Четыре элемента-«халькогена» (т.е. «рождающих медь») возглавляют главную подгруппу VI группы (по новой классификации - 16-ю группу) периодической системы. Кроме серы, теллура и селена к ним также относится кислород. Давайте подробно разберем свойства этого наиболее распространенного на Земле элемента, а также применение и получение кислорода.
Распространенность элемента
В связанном виде кислород входит в химический состав воды - его процентное соотношение составляет порядка 89%, а также в состав клеток всех живых существ - растений и животных.
В воздухе кислород находится в свободном состоянии в виде О2, занимая пятую часть его состава, и в виде озона - О3.
Кислород О2 представляет собой газ, который не обладает цветом, вкусом и запахом. В воде растворяется слабо. Температура кипения - 183 градуса ниже нуля по Цельсию. В жидком виде кислород имеет голубой цвет, а в твердом виде образует синие кристаллы. Температура плавления кислородных кристаллов составляет 218,7 градуса ниже нуля по Цельсию.
Химические свойства
При нагревании этот элемент реагирует со многими простыми веществами, как металлами, так и неметаллами, образуя при этом так называемые оксиды - соединения элементов с кислородом. в которую элементы вступают с кислородом, называется окислением.
Например,
4Na + О2= 2Na2O
2. Через разложение перекиси водорода при нагревании ее в присутствии оксида марганца, выступающего в роли катализатора.
3. Через разложение перманганата калия.
Получение кислорода в промышленности проводится такими способами:
1. Для технических целей кислород получают из воздуха, в котором обычное его содержание составляет порядка 20%, т.е. пятую часть. Для этого воздух сначала сжигают, получая смесь с содержанием жидкого кислорода около 54%, жидкого азота - 44% и жидкого аргона - 2%. Затем эти газы разделяют с помощью процесса перегонки, используя сравнительно небольшой интервал между температурами кипения жидкого кислорода и жидкого азота - минус 183 и минус 198,5 градуса соответственно. Получается, что азот испаряется раньше, чем кислород.
Современная аппаратура обеспечивает получение кислорода любой степени чистоты. Азот, который получается при разделении используется в качестве сырья при синтезе его производных.
2. также дает кислород очень чистой степени. Этот способ получил распространение в странах с богатыми ресурсами и дешевой электроэнергией.
Применение кислорода
Кислород является основным по значению элементом в жизнедеятельности всей нашей планеты. Этот газ, который содержится в атмосфере, расходуется в процессе животными и людьми.
Получение кислорода очень важно для таких сфер деятельности человека, как медицина, сварка и резка металлов, взрывные работы, авиация (для дыхания людей и для работы двигателей), металлургия.
В процессе хозяйственной деятельности человека кислород расходуется в больших количествах - например, при сжигании различных видов топлива: природного газа, метана, угля, древесины. Во всех этих процессах образуется При этом природа предусмотрела процесс естественного связывания данного соединения с помощью фотосинтеза, который проходит в зеленых растениях под действием солнечного света. В результате этого процесса образуется глюкоза, которую растение потом расходует для строительства своих тканей.
Лекция «Кислород – химический элемент и простое вещество »
План лекции:
1. Кислород – химический элемент:
в) Распространённость химического элемента в природе
2. Кислород – простое вещество
а) Получение кислорода
б) Химические свойства кислорода
в) Круговорот кислорода в природе
г) Применение кислорода
«Dum spiro spero
» (Пока дышу, надеюсь...), - гласит
латынь
Дыхание – это синоним жизни, а источник жизни на Земле – кислород.
Подчёркивая важность кислорода для земных процессов, Яков Берцелиус сказал: « Кислород – это вещество, вокруг которого вращается земная химия»Материал данной лекции обобщает ранее полученные знания по теме «Кислород».
1. Кислород – химический элемент
а) Характеристика химического элемента – кислорода по его положению в ПСХЭ
Кислород - элемент главной подгруппы шестой группы, второго периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным порядковым номером 8. Обозначается символом O (лат. Oxygenium ). Относительная атомная масса химического элемента кислорода равна 16, т.е. Ar (O )=16.
б) Валентные возможности атома кислорода
В соединениях кислород обычно двухвалентен (в оксидах), валентность VI не существует.В свободном виде встречается в виде двух простых веществ: О 2 («обычный» кислород) и О 3 (озон). О 2 - газ без цвета и запаха, с относительной молекулярной массой =32. О 3 – газ без цвета с резким запахом, с относительной молекулярной массой =48.
Внимание! H 2 O 2 (перекись водорода) – O (валентность II)
СО (угарный газ) – О (валентность III)
в) Распространённость химического элемента кислорода в природе
Кислород - самый распространенный на Земле элемент, на его долю (в составе различных соединений, главным образом силикатов), приходится около 49% массы твердой земной коры. Морские и пресные воды содержат огромное количество связанного кислорода - 85,5% (по массе), в атмосфере содержание свободного кислорода составляет 21% по объёму и 23% по массе. Более 1500 соединений земной коры в своем составе содержат кислород.
Кислород входит в состав многих органических веществ и присутствует во всех живых клетках. По числу атомов в живых клетках он составляет около 20 %, по массовой доле - около 65 %.
2. Кислород – простое вещество
а) Получение кислорода
Получение в лаборатории
1) Разложение перманганата калия (марганцовка):
2KMnO 4 t˚C =K 2 MnO 4 +MnO 2 +O 2
2) Разложение перекиси водорода:
2H 2 O 2 MnO2 =2H 2 O + O 2
3) Разложение бертолетовой соли:
2KClO 3 t˚C , MnO2 =2KCl + 3O 2
Получение в промышленности
1) Электролиз воды
2 H 2 O эл . ток =2 H 2 + O 2
2) Из воздуха
ВОЗДУХ давление, -183˚ C = O 2 (голубая жидкость)
В настоящее время в промышленности кислород получают из воздуха. В лабораториях небольшие количества кислорода можно получать нагреванием перманганата калия (марганцовка) KMnO 4 . Кислород мало растворим в воде и тяжелее воздуха, поэтому его можно получать двумя способами:
Пожалуй, среди всех известных химических элементов, именно кислород занимает ведущее значение, ведь без него попросту было бы невозможным возникновение жизни на нашей планете. Кислород – самый распространенный химический элемент на Земле, на его долю приходится 49% от общей массы земной коры. Также он входит в состав земной атмосферы, состав воды и состав более 1400 различных минералов, таких как базальт, мрамор, силикат, кремнезем и т. д. Примерно 50-80% общей массы тканей, как животных, так и растений состоит из кислорода. И, разумеется, общеизвестна его роль для дыхания всего живого.
История открытия кислорода
Люди далеко не сразу постигли природу кислорода, хотя первые догадки о том, что в основе воздуха лежит некий химический элемент, появились еще в VIII веке. Однако в то далекое время не было ни подходящих технических инструментов для его изучения, ни возможности доказать существования кислорода, как газа, отвечающего в том числе за процессы горения.
Открытие кислорода состоялось лишь спустя тысячелетие, в ХVIII веке, благодаря совместной работе нескольких ученых.
