КИСЛОРОД

На земной поверхности нет другого элемента столь распространенного, как кислород в его разнообразных соединениях… Будучи столь распространенным в природе, кислород играет в ней весьма важную роль, потому что множество явлений, совершающихся перед нами, от него главным образом зависят.

Д. И. Менделеев. Основы химии.

Впервые кислород в свободном виде получили в конце XVIII веке почти одновременно несколько ученых из разных стран. В 1774 г. английский химик Джозеф Пристли (1733—1804) получил кислород нагреванием оксида ртути. Шведский химик К.В. Шееле получил кислород из селитры в 1771 г., но опубликовал свой эксперимент только в 1777 г. Первым роль кислорода в процессах дыхания и горения правильно объяснил французский химик А. Л. Лавуазье. Латинское название кислорода (oxygenium) означает в точности то же, что и русское, — рождающий кислоты (от лат. oxys — кислый).

Это название (как и многие другие) придумали в 1787 г. разработчики рациональной химической номенклатуры французские химики А.Л. Лавуазье, Луи Бернар Гитон де Морво (1737—1816), Клод Луи Бертолле (1748—1822) и Антуан Франсуа де Фуркруа (1755—1809). Они ошибочно полагали, что кислород «рождает» все кислоты. На самом деле известно немало кислот, не содержащих кислород, например соляная. Поэтому логичнее было бы поступить наоборот — назвать кислород водородом (этот элемент ведь «рождает» также воду), а вот водород назвать кислородом, так как он входит в состав всех кислот.

Как написал в 1808 г. английский химик Г. Дэви, «то тело, которое французская номенклатура характеризует как носитель кислотности, одинаково могло бы быть признано за носитель щелочности». Действительно, кислород входит в состав щелочей во всех без исключения случаях. Кислород составляет более 46% массы земной коры, его атомы входят в состав почти всех горных пород и минералов.

Трудно найти органическое соединение в живом организме, в котором не было бы кислорода. Этот элемент — обязательный компонент белков, углеводов и жиров. В человеческом организме около 65% кислорода по массе. Примерно пятая часть сухого воздуха (точнее, 20,95%) — газообразный кислород. Без него не было бы жизни на Земле. В процессе дыхания в каждой клетке кислород, реагируя с органическими веществами, выделяет энергию. Благодаря этой энергии поддерживается постоянная температура тела человека, бьется сердце, сокращаются мышцы. Недаром при тяжелой физической работе дыхание учащается: человеку требуется больше кислорода. Взрослый человек за сутки потребляет в среднем 100 литров кислорода. При некоторых заболеваниях больным дают дышать кислородом.

С использованием энергии солнечного света в клетках зеленых растений, планктона и некоторых бактерий осуществляется фотосинтез: образование органических веществ из углекислого газа и воды с выделением свободного кислорода. Этот процесс продолжался миллиарды лет. Одновременно огромные количества кислорода расходуются на дыхание животных и растений, на сжигание топлива и лесные пожары, на различныеm процессы окисления и разложения органических остатков. В результате кислород на Земле совершает непрерывный круговорот.

Его содержание в воздухе постоянно и составляет квадриллион (1015) тонн. Но в древней атмосфере кислорода не было, а когда он начал появляться (около 3 млрд лет назад), то в течение нескольких сотен миллионов лет расходовался на окисление солей железа в Мировом океане. Оксиды железа выпадали в осадок: так образовались круп-нейшие залежи железных руд. Когда все железо оказалось окисленным, кислород стал накапливаться в растворенном виде в воде и поступать в атмосферу.

В верхних слоях атмосферы, на высоте от 20 до 30 км, кислород под действием солнечного ультрафиолета превращается в озон. Озон, в свою очередь, сам поглощает более короткое («жесткое») ультрафиолетовое излучение Солнца, предохраняя все живое на поверхности от его губительного действия. Озон в небольших количествах присутствует и в приземной части атмосферы, и здесь он является вредным и ядовитым ее загрязнителем. Его образованию способствуют метеорологические условия, выхлопы автотранспорта и промышленные выбросы. Велика концентрация ядовитого озона в фотохимическом смоге.

Кислород довольно хорошо растворяется в воде: примерно 5 литров в 100 литрах холодной воды. Благодаря растворенному кислороду могут дышать рыбы. С повышением температуры растворимость кислорода в воде снижается. Это может привести к «замору» некоторых видов рыб, которым кислорода в теплой воде недостаточно. Именно поэтому форель может жить только в воде, температура которой не выше 15 ^оС.

Кислород получают из жидкого воздуха, используя разницу в температурах кипения кислорода и азота. Мировое производство жидкого кислорода превышает 100 миллионов тонн. Кислород в чистом виде, а также обогащенный кислородом воздух широко используются для обжига руд; кислородное дутье помогает выплавлять сталь. Высокую температуру кислородного пламени используют для сварки и резки металлов, для плавления кварца и других туго-плавких веществ. Жидкий кислород используют в качестве компонента ракетных топлив.

В среднем человеке содержится около 45 кг кислорода, в основном в составе воды.