Кругообіг кисню: схема, опис процесу та його значення для життя на Землі

Кисень (O, лат. oxygenium) — невід'ємна складова життя Землі, і навіть найпоширеніший елемент нашому тілі. На його частку припадає близько 65% маси тіла людини, більшість з яких перебуває у формі води (H₂O). Також кисень присутній у хімічному складі Землі (близько 30%) та атмосфері (близько 20%).

Ця стаття присвячена кругообігу кисню (кисневому циклу) та його важливості для всього живого на Землі. Ви дізнаєтеся про нескінченний цикл виробництва та використання кисню.

Що таке кругообіг кисню?

Для життя потрібен кисень. Це безбарвний газ без запаху, який припадає понад 20% атмосфери. Ви знайдете кисень в озоновому шарі, двоокису вуглецю, воді та навіть земній корі.

Кругообіг кисню - це дуже важливий біогеохімічний цикл, при якому постійно виробляється новий кисень і здійснюється його перенесення між головними резервуарами/сферами Землі: атмосфера, біосфера, гідросфера та літосфера.

Кисень — це один із найпоширеніших елементів на Землі, який присутній у значній кількості у кожному основному резервуарі. Безумовно, найбільшим резервуаром кисню на планеті є силікатні та оксидні мінерали у земній корі та мантії (99,5% від загальної маси). В атмосфері, гідросфері та біосфері сумарно присутні менше 0,05% загальної маси кисню на Землі. Крім O₂, додаткові атоми кисню присутні в різних формах, розподілених по всій поверхні резервуарів у молекулах біомаси, H₂O, CO₂, HNO₃, NO, NO₂, CO, H₂O₂, O₃, SO₂, H₂SO₄, MgO, CaO, AlO, SiO₂, і PO₄.

Як ми використовуємо кисень?

Зробіть глибокий вдих, а потім видихніть. Усі живі істоти дихають у вигляді процесу, званого диханням, коли вдихається кисень і видихається вуглекислий газ. Кисень також використовується, коли вмирають рослини та тварини. У процесі розкладання поглинається кисень і виділяється вуглекислий газ.

Для хімічних реакцій також потрібний кисень. Ви колись залишали свій велосипед під дощем і помічали, що на ньому починає утворюватися іржа? Поява на залозі іржі є наслідком процесу окиснення, при якому витрачається кисень. Пожежа була б неможлива без кисню. У процесі горіння використовується кисень та виділяють вуглекислий газ.

Люди та інші живі істоти безперервно виділяють в атмосферу вуглекислий газ. Як автомобілі, димарі, промислові труби, пожежі. вулкани і т.д. У разі надлишку вуглекислого газу та нестачі кисню більшість живих істот загине.

Як виготовляється кисень?

Як ми вже згадували, одним із ключових інгредієнтів у виробництві кисню є діоксид вуглецю. Рослини та дерева виробляють кисень за допомогою фотосинтезу. Фотосинтез - це процес, при якому сонячне світло потрапляє на листя, а хлорофіл, що міститься в них, - разом з водою з грунту і вуглекислим газом з атмосфери - змішуються разом, утворюючи дві дуже важливі речі: поживні речовини для рослин і кисень для тварин. Під час фотосинтезу рослини також вирізняють зайву воду.

Фітопланктон - це крихітні водорості, що зустрічається у верхньому шарі більшості водних середовищ, таких як озера, моря та океани. На фітопланктон припадає значна частина глобального вироблення кисню за допомогою фотосинтезу.

Де відбувається кисневий цикл?

Виробництво та кругообіг кисню, як ми згадували раніше відбувається в чотирьох основних сферах Землі:

• Атмосфера (повітря) — процес фотолізу утворюється кисень, який потім формує озоновий шар, що захищає планету від шкідливого сонячного випромінювання.
• Біосфера (глобальна екосистема Землі) – це місце, де живуть люди, рослини та тварини, і саме тут виробляється найбільша кількість кисню у процесі фотосинтезу.
• Гідросфера - фітопланктон, що мешкає на поверхні океанів і морів, також використовує фотосинтез для виробництва кисню.
• Літосфера - найбільший резервуар, де міститься найбільше кисню. Кисень знаходиться всередині гірських порід та мінералів, тому ми не маємо доступу до нього. Але деякі рослини та тварини можуть видобувати мінерали з гірських порід, що дозволяє виділяти кисень.

Підбиття підсумків

Кисень - це газ без кольору та запаху, а рослини та дерева - головні творці кисню на Землі. Фотосинтез - процес, який рослини використовують для виробництва власної їжі та кисню. Кругообіг кисню відбувається у чотирьох основних сферах Землі: атмосфері, біосфері, гідросфері та літосфері. Виробництво кисню за допомогою кисневого циклу необхідне збереження життя планети.

Де за межами Землі можна знайти кисень? Розкрито!

Ми всі знаємо, що кисень є необхідним елементом життя на Землі. Проте, цікаво, де ще можна зустріти цей життєво важливий газ у Всесвіті? Можливо, ви здивуєтеся, дізнавшись, що насправді кисень знайдений у різних місцях далеко за межами нашої планети.

Наприклад, деякі з найбільших кількостей кисню знаходяться в інших газоподібних планетах, таких як Юпітер та Сатурн.Це пов'язано з їх складом атмосфери, який включає значну кількість кисню.

Крім того, кисень також присутній у віддалених галактиках та скупченнях зірок. Астрономи виявляють його там за допомогою спеціальних спостережних інструментів та телескопів, що дозволяє дізнатися більше про еволюцію Всесвіту та інші можливості для життя в ньому.

Таким чином, кисень, хоч і є невід'ємною частиною земної атмосфери, також є і в інших куточках Всесвіту, відкриваючи нові горизонти вивчення та пошуку життя у Всесвіті.

Де є кисень у космосі?

Космос - це просто приголомшливе місце! Безкрайні простори, зірки, планети, галактики – все це надзвичайно цікаво та дивно. Але що нас, людей, турбує найбільше? Звичайно ж, питання про наявність кисню у космосі! Адже без нього ми не зможемо дихати, правда?

Ну що, відповімо на це цікаве питання? Давай почнемо!

1. Земна атмосфера. Почнемо зі зрозумілого та знайомого нам місця – із Землі. Тут ми знаходимося в оточенні кисневого балона, який називається атмосферою. Він складається приблизно з 21% кисню, який ми використовуємо для дихання. Неймовірно, правда?

2. Космічні кораблі та Міжнародна космічна станція (МКС). Окей, Земля - ​​все ще зона комфорту, але перейдемо до космосу. Людство вже навчилося створювати космічні кораблі, які дозволяють нам досліджувати космічний простір. На борту цих кораблів є системи життєзабезпечення, які забезпечують астронавтам кисень. Ну, а МКС – це наш будинок за межами Землі, де астронавти проводять довгі періоди часу. Тут, звичайно, теж є кисень, який підтримує їхнє дихання і роботу організму.

3. Планети. Перейдемо до наших сусідів у Сонячній системі.Деякі планети в нашій системі також можуть містити кисень. Наприклад, в атмосфері Юпітера і Сатурна є кисень, але в дуже невеликій кількості. Через особливості складу цих планет кисень тут не в тій формі, в якій ми знаємо його на Землі.

4. Місяць та Марс. А тепер найцікавіше! Залишаємо Землю в дорогу до Місяця та Марса. Як ви, напевно, знаєте, Місяць не має атмосфери, тому тут кисню немає. Проте, недавні дослідження показали, що є кілька водних молекул на Місяці, і з їх допомогою ми можемо надалі отримати кисень.

Щодо Марса, то тут ситуація вже цікавіша. Марсіанська атмосфера складається приблизно на 0,13% з кисню, що дуже важливо для майбутніх місій та колонізації. Деякі плани передбачають виробництво кисню із використанням замороженої води на Марсі.

Ну ось, ми проїхали основними місцями в космосі, де є кисень. І все це завдяки масштабним дослідженням та науковому прогресу! Воістину, можливості людини безмежні!

Отже, де є кисень у космосі? На Землі, у космічних кораблях та МКС, у невеликій кількості на Юпітері та Сатурні, у вигляді водних молекул на Місяці та в атмосфері Марса. Так, кисень є в деяких куточках космосу, і це дає нам надію на майбутнє дослідження та колонізації інших планет!

Ось такі справи! А ти знав(ла), де є кисень у космосі? Як ти належиш до дослідження космосу? Розкажи мені, це дуже цікаво!