- В 1771 шведский химик Карл Шееле опытным путем исследовал состав воздуха, и определил, что воздух состоит из двух основных газов: одним из этих газов был азот, а вторым, собственно кислород, правда на то время само название «кислород» еще не появилось в науке.
- В 1775 году французский ученый А. Лувазье дал название открытому Шееле газу – кислород, он же оксиген в латыни, само слово «оксиген» означает «рождающий кислоты».
- За год до официальных «именин кислорода», в 1774 году английский химик Пристли путем разложение ртутного оксида впервые получает чистый кислород. Его опыты подкрепляют открытие Шееле. К слову сам Шееле также пытался получить кислород в чистом виде путем нагревания селитры, но у него не получилось.
- Более чем через столетия в 1898 году английский физик Джозеф Томпсон впервые заставил общественность задуматься, о том, что запасы кислорода могут закончиться вследствие интенсивных выбросов углекислого газа в атмосферу.
- В этом же году русский биолог Климент Тимирязев, исследователь , открывает свойство растений выделять кислород.
Хотя растения и выделяют кислород в атмосферу, но проблема поставленная Томпсоном о возможной нехватки кислорода в будущем, остается актуальной и в наше время, особенно в связи с интенсивной вырубкой лесов (поставщиков кислорода), загрязнением окружающей среды, сжиганием отходов и прочая. Больше об этом мы писали в прошлой об экологических проблемах современности.
Значение кислорода в природе
Именно наличие кислорода, в сочетании с водой привело к тому, что на нашей планете стало возможным возникновение жизни. Как мы заметили выше, основными поставщиками этого уникального газа являются различные растения, в том числе наибольшее количество выделяемого кислорода приходится на подводные водоросли. Выделяют кислород и некоторые виды бактерий. Кислород в верхних слоях атмосферы образует озоновый шар, который защищает всех жителей Земли от вредного ультрафиолетового солнечного излучения.
Строение молекулы кислорода
Молекула кислорода состоит из двух атомов, химическая формула имеет вид О 2 . Как образуется молекула кислорода? Механизм ее образования неполярный, другими словами за счет обобществления электроном каждого атома. Связь между молекулами кислорода также ковалентная и неполярная, при этом она двойная, ведь у каждого из атомов кислорода есть по два неспаренных электрона на внешнем уровне.
Так выглядит молекула кислорода, благодаря своим характеристикам она весьма устойчива. Для многих с ее участием нужны специальные условия: нагревание, повышенное , применение катализаторов.
Физические свойства кислорода
- Прежде всего, кислород является газом, из которого состоит 21% воздуха.
- Кислород не имеет ни цвета, ни вкуса, ни запаха.
- Может растворяться в органических веществах, поглощаться углем и порошками .
- Температура кипения кислорода составляет -183 С.
- Плотность кислорода равна 0,0014 г/см 3
Химические свойства кислорода
Главным химическим свойством кислорода является, конечно же, его поддержка горения. То есть в вакууме, где нет кислорода, огонь не возможен. Если же в чистый кислород опустить тлеющую лучину, то она загорится с новой силой. Горение разных веществ это окислительно-восстановительный химический процесс, в котором роль окислителя принадлежит кислороду. Окислители же это вещества, «отбирающие» электроны у веществ восстановителей. Отличные окислительные свойства кислорода обусловлены его внешней электронной оболочкой.
Валентная оболочка у кислорода расположена близко к ядру и как следствие ядро притягивает к себе электроны. Также кислород занимает второе место после фтора по шкале электроотрицательности Полинга, по этой причине вступая в химические реакции со всеми другими элементами (за исключением фтора) кислорода выступает отрицательным окислителем. И лишь вступая в реакции со фтором кислород имеет положительное окислительное воздействие.
А так как кислород второй окислитель по силе среди всех химических элементов таблицы Менделеева, то это определяет и его химические свойства.
Получение кислорода
Для получения кислорода в лабораторных условиях применяют метод термической обработки либо пероксидов либо солей кислосодержащих кислот. Под действием высокой температуры они разлагаются с выделением чистого кислорода. Также кислород можно получить с помощью перекиси , даже 3% раствор перекиси под действие катализатор мгновенно разлагается, выделяя кислород.
2KC l O 3 = 2KC l + 3O 2 – вот так выглядит химическая реакция получения кислорода.
Также в промышленности в качестве еще одного способа получения кислорода применяют электролиз воды, во время которого молекулы воды раскладываются, и опять таки выделяется чистый кислород.
Использование кислорода в промышленности
В промышленности кислород активно применяется в таких сферах как:
- Металлургия (при сварке и вырезке металлов).
- Медицина.
- Сельское хозяйство.
- Как ракетное топливо.
- Для очищения и обеззараживания воды.
- Синтеза некоторых химических соединений, включая взрывчатые вещества.
Кислород, видео
И в завершение образовательное видео про кислород.
При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту [email protected] или в Фейсбук, с уважением автор.
Эта статья доступна на английском языке – .
1. Понятие круговорота
Между литосферой, гидросферой, атмосферой и живыми организмами Земли постоянно происходит обмен химическими элементами. Этот процесс имеет циклический характер: переместившись из одной сферы в другую, элементы вновь возвращаются в первоначальное состояние. Круговорот элементов имел место в течение всей истории Земли, насчитывающей 4,5 млрд. лет.
Круговорот веществ — многократно повторяющийся процесс совместного, взаимосвязанного превращения и перемещения веществ в природе, имеющий более или менее цикличный характер. Общий круговорот веществ характерен для всех геосфер и складывается из отдельных процессов круговорота химических элементов, воды, газов и других веществ. Процессы круговорота не полностью обратимы из-за рассеивания веществ, изменения его состава, местной концентрации и деконцентрации.
Для обоснования и пояснения самого понятия круговорота полезно обратиться к четырем важнейшим положениям геохимии, которые имеют первостепенное прикладное значение и подтверждены бесспорными опытными данными:
а) повсеместное распространение химических элементов во всех геосферах;
б) непрерывная миграция (перемещение) элементов во времени и в пространстве;
в) многообразие видов и форм существования элементов в природе;
г) преобладание рассеянного состояния элементов над концентрированным, особенно для рудообразующих элементов.
Более всего, на мой взгляд, стоит остановить свое внимание на процессе перемещения химических элементов.
Миграция химических элементов находит отражение в гигантских тектоно-магамтических процессах, преобразующих земную кору, и в тончайших химических реакциях, протекающих в живом веществе, в непрерывном поступательном развитии окружающего мира, характеризуя движение как форму существования материи. Миграция химических элементов определяется многочисленными внешними факторами, в частности, энергией солнечного излучения, внутренней энергией Земли, действием силы тяжести и внутренними факторами, зависящими от свойств самих элементов.
Круговороты могут происходить на ограниченном пространстве и на протяжении небольших отрезков времени, а может охватывать всю наружную часть планеты и огромные периоды. При этом малые круговороты входят в более крупные, которые в своей совокупности складываются в колоссальные биогеохимические круговороты. Они тесно связаны с окружающей средой.
