Кожного ранку ви робите перший вдих і не замислюєтесь про те, що в ваші легені потрапляють мільярди крихітних молекул. Ці невидимі частинки — основа вашого життя. Молекула кисню така мала, що її неможливо побачити, але без неї ви не протрималися б і хвилини.
Що таке молекула кисню?
Молекула кисню — це сполука з двох атомів кисню, які міцно тримаються один одного. Як два близнюки, що йдуть за руку. Вона має формулу O₂, де цифра 2 показує кількість атомів.
Один атом кисню самостійно існувати не може. Він занадто активний і миттєво шукає партнера. Тому в природі кисень завжди зустрічається парами.
Ця молекула не має кольору, запаху або смаку. Ви не відчуваєте її присутності, хоча вона оточує вас з усіх боків. У кожному літрі повітря міститься близько 200 мільярдів таких молекул.
Відрізнити молекулу від атома просто. Атом — це окрема частинка, як цеглина. Молекула — це будівля з кількох цеглин. У випадку кисню будівля складається лише з двох поверхів.
Будова молекули кисню
Два атоми кисню з’єднані подвійним ковалентним зв’язком. Це означає, що вони діляться чотирма електронами — по два від кожного атома. Такий зв’язок дуже міцний, як міцні вузли на мотузці.
Електрони рухаються навколо обох атомів одночасно. Це створює стабільну структуру, яка тримається разом завдяки електричним силам. Зв’язок неполярний, бо обидва атоми однакові і тягнуть електрони з рівною силою.
Цікаво, що молекула кисню має парамагнітні властивості. Це означає, що вона притягується до магніту. Якби ви могли зібрати достатньо молекул кисню, вони б злегка тяглися до магнітного поля.
Така поведінка пов’язана з тим, що в молекулі є неспарені електрони. Вони обертаються у різних напрямках і створюють крихітне магнітне поле.
Фізичні властивості молекули кисню
При звичайній температурі молекула кисню існує як газ. Молекули рухаються хаотично і швидко — зі швидкістю близько 500 метрів на секунду. Це швидше за звук.
При температурі мінус 183 градуси кисень стає рідиною блакитного кольору. Якби ви налили рідкий кисень у склянку, він виглядав би як блакитна вода. Але торкатися його не можна — миттєво отримаєте обмороження.
При ще нижчих температурах — мінус 218 градусів — кисень замерзає і стає твердим. Твердий кисень має блідо-синій колір і нагадує лід.
Кисень важчий за повітря в 1,1 рази. Тому він може накопичуватися в низинах і підвалах. У воді кисень розчиняється погано — лише 31 міліграм на літр при кімнатній температурі. Цього вистачає рибам, але людині треба набагато більше.
Густина газоподібного кисню при звичайних умовах становить 1,43 грама на літр. Це означає, що літр кисню важить трохи більше, ніж літр повітря.
Хімічні властивості молекули кисню
Молекула кисню — справжній хімічний агресор. Вона легко реагує з більшістю речовин, забираючи у них електрони. Такі реакції називають окисненням.
Коли ви запалюєте свічку, кисень реагує з воском і утворює вуглекислий газ і воду. Реакція виділяє енергію у вигляді тепла і світла. Без кисню полум’я згасне за кілька секунд.
Іржавіння заліза — теж реакція з киснем, тільки повільна. Молекули кисню поступово з’єднуються з атомами заліза і утворюють оксид заліза — іржу. Цей процес може тривати роками.
Кисень може утворювати різні сполуки. З одним атомом іншого елемента він створює оксиди — оксид вуглецю, оксид азоту. З двома атомами водню утворює воду. З трьома атомами кисню створює озон.
У реакціях кисень майже завжди виступає окисником. Він забирає електрони у інших речовин і сам при цьому відновлюється.
Біологічне значення молекули кисню
Ваші клітини використовують молекули кисню для отримання енергії. Вони “спалюють” глюкозу за допомогою кисню і виробляють енергію для життєдіяльності. Цей процес називається клітинним диханням.
Гемоглобін у крові спеціально пристосований для транспортування молекул кисню. Кожна молекула гемоглобіну може перенести чотири молекули кисню від легенів до тканин.
Без кисню клітини починають гинути за кілька хвилин. Особливо чутливі нейрони мозку — вони гинуть першими при нестачі кисню. Тому при зупинці дихання людина швидко втрачає свідомість.
Рослини теж потребують кисню для дихання, особливо вночі. Але вдень вони виробляють кисню більше, ніж споживають, завдяки фотосинтезу.
Молекула кисню в атмосфері та екології
Молекула кисню в атмосфері та екологіїВ атмосфері Землі молекули кисню складають 21% від загальної кількості газів. Така концентрація ідеально підходить для життя. Якби кисню було більше, все навколо спалахувало б від найменшої іскри.
Молекули кисню в атмосфері постійно рухаються і перемішуються з іншими газами. Вітер розносить їх по всій планеті, забезпечуючи рівномірний розподіл.
Концентрація кисню в атмосфері підтримується завдяки фотосинтезу рослин і водоростей. Вони розкладають вуглекислий газ і виділяють кисень. Без цього процесу весь кисень зник би за кілька тисяч років.
Забруднення повітря впливає на молекули кисню. Вони можуть реагувати з шкідливими речовинами і утворювати токсичні сполуки. Тому чисте повітря важливе не тільки для здоров’я, але й для збереження нормального складу атмосфери.
Молекула кисню O₂ — це основа життя на Землі. Її проста будова з двох атомів створює речовину з унікальними властивостями. Вона підтримує горіння, дає енергію живим істотам і формує склад атмосфери.
Розуміння властивостей молекули кисню допомагає усвідомити, наскільки досконало влаштований наш світ. Кожен вдих нагадує про те, як важливо берегти повітря, яким ми дихаємо.
