Kyslík - O2

- prvok nevyhnutný pre existenciu života na našej planéte.

Kyslík (z lat. Oxygenium) je chemický prvok v Periodickej tabuľke prvkov, ktorý má značku O a protónové číslo 8. Kyslík je hlavnou zložkou vzduchu, ktorý všetci dýchame. Zdrojom kyslíka pre atmosféru sú procesy fotosyntézy. Dve tretiny kyslíka vyprodukujú suchozemské rastliny (významným zdrojom sú tropické dažďové lesy) a zvyšnú tretinu vyprodukujú morské rastliny (hlavne morské riasy). Molekulový kyslík O2 sa prvý krát na Zemi vo väčšom množstve objavil v období Paleoproterozoika (pred 2500 - 1600 mil rokmi) ako výsledok látkovej premeny anaerobných organizmov. Slovo kyslík pochádza z dvoch slov v gréčtiny, οξυς (oxys) (kyselina, ostrý) a γεινομαι (geinomai) (plodiť).

Charakteristika

Pri štandartnej teplote a tlaku, sa kyslík vyskytuje ako dvojatómová molekula O2, v ktorej sú dva kyslíkové atómy spojené medzi sebou. Kyslík je bezfarebný plyn. V kvapalnom a tuhom stave má svetlomodrú farbu. Vo vode je slabo rozpustný. Táto skutočnosť má veľký význam, pre život vodných organizmov, pretože im umožňuje dýchanie. Kyslík je veľmi reaktívny prvok. Reakcie zlučovania kyslíka s látkami sú najčastejšie exotermické.

Základnou vlastnosťou kyslíka je, že sa správa ako silné oxidačné činidlo. Až na halogény, vzácne plyny a niektoré ušľachtilé kovy sa kyslík zlučuje priamo so všetkými prvkami. Na začatie uvedených reakcií treba spravidla vyššiu teplotu, potom však už uvoľnené reakčné teplo stačí na ich samovoľný priebeh. Ak sú exotermické reakcie látok s kyslíkom sprevádzané vývojom svetla, označujú sa ako horenie. Aby sa látka zapálila, musí sa zohriať na zápalnú teplotu, ktorá je pri rôznych látkach rôzna. Dodaným teplom vyparená látka reaguje s kyslíkom, pričom sa uvoľňuje také veľké reakčné teplo, že sa tuhé súčiastky spalných plynov rozžeravia a svietia. Sálavým teplom sa potom vyparujú ďalšie množstvá látky, spaľujú sa atď., až kým látka nezhorí.

Výskyt

Na Zemi sa najčastejšie vyskytuje kyslík ako dioxygén (dvojatómová molekula O2).

•V atmosfére tvorí plynný kyslík 21 objemových %. Voda oceánov, ktorá pokrýva 2/3 zemského povrchu je hmotnostne zložená z 86 % kyslíka.
•V zemskej kôre je kyslík majoritným prvkom, je prítomný takmer vo všetkých horninách. Jeho obsah je odhadovaný na 46 – 50 hmotnostných %. V hlbších vrstvách zemského telesa zastúpenie kyslíka klesá a predpokladá sa, že v zemskom jadre je prítomný iba v stopách.
•Vo vesmíre je zastúpenie kyslíka podstatne nižšie. Na 1 000 atómov vodíka pripadá iba jeden atóm kyslíka.

Okrem zvyčajných dvojatómových molekúl O2 sa kyslík vyskytuje aj vo forme trojatómovej molekuly ako ozón O3. Za normálnych podmienok je to vysoko reaktívny plyn modrej farby a charakteristického zápachu s mimoriadne silnými oxidačnými účinkami. Pri teplote -112 °C kondenzuje na kvapalný tmavomodrý ozón a pri teplote -193 °C sa tvorí červenofialový pevný ozón. Pomerne ľahko je možné pripraviť ozón tichým elektrickým výbojom v atmosfére čistého kyslíka. Vzniká tak zmes kyslíka s ozónom, kde podiel O3 dosahuje obvykle 10%. Čistý ozón je možné pripraviť frakčnou destiláciou tejto plynné zmesi.

•V medicíne slúži k sterilizácii nástrojov. Trochu diskutabilné sú účinky dnes pomerne populárnej ozónovej terapie, ktorá by podľa svojich zástancov mala viesť k regenerácii buniek a tkaniva. Odporcovia tejto metódy poukazujú na možné riziká podobných omladzovacích kúr, kvôli vysokej reaktivite i toxicite ozónu.
•Baktericídne účinky ozónu slúži k dezinfekcii pitné vody namiesto predtým často využívané dezinfekcie vody plynných chlórom nebo chlórnanem.
•Silné oxidačné účinky ozónu sa veľmi často využívajú v papierenskom priemysle k bieleniu celulózy pre výrobu papiera.

Ozónová vrstva

Mimoriadne významnú rolu pre pozemský život hrá tzv. ozónová vrstva atmosféry, ktorá chráni planétu pred ultrafialovým slnečným žiarením. Je to časť stratosféry vo výške 25 – 35 km nad zemským povrchom, v ktorej sa nachádza značne zvýšený pomer ozónu voči bežnému dvojatomovému kyslíku.

Prízemný ozón

Opakom životu prospešného ozónu v stratosfére je prízemný ozón, vyskytujúci sa tesne nad zemským povrchom. Tento plyn je ľudskému zdraviu nebezpečný, spôsobuje dráždenie a nemoci dýchacích ciest, zvyšuje riziko astmatických záchvatov, podráždenie očí a bolesti hlavy. Zvýšený vznik prízemného ozónu pozorujeme predovšetkým za horúