Úloha kyslíku v přírodních a průmyslových procesech. Chemické a fyzikální vlastnosti, aplikace a výroba kyslíku. Být v přírodě

Čtyři „chalkogenové“ prvky (tj. „rodící měď“) vedou hlavní podskupinu skupiny VI (podle nové klasifikace - 16. skupina) periodická tabulka. Mezi ně patří kromě síry, teluru a selenu také kyslík. Pojďme se blíže podívat na vlastnosti tohoto na Zemi nejrozšířenějšího prvku a také na využití a výrobu kyslíku.

Prevalence prvku

V vázaná forma kyslík vstupuje chemické složení voda - její procento je asi 89%, stejně jako ve složení buněk všech živých bytostí - rostlin a zvířat.

Ve vzduchu je kyslík ve volném stavu ve formě O2, zaujímá pětinu jeho složení, a ve formě ozónu - O3.

Fyzikální vlastnosti

Kyslík O2 je plyn bez barvy, chuti a zápachu. Málo rozpustný ve vodě. Bod varu je 183 stupňů pod nulou Celsia. V kapalné formě je kyslík modrý a v pevné formě tvoří modré krystaly. Teplota tání krystalů kyslíku je 218,7 stupňů pod nulou Celsia.

Chemické vlastnosti

Při zahřívání tento prvek reaguje s mnoha jednoduchými látkami, kovy i nekovy, za vzniku tzv. oxidů – sloučenin prvků s kyslíkem. při které prvky vstupují s kyslíkem se nazývá oxidace.

Například,

4Na + O2= 2Na20

2. Rozkladem peroxidu vodíku při jeho zahřívání v přítomnosti oxidu manganu, který působí jako katalyzátor.

3. Rozkladem manganistanu draselného.

Kyslík se v průmyslu vyrábí těmito způsoby:

1. Pro technické účely se kyslík získává ze vzduchu, ve kterém je jeho obvyklý obsah asi 20 %, tzn. pátý díl. K tomu se nejprve spálí vzduch, čímž vznikne směs obsahující asi 54 % kapalného kyslíku, 44 % kapalného dusíku a 2 % kapalného argonu. Tyto plyny se pak oddělují pomocí destilačního procesu s použitím relativně malého rozmezí mezi body varu kapalného kyslíku a kapalného dusíku - minus 183 a minus 198,5 stupně. Ukazuje se, že dusík se vypařuje dříve než kyslík.

Moderní zařízení zajišťuje produkci kyslíku libovolného stupně čistoty. Dusík, který se získá při separaci, se používá jako surovina při syntéze jeho derivátů.

2. Také produkuje velmi čistý kyslík. Tato metoda se rozšířila v zemích s bohatými zdroji a levnou elektřinou.

Aplikace kyslíku

Kyslík je nejdůležitějším prvkem v životě celé naší planety. Tento plyn, který je obsažen v atmosféře, při tom spotřebovávají zvířata i lidé.

Získávání kyslíku je velmi důležité pro takové oblasti lidské činnosti, jako je medicína, svařování a řezání kovů, tryskání, letectví (pro lidské dýchání a provoz motorů) a hutnictví.

Probíhá ekonomická aktivita lidský kyslík se spotřebovává ve velkém množství – například při hoření různé typy paliva: zemní plyn, metan, uhlí, dřevo. Ve všech těchto procesech vzniká.Příroda zároveň zajistila proces přirozené vazby této sloučeniny pomocí fotosyntézy, která probíhá v zelených rostlinách pod vlivem sluneční světlo. V důsledku tohoto procesu vzniká glukóza, kterou pak rostlina využívá ke stavbě svých pletiv.

Přednáška „Kyslík – chemický prvek a jednoduchá látka »

Osnova přednášky:

1. Kyslík je chemický prvek:

c) Rozšíření chemického prvku v přírodě

2. Kyslík je jednoduchá látka

a) Získávání kyslíku

b) Chemické vlastnosti kyslíku

c) Cyklus kyslíku v přírodě

d) Použití kyslíku

"Dum spiro spero." „(Zatímco dýchám, doufám...), říká latiník

Dýchání je synonymem života a zdrojem života na Zemi je kyslík.

Jacob Berzelius zdůraznil důležitost kyslíku pro pozemské procesy a řekl: „Kyslík je látka, kolem které se točí pozemská chemie.“

Materiál v této přednášce shrnuje dříve nabyté znalosti na téma „Kyslík“.

1. Kyslík je chemický prvek

a) Charakteristika chemického prvku - kyslíku podle jeho postavení v PSCE

Kyslík - prvek hlavní podgrupy šesté skupiny, druhá perioda periodické tabulky chemické prvky D. I. Mendělejev, s atomovým číslem 8. Označeno symbolem Ó(lat.Oxygenium). Relativní atomová hmotnost chemického prvku kyslík je 16, tzn. Ar(O)=16.

b) Valenční možnosti atomu kyslíku

Ve sloučeninách je kyslík většinou dvojmocný (v oxidech), mocenství VI neexistuje.Ve volné formě se vyskytuje ve formě dvou jednoduché látky: O 2 („obyčejný“ kyslík) a O 3 (ozón). O 2 je bezbarvý plyn bez zápachu s relativní molekulovou hmotností = 32. O 3 je bezbarvý plyn štiplavého zápachu s relativní molekulovou hmotností = 48.

Pozornost! H2O2( peroxid vodíku) - O (valence II)

CO (oxid uhelnatý) – O (valence III)

c) Rozšíření chemického prvku kyslíku v přírodě

Kyslík je nejrozšířenějším prvkem na Zemi, jeho podíl (v různých sloučeninách, především silikátech) tvoří asi 49 % hmotnosti pevné zemské kůry. Mořské a sladké vody obsahují obrovské množství vázaného kyslíku – 85,5 % (hmotn.), v atmosféře je obsah volného kyslíku 21 % objemových a 23 % hmot. Více než 1500 sloučenin v zemské kůře obsahuje kyslík.

Kyslík je součástí mnoha organických látek a je přítomen ve všech živých buňkách. Z hlediska počtu atomů v živých buňkách je to asi 20% a z hlediska hmotnostního zlomku - asi 65%.

2. Kyslík je jednoduchá látka

a) Získávání kyslíku

Získané v laboratoři

1) Rozklad manganistanu draselného (manganistanu draselného):

2KMnO 4 t˚C = K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2

2) Rozklad peroxidu vodíku:

2H202Mn02 = 2H20 + 02

3) Rozklad Bertholletovy soli:

2KClO 3 t˚C, MnO2 = 2 KCl + 3O 2

Příjem v průmyslu

1) Elektrolýza vody

2 H 2 O el. proud =2 H2 + O2

2) Ze vzduchu

Tlak VZDUCHU, -183˚C = O2 (modrá kapalina)

V současnosti se v průmyslu kyslík získává ze vzduchu. V laboratořích lze malé množství kyslíku získat zahříváním manganistanu draselného (manganistanu draselného) KMnO 4 . Kyslík je mírně rozpustný ve vodě a je těžší než vzduch, takže jej lze získat dvěma způsoby:

Možná, že mezi všemi známými chemickými prvky je to kyslík, který zaujímá vedoucí roli, protože bez něj by vznik života na naší planetě prostě nebyl možný. Kyslík je nejrozšířenějším chemickým prvkem na Zemi, tvoří 49 % celkové hmotnosti zemské kůry. Je také součástí zemské atmosféry, složením vody a složením více než 1400 různých minerálů, jako je čedič, mramor, křemičitan, oxid křemičitý atd. Přibližně 50-80 % z celkové hmoty tkání, a to jak živočichů, tak i rostlin, sestává z kyslíku. A samozřejmě je dobře známá jeho role při dýchání všeho živého.

Historie objevu kyslíku

Lidé okamžitě nepochopili podstatu kyslíku, ačkoli první odhady, že vzduch byl založen na určitém chemickém prvku, se objevily již v 8. století. V té vzdálené době však neexistovaly ani vhodné technické nástroje pro jeho studium, ani možnost prokázat existenci kyslíku jako plynu, který je rovněž zodpovědný za spalovací procesy.