Навколоземний простір: дивовижний світ за межами нашої планети

Одним із головних атрибутів навколоземного простору є, звичайно ж, відсутність гравітації.Тут закони фізики вже не такі, як на Землі, і така ситуація пропонує унікальні умови для проведення наукових експериментів та перевірки гіпотез. Космонавти на Міжнародній космічній станції (МКС) змушені пристосовуватися до мікрогравітації, а їх дослідження допомагають розширити наші знання про фізичні процеси та про те, як організми функціонують у невагомості.

Однією з важливих характеристик навколоземного простору є сонячне світло і космічного випромінювання. Сонце випромінює величезну кількість енергії, яку ми використовуємо на Землі для отримання світла та тепла. У той же час, космічне випромінювання становить небезпеку для космонавтів та електроніки, що знаходиться у космосі. Вивчення цих процесів допомагає нам створювати ефективніші засоби захисту від шкідливого впливу космічного випромінювання.

Проте, навколоземний простір як пов'язані з наукою і технологією. Воно також вражає своєю красою та величчю. Поглянувши на зоряне небо у місці, де немає штучного світла, ми можемо побачити безліч зірок, планет та галактик, які розкривають перед нами нескінченність всесвіту. Це нагадує нам про те, що ми є частиною величезного історичного процесу, і ми можемо просто загубитися в його незбагненному масштабі та пишноті.

То що робить навколоземний простір таким важливим для нас? Наші дослідження та відкриття у цій галузі безпосередньо впливають на наше життя на Землі. Комунікаційні супутники забезпечують нам можливість спілкуватись у всьому світі, а супутники для спостереження Землі допомагають вивчати кліматичні зміни, моніторити стихійні лиха та прогнозувати погоду. Завдяки космічній розвідці ми можемо захищати нашу безпеку та запобігати можливим загрозам.

Навколоземний простір пропонує нам нескінченні можливості для досліджень та відкриттів. Воно надихає нас і викликає бажання дізнатися більше про світ за межами нашої планети. Необхідно продовжувати дослідження, щоб розширювати наші знання та застосовувати їх у нашому повсякденному житті. Адже тільки мандруючи невідомими просторами навколоземного простору, ми можемо зрозуміти, наскільки неймовірним і дивовижним є наш Всесвіт.

Космічні хмари та міжзоряний газ

Коли ми думаємо про космос, ми зазвичай уявляємо його як чорний порожній простір, повністю звільнений від будь-якої речовини. Але насправді в космосі є набагато більше, ніж просто порожнеча. У надрах нашої галактики, на відстані між зірками, знаходяться космічні хмари та міжзоряний газ.

Космічні хмари є величезними областями, в яких концентрується пил і газ. Ці хмари можуть бути розміром від кількох світлових років до кількох сотень світлових років. Усередині хмар пилу та газу відбуваються різні процеси, включаючи утворення нових зірок та планет.

Міжзоряний газ, як можна здогадатися із назви, знаходиться між зірками. Цей газ складається із різних елементів, включаючи кисень. Кисень у міжзоряному газі є у вигляді молекулярного кисню (O₂) або атомарного кисню (O). Він може бути розподілений рівномірно у всьому міжзоряному просторі або сконцентрований у певних областях.

Важливо, що космічні хмари і міжзоряний газ є джерелом кисню життя, як у Землі. Кисень, що міститься в цих хмарах та газі, знаходиться у формі, недоступній для дихання живим організмам. Він існує у різних хімічних сполуках і потребує складних процесів для звільнення та використання.

Тим не менш, дослідження космічних хмар і міжзоряного газу має велике значення для нашого розуміння походження та розвитку Всесвіту. Вони допомагають вченим вивчати процеси утворення зірок та планет, а також розподіл елементів у галактиці. Крім того космічні хмари і міжзоряний газ можуть включати хімічні елементи, необхідні для створення умов для життя в інших галактиках.

Таким чином, хоча кисень у космічних хмарах та міжзоряному газі не є доступним джерелом кисню для життя, вивчення цих хмар та газу відіграє важливу роль у розширенні нашого знання про Всесвіт і допомагає нам краще зрозуміти наше місце у ньому.

Космічні тіла та їх атмосфери

Коли ми говоримо про космічні тіла, ми зазвичай думаємо про планети та супутники, які обертаються навколо зірки. Але чи знали ви, що ці космічні об'єкти мають свої власні атмосфери?

