Kisik:

Kisik je na sobnoj temperaturi plin. Javlja se u molekularnom obliku kao spoj dva atoma kisika, (kada se molekula obilježava s O₂) i kao spoj tri atoma kisika, (kada se molekula obilježava s O₃). Molekula O₃ naziva se ozon, ključni dio Zemljine atmosfere.

Povijest

Kisik su krajem 18. stoljeća otkrili, neovisno jedan o drugome, švedski ljekarnik Scheele i Joseph Priestly. Pravo objašnjenje i značenje njihovog otkrića dao je 1779. godine Antoine Laurent de Lavoisier. Lavoisier je ustanovio da se zrak sastoji od dvaju plinova čiji je omjer 1:4 i koje je nazvao oxygen i azot. Dokazao je da su reakcije gorenja, disanja i hrđanja u biti istovrsne reakcije - reakcije oksidacije.

Svojstva

Kao elementarna tvar kisik je jedan od glavnih sastojaka zraka – volumni udio kisika u zraku je 21%. Na sobnoj temperaturi je bezbojan plin, bez mirisa i okusa. Teži je od zraka, ne gori, ali podržava gorenje, te je kemijski vrlo aktivan.

Po rasprostranjenosti je treći kemijski element u svemiru, iza vodika i helija, drugi na planetu Zemlji (iza željeza), a prvi u Zemljinoj kori. U Zemljinoj kori je vezan u različitim spojevima, najviše u silikatima, karbonatima i oksidima. Najrasprostranjeniji spoj kisika na zemlji je voda. Kisik u sastavu organskih molekula čini, uz ugljik, vodik i dušik, veći dio mase svih živih bića.

U elementarnom stanju nalazi se u obliku dvoatomnih molekula. Uobičajeno je da se struktura molekule kisika prikazuje dvostrukom kovalentnom vezom, prema kojoj su svi elektroni u molekuli spareni. Pokusima je, međutim, utvrđeno da kisik ima paramagnetična svojstva, što ukazuje na nesparene elektrone u strukturnoj formuli molekule kisika.

S nemetalima kisik većinom stvara kisele okside, a s metalima bazične okside, perokside ili superokside. Zbog jako pozitivnog redukcijskog potencijala, kisik je najvažnije redukcijsko sredstvo, pa se upravo na tom svojstvu temelji njegova uporaba. Nužan je za održavanje i razvoj gotovo svih živih organizama jer sudjeluje u raznim biokemijskim procesima.

Kratkotrajno udisanje čistog kisika nije štetno, ali duže udisanje šteti organizmu.

Ozon

Ozon je alotropska modifikacija kisika čije se molekule sastoje od tri kisikova atoma. Obje veze između atoma kisika su jednako dugačke, što upućuje na to da u molekuli ozona ne postoji dvostruka veza, nego da jedan elektronski par istodobno okružuje jezgre sva tri atoma. Prema tome, u molekuli ozona postoje delokalizirani elektroni.

Kada ljeti, nakon olujnog pljuska s grmljavinom, osvane vedar i sunčan dan, osjeti se miris svježeg zraka. To je miris ozona u vrlo malim koncentracijama.

Reakcijom kalijevog permanganata i koncentrirane sumporne kiseline razvija se ozon, plavkasti plin karakterističnog prodornog mirisa, koji je jako oksidacijsko sredstvo, zbog čega se pare alkohola zapale.

Ozona ima najviše u stratosferskom sloju atmosfere na visini 20 - 25 km. U stratosferi nastaje iz elementarnog kisika. On apsorbira ultraljubičasto zračenje koje dolazi sa Sunca i čije je djelovanje štetno za žive organizme. Bez stratosferskog ozona, život na Zemlji ne bi bio moguć.

Razna tehnološka dostignuća (npr. mlazni zrakoplovi), kao i uporaba novih organskih tvari, uzrokovali su smanjenje koncentracije ozona. Posljedica toga je razrjeđivanje ozonskog sloja, odnosno, kako je to slikovito nazvano, stvaranje "ozonskih rupa". Prve rupe su otkrivene iznad Antarktike 1985 godine.

Freoni su fluorirani i klorirani derivati jednostavnih ugljikovodika, koji oštećuju ozon. Kao sintetski spojevi dobiveni su još 1928. godine. Lako se proizvode i nisu izravno štetni na ljudsko zdravlje, nisu korozivni, a vrlo su postojani. Imaju široku primjenu, npr. u rashladnim uređajima, hladnjacima, te kao potisni plinovi u sprejevima.

Pošto su nereaktivni i hlapljivi, godinama difundiraju u sve više slojeve atmosfere do stratosfere. Iz molekula freona, djelovanjem sunčeve svjetlosti, oslobađaju se atomi klora. Atom klora reagira s molekulom ozona, pri čemu nastaju kisik i reaktivni klorov (II) oksid, nazvan i "dimeći pištolj". Njegovom reakcijom s atomom kisika, atom klora se ponovo oslobađa i niz reakcija se ponavlja. Tako samo jedan atom klora može razoriti nekoliko tisuća molekula ozona.

U navedenim reakcijama atom klora mogao bi se smatrati katalizatorom koji višestruko ubrzava raspad ozona.

Čak i kada bi se potpuno obustavila upotreba freona, bilo bi potrebno stotinjak godina da nestanu iz atmosfere. Međunarodni dan ozona se obilježava 16. rujna.

Osim u stratosferi, ozon nastaje i u nižim slojevima atmosfere, u troposferi, kao posljedica onečišćenja zraka.

Uporaba ozona

Poslije fluora, ozon je najjače oksidacijsko sredstvo, pa se na tom svojstvu osniva njegova uporaba. Služi za sterilizaciju vode, operacijskih, kino i sportskih dvorana, zatim u farmaceutskoj, kozmetičkoj, tiskarskoj industriji te u industriji papira, tekstila i umjetnih materijala.

Voda

Voda je prisutna u svakom organizmu i nužna je za život svih živih bića. Voda je reaktant, ali i produkt u mnogim reakcijama. Reagira s nekim metalima i nemetalima, kao i s njihovim oksidima. Iako je voda dobro otapalo za mnoge soli, samo s nekima i reagira.

Voda ima osobinu da lako rastvara mnoge tvari, pa tako, u svom kružnom toku u prirodi, voda rastvori dio tvari sa kojima se susretne bez obzira na to da li su te tvari krute, tekuće ili plinovite. Voda koja ima male količine rastvorenih tvari naziva se meka voda, a voda koja sadrži veće količine rastvorenih minerala naziva se tvrda voda.

Dobivanje kisika

Zagrijavanjem kalijevog permanganata nastaje kisik. Osim kisika, nastaju manganov 4 oksid i kalijev manganat (K₂MnO₄).

Industrijsko dobivanje kisika

Laboratorijski načini dobivanja kisika preskupi su za industrijske potrebe, pa se u tu svrhu kisik dobiva iz dviju vrlo pristupačnih i jeftinih sirovina - zraka i vode.

Iz zraka se dobiva kontinuiranom frakcijskom destilacijom tekućeg zraka. Postupak dobivanja tekućeg zraka može se opisati ovako: najprije se iz zraka uklone prašina, ugljikov dioksid, vlaga i druge primjese. Tako očišćen zrak se zatim komprimira, pri čemu se zagrije, pa ga je potrebno hladiti. Ohlađeni komprimirani zrak propušta se kroz prigušni ventil, naglo se širi i još jače ohladi. Tako ohlađen zrak se ponovo vraća u kompresor, uzastopnim ponavljanjem tlačenja, hlađenja i širenja zraka, temperatura mu se postupno smanjuje do -200°C. Pri toj temperaturi se ukapljuje. Tekući zrak se uvodi u kolonu za frakcijsku destilaciju, gdje se na temelju različitih vrelišta razdvajaju pojedini plinovi.

Nešto skuplji, i zato rjeđi, način dobivanja kisika je elektroliza vode. Pritom se na anodi dobiva potpuno čist kisik. Primjenjuje se kad je uz kisik potreban i vodik ili tamo gdje ima dovoljno jeftine električne energije.

Primjena kisika

Određene količine kisika pohranjene u napravama za disanje upotrebljavaju piloti, ronioci, vatrogasci, ali i bolesnici s teškoćama pri disanju. Rabi se i u raznim granama industrije, primjerice čelika i stakla, kao i pri rezanju i zavarivanju metala, te kao raketno gorivo u smjesi s vodikom. Tijekom 6 i pol minuta nakon lansiranja, raketni motor Space Shuttlea potroši više od 500 tisuća litara tekućeg kisika, koji izgara s tekućim vodikom.

Periodni sustav elemenata