Хімія. Повторне видання. 8 клас. Григорович (2025)
§ 11. Колообіг оксигену в природі
Оксиген у природі
Оксиген — один із найважливіших хімічних елементів у природі. Крім простих речовин, він утворює сполуки майже з усіма хімічними елементами. Виняток становлять лише інертні хімічні елементи — Гелій, Неон, Аргон.
На поверхні нашої планети Оксиген є найпоширенішим хімічним елементом (мал. 11.1). У складі сполук з іншими хімічними елементами він становить 47 % маси земної кори. Оксиген міститься в складі найважливіших для людства мінералів літосфери (червоного залізняку, кварцу, гіпсу, польового шпату тощо) й речовин, що зумовлюють родючість ґрунтів (гумусу).
Мал. 11.1. Поширеність Оксигену в природі (за масою)
Найпоширеніша сполука Оксигену на Землі — це вода Н2О. Величезні скупчення води — океани, моря, річки тощо — утворюють гідросферу планети. З урахуванням розчинених речовин гідросфера містить 86-89 % Оксигену за масою.
Оксиген міститься в складі численних сполук: оксидів, кислот, лугів, солей і інших. Живі організми також містять значну кількість Оксигену. У складі різних речовин Оксиген становить близько 60 % маси тіла людини.
Зв'язування атомів Оксигену в інші сполуки
Поміркуйте
Ви вже знаєте процеси, які становлять колообіг води на Землі. Сформулюйте гіпотезу: чи можливий колообіг кисню на Землі. Запропонуйте його схему.
Кисень є однією з найважливіших речовин на Землі, яка забезпечує існування життя. Майже всі організми використовують кисень для дихання, і лише деякі можуть існувати без нього.
Чому ж кисень такий необхідний для істот? Під час окиснення органічних речовин виділяється енергія, яку організми витрачають для життєдіяльності. Один з основних процесів, що відбуваються в організмі за участі кисню, — дихання — можна умовно зобразити рівнянням:
Під час дихання тварин і рослин утворюються вуглекислий газ і вода, тобто атоми Оксигену з молекул кисню переходять до складу молекул вуглекислого газу й води.
Але не лише живі організми споживають кисень. Значна кількість кисню витрачається в процесах гниття й горіння різних речовин, здебільшого в процесах лісових пожеж і виверження вулканів, унаслідок чого так само виділяються вуглекислий газ і вода.
За останні сто років значно збільшилися об’єми кисню, який людство споживає для своїх потреб. Теплові електростанції, автомобілі, літаки й інші види транспорту витрачають багато кисню для спалювання палива — природного газу, вугілля, бензину, гасу та мазуту.
Утворення кисню
Поміркуйте
Уміст кисню в атмосфері впродовж декількох мільйонів років істотно не змінюється, попри споживання кисню живими організмами. Чим це можна пояснити?
За сучасних обсягів витрат кисню весь його запас в атмосфері дуже швидко вичерпався б, якби не відбувалося його відновлення та поповнення. Головним «постачальником» кисню на Землі є рослини. Вони утворюють і виділяють кисень в атмосферу в процесі фотосинтезу.
Фотосинтез відбувається з використанням енергії сонячного світла. Рослини поглинають вуглекислий газ із атмосфери та воду з ґрунту і синтезують із них глюкозу та кисень. Фотосинтез, як і дихання, є складним процесом, що поєднує багато хімічних реакцій. Схематично його сумарне рівняння можна записати так:
У процесі фотосинтезу атоми Оксигену переходять до молекул кисню. У такий спосіб атоми Оксигену здійснюють колообіг у природі (мал. 11.2). У цьому колообігу також беруть участь атоми Карбону, Гідрогену та деяких інших хімічних елементів.
Мал. 11.2. Колообіг Оксигену в природі
Колообіг атомів Оксигену супроводжується поглинанням або виділенням енергії. У результаті фотосинтезу енергія Сонця переходить в енергію хімічних зв’язків у молекулах глюкози. Глюкоза, «згоряючи» в організмах, вивільняє цю енергію для життєдіяльності істот. Тобто колообіг Оксигену в природі забезпечує «транспортування» енергії Сонця до живих організмів. Отже, Оксиген разом із Карбоном і Гідрогеном є тими елементами, які забезпечують існування життя на нашій планеті.
Робота з інформацією
118. Близько 4,5 млрд років тому, коли наша планета лише сформувалася з протопланетної хмари, в атмосфері Землі кисню не було. Знайдіть інформацією про зміни хімічного складу атмосфери Землі від часів її утворення. Із чим пов’язані ці зміни? Підготуйте ілюстровану доповідь.
119. Із додаткових джерел дізнайтеся, унаслідок яких хімічних процесів витрачається кисень під час вивержень вулканів та які гази виділяються.
Розуміння явищ природи (робота в групах)
120. Проаналізуйте малюнок 11.2. Як ви вважаєте, чи можна назвати його «Колообіг кисню»? Поясніть свою відповідь.
121. Людина в спокійному стані витрачає для життєдіяльності близько 20 л кисню на годину. Під час виконання фізичної роботи витрати кисню суттєво збільшуються. Середній автомобіль на 100 км пробігу витрачає близько 21 м3 кисню. Визначте, скільки часу цим обсягом кисню могла б дихати людина.
122. Бензин є сумішшю речовин, але приблизно його склад можна зобразити загальною формулою С8Н18. Запишіть рівняння реакції горіння бензину, якщо продукти згоряння такі самі, як під час горіння метану (див. § 10).
123. Під час вивчення теми з колообігу Оксигену учні й учениці знайшли таку таблицю.
|
Шляхи витрачання кисню |
Обсяг витрат, млрд тонн на рік |
|
Дихання рослин |
60-90 |
|
Дихання тварин і мікроорганізмів |
60-70 |
|
Гниття та розкладання органічних речовин мікроорганізмами |
20-30 |
|
Лісові пожежі |
50-100 |
|
Спалювання пального на електростанціях і промислових підприємствах |
10-15 |
|
Авто- й авіатранспорт |
5-7 |
|
Вироблення металів, зокрема виплавляння сталі |
3-5 |
|
Хімічна промисловість |
2-3 |
|
Побутові потреби (опалення, приготування їжі тощо) |
1-2 |
|
Сільськогосподарські процеси, зокрема горіння біомаси |
близько 1 |
Проаналізуйте наведені дані та дайте відповіді на запитання.
• Які зі шляхів витрачання кисню є природними, а які — антропогенними?
• На які процеси — антропогенні чи природні — сумарно витрачається кисню більше?
• В одному із джерел було подано інформацію, що за один рік зелені водорості виділяють в атмосферу Землі 3,6 • 1011 тонн кисню, що становить 90 % усього кисню, утвореного на Землі в процесі фотосинтезу за цей час. Зіставте ці дані з даними в таблиці та визначте, чи покриває утворений кисень його витрати. Чи є певна рівновага між утворенням кисню та його споживанням? Якщо ні, то чим це можна пояснити?
Запропонуйте свою схему колообігу кисню в природі.
124. Обговоріть можливості зменшення витрат кисню людством для своїх технологічних потреб, але щоб не знижувалась якість життя.
