Кислородът (Oxygen) е химичен елемент с атомен номер 8 и символ O, принадлежащ към групата на неметалите. Той е един от най-разпространените елементи на Земята и основна съставка на въздуха, водата и всички живи организми. Без него животът в познатата му форма би бил невъзможен.
| Кислород | |
 | |
| Информационна таблица | |
| Параметър | Информация |
|---|---|
| Име на елемента (български) | Кислород |
| Латинско / международно наименование | Oxygen |
| Химичен символ | O |
| Пореден номер (атомно число) | 8 |
| Период и група в таблицата | Период 2, група 16 |
| Блок (s, p, d, f) | p-блок |
| Категория / тип елемент | Неметал |
| Атомна маса | 15.999 u |
| Изотопи | ¹⁶O, ¹⁷O, ¹⁸O |
| Средна атомна маса | 15.9994 |
| Плътност (при 0°C и 1 atm) | 1.429 g/L |
| Температура на топене | -218.8°C |
| Температура на кипене | -183.0°C |
| Кристална структура (твърдо състояние) | Кубична |
| Цвят / външен вид | Безцветен газ (течен – бледосин) |
| Агрегатно състояние при 20°C | Газ |
| Откривател / година на откриване | Джозеф Пристли и Карл Шееле, 1774 г. |
| Място на откриване | Англия и Швеция |
| Етимология на името | От гръцки „oxys“ – кисел и „genes“ – раждам |
| Химическа формула | O₂ |
| Окислителни степени | -2, -1, 0, +1, +2 |
| Електронна конфигурация | 1s² 2s² 2p⁴ |
| Електроотрицателност (Паулинг) | 3.44 |
| Йонизационна енергия | 13.62 eV |
| Ковалентен радиус | 73 pm |
| Атомен радиус | 60 pm |
| Топлопроводимост | 0.026 W/(m·K) |
| Електрическа проводимост | Непроводим |
| Магнитни свойства | Парамагнитен |
| Честота в земната кора | ~46.6% |
| Основни минерали и съединения | Вода, кварц, оксиди, силикатни скали |
| Разпространение в природата | Атмосфера, вода, скали, живи организми |
| Основни производители в света | Китай, САЩ, Русия, Германия |
| Основни приложения | Медицина, металургия, химическа индустрия, енергетика |
| Биологично значение | Жизненоважен за дишането и метаболизма |
| Токсичност и безопасност | Безвреден при нормални условия; високи концентрации са опасни |
| Влияние върху човешкия организъм | Осигурява клетъчно дишане и енергия |
| Използване в индустрията | Заваряване, химия, енергия, опаковки |
| Използване в медицината / фармацията | Дихателна терапия, криомедицина |
| Ядрени свойства | Изотопи ¹⁸O и ¹⁷O за изследвания |
| Наличие в атмосферата / океаните | 21% в атмосферата, разтворен в океаните |
| Методи за рециклиране / повторна употреба | Дестилация на въздуха |
| Глобално годишно производство | Над 300 милиона тона (индустриален кислород) |
| Научна дисциплина | Химия, биология, екология, медицина |
| CAS номер | 7782-44-7 |
| PubChem CID | 977 |
| Състояние при стандартни условия (STP) | Газ |
| Класификация по IUPAC | Неметал |
| Символика и културно значение | Символ на живот, чистота, възраждане и енергия |
Кислородът е жизненоважен за процесите на дишане, горене и окисление, както и за поддържането на енергийния обмен в живите клетки. Той представлява около 21% от обема на земната атмосфера и участва в образуването на озоновия слой, който предпазва планетата от вредното ултравиолетово лъчение.
Елементът е открит независимо един от друг през 1774 г. от Джозеф Пристли в Англия и Карл Шееле в Швеция, а името „кислород“ му е дадено от Антоан Лавоазие, който пръв осъзнава неговата роля при горенето и дишането.
Физични и химични свойства
Кислородът при нормални условия е безцветен, без мирис и без вкус газ. Той е леко по-плътен от въздуха и поддържа горенето, но самият той не гори.