Гигантские массы химических веществ переносятся водами Мирового океана. В первую очередь это относится к растворенным газам — диоксиду углерода, кислороду, азоту. Холодная вода высоких широт растворяет газы атмосферы. Поступая с океаническими течениями в тропический пояс, она их выделяет, так как растворимость газов при нагревании уменьшается. Поглощение и выделение газов происходит также при смене теплых и холодных сезонов года.
Огромное влияние на природные циклы некоторых элементов оказало появление жизни на планете. Это, в первую очередь, относится к круговороту главных элементов органического вещества — углерода, водорода и кислорода, а также таких жизненно важных элементов как азот, сера и фосфор. Живые организмы оказывают влияние и на круговорот многих металлических элементов. Несмотря на то, что суммарная масса живых организмов Земли меньше массы земной коры в миллионы раз, растения и животные играют важнейшую роль в перемещении химических элементов. Существует закон глобального замыкания биогеохимического круговорота в биосфере, действующий на всех этапах её развития, как и правило увеличения замкнутости биогеохимического круговорота в ходе сукцессии (сукцессия (от лат. succesio – преемственность) — последовательная смена экосистем, преемственно возникающих на определенном участке земной поверхности. Обычно сукцессия происходит под влиянием процессов внутреннего развития сообществ, их взаимодействия с окружающей средой. Длительность сукцессии составляет от десятков до миллионов лет). В процессе эволюции биосферы увеличивается роль биологического компонента в замыкании биогеохимического круговорота.
Деятельность человека также оказывает влияние на круговорот элементов. Особенно заметным оно стало в последнее столетие. При рассмотрении химических аспектов глобальных изменений в круговоротах химических элементов следует учитывать не только изменения в природных круговоротах за счет добавления или удаления присутствующих в них химических веществ в результате обычных циклических и/или вызванных человеком воздействий, но и поступление в окружающую среду химических веществ, ранее не существовавших в природе.
Круговороты элементов и веществ осуществляются за счёт саморегулирующих процессов, в которых участвуют все составные части экосистем. Эти процессы являются безотходными. В природе нет ничего бесполезного или вредного, даже от вулканических извержений есть польза, так как с вулканическими газами в воздух поступают нужные элементы, например, азот, сера.
Различают два основных круговорота: большой (геологический) и малый (биотический).
Большой круговорот, продолжающийся миллионы лет, заключается в том, что горные породы подвергаются разрушению, а продукты выветривания (в том числе растворимые в воде питательные вещества) сносятся потоками воды в Мировой океан, где они образуют морские напластования и лишь частично возвращаются на сушу с осадками. Геотектонические изменения, процессы опускания материков и поднятия морского дна, перемещения морей и океанов в течение длительного времени приводят к тому, что эти напластования возвращаются на сушу и процесс начинается вновь.
Малый круговорот, являясь частью большого, происходит на уровне экосистемы и состоит в том, что питательные вещества, вода и углерод аккумулируются в веществе растений, расходуются на построение тела и на жизненные процессы как самих растений, так и других организмов (как правило, животных), которые поедают их. Продукты распада органического вещества под действием деструкторов и микроорганизмов (бактерии, грибы, черви) вновь разлагаются до минеральных компонентов, доступных растениям и вовлекаемых ими в потоки вещества.
Таким образом, круговорот химических веществ из неорганической среды через растительные и животные организмы обратно в неорганическую среду с использованием солнечной энергии и энергии химических реакций называется биогеохимическим циклом. В такие циклы вовлечены практически все химические элементы и прежде всего те, которые участвуют в построении живой клетки.
2. Круговорот кислорода в природе
2.1 Общие сведения о кислороде-элементе
История открытия. Официально считается, что кислород был открыт английским химиком Джозефом Пристли 1 августа 1774 путём разложения оксида ртути в герметично закрытом сосуде (Пристли направлял на это соединение солнечные лучи с помощью мощной линзы):
2HgO (t)→ 2Hg + O2
Однако, Пристли первоначально не понял, что открыл новое простое вещество. Он считал, что выделил одну из составных частей воздуха (и назвал этот газ «дефлогистированным воздухом»). О своём открытии Пристли сообщил выдающемуся французскому химику Антуану Лавуазье.
Несколькими годами ранее (возможно, в 1770-м) кислород получил шведский химик Карл Шееле. Он прокаливал селитру с серной кислотой и затем разлагал получившийся оксид азота. Шееле назвал этот газ «огненным воздухом» и описал своё открытие в изданной в 1777 году книге (именно потому, что книга опубликована позже, чем сообщил о своём открытии Пристли, последний и считается первооткрывателем кислорода). Шееле также сообщил о своём опыте Лавуазье.
Важным этапом, который способствовал открытию кислорода, были работы французского химика Петра Байена, который опубликовал работы по окислению ртути и последующему разложению её оксида.
Наконец, окончательно разобрался в природе полученного газа Антуан Лавуазье, воспользовавшийся информацией от Пристли и Шееле. Его работа имела громадное значение, потому что благодаря ей была ниспровергнута господствовавшая в то время и тормозившая развитие химии флогистонная теория (флогисто́н (от греч. phlogistos — горючий, воспламеняемый) — гипотетическая «огненная субстанция», якобы наполняющая все горючие вещества и высвобождающаяся из них при горении). Лавуазье провел опыт по сжиганию различных веществ и опроверг теорию флогистона, опубликовав результаты по весу сожженных элементов. Вес золы превышал первоначальный вес элемента, что дало Лавуазье право утверждать, что при горении происходит химическая реакция (окисление) вещества, в связи с этим масса исходного вещества увеличивается, что опровергает теории флогистона.
Таким образом, заслугу открытия кислорода фактически делят между собой Пристли, Шееле и Лавуазье.
Происхождение названия. Название oxygenium («кислород») происходит от греческих слов, обозначающих «рождающий кислоту»; это связано с первоначальным значением термина «кислота». Ранее этим термином называли оксиды.
Нахождение в природе. Кислород — самый распространенный на Земле элемент, на его долю (в составе различных соединений, главным образом силикатов), приходится около 47,4 % массы твердой земной коры. Морские и пресные воды содержат огромное количество связанного кислорода — 88,8 % (по массе), в атмосфере содержание свободного кислорода составляет 20,95 % (по объему). Элемент кислород входит в состав более 1500 соединений земной коры.
Физические свойства. При нормальных условиях плотность газа кислорода 1,42897 г/л. Температура кипения жидкого кислорода (жидкость имеет голубой цвет) -182,9 °C. В твердом состоянии кислород существует по крайней мере в трех кристаллических модификациях. При 20°C растворимость газа О2: 3,1 мл на 100 мл воды, 22 мл на 100 мл этанола, 23,1 мл на 100 мл ацетона. Существуют органические фторсодержащие жидкости (например, перфторбутилтетрагидрофуран), в которых растворимость кислорода значительно более высокая.