Каті нашої сонячної системи, такі планети, як Венера, Земля і Марс, мають атмосфери. Але їх склад значно відрізняється. Наприклад, Венера має дуже щільну атмосферу, що складається переважно з вуглекислого газу, який створює парниковий ефект і робить планету дуже гарячою.

Земля, звичайно ж, має атмосферу, яка складається переважно з азоту та кисню, з часткою аргонового газу та малими кількостями інших газів. Ця атмосфера не тільки забезпечує нам кисень для дихання, а й захищає нас від небезпечного сонячного випромінювання та метеоритних атак.

Марс, відомий як «Червона планета», також має тонку атмосферу, що складається переважно з вуглекислого газу. Він також містить сліди кисню, але у набагато менших кількостях, ніж Землі.

Газові гіганти та їх атмосфери

Крім планет-скелей, у нашій сонячній системі є газові гіганти - Юпітер та Сатурн. Обидва ці космічні об'єкти мають величезні та щільні атмосфери, які складаються в основному з водню та гелію.

Усередині атмосфер цих гігантів виявляються потужні шторми та бурі, такі як Велика Червона Пляма на Юпітері. Ці атмосфери є динамічними системами, що постійно змінюються та еволюціонують з часом.

Інші газові гіганти, такі як Уран та Нептун, також мають товсті атмосфери, що складаються з водню та гелію. Однак їхній склад також включає сліди метану, який надає їм характерних блакитних відтінків.

Супутники та їх атмосфери

Не лише планети мають атмосфери, а й деякі супутники, що обертаються навколо них. Наприклад, Титан - найбільший супутник Сатурна, має густу атмосферу, що складається з азоту, метану та інших органічних сполук. Дослідження цього супутника показали, що його атмосфера може мати ключові інгредієнти для життя.

Європа - супутник Юпітера, також має тонку атмосферу, що складається з кисню та інших елементів, які можуть бути пов'язані з його крижаним поверхневим покривом.

Таким чином, атмосфери космічних тіл можуть бути дуже різними за складом та властивостями. Вони відіграють важливу роль у формуванні умов життя та створюють унікальні атмосферні явища, які захоплюють уяву вчених та астрономів.

Кисень на інших планетах

Присутність кисню на інших планетах у нашій Сонячній системі залишається обмеженою. Багато планет позбавлені атмосфери, що робить перебування кисню неможливим. Однак є кілька планет, на яких кисень може бути присутнім у різних формах.

Марс

Марс, четверта планета від Сонця, має тонку та розріджену атмосферу.В атмосфері Марса присутній діоксид вуглецю, але кисню там немає у вільній формі. Також, передбачається, що під поверхнею Марса може бути крижаною кисень.

Європа

Європа, супутник Юпітера, славиться своїм підповерхневим океаном води. Вчені вважають, що цей океан може містити кисень у вигляді розчинених газів.

Титан

Титан, супутник Сатурна, має товсту атмосферу, що складається переважно з азоту і метану. можливість існування живих організмів, здатних виживати в таких екстремальних умов.

Підсумок

Хоча кисень у вільній формі не поширений на інших планетах у нашій Сонячній системі, його наявність у різних хімічних сполуках надає цікаві можливості для перебування за межами Землі.

Схожі записи:

КИСНЕ

КИСНЕ, O (oxygenium), хімічний елемент VIA підгрупи періодичної системи елементів: O, S, Se, Te, Po – член сімейства халькогенів. у вигляді сполук близько 50% (мас.) та в гідросфері 88,8% (мас.).

Кисень необхідний існування життя землі: тварини та рослини споживають кисень у процесі дихання, а рослини виділяють кисень у процесі фотосинтезу. Жива матерія містить зв'язаний кисень у складі рідин організму (у клітинах крові та інших.), а й у складі вуглеводів (цукор, целюлоза, крохмаль, глікоген), жирів і білків. Глини, гірські породи складаються з силікатів та інших кисневмісних неорганічних сполук, таких, як оксиди, гідроксиди, карбонати, сульфати та нітрати.

Історична довідка.

