Распространение кислорода
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 бóльшую 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 породы
Похожие работы на - Распространение кислорода
|