Kyslík

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie

Kyslík
Kyslík
Atomové číslo 8
Stabilní izotopy 16,17,18
Relativní atomová hmotnost 15,9994 amu
Elektronová konfigurace 1s2 2s2 2p4
Skupenství Plynné
Teplota tání −218,79 °C (54,36 K)
Teplota varu −182,95 °C (90,20 K)
Elektronegativita (Pauling) 3,44
Hustota 1,429 kg/m³ (0 °C, 101,325 kPa)

Kyslík chemická značka O, (lat. Oxygenium) je plynný chemický prvek, tvořící druhou hlavní složku zemské atmosféry. Je biogenním prvkem a jeho přítomnost je nezbytná pro existenci většiny živých organizmů na této planetě.

Obsah

[editovat] Základní fyzikálně - chemické vlastnosti

Kyslík je velmi reaktivní permanentní plyn, nezbytný pro existenci života na naší planetě. Slučování kyslíku s ostatními prvky se nazývá hoření. Jde prakticky vždy o exotermní reakci, která vede k uvolnění značného množství tepelné a světelné energie. Produkty hoření se nazývají oxidy, dříve kysličníky.

[editovat] Výskyt v přírodě

Na Zemi je kyslík velmi rozšířeným prvkem.

  • V atmosféře tvoří plynný kyslík 21 objemových %.
  • Voda oceánů, které pokrývají 2/3 zemského povrchu je hmotnostně složena z 90 % kyslíku.
  • V zemské kůře je kyslík majoritním prvkem, je přítomen téměř ve všech horninách. Jeho obsah je odhadován na 46 – 50 hmotnostních %. V hlubších vrstvách zemského tělesa zastoupení kyslíku klesá a předpokládá se, že v zemském jádře je přítomen pouze ve stopách.

Ve vesmíru je zastoupení kyslíku podstatně nižší. Na 1 000 atomů vodíku zde připadá pouze jeden atom kyslíku.

[editovat] Anorganické sloučeniny

Ve svých sloučeninách se kyslík vyskytuje převážně v mocenství O2-, výjimečně pak jako O1- a O1+a také O1/2- v superoxidech(KO2- superoxid draselný).

Záporně dvojmocný kyslík je přítomen ve velmi široké škále sloučenin. Především jsou to oxidy, vlastnosti jednotlivých sloučenin jsou detailněji popsány v kapitolách příslušných jednotlivým prvkům.

Kyslík je přítomen ve většině anorganických kyselin a jejich solí. Z těch nejdůležitějších je možno jmenovat uhličitany (CO3)2-, křemičitany (SiO3)2-, sírany (SO4)2-, dusičnany (NO3)- a fosforečnany (PO4)3-.

Alkalické sloučeny hydroxidy se vyznačují přítomnosti skupiny -OH. Mezi nejznámější patří hydroxid (louh) sodný NaOH, draselný KOH a vápenatý, hašené vápno Ca(OH)2.

Ve valenci O1- vystupuje kyslík v peroxidech, nejznámější z nich je bezesporu peroxid vodíku H2O2. Tato kapalná sloučenina má silné oxidační účinky a v praxi se používá ve formě svých vodných roztoků v medicíně pro desinfekci a v chemii jako oxidační činidlo. Peroxid sodný Na2O2 je pevná, hygroskopická látka, která nachází uplatnění jako velmi energetické oxidační činidlo.

Pouze fluor vykazuje větší elektronegativitu než kyslík a tvoří s ním několik fluoridů, v nich se kyslík vyskytuje v mocenství O1+. Všechny fluoridy kyslíku jsou značně nestálé, přesto však existuje reálná možnost jejich využití jako raketového paliva.

[editovat] Organické sloučeniny

Kyslík se vykytuje ve velkém množství organických látek. Řada těchto sloučenin součástí všech živých organizmů, protože kyslík patří mezi základní biogenní prvky. Základní skupiny organických sloučeni s obsahem kyslíku jsou:

  • alkoholy, obsahující skupinu C-OH
  • fenoly, které skupinu -OH mají připojenu k aromatickému jádru
  • ethery, obsahující skupinu C-O-C
  • peroxidy,obsahující skupinu C-O-O-C
  • aldehydy,obsahující skupinu HC=O
  • ketony, obsahující skupinu C-CO-C
  • karboxylové kyseliny, obsahující skupinu -COOH
  • estery,obsahující skupinu R-C-OOR
  • z heterocyklických sloučenin je možno uvést např. furan: Soubor:Furan.gif

[editovat] Výroba a využití

zásobníky kapalného kyslíku
zásobníky kapalného kyslíku

Kyslík se praktiky výlučně vyrábí destilací zkapalněného vzduchu. Vyrobený kyslík se uchovává buď ve zkapalněném stavu ve speciálních Dewarových nádobách (viz obrázek) nebo plynný v ocelových tlakových lahvích. Vzhledem k vysoké reaktivitě čistého kyslíku je nezbytné, aby se nedostal do přímého kontaktu s organickými látkami. Proto se všechny součásti aparatury pro uchovávání a manipulaci s kapalným nebo stlačeným kyslíkem nesmí mazat žádnými organickými tuky nebo oleji.