Физични показатели:
- Плътност: 1.429 g/L (при 0°C и 1 atm)
- Температура на топене: -218.8°C
- Температура на кипене: -183.0°C
- Агрегатно състояние: газообразно (при стайна температура)
При охлаждане се втечнява и образува течен кислород – бледосиня течност, използвана в ракетната техника и медицината.
Химически кислородът е силен окислител – реагира с почти всички елементи (с изключение на благородните газове), образувайки оксиди, пероксиди и супероксиди. В реакция с водород образува вода (H₂O), а с въглерод – въглероден диоксид (CO₂).
Той има две най-важни молекулни форми:
- Двуатомен кислород (O₂) – газът, който дишаме.
- Озон (O₃) – триатомна форма, намираща се във високите слоеве на атмосферата. Озонът е силен окислител и филтър за ултравиолетовите лъчи.
Разпространение и наличие
Кислородът е третият по изобилие елемент във Вселената (след водорода и хелия) и най-разпространеният елемент в земната кора – около 46% от масата ѝ.
Той присъства в:
- Атмосферата – като молекулен газ (O₂);
- Хидросферата – във водата (H₂O) и разтворен в моретата и реките;
- Литосферата – в минерали, скали и оксиди (кварц, силикат, железни руди);
- Биосферата – в живи организми, като част от органични молекули (въглехидрати, белтъци, липиди).
В природата кислородът се образува основно чрез фотосинтеза, при която растенията и водораслите превръщат въглеродния диоксид и водата в глюкоза и кислород, използвайки светлинна енергия:
- 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂
Биологично значение
Кислородът е жизненоважен за всички аеробни организми, тъй като е необходим за клетъчното дишане – процесът, при който глюкозата се разгражда и се освобождава енергия.
В човешкия организъм кислородът се транспортира чрез хемоглобина в червените кръвни клетки. Недостигът му води до хипоксия – състояние на кислороден дефицит, което може да причини увреждане на тъканите.
Освен това кислородът участва в:
- образуването на вода и органични молекули,
- окислителните процеси в метаболизма,
- имунните реакции, при които се генерират активни кислородни форми (например супероксиди).
Изотопи и ядрени свойства
Кислородът има три стабилни изотопа:
- ¹⁶O (99.76%)
- ¹⁷O (0.04%)
- ¹⁸O (0.20%)
Те се използват в геохимични и климатични изследвания за определяне на температурите в миналото и проследяване на процесите в атмосферата и океаните.
Приложения
Кислородът има огромно значение в съвременната индустрия, медицината и науката:
- Медицина: използва се в кислородни терапии, при дихателна недостатъчност, наркоза и реанимация.
- Металургия: използва се за кислородно-ацетиленово заваряване и кислородно рязане на метали.
- Химическа промишленост: служи за окислител при производството на азотна и сярна киселина, етанол, метанол и други съединения.
- Енергетика и ракетна техника: течният кислород е окислител в ракетните горива и криогенни системи.
- Пречистване на вода: използва се за аерация и поддържане на живот във водни екосистеми.
- Хранително-вкусова промишленост: удължава срока на годност и подобрява вкусовите качества на продуктите при опаковане.
Озон и екологично значение
Озонът (O₃) е специална форма на кислорода, която се образува във високите слоеве на атмосферата под действието на ултравиолетовите лъчи. Озоновият слой предпазва Земята от вредната радиация.
В същото време, наземният озон, който се образува при замърсяване и фотохимични реакции, е вреден за дишането и растенията. Затова кислородът играе двойна роля в атмосферата – както защитна, така и потенциално разрушителна при неправилни условия.
Интересни факти
Всеки човек вдишва около 550 литра кислород на ден. Диамантите и водата съдържат кислород – в диаманта той е свързан с въглерода, а във водата с водорода. Течният кислород е силен окислител – при контакт с органични материали може да предизвика взрив. Озоновият слой се намира на височина около 20–30 км над Земята. Кислородът съставлява около 65% от масата на човешкото тяло.