Факти за кислорода Любопитно

Факти за кислорода


Вдишайте… издишайте. Ура за кислорода, елементът, на който се дължи голяма част от живота на Земята.

Елемент № 8 от периодичната таблица на елементите е безцветен газ, който съставлява 21 процента от земната атмосфера. Тъй като той е навсякъде, кислородът лесно може да се заклейми като скучен и инертен; в действителност, той е най-реактивен от неметалните елементи.

Земята е била окислена за около 2,3 милиарда до 2,4 милиарда години и нивата започват да пълзят нагоре преди най-малко 2,5 милиарда години, според финансирано проучване от НАСА през 2007. Никой не знае със сигурност защо този приятелски настроен към белите дробове газ изведнъж се превръща в значителна част от атмосферата, но най-вероятно геоложките промени на Земята са довели до произвеждане на кислород от фотосинтезиращи организми, разпръснати наоколо, вместо да е бил изконсумиран в геоложките реакции, според изследователите в проучването.

 

Фактите:

Атомен номер (брой на протони в ядрото): 8
Атомен символ (от периодичната таблица на елементите): O
Атомно тегло (средна маса на атома): 15.9994
Плътност: 0.001429 грама на кубичен сантиметър
Фаза на стайна температура: Газ
Точка на топене: минус 361.82 градуса по Фаренхайт (минус 218,79 градуса по Целзий)
Точка на кипене: минус 297.31 градуса F (минус 182,95 градуса по Целзий)
Брой на изотопи (атоми на един и същ елемент с различен брой неутрони): 11; 3 стабилни
Най-често срещаните изотопи: O-16 (99.757% естествено изобилие)

Дъх на живот

КислородКислородът е третият най-разпространен елемент във Вселената, според Thomas Jefferson National Accelerator Facility. Въпреки това, неговата реактивност го е направила сравнително рядък в началото на земната атмосфера.

Цианобактериите, които са организми, които „дишат“ с помощта на фотосинтеза, поемат въглероден двуокис и издишват кислород, точно като модерни заводи. Цианобактериите вероятно са отговорни за първия кислород на Земята, едно грандиозно събитие, известно като „Великото окисляване на Земята“.

Фотосинтезата при цианобактериите вероятно е продължавала преди значителни нива на кислород да се образуват в земната атмосфера; през март 2014г. проучване, публикувано в списание Nature Geoscience установило, че 2,950,000,000-годишни скали, намиращи се в Южна Африка, съдържали оксиди, които биха изисквали свободен кислород, за да се образуват. Тези скали са били първоначално в плитки морета, което предполага, че кислородът от фотосинтезата за първи път започва да се натрупва в морските среди, около половин милиард години преди да започне да се натрупва в атмосферата преди около 2,5 милиарда години.

Животът днес е силно зависим от кислорода, но първоначалното натрупване на този елемент в атмосферата е било едно голямо бедствие. Новата атмосфера предизвиква масово измиране на анаеробни бактерии, които са организми, които не изискват кислород. Анаеробите, които не са били в състояние да се адаптират или да оцелеят в присъствието на кислород, измрели в този нов свят.

Да превъртим малко напред. Първият намек, който хората са имали за наличието на кислород като елемент, бил през 1608 г., когато холандският изобретател Cornelius Drebbel съобщил, че отоплението на селитра (калиев нитрат) освободило газ, според Royal Society of Chemistry (RSC). Самоличността на този газ остава загадка до 1770 г., когато трима химици се приближили до откриването му почти по едно и също време. Английският химик и свещеник Joseph Priestly изолирал кислород като нагрял със слънчева светлина (чрез лупа) живачен окис и събрал получения газ от реакцията. Той отбелязал, че свещите горят по-ярко в този газ, според RSC, благодарение на ролята на кислорода при изгарянето.

Priestly публикувал откритията си през 1774 г., побеждавайки швейцарския учен Carl Wilhelm Steele, който всъщност изолира кислорода през 1771 г. и описва експеримента, но не публикува работата си. Третият откривател на кислорода бил Antoine-Laurent de Lavoisier, френски химик, който дал името на елемента. Думата идва от гръцките „окси“  и „гени“, което означава „киселинно-формиращи.“

Кислородът има общо осем електрона – два във вътрешната обвивка на атома и шест в най-външната обвивка. Най-външната обвивка може да побере общо осем електрона, което обяснява тенденцията на кислорода да реагира с други елементи: Неговата външна обвивка е непълна и по този начин електроните са свободни за взимане (и даване).

А знаете ли, че?

  • Като газ, кислородът е безцветен. Но като течност, той е бледо син.
  • Ако някога сте се чудили какво би било да плувате в басейн с течен кислород, отговорът е: много, много студено, според Carl Zorn от Thomas Jefferson National Accelerator Facility. Кислородът трябва да стигне до минус 297.3 F (минус 183.0 C), за да се втечни, така че измръзването ви не би трябвало да е проблем.
  • Ако има твърде малко кислород, това би било проблем. Но същото се отнася и ако има прекалено много кислород. Дишането на 80 процента кислород в продължение на повече от 12 часа дразни дихателните пътища и в крайна сметка може да доведе до смъртоносно натрупване на течност или оток, според University of Florida и компанията Air Products.
  • Кислородът е доста „корав“. През 2012 г. проучване, публикувано в списание Physical Review Letters открило, че молекула кислород (O2) може да оцелее при натиск 19 милиона пъти по-висок от атмосферното налягане.
  • кислородът дава живот на природатаНай-ниските нива на кислород, регистрирани някога в човешка кръв, били измерени в близост до върха на Еверест през 2009 г. Катерачите имали артериални нива на кислород от 3.28 килопаскала средно. Сравнете това с нормалната стойност от 12 до 14 килопаскала, и планинарския термин „смъртна зона“ ще ви се стори много на място. Резултатите са публикувани в New England Journal of Medicine.
  • Слава богу, че в атмосферата има 21 процента кислород. Преди около 300 милиона години, когато нивата на кислорода са достигнали 35%, насекомите са били в състояние да растат до свръх големи размери: Помислете за водни кончета с крила като на ястреби.