  • V medicíně se čistý kyslík používá při operacích a traumatických stavech pro podporu pacientova dýchání. Směsi kyslíku nebo vzduchu s inertními plyny slouží potápěčům k potlačení kesonové nemoci při ponorech do velkých hloubek.
  • Také vysokohorští horolezci a letci se v nutných případech uchylují k dýchání čistého kyslíku. I piloti stíhacích letadel jsou vybaveni směsmi stlačených plynů, jejichž základní složkou je kyslík. To proto, že zvýšením koncentrace kyslíku se zvýší jeho parciální tlak a ulehčí se tak dýchání v řídké atmosféře a předejde vysokohorské nemoci.
  • Američtí astronauti programu Apollo dýchali také atmosféru čistého kyslíku, což umožnilo snížit tlak v kabině zhruba na třetinu běžné hodnoty a tak odlehčit její hermetickou konstrukci. To se ale stalo osudným posádce Apolla 1, která ve vysoce hořlavé atmosféře uhořela.
  • Při hoření směsi kyslíku s vodíkem lze dosáhnout teploty přes 3 000 °C. Proto se kyslíko-vodíkový plamen využívá k řezání oceli a tavení kovů s vysokým bodem tání, např. platinových kovů.
  • Při výrobě oceli je nutné především odstranit z matrice železa uhlík. Tzv. Bessemerův způsob výroby spočívá ve vhánění čistého kyslíku do roztaveného železa v konvertoru, kde za vysoké teploty taveniny dochází k oxidaci přítomného grafitického uhlíku na plynné oxidy, které z taveniny vytěkají.
  • Kapalný kyslík většinou slouží jako okysličovadlo raketových motorů při letech kosmických lodí.

[editovat] Ozon

Kromě obvyklých dvouatomových molekul O2 se kyslík vyskytuje i ve formě tříatomové molekuly jako ozon O3. Za normálních podmínek je to vysoce reaktivní plyn modré barvy a charakteristického zápachu s mimořádně silnými oxidačními účinky. Při teplotě -112 °C kondenzuje na kapalný tmavě modrý ozon a při -193 °C se tvoří červenofialový pevný ozon.

[editovat] Výroba a využití

Poměrně snadno lze připravit ozon tichým elektrickým výbojem v atmosféře čistého kyslíku. Vzniká tak směs kyslíku s ozonem, kde podíl O3 dosahuje obvykle 10%. Čistý ozon lze pak připravit frakční destilací této plynné směsi.

Praktické využití ozonu je dáno jeho silnými oxidačními účinky.

  • V medicíně slouží ke sterilizaci nástrojů. Poněkud diskutabilní jsou účinky dnes poměrně populární ozonové terapie, která by podle svých zastánců měla vést k regeneraci buněk a tkání. Odpůrci této metody poukazují na možná rizika podobných omlazovacích kůr, daná především vysokou reaktivitou i toxicitou ozonu.
  • Baktericidní účinky ozonu slouží k desinfekci pitné vody namísto dříve hojně využívané dezinfekce vody plynným chlorem nebo chlornanem.
  • Silné oxidační účinky ozonu se velmi často využívají v papírenském průmyslu k bělení celulózy pro výrobu papíru.

[editovat] Ozonová vrstva

Mimořádně významnou roli pro pozemský život hraje tzv. ozonová vrstva atmosféry, která chrání planetu před ultrafialovým slunečním zářením. Je to část stratosféry ve výšce 25 – 35 km nad zemským povrchem, v níž se nachází značně zvýšený poměr ozonu vůči běžnému dvouatomovému kyslíku.

[editovat] Přízemní ozon

Opakem životu prospěšného ozonu ve stratosféře je přízemní ozon, vyskytující se těsně nad zemským povrchem. Tento plyn je lidskému zdraví nebezpečný, působí dráždění a nemoci dýchacích cest, zvyšuje riziko astmatických záchvatů, podráždění očí a bolesti hlavy.

Zvýšený vznik přízemního ozonu pozorujeme především za horkých letních dnů v lokalitách s vysokou koncentrací výfukových plynů automobilových motorů, kde dochází k růstu obsahu oxidů dusíku a plynných uhlovodíků ve vzduchu. Tento jev se souhným názvem označuje jako suchý smog, podle místa svého častého výskytu také jako losangelský smog.

V posledních letech jsou všechny osobní automobily vybaveny katalyzátory, které přeměňují oxidy dusíku na inertní plynný dusík a toxický oxid uhelnatý na relativně neškodný CO2. Zavedením těchto opatření se podařilo snížit koncentraci přízemního ozonu ve velkých průmyslových centrech o několik desítek procent.


Elektronová konfigurace: 1s2, 2s2, 2p4.


logo Wikimedia Commons
Wikimedia Commons nabízí multimediální obsah k tématu

Periodická tabulka chemických prvků
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
H (přehled) He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Uub Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
 
*Lanthanoidy  La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
**Aktinoidy  Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
 
Skupiny prvků: Kovy - Nekovy - Polokovy - Blok s - Blok p - Blok d - Blok f