Дъхът на живота и агентът на разложението. Достатъчно активен, за да ръждясва желязото и да гори горите, и достатъчно жизнено важен, за да не можем да живеем без него и три минути.

Кислород (O) — химичен елемент №8

Три минути — толкова издържа мозъкът без него, преди да започне да умира. Кислородът е толкова обикновен, че го забравяме, и толкова незаменим, че без него всичко останало губи смисъл. Едновременно гори горите, ръждясва корабите и поддържа сърцето ти в ритъм — едва ли има друг елемент с толкова противоречива биография.

Характеристика	Стойност
Атомен номер	8
Атомна маса	15.999 u
Категория	Реактивен неметал
Период / Група	2 / 16
Електронна конфигурация	[He] 2s² 2p⁴
Електроотрицателност (Полинг)	3.44
Плътност (при 0°C)	0.001429 g/cm³
Точка на топене	54 K (−219°C)
Точка на кипене	90 K (−183°C)
Откривател	Карл Вилхелм Шееле
Година на откриване	1771 г.

История на откриването

Историята на кислорода е история за несправедливостта в науката. Шведският аптекар Карл Вилхелм Шееле изолира газа още през 1771 г., като нагрява манганов диоксид и наблюдава как пламъкът в присъствието му гори забележително по-ярко. Той го нарекъл „огнен въздух" — съвсем точно описание за нещо, което тогава нямало друго обяснение. Проблемът бил, че Шееле бавно публикувал откритието си и когато книгата му излязла през 1777 г., светът вече знаел за кислорода от друг.

Английският свещеник и любител-химик Джоузеф Пристли провел същия опит независимо през 1774 г. и го съобщил незабавно. За него новият газ бил „дефлогистиран въздух" — термин, вкоренен в тогавашната погрешна теория, според която горенето се дължи на въображаемо вещество, наречено флогистон. Пристли вдишал газа и записал, че се чувства „особено леко и свободно" — вероятно първото в историята описание на медицинска оксигенация. Но именно Антоан Лавоазие, французинът, когото Пристли посетил и разказал за откритието си, събрал всичко на едно място. Лавоазие дал на елемента неговото съвременно име — oxygen, от гръцките думи за „кисел" и „раждам" — с убеждението (погрешно, между другото), че кислородът е задължителна съставка на всички киселини. Така в науката се случва нещо, което повтаря и в живота: не е важно кой открил, важно е кой обяснил.

Шееле умрял на 44 години, беден и до голяма степен непризнат приживе. Лавоазие построил цяла нова химия около кислорода — и заплатил с главата си, буквално, по времето на Френската революция. Пристли избягал в Америка. Трима души, един елемент, три съдби.

Физични свойства

При стайна температура кислородът е безцветен, безмирисен газ. Молекулата му се състои от два атома, свързани с двойна връзка — O₂. Нищо екзотично на пръв поглед. Но охладен до −183°C, кислородът се втечнява и придобива бледосиньо-виолетов цвят, а при −219°C замръзва в светлосини кристали. Цветът не е декоративен — той произтича от слабото поглъщане на светлина от молекулните орбитали.

Нещо, което изненадва много хора: течният кислород е парамагнитен. Ако излеете течен O₂ между полюсите на силен магнит, той буквално ще се задържи там, привлечен от магнитното поле. Причината — два несдвоени електрона в молекулата, което е аномалия за толкова малка молекула.

Кислородът е третият по разпространение елемент във Вселената след водорода и хелия, а на Земята е безспорно номер едно — 46% от масата на земната кора е кислород, обвързан в силикати и оксиди. Атмосферата съдържа около 21% молекулярен O₂ — пропорция, поддържана от фотосинтезата в продължение на над 2 милиарда години.

Химични свойства

С електроотрицателност 3.44 по скалата на Полинг, кислородът отстъпва само на флуора. Това го прави жаден за електрони до степен на агресивност — реагира с почти всички метали и неметали. Горенето, ръждясването, гниенето — всичко това са варианти на окисление, т.е. взаимодействие с кислорода.

В огромното мнозинство от съединенията си кислородът проявява степен на окисление −2. Изключение прави водороден пероксид (H₂O₂), където степента е −1, и съединенията с флуор, където кислородът е принуден да заема положителни степени — единственото семейство химични вещества, в което кислородът е „победен" в борбата за електрони.