Перші відомості про кисень стали відомі в Європі з китайських рукописів 8 ст. На початку 16 ст. Леонардо да Вінчі опублікував дані, пов'язані з хімією кисню, ще не знаючи, що кисень – елемент. Реакції приєднання кисню описані у наукових працях С.Гейлса (1731) та П.Байєна (1774). Заслуговують на особливу увагу дослідження К.Шееле в 1771–1773 взаємодії металів і фосфору з киснем. Дж.Прістлі повідомив про відкриття кисню як елемента в 1774, через кілька місяців після повідомлення Байєна про реакції з повітрям. Назва oxygenium («кисень») дано цьому елементу невдовзі після його відкриття Прістлі і походить від грецьких слів, що позначають «що породжує кислоту»; це пов'язано з помилковим уявленням про те, що кисень присутній у всіх кислотах. Пояснення ролі кисню у процесах дихання та горіння, проте, належить А.Лавуазьє (1777).

Будова атома.

Будь-який природний атом кисню містить 8 протонів у ядрі, але число нейтронів може дорівнювати 8, 9 або 10. Найбільш поширений із трьох ізотопів кисню (99,76%) – це 16 ₈O (8 протонів та 8 нейтронів). Зміст іншого ізотопу, 18 ₈O (8 протонів та 10 нейтронів), становить всього 0,2%.Цей ізотоп використовується як мітка або для ідентифікації деяких молекул, а також для біохімічних і медико-хімічних досліджень (метод вивчення нерадіоактивних слідів). Третій нерадіоактивний ізотоп кисню 17 ₈O (0,04%) містить 9 нейтронів і має масове число 17. Після того, як в 1961 маса ізотопу вуглецю 12 ₆C була прийнята Міжнародною комісією за стандартну атомну масу, середньозважена атомна маса кисню дорівнювала 15,9994. До 1961 року стандартною одиницею атомної маси хіміки вважали атомну масу кисню, прийняту для суміші трьох природних ізотопів кисню, що дорівнює 16,000. Фізики за стандартну одиницю атомної маси приймали масове число ізотопу кисню 16 ₈O, тому за фізичною шкалою середня атомна маса кисню становила 16,0044 (див. також АТОМНА МАСА).

В атомі кисню 8 електронів, при цьому 2 електрони знаходяться на внутрішньому рівні, а 6 електронів – на зовнішньому. Тому в хімічних реакціях кисень може приймати від донорів до двох електронів, добудовуючи свою зовнішню оболонку до 8 електронів і утворюючи зайвий негативний заряд (див. також АТОМА БУДОВА).

Молекулярний кисень.

Як і більшість інших елементів, у атомів яких для добудови зовнішньої оболонки з 8 електронів не вистачає 1–2 електронів, кисень утворює двоатомну молекулу. У цьому процесі виділяється багато енергії (~490 кДж/моль) і відповідно стільки енергії необхідно витратити для зворотного процесу дисоціації молекули на атоми. Міцність зв'язку O–O настільки висока, що за 2300 °С лише 1% молекул кисню дисоціює на атоми. (Примітно, що за утворення молекули азоту N₂ міцність зв'язку N–N ще вище, ~710 кДж/моль.)

Електронна структура.

В електронній структурі молекули кисню не реалізується, як можна було очікувати, розподіл електронів октетом навколо кожного атома, а є неспарені електрони, і кисень виявляє властивості, типові для такої будови (наприклад, взаємодіє з магнітним полем як парамагнетик).

Реакція.

У відповідних умовах молекулярний кисень реагує практично з будь-яким елементом, окрім шляхетних газів. Однак за кімнатних умов лише найактивніші елементи реагують із киснем досить швидко. Ймовірно, більшість реакцій протікає лише після дисоціації кисню на атоми, а дисоціація відбувається лише за дуже високих температур. Однак каталізатори або інші речовини в системі, що реагує, можуть сприяти дисоціації O₂. Відомо, що лужні (Li, Na, K) та лужноземельні (Ca, Sr, Ba) метали реагують з молекулярним киснем з утворенням пероксидів:

Отримання та застосування.

Завдяки наявності вільного кисню в атмосфері найбільш ефективним методом його вилучення є зрідження повітря, з якого видаляють домішки, CO₂, пил і т.д. хімічними та фізичними методами. Циклічний процес включає стиснення, охолодження та розширення, що і призводить до зрідження повітря. При повільному підйомі температури (метод фракційної дистиляції) з рідкого повітря випаровуються спочатку благородні гази (найважче зріджувані), потім азот залишається рідкий кисень. В результаті рідкий кисень містить сліди благородних газів та відносно великий відсоток азоту. Для багатьох сфер застосування ці домішки не заважають. Однак, для отримання кисню особливої ​​чистоти процес дистиляції необхідно повторювати. Кисень зберігають у танках та балонах.Він використовується у великих кількостях як окислювач гасу та інших горючих у ракетах та космічних апаратах. Сталеливарна промисловість споживає газоподібний кисень для продування через розплав чавуну за методом Бессемера для швидкого та ефективного видалення домішок C, S і P. Сталь при кисневому дутті виходить швидше та якісніше, ніж при повітряному. Кисень використовується також для зварювання та різання металів (киснево-ацетиленове полум'я). Застосовують кисень і в медицині, наприклад, для збагачення дихального середовища пацієнтів із утрудненим диханням. Кисень можна отримувати різними хімічними методами, і деякі з них застосовують для отримання невеликої кількості чистого кисню в лабораторній практиці.

