БОЛЬШАЯ НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА  
рефераты
Добро пожаловать на сайт Большой Научной Библиотеки! рефераты
рефераты
Меню
Главная
Налоги
Начертательная геометрия
Оккультизм и уфология
Педагогика
Полиграфия
Политология
Право
Предпринимательство
Программирование и комп-ры
Радиоэлектроника
Региональная экономика
Режущий инструмент
Реклама и PR
Ресторанно-гостиничный бизнес бытовое обслуживан
Римское право
Русский язык культура речи
РЦБ ценные бумаги
САПР
Сексология
Семейное право
Социология
Страховое право
Строительство архитектура
Таможенное право
Теория государства и права
Технология
Таможенная система
Транспорт
Физика и энергетика
Философия
Финансы деньги и налоги
Физкультура и спорт
Фотография
Химия
Хозяйственное право
Цифровые устройства
Экологическое право
Экология
Экономика
Экономико-математическое моделирование
Экономическая география
Экономическая теория
Эргономика
Этика и эстетика
Сочинения по литературе и русскому языку
Рефераты по теории государства и права
Рефераты по теории организации
Рефераты по теплотехнике
Рефераты по товароведению
Рефераты по трудовому праву
Рефераты по туризму
Рефераты по уголовному праву и процессу
Рефераты по управлению
Рефераты по менеджменту
Рефераты по металлургии
Рефераты по муниципальному праву
Биографии
Рефераты по психологии
Рефераты по риторике
Рефераты по статистике
Рефераты по страхованию
Рефераты по схемотехнике
Рефераты по науке и технике
Рефераты по кулинарии
Рефераты по культурологии
Рефераты по зарубежной литературе
Рефераты по логике
Рефераты по логистике
Рефераты по маркетингу
Рефераты по международному публичному праву
Рефераты по международному частному праву
Рефераты по международным отношениям
Рефераты по культуре и искусству
Рефераты по кредитованию
Рефераты по естествознанию
Рефераты по истории техники
Рефераты по журналистике
Рефераты по зоологии
Рефераты по инвестициям
Рефераты по информатике
Исторические личности
Рефераты по кибернетике
Рефераты по коммуникации и связи
Рефераты по косметологии
Рефераты по криминалистике
Рефераты по криминологии
Новые или неперечисленные
Без категории

Распространение и формы кислорода в природе

Распространение и формы кислорода в природе

Распространение кислорода.

Кислород (лат. Oxygenium) – химический элемент VI группы периодической

системы Менделеева: атомный номер 8, относительная атомная масса 15,9994.

Кислород был одновременно получен шведским ученым К. Шееле в 1773 г. и

английским химиком Дж. Пристли в 1774 г. В 1777 г. А. Лавузье объяснил

процессы дыхания и горения и дал название кислороду oxygenium – рождающий

кислоты.

При нормальных условиях кислород представляет собой бесцветный газ, не

имеющий запаха, состоит из двухатомных молекул, имеет несколько бульшую

плотность, чем воздух, и плохо растворим в воде.

Кислород имеет высокую электроотрицательность (3.5 по шкале

электроотрицательностей) и является сильным окислителем. Он способен

соединяться со многими элементами, образуя оксиды. Реакции образования

оксидов очень экзотермичны, и это во многих случаях может приводить к

возгоранию соединяющегося с кислородом элемента либо образующегося

соединения [4].

Кислород – наиболее распространенный элемент твердой земной коры,

гидросферы, живых организмов. Его кларк в литосфере – 47 %, еще выше кларк

в гидросфере – 82 % и живом веществе – 70 %. Известно свыше 1400

кислородосодержащих минералов, в которых его спутниками являются десятки

элементов периодической системы. Кислород – циклический элемент

классификации В. И. Вернадского, он участвует в многочисленных круговоротах

различных масштабов – от небольших, в пределах конкретного ландшафта, до

грандиозных, связывающих биосферу с очагами магматизма. [2]

На долю кислорода приходится приблизительно половина всей массы земной

коры, 89 % массы мирового океана. В атмосфере кислород составляет 23 %

массы и 21 %

объема [4].

На земной поверхности зеленые растения в ходе фотосинтеза разлагают

воду и выделяют свободный кислород (О2) в атмосферу. Как отмечал

Вернадский, свободный кислород – самый могущественный деятель из всех

известных химических тел земной коры. Поэтому в большинстве систем

биосферы, например в почвах, грунтовых, речных и морских водах, кислород

выступает настоящим геохимическим диктатором, определяет геохимическое

своеобразие системы, развитие в ней окислительных реакций. За миллиарды лет

геологической истории растения сделали атмосферу нашей планеты кислородной,

воздух, которым мы дышим, сделан жизнью [1].

Количество реакций окисления, расходующих свободный кислород, огромно.

В биосфере они в основном имеют биохимическую природу, т. е. Осуществляются

бактериями, хотя известно чисто химическое окисление. В почвах, илах,

реках, морях и океанах, горизонтах подземных вод – везде, где имеются

органические вещества и вода, развивается деятельность микроорганизмов,

окисляющих органические соединения.

Ранее считалось, что свободный кислород в земную кору проникает только

до уровня грунтовых вод. Однако гидрохимики сделали важное открытие – в

горах, особенно в аридных зонах, свободный кислород проникает с подземными

водами на глубины более

1 км. [2].

В большинстве природных вод, содержащих свободный кислород – сильный

окислитель, существуют органические соединения – сильные восстановители.

Поэтому все геохимические системы со свободным кислородом неравновесны и

богаты свободной энергией. Неравновесность выражена тем резче, чем больше в

системе живого вещества.

Везде в биосфере, где воды, не содержащие свободный кислород (с

восстановительной средой), встречают этот газ, возникает кислородный

геохимический барьер, на котором концентрируются Fe, Mn, S и другие

элементы с образованием руд этих элементов.

Ранее господствовало заблуждение, что по мере углубления в толщу земной

коры среда становится более восстановительной, однако это не полностью

отвечает действительности. На земной поверхности, в ландшафте, может

наблюдаться как резко окислительные, так и резко восстановительные условия.

Окислительно-восстановительная зональность наблюдается в озерах – в

верхней зоне развивается фотосинтез и наблюдается насыщение и перенасыщение

кислородом. Но в глубоких частях озера, в илах происходит только разложение

органических веществ.

Ниже биосферы, в зоне метаморфизма, степень восстановленности среды

часто уменьшается, как и в магматических очагах.

Наиболее восстановительные условия в биосфере возникают на участках

энергичного разложения органических веществ, а не на максимальных глубинах.

Такие участки характерны и для земной поверхности, и для водоносных

горизонтов.

В целом в биосфере осуществляется более резкая, чем в нижних частях

земной коры и мантии, дифференциация кислорода. Об этом говорят кларки

концентрации кислорода в разных системах [2]:

|Ультраосновные |0,8 |

|породы | |

|Каменные метеориты|0,7 |

|Земная кора |1,0 |

|Извержение породы:| |

|основные |0,8 |

|средние |0,8 |

|кислые |1,03|

|Биосфера и ее | |

|производные: | |

|глины и сланцы |1,1 |

| гидросфера |1,8 |

|живое вещество |1,5 |

|каменный уголь |0,3 |

|нефть |0,08|

|антрацит |0,02|

Ведущая роль живого вещества в геохимической истории кислорода

выявляется, таким образом, очень отчетливо.

Существенное внимание уделяется кислороду при изучении вод мирового

океана. Растворенный в морской воде кислород заимствуется из атмосферы на

контакте воды с воздухом. Он образуется также при фотосинтезе морских

растений. С другой стороны, кислород потребляется при дыхании живых

организмов и при окислении различных веществ моря, главным образом

органического детрита.

Растворимость кислорода в морской воде зависит от температуры и

солености, во всех океанах существует слой с минимальным содержанием

кислорода,

глубина которого меняется в зависимости от географии. Слои с минимальным

содержанием кислорода в океане наиболее часто приурочены к поверхности

одной и той же плотности – (t = 27,2 / 27,3 [3].

Причины равновесия между динамическим притоком и биохимическим

потреблением в слое минимального содержания кислорода обусловлены главным

образом биохимическим расходом кислорода и характером распределения в море

органического вещества. Важной причиной минимума кислородного содержания

является существование в океане горизонта перерыва.

Расход кислорода за несколько лет в воде слоя с минимальным

содержанием, равно как и в воде глубоководного слоя, весьма незначителен.

Органическое вещество в вертикальной колонне воды, по крайней мере до слоя

с минимальным содержанием кислорода, поступает с ее собственной площади

поверхности и этим объясняется дефицит кислорода. Дефицит кислорода тесно

связан с увеличением содержания в морской воде углекислоты и с локально

протекающим окислительным разложением органического вещества [1].