K objevu kyslíku došlo až o tisíciletí později, v 18. století, díky společné práci několika vědců.

• V roce 1771 švédský chemik Carl Scheele empiricky studoval složení vzduchu a zjistil, že vzduch se skládá ze dvou hlavních plynů: jedním z těchto plynů byl dusík a druhým samotný kyslík, ačkoli v té době se ve vědě ještě neobjevil samotný název „kyslík“.
• V roce 1775 dal francouzský vědec A. Louvasier jméno plynu objevenému Scheelem – kyslík, latinsky také kyslík, samotné slovo „kyslík“ znamená „produkující kyseliny“.
• Rok před oficiálními „narozeninami kyslíku“ v roce 1774 získal anglický chemik Priestley poprvé čistý kyslík rozkladem oxidu rtuťnatého. Jeho experimenty podpořily Scheeleho objev. Mimochodem, sám Scheele se také pokoušel získat kyslík v čisté formě zahříváním dusičnanu, ale nepodařilo se mu to.
• O více než staletí později, v roce 1898, anglický fyzik Joseph Thompson poprvé přiměl veřejnost myslet si, že zásoby kyslíku by mohly dojít kvůli intenzivním emisím. oxid uhličitý v atmosféře.
• Ve stejném roce ruský biolog Kliment Timiryazev, výzkumník, objevil schopnost rostlin uvolňovat kyslík.

Rostliny sice uvolňují kyslík do atmosféry, ale Thompsonův problém ohledně možného nedostatku kyslíku v budoucnu zůstává aktuální i v naší době, zejména v souvislosti s intenzivním odlesňováním (dodavatelé kyslíku), znečišťováním životního prostředí, spalováním odpadu atd. Více jsme o tom psali v našem předchozím článku. problémy životního prostředí modernost.

Význam kyslíku v přírodě

Právě přítomnost kyslíku v kombinaci s vodou vedla ke vzniku života na naší planetě. Jak jsme uvedli výše, hlavními dodavateli tohoto unikátního plynu jsou různé rostliny, včetně největšího množství kyslíku, které uvolňují podvodní řasy. Některé druhy bakterií také produkují kyslík. Kyslík v horních vrstvách atmosféry tvoří ozónovou vrstvu, která chrání každého na Zemi před škodlivým ultrafialovým zářením ze Slunce.

Struktura molekuly kyslíku

Molekula kyslíku se skládá ze dvou atomů, chemický vzorec má tvar O2. Jak vzniká molekula kyslíku? Mechanismus jeho vzniku je nepolární, jinými slovy, díky sdílení elektronu v každém atomu. Vazba mezi molekulami kyslíku je také kovalentní a nepolární, přičemž je dvojitá, protože každý z atomů kyslíku má na vnější úrovni dva nepárové elektrony.

Takto vypadá molekula kyslíku, která je díky svým vlastnostem velmi stabilní. Pro mnohé s její účastí potřebují zvláštní podmínky: zahřívání, zvýšené, použití katalyzátorů.

Fyzikální vlastnosti kyslíku

• Za prvé, kyslík je plyn, který tvoří 21 % vzduchu.
• Kyslík nemá barvu, chuť ani vůni.
• Může být rozpuštěn v organické hmotě, absorbován uhlím a prášky.
• Bod varu kyslíku je -183 C.
• Hustota kyslíku je 0,0014 g/cm3

Chemické vlastnosti kyslíku

Hlavní chemická vlastnost kyslík je samozřejmě jeho podporou spalování. To znamená, že ve vakuu, kde není kyslík, není oheň možný. Pokud spustíte doutnající třísku do čistého kyslíku, vznítí se novou sílu. Spalování různé látky Jedná se o redoxní chemický proces, ve kterém je úlohou oxidačního činidla kyslík. Oxidační činidla jsou látky, které „odebírají“ elektrony redukujícím látkám. Vynikající oxidační vlastnosti kyslíku jsou dány jeho vnějším elektronovým obalem.

Valenční obal kyslíku se nachází v blízkosti jádra a v důsledku toho k sobě jádro přitahuje elektrony. Kyslík je také na druhém místě po fluoru na Paulingově stupnici elektronegativity, proto kyslík vstupuje do chemických reakcí se všemi ostatními prvky (kromě fluoru) a působí jako negativní oxidační činidlo. A teprve reakcí s fluorem má kyslík pozitivní oxidační účinek.

A protože kyslík je druhé nejsilnější oxidační činidlo mezi všemi chemickými prvky periodické tabulky, určuje to také jeho chemické vlastnosti.

Získávání kyslíku

Pro získání kyslíku v laboratorních podmínkách se používá metoda tepelného zpracování buď peroxidů nebo solí kyselin obsahujících kyseliny. Při vystavení vysokým teplotám se rozkládají a uvolňují čistý kyslík. Kyslík lze získat také pomocí peroxidu, dokonce i 3% roztok peroxidu se působením katalyzátoru okamžitě rozkládá a uvolňuje kyslík.

2KC l O 3 = 2KC l + 3O 2 - takhle to vypadá chemická reakce získávání kyslíku.

Také v průmyslu se jako další způsob výroby kyslíku využívá elektrolýza vody, při které se rozkládají molekuly vody a opět se uvolňuje čistý kyslík.

Využití kyslíku v průmyslu

V průmyslu se kyslík aktivně používá v takových oblastech, jako jsou:

• Hutnictví (pro svařování a řezání kovů).
• Lék.
• Zemědělství.
• Jako raketové palivo.
• Pro čištění a dezinfekci vody.
• Syntéza určitých chemických sloučenin, včetně výbušnin.

Kyslík, video

A nakonec naučné video o kyslíku.

Při psaní článku jsem se snažil, aby byl co nejzajímavější, nejužitečnější a nejkvalitnější. Budu vděčný za jakoukoliv zpětnou vazbu a konstruktivní kritiku ve formě komentářů k článku. Své přání/dotaz/návrh můžete napsat i na můj email. [e-mail chráněný] nebo na Facebooku, s pozdravem autor.

Tento článek je dostupný na anglický jazyk – .

1. Pojem oběh

Mezi litosférou, hydrosférou, atmosférou a živými organismy Země probíhá neustálá výměna chemických prvků. Tento proces je cyklický: po přesunu z jedné sféry do druhé se prvky vrátí do svého původního stavu. Cyklus prvků probíhal po celou dobu historie Země, která trvá 4,5 miliardy let.

Koloběh látek je opakovaně opakovaný proces společné, propojené přeměny a pohybu látek v přírodě, který je víceméně cyklický. Obecný oběh látek je charakteristický pro všechny geosféry a skládá se z jednotlivých procesů oběhu chemických prvků, vody, plynů a dalších látek. Cirkulační procesy nejsou zcela reverzibilní kvůli disperzi látek, změnám jejich složení, lokální koncentraci a dekoncentraci.

Pro zdůvodnění a vysvětlení samotného konceptu cyklu je užitečné odkázat na čtyři nejdůležitější principy geochemie, které mají prvořadý aplikovaný význam a které jsou potvrzeny nespornými experimentálními daty:

a) rozsáhlé rozšíření chemických prvků ve všech geosférách;

b) nepřetržitá migrace (pohyb) prvků v čase a prostoru;

c) rozmanitost typů a forem existence prvků v přírodě;

d) převaha rozptýleného stavu prvků nad koncentrovaným stavem, zejména u rudotvorných prvků.

Nejvíce ze všeho podle mého názoru stojí za to zaměřit svou pozornost na proces pohybu chemických prvků.

Migrace chemických prvků se odráží v gigantických tektonicko-magamtických procesech, které přeměňují zemskou kůru, a v nejjemnějších chemických reakcích probíhajících v živé hmotě, v neustálém progresivním vývoji okolního světa, charakterizující pohyb jako formu existence hmoty. . Migraci chemických prvků ovlivňují četné vnější faktory, zejména energie slunečního záření, vnitřní energie Země, působení gravitace a vnitřní faktory v závislosti na vlastnostech prvků samotných.

