из воды, при помощи электролиза. Острая необходимость в этом еще долго не наступит, но при одном условии, если наши водоросли, растения, леса будут производить в достатке необходимый нам газ. Взрослый человек, если он не занят тяжелым физически трудом, расходует за свои годы кислорода примерно 300 килограммов. Если даже воспользоваться старыми подсчетами и взять за основу сумму веса воздуха тех ученых, то получается, что имеющегося кислорода без его генерирования будет достаточно для обеспечения жизни 3 400 000 000 000 людей, в то время, как в настоящем нас приблизительно 6 миллиардов.
Всего лишь 2,3 миллиарда лет назад воздух, окружавший Землю, совершенно не содержал кислорода. Для тогдашних примитивных форм жизни это обстоятельство было сущим подарком.
Одноклеточные бактерии, обитавшие в первобытном океане, не нуждались в кислороде для поддержания своей жизнедеятельности. Затем что – то произошло.
Как на Земле появился кислород?
Ученые считают, что по мере развития некоторые бактерии «научились» извлекать из воды водород. Известно, что вода - это соединение водорода и кислорода, поэтому побочным продуктом реакции извлечения водорода было образование кислорода, выделение его в воду, а за тем и в атмосферу.
Некоторые организмы с течением времени приспособились жить в атмосфере с новым газом. Организм нашел способ обуздывать разрушительную энергию кислорода и использовать ее для управляемого распада питательных веществ, в процессе которого выделяется энергия, используемая организмом для поддержания своей жизнедеятельности.
Материалы по теме:
Кислород в атмосфере
Такой способ применения кислорода называется дыханием, которым мы пользуемся ежедневно, и посей день. Дыхание - это способ отвести от себя кислородную угрозу: оно сделало возможным развитие на Земле более крупных организмов - многоклеточных, имеющих уже сложное строение. В конце концов, именно благодаря появлению дыхания эволюция породила человека.
Откуда появился кислород на Земле?
За миллионы прошедших лет количество кислорода на земле увеличилось с 0,2 процента до нынешнего 21 процента атмосферы. Но в увеличении кислорода в воздухе атмосферы виноваты не только бактерии океанов. Ученые считают, что другим источником кислорода были сталкивающиеся континенты. По их мнению, при столкновении, а затем при последующем расхождении континентов в атмосферу выделялись большие количества кислорода.
В которой экспериментально подтверждают свою гипотезу, объясняющую появление на Земле кислорода нерастительного происхождения.
Почти все живое использует для дыхания кислород. Не вникая особенно в физику и химию процессов клеточного дыхания, скажем, что выбор эволюции пал на кислород из-за его высокой способности к окислению, то есть тому, чтобы легко присоединять лишний электрон. Электрон поступает в электротранспортную цепь от НАДH или ФАДH 2 путешествует по ней, и все заканчивается синтезом молекулы АТФ - материальным эквивалентом запасенной энергии и присоединением электрона к кислороду. Вся эта реакция становится возможной, потому что такой перенос электрона энергетически выгоден, а это частично обусловлено свойствами кислорода.
Когда жизнь на Земле зарождалась, кислорода в атмосфере практически не было, как нет его сегодня на Венере или Марсе. Древние бактерии были вынуждены использовать другие окислители , зачастую энергетически менее выгодные, зато доступные. NO 3 - , NO 2 - , Fe 3+ , фумарат и диметилсульфоксид, используемые некоторыми видами бактерий, обладают более высоким окислительно-восстановительным потенциалом и менее выгодны в качестве окислителей. Многие бактерии, использующие один из этих окислителей, способны также и к кислородному дыханию. При наличии кислорода они дышат им (это выгоднее), а когда кислорода нет, - другим своим окислителем (надо же как-то). Серосодержащие окислители (S, SO 4 -) обладают более низким окислительно-восстановительным потенциалом. Это, однако, делает кислород токсичным для соответствующих микроорганизмов, и в атмосфере, содержащей кислород, они погибают. У более высокоорганизованных жизненных форм анаэробное дыхание встречается редко и почти никогда не служит основным источником энергии.
Могли ли высокоразвитые формы жизни использовать в качестве окислителя не кислород? Кислород в качестве окислителя энергетически выгоднее большинства других субстратов (чем ниже окислительно-восстановительный потенциал окислителя, тем больше энергии выделяется при прохождении электрона через электротранспортную цепь). Значит, дышащие кислородом организмы обладали более эффективным метаболизмом, были лучше адаптированы. С энергетической точки зрения серосодержащие субстраты тоже вполне выгодны. Проблема, правда, заключается в том, что обладатели такого типа дыхания гибнут в присутствии кислорода. До сих пор не вполне понятно , почему именно это происходит. То есть, если бы в атмосфере Земли не появился кислород, со временем обладатели сульфатного дыхания могли бы эволюционировать и дальше. Но кислород появился, и им пришлось отправиться в «резервации», куда кислород не поступает.
Вопрос в том, откуда появился кислород. На сегодняшний день в атмосфере Земли примерно 20% кислорода. В таких огромных количествах его выделяют фотосинтезирующие растения, в основном, деревья и водоросли. Но фотосинтезирующие растения сами теперь в большинстве своем дышат кислородом. Чтобы в ходе эволюции мутации, позволяющие дышать кислородом, закрепились, это должно быть выгодно, значит, должен быть кислород. В большом количестве кислород на Земле появился благодаря цианобактериям . Это азотфиксирующие бактерии, умеющие фотосинтезировать. То есть массово кислород появился на Земле как побочный продукт фотосинтеза. Это событие называют «Кислородной катастрофой », видимо, за масштаб последствий.
А вот на вопрос о том, был ли кислород до этого, остается открытым. Последние 40 лет все увереннее стали говорить, что кислород был и до Кислородной катастрофы, и вот теперь возможность его существования подтверждена экспериментально.
До сегодняшнего дня был известен только один способ возникновения молекулярного кислорода в тогдашних условиях. Он состоит из двух стадий: диссоциации углекислого газа под воздействием солнечного ультрафиолета на угарный газ и атомарный кислород и реакции двух атомов кислорода, требующей третьего участника: атомы объединяются в молекулу, а носитель (M) уносит лишнюю энергию.
CO 2 + hν(UV) → CO + O
O+O+M → O 2 + M
Однако же расчеты, а затем и эксперимент, проведенные авторами обсуждаемой статьи показали, что кислород может под действием ультрафиолета образовываться из углекислого газа в один шаг:
CO 2 + hν(UV) → C+O 2
В эксперименте использовался лазер с длиной волны 200 нм, свет с такой длиной волны обычно поглощается атмосферой, поэтому реакция должна была протекать в верхних ее слоях. Такая реакция может и сейчас, когда содержание углекислого газа в атмосфере увеличивается, происходить в верхних слоях атмосферы Земли, а может и в атмосферах других планет.
Один известный западный исследователь как-то в сердцах сказал: - Либо люди смогут сделать так, чтобы на нашей планете стало поменьше дыма, либо же дым сделает так, что на ней станет значительно меньше людей!..
Ученые из ООН провели исследование и подсчитали: население планеты расходует сегодня столько кислорода, сколько могло хватить для дыхания сорока восьми миллиардам людей.
Кто же все-таки виновен в этом страшном «преступлении»? Виной тому - выхлопные газы автомобилей. В Киеве, как и в другом современном и очень развитом городе нашей планеты, так много машин, что прохожему не продохнуть. Тысяча современных автомобилей способна выбросить в атмосферу за день более трех тонн угарного газа. Он обладает неприятным свойством, в двести - триста раз быстрее попадает в кровь, чем кислород, и вызывает отравление.
Города мира живут, по выражению одного ученого, «присев на корточки». Возникла даже новая разновидность малокровия - «анемия привратников» . Тяжелые газы и копоть, оседая на землю, держатся на уровне первых этажей. На высоте третьего - четвертого этажа воздух уже почище. И люди, которым приходится работать многие часы у ворот или подъездов гостиниц, куда непрерывно подъезжают автомобили, чаще других заболевают от «грязного» воздуха. Именно по этому мы настоятельно рекомендуем купить кислородный концентратор домой или в офис.
Чтобы помочь своему организму насытить ткани кислородом, можно купить кислородные коктейлеры . Кислородный коктейль - это немного сладковатая пена, полученная из обогащенной смеси, приготовленной на основе растительных экстрактов шиповника и аскорбиновой кислоты с добавлением воды.
Постоянство атмосферы - важное условие жизни и развития её на Земле. Это постоянство обусловлено физическими законами. Но в недавнем времени возникли сомнения - не нарушены ли эти законы? Некоторые исследователи полагают, что кислород исчезает из нашей атмосферы. По расчетам его количество в атмосфере планеты снижается каждый год более чем на 10 миллиардов тонн.
На каждого жителя планеты приходится около 2-х миллионов тон воздуха, из которых 400 тысяч тонн - кислород. Как всем известно, земные растения планеты ежегодно пополняют запас атмосферы солидной порцией в 400 миллиардов тонн. Значит, 10 миллиардов тонн - сущий пустяк и по этому поводу можно бы не очень волноваться. Чего уж там загадывать на 100 тысяч лет вперед! Но темпы «утечки» возрастают. И очень возможно, что нехватка живительного газа начнет ощущаться уже в конце века.
Потребление кислорода на нашей планете быстро увеличивается с каждым годом. Куда же его он уходит? На дыхание возрастающего в числе населения? Нет, такое предположение было бы уж очень наивно. Кислорода в атмосфере хватит для дыхания многих десятков миллиардов людей. Пожирают кислород в неизмеримых количествах все те же автомобили, фабрики и заводы. В замен они оставляют атмосфере вредные газы.
Автомобиль, проехав 900 километров, «съест» такое количество кислорода, сколько обычный человек израсходует на дыхание за один год. А по земле на данный момент ездят более 1 млрд. автомобилей. 1 млрд. выхлопных труб!
Все перемены климата на Земле совершались до сего времени самой природой, без участия человека. Но влияние человека на климат всей планеты, до недавнего времени незначительное, быстро усиливается.
И уже через несколько десятков лет климат на больших территориях может претерпеть изменения под воздействием современной цивилизации. Какие же перемены ожидаются - дурные или благотворные? Вряд ли найдется сейчас на свете ученый, который даст прямой ответ на этот вопрос. Так как приходится иметь дело с чрезвычайно сложными и малоизученными явлениями…
Говорят так: если планету нашу уменьшить до размеров апельсина, то атмосфера Земли соответственно не превысит толщины папиросной бумаги, в которую апельсин заворачивают. Рвать и портить такую драгоценную обертку очень опасно.
Продолжая тему важнейших для жизни элементов и веществ, сегодня говорим о кислороде. Без кислорода не было бы жизни на Земле - по крайней мере в том виде, в котором мы ее знаем!
Кислород - неметалл, обозначаемый в таблице Менделеева буквой «О» от Oxygenium (рождающий кислоты). Открытие кислорода стало большим событием в истории химии как науки. Знаменитый ученый А. Лавуазье сумел правильно интерпретировать открытия химиков Пристли и Шееле, доказав, что горение поддерживает новый простой элемент «кислород», содержащийся в воздухе, а не мифический флогистон («сверхтонкая материя», наполняющая горючие вещества и освобождающаяся при горении). Для этого ученый взвесил золу сожженных веществ и выяснил, что ее вес превышает вес исходного материала. Эти данные противоречили теории флогистона, который, теоретически, должен был улетучиться, сделав конечный продукт легче.
Кислорода на Земле очень много - больше, чем какого-либо другого элемента. В основном он содержится в связанном виде в земной коре в виде силикатов, карбонатов, сульфатов, оксидов железа, кварца и т.п. Всего примерно в полутора тысячах соединений . Почти половина массы твердой земной коры - это кислород. Еще больше его в воде - более 80%, связанного и растворенного. В воздухе - 23% по массе. Он содержится в каждой клетке живых организмов, в белках, углеводах, жирах; может составлять до 85% массы.
3,5 млрд. лет назад на Земли свободного кислорода было очень мало. Его постепенное накапливание в атмосфере и океане связывают с фотосинтезирующими археями (одноклеточными организмами). По мере увеличения содержания свободного кислорода доминирующее положение заняли организмы с клеточным дыханием, анаэробы, оказавшиеся более энергетически эффективными, чем аэробы, не потребляющие кислород.
Больше всего О 2 в атмосфере было в конце каменноугольного периода, 300 млн. лет назад - до 35% по объему. С этим фактом многие ученые связывают бурное развитие крупных форм жизни - гигантских насекомых и земноводных.
Большинство живых организмов на нашей планете, кроме некоторых видов микроорганизмов-анаэробов, получают энергию за счет окисления, под влиянием кислорода, питательных веществ в клетках.
Свойства
В обычных условиях кислород - газ без цвета, вкуса и запаха. Существует в двух аллотропных состояниях: О 2 и озон О 3 . Озон - тоже бесцветный газ, но с резким своеобразным запахом. Обычная молекула О 2 превращается в молекулу озона под воздействием ионизирующего излучения. Мало растворим в воде. При сильном охлаждении (t -183 °С) кислород сначала становится голубой жидкостью, потом кристаллизируется в синие кристаллы (при t -218 °С).
С точки зрения химии, кислород - очень активный элемент, уступающий в этом плане только фтору. Вступает в реакции практически со всеми элементами и большинством сложных соединений - иногда в обычных условиях, но чаще в присутствии катализатора, при высоких температурах, под действием электрического разряда или уф-излучения. Инертны к кислороду только золото, платина, тяжелые инертные газы. Во всех реакциях (кроме взаимодействия со фтором) кислород выступает окислителем. Большинство реакций экзотермические, происходят с выделением большого количества тепла и света, физически выражающегося в процессе, который мы называем горение. Впрочем, окисление может быть и медленным - так окисляются многие органические соединения растительного происхождения. Эндотермической реакцией является, например, окисление азота.
Озон еще более 
активно вступает в химические реакции. Озоновый слой в верхних слоях атмосферы поглощает основную часть ультрафиолетового спектра излучения Солнца, губительного для живых организмов на Земле.
В бинарных соединениях кислород проявляет степень окисления -2. Такие соединения называются оксидами, например, оксид титана TiO 2 , окись цинка ZnO, фосфорный ангидрид P 2 O 5 . Кроме этого он образует соединения с другими степенями окисления:
пероксиды (перекиси), степень окисления -1, перекись водорода Н 2 О 2 , пероксид бария ВаО 2 и др.;
супероксиды (надпероксиды), степень окисления -1/2, КО2 (К 2 О 4), RbO 2 (Rb 2 O 4);
озониды, степень окисления -1/3, NaO 3 , КО 3 , RbO 3 и CsO3;
фториды, степень окисления +1 монофторид кислорода (O 2 F 2) и +2 дифторид кислорода (OF 2).
В следующей статье мы расскажем о способах получения и применения кислорода, а также о том, чем иногда он может быть опасен.