Kyslík

Kyslík (IPA: /ˈɒksidʒən/) je chemický prvek s chemickou značkou O a atomovým číslem 8. Na Zemi je obvykle kovalentně nebo iontově vázán na jiné prvky.

Nevázaný kyslík (nazývaný také molekulární kyslík nebo dioxygen, O2, dvouatomová molekula) se poprvé objevil ve významném množství v zemské atmosféře během paleoproterozoika (před 2,5 až 1,6 miliardami let) jako produkt metabolické činnosti raných anaerobů (archeí a bakterií). Přítomnost velkého množství volného kyslíku v atmosféře mohla dohnat většinu tehdy žijících organismů k vyhynutí. Množství volného kyslíku v atmosféře v pozdějších geologických epochách a jeho postupné zvyšování až do současnosti bylo z velké části způsobeno syntézou fotosyntetickými organismy; přibližně tři čtvrtiny volného prvku produkují řasy a zelené mikroorganismy v oceánech a jednu čtvrtinu suchozemské rostliny.

Barva kapalného kyslíku je modrá podobná nebeské modři.

Kyslík je jednou ze dvou hlavních složek vzduchu. Vzniká v rostlinách při fotosyntéze a je nezbytný pro aerobní dýchání živočichů. Slovo kyslík pochází ze dvou řeckých kořenů: οξυς (oxys) (kyselý, ostrý) a -γενης (-genēs) (zrozený z). Na počátku 18. století Antoine Lavoisier vytvořil název kyslík z výše uvedených řeckých kořenů, protože se mylně domníval, že je součástí všech kyselin. (Definice kyseliny byla od té doby revidována). Kyslík má valenci 2.

Při standardní teplotě a tlaku existuje kyslík jako dvouatomová molekula se vzorcem O2, v níž jsou dva atomy kyslíku vzájemně vázány s elektronovou konfigurací tripletového kyslíku. Tato vazba má řád vazby dva, a proto se často velmi hrubě zjednodušeně popisuje jako dvojná vazba. Tripletový kyslík je základním stavem molekuly kyslíku. Elektronová konfigurace molekuly má dva nepárové elektrony, které obsazují dva degenerované molekulové orbitaly. Tyto orbitaly jsou klasifikovány jako antivazebné, takže dvouatomová vazba kyslíku je slabší než dvouatomová vazba dusíku, kde jsou všechny vazebné molekulové orbitaly zaplněny. Ačkoli nepárové elektrony jsou v chemických sloučeninách běžně spojovány s vysokou reaktivitou, tripletový kyslík je ve srovnání s většinou radikálů relativně (a naštěstí) nereaktivní.

Kapalný O2 a pevný O2 jsou čiré látky světle modré barvy. V normální tripletové formě jsou paramagnetické díky spinovým magnetickým momentům nepárových elektronů v molekule a záporné výměnné energii mezi sousedními molekulami O2. Kapalný kyslík je přitahován magnetem v takové míře, že při laboratorních demonstracích může být můstek kapalného kyslíku podepřen proti vlastní hmotnosti mezi póly silného magnetu. Kapalný O2 se obvykle získává frakční destilací kapalného vzduchu.

Kyslík je ve vodě málo rozpustný, ale přirozeně se vyskytující rozpuštěné množství je dostatečné pro život živočichů (viz níže).

Délka vazby O2 je 121 pm a vazebná energie 498 kJ/mol.

Příjem kyslíku ze vzduchu je základním účelem dýchání, proto se doplňování kyslíku využívá v medicíně (jako oxygenoterapie). Lidé, kteří lezou po horách nebo létají v letadlech bez tlaku, mají někdy přídavné zásoby kyslíku; důvodem je, že zvýšení podílu kyslíku v dýchacím plynu při nízkém tlaku působí na zvýšení parciálního tlaku vdechovaného kyslíku blíže k tlaku, který se vyskytuje u hladiny moře. Významné použití kyslíku jako dýchacího plynu při velmi nízkém tlaku je v moderních skafandrech, kde použití téměř čistého kyslíku při celkovém okolním tlaku přibližně jedné třetiny normálního tlaku vede k normálnímu parciálnímu tlaku kyslíku v krvi. Tento kompromis mezi obsahem dýchacího plynu a potřebným tlakem je pro kosmické aplikace důležitý, protože otázka pružných skafandrů fungujících při tlaku na úrovni hladiny zemského moře zůstává technologickou výzvou kosmické techniky.

Doporučujeme:  Environmentalismus

Kyslík, jako údajně mírné euforikum, se v minulosti používal k rekreačním účelům (viz kyslíkový bar). Skutečnost farmakologického účinku je však pochybná, protože nejpravděpodobnějším vysvětlením je metabolické povzbuzení. Kontrolované testy směsí s vysokým obsahem kyslíku při potápění (viz nitrox) a dalších aktivitách, a to i při vyšším než běžném tlaku, neprokázaly žádné zvláštní účinky na člověka kromě podpory zvýšené tolerance k aerobnímu cvičení.

V 19. století se kyslík často mísil s oxidem dusným, aby se zmírnil jeho analgetický účinek. Stabilní 50% plynná směs (Entonox) se dnes běžně používá v medicíně jako analgetikum. Běžnou základní anestetickou směsí je však 30% kyslík se 70% oxidem dusným; bolest tlumící účinky jsou zřejmě způsobeny oxidem dusným, nikoliv kyslíkem.

Kyslík poprvé popsal polský alchymista a filozof Michał Sędziwój na konci 16. století. Sędziwój považoval plyn, který se uvolňuje ze zahřátého dusíku (solanky), za „elixír života“.

Kyslík kvantitativněji objevil švédský lékárník Carl Wilhelm Scheele někdy před rokem 1773, ale objev byl publikován až po nezávislém objevu Josepha Priestleyho v roce 1774, který plyn nazval deflogistickým vzduchem (viz flogistonová teorie). Priestley publikoval objevy v roce 1775 a Scheele v roce 1777; proto se obvykle připisují zásluhy Priestleymu. Scheele i Priestley vyráběli kyslík zahříváním oxidu rtuťnatého.

Scheele tento plyn nazýval „ohnivý vzduch“, protože byl jediným známým podporovatelem hoření. Později byl nazván „vitálním vzduchem“, protože byl a je nezbytný pro existenci živočišného života.

Průměrný roční obsah rozpuštěného kyslíku v mořské hladině ve světovém oceánu. Všimněte si většího množství kyslíku ve studené vodě v blízkosti pólů.

Kyslík je po vodíku a heliu (viz chemický prvek) třetím hmotnostně nejrozšířenějším chemickým prvkem ve vesmíru. Část tohoto kyslíku vznikla během hvězdné nukleosyntézy jako krok ve větvi CNO-II cyklu CNO. Kyslík však vzniká především v hmotných hvězdách. Ve hvězdách o hmotnosti nejméně čtyřikrát větší než hmotnost Slunce vznikají jádra 16O během procesu spalování uhlíku. 16O může vznikat také ve hvězdách s hmotností nejméně osminásobku hmotnosti Slunce v důsledku fotodisintegrace během procesu spalování neonu.

Kyslík je nejčastější složkou zemské kůry (49 % hmotnosti), druhou nejčastější složkou Země jako celku (28 % hmotnosti), nejčastější složkou světových oceánů (86 % hmotnosti) a druhou nejčastější složkou zemské atmosféry (20,947 % objemu), hned po dusíku.

Elementární kyslík se vyskytuje nejen v atmosféře, ale také jako roztok ve světových vodních nádržích. V litru vody se při teplotě 25 °C a tlaku vzduchu 1 atm rozpustí asi 6,04 cm3 (8,63 mg, 0,270 mmol) kyslíku, zatímco v mořské vodě se rozpustí asi 4,9 cm3 (7,0 mg, 0,22 mmol). Při teplotě 0 °C se rozpustnost zvýší na 10,29 cm3 (14,7 mg, 0,460 mmol) pro vodu a 8,0 cm3 (11,4 mg, 0,36 mmol) pro mořskou vodu. Tento rozdíl má důležité důsledky pro život v oceánech, protože polární oceány díky obsahu kyslíku podporují mnohem vyšší hustotu života.

Doporučujeme:  Odvaha léčit

Kyslík díky své elektronegativitě vytváří chemické vazby téměř se všemi ostatními prvky, což je původní definice oxidace. Jedinými známými prvky, které se vyhýbají možnosti oxidace, jsou některé vzácné plyny a fluor.

Nejznámější sloučeninou kyslíku je voda. Dalšími známými příklady jsou sloučeniny uhlíku a kyslíku, jako je oxid uhličitý (CO2), alkoholy (R-OH), karbonyly (R-CO-H nebo R-CO-R) a karboxylové kyseliny (R-COOH). Okysličené radikály, jako jsou chlorečnany (ClO3-), perchlorečnany (ClO4-), chromany (CrO42-), dichromany (Cr2O72-), manganistany (MnO4-) a dusičnany (NO3-), jsou samy o sobě silnými oxidačními činidly. Mnoho kovů se váže s atomy kyslíku, například železo: vzniká oxid železitý (Fe2O3), běžně nazývaný rez.

Ozon (O3) vzniká elektrostatickým výbojem za přítomnosti molekulárního kyslíku. Je známa dvojí molekula kyslíku (O2)2 , která se vyskytuje jako minoritní složka kapalného kyslíku. Epoxidy jsou ethery, v nichž je atom kyslíku součástí kruhu o třech atomech.

Jednou z neočekávaných sloučenin kyslíku je dioxygen hexafluoroplatina O2+PtF6-. Byla objevena, když Neil Bartlett studoval vlastnosti PtF6. Všiml si změny barvy, když byla tato sloučenina vystavena atmosférickému vzduchu. Bartlett usoudil, že xenon by měl být oxidován PtF6. To ho vedlo k objevu hexafluoroplatiny xenonu Xe+PtF6-.

Kyslík může být při zvýšeném parciálním tlaku toxický. Protože parciální tlak kyslíku je podíl kyslíku a celkového tlaku, může ke zvýšenému parciálnímu tlaku dojít buď v důsledku vysokého podílu kyslíku v dýchacím plynu, nebo v důsledku vysokého tlaku dýchacího plynu, nebo kombinací obou těchto faktorů. Toxicita kyslíku se obvykle začíná projevovat při parciálních tlacích vyšších než 0,5 atmosféry nebo 2,5násobku běžného parciálního tlaku kyslíku na úrovni moře, který činí přibližně 0,2 atmosféry nebo barů. To znamená, že při tlaku na úrovni moře jsou směsi obsahující méně než 50 % kyslíku v podstatě netoxické. V lékařských aplikacích (např. ve směsích ventilačních plynů v nemocnicích) však lze očekávat, že směsi obsahující více než 50 % kyslíku budou vykazovat toxicitu pro plíce, což způsobí pomalé poškození plic v průběhu několika dní, přičemž míra poškození rychle stoupá od směsí mezi 50 % a 100 % kyslíku. Na druhou stranu dýchání 100% kyslíku v kosmických aplikacích (například v některých moderních skafandrech nebo v raných kosmických lodích, jako byla například kosmická loď Apollo) nezpůsobuje žádné poškození vzhledem k nízkému celkovému tlaku (30 % až 33 % hladiny moře). V případě skafandrů je parciální tlak kyslíku v dýchacím plynu obvykle asi 0,30 bar (1,4násobek normálu) a parciální tlak kyslíku v krvi astronauta (v důsledku sestupné úpravy způsobené vodní párou a CO2 v plicních sklípcích) se blíží normálu na úrovni moře, který je 0,14 bar.

Doporučujeme:  Parafilní infantilismus

Při hloubkovém potápění a potápění na hladině a při použití zařízení, které může poskytovat vysoký parciální tlak kyslíku, jako jsou rebreathery, může dojít k otravě plic kyslíkem, stejně jako v lékařství. Vzhledem k vyšším celkovým tlakům při těchto aplikacích může být podíl kyslíku, který způsobuje poškození plic, podstatně nižší než 50 %. Ještě důležitější je, že při tlacích vyšších, než je běžná hladina moře, může mnohem závažnější forma toxicity kyslíku v centrální nervové soustavě vést ke generalizovaným záchvatům. Tato forma kyslíkové toxicity se obvykle objevuje po několika hodinách vystavení parciálnímu tlaku kyslíku nad přibližně 1,4 atmosféry (bar) (tj. 7násobek normálu), přičemž při vyšších tlacích nad tuto hodnotu se doba zkracuje a u jednotlivých osob se velmi liší. Při parciálním tlaku kyslíku vyšším než tři bary (15násobek normálu) se záchvaty obvykle objeví během několika minut.

Toxicita a antibakteriální použití jiných chemických forem kyslíku

Některé deriváty kyslíku, jako je ozon (O3), singletový kyslík, peroxid vodíku, hydroxylové radikály a superoxid, jsou rovněž vysoce toxické. Buňky si vyvinuly různé mechanismy na ochranu proti všem těmto toxickým sloučeninám. Například přirozeně se vyskytující glutathion může působit jako antioxidant, stejně jako bilirubin, který je normálně produktem rozkladu hemoglobinu. Na ochranu proti destruktivní povaze peroxidů si téměř každý organismus na Zemi vyvinul určitou formu enzymu katalázy, který velmi rychle disproporcionuje peroxid vodíku na vodu a dioxygen. Dalším téměř univerzálně přítomným enzymem v živých organismech (s výjimkou několika druhů bakterií, které k této práci využívají přímo ionty Mn2+ ) je superoxiddismutáza. Tato skupina enzymů disproporcionuje superoxid na kyslík a peroxid, s nímž si pak poradí kataláza.

Deriváty kyslíku jsou náchylné k tvorbě volných radikálů, zejména při metabolických procesech. Protože mohou způsobit vážné poškození buněk a jejich DNA dříve, než se s nimi vypořádáme, jsou součástí mnoha teorií karcinogeneze a stárnutí.

Nebezpečí hrozí také u sloučenin kyslíku s vysokým oxidačním potenciálem, jako jsou peroxidy, chlorečnany, chlorečnany a dichromany o vysoké koncentraci, které mohou často způsobit chemické popáleniny.

barviva (E100-199) – konzervanty (E200-299) – antioxidanty a regulátory kyselosti (E300-399) – zahušťovadla, stabilizátory a emulgátory (E400-499) – regulátory pH a protispékavé látky (E500-599) – látky zvýrazňující chuť a vůni (E600-699) – různé (E900-999) – další chemické látky (E1100-1599).

Vosky (E900-909) – Syntetické glazury (E910-919) – Zlepšující látky (E920-929) – Obalové plyny (E930-949) – Sladidla (E950-969) – Pěnidla (E990-999)

peroxid vápenatý (E930) – argon (E938) – helium (E939) – dichlordifluormethan (E940) – dusík (E941) – oxid dusný (E942) – butan (E943a) – izobutan (E943b) – propan (E944) – kyslík (E948) – vodík (E949).