Сообщение применение и биологическая роль кислорода. Биологическая роль. Физические и химические свойства

Открытие кислорода произошло дважды, во второй половине XVIII столетия с разницей в несколько лет. В 1771 году кислород получил швед Карл Шееле, нагревая селитру и серную кислоту. Полученный газ был назван «огненным воздухом». В 1774 английский химик Джозеф Пристли проводил процесс разложения оксида ртути в полностью закрытом сосуде и открыл кислород, но принял его за ингредиент воздуха. Только после того, как Пристли поделился своей находкой с французом Антуаном Лавуазье, стало понятно, что открыт новый элемент (calorizator). Пальма первенства данного открытия принадлежит Пристли потому, что Шееле опубликовал свой научный труд с описанием открытия лишь в 1777 году.

Кислород является элементом XVI группы II периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, имеет атомный номер 8 и атомную массу 15,9994. Принято обозначать кислород символом О (от латинского Oxygenium - порождающий кислоту). В русском языке название кислород стало производным от кислоты , термина, который был введён М.В. Ломоносовым.

Нахождение в природе

Кислород является самым распространённым элементом по нахождению в земной коре и Мировом океане. Соединения кислорода (в основном - силикаты) составляют не менее 47% массы земной коры, кислород вырабатывается в процессе фотосинтеза лесами и всеми зелёными растениями, большая часть приходится на фитопланктон морских и пресных вод. Кислород - обязательная составная часть любых живых клеток, также находится в большинстве веществ органического происхождения.

Физические и химические свойства

Кислород - лёгкий неметалл, состоит в группе халькогенов, имеет высокую химическую активность. Кислород, как простое вещество, представляет собой газ без цвета, запаха и вкуса, имеет жидкое состояние - светло-голубая прозрачная жидкость и твёрдое - светло-синие кристаллы. Состоит из двух атомов кислорода (обозначается формулой О₂).

Кислород участвует в окислительно-восстановительных реакциях. Живые существа дышат кислородом воздуха. Широко используется кислород в медицине. При сердечнососудистых заболеваниях, для улучшения обменных процессов, в желудок вводят кислородную пену («кислородный коктейль»). Подкожное введение кислорода используют при трофических язвах, слоновости, гангрене. Для обеззараживания и дезодорации воздуха и очистки питьевой воды применяют искусственное обогащение озоном.

Кислород - основа основ жизнедеятельности всех живых организмов на Земле, является основным биогенным элементом. Находится в составе молекул всех важнейших веществ, которые отвечают за структуру и функции клеток (липиды, белки, углеводы, нуклеиновые кислоты). Каждый живой организм содержит гораздо больше кислорода, чем какого-либо элемента (до 70%). Для примера, организм взрослого среднестатического человека массой 70 кг содержит 43 кг кислорода.

Кислород поступает в живые организмы (растения, животные и человек) благодаря органам дыхания и поступлению воды. Помня о том, что в организме человека самый главный орган дыхания - это кожа, становится понятно, сколько кислорода может получать человек, особенно летом на берегу водоёма. Определить потребность человека в кислороде достаточно сложно, ведь она зависит от многих факторов - возраст, пол, масса и поверхность тела, система питания, внешняя среда и т.д.

Применение кислорода в жизни

Кислород применяется практически повсеместно - от металлургии до производства ракетного топлива и взрывчатых веществ, применяемых для дорожных работах в горах; от медицины до пищевой промышленности.

В пищевой промышленности кислород зарегистрирован в качестве пищевой добавки , как пропеллент и упаковочный газ.

Кислород является наиболее распространенным элементом на Земле. В морской воде содержится 85,82% кислорода, в атмосферном воздухе 23,15% по весу или 20,93% по объему, а в земной коре 47,2% по весу. Такая концентрация кислорода в атмосфере поддерживается постоянной благодаря процессу фотосинтеза. В этом процессе зеленые растения под действием солнечного света превращают диоксид углерода и воду в углеводы и кислород. Главная масса кислорода находится в связанном состоянии; количество молекулярного кислорода в атмосфере составляет всего лишь 0,01% от общего содержания кислорода в земной коре. В жизни природы кислород имеет исключительное значение. Кислород и его соединения незаменимы для поддержания жизни. Они играют важнейшую роль в процессах обмена веществ и дыхании. Кислород входит в состав белков, жиров, углеводов, из которых «построены» организмы; в человеческом организме, например, содержится около 65% кислорода. Большинство организмов получают энергию, необходимую для выполнения их жизненных функций, за счет окисления тех или иных веществ с помощью кислорода. Убыль кислорода в атмосфере в результате процессов дыхания, гниения и горения возмещается кислородом, выделяющимся при фотосинтезе. Вырубка лесов, эрозия почв, различные горные выработки на поверхности уменьшают общую массу фотосинтеза и снижают круговорот на значительных территориях.

Кислород не всегда входил в состав земной атмосферы. Он появился в результате жизнедеятельности фотосинтезирующих организмов. Под действием ультрафиолетовых лучей он превращался в озон. По мере накопления озона произошло образование озонного слоя в верхних слоях атмосферы. Озоновый слой, как экран, надежно защищает поверхность Земли от ультрафиолетовой радиации, гибельной для живых организмов.

Геохимический круговорот кислорода связывает газовую и жидкую оболочки с земной корой. Его основные моменты: выделение свободного кислорода при фотосинтезе, окисление химических элементов, поступление предельно окисленных соединений в глубокие зоны земной коры и их частичное восстановление, в том числе за счет соединений углерода, вынос оксида углерода и воды на поверхность земной коры и вовлечение их в реакцию фотосинтеза.

Кроме описанного выше круговорота кислорода в несвязанном виде, этот элемент совершает еще и важнейший круговорот, входя в состав воды (рис. 3). В процессе круговорота вода испаряется с поверхности океана, водяные пары перемещаются вместе с воздушными течениями, конденсируются, и вода возвращается в виде атмосферных осадков на поверхность суши и моря. Различают большой круговорот воды, при котором вода, выпавшая в виде осадков на сушу, возвращается в моря путем поверхностного и подземного стоков; и малый круговорот воды, при котором осадки выпадают на поверхность океана.

Круговорот кислорода сопровождается его приходом и расходом.

Приход кислорода включает: 1) выделение при фотосинтезе; 2) образование в озоновом слое под воздействием УФ-излучения (в незначительном количестве); 3) диссоциацию молекул воды в верхних слоях атмосферы под воздействием УФ-излучения; 4) образование озона – О3.

Расход кислорода включает: 1) потребление животными при дыхании; 2) окислительные процессы в земной коре; 3) окисление окиси углерода (СО), выделяющегося при извержении вулканов.

Цель:

• закрепить знания учащихся о сущности дыхания как биохимическом процессе, присущем всей живой природе;
• определить влияние качества воздуха на здоровье человека и других живых организмов, меры профилактики при заболеваниях органов дыхания;
• воспитывать у учащихся бережное отношение к своему здоровью, как социальной ценности.

“Здоровье – это не подарок, который человек получает один раз и на всю жизнь, а результат сознательного поведения каждого человека и всех в обществе”.
П.Фосс – немецкий профессор валеолог

“Кислород – это вещество, вокруг которого вращается вся земная химия”.
Я.Берцелиус

Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, экран.

Комментарий учителя: Кислород выполняет в организме защитную функцию. В фагоцитах кислород восстанавливается до супероксид – иона

О - 2:О 2 + е О - 2 . Он является свободным радикалом, инициирует цепные процессы окисления инородных органических веществ, захваченных фагоцитами. При недостатке кислорода в воздухе его содержание в организме уменьшается, процессы образования супероксид – радикала и окисления им инородных веществ замедляется, в результате чего сопротивляемость организма к инфекции падает. Это мы и наблюдаем в эксперименте.

Еще одна функция – лечебная. При отравлении угарным газом и кислотными газами для лечения применяются смеси кислорода и углекислого газа (5% СО 2 по объему) для подкисления тканей. В медицинской практике используют барокамеры для кислородного насыщения тканей, что защищает мозг от гипоксии – пониженного содержания кислорода; с его помощью лечат ожоги и диабетические язвы.

– Всегда ли воздух чист?

– Сколько человек может жить без воздуха?

– Какие клетки крови доставляют кислород?

– Что такое гемоглобин и в чем его особенность?

Слайд 10. Учитель поясняет реакцию идущую в легких:

Кислород + гемоглобин оксигемоглобин.

Какое значение имеет тот факт, что оксигемоглобин – непрочное соединение?

Вопрос: Какие вещества могут загрязнять воздух? (Слайд 11)

Предполагаемый ответ: пыль, угарный газ – главный компонент выхлопных газов, промышленные выбросы.

Продолжение

В начале этой статьи речь идет о том, что столь страшное для многих людей слово «химия» в применении к пищевым продуктам, присутствует везде. Кальций, кислород, магний, железо и другие, жизненно важные для организма человека, вещества - это все есть химия. Важно только знать, чего и сколько человеку требуется для поддержания молодости и здоровья. В продолжении этой статьи - описание свойств и важности для организма человека тех или иных химических веществ.

Роль кислорода для организма человека

Кислород - это восьмой элемент таблицы химических элементов Менделеева. На нашей планете есть низшие формы существания, которые не приемлют кислорода и обходятся вовсе без воздуха. Но для человека кислород жизненно необходим. Без него не будет работать весь организм, а легкие потеряют свою актуальность.

В свободном состоянии кислород представляет собой газообразное вещество. Но при низких температурах может превращаться в жидкость или даже кристаллизуется.

Молекула кислорода состоит всего из 2-х атомов кислорода - О 2. А вот молекула озона, который по сути является формой кислорода и абсолютно незаменима для существования жизни на планете Земля имеет 3 атома кислорода - О 3 . Разрушение озонового слоя в атмосфере Земли приводит к повышению радиации, к разрушению природы, к появлению все новых и новых форм заболеваний.

Где на Земле есть кислород?

Кроме атмосферы кислород еще присутствует в земной коре. При этом интересно то, что, по сравнению со всеми остальными элементами, кислорода приходится аж до 47%. Содержится он в земной коре в форме различных соединений. В мировом океане, включая и пресные воды, содержание кислорода во всевозможных соединениях составляет почти 86%. А вот в атмосфере его всего 23%.

Кроме атмосферы, земли и воды кислород входит в состав клеток абсолютно всех живых организмов и во множество органических веществ.

Это интересно! В холодной воде мирового океана кислорода больше, чем в теплой.

В каких процессах организма принимает участие кислород

Кислород - это сильнейший окислитель. Поэтому он принимает участие во всех окислительных реакциях организма человека.

Кроме того, что человек дышит и с воздухом получает кислород, это вещество также применяют дополнительно в медицине и в пищевой промышленности.

В медицине кислород применяют в кислородных баллонах и ингаляторах для лечения различных заболеваний дыхательной системы, в общей анестезии при хирургических операциях.

В пищевой промышленности кислород применяют в качестве газа-наполнителя и пропеллента (газообразующего вещества для смесей продуктов). Кислород зарегистрирован в качестве пищевой добавки Е-948.

Кислород позволяет дышать и поддерживать существование. В этом заключается его главная биологическая роль. Он принимает участие в процессах обмена веществ, в разложении и усвояемости различных питательных веществ.

В предыдущем материале мы получили понимание, откуда человек получает . Для понимания процессов работы антиоксидантной системы, которая также имеет большую функциональность в оздоровлении организма, следует разобраться со значением кислорода для здоровья и жизни человека.

Если рассматривать воздух по его составляющим, то мы увидим, что среди того, что мы вдыхаем имеет в своем составе следующее:

• 78% азота;
• 21% кислорода;
• прочие газы 1% и в их составе 0,03% СО2.