Gyry se mohou objevit na omezený prostor a během krátkých časových období a může pokrýt celou vnější část planety a obrovská období. Malé cykly jsou přitom zahrnuty do větších, které dohromady tvoří kolosální biogeochemické cykly. Úzce souvisí s prostředím.

Gigantické masy chemické substance přepravované vodami Světového oceánu. To se týká především rozpuštěných plynů – oxidu uhličitého, kyslíku, dusíku. Studená voda ve vysokých zeměpisných šířkách rozpouští atmosférické plyny. Přicházející s oceánskými proudy do tropické zóny je uvolňuje, protože rozpustnost plynů se při zahřívání snižuje. K absorpci a uvolňování plynů dochází také při střídání teplých a studených ročních období.

Vznik života na planetě měl obrovský dopad na přirozené cykly některých prvků. To se v první řadě týká oběhu hlavních prvků organická hmota- uhlík, vodík a kyslík, stejně jako životně důležité prvky jako dusík, síra a fosfor. Živé organismy také ovlivňují koloběh mnoha kovových prvků. Navzdory skutečnosti, že celková hmotnost živých organismů na Zemi je milionkrát menší než hmotnost zemské kůry, hrají rostliny a zvířata zásadní roli v pohybu chemických prvků. Existuje zákon globálního uzavírání biogeochemického cyklu v biosféře, působící ve všech fázích jejího vývoje, stejně jako pravidlo rostoucího uzavírání biogeochemického cyklu během sukcese (sukcese (z lat. succesio - kontinuita) - sekvenční změna ekosystémů, které postupně vznikají v určité oblasti povrch Země. Sukcese obvykle nastává pod vlivem procesů vnitřní vývoj komunity a jejich interakce s prostředím. Délka sukcese se pohybuje od desítek do milionů let). V procesu evoluce biosféry se zvyšuje úloha biologické složky při uzavírání biogeochemického cyklu.

Lidská činnost také ovlivňuje koloběh prvků. Zvláště patrné se to stalo v minulém století. Při zvažování chemických aspektů globálních změn chemických cyklů je třeba vzít v úvahu nejen změny v přírodních cyklech v důsledku přidání nebo odstranění chemikálií v nich přítomných v důsledku normálního cyklování a/nebo vlivů vyvolaných člověkem, ale také vstupy do životní prostředí chemikálie, které dříve v přírodě neexistovaly.

Koloběhy prvků a látek probíhají díky samoregulačním procesům, kterých se účastní všechny složky ekosystémů. Tyto procesy jsou bezodpadové. V přírodě není nic zbytečného nebo škodlivého, dokonce i sopečné erupce mají své výhody, protože potřebné prvky, například dusík a síra, se uvolňují do vzduchu se sopečnými plyny.

Existují dva hlavní cykly: velký (geologický) a malý (biotický).

Velký koloběh, který trvá miliony let, spočívá v tom, že se ničí horniny a produkty zvětrávání (včetně živin rozpustných ve vodě) jsou proudy vody unášeny do Světového oceánu, kde tvoří mořské vrstvy a jen částečně se vracejí zpět do země se srážkami. Geotektonické změny, procesy kontinentálního sestupu a vzestupu mořského dna, pohyb moří a oceánů po dlouhou dobu vedou k tomu, že se tyto vrstvy vracejí na pevninu a proces začíná znovu.

Malý cyklus, který je součástí velkého, probíhá na úrovni ekosystému a spočívá v tom, že se živiny, voda a uhlík hromadí v rostlinné látce, jsou vynakládány na stavbu těla a na životní procesy obou rostlin samotných. a další organismy (obvykle zvířata), které je požírají. Produkty rozkladu organické hmoty se vlivem rozkladačů a mikroorganismů (bakterie, houby, červi) opět rozkládají na minerální složky, které jsou rostlinám přístupné a jsou jimi vtahovány do toku hmoty.

Tím se koloběh chemikálií z anorganického prostředí přes rostlinné a živočišné organismy zpět do anorganického prostředí využívá solární energie a energie chemických reakcí se nazývá biogeochemický cyklus. V takových cyklech jsou zapojeny téměř všechny chemické prvky a především ty, které se podílejí na stavbě živé buňky.

2. Koloběh kyslíku v přírodě

2.1 Obecná informace o kyslíkovém prvku

Historie objevů. Oficiálně se má za to, že kyslík objevil anglický chemik Joseph Priestley 1. srpna 1774 rozkladem oxidu rtuťnatého v hermeticky uzavřené nádobě (Priestley nasměroval sluneční světlo na tuto sloučeninu pomocí silné čočky):

2HgO(t)→ 2Hg + O2

Priestley si však zpočátku neuvědomoval, že objevil novou jednoduchou látku. Věřil, že izoloval jednu ze složek vzduchu (a nazval tento plyn „deflogistický vzduch“). Priestley oznámil svůj objev vynikajícímu francouzskému chemikovi Antoine Lavoisierovi.

O několik let dříve (možná v roce 1770) získal kyslík švédský chemik Karl Scheele. Kalcinoval ledek kyselinou sírovou a poté rozložil výsledný oxid dusnatý. Scheele tento plyn nazval „ohnivý vzduch“ a svůj objev popsal v knize vydané v roce 1777 (právě proto, že kniha vyšla později, než Priestley oznámil svůj objev, ten je považován za objevitele kyslíku). Scheele také oznámil své zkušenosti Lavoisierovi.

Důležitou etapou, která přispěla k objevu kyslíku, byla práce francouzského chemika Petera Bayena, který publikoval práce o oxidaci rtuti a následném rozkladu jejího oxidu.

Nakonec Antoine Lavoisier konečně přišel na povahu výsledného plynu s využitím informací od Priestleyho a Scheeleho. Jeho dílo mělo obrovský význam, protože díky němu byla svržena v té době dominantní flogistonová teorie, která brzdila rozvoj chemie (flogiston (z řeckého flogistos - hořlavý, hořlavý) - hypotetická „ohnivá látka“, která údajně plní všechny hořlavé látky a při hoření se z nich uvolňuje). Lavoisier provedl experimenty se spalováním různých látek a vyvrátil teorii flogistonu, publikoval výsledky o hmotnosti spálených prvků. Hmotnost popela přesáhla původní hmotnost prvku, což dalo Lavoisierovi právo tvrdit, že při spalování dochází k chemické reakci (oxidaci) látky, a proto se hmotnost původní látky zvyšuje, což vyvrací teorie o flogistonu. .

O zásluhy za objev kyslíku se tedy ve skutečnosti dělí Priestley, Scheele a Lavoisier.

Původ jména. Název oxygenium ("kyslík") pochází z řeckých slov, která znamenají "produkující kyselinu"; to je způsobeno původním významem pojmu "kyselina". Dříve se tento termín používal pro označení oxidů.

Být v přírodě. Kyslík je nejrozšířenějším prvkem na Zemi, jeho podíl (v různých sloučeninách, především silikátech) tvoří asi 47,4 % hmotnosti pevné zemské kůry. Mořské a sladké vody obsahují obrovské množství vázaného kyslíku - 88,8 % (hmotn.), v atmosféře je obsah volného kyslíku 20,95 % (objemově). Prvek kyslík je součástí více než 1500 sloučenin v zemské kůře.

Fyzikální vlastnosti. Za normálních podmínek je hustota plynného kyslíku 1,42897 g/l. Bod varu kapalného kyslíku (kapalina je modrá) je -182,9 °C. V pevném stavu se kyslík vyskytuje alespoň ve třech krystalických modifikacích. Při 20 °C je rozpustnost plynného O2: 3,1 ml na 100 ml vody, 22 ml na 100 ml ethanolu, 23,1 ml na 100 ml acetonu. Existují organické kapaliny obsahující fluor (například perfluorbutyltetrahydrofuran), ve kterých je rozpustnost kyslíku mnohem vyšší.