Химические свойства элемента определяются его электронной конфигурацией: 2s22p4. Высокая прочность химической связи между атомами в молекуле О2 приводит к тому, что при комнатной температуре газообразный кислород химически довольно малоактивен. В природе он медленно вступает в превращения при процессах гниения. Кроме того, кислород при комнатной температуре способен реагировать с гемоглобином крови (точнее с железом (II) гема (гем — производное порфирина, содержащего в центре молекулы атом двухвалентного железа), что обеспечивает перенос кислорода от органов дыхания к другим органам.
Со многими веществами кислород вступает во взаимодействие без нагревания, например, с щелочными и щёлочноземельными, вызывает образование ржавчины на поверхности стальных изделий. Без нагревания кислород реагирует с белым фосфором, с некоторыми альдегидами и другими органическими веществами.
При нагревании, даже небольшом, химическая активность кислорода резко возрастает. При поджигании он реагирует со взрывом с водородом, метаном, другими горючими газами, с большим числом простых и сложных веществ. Известно, что при нагревании в атмосфере кислорода или на воздухе многие простые и сложные вещества сгорают, причем образуются различные оксиды, пероксиды и супероксиды, такие как SO2, Fe2 O3, Н2 О2, ВаО2, КО2.
Если смесь кислорода и водорода хранить в стеклянном сосуде при комнатной температуре, то экзотермическая реакция образования воды
2Н2 + О2 = 2Н2 О + 571 кДж
протекает крайне медленно; по расчету, первые капельки воды должны появиться в сосуде примерно через миллион лет. Но при внесении в сосуд со смесью этих газов платины или палладия (играющих роль катализатора), а также при поджигании реакция протекает со взрывом.
С азотом N2 кислород реагирует или при высокой температуре (около 1500-2000 °C), или при пропускании через смесь азота и кислорода электрического разряда. При этих условиях обратимо образуется оксид азота (II):
Возникший NO затем реагирует с кислородом с образованием бурого газа (диоксида азота):
2NO + О2 = 2NO2
Из неметаллов кислород напрямую ни при каких условиях не взаимодействует с галогенами, из металлов — с серебром, золотом, платиной и металлами платиновой группы.
С самым активным неметаллом фтором кислород образует соединения в положительных степенях окисления. Так, в соединении O2 F2 степень окисления кислорода +1, а в соединении O2 F — +2. Эти соединения принадлежат не к оксидам, а к фторидам. Фториды кислорода можно синтезировать только косвенным путем, например, действуя фтором F2 на разбавленные водные растворы КОН.
Применение. Применение кислорода очень разнообразно. Основные количества получаемого из воздуха кислорода используются в металлургии. Кислородное (а не воздушное) дутьё в домнах позволяет существенно повышать скорость доменного процесса, экономить кокс и получать чугун лучшего качества. Кислородное дутьё применяют в кислородных конвертерах при переделе чугуна в сталь. Чистый кислород или воздух, обогащённый кислородом, используется при получении и многих других металлов (меди, никеля, свинца и др.). Кислород используют при резке и сварке металлов. При этом применяют сжатый газообразный кислород, хранимый под давлением 15 МПа в специальных стальных баллонах. Баллоны с кислородом окрашены в голубой цвет для отличия от баллонов с другими газами.
Жидкий кислород - мощный окислитель, его используют как компонент ракетного топлива. Смесь жидкого кислорода и жидкого озона один из самых мощных окислителей ракетного топлива. Пропитанные жидким кислородом такие легко окисляющиеся материалы, как древесные опилки, вата, угольный порошок и др. (эти смеси называют оксиликвитами), используют как взрывчатые вещества, применяемые, например, при прокладке дорог в горах.
круговорот кислород химический элемент
2.2 Круговорот кислорода
Кислород является наиболее распространенным элементом на Земле. В морской воде содержится 88,8% кислорода, в атмосферном воздухе 23,15% по весу или 20,95% по объему, а в земной коре 47,4% по весу.
Указанная концентрация кислорода в атмосфере поддерживается постоянной благодаря процессу фотосинтеза (рис. 1). В этом процессе зеленые растения под действием солнечного света превращают диоксид углерода и воду в углеводы и кислород:
6CO2 + 6H2 O + энергия света = C6 H12 O6 + 6O2
Выше приведено суммарное уравнение фотосинтеза; на самом же деле, кислород выделяется в атмосферу на первой его стадии – в процессе фотолиза воды.
Наряду с этим, мощным источником кислорода является, по-видимому, фотохимическое разложение водяного пара в верхних слоях атмосферы под влиянием ультрафиолетовых лучей солнца.
Рис.1. Условная схема фотосинтеза.
Кислород — основной биогенный элемент, входящий в состав молекул всех важнейших веществ, обеспечивающих структуру и функции клеток — белков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов, а также множества низкомолекулярных соединений. В каждом растении или животном кислорода гораздо больше, чем любого другого элемента (в среднем около 70%). Мышечная ткань человека содержит 16% кислорода, костная ткань — 28,5%; всего в организме среднего человека (масса тела 70 кг) содержится 43 кг кислорода. В организм животных и человека кислород поступает в основном через органы дыхания (свободный кислород) и с водой (связанный кислород). Потребность организма в кислороде определяется уровнем (интенсивностью) обмена веществ, который зависит от массы и поверхности тела, возраста, пола, характера питания, внешних условий и др. В экологии как важную энергетическую характеристику определяют отношение суммарного дыхания (то есть суммарных окислительных процессов) сообщества организмов к его суммарной биомассе.
В жизни природы кислород имеет исключительное значение. Кислород и его соединения незаменимы для поддержания жизни. Они играют важнейшую роль в процессах обмена веществ и дыхании. Большинство организмов получают энергию, необходимую для выполнения их жизненных функций, за счет окисления тех или иных веществ с помощью кислорода. Убыль кислорода в атмосфере в результате процессов дыхания, гниения и горения возмещается кислородом, выделяющимся при фотосинтезе.
Незначительное количество атмосферного кислорода участвует в цикле образования и разрушения озона при сильном ультрафиолетовом излучении:
O2 * + O2 → O3 + O
Большая часть кислорода, вырабатываемого в течение геологических эпох, не оставалась в атмосфере, а фиксировалась литосферой в виде карбонатов, сульфатов, оксидов железа и др.
Геохимический круговорот кислорода связывает газовую и жидкую оболочки с земной корой. Его основные моменты: выделение свободного кислорода при фотосинтезе, окисление химических элементов, поступление предельно окисленных соединений в глубокие зоны земной коры и их частичное восстановление, в том числе за счет соединений углерода, вынос оксида углерода и воды на поверхность земной коры и вовлечение их в реакцию фотосинтеза. Схема круговорота кислорода в несвязанном виде представлена ниже.
Рис.2. Схема круговорота кислорода в природе.
Кроме описанного выше круговорота кислорода в несвязанном виде, этот элемент совершает еще и важнейший круговорот, входя в состав воды (рис. 3). В процессе круговорота вода испаряется с поверхности океана, водяные пары перемещаются вместе с воздушными течениями, конденсируются, и вода возвращается в виде атмосферных осадков на поверхность суши и моря. Различают большой круговорот воды, при котором вода, выпавшая в виде осадков на сушу, возвращается в моря путем поверхностного и подземного стоков; и малый круговорот воды, при котором осадки выпадают на поверхность океана.