Електроліз.

Один із методів отримання кисню – електроліз води, що містить невеликі добавки NaOH або H₂SO₄ як каталізатор: 2H₂O ® 2H₂ + O₂. При цьому утворюються невеликі домішки водню. За допомогою розрядного пристрою сліди водню в газовій суміші знову перетворюють на воду, пари якої видаляють виморожуванням або адсорбцією.

Термічна дисоціація.

Важливий лабораторний метод отримання кисню, запропонований Дж.Прістлі, полягає в термічному розкладанні оксидів важких металів: 2HgO ® 2Hg + O₂. Прістлі для цього фокусували сонячні промені на порошок оксиду ртуті. Відомим лабораторним методом є також термічна дисоціація оксосолей, наприклад хлорату калію в присутності каталізатора - марганцю діоксиду:

Діоксид марганцю, що додається в невеликих кількостях перед прожарюванням, дозволяє підтримувати необхідну температуру та швидкість дисоціації, причому сам MnO₂ у процесі не змінюється.

Використовуються також методи термічного розкладання нітратів:

а також пероксидів деяких активних металів, наприклад:

Останній спосіб у свій час широко використовувався для вилучення кисню з атмосфери і полягав у нагріванні BaO на повітрі до утворення BaO₂ з наступним термічним розкладанням пероксиду. Спосіб термічного розкладання зберігає своє значення для одержання пероксиду водню.

Фізичні характеристики.

Кисень за нормальних умов – безбарвний газ без запаху та смаку. Рідкий кисень має блідо-блакитний колір. Твердий кисень існує принаймні трьох кристалічних модифікаціях. Газоподібний кисень розчинний у воді і, ймовірно, утворює неміцні сполуки типу O₂ Ч H₂O, а можливо, і O₂ Ч 2H₂O.

Хімічні характеристики.

Як уже згадувалося, хімічна активність кисню визначається його здатністю дисоціювати на атоми O, які відрізняються високою реакційною здатністю. Тільки найбільш активні метали та мінерали реагують з O₂ c високою швидкістю за низьких температур.Найбільш активні лужні (IA підгрупи) та деякі лужноземельні (IIA підгрупи) метали утворюють з O₂ пероксиди типу NaO₂ та BaO₂. Інші елементи та сполуки реагують лише з продуктом дисоціації O₂. У відповідних умовах усі елементи, крім благородних газів і металів Pt, Ag, Au, реагують з киснем. Ці метали теж утворюють оксиди, але за особливих умов.

Електронна структура кисню (1s22s22p4) така, що атом O приймає для утворення стійкої зовнішньої електронної оболонки два електрони на зовнішній рівень, утворюючи іон O2-. У оксидах лужних металів утворюється переважно іонний зв'язок. Можна вважати, що електрони цих металів майже повністю відтягнуті до кисню. В оксидах менш активних металів і неметалів перехід електронів неповний, і щільність негативного заряду на кисні менш виражена, тому зв'язок менш іонна або ковалентна.

При окисленні металів киснем відбувається виділення тепла, величина якого корелює із міцністю зв'язку M-O. При окисленні деяких неметалів відбувається поглинання тепла, що свідчить про їх менш міцні зв'язки з киснем. Такі оксиди термічно нестійкі (або менш стабільні, ніж оксиди з іонним зв'язком) та часто відрізняються високою хімічною активністю. У таблиці наведено для порівняння значення ентальпій утворення оксидів найбільш типових металів, перехідних металів та неметалів, елементів A- та B-підгруп (знак мінус означає виділення тепла).

Про властивості оксидів можна зробити кілька загальних висновків:

1. Температури плавлення оксидів лужних металів зменшуються із зростанням атомного радіусу металу; так, t_пл (Cs₂O) t_пл (SO₂).