Chemické vlastnosti prvek jsou určeny jeho elektronická konfigurace: 2s22p4. Vysoká síla chemická vazba mezi atomy v molekule O2 vede k tomu, že při pokojové teplotě je plynný kyslík chemicky zcela neaktivní. V přírodě pomalu prochází transformací během rozkladných procesů. Kromě toho je kyslík při pokojové teplotě schopen reagovat s hemoglobinem v krvi (přesněji s hemem železa (II) (hem je derivát porfyrinu obsahující ve středu molekuly atom dvojmocného železa), což zajišťuje přenos tzv. kyslík z dýchacích orgánů do jiných orgánů.

Kyslík reaguje s mnoha látkami bez zahřívání, například s alkalickými látkami a látkami alkalických zemin, což způsobuje tvorbu rzi na povrchu ocelových výrobků. Bez zahřívání kyslík reaguje s bílým fosforem, s některými aldehydy a dalšími organickými látkami.

Při zahřátí, byť nepatrném, prudce vzroste chemická aktivita kyslíku. Při vznícení výbušně reaguje s vodíkem, metanem, jinými hořlavými plyny, velký počet jednoduché a složité látky. Je známo, že při zahřívání v kyslíkové atmosféře nebo na vzduchu hoří mnoho jednoduchých i složitých látek a vznikají různé oxidy, peroxidy a superoxidy, např. SO2, Fe2O3, H2O2, BaO2, KO2.

Pokud je směs kyslíku a vodíku skladována ve skleněné nádobě při pokojové teplotě, exotermická reakce za vzniku vody

2H2 + O2 = 2H20 + 571 kJ

postupuje extrémně pomalu; Podle propočtů by se první kapky vody měly v nádobě objevit zhruba za milion let. Ale když se platina nebo palladium (hrající roli katalyzátoru) vloží do nádoby se směsí těchto plynů, stejně jako při zapálení, reakce pokračuje explozí.

Kyslík reaguje s dusíkem N2 buď při vysoké teplotě (asi 1500-2000 °C), nebo průchodem elektrického výboje směsí dusíku a kyslíku. Za těchto podmínek se oxid dusnatý (II) tvoří reverzibilně:

Výsledný NO poté reaguje s kyslíkem za vzniku hnědého plynu (oxid dusičitý):

2NO + O2 = 2NO2

Z nekovů kyslík za žádných okolností přímo neinteraguje s halogeny a z kovů - se stříbrem, zlatem, platinou a kovy skupiny platiny.

S nejaktivnějším nekovovým fluorem tvoří kyslík sloučeniny v kladných oxidačních stavech. Tedy ve sloučenině O2F2 je oxidační stav kyslíku +1 a ve sloučenině O2F je +2. Tyto sloučeniny nepatří mezi oxidy, ale fluoridy. Fluoridy kyslíku lze syntetizovat pouze nepřímo, například působením fluoru F2 na zředěné vodné roztoky KOH.

Aplikace. Využití kyslíku je velmi rozmanité. Hlavní množství kyslíku získaného ze vzduchu se využívá v metalurgii. Kyslíkové (spíše než vzduchové) dmýchání ve vysokých pecích může výrazně zvýšit rychlost vysokopecního procesu, ušetřit koks a vyrábět litinu lepší kvality. Kyslíkové tryskání se používá v kyslíkových konvertorech při přeměně litiny na ocel. Čistý kyslík nebo vzduch obohacený kyslíkem se používá při výrobě mnoha dalších kovů (měď, nikl, olovo atd.). Kyslík se používá při řezání a svařování kovů. V tomto případě se používá stlačený plynný kyslík skladovaný pod tlakem 15 MPa ve speciálních ocelových lahvích. Kyslíkové lahve jsou natřeny modrou barvou, aby se odlišily od lahví s jinými plyny.

Kapalný kyslík je silné oxidační činidlo a používá se jako součást raketového paliva. Směs kapalného kyslíku a kapalného ozónu je jedním z nejsilnějších oxidačních činidel raketového paliva. Snadno oxidující materiály jako piliny, vata, uhelný prášek apod., napuštěné kapalným kyslíkem (těmto směsím se říká oxyliquity), se používají jako výbušniny, používané např. při pokládání cest v horách.

chemický prvek cyklu kyslíku

2.2 Kyslíkový cyklus

Kyslík je nejrozšířenějším prvkem na Zemi. Mořská voda obsahuje 88,8 % kyslíku, atmosférický vzduch obsahuje 23,15 % hmotnosti nebo 20,95 % objemu a zemská kůra 47,4 % hmotn.

Udávaná koncentrace kyslíku v atmosféře je udržována konstantní díky procesu fotosyntézy (obr. 1). V tomto procesu zelené rostliny, když jsou vystaveny slunečnímu záření, přeměňují oxid uhličitý a vodu na sacharidy a kyslík:

6CO2 + 6H20 + světelná energie = C6H12O6 + 6O2

Výše uvedené je souhrnná rovnice fotosyntéza; ve skutečnosti se kyslík uvolňuje do atmosféry v jeho první fázi - během procesu fotolýzy vody.

Spolu s tím je silným zdrojem kyslíku zřejmě fotochemický rozklad vodní páry v horních vrstvách atmosféry pod vlivem ultrafialových paprsků slunce.

Obr. 1. Podmíněné schéma fotosyntézy.

Kyslík je hlavním biogenním prvkem, který je součástí molekul všech nejdůležitějších látek zajišťujících stavbu a funkci buněk - bílkovin, nukleové kyseliny sacharidy, lipidy a také mnoho nízkomolekulárních sloučenin. Každá rostlina nebo zvíře obsahuje mnohem více kyslíku než jakýkoli jiný prvek (v průměru asi 70 %). Lidská svalová tkáň obsahuje 16% kyslíku, kostní tkáň - 28,5%; Celkově tělo průměrného člověka (tělesná hmotnost 70 kg) obsahuje 43 kg kyslíku. Kyslík se do těla zvířat a lidí dostává především dýchacími orgány (volný kyslík) a s vodou (vázaný kyslík). Potřeba kyslíku v těle je dána úrovní (intenzitou) metabolismu, která závisí na hmotnosti a povrchu těla, věku, pohlaví, stavu výživy, vnějších podmínkách atd. V ekologii je poměr celkového dýchání (tj. , celkem oxidační procesy) společenství organismů na jeho celkovou biomasu.

V přirozeném životě má kyslík mimořádný význam. Kyslík a jeho sloučeniny jsou nepostradatelné pro udržení života. Hrají zásadní roli v metabolických procesech a dýchání. Většina organismů získává energii nezbytnou k plnění svých životních funkcí oxidací určitých látek pomocí kyslíku. Ztráta kyslíku v atmosféře v důsledku procesů dýchání, rozpadu a spalování je kompenzována kyslíkem uvolněným při fotosyntéze.

Malé množství atmosférického kyslíku se účastní cyklu tvorby a destrukce ozonu pod silným ultrafialovým zářením:

O2 * + O2 → O3 + O

Většina kyslíku produkovaného během geologických epoch nezůstala v atmosféře, ale byla fixována litosférou ve formě uhličitanů, síranů, oxidů železa atd.

Geochemický cyklus kyslíku spojuje plynové a kapalné obaly se zemskou kůrou. Jeho hlavní body: uvolňování volného kyslíku během fotosyntézy, oxidace chemických prvků, vstup extrémně oxidovaných sloučenin do hlubokých zón zemské kůry a jejich částečná redukce, včetně sloučenin uhlíku, odstranění oxidu uhelnatého a vody k povrchu zemské kůry a jejich zapojení do reakční fotosyntézy. Níže je uveden diagram cyklu kyslíku v nevázané formě.

Obr.2. Schéma koloběhu kyslíku v přírodě.

Kromě výše popsaného koloběhu kyslíku v nevázané formě tento prvek dokončuje také nejdůležitější koloběh, vstupující do složení vody (obr. 3). Během cyklu se voda odpařuje z povrchu oceánu, vodní pára se pohybuje spolu se vzdušnými proudy, kondenzuje a voda se vrací ve formě srážek na povrch pevniny a moře. Existuje velký vodní cyklus, ve kterém se voda, která padá jako srážky na pevninu, vrací do moří prostřednictvím povrchového a podzemního odtoku; a malý vodní cyklus, který ukládá srážky na povrchu oceánu.

