Распространенность в природе, геохимическая и биологическая роль кислорода.
материал по теме

Распространенность в природе, геохимическая и биологическая роль кислорода.

Этот важнейший элемент стоит на первом месте по распространенности. Земная кора на 47,2 % состоит из кислорода. Химическая активность кислорода при высоких температурах и  большие значения энергии связи кислорода со многими другими элементами объясняют, почему в первичной атмосфере Земли его почти не было. (Аналогичная ситуация наблюдается в настоящее время на Венере, в горячей атмосфере которой содержатся около 0,15 % кислорода.) Высокие значения величины ▲ G 0 для многих оксидов, карбонатов, силикатов не оставляют сомнений в том что, кислород почти полностью находится в связной форме. Так ▲ G 298, для оксидов алюминия, кремния, хрома, железа (магнетита) составляет – 1581,72, - 808,08,- 1050,8,- 1018,08 кДж/моль, и можно с уверенностью предположить, что эти оксиды были устойчивы в условиях формирования земной коры. То же относится к карбонатам (сидерит – 676 кДж/моль) и в еще большей мере к силикатам.

Однако по мере понижения температура активность кислорода падает. Молекулы кислорода при температуре около 20 С ведут себя как сравнительно малоактивные частицы, поэтому кислород при невысоких температурах имеет шансы сохранятся в течении длительного промежутков времени. По мере охлаждения  земного шара усложнялись структуры органических молекул, возникла жизнь, и у ряда организмов сформировались фотосинтетические механизмы. Фотосинтез уменьшил концентрацию двуокиси углерода в атмосфере и обогатил ее кислородом. Другим источником кислорода были, по-видимому, фотохимические реакции разложения воды в верхних слоях атмосферы, вызванные ультрафиолетовым излучением Солнца. Так постепенно кислород накапливался в атмосфере, пока не было достигнуто равновесия между  процессами его выделения и поглощения (дыхания организмов, гниение, различные виды реакций окисления и т.д.). Поэтому в природе кислород оказался в виде свободного молекулярного кислорода, в виде связанного, который всегда представлен отрицательным ионом. Формы связанного кислорода- вода, оксиды металлов и неметаллов, соли кислородных кислот и т.д.- составляют большую часть тех веществ из которых состоит наша планета – ее атмосфера, гидросфера, литосфера.

Биологическая роль кислорода в значительной мере определяется его способностью прочно связывать электроны. В состав пищи  разнообразных организмов входят вещества, в молекулах которых электроны находятся на более высоком энергетическом уровне, чем в кислороде. Поэтому переход электронов от пищевых веществ (углеводы, жиры и иногда у некоторых бактерий различные неорганические вещества – сероводород, метан, даже железо) к кислороду может доставить организму энергию, необходимую для химических синтезов, движения и др. До появления кислорода в атмосфере роль акцепторов( веществ, принимающий электроны) играли другие окислители, и формы жизни носили анаэробный характер. Но с развитием фотосинтеза и обогащением атмосфера кислородом у организмов  выработались специальные катализаторы (оксидазы), облегчающие присоединения электронов к молекулам кислорода. Использование кислорода для дыхания в различных аэробных формах жизни, несомненно, открыло новые возможности в развитии и совершенствовании организмов.

Озон

Кроме обычной широко распространенной формы О2, кислород образует аллотропическую разновидность – озон, в молекуле которого три атома (О3) . Температура плавления озона – 192 ̊ С , температура кипения – 110̊ С . Озон диамагнитен и содержит менее прочно связанные электроны, чем кислород. На это указывает его окраска ( синяя в жидком и черно-фиолетовая в твердом состоянии)  и гораздо большая, чем у кислорода, окислительная активность. В газообразном состоянии озон представляет собой голубоватый газ с характерным запахом, растворимый в воде  лучше, чем кислород.

Озон получается из кислорода действием тихого электрического разряда. Образование озона в озонаторе (по Ю.В. Филиппову) происходит в две стадии: сначала молекула кислорода распадается на атомы под действием быстрых электронов, а затем атомы кислорода реагируют с молекулой О2.