Три алотропни форми на кислорода заслужават специално внимание. Молекулярният O₂ е познатата форма. Атомарният кислород O е изключително реактивен и съществува само моментно при определени условия. Озонът O₃ е третата форма — с характерна миризма, напомняща дъжда, и с критична функция: стратосферният озонов слой поглъща 97–99% от ултравиолетовото излъчване на Слънцето. Ако озоносферата изчезне, слънчевото лъчение ще разруши ДНК на живите организми далеч по-бързо, отколкото можем да компенсираме биологично.

Водата — H₂O — е може би най-известното съединение на кислорода и причината за уникалните свойства на живота на Земята. Ъгловата форма на молекулата и полярността, която произтича от електроотрицателността на кислородния атом, правят водата несравним разтворител и термичен буфер. Без тях биохимията е невъзможна.

Къде го срещаме

В болниците кислородните бутилки и централните кислородни системи са толкова стандартни, колкото коридорите — при пациенти с белодробни проблеми, по времето на операции и в интензивните отделения. Чистотата на медицинския кислород е минимум 99.5%, а дори леко замърсяване може да е животоопасно при директно вдишване.

В металургията течният кислород се вдухва директно в стоманодобивните конвертори, за да изгорят примесите. Един конвертор изразходва стотици кубически метра O₂ на минута — процес, без който не би имало мостове, небостъргачи и автомобили в сегашен вид.

Ракетните двигатели на течно гориво — като тези на ракетата „Сатурн V", довела хората на Луната — използват течен кислород като окислител. Смесен с течен водород или керосин, той произвежда тягата, която преодолява земното притегляне. Резервоарите за течен кислород на „Сатурн V" побирали около 1.3 милиона литра.

В химическата промишленост кислородът е суровина за производството на сярна киселина, формалдехид, ацетилен и стотици други съединения. Сред по-неочакваните приложения — озонаторите за пречистване на питейна вода, където озонът унищожава бактериите и вирусите без хлорни остатъчни вещества.

За феновете на периодичната таблица на елементите ще е интересно, че кислородът е в група 16 заедно с халкогените — сяра, селен, телур — но поведението му е значително по-различно от останалите в групата поради малкия му атомен радиус.

Биологична роля

Всяка клетка в тялото ти изгаря глюкоза с помощта на кислород — процес, наречен клетъчно дишане. Уравнението е просто: C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + енергия. В тази реакция кислородът е крайният акцептор на електрони в митохондриалната дихателна верига — без него производството на АТФ, универсалната енергийна валута на клетката, спира за секунди.

Хемоглобинът в червените кръвни клетки е еволюционното решение на проблема с транспорта — желязото в хема се свързва обратимо с O₂, пренася го от белите дробове до тъканите и го освобождава там, където е нужен. При надморска височина над 3000 метра парциалното налягане на кислорода спада, хемоглобинът не се насища напълно и тялото реагира с ускорено дишане и производство на повече червени кръвни клетки — процес, известен като аклиматизация.

Но кислородът не е само полезен в биологичен контекст. Реактивните кислородни форми — свободните радикали, образувани при метаболизма — увреждат ДНК, протеини и мастни мембрани. Именно на тях се приписва значителна роля в стареенето на клетките и развитието на рак. Парадоксът на кислорода: дишаш, за да живееш, и умираш отчасти защото дишаш.

Любопитни факти

Кислородът е по-стар от Слънцето. Голяма част от кислородния атоми на Земята са синтезирани в ядрата на звезди, починали преди образуването на Слънчевата система. Когато дишаш, вдишваш атоми с история от над 5 милиарда години.

Живите организми са „изотровали" атмосферата с кислород. Преди около 2.4 милиарда години цианобактериите започнали да произвеждат O₂ чрез фотосинтеза в такива количества, че концентрацията му в атмосферата скочила от почти нула до нива, смъртоносни за повечето тогавашни анаеробни организми. Събитието се нарича Великото окислително събитие — буквално масово измиране, причинено от газа, без който ние не можем да живеем.

Да не е флуорът, кислородът щеше да е царят на реактивността. С електроотрицателност 3.44, той е вторият най-електроотрицателен елемент в периодичната таблица. Флуорът го превъзхожда с 3.98, но пък кислородът е безкрайно по-разпространен и затова присъства в несравнимо повече реакции и съединения.

Лавоазие кръстил кислорода грешно. Името „oxygen" означава буквално „раждащ киселини", защото Лавоазие смятал, че кислород

Разгледайте всички Химия в Uchitel.bg →