Z uvedených příkladů cyklů a migrace prvku je zřejmé, že globální systém cyklické migrace chemických prvků má vysokou schopnost samoregulace, přičemž biosféra hraje v koloběhu chemických prvků obrovskou roli.

Kyslík je nejrozšířenějším prvkem v zemské kůře. V atmosféře je to asi 23% (hmot.), ve složení vody - asi 89%, v Lidské tělo– asi 65 %, písek obsahuje 53 % kyslíku, jíl – 56 % atd. Spočítáme-li jeho množství ve vzduchu (atmosféře), vodě (hydrosféře) a části pevné zemské kůry přístupné přímému chemickému výzkumu (litosféře), ukáže se, že kyslík tvoří přibližně 50 % jejich celkové hmotnosti.

Cyklus kyslíku v přírodě. Využití kyslíku, jeho biologická úloha

Volný kyslík se nachází téměř výlučně v atmosféře a jeho množství se odhaduje na tuny, i přes enormnost této hodnoty nepřesahuje 0,0001 celkového obsahu kyslíku v zemské kůře.
Ve vázaném stavu je kyslík součástí téměř všech látek kolem nás.

Například voda, písek, mnoho hornin a minerálů nacházejících se v zemské kůře obsahuje kyslík. Kyslík je nedílná součást mnoho organických sloučenin, jako jsou bílkoviny, tuky a sacharidy, které mají výlučně velká důležitost v životě rostlin, zvířat a lidí.
Cyklus kyslíku v přírodě je proces výměny kyslíku, ke kterému dochází mezi atmosférou, hydrosférou a litosférou. Hlavním zdrojem obnovy kyslíku na Zemi je fotosyntéza, proces, ke kterému dochází v rostlinách díky jejich absorpci oxidu uhličitého.

Kyslík rozpuštěný ve vodě je absorbován vodními formami života dýcháním.

Cyklus kyslíku– planetární proces, který spojuje atmosféru, hydro- a litosféru prostřednictvím kombinované činnosti živých organismů.

Hlavní fáze cyklu˸

1) produkce kyslíku během fotosyntézy fotoautotrofy pevniny a oceánu;

2) produkce kyslíku při disociaci H2O a O3 v horních vrstvách atmosféry pod vlivem ionizujícího a ultrafialového záření (nevýznamné množství);

3) spotřeba O2 při dýchání živých organismů;

4) spotřeba kyslíku při dýchání půdy (oxidace organické hmoty půdními mikroorganismy);

5) spotřeba O2 při spalování a jiných formách oxidace (výbuchy sopek);

6) spotřeba kyslíku pro produkci O3 ve stratosféře;

7) účast na oceánských přeměnách uhlovodíků ve složení CO2 a H2O˸

Všechen O2 kompletně projde živými organismy za 2000 let.

Roční produkce kyslíku fotosyntézou Země je přibližně 240 miliard t. V oceánu je kyslíku v rozpuštěné formě, stejně jako CO2, mnohem více než v atmosféře (od 2 do 8 g/l). Část organické hmoty je pohřbena, takže část kyslíku je z cyklu odstraněna.

S cirkulací kyslíku v atmosféře souvisí několik biosférických problémů.

1) spalováním fosilních paliv se plýtvá obrovské množství kyslíku.

Celková roční spotřeba kyslíku na Zemi je 230 miliard tun, 2,6 miliardy tun se spotřebuje na dýchání rostlin a živočichů, oxidace půdy je 50 miliard tun a zbytek jsou spalovací procesy. S přihlédnutím k rychlému odlesňování planety a zvyšujícímu se tempu industrializace je přirozené, že v budoucnu dojde k dalšímu nárůstu spotřeby a poklesu produkce O2.

2) jako výsledek lidské aktivity Do atmosféry se dostávají stovky látek, z nichž mnohé jsou skleníkové plyny a ničitelé ozonové vrstvy stratosféry, ozonová vrstva je například zničena, když se do atmosféry dostane chlór a dusík.

Ve stratosféře se vlivem tvrdého ionizujícího záření (méně než 242 nm) molekuly O2 rozpadají na atomy, které se spojují s molekulami O2 a tvoří ozón (O3).

V důsledku toho se vytvoří vrstva, která je neprostupná pro ultrafialové záření A (< 280 нм), В (280 < <315 нм) и задерживающий большую часть ультрафиолета С (315 < 400 нм).

Když ozón pohltí kvanta UV záření, uvolní se tepelná energie, díky které se stratosféra zahřívá.

Tloušťka ozonové vrstvy se měří v Dobsonových jednotkách (100 DU = 0,1 cm při normálním atmosférickém tlaku).

Na pólech je více ozonu (301,6 DU) než na rovníku, ale tloušťka troposféry je větší na rovníku. Koncentrace ozonu a předpokládaná délka života se v různých nadmořských výškách liší a liší se v závislosti na denní době a ročním období. Každá nadmořská výška má své vlastní zdroje ozonu a své vlastní propady a k výměně ozonových hmot také dochází mezi různými zeměpisnými šířkami. Obecně je odhad cirkulace atmosférického ozonu velmi pracný proces s pouze přibližnými skutečnými výsledky.

Přečtěte si také

— Kyslíkový cyklus

Na rozdíl od uhlíku jsou rezervoáry kyslíku dostupné pro biotu obrovské ve srovnání s jejími toky.

Odpadá tedy problém globálního nedostatku O2 a uzavřenosti jeho cyklu. Cyklus biotického kyslíku je 270 Gt/rok. Kyslík na Zemi je první v… [číst dále].

— Kyslíkový cyklus

26). Kromě,…

PODROBNĚ popište koloběh kyslíku v přírodě.

— Kyslíkový cyklus

Ne vždy byla součástí zemské atmosféry. Objevil se v důsledku životně důležité činnosti fotosyntetických organismů a pod vlivem ultrafialových paprsků se přeměnil na ozón.

Jak se ozon nahromadil, vytvořila se v horních vrstvách atmosféry ozónová vrstva. … [Přečtěte si více].

— Kyslíkový cyklus

Atmosférický kyslík je biogenního původu a jeho cirkulace kyslíku v biosféře se uskutečňuje doplňováním zásob v atmosféře v důsledku fotosyntézy rostlin a absorpce při dýchání organismů a spalování paliva v lidské ekonomice (obr.

— CYKLUS KYSLÍKU

Kyslík je nejrozšířenějším prvkem, bez kterého není život na Zemi možný. Tvoří 47,2 % hmoty zemské kůry ve formě oxidů kovů a nekovů.

— Biogeochemické cykly: koloběh kyslíku, uhlíku, dusíku, fosforu, síry a vody.

Kyslíkový cyklus: Kyslík hraje zásadní roli v životě většiny živých organismů na naší planetě. Každý to potřebuje k dýchání. Kyslík nebyl vždy součástí zemské atmosféry. Objevil se v důsledku životně důležité činnosti fotosyntetických organismů.

Asi čtvrtinu atomů veškeré živé hmoty tvoří kyslík. Vzhledem k tomu, že celkový počet atomů kyslíku v přírodě je konstantní, protože kyslík je ze vzduchu odstraňován v důsledku dýchání a dalších procesů, musí být doplňován. Nejdůležitějšími zdroji kyslíku v neživé přírodě jsou oxid uhličitý a voda. Kyslík se do atmosféry dostává především procesem fotosyntézy, na kterém se podílí CO2.

Důležitým zdrojem kyslíku je zemská atmosféra.

Část kyslíku se tvoří v horních částech atmosféry v důsledku disociace vody pod vlivem slunečního záření. Část kyslíku uvolňují zelené rostliny během fotosyntézy s H2O a CO2.

Atmosférický CO2 zase vzniká v důsledku spalovacích reakcí a dýchání zvířat. Atmosférický O2 se spotřebovává na tvorbu ozonu v horních částech atmosféry, oxidační procesy zvětrávání hornin, při dýchání živočichů a při spalovacích reakcích.