Результаты масс-спектрометрических исследований изотопного состава

растворенного в морской воде воздушного кислорода показали, что между

величиной отношения О18/О16 и количеством кислорода, растворенного в

морской воде на разной глубине, существует значительное расхождение

отрицательного знака. Использовав в качестве стандарта отношение О18/О16 в

воздухе (0,2039%), удалось установить, что разница между процентным

содержанием О18 и таковым воздуха с глубиной постепенно возрастает,

достигая максимума в +0,006% в слое с минимальным содержанием кислорода,

располагающемся на глубине около 700 м. После прохождения слоя с

минимальным содержанием кислорода снова уменьшается, падая на глубине 2870

м примерно до +0,001%. Кислород, освобождающийся при фотосинтезе, имеет

более низкую величину отношения О18/О16, чем атмосферный кислород; по его

данным, фактор фракционирования равен 0,983. Это должно приводить к

уменьшению относительного количества О18 в растворенном в морской воде

кислороде, так как этот кислород частично производится фитопланктоном.

С другой стороны, кислород в морской воде поглощается при дыхании

живых организмов, при бактериальных процессах, при окислении органического

детрита и т.д.; при этом легкий изотоп кислорода поглощается избирательно.

Вследствие этого следует ожидать, что находящийся в воде остаточный

кислород по сравнению с воздухом должен быть относительно обогащен О18.

Фактор фракционирования изотопов кислорода при процессах поглощения

кислорода, растворенного в морской воде, равен 0,991. Необходимо отметить,

что азот в газе, растворенном в воде океана, так же как и атмосферный азот,

имеет нормальный изотопный состав [3].

Историческая геохимия кислорода. Согласно геологическим данным, в Архее

(свыше 2,5 млрд. лет назад) свободного кислорода в атмосфере отсутствовал

или содержался в ничтожном количестве. Об этом свидетельствует отсутствие

кислорода в атмосферах других планет солнечной системы. Фотодиссоциация и

другие физико-химические процессы приводили лишь к появлению

незначительного количества кислорода, который быстро расходовался на

реакции окисления. Биосфера этой эпохи существенно – в ней не было реакций

окисления свободным кислородом, а следовательно, столь характерных для

современной земной поверхности красны, бурых желтых почв, илов, осадочных

пород. Кислородные барьеры отсутствовали, окислительно-восстановительные

условия были недифференцированными. На земной поверхности, вероятно,

преобладала глеевая среда, менее восстановительная, чем в современную

эпоху.

Появление зеленых растений знаменовало новый качественный этап в

истории Земли как планеты. Появился свободный кислород в атмосфере и

гидросфере. Главную его массу в то время, вероятно, накопили водоросли

океана, т. к. в Докембрии, а возможно еще в нижнем Палеозое (до середины

Девона), представляла собой примитивную пустыню с редкими растениями.

Появление свободного кислорода оказало огромное влияние на зону гипергенеза

материков – из восстановительной она стала окислительной. Материки в то

время были сплошной зоной окисления, поскольку аккумуляция органического

вещества и восстановительные барьеры отсутствовали. Таким образом, развитие

жизни привело еще в Докембрии к смене восстановительной зоны гипергенезе

окислительной, т. е. кислородом.

В Девоне возникли лесные ландшафты, началось углеобразование, и в

понижениях суши формировались участки с дефицитом кислорода, с

резковосстановительной средой. На повышенных элементах рельефа в почвах и

корах выветривания продолжала господствовать окислительная среда. Тогда,

около 350 млн. лет назад, начался продолжающийся до сих пор окислительно-

восстановительный этап гипергенеза с развитием в ландшафтах

резкоокислительных и резковосстановительных условий. Трахаться в жопу. В

ландшафтах возникли кислородные барьеры и связанные с ними концентрации Fe,

Mn, Co, S и других элементов.

Кислород в ноосфере. При сжигании топлива ежегодно расходуются

миллиарды тонн атмосферного кислорода. В некоторых промышленно развитых

странах его сжигается больше, чем вырабатывается в результате фотосинтеза.

Таким образом, в ноосфере изменяется круговорот кислорода, в будущем

возможно уменьшение его содержпния в атмосфере, последствия чего необходимо

учитывать.

Формы кислорода

Озон

Озон – один из аллотропов кислорода. Это голубой газ, обладающий

небольшой растворимостью в воде. При низких концентрациях он нетоксичен, но

при концентрациях свыше 100 миллионных долей становится токсичным [4].

Образуется О3 в стратосфере в результате физико-химических реакций под

действием ультрафиолетового излучения или разрядов атмосферного

электричества (грозы). Его общая масса невелика и при нормальном давлении

составила бы слой мощностью 1,7 – 4 мм, но даже такой слой способен

задерживать губительную коротковолновую радиацию Солнца. Возник озоновый

экран в начале Палеозоя 600 млн. лет назад [2].

Озон – эндотермичное и очень неустойчивое соединение. При высоких

концентрациях он взрывоопасен. О3 способен реагировать с алкенами,

расщепляя их двойные связи в процессе озонолиза. При этом образуются

органические соединения, которые называются озонодами [4].

Соединения кислорода

Атом кислорода имеет во внешней оболочке шесть электронов, два из

которых неспарены. Он может присоединять еще два электрона, в результате

чего происходит заполнение его p-орбиталей и образуется оксидный ион О2–. В

таком состоянии кислород имеет степень окисления – 2. атом кислорода может

обобществлять два своих неспаренных 2р-электрона с другими атомами, образуя

две ковалентные связи, как, например, в молекуле воды. Благодаря

относительно малым размерам своих атомов и высокой электроотрицательности

кислород способен стабилизировать атомы других элементов с высокой степенью

окисления.

Оксиды. Кислород образует много разнообразных бинарных соединений с

другими элементами.

Существуют оксиды металлических и неметаллических элементов. Оксиды

металлов, как правило, обладают основными свойствами, а оксиды неметаллов –

кислотными. По этой причине металлические оксиды обладают способностью

соединяться с оксидами неметаллов, образуя соли. Также оксиды могут

обладать свойствами ионных (CaO) либо ковалентных соединений (CO2).

Классификация оксидов по составу не проводит различия металлическими и

неметаллическими оксидами либо ионными и ковалентными. Нормальные оксиды –

связь между каким-либо элементом и кислородом (MgO, SO3, SiO2). Пероксиды –

связи между элементом и кислородом и между двумя атомами кислорода (Na2O2,

H2O2). Пероксиды – сильные окислители. Смешанные оксиды – это смесь двух

оксидов (P3,O4).

Кроме этого, оксиды классифицируются по кислотным или основным

свойствам. Основные оксиды металлов с низкими степенями окисления реагируют

с кислотами, образуя соль и воду, а растворяясь в воде, образуют щелочи

(MgO, CaO). Кислотные оксиды обычно представляют собой простые молекулярные

оксиды неметаллов или d-элементов с высокими степенями окисления и,

растворяясь в воде, образуют кислоты (SO3). К амфотерным оксидам

принадлежат оксиды металлов с небольшой электроотрицательностью,

проявляющие, в зависимости от условий, свойства и кислотных, и основных

оксидов (ZnO). К числу амфотерных оксидов принадлежит вода. Нейтральные

оксиды не реагируют ни с кислотами, ни с основаниями и не образуют солей

(NO, N2O) [4].

Органические соединения. Существует огромное количество

кислородосодержащих органических веществ.

Спирты – это вещества, состоящие из углеводородных радикалов с одной

или несколькими гидроксильными группами –ОН. Фенолы – соединения с одной

или несколькими группами –ОН, присоединенными к бензольному кольцу. Эфиры –

два углеводородных радикала, соединенные атомом кислорода (R – O – R’) или

циклические эфиры.

Кислород встречается в органических соединениях в составе

карбонильной(=С=О) и карбоксильной групп (–СООН). Такие вещества

называются альдегидами (R – C=O – H), кетонами (R – C=O – R) и карбоновыми

кислотами. Существует также большое количество производных от карбоновых

кислот. Карбоновые кислоты широко распространены в природе. Многие

длинноцепочные кислоты и их сложные эфиры содержатся в жирах и маслах

животного и растительного происхождения.

Кроме этого, в составе карбоксильных групп кислород входит в важнейшие

биологоческие соединения, как аминокислоты, пептиды и белки.

Одновременно с карбоксильной и гидроксильной группами кислород входит в

состав также немаловажных для живых организмов – углеводов.

Атом кислорода на ряду с этим входит с –СООН и/или –ОН в состав таких

соединений, как нуклеиновые кислоты, жиры и масла, фосфолипиды, гормоны,

витамины, алкалойды и др. [4].

Список литературы

1. Мияки Я. Основы геохимии. – Л.: Недра, 1969.

2. Перельман А. И. Атомы спутники. – М.: Наука, 1990.

3. Перельман А. И. Геохимия. – М.: Высшая школа, 1989г.

4. Фримантл М. Химия в действии: Перевод с английского. – М.: Мир,

1991.





17.06.2012
Большое обновление Большой Научной Библиотеки  рефераты
12.06.2012
Конкурс в самом разгаре не пропустите Новости  рефераты
08.06.2012
Мы проводим опрос, а также небольшой конкурс  рефераты
05.06.2012
Сена дизайна и структуры сайта научной библиотеки  рефераты
04.06.2012
Переезд на новый хостинг  рефераты
30.05.2012
Работа над улучшением структуры сайта научной библиотеки  рефераты
27.05.2012
Работа над новым дизайном сайта библиотеки  рефераты

рефераты
©2011