2. Оксиди хімічно активних металів (IA-IIIA підгруп) більш термічно стабільні, ніж оксиди перехідних металів та неметалів. Оксиди важких металів у вищому ступені окислення при термічній дисоціації утворюють оксиди з нижчими ступенями окислення (наприклад, 2Hg 2+ O ® (Hg + )₂O + 0,5O₂ ® 2Hg 0 + O₂). Такі оксиди у високих ступенях окиснення можуть бути хорошими окисниками.

3. Найбільш активні метали взаємодіють з молекулярним киснем за підвищених температур з утворенням пероксидів:

4. Оксиди активних металів утворюють безбарвні розчини, тоді як оксиди більшості перехідних металів забарвлені та практично нерозчинні. Водні розчини оксидів металів виявляють основні властивості та є гідроксидами, що містять OH-групи, а оксиди неметалів у водних розчинах утворюють кислоти, що містять іон H + .

5. Метали та неметали A-підгруп утворюють оксиди зі ступенем окислення, що відповідає номеру групи, наприклад, Na, Be та B утворюють Na 1 ₂O, Be II O та B₂ III O₃, а неметали IVA-VIIA підгруп C, N, S, Cl утворюють C IV O₂, N V ₂O₅, S VI O₃, Cl VII ₂O₇. Номер групи елемента корелює тільки з максимальним ступенем окиснення, так як можливі оксиди і з нижчими ступенями окиснення елементів. У процесах горіння сполук типовими продуктами є оксиди, наприклад:

Вуглецевмісні речовини та вуглеводні при слабкому нагріванні окислюються (згоряють) до CO₂ та H₂O.Прикладами таких речовин є палива – деревина, нафта, спирти (а також вуглець – кам'яне вугілля, кокс та деревне вугілля). Тепло від процесу горіння утилізується на виробництво пари (а далі електрики або на силові установки), а також на опалення будинків. Типові рівняння для процесів горіння такі:

а) деревина (целюлоза):

б) нафту або газ (бензин C₈H₁₈ або природний газ CH₄):

г) вуглець (кам'яне або деревне вугілля, кокс):

2C + O₂ ® 2CO + теплова енергія

2CO + O₂ ® 2CO₂ + теплова енергія

Горінню схильні також ряд C-, H-, N-, O-з'єднань з високим запасом енергії. Кисень для окислення може використовуватися не тільки з атмосфери (як у попередніх реакціях), але й із самої речовини. Для ініціювання реакції досить невеликого активування реакції, наприклад, удару або струсу. При цих реакціях продуктами горіння також є оксиди, але вони газоподібні і швидко розширюються при високій кінцевій температурі процесу. Тому такі речовини є вибуховими. Прикладами вибухових речовин є тринітрогліцерин (або нітрогліцерин) C₃H₅(NO₃)₃ та тринітротолуол (або ТНТ) C₇H₅(NO₂)₃. також ХІМІЧНА І БІОЛОГІЧНА ЗБРОЯ.

Оксиди металів або неметалів з нижчими ступенями окиснення елемента реагують з киснем з утворенням оксидів високих ступенів окиснення цього елемента:

Оксиди природні, отримані з руд або синтезовані, є сировиною для отримання багатьох важливих металів, наприклад, заліза з Fe₂O₃ (гематит) та Fe₃O₄ (магнетит), алюмінію з Al₂O₃ (Глінозем), магнію з MgO (магнезія). Оксиди легких металів використовуються в хімічній промисловості для одержання лугів або основ. Пероксид калію KO₂ знаходить незвичайне застосування, так як у присутності вологи та в результаті реакції з нею виділяє кисень. Тому KO₂ застосовують у респіраторах для одержання кисню. Волога з видихуваного повітря виділяє в респіраторі кисень, а KOH поглинає CO₂. Одержання оксиду CaO та гідроксиду кальцію Ca(OH)₂ – багатотоннажне виробництво у технології кераміки та цементу.

Вода (оксид водню).

Важливість води H₂O як у лабораторній практиці для хімічних реакцій, і у процесах життєдіяльності вимагає особливого розгляду цієї речовини (див. також ВОДОРОД; ВОДА, ЛІД І ПАР). Як уже згадувалося, при прямій взаємодії кисню та водню в умовах, наприклад, іскрового розряду відбуваються вибух та утворення води, при цьому виділяється 143 кДж/(моль H₂O).

Молекула води має майже тетраедричну будову, кут H-O-H дорівнює 104 ° 30 у . Зв'язки в молекулі частково іонні (30%) та частково ковалентні з високою щільністю негативного заряду у кисню та відповідно позитивних зарядів у водню:

Через високу міцність зв'язків H-O водень важко відщеплюється від кисню і вода виявляє дуже слабкі кислотні властивості. Багато властивостей води визначаються розподілом зарядів. Наприклад, молекула води утворює з іоном металу гідрат:

Одну електронну пару вода віддає акцептору, яким може бути H + :

Молекули води зв'язуються один з одним у великі агрегати (H₂O)_x слабкими водневими зв'язками (енергія зв'язку ~21 кДж)

Вода в такій системі водневих зв'язків піддається дисоціації в дуже слабкому ступені, що досягає концентрації 10 -7 моль/л. Очевидно, розщеплення зв'язку, показане квадратними дужками, призводить до утворення гідроксид-іону OH - і гідроксонію іона H₃O + :

Перекис водню.

Іншим з'єднанням, що складається тільки з водню та кисню, є пероксид водню H₂O₂Назва «пероксид» прийнята для сполук, що містять зв'язок –O–O–.

Пероксид водню одержують за реакцією пероксиду металу з кислотою

або розкладанням пероксодисерної кислоти H₂S₂O₈, яку отримують електролітично:

Концентрований розчин H₂O₂ може бути отриманий спеціальними методами дистиляції. Пероксид водню використовують як окислювач у двигунах ракет.₂O₂ додають до багатьох кислот та оксидів для отримання сполук, аналогічних гідратам У присутності сильного окислювача (наприклад, MnO)₂ або MnO₄ – ) H₂O₂ окислюється, виділяючи кисень та воду.

Оксоаніони та оксокатіони

– кисневмісні частинки, що мають залишковий негативний (оксоаніони) або залишковий позитивний (оксокатіони) заряд. пояснює нестійкість атомів з високою зарядовою щільністю та їх часткову стабілізацію в результаті приєднання частки з позитивним зарядом.

2Na + 2H₂O ® 2Na + + 2OH – + H₂

Більш складні оксоаніони утворюються з кисню з іоном металу або неметалевою часткою, що має великий позитивний заряд, в результаті виходить низькозаряджена частка, що має більшу стабільність, наприклад:

Озон.

Крім атомарного кисню O та двоатомної молекули O₂ існує третя форма кисню - озон O₃містить три кисневі атоми. Усі три форми є алотропними модифікаціями. Озон утворюється при пропущенні тихого електричного розряду через сухий кисень: 3O₂ 2O₃.

У цьому утворюється кілька відсотків озону. Реакція каталізується іонами металів. Озон має гострий різкий запах, який можна виявити поблизу електричних машин, що працюють, або в околиці атмосферного електричного розряду. Газ має блакитний колір і конденсується при -112 ° С в темно-блакитну рідину, а при -193 ° С утворюється темнопурпурова тверда фаза. Рідкий озон слаборозчинний у рідкому кисні, а в 100 г води при 0°С розчиняється 49 см 3 O₃. За хімічними властивостями озон набагато активніший за кисень і за окисними властивостями поступається тільки O, F₂ та OF₂ (Дифториду кисню). При звичайному окисленні утворюються оксид та молекулярний кисень O₂. При дії озону на активні метали у особливих умовах утворюються озоніди складу K+O₃ - . Озон одержують у промисловості для спеціальних цілей, він є гарним дезінфікуючим засобом і використовується для очищення води і як відбілювач, покращує стан атмосфери у закритих системах, дезінфікує предмети та їжу, прискорює дозрівання зерна та фруктів. У хімічній лабораторії часто використовують озонатор для одержання озону, необхідного для деяких методів хімічного аналізу та синтезу. Каучук легко руйнується навіть під впливом малих концентрацій озону. У деяких промислових містах значна концентрація озону в повітрі призводить до швидкого псування гумових виробів, якщо вони не захищені антиоксидантами. Озон дуже токсичний. Постійне вдихання повітря навіть із дуже низькими концентраціями озону викликає головний біль, нудоту та інші неприємні стани.

Розумовський С.Д. Кисень – елементарні форми та властивості. М., 1979
Термодинамічні властивості кисню. М., 1981