Из приведенных примеров круговоротов и миграции элемента видно, что глобальная система циклической миграции химических элементов обладает высокой способностью к саморегуляции, при этом огромную роль в круговороте химических элементов играет биосфера.
Кислород является самым распространенным элементом земной коры. В атмосфере его находится около 23% (масс.), в составе воды – около 89%, в человеческом организме – около 65%, в песке содержится 53% кислорода, в глине – 56% и т.д. Если подсчитать его количество в воздухе (атмосфере), воде (гидросфере) и доступной непосредственному химическому исследованию части твердой земной коры (литосфере), то окажется, что на долю кислорода приходится примерно 50% их общей массы.
Круговорот кислорода в природе. Применение кислорода, его биологическая роль
Свободный кислород содержится почти исключительно в атмосфере, причем количество его оценивается в т. При всей громадности этой величины она не превышает 0,0001 общего содержания кислорода в земной коре.
В связанном состоянии кислород входит в состав почти всех окружающих нас веществ.
Так, например, вода, песок, многие горные породы и минералы, встречающиеся в земной коре, содержат кислород. Кислород является составной частью многих органических соединений, например белков, жиров и углеводов, имеющих исключительно большое значение в жизни растений, животных и человека.
Круговорот кислорода в природе – это процесс обмена кислородом, который происходит между атмосферой, гидросферой и литосферой. Основным источником возобновления кислорода на Земле служит фотосинтез – процесс, происходящий в растениях за счет поглощения ими углекислого газа.
Растворенный в воде кислород поглощается водными формами жизни посредством дыхания.
Круговорот кислорода – планетарный процесс, связывающий атмосферу, гидро- и литосферу через совокупную деятельность живых организмов.
Основные этапы круговорота˸
1) производство кислорода при фотосинтезе фотоавтотрофами суши и океана;
2) производство кислорода при диссоциации Н2О и О3 в верхних слоях атмосферы под действием ионизирующего и ультрофиолетового излучения (незначительное количество);
3) потребление О2 при дыхании живых организмов;
4) потребление кислорода при почвенном дыхании (окислении органики почвенными микроорганизмами);
5) потребление О2 при горении и других формах окисления (извержение вулканов);
6) потребление кислорода на производство О3 в стратосфере;
7) участие в океанических преобразованиях гидрокарбонатов в составе СО2 и Н2О˸
Весь О2 полностью проходит через живые организмы за 2 000 лет.
Ежегодное производство кислорода фотосинтетиками Земли примерно 240 млрд. т. В океане кислорода в растворенном виде так же, как и СО2 гораздо больше, чем в атмосфере (от 2 до 8 г/л). Часть органического вещества захороняется, поэтому часть кислорода выводится из цикла.
Биосферных проблем, связанных с циркуляцией кислорода в атмосфере, несколько˸
1) при сжигании ископаемого топлива тратится огромное количество кислорода.
Совокупное годовое потребление на Земле кислорода 230 млрд. т, из низ на дыхание растений и животных идет 2,6 млрд. т, почвенное окисление – 50 млрд. т, остальное – процессы горения. С учетом быстрого сведения лесов на планете и возрастающими темпами индустриализации закономерно˸ в будущем дальнейшее возрастание потребления и снижение производство О2.
2) в результате человеческой деятельности в атмосферу попадают сотни веществ, многие из которых являются парниковыми газами и разрушителями озонового слоя стратосферы, Например, озоновый слой разрушается при попадании в атмосферу хлора и азота.
В стратосфере под действием жесткого ионизирующего излучения (менее 242 нм) молекулы О2 распадаются на атомы, которые соединяются с молекулами О2 и образуют озон (О3).
В результате, образуется слой, непроницаемый для ультрафиолета А (< 280 нм), В (280 < <315 нм) и задерживающий большую часть ультрафиолета С (315 < 400 нм).
При поглощении озоном квантов УФ-излучения выделяется тепловая энергия, за счёт которой и разогревается стратосфера.
Толщина озонового слоя измеряется в единицах Добсона (100 Д.е = 0,1 см при нормальном атмосферном давлении).
У полюсов озона больше (301,6 Д.е.), чем у экватора, зато толщина тропосферы больше у экватора. Концентрация озона и продолжительность ᴇᴦο жизни различна на разных высотах, меняется от времени суток, сезона. На каждой высоте имеются свои источники озона и свои стоки, обмен озоновыми массами идет также между различными широтами. В целом оценка содержания циркуляции озона в атмосфере – очень трудоемкий процесс с примерными фактическими результатами.
Читайте также
В отличие от углерода, резервуары доступного для биоты кислорода по сравнению с егопотоками огромны.
Поэтому отпадает проблема глобального дефицита О2 и замкнутости его круговорота. Биотический круговорот кислорода составляет 270 Гт/год. Кислород на Земле - первый по… [читать подробнее].
26). Кроме того,…
Опишите ПОДРОБНО круговорот кислорода в природе.
Не всегда входил в состав земной атмосферы. Он появился в результате жизнедеятельности фотосинтезирующих организмов и под действием ультрафиолетовых лучей превращался в озон.
По мере накопления озона произошло образование озонового слоя в верхних слоях атмосферы. … [читать подробнее].
Кислород атмосферы имеет биогенное происхождение и его циркуляция кислорода в биосфере осуществляется путем пополнения запасов в атмосфере в результате фотосинтеза растений и поглощения при дыхании организмов и сжигании топлива в хозяйстве человека (рис.
Кислород, самый распространенный элемент, без которого не-возможна жизнь на Земле. Он составляет 47,2% от массы земной ко-ры в виде оксидов металлов и неметаллов.
Круговорот кислорода: Кислород играет важнейшую роль в жизни большинства живых организмов на нашей планете. Он необходим всем для дыхания. Кислород не всегда входил в состав земной атмосферы. Он появился в результате жизнедеятельности фотосинтезирующих организмов.
Примерно четвертая часть атомов всей живой материи приходится на долю кислорода. Поскольку общее количество атомов кислорода в природе неизменно, с удалением кислорода из воздуха вследствие дыхания и других процессов должно происходить его пополнения. Важнейшими источниками кислорода в неживой природе является углекислый газ и вода. Кислород попадает в атмосферу главным образом в результате процесса фотосинтеза, в котором участвует CО2.
Важным источником кислорода является атмосфера Земли.
Часть кислорода образуется в верхних частях атмосферы вследствие диссоциации воды под действием солнечного излучения. Часть кислорода выделяется зелеными растениями в процессе фотосинтеза с H2O и CO2.
В свою очередь атмосферное CО2 образуется в результате реакций горения и дыхания животных. Атмосферное О2 расходуется на образование озона в верхних частях атмосферы, окислительные процессы выветривания горных пород, в процессе дыхания животных и в реакциях горения.
Преобразование V2 в CО2 приводит к выделению энергии, соответственно, на превращение CО2 в О2 энергия должна расходоваться.
Особенности кругооборота воды и некоторых веществ в биосфере
Эта энергия оказывается Солнцем. Таким образом, жизнь на Земле зависит от циклических химических процессов, возможных благодаря попаданию солнечной энергии.