Přeměna V2 na CO2 vede k uvolnění energie, proto je třeba energii vynaložit na přeměnu CO2 na O2.

Vlastnosti cirkulace vody a některých látek v biosféře

Tato energie se ukáže být Sluncem. Život na Zemi tedy závisí na cyklických chemických procesech, které umožňuje sluneční energie.

Použití kyslíku je způsobeno jeho chemickými vlastnostmi. Kyslík je široce používán jako oxidační činidlo. Používá se pro svařování a řezání kovů, v chemickém průmyslu - k získání různých sloučenin a zintenzivnění některých výrobních procesů.

V kosmické technice se kyslík používá ke spalování vodíku a dalších druhů paliva, v letectví – při létání ve velkých výškách, v chirurgii – k podpoře pacientů s dýchacími potížemi.

Biologická role kyslíku je dána jeho schopností podporovat dýchání.

Při dýchání po dobu jedné minuty člověk spotřebuje v průměru 0,5 dm3 kyslíku, za den - 720 dm3 a za rok - 262,8 m3 kyslíku.

Cyklus kyslíku v přírodě

Úkoly „C“ Jednotná státní zkouška_ 2007 – C 4

Jaká je adaptace kvetoucích rostlin na společný život v lesním společenství? Uveďte alespoň 3 příklady.

1) stupňovité uspořádání, zajišťující využití světla rostlinami;

2) nesouběžné kvetení větrem a hmyzem opylovaných rostlin;

Vyjmenujte alespoň 3 rozdíly ve struktuře prokaryotických a eukaryotických buněk.

1) jaderná látka není oddělena od cytoplazmy membránou;

2) jedna kruhová molekula DNA – nukleoid;

3) chybí většina organel, kromě ribozomů.

K jakým změnám v lučním ekosystému by mohl vést pokles počtu opylujícího hmyzu?

1) snížení počtu hmyzem opylovaných rostlin, změny v druhovém složení rostlin;

2) snížení počtu a změny v druhovém složení býložravých zvířat;

3) snížení počtu hmyzožravých zvířat.

Jaké důsledky mohou vést různé typy antropogenních vlivů na životní prostředí?

Uveďte alespoň 4 důsledky.

1) spalování paliva vede k hromadění CO 2 v atmosféře a skleníkovému efektu;

2) práce průmyslových podniků přispívá ke znečišťování životního prostředí pevnými odpady (prachové částice), plynnými produkty (oxidy dusíku atd.), které způsobují kyselé deště;

3) použití freonů vede k tvorbě ozónových děr a pronikání ultrafialových paprsků, které mají škodlivý vliv na všechny živé věci;

4) odlesňování, odvodňování bažin, orba panenské půdy vede k desertifikaci.

V posledních letech se díky pokrokům v biotechnologiích stal dostupným nový zdroj potravy: protein získaný z mikroorganismů.

Jaké jsou výhody použití mikroorganismů k produkci bílkovin ve srovnání s tradičním používáním plodin a zvířat pro tento účel?

1) nejsou zapotřebí velké plochy pro plodiny a ustájení hospodářských zvířat, což snižuje náklady na energii;

2) mikroorganismy jsou pěstovány na levných nebo vedlejších produktech zemědělství nebo průmyslu;

3) pomocí mikroorganismů je možné získat bílkoviny se specifikovanými vlastnostmi (například krmné bílkoviny).

Moderní lalokoploutvé ryby jsou ve stavu biologické regrese.

Poskytněte údaje potvrzující tento jev.

1) nízká početnost druhu: v současnosti je znám pouze jeden druh těchto ryb - coelacanth;

2) malá oblast rozšíření: coelacanth má omezené rozšíření v Indickém oceánu;

3) coelacanth je přizpůsoben životu pouze v určité hloubce, tzn.

je to vysoce specializovaný druh.

Uveďte alespoň 3 změny ve smíšeném lesním ekosystému, které by mohly vyplývat ze snížení počtu hmyzožravých ptáků.

1) zvýšení počtu hmyzu;

2) snížení počtu rostlin pozřených a poškozených hmyzem;

3) snížení počtu dravých zvířat, která se živí hmyzožravým ptactvem.

Biologický pokrok savců byl doprovázen vznikem mnoha konkrétních adaptací – idioadaptací.

Proveďte alespoň 3 idioadaptace ve vnější struktuře, které krtkům umožňují úspěšně vést životní styl podzemního norování. Vysvětli svoji odpověď.

1) přední končetiny ve tvaru lopaty uzpůsobené pro kopání; 2) nepřítomnost uší;

3) krátká srst neruší pohyb v půdě.

Vysvětlete, jaké rysy předních končetin primátů přispěly k rozvoji ruky pro činnost nástroje během antropogeneze.

1) přední končetina úchopového typu, protilehlý palec;

2) přítomnost nehtů: konečky prstů jsou otevřené a mají větší hmatovou citlivost;

3) přítomnost klíční kosti, která zajišťuje různé pohyby přední končetiny.

Jaké aromorfózy umožnily savcům rozšířit se na Zemi?

1) teplokrevnost způsobená 4-komorovým srdcem, alveolárními plícemi a vlasy;

2) nitroděložní vývoj, krmení mláďat mlékem;

3) vysoká úroveň organizace centrálního nervového systému, složité formy chování.

K hubení zemědělských a lesnických škůdců se používají různé metody.

Uveďte alespoň 3 výhody používání biologických metod oproti chemickým.

1) biologické metody jsou neškodné a šetrné k životnímu prostředí, protože jsou založeny na přitahování přirozených nepřátel škůdců;

2) chemikálie také otravují užitečný hmyz, znečišťují půdu, jsou absorbovány rostlinami, které na ní rostou, a následně kontaminují možné lidské potraviny; 3) používání biologických metod ochrany proti škůdcům přispívá k zachování biologické rozmanitosti přírody nebo k regulaci jednoho druhu škůdce.

V přírodě dochází ke koloběhu kyslíku.

Jakou roli v tomto procesu hrají živé organismy?

1) kyslík se tvoří v rostlinách během fotosyntézy a uvolňuje se do atmosféry;

2) v procesu dýchání je kyslík využíván živými organismy; 3) v buňkách živých organismů se kyslík účastní redoxních procesů energetického metabolismu za vzniku vody a oxidu uhličitého.

1) život v těle hostitele, ochrana před nepříznivými podmínkami, přísun potravy a nepřítomnost nepřátel přispěly k redukci některých orgánových systémů a vytvoření vysoce vyvinutého reprodukčního systému;

2) hustá vrstva těla brání jeho trávení a přichycovací orgány zůstávají v těle hostitele;

3) samooplodnění, vysoká plodnost a složitý vývojový cyklus umožňují jeho široké rozptýlení.

Jaké znaky stavby těla jsou společné pouze lidem a lidoopům?

1) přítomnost nehtů místo drápů;

2) přítomnost kostrče a nepřítomnost ocasu;

3) stejný zubní systém;

4) podobný tvar uší, obličej bez souvislé srsti.

Vliv automobilové dopravy na člověka a životní prostředí

1.3.1 Pojem hluk

Hluk je jakýkoli zvuk, který je člověkem nechtěný. Za normálních atmosférických podmínek je rychlost zvuku ve vzduchu 344 m/s. Zvukové pole je prostorová oblast, ve které se šíří zvukové vlny...

Vzdušný obal Země

9.

Koncepce klimatu

Klima je dlouhodobý charakter počasí pro danou oblast. Klima ovlivňuje režim řek, tvorbu různých typů půd, vegetaci a faunu. Takže v oblastech, kde zemský povrch dostává hodně tepla a vlhkosti...

Geneticky modifikované organismy a geneticky modifikované produkty

1.

Geneticky modifikovaný organismus (GMO) je organismus, jehož genotyp byl uměle změněn pomocí metod genetického inženýrství. Tato definice může být aplikována na rostliny, zvířata a mikroorganismy. Genetické změny...

Vzorce samočištění vody ve vodních útvarech

1.1 Koncepce EIA

Zatím jediným současným ruským regulačním dokumentem upravujícím posuzování vlivů na životní prostředí (EIA) je nařízení „O posuzování vlivů na životní prostředí v Ruské federaci“ (schváleno.

Cyklus kyslíku

nařízením ruského ministerstva přírodních zdrojů ze dne 18.

Koloběh hmoty a energie v přírodě

1.1 Kruhy koloběhu látek

Sluneční energie na Zemi způsobuje dva cykly látek: · velký (geologický), nejzřetelněji se projevuje v koloběhu vody a atmosférické cirkulaci. · malé, biologické (biotické)…

Fosforový cyklus

2. Vytvořte diagram cyklu a znázorněte pohyb sloučenin obsahujících fosfor

Napište vysvětlující text ke schématu a odpovězte na otázky: 1.

Která fáze v cyklu fosforu neexistuje? 2. Kde se může hromadit fosfor? 3…

Státní přírodní rezervace Laponsko: ekologický stav a opatření ke zlepšení zdraví

7. Mechanismy látkové cirkulace

Oběh látek v biogeocenóze je nezbytnou podmínkou existence života.

Vznikl v procesu utváření života a stal se složitějším během evoluce živé přírody. Na druhou stranu, aby byl možný oběh látek v biogeocenóze...

Vztahy organismů v zemědělských systémech

4. Vlastnosti koloběhu látek v agroekosystémech

Výměna hmoty a energie na planetě zahrnuje různé procesy materiálních a energetických přeměn a pohybů v litosféře, hydrosféře a atmosféře.

S příchodem života tyto cykly a toky zesílily...

Právní ochrana vod

2.1.1. Koncept „používání vody“

Ve vztahu k četným a rozmanitým specifickým sociálním vztahům, které vznikají v procesu využívání přírodních zásob vody, působí pojem „využívání vody“ jako jeden kolektivní, zobecňující pojem.

Je třeba poznamenat...

Právní základ pro udělování licencí v oblasti ochrany životního prostředí

1.1 Pojem licencování

Licencování je řízení o vydání povolení konkrétnímu subjektu k oprávnění provozovat určitou činnost, které odráží podmínky pro provádění takové činnosti. Vinokurov A.Yu...

Problém znečištění ovzduší

1.1 Pojem geosféry

Biosféra je živý obal planety Země Biosféra je souhrn těch vrstev Země, které byly v průběhu své geologické historie vystaveny vlivu organismů.

Studium biosféry jako zvláštního obalu zeměkoule...

Řešení problému sekvestrace uhlíku na státní a mezistátní úrovni

Kapitola 2. Vliv uhlíkového cyklu na globální klima

Současná úroveň porušování podmínek životního prostředí a rovnováhy na Zemi

Koncepce environmentálního managementu

V současnosti, kdy člověk na vysokém stupni rozvoje vědy a výrobních sil svou činností radikálně mění složky přírody, vyvstává problém soužití člověka (lidské společnosti) a přírody...

Člověk jako biologický a sociální organismus přírody

2.

Účast organismů na koloběhu hmoty a energie. Problém narušení koloběhu látek v biosféře

Hlavní funkcí biosféry je zajišťovat koloběh chemických prvků, který se projevuje v oběhu látek mezi atmosférou, půdou, hydrosférou a živými organismy...

Ekologický systém

3.

Nakreslete a diskutujte model biotického (biologického) cyklu biogenních látek za účasti producentů, konzumentů a rozkladačů. Vysvětlete názvy organismů a jejich roli v cyklu

Rýže. Model biotického (biologického) cyklu biogenních látek za účasti producentů, konzumentů a rozkladačů. Biotický cyklus je zajištěn interakcí tří hlavních skupin organismů: 1) producenti - zelené rostliny...

Spotřeba kyslíku probíhá nepřetržitě miliony let.

Spotřebovává se v obrovském množství na pomalou a rychlou oxidaci, hoření a výbuch, ale složení vzduchu zůstává nezměněno, obsah kyslíku v něm neklesá.

Jak se vzduch doplňuje kyslíkem?

Na konci 18. století byl proveden experiment, který nám pomůže na tuto otázku odpovědět.

Zapálená svíčka byla umístěna pod skleněným krytem. Svíčka nějakou dobu hořela, ale brzy zhasla:

všechen kyslík ve vzduchu pod kapotou byl spotřebován. Doba hoření svíčky byla zaznamenána.

Za předpokladu, že rostliny hrají nějakou roli při tvorbě kyslíku, byl experiment opakován. Vedle zapálené svíčky byl položen svazek máty. Hořící svíčka a máta byly zakryty stejným uzávěrem. Sluneční paprsky pronikající sklem čepice dopadaly na rostlinu a osvětlovaly její zelené listy. Uběhlo hodně času – více než při prvním pokusu – ale svíčka nezhasla a dál hořela obyčejným plamenem. Bylo tedy zjištěno, že zelené listy rostlin mění složení vzduchu a na světle uvolňují kyslík. Zároveň bylo zjištěno, že rostliny získávají oxid uhličitý ze vzduchu.

Nikdo v té době ještě nedokázal vysvětlit podstatu tohoto pozoruhodného jevu. Pocta objevit roli rostlin v životě naší planety patří velkému ruskému vědci Klimentu Arkadyevičovi Timiryazevovi.

Podíváte-li se mikroskopem na řez zeleného listu, uvidíte zelená zrna – chloroplasty – v buňkách podobných plástům. Jsou také tzv zrna chlorofylu. Každá listová buňka obsahuje 25 až 50 zrn chlorofylu. Timiryazev o této přezdívce hovořil: „Zrno chlorofylu je ohniskem, bodem v kosmickém prostoru, kde se sluneční paprsek mění v chemickou energii a stává se zdrojem veškerého života na Zemi.

Co se děje v zelených listech rostlin? Listy mají četné otvory - průduchy, které slouží rostlině k dýchání a výživě. Těmito průduchy proniká oxid uhličitý ze vzduchu do listů. Rostlina svými kořeny nasává vlhkost ze země a tenkými kapilárami kmene a stonků ji dodává listům.

Vlivem světla a tepla ze slunečních paprsků dochází v chlorofylových zrnech listu mezi vodou a oxidem uhličitým ke složité chemické reakci – fotosyntéze. V důsledku toho vznikají produkty, které se mění na hroznový cukr a kyslík.

Hroznový cukr má zvláštní název - glukóza, který pochází z řeckého slova „glucos“, což znamená „sladký“.

Molekuly glukózy se skládají z 6 atomů uhlíku, 12 atomů vodíku a 6 atomů kyslíku. Tvorba 1 molekuly glukózy vyžaduje 6 molekul oxidu uhličitého (CO 2) a 6 molekul vody (H 2 O). V tomto případě by se mělo uvolnit 6 molekul kyslíku. Proto, když se vyrobí 1 gram glukózy, uvolní se více než 1 gram, tedy asi 900 centimetrů krychlových, čistého kyslíku.

V chlorofylových zrnech rostlin žijících na souši i pod vodou tak vlivem slunečního záření a tepla vzniká kyslík, který průběžně doplňuje naši planetu.

Rostliny jsou nevyčerpatelným zdrojem kyslíku nezbytného pro život a lze je právem nazvat „továrnami na zelený kyslík“.

Donedávna se věřilo, že kyslík, který se uvolňuje z rostlin při fotosyntéze, se odštěpuje od oxidu uhličitého. Věřilo se, že v zrnech chlorofylu se vlivem světla molekula oxidu uhličitého štěpí na kyslík a uhlík. Uhlík, který reaguje s vodou, nakonec tvoří glukózu a kyslík se uvolňuje do atmosféry.

V současné době existuje další teorie. Předpokládá se, že v zrnech chlorofylu se vlivem slunečního záření nerozpadá molekula oxidu uhličitého, ale molekula vody. Vzniká tak kyslík, který se uvolňuje do atmosféry, a vodík, který ve spojení s oxidem uhličitým produkuje glukózu.

