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. Autorem jeho českého a slovenského názvu je Jan Svatopluk Presl.

[editovat] Historie výzkumu kyslíku ^[1]

• 15. století - Leonardo da Vinci sledoval vlastnosti vzduchu. Určil, že jedna z jeho složek podporuje hoření.
• 1608 - Cornelius Drebbel navrhl výrobu kyslíku zahřátím sanytru (ledku).
• 1772 - Carl Wilhelm Scheele objevil kyslík a pojmenoval ho "ohnivý vzduch". Objev byl však publikován až v roce 1777.
• 1774 - Joseph Priestly objevuje kyslík dva roky nezávisle po Scheeleovi. Publikuje však svůj objev jako první.
• 1779 - Antoine Lavoisier navrhuje název „oxygen“ (kyselinu tvořící) pro „dýchatelnou“ část vzduchu, která se účastní hoření.
• 1781 - Henry Cavendish zjišťuje, že voda je sloučeninou kyslíku a vodíku.
• 1785 - van Marun popisuje pach kyslíku, mylně ho však přisuzuje unikátní formě kyslíku.
• 1840 - Christian Schönbein objevuje ozón, díky charakteristickému zápachu při používání elektrických přístrojů ve špatně větrané laboratoři.
• 1858 - Werner von Siemens konstruuje první přístroj, který využívá tichého elektrického výboje k výrobě ozónu.
• 1861 - William Odling navrhuje vzorec O₃ pro ozón po reakci ozónu s iodidem draselným.
• 1868 - J.L. Soret potvrdil vzorec ozonu O₃ difůzními studiemi.
• 1877 - Kyslík byl poprvé zkapalněn nezávisle L. Cailletetem a R. Picketem.
• 1882 - J.W. Strutt objevuje, že atomová hmotnost kyslíku není přesně 16,00 , ale 15,872.

[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 O^2-, výjimečně pak jako O^1- a O¹⁺a také O^1/2- 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 O^1- 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⁺ i O²⁺. 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 je 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:

[editovat] Využití atmosférického kyslíku

Jedná se o neviditelnou složku prakticky každého fosilního paliva obsaženou v ovzduší (technologická oxidace fosilních paliv)

• výroba elektrické energie - spalování fosilních paliv v tepelných elekrárnách (často v kombinaci s výrobou technologického tepla)
• výroba technologického tepla - spalování fosilních paliv v teplárnách (často v kombinaci s výrobou elektrické energie)
• pohon motorů a turbín - ve všech druzích spalovacích motorů a turbín
• vytápění domácností v domovních kotelnách, kamnech či v krbech
• příprava pokrmů (kupř. plynové sporáky)
• nouzové osvětlování (kupř. svíčky, petrolejové lampy)

Poznámka : nežádoucí chemicko technologický či fyzikálně chemický proces - koroze kovů způsobená nežádoucí oxidací kovů a dalšími doprovodnými chemickými reakcemi

[editovat] Výroba a využití

kapalný kyslík

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 acetylenem lze dosáhnout teploty cca 3 150 - 3 200°C. Proto se kyslíko-acetylenový 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.

• Kyslík se používá jako jedna ze složek pro náplň některých typů palivových článků

[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 souhrnným 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.

Wikimedia Commons nabízí obrázky, zvuky či videa k tématu

Kyslík

[editovat] Reference

1. ↑ Greenwood, N. N. - Earnshaw, A.: Chemie prvků. 1993.