Настоящи изследвания за кислорода

Кислородът се формира в сърцата на звезди със сливането на въглерод-12 и хелий-4 (също така известни като алфа частици). Едва наскоро, обаче, учените са били в състояние да надникнат в ядрото на кислорода и да разкрият неговата структура.

През март 2014 г., физикът Dean Lee и колегите му от North Carolina State University съобщават, че те ще разберат ядрената структура на кислород-16, най-често срещания изотоп на кислорода в земята в основното си състояние (състоянието, в което всички електрони са с възможно най-ниски нива на енергия) и в първото си възбудено състояние (едно ниво на енергия по-нагоре).

Защо това има значение? Е, за да се разбере как ядрата се формират в звездите – от въглерод през кислород до по-тежки елементи – за да се разбере как самите градивни елементи на вселената щракат заедно. Lee и неговият екип първоначално открили, че ядрото на въглерод-12 молекулата, с неговите шест протона и шест неутрона, всъщност се състои от три групи частици, всяка с по два протона и два неутрона. Ако въглерод-12 имал три от тези така наречени алфа клъстера, изследователите вярвали, че кислород-16 е вероятно да има четири, предвид факта, че той има осем протона и осем неутрона.

С помощта на компютърни симулации и числени мрежи, учените са успели да видят как частиците в ядрото на кислород-16 са се организирали. Те установили, че в основното състояние на кислород-16 наистина има четири алфа клъстера, подредени спретнато в тетраедър.

„Тези алфа клъстери са нещо като малки неясни сфери на тези четири частици, или на ядрата, и на тези размити сфери им харесвало да се докосват една до друга с повърхностно взаимодействие“, казал Lee. Конфигурацията на тетраедър им позволява да се подредят хубаво и плътно.

Но е имало и друга квантова загадка, която чакала да бъде разгадана. Основното състояние на кислород-16 и неговото първо възбудено състояние споделяли необичайна особеност. И двете имали едно и също въртене – стойност, показваща как частиците се въртят. Също така и двете имали положителен паритет – начин да се посочи симетрията. Представете си обръщане наляво и надясно в цялата вселена, но да се налага да се запазят субатомните частици в една и съща форма. Частици с положителен паритет ще могат да се вгледат в тази огледална вселена и да видят себе си такива, каквито са. Частици с отрицателен паритет ще тригерират, за да не се окажат като ред текст, който се чете в огледало.

 какво знаем за природата и кислорода„Мистерията е защо най-ниските две състояния на кислород-16 имат нулев спин и положителен паритет“, казва Lee, имайки предвид, че състоянията са различни.

Симулациите са дали отговор: В своето възбудено състояние, кислород-16 пренарежда ядрото си да изглежда малко като в основното състояние. Вместо подреждане тип тетраедър, алфа частиците се подреждат в квадратна или почти квадратна плоскост.

„Основните им присъщи структури са били различни“, казва Lee. Съвсем различната конфигурация обяснява как спин и паритет могат да останат същите – ядрата поемат различни пътища, за да стигнат до същия резултат.

Има и повече квантови взаимодействия в ядрото на кислород-16 за разсейване и е нужно да се изследва изключително подробно, за да се открият. Действително има доста интересни неща, които се случват вътре в малките неща, като ядрата. Има истории как точно се случват тези неща и ние сега започваме да бъдем в състояние да ги разкажем.

Работата на Lee разглежда раждането на кислорода в звездите; друга насока на изследванията върху кислорода се фокусира върху ролята на елемента в живота на Земята. Малко след великото окисляване на Земята преди около 2,4 милиарда години, нивата на кислорода може да са достигнали или превишили нивата днес, казва Daniel Mills, докторант в Nordic Center for Earth Evolution в University of Southern Denmark. Животинският свят е възникнал далеч по-късно, като първите животни се появяват преди около 600 милиона години.

Въпреки теориите, че възходът на кислорода е начертал пътя за съществуването на животните, историята се оказва далеч по-сложна. Животните не се появяват по време на първия значителен бум в нивата на кислорода на Земята преди 2,4 милиарда години. И през февруари 2014 г., Mills и колегите му съобщават в списание PNAS, че съвременните гъби все още могат да дишат, ядат и дори да растат в нива на кислорода 0.5% до 4% от това, което се открива в атмосферата днес на Земята. Гъбите може би най-много се доближават до първите животни на Земята.

Констатацията, че гъбите не се нуждаят от много кислород, за да живеят, подсказва, че нещо друго е допринесло за възхода на първите животни – въпреки че нарастващият кислород може да е бил необходим, за да се постигне вида на разнообразие и екосистемите, които виждаме днес. Дори и в модерната епоха, животни като кръглите червеи живеят в ниско-кислородни части на океана.

Ясно е, че еволюцията на животните не може да бъде обяснена просто с притока на кислород.

Коментари


Leave a Comment

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван.