Tlen(1).pdf

parada pierwiastków

Tlen

13 14 15 16 17

Wêgiel

Tlen jest pierwiastkiem najbardziej

rozpowszechnionym na Ziemi

(prawie 50% jej masy) oraz trzecim,

po wodorze i helu, w całym Wszechświecie.

3 4 5 6789011 12

Siarka

Kobalt

Nikiel

MiedŸ

Srebro

Z³oto

Cynk

Kadm

Cyna

O³ów

Rtêæ

D la organizmów na naszej planecie jest niezbędny

do życia, choć są takie, które potrafią się bez nie-

go obyć, a dla niektórych jest wręcz zabójczy. Po-

znajmy bliżej bohatera naszego artykułu – dzięki nie-

mu żyjemy, choć czasem bywa niebezpieczny.

Tlen w układzie okresowym pierwiastków leży

w 2. okresie i 16. grupie. Jest bezbarwnym gazem,

aktywnie reagującym z większością pozostałych pier-

wiastków, chociaż często dopiero w podwyższonej

temperaturze. Oprócz niego do rodziny tlenowców

należą: siarka, selen, tellur i, odkryty przez Marię

Skłodowską-Curie, polon. Są one niemetalami, jedynie

ostatni z nich wykazuje własności metaliczne.

W związkach to pierwiastki dwu-, cztero- i sześcio-

wartościowe (tlen jest tylko dwuwartościowy). Dwa

pierwsze pierwiastki tej grupy mają wielkie znacze-

nie (zarówno dla gospodarki, jak i organizmów ży-

wych), pozostałe znalazły jedynie marginalne zastoso-

wania.

Lantanowce

Aktynowce

Tle Krzysztof Orliński

XVIII wieku kilku uczonych poddało systematycznym

badaniom powietrze i otrzymało jego składniki – azot

i tlen. Historia chemii za odkrywcę tlenu uważa an-

gielskiego pastora J. Priestleya (1774).

Nazwę dla nowego pierwiastka zaproponował

Lavoisier, nadając mu miano „oxygenium”, co z łaciny

znaczy „tworzący kwasy”. Twórca współczesnej che-

mii uważał, że wszystkie kwasy muszą zawierać ten

pierwiastek i to, już po kilkunastu latach, po odkryciu

chloru i fluoru, okazało się nieprawdą. Ojciec polskie-

go słownictwa chemicznego, Jędrzej Śniadecki, spol-

szczył tę nazwę na „kwasoród” (podobnie postąpiono

w innych krajach, np. niemiecki „Sauerstoff” czy ro-

syjski „kisło-

rod”). Obecną

nazwę nadał

mu J. Oczapow-

ski, wskazując

na zdolność

podtrzymywa-

nia palenia

(od czasownika

„tlić się”).

Tlen wy-

stępuje w po-

staci dwóch

odmian alotropowych. Pierwsza to, znane wszystkim,

dwuatomowe cząsteczki. Czytelnicy zapewne wielo-

krotnie pisali w szkole ich wzór, łącząc w nim atomy

podwójnym wiązaniem. Jest to jednak tylko przybli-

żenie – cząsteczka tlenu zawiera wolne, niesparowa-

ne elektrony, odpowiedzialne za reaktywność tego

pierwiastka. Taka cząsteczka zwana jest rodnikiem.

Reagując z innymi substancjami, wytwarza następne

rodniki, które, jeżeli proces zachodzi wewnątrz żywej

komórki, powodują jej uszkodzenia i mutacje gene-

tyczne. Dlatego organizmy bronią się przed niekontro-

lowanymi reakcjami z, niezbędnym przecież do życia,

tlenem – procesy utleniania zachodzą w wydzielo-

nych organellach komórkowych.

Pierwiastkowy tlen jest używany jako gaz in-

tensyfikujący procesy utleniania i spalania, np. w me-

talurgii i palnikach do cięcia i spawania metali (prze-

chowywany jest w niebieskich, ciśnieniowych bu-

tlach) oraz do ułatwienia oddychania, np. przy zabie-

gach medycznych. Ciekły tlen (skroplili go po raz

pierwszy w 1883 roku profesorowie UJ Karol Olszew-

ski i Zygmunt Wróblewski) to bardzo silny czynnik

utleniający (stosowany np. do napędu rakiet), mogący

eksplodować w kontakcie z substancjami organiczny-

mi. Tę właściwość wykorzystuje się do produkcji spe-

cjalnych materiałów wybuchowych, oksylikwitów, na-

Woda – najważniejszy związek tlenu.

Obecność tlenu na Ziemi to zasługa organi-

zmów żywych. Pierwotna ziemska atmosfera była

praktycznie beztlenowa. Niewielkie jego ilości po-

wstały w wyniku fotolizy (rozpadu pod wpływem

światła) pary wodnej. Tak minimalne stężenie tlenu,

wynoszące początkowo około 0,1%, wystarczyło, aby

zahamować dostęp szkodliwego promieniowania

ultrafioletowego do powierzchni planety i umożliwić

powstanie pierwszych komórek. W wyniku opanowa-

nia procesu fotosyntezy zawartość tlenu w atmosferze

zaczęła wzrastać. W karbonie (265–210 milionów lat

temu), okresie największego rozwoju roślin, przekra-

czała 30%, obecnie wynosi nieca-

łe 21%.

Już alchemicy domyślali

się obecności w powietrzu sub-

stancji umożliwiającej spalanie i

oddychanie. Często także otrzy-

mywali tlen w wyniku rozkładu

różnych jego związków. Nie zba-

dali jednak dokładnie otrzymane-

go w ten sposób „powietrza” lub

„ducha”, jak wtedy mówiono, i

to nie im przypadła sława od-

krywców. Dopiero w latach 70.