Применение кислорода обусловлено его химическими свойствами. Кислород широко используется как окислитель. Его применяют для сварки и резки металлов, в химической промышленности - для получения различных соединений и интенсификации некоторых производственных процессов.
В космической технике кислород применяется для сжигания водорода и других видов топлива, в авиации - при полетах на больших высотах, в хирургии - для поддержания больных с затрудненным дыханием.
Биологическая роль кислорода обусловлено его способностью поддерживать дыхание.
Человек при дыхании в течение одной минуты в среднем потребляет 0,5 дм3 кислорода, в течение суток - 720 дм3, а в течение года - 262,8 м3 кислорода.
Круговорот кислорода в природе
Задания «С» ЕГЭ_ 2007 г. – С 4
В чем выражается приспособленность цветковых растений к совместному проживанию в лесном сообществе? Укажите не менее 3-х примеров.
1) ярусное расположение, обеспечивающее использование растениями света;
2) неодновременное цветение ветроопыляемых и насекомоопыляемых растений;
Назовите не менее 3-х отличий в строении клеток прокариот и эукариот.
1) ядерное вещество не отделено от цитоплазмы оболочкой;
2) одна кольцевая молекула ДНК – нуклеоид;
3) отсутствует большинство органоидов, кроме рибосом.
К каким изменениям в экосистеме луга может привести сокращение численности насекомых-опылителей?
1) сокращению численности насекомоопыляемых растений, изменению видового состава растений;
2) сокращению численности и изменению видового состава растительноядных животных;
3) сокращению численности насекомоядных животных.
К каким последствиям могут привести различные виды антропогенного воздействия на окружающую среду?
Приведите не менее 4-х последствий.
1) сжигание топлива приводит к накоплению в атмосфере СО 2 и парниковому эффекту;
2) работа промышленных предприятий способствует загрязнению окружающей среды твердыми отходами (пылевые частицы), газообразными продуктами (оксидами азота и др.), что вызывает кислотные дожди;
3) использование фреонов приводит к образованию озоновых дыр и проникновению ультрафиолетовых лучей, губительно влияющих на всё живое;
4) вырубка лесов, осушение болот, распашка целинных земель приводят к опустыниванию.
В последние годы благодаря достижениям биотехнологии появился новый источник пищи – белок, получаемый из микроорганизмов.
Какие преимущества имеет использование микроорганизмов для производства белка по сравнению с традиционным использованием для этой цели сельскохозяйственных растений и животных?
1) не требуется больших площадей для посевов и помещений для скота, что снижает энергозатраты;
2) микроорганизмы выращивают на дешевых или побочных продуктах сельского хозяйства или промышленности;
3) с помощью микроорганизмов можно получить белки с заданными свойствами (например, кормовые белки).
Современные кистеперые рыбы находятся в состоянии биологического регресса.
Приведите данные, подтверждающие это явление.
1) невысокая численность вида: в настоящее время известен только один вид этих рыб – латимерия;
2) небольшая площадь ареала: латимерия имеет ограниченное распространение в участке Индийского океана;
3) латимерия приспособлена к жизни только на определённой глубине, т.е.
она – узко специализированный вид.
Приведите не менее 3-х изменений в экосистеме смешанного леса, к которым может привести сокращение численности насекомоядных птиц.
1) увеличение численности насекомых;
2) сокращение численности растений, поедаемых и повреждаемых насекомыми;
3) сокращение численности хищных животных, питающихся насекомоядными птицами.
Биологический прогресс млекопитающих сопровождался появлением множества частных приспособлений – идиоадаптаций.
Приведите не менее 3-х идиоадаптаций во внешнем строении, которые позволяют кротам успешно вести подземно-роющий образ жизни. Ответ поясните.
1) приспособленные для рытья лопатообразные передние конечности; 2) отсутствие ушных раковин;
3) короткий шерстный покров не препятствует передвижению в почве.
Объясните, какие особенности передних конечностей приматов способствовали развитию руки для орудийной деятельности при антропогенезе.
1) передняя конечность хватательного типа, противопоставление большого пальца;
2) наличие ногтей: кончики пальцев открыты и имеют большую осязательную чувствительность;
3) наличие ключицы, обеспечивающей разнообразие движений передней конечности.
Какие ароморфозы позволили млекопитающим широко распространиться на Земле?
1) теплокровность, обусловленная 4-х камерным сердцем, альвеолярными лёгкими, волосяным покровом;
2) внутриутробное развитие, выкармливание детенышей молоком;
3) высокий уровень организации центральной нервной системы, сложные формы поведения.
Для борьбы с вредителями сельского и лесного хозяйства используют различные методы.
Приведите не менее 3-х преимуществ применения биологических методов перед химическими.
1) биологические методы безвредны и экологически безопасны, так как основаны на привлечении естественных врагов вредителей;
2) химические препараты отравляют и полезных насекомых, загрязняют почву, усваиваются произрастающими на ней растениями, а, следовательно, и загрязняют возможные продукты питания человека; 3) применение биологических методов борьбы с вредителями способствует сохранению биологического разнообразия природы или регуляции одного вида вредителей.
В природе осуществляется круговорот кислорода.
Какую роль играют в этом процессе живые организмы?
1) кислород образуется в растениях в процессе фотосинтеза и выделяется в атмосферу;
2) в процессе дыхания кислород используется живыми организмами; 3) в клетках живых организмов кислород участвует в окислительно-восстановительных процессах энергетического обмена с образованием воды и углекислого газа.
1) обитание в теле хозяина, защищенность от неблагоприятных условий, обеспеченность пищей, отсутствие врагов способствовали редукции некоторых систем органов и формированию сильно развитой половой системы;
2) плотные покровы тела препятствуют его перевариванию, а органы прикрепления удерживают в теле хозяина;
3) самооплодотворение, высокая плодовитость, сложный цикл развития позволяют ему широко расселяться.
Какие признаки в строении тела являются общими только для человека и человекообразных обезьян?
1) наличие ногтей вместо когтей;
2) наличие копчика и отсутствие хвоста;
3) одинаковая зубная система;
4) сходная форма ушей, лицо без сплошного волосяного покрова.
Влияние автотранспорта на человека и окружающую среду
1.3.1 Понятие шума
Шумом является всякий нежелательный для человека звук. При нормальных атмосферных условиях скорость звука в воздухе равна 344 м/с. Звуковое поле — это область пространства, в которой распространяются звуковые волны…
Воздушная оболочка Земли
9.
Понятие о климате
Климат — это многолетний режим погоды, характерный для данной местности. Климат оказывает влияние на режим рек, образование различных типов почв, растительность и животный мир. Так, в областях, где земная поверхность получает много тепла и влаги…
Генетически модифицированные организмы и генетически модифицированные продукты
1.
Генетически модифицированный организм (ГМО) — организм, генотип которого был искусственно изменён при помощи методов генной инженерии. Это определение может применяться для растений, животных и микроорганизмов. Генетические изменения…
Закономерности самоочищения воды в водных объектах
1.1 Понятие об ОВОС
Пока единственный действующий российский нормативный документ, регламентирующий оценку воздействия на окружающую среду (ОВОС) _ Положение «Об оценке воздействия на окружающую среду в Российской Федерации» (утв.
