Кожної миті на Землі відбувається безліч фізичних і хімічних явищ. Деякі зміни в природі є циклічними, тобто такими, що періодично повторюються.

Частина змін, які відбуваються з речовинами на планеті, зумовлена хімічними реакціями.

Сукупність процесів у природі, під час яких атоми¹ елемента внаслідок хімічних реакцій переходять від одних речовин до інших, називають колообігом елемента.

Колообіг Оксигену. Якщо головною речовиною в колообігу Оксигену обрати кисень, то можна виокремити такі ланки цього глобального процесу (схема 5):

• утворення кисню (фотосинтез, розклад води у верхніх шарах атмосфери);
• витрачання кисню (дихання, окиснення речовин у природі й технологічних процесах, під час пожеж, згоряння палива і пального);
• взаємоперетворення оксигеновмісних сполук.

Схема 5

Колообіг Оксигену

Фотосинтез відбувається в зеленому листі рослин на сонячному світлі за участю вуглекислого газу, що міститься в повітрі, а також води, деяких речовин із ґрунту. Його продуктами є органічні речовини, які накопичуються в рослинах, і кисень, що надходить в атмосферу (мал. 77). Спрощена схема фотосинтезу в рослинах:

Мал. 77. Фотосинтез

Цікаво знати

Унаслідок фотосинтезу в атмосферу щороку потрапляє 200 млрд т кисню.

Незмінність вмісту кисню в атмосфері свідчить про те, що процеси його витрачання й утворення компенсують один одного.

Оксиген сприяє колообігу інших елементів (наприклад, Карбону, Нітрогену, Сульфуру), оскільки входить до складу великої кількості сполук.

Біологічна роль кисню. Кожний знає, що життя без кисню на нашій планеті неможливе. Під час дихання в легені надходить повітря. Кисень, що міститься в ньому, сполучається з гемоглобіном крові й розноситься в усі органи та тканини, де окиснює різні органічні речовини, зокрема й отримані з їжею. Продукти цих реакцій необхідні організму для нормального росту і розвитку. Деякі хімічні перетворення за участю кисню супроводжуються виділенням теплоти, завдяки чому підтримується постійна температура тіла.

До складу повітря, яке видихає людина, входить вуглекислий газ. Його і воду вважають продуктами повного окиснення органічних речовин.

Застосування кисню. Кисень застосовують у різних галузях і у великих кількостях (схема 6). У металургії цей газ прискорює процес виплавляння сталі, покращує її якість. Кисень необхідний у виробництві багатьох хімічних сполук. Його використовують у спеціальних пристроях для різання і зварювання металів. Без балонів, наповнених сумішами кисню з азотом або інертним газом гелієм, не можуть працювати космонавти, пожежники, водолази, військові льотчики. Кисневі подушки застосовують при деяких захворюваннях для полегшення дихання. За допомогою зрідженого кисню створюють необхідні умови для згоряння пального в космічних ракетах.

Схема 6

Застосування кисню

Широке використання має й кисень, який міститься в повітрі. За його участю згоряє паливо на теплоелектростанціях, пальне у двигунах автомобілів, випалюють руди на заводах кольорової металургії, здійснюють інші технологічні процеси.

Озон. Крім кисню, Оксиген утворює ще одну просту речовину — озон O₃. За звичайних умов це безбарвний газ із різким запахом (назва речовини походить від грецького слова ozon — той, що має запах). Його в природі надзвичайно мало. Майже весь озон міститься в шарі атмосфери, нижня межа якого проходить на висоті приблизно 20 км, а верхня — 25 км. Це так званий озоновий шар (мал. 78). Вміст озону в ньому за об'ємом не перевищує 0,0003 %. Якби можна було зібрати весь озон атмосфери біля земної поверхні, то шар цього газу був би завтовшки 2—3 мм.

Мал. 78. Озоновий шар

У повітрі озон утворюється із кисню під впливом космічної радіації або електричних розрядів (коли виникають блискавки)¹:

3O₂ = 2O₃.

¹ У лабораторному досліді на озон вдається перетворити не більше 10 % кисню.

Озон — нестійка речовина. Він досить швидко перетворюється на кисень, поглинаючи при цьому частину ультрафіолетових променів сонячного світла (мал. 78), які є шкідливими для живих організмів. Отже, розкладаючись, озон захищає людей, тварин, рослини.

Цікаво знати

За хімічними властивостями озон подібний до кисню, але значно активніший за нього.

У природі процеси утворення і розкладу озону компенсують один одного. Проте останнім часом учені виявляють періодичне руйнування озонового шару, фіксують появу в атмосфері озонових «дір. Однією з причин цього явища є хімічні реакції між озоном і речовинами промислового походження. Нині у світі здійснюють заходи, спрямовані на збереження озонового шару.

Озон використовують на практиці. Завдяки бактерицидним властивостям його застосовують для знезараження води перед спрямуванням її у водогін.

Проблема чистого повітря. Негативний вплив діяльності людини на стан повітря набув загрозливих масштабів. Теплоелектростанції, автотранспорт, металургійні заводи, інші підприємства викидають в атмосферу багато шкідливих речовин (мал. 79). Найбільш забрудненим є повітря у великих містах і промислових регіонах.

Мал. 79. Забруднення повітря над промисловим центром

З метою захисту атмосфери від забруднень вживають різні заходи. На заводах, теплоенергетичних підприємствах із відпрацьованих газів видаляють часточки пилу, а потім за допомогою хімічних реакцій знешкоджують газові викиди. Учені розробляють технологічні процеси, які не призводять до забруднення довкілля й не створюють екологічних проблем. У сучасних автомобілях використовують ефективні каталізатори, що сприяють більш повному згорянню пального. Конкуренцію бензиновим двигунам починають складати електродвигуни, які не забруднюють повітря.

Цікаво знати

Для шкідливих речовин встановлено гранично допустимі концентрації в повітрі над населеними пунктами.

У кожній країні роботу промисловості, енергетики, транспорту організовують так, щоб зменшити кількість шкідливих викидів в атмосферу. Охорона повітря від техногенних забруднень є важливою державною справою.

ВИСНОВКИ

У природі атоми Оксигену внаслідок хімічних реакцій переходять від одних речовин до інших; відбувається колообіг елемента.

Кисень є важливим продуктом фотосинтезу. Цей газ необхідний для живих організмів. Його використовують у промисловості, техніці, медицині, а в складі повітря — у теплоенергетиці, автотранспорті, інших галузях.

Озон — одна із двох простих речовин Оксигену. Він у дуже малій кількості міститься в повітрі. Поглинаючи частину ультрафіолетових променів сонячного світла, озон перетворюється на кисень і водночас захищає живі організми від їх згубного впливу.

У повітря постійно надходять різні техногенні викиди. Одним із головних завдань людства є охорона атмосфери від забруднень.

192. Що таке колообіг хімічного елемента? Прокоментуйте схему 5.

193. У чому полягає значення кисню для живих організмів?

194. У скільки разів молекула озону важча за молекулу кисню?

195. Які заходи має здійснювати людство для збереження вмісту кисню в атмосфері й запобігання забрудненню повітря?

196. Відомо, що замість певного об'єму кисню, який споживається в процесі дихання, у повітря надходить такий самий об'єм вуглекислого газу. Визначте об'ємну частку кисню в повітрі, яке видихає людина, якщо об'ємна частка вуглекислого газу в ньому становить 5 %.