Химические элементы с различными способностями притягивают к себе дополнительные электроны, зависит эта способность от положения какого либо элемента в таблице Менделеева. Это притяжение, называется электроотрицательность, выражают его условные единицы, и чем они выше, тем больше способность притяжения электронов.

Когда два отличных атома будут взаимодействовать друг с другом, парочка электронов будет смещаться к наиболее электроотрицательному атому. Кислород один из самых электроотрицательных элементов. Он также самый востребованный на Земле компонент.

Кислород делится на две формы существования это кислород (О2) и озон (Оз). Представляет собой бесцветный газ, с отсутствием запаха, выступает жизненно нужным веществом.
Взаимодействуя с каждым элементом периодической таблицы, создает огромное количество соединений.

Кислород — необходимый компонент для обеспечения человека энергией жизни

Земля в своей атмосфере хранит свободный кислород. Связанный кислород хранит земная кора, также пресная вода и морская. Кислородом обеспечивается дыхательный процесс, далее, после окисления органических соединений, образует углекислый газ и воду, в процессе чего высвобождается энергия.

Иначе говоря, мы получаем энергию, ежеминутно требующуюся в нашей жизнедеятельности, которая является результатом расщепления съеденной нами пищи. Расщепление пищи идет под воздействием вдыхаемого кислорода.

Теперь кислород и физиология.

Сложнейший комплекс происходящих в организме изменений на физическом, биологическом и физиологическом уровнях, при которых организм получает и превращает вещества и энергию, и постоянно обменивает их в окружающей среде и есть ОБМЕН ВЕЩЕСТВ и энергии. Этот процесс лежит в основе преобразования энергии из свободной, поступившей
со сложными органическими соединениями, в электрическую, механическую и тепловую. Взаимоотношения между обменами жиров, углеводов и белков, сопровождаемые биохимическими процессами, которые регулируют гормоны, позволяют максимально снабдить энергией наши клетки.

А вы знаете, что вес человека на 62% наполнен кислородом?
Например, если ваш вес 70 кг, то 43 кг из него это кислород. Приведу вам интересный факт, за
сутки мы с вами съедаем кислорода в количестве 2 кг и 900 граммов вдыхаем с воздухом. Кто не знает, информация для вас — Оз (озон), как кислородная форма, токсичен.

Кому не нужен кислород для жизни?

Нет надобности в кислороде у анаэробных бактерий и глубоководных обитателей (их энергетику основывают
вещества полученные в результате деятельности вулканов) Все остальное живое нуждается в кислороде. Жизнь на планете невозможна без него. Его всего лишь 5-7 минутное отсутствие порождает гипоксию (кислородное голодание) тканей и вызывает смерть.

Пища приносит организму электроны и протоны водорода. Протоны, например, попадают с пищей в органических кислотах, а электроны поставляются металлами с переменной валентностью и витаминами в частности С и Е. Биологическое окисление получает необходимый субстрат, состоящий из глюкозы, в нее, в свою очередь, преобразуются легко усваиваемые пищевые углеводы.

Проще говоря, электроны поставляет кислород, а протоны водород. Совместно протоны и электроны создают ковалентные связи (биосинтез молекулы). Жизненно-необходимые элементы организма (белки, нуклеиновые кислоты и т.д.) также наполнены кислородом. Дыхание без него бессмысленно, окисление жиров, белков, аминокислот, углеводов и прочих биохимических процессов тоже невозможно без кислорода.

Днем, когда мы бодры, то расходуем большое количество кислорода. В наш организм он попадает естественным путем, вдыхается легкими. Дальше, драгоценный биокомпонент, поступивший в кровь, начинает поглощать гемоглобин, преобразуя его в оксигемоглобин, и затем он распределяется по всем нашим составляющим (тканям и органам). Но еще
он попадает и в связанном виде, когда мы пьем воду. Получив кислород, ткани расходуют его на процесс метаболизма, для окисления различных элементов. Дальнейший путь кислорода направлен на его метаболизм до СО2 (углерода диоксида) и Н2О (воды) и в итоге он выводится организмом - почками и легкими.