Круговорот кислорода
приказом Минприроды России от 18…
Круговорот веществ и энергии в природе
1.1 Круги круговорота веществ
Солнечная энергия на Земле вызывает два круговорота веществ: · большой (геологический), наиболее ярко проявляющийся в круговороте воды и циркуляции атмосферы. · малый, биологический (биотический)…
Круговорот фосфора
2. Составьте схему круговорота и покажите перемещение фосфорсодержащих соединений
Составьте пояснительный текст к схеме и дайте ответы на вопросы: 1.
Какой фазы не существует в круговороте фосфора? 2. Где фосфор может накапливаться? 3…
Лапландский государственный заповедник: экологическое состояние и мероприятия по оздоровлению
7. Механизмы круговорота веществ
Круговорот веществ в биогеоценозе — необходимое условие существования жизни.
Он возник в процессе становления жизни и усложнялся в ходе эволюции живой природы. С другой стороны, чтобы в биогеоценозе был возможен круговорот веществ…
Отношения организмов в агросистемах
4. Особенности круговорота веществ в агроэкосистемах
Массо- и энергообмен на планете включает разнообразные процессы вещественных и энергетических превращений и перемещений в литосфере, гидросфере, атмосфере.
С появлением жизни эти круговороты и потоки интенсифицировались…
Правовая охрана вод
2.1.1. Понятие «водопользование»
По отношению к многочисленным и разнообразным конкретным общественным отношениям, возникающим в процессе использования природных запасов воды, понятие «водопользование» выступает как одно собирательное, обобщающее понятие.
Нужно отметить…
Правовые основы лицензирования в области охраны окружающей среды
1.1 Понятие лицензирования
Лицензирование представляет собой процедуру выдачи тому или иному субъекту разрешительного документа на право занятия определенной деятельностью, в котором отражаются сроки и условия осуществления такой деятельности. Винокуров А.Ю…
Проблема загрязнения атмосферы
1.1 Понятие о геосферах
Биосфера — живая оболочка планеты Земля Биосфера представляет собой совокупность тех слоёв Земли, которые на протяжении её геологической истории подвергались воздействию организмов.
Изучая биосферу как особую оболочку земного шара…
Решение проблемы депонирования углерода на государственном и межгосударственном уровнях
Глава 2. Влияние круговорота углерода на глобальный климат
Современный уровень нарушений экологических условий и равновесий на Земле
Понятие природообустройство
В настоящее время, когда человек на высоком уровне развития науки и производительных сил своей деятельностью коренным образом изменяет компоненты природы, появляется проблема сосуществования человека (человеческого общества) и природы…
Человек как биологический и социальный организм природы
2.
Участие организмов в круговороте веществ и энергии. Проблема нарушения круговорота веществ в биосфере
Главная функция биосферы заключается в обеспечении круговорота химических элементов, который выражается в циркуляции веществ между атмосферой, почвой, гидросферой и живыми организмами…
Экологическая система
3.
Изобразите и обсудите модель биотического (биологического) круговорота веществ-биогенов с участием продуцентов, консументов, редуцентов. Поясните названия организмов и их роль в круговороте
Рис. Модель биотического (биологического) круговорота веществ-биогенов с участием продуцентов, консументов, редуцентов. Биотический круговорот обеспечивается взаимодействием трех основных групп организмов: 1) продуцентов — зеленых растений…
Миллионы лет непрерывно происходит потребление кислорода.
Он в огромных количествах расходуется на медленное и быстрое окисление, на горение и взрыв, а состав воздуха остается неизменным, содержание кислорода в нем не уменьшается.
Как же воздух пополняется кислородом?
Еще в конце XVIII века был поставлен опыт, который поможет нам ответить на этот вопрос.
Под стеклянный колпак была помещена зажженная свеча. Некоторое время свеча горела, но вскоре погасла:
кислород воздуха под колпаком был весь израсходован. Время горения свечи было зафиксировано.
Предполагая, что растения играют какую-то роль в образовании кислорода, опыт был повторен. Рядом с зажженной свечой положили пучок мяты. Горящую свечу и мяту накрыли тем же колпаком. Лучи солнечного света, проникая через стекло колпака, падали на растение, освещая его зеленые листья. Прошло много времени - больше, чем в первом опыте, - но свеча не гасла и продолжала гореть обычным пламенем. Так было установлено, что зеленые листья растений изменяют состав воздуха и на свету выделяют кислород. Одновременно было открыто, что растения извлекают из воздуха углекислый газ.
Никто в то время не мог еще объяснить суть этого замечательного явления. Честь открытия роли растений в жизни нашей планеты принадлежит великому русскому ученому Клименту Аркадьевичу Тимирязеву.
Если посмотреть через микроскоп на срез зеленого листа, то в клетках, похожих на пчелиные соты, можно увидеть зеленые зерна - хлоропласты. Их также называют хлорофилловыми зернами . В каждой клеточке листа содержится от 25 до 50 хлорофилловых зерен. Это о ник говорил Тимирязев: «Хлорофилловое зерно - тот фокус, та точка в мировом пространстве, где солнечный луч, превращаясь в химическую энергию, становится источником всей жизни на земле».
Что же происходит в зеленых листьях растений? В листьях имеются многочисленные отверстия - устьица, которые служат растению для дыхания и питания. Через эти устьица из воздуха в листья проникает углекислый газ. Своими корнями растение всасывает влагу из земли и подает ее к листьям по тонким капиллярам ствола и стеблей.
Под влиянием света и тепла солнечных лучей в хлорофилловых зернах листа между водой и углекислотой происходит сложная химическая реакция - фотосинтез. В результате образуются продукты, переходящие в виноградный сахар и кислород.
Виноградный сахар имеет особое название - глюкоза , которое произошло от греческого слова «глюкос», означающего «сладкий».
Молекулы глюкозы состоят из 6 атомов углерода, 12 атомов водорода и 6 атомов кислорода. На образование 1 молекулы глюкозы необходимо 6 молекул углекислого газа (СO 2) и 6 молекул воды (Н 2 O). При этом должно выделиться 6 молекул кислорода. Следовательно, когда образуется 1 грамм глюкозы, освобождается более 1 грамма, или около 900 кубических сантиметров, чистого кислорода.
Так под влиянием солнечного света и тепла в хлорофилловых зернах растений, живущих на земле и под водой, происходит образование кислорода, которым непрерывно пополняется наша планета.
Растения являются неиссякаемым источником необходимого для жизни кислорода, и их по праву можно назвать «зеленой фабрикой кислорода».
До последнего времени считали, что кислород, который выделяется из растений при фотосинтезе, отщепляется от углекислого газа. Полагали, что в хлорофилловых зернах под действием света происходит расщепление молекулы углекислого газа на кислород и углерод. Углерод, вступая в реакцию с водой, образует, в конечном счете, глюкозу, а кислород выделяется в атмосферу.
В настоящее время существует другая теория. Считают, что в хлорофилловых зернах под действием солнечных лучей происходит распад не молекулы углекислого газа, а молекулы воды. При этом образуется кислород, который выделяется в атмосферу, и водород, который в соединении с углекислым газом дает глюкозу.
Теория эта получила свое экспериментальное подтверждение в 1941 году в опытах А. П. Виноградова, который впервые применил для изучения фотосинтеза тяжелый изотоп кислорода О 18 .
Поливая растение водой, содержащей тяжелый изотоп О 18 , А. П. Виноградов наблюдал, что чем больше тяжелого изотопа кислорода О 18 содержалось в воде, которой поливали растение, тем больше его находили в выделяющемся кислороде.
Если поливать растение обычной водой и поместить его в атмосферу углекислого газа, содержащего тяжелый изотоп кислорода О 18 , то в выделяющемся при фотосинтезе кислороде изотоп О 18 не обнаруживается.
Эти опыты убедительно показали, что при фотосинтезе в зеленых листьях растений кислород получается не за счет углекислого газа, а за счет разложения воды. Водород, входящий в состав воды, вместе с углекислотой идет на образование глюкозы.
Глюкоза в листьях не остается. Она, как растворимое питательное вещество, разносится по всему растению и служит ему пищей и строительным материалом для образования клетчатки. Из клетчатки состоят корни, стволы, стебли и листья растений.
Часть глюкозы превращается в крахмал и откладывается в плодах и зернах.
Для жизни и развития растения необходимы солнечный свет и непрерывное поступление к нему углекислого газа и воды. В процессе питания растения воздух вокруг него обогащается кислородом и обедняется углекислым газом. Благодаря работе ветра воздух перемешивается, и таким образом у листьев растения поддерживается постоянная концентрация углекислого газа.
А как же обеспечивается подача углекислого газа к листьям в жаркую безветренную погоду? В такую погоду молекулы углекислого газа, беспорядочно двигаясь в воздушном пространстве, очутившись около зеленого листа, вдруг резко поворачивают к нему.
Какая сила заставляет их свернуть к листу?
Если наполнить двумя различными газами сосуд, разделенный перегородкой, и затем осторожно вынуть ее, газы перемешаются, образуя однородную смесь. Такое же явление можно наблюдать, если привести в соприкосновение два различных раствора.
Если разделить между собой два различных газа или раствора, поместив между ними перегородку из желатины, кожи или другого мелкопористого материала, можно заметить, как через некоторое время по обеим сторонам перегородки концентрации газов или растворов будут одинаковы.
Процессы самопроизвольного перемешивания газов или жидкостей, а также проникновение их через полупроницаемые перегородки называются диффузией .
Скорость диффузии тем больше, чем больше разница в концентрациях диффундирующих веществ.
Вот почему, как только концентрация углекислого газа у зеленого листа становится меньше, чем на некотором расстоянии от него, воздух около листа пополняется молекулами углекислого газа из близлежащих слоев атмосферы. Их места занимают сотни, тысячи и миллионы молекул углекислого газа из более отдаленных частей пространства.
Одновременно с процессом диффузии углекислого газа идет процесс диффузии кислорода от зеленого листа в более отдаленные пространства, где концентрация его меньше.
Под водой, как и на суше, растения питаются углекислым газом и вырабатывают глюкозу и крахмал, освобождая кислород.
Откуда же берется углекислый газ в воде. Он образуется при дыхании животных и растений, живущих под водой. Кроме того, он попадает туда из воздуха, растворяясь в поверхностных слоях воды. Перемешиванием, или диффузией, углекислый газ проникает вглубь.
Углекислый газ хорошо растворяется в воде. Его растворимость при низких температурах в 35 раз больше растворимости кислорода. В литре воды при температуре 0° и давлении 760 миллиметров растворяется 50 кубических сантиметров кислорода, а углекислого газа - более 1700 кубических сантиметров. Хотя при температуре воды 20° углекислого газа в литре растворится примерно половина от этого количества, но и этого достаточно, чтобы растения, находящиеся под водой, не испытывали недостатка в углекислом газе. На зеленой поверхности подводных растений происходит тот же процесс усвоения углерода, что и на воздухе.
Налейте в стакан обыкновенной водопроводной воды и пропустите через нее углекислый газ. Опустите в воду растение и накройте его воронкой. На узкую часть воронки наденьте пробирку, наполненную водой. Вынесите стакан с растением на солнечный свет. Через несколько часов в пробирке соберется заметное количество газа. Снимите пробирку с узкой части воронки и под водой
Растение, находясь под водой, при питании выделяет кислород.
заткните ее пробкой. Теперь можно вынуть пробирку из воды и опрокинуть ее пробкой вверх. Оставшаяся в пробирке вода опустится на дно, а газ окажется над водой. Откройте пробку. Так как плотность кислорода несколько больше плотности воздуха, кислород некоторое время (пока не продиффундирует в воздух) останется в пробирке. Опустите в пробирку тлеющую лучинку, и вы убедитесь в том, что газ, который выделился из растения, - кислород.
Образующийся в воде кислород равномерно распределяется по всей толще воды, насыщая ее. Если кислорода окажется больше, чем его может раствориться в воде при данной температуре, избыток его уйдет в воздух. Если его будет меньше, то недостающее количество кислорода дополнится из воздуха.
Не совсем верно утверждать, что кислород равномерно распределяется по всей толще воды. На разной глубине вода имеет различную температуру. А мы знаем, что чем выше температура, тем меньше растворится в ней кислорода. Поэтому в разное время года, на различных глубинах концентрация растворенного в воде кислорода различна. В неглубоких водоемах разница в количестве растворенного кислорода в верхних и нижних слоях не очень велика, и ею можно пренебречь.
Растения, живущие на земле или под водой, не только выделяют кислород, но и поглощают его. Как и любой живой организм, растения дышат. Часть кислорода, которая образуется при питании растений, потребляется ими при дыхании.
Если после долгой зимней ночи войти в закрытое помещение, где находилось много цветов, чувствуется такая духота, как будто здесь долгое время находилось много людей. Растения израсходовали часть кислорода воздуха на дыхание, и в помещении образовался избыток углекислого газа.
Итак, кислород в природе совершает непрерывный круг. При дыхании человека, животных и растений, при горении твердого и жидкого топлива кислород расходуется и образуется углекислый газ. Этот газ идет на питание растений, которые возвращают кислород обратно в воздух.
Растения играют важную роль в жизни человека. Они не только кормят и согревают нас - они веками обеспечивают постоянное содержание кислорода в воздухе, без чего невозможна жизнь на Земле.
А не меняется ли содержание кислорода в воздухе зимой, когда остаются зелеными только хвойные деревья?
Зимой количество кислорода, выделяемого растениями, сокращается, но запасы его в атмосфере чрезвычайно велики. Если бы в течение тысячи или даже двух тысяч лет вообще не было никакого возвращения кислорода, а происходило только его потребление, то общее количество израсходованного кислорода не превысило бы 0,1 процента всего запаса кислорода в атмосфере. Запасы кислорода в воздухе неисчислимы.