Tato teorie získala své experimentální potvrzení v roce 1941 v experimentech A.P. Vinogradova, který jako první použil těžký izotop kyslíku O18 ke studiu fotosyntézy.

Při zalévání rostliny vodou obsahující těžký izotop O18 A.P. Vinogradov pozoroval, že čím více těžkého izotopu kyslíku O18 bylo obsaženo ve vodě, kterou byla rostlina zalévána, tím více se ho nacházelo v uvolněném kyslíku.

Pokud zalijete rostlinu obyčejnou vodou a umístíte ji do atmosféry oxidu uhličitého obsahujícího těžký izotop kyslíku O18, pak izotop O18 není detekován v kyslíku uvolněném během fotosyntézy.

Tyto experimenty přesvědčivě ukázaly, že při fotosyntéze v zelených listech rostlin se kyslík nezískává z oxidu uhličitého, ale z rozkladu vody. Vodík, který je součástí vody, spolu s oxidem uhličitým tvoří glukózu.

V listech nezůstává žádná glukóza. Jako rozpustná živina je distribuován po celé rostlině a slouží jako potrava a stavební materiál pro tvorbu vlákniny. Kořeny, kmeny, stonky a listy rostlin jsou tvořeny vlákninou.

Část glukózy se přeměňuje na škrob a ukládá se v ovoci a obilovinách.

Pro život a vývoj rostliny je nezbytné sluneční záření a nepřetržitý přísun oxidu uhličitého a vody. Jak se rostlina krmí, vzduch kolem ní se obohacuje kyslíkem a ochuzuje o oxid uhličitý. Díky práci větru dochází k promíchání vzduchu, a tím k udržení stálé koncentrace oxidu uhličitého u listů rostliny.

Jak je zajištěn přísun oxidu uhličitého do listů v horkém bezvětrném počasí? V takovém počasí se molekuly oxidu uhličitého, náhodně se pohybující ve vzduchu, ocitnou poblíž zeleného listu a náhle se k němu prudce otočí.

Jaká síla je způsobí, že se stočí směrem k listu?

Pokud naplníte nádobu oddělenou přepážkou dvěma různými plyny a poté ji opatrně vyjmete, plyny se smísí a vytvoří homogenní směs. Stejný jev lze pozorovat, pokud se dostanou do kontaktu dvě různá řešení.

Pokud oddělíte dva různé plyny nebo roztoky tak, že mezi ně umístíte přepážku ze želatiny, kůže nebo jiného jemně porézního materiálu, všimnete si, že po nějaké době budou koncentrace plynů nebo roztoků na obou stranách přepážky stejné.

Procesy samovolného promíchávání plynů nebo kapalin, jakož i jejich pronikání polopropustnými přepážkami jsou tzv. difúze.

Čím větší je rozdíl v koncentracích difundujících látek, tím větší je rychlost difúze.

To je důvod, proč, jakmile se koncentrace oxidu uhličitého v blízkosti zeleného listu sníží než v určité vzdálenosti od něj, vzduch v blízkosti listu se doplní molekulami oxidu uhličitého z blízkých vrstev atmosféry. Jejich místa zaujímají stovky, tisíce a miliony molekul oxidu uhličitého ze vzdálenějších částí vesmíru.

Současně s procesem difúze oxidu uhličitého probíhá proces difúze kyslíku ze zeleného listu do vzdálenějších prostor, kde je jeho koncentrace nižší.

Pod vodou, stejně jako na souši, se rostliny živí oxidem uhličitým a produkují glukózu a škrob, přičemž uvolňují kyslík.

Odkud pochází oxid uhličitý ve vodě? Vzniká při dýchání živočichů a rostlin žijících pod vodou. Navíc se tam dostává ze vzduchu, rozpouští se v povrchových vrstvách vody. Mícháním neboli difúzí proniká oxid uhličitý hlouběji.

Oxid uhličitý je vysoce rozpustný ve vodě. Jeho rozpustnost při nízkých teplotách je 35krát větší než rozpustnost kyslíku. V litru vody o teplotě 0° a tlaku 760 milimetrů se rozpustí 50 centimetrů krychlových kyslíku a více než 1700 centimetrů krychlových oxidu uhličitého. I když při teplotě vody 20° oxid uhličitý na litr rozpustí přibližně polovinu tohoto množství, je to stále dost na to, aby rostliny pod vodou neměly nedostatek oxidu uhličitého. Na zeleném povrchu podvodních rostlin probíhá stejný proces asimilace uhlíku jako ve vzduchu.

Do sklenice nalijte obyčejnou vodu z vodovodu a propusťte přes ni oxid uhličitý. Umístěte rostlinu do vody a zakryjte ji nálevkou. Na úzkou část nálevky umístěte zkumavku naplněnou vodou. Umístěte sklenici s rostlinou na sluneční světlo. Po několika hodinách se ve zkumavce nahromadí znatelné množství plynu. Vyjměte zkumavku z úzké části nálevky a pod vodu

Rostlina, která je pod vodou, při krmení uvolňuje kyslík.

zajistěte jej zátkou. Nyní můžete zkumavku vyjmout z vody a převrátit dnem vzhůru. Zbývající voda ve zkumavce klesne na dno a plyn se objeví nad vodou. Otevřete zástrčku. Protože hustota kyslíku je o něco větší než hustota vzduchu, zůstane kyslík ve zkumavce nějakou dobu (dokud nepronikne do vzduchu). Umístěte doutnající třísku do zkumavky a přesvědčíte se, že plyn uvolňovaný z rostliny je kyslík.

Kyslík vznikající ve vodě je rovnoměrně rozložen po celé tloušťce vody a nasycuje ji. Pokud je kyslíku více, než je možné ve vodě při dané teplotě rozpustit, přebytek unikne do vzduchu. Pokud je ho méně, pak se chybějící množství kyslíku doplní ze vzduchu.

Není tak úplně pravda tvrdit, že kyslík je distribuován rovnoměrně v celém vodním sloupci. V různých hloubkách má voda různé teploty. A víme, že čím vyšší teplota, tím méně kyslíku se v ní rozpustí. Proto je v různých ročních obdobích v různých hloubkách koncentrace kyslíku rozpuštěného ve vodě různá. V mělkých nádržích není rozdíl v množství rozpuštěného kyslíku v horní a spodní vrstvě příliš velký a lze jej zanedbat.

Rostliny žijící na souši nebo pod vodou kyslík nejen produkují, ale také absorbují. Jako každý živý organismus i rostliny dýchají. Část kyslíku, který se tvoří při krmení rostlin, spotřebovávají při dýchání.

Pokud po dlouhé zimní noci vstoupíte do uzavřené místnosti, kde bylo mnoho květin, cítíte se tak dusno, jako by tu mnoho lidí bylo už dávno. Rostliny spotřebovaly část kyslíku ve vzduchu k dýchání a v místnosti se vytvořil nadbytek oxidu uhličitého.

Kyslík v přírodě tedy tvoří nepřetržitý kruh. Při dýchání lidí, zvířat a rostlin a při spalování pevných a kapalných paliv se spotřebovává kyslík a vzniká oxid uhličitý. Tento plyn se používá k napájení rostlin, které vracejí kyslík zpět do vzduchu.

Rostliny hrají v životě člověka důležitou roli. Nejenže nás krmí a zahřívají – poskytují po staletí stálý obsah kyslíku ve vzduchu, bez kterého je život na Zemi nemožný.

Nemění se v zimě obsah kyslíku ve vzduchu, kdy zůstávají zelené jen jehličnaté stromy?

V zimě se množství kyslíku uvolňovaného rostlinami snižuje, ale jeho zásoby v atmosféře jsou extrémně velké. Pokud by tisíc nebo dokonce dva tisíce let vůbec nedocházelo k návratu kyslíku, ale pouze k jeho spotřebě, pak by celkové množství spotřebovaného kyslíku nepřesáhlo 0,1 procenta celkové zásoby kyslíku v atmosféře. Zásoby kyslíku ve vzduchu jsou nevyčíslitelné.