Ciekły tlen o błę-

kitnej barwie.

sycając ciekłym tlenem np. węgiel czy cukier (w ten

sposób uwolnili się z pułapki bohaterowie powieści

„Astronauci” Stanisława Lema).

Drugą odmianą alotropową tlenu jest ozon. Jego

charakterystyczny zapach nadaje „świeżość” powie-

trzu po burzy. Powstaje on w czasie wyładowań elek-

trycznych (np. błyskawice), pracy lamp kwarcowych

oraz kserokopiarek, a w górnych warstwach atmosfery

w wyniku działania promieni ultrafioletowych. Te trój-

atomowe cząsteczki stały się obecnie tematem wielu

ożywionych dyskusji z powodu tzw. dziury ozonowej,

czyli okresowego spadku stężenia tego gazu nad An-

tarktydą. Ozon znajduje się w stratosferze (12–40 km

nad powierzchnią Ziemi), pełniąc rolę filtra przeciwko

szkodliwemu promieniowaniu Słońca i umożliwiające-

go, jak przed miliardami lat powstanie, tak teraz ist-

nienie życia na Ziemi. Zmniejszenie się zawartości

ozonu powoduje, że do powierzchni planety dociera

więcej promieni ultrafioletowych, wywołujących zmia-

ny nowotworo-

we i mutacje

genetyczne

organizmów.

Jeszcze przed

kilku laty po-

wszechnie

oskarżano o po-

wstanie dziury

ozonowej fre-

ony (fluorowe

pochodne wę-

glowodorów,

stosowane np.

w chłodnictwie,

urządzeniach klimatyzacyjnych i przemyśle kosme-

tycznym), obecnie wielu naukowców zmiany stężenia

ozonu przypisuje także naturalnym zjawiskom klima-

tycznym na Ziemi. Pewne jest jednak, że ludzie (np.

poprzez loty odrzutowców na dużych wysokościach)

również mają swój udział w tym zjawisku.

Ozon jest bardziej aktywny niż tlen ze względu

na łatwe odłączanie jednego z atomów. Stosowany

jest do odkażania wody oraz wybielania tkanin i in-

nych materiałów. Podobno, jak twierdzą producenci

rozmaitych ozonizatorów powietrza i wody, ma zdol-

ność regeneracji organizmu, ale naukowcy zalecają

dużą ostrożność w jego stosowaniu. Nadmierne stę-

żenie ozonu powoduje wręcz przyspieszone starzenie

komórek oraz niszczenie różnych substancji, np. gu-

my. Ozon jest konieczny do życia, ale tylko wysoko

nad naszymi głowami!

Zapewne wszyscy słyszeli o „zegarach wie-

ków”. Są to promieniotwórcze pierwiastki, których za-

wartość zmienia się w miarę upływu lat. Badając ich

ilość, można określić wiek danego przedmiotu: skały,

minerału czy substancji organicznej. Mało jednak kto

wie, że istnieje także „termometr wieków”, oparty na

tlenie. W skład naturalnego tlenu wchodzą trzy izoto-

py o liczbach masowych 16, 17 i 18. Wzajemny stosu-

nek ich zawartości zależy od temperatury, w której

tworzyła się dana substancja. I tak, badając skamie-

niałe pancerzyki skorupiaków, można określić, jak cie-

płe było morze, w którym żyły one miliony lat temu!

Największą grupę związków na Ziemi stanowią

tlenki. Czytelnicy zapewne w szkole pisali ich wzory

Butle tlenowe umożliwiają nurkowanie.

i równania reakcji z ich

udziałem. Jednakże

nie wszyscy wiedzą,

że istnieją także nad-

tlenki i ponadtlenki.

Powstają one w wyni-

ku przyłączenia jed-

nego (ponadtlenki)

lub dwóch (nadtlenki)

elektronów do całej

cząsteczki tlenu (bez

jej rozpadu na atomy,

jak dzieje się w pro-

cesie tworzenia zwy-

kłych tlenków). Pow-

stały w ten sposób

jon łączy się z katio-

nem, zazwyczaj z grupy 1. lub 2. Związki te są dość

nietrwałe i łatwo wydzielają tlen, czego przykładem

jest nadtlenek wodoru (jego roztwór to woda utlenio-

na, perhydrol). Także ozon nie jest „gorszy” i ma wła-

sne związki – ozonki (powstają przez przyłączenie

jednego elektronu do jego cząsteczki), jeszcze bar-

dziej nietrwałe niż nadtlenki i ponadtlenki.

Nie jest możliwe opisanie wszystkich związ-

ków tlenu, choćby tylko tych najprostszych – tlenków.

Warto jednak wiedzieć, że tlen tworzy z krzemem

i glinem związki stanowiące ponad 80% masy Ziemi.

Na co dzień nie zdajemy sobie sprawy, że żyjemy

w świecie tlenków. Pijemy wodę (tlenek wodoru),

mieszkamy w domach zbudowanych z tlenku krzemu

i wapnia, nosimy ozdoby z tlenku glinu (rubiny i szafi-

ry) oraz narzekamy na niszczącą nasze samochody

rdzę (tlenki żelaza).

Tlen to jeden z najważniejszych pierwiastków

na Ziemi, a my jesteśmy „skazani” na życie z nim.

Jest dla nas niezbędny, ale warto pamiętać, że potrafi

być także groźny. Od naszej rozwagi i mądrości zale-

żeć będzie, którą stronę swej natury nam ukaże.

Spawanie z użyciem tlenu.

Dziura ozonowa nad Antarktydą.

Tlen podtrzymuje palenie.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: