, який виділився з рослини, - кисень.

Кисень, що утворюється у воді, рівномірно розподіляється по всій товщі води, насичуючи її. Якщо кисню виявиться більше, ніж його може розчинитися у воді за даної температури, надлишок його піде в повітря. Якщо його буде менше, то недостатня кількість кисню доповниться з повітря.

Не дуже правильно стверджувати, що кисень поступово розподіляється по всій товщі води. На різній глибині вода має різну температуру. А ми знаємо, що чим вища температура, тим менше розчиниться в ній кисню. Тому в різні пори року, на різних глибинах концентрація розчиненого у воді кисню різна. У неглибоких водоймах різниця у кількості розчиненого кисню у верхніх та нижніх шарах не дуже велика, і нею можна знехтувати.

Рослини, що живуть на землі або під водою, не лише виділяють кисень, а й поглинають його. Як і будь-який живий організм, рослини дихають. Частина кисню, що утворюється під час харчування рослин, споживається ними при диханні.

Якщо після довгої зимової ночі увійти до закритого приміщення, де було багато квітів, відчувається така задуха, начебто тут довгий час було багато людей. Рослини витратили частину кисню повітря на дихання, і у приміщенні утворився надлишок вуглекислого газу.

Отже, кисень у природі робить безперервне коло. При диханні людини, тварин і рослин, при горінні твердого та рідкого палива кисень витрачається та утворюється вуглекислий газ. Цей газ йде на харчування рослин, які повертають кисень назад у повітря.

Рослини відіграють важливу роль у житті людини. Вони не тільки годують і зігрівають нас - вони століттями забезпечують постійний вміст кисню у повітрі, без чого неможливе життя на Землі.

А чи не змінюється вміст кисню в повітрі взимку, коли зеленими залишаються тільки хвойні дерева?

Взимку кількість кисню, що виділяється рослинами, скорочується, але запаси їх у атмосфері надзвичайно великі. Якби протягом тисячі або навіть двох тисяч років взагалі не було жодного повернення кисню, а відбувалося лише його споживання, то загальна кількість витраченого кисню не перевищила б 0,1 відсотка всього запасу кисню в атмосфері. Запаси кисню повітря нечисленні.