Химия. 7 класс. Попель

§ 24. Круговорот Оксигена в природе. Биологическая роль и применение кислорода

Материал параграфа поможет вам:

  • выяснить суть круговорота Оксигена в природе;
  • систематизировать сведения о биологической роли кислорода и его применении;
  • понять защитную роль озона атмосферы;
  • осознать важность охраны воздуха от загрязнений.

В каждое мгновение на Земле происходит огромное количество физических и химических превращений. Некоторые изменения в природе являются циклическими, то есть такими, которые периодически повторяются.

Часть изменений, происходящих с веществами на планете, обусловлена химическими реакциями.

Совокупность процессов в природе, при которых атомы1 элемента в результате химических реакций переходят от одних веществ к другим, называют круговоротом элемента.

Круговорот Оксигена. Если главным веществом в круговороте Оксигена выбрать кислород, то можно выделить такие звенья этого глобального процесса (схема 6):

  • образование кислорода (фотосинтез, разложение воды в верхних слоях атмосферы);
  • расходование, или «связывание», кислорода (при дыхании, окислении веществ в природе и технологических процессах, при пожарах, сгорании топлива и горючего);
  • взаимопревращение оксигенсодержащих соединений.

Схема 6

Круговорот Оксигена

1 Или ионы.

Фотосинтез, при котором образуется кислород, является сложным процессом. Он происходит в зеленых частях растений на свету при участии углекислого газа, имеющегося в воздухе, а также воды и некоторых веществ, поступающих из почвы. Продуктами этого процесса являются органические вещества, которые накапливаются в растениях, и кислород, поступающий в атмосферу (рис. 69). Упрощенная схема фотосинтеза в растениях:

Это интересно

Благодаря фотосинтезу в атмосферу ежегодно поступает 200 млрд т кислорода.

Рис. 69. Фотосинтез

Неизменное количество кислорода в атмосфере свидетельствует о том, что процессы его связывания и образования компенсируют друг друга.

Оксиген способствует круговороту других элементов (например, Карбона, Нитрогена, Сульфура), поскольку входит в состав большого числа их соединений.

Биологическая роль кислорода. Каждый из вас знает, что жизнь без кислорода на нашей планете невозможна. При дыхании в легкие поступает воздух. Содержащийся в нем кислород соединяется с гемоглобином крови. Продукт этой реакции разносится кровью во все органы и ткани, где окисляет разные органические вещества. При этом он превращается в гемоглобин, который вместе с кровью возвращается в легкие, где опять соединяется с кислородом. Процессы окисления приводят к образованию необходимых для организма веществ. Некоторые такие реакции сопровождаются выделением теплоты, благодаря чему температура тела поддерживается постоянной.

В составе воздуха, выдыхаемого человеком, имеется углекислый газ. Его и воду считают продуктами полного окисления оксигенсодержащих органических веществ:

Применение кислорода. Кислород используют в различных отраслях промышленности и в больших количествах (схема 7). В металлургии этот газ ускоряет процесс выплавки стали, улучшает ее качество. В химической промышленности кислород применяют для получения многих органических и неорганических веществ. Его также используют в специальных устройствах для резки и сварки металлов. Без баллонов, наполненных кислородом или его смесями с азотом, инертным газом гелием, не могут работать космонавты, пожарные, водолазы, военные летчики. Кислородные подушки необходимы при некоторых заболеваниях для облегчения дыхания. С помощью сжиженного кислорода создают условия для сгорания горючего в космических ракетах.

Схема 7

Применение кислорода

Широко используется также кислород, входящий в состав воздуха. При его участии сгорает топливо на теплоэлектростанциях, горючее в двигателях автомобилей, обжигают руды на заводах цветной металлургии, осуществляют другие технологические процессы.

Озон. Кроме кислорода, Оксиген образует еще одно простое вещество — озон О3. В обычных условиях это бесцветный газ с резким запахом (название вещества происходит от греческого слова ozon — тот, который имеет запах). Его в природе чрезвычайно мало. Почти весь озон содержится в слое атмосферы, нижняя граница которого проходит на высоте приблизительно 20 км, а верхняя — 25 км. Это так называемый озоновый слой (рис. 70). Содержание озона в нем по объему не превышает 0,0003 %. Если бы можно было собрать весь озон атмосферы около земной поверхности, то слой этого газа был бы толщиной всего 2—3 мм.

Рис. 70. Озоновый слой

В воздухе озон образуется из кислорода под воздействием космической радиации или электрических разрядов (когда возникают молнии)1:

2 = 2О3.

Озон — неустойчивое вещество. Он быстро превращается в кислород, поглощая при этом часть ультрафиолетовых лучей солнечного света (рис. 70), вредную для живых организмов. Следовательно, разлагаясь, озон защищает людей, животных, растения.

1 В лабораторном опыте в озон удается превратить не более 10 % кислорода.

В природе процессы образования и разложения озона компенсируют друг друга. Однако в последнее время ученые обнаруживают периодическое разрушение озонового слоя, фиксируют появление в атмосфере озоновых «дыр». Одна из причин этого явления — химические реакции между озоном и веществами промышленного происхождения. В настоящее время в мире осуществляются мероприятия, направленные на сохранение озонового слоя.

Это интересно

По химическим свойствам озон сходен с кислородом, но намного активнее его.

Озон используют на практике. Благодаря бактерицидным свойствам его применяют для обеззараживания воды перед подачей ее в водопровод.

Проблема чистого воздуха. Негативное влияние деятельности человека на атмосферу возрастает. Теплоэлектростанции, автотранспорт, металлургические заводы, другие предприятия выбрасывают в воздушное пространство много вредных веществ (рис. 71). Наиболее загрязнен воздух над крупными городами и промышленными регионами.

Рис. 71. Загрязнение воздуха над промышленным центром

С целью защиты атмосферы от загрязнений принимают различные меры. На заводах, теплоэнергетических предприятиях из отработанных газов удаляют частицы пыли, а затем обезвреживают газовые выбросы с помощью химических реакций. Ученые разрабатывают технологические процессы, которые позволяют свести к минимуму загрязнение окружающей среды. В современных автомобилях используются эффективные катализаторы, обеспечивающие более полное сгорание горючего. С бензиновыми двигателями начинают конкурировать электродвигатели — они не загрязняют воздух.

В каждой стране работу промышленности, энергетики, транспорта организуют так, чтобы уменьшить количество вредных выбросов в атмосферу. Охрана воздуха от техногенных загрязнений является важным государственным делом.

Выводы

В природе атомы Оксигена в результате химических реакций постоянно переходят от одних веществ к другим; происходит круговорот этого элемента.

Кислород является продуктом фотосинтеза. Этот газ необходим для существования живых организмов.

Кислород широко используют в промышленности, технике, медицине, а как составляющую часть воздуха — в теплоэнергетике, автотранспорте, других отраслях.

Озон — одно из двух простых веществ Оксигена. Его содержание в воздухе незначительное. Поглощая часть ультрафиолетовых лучей солнечного света, озон превращается в кислород.

В воздушное пространство постоянно поступают различные техногенные выбросы. Одна из главных задач, стоящих перед человечеством, — охрана атмосферы от загрязнений.

  • 177. Что такое круговорот химического элемента? Прокомментируйте схему 6.
  • 178. В чем состоит значение кислорода для живых организмов?
  • 179. Молекула озона тяжелее или легче молекулы кислорода? Во сколько раз?
  • 180. Какие меры должно осуществлять человечество, чтобы обеспечить неизменным содержание кислорода в атмосфере и предотвращать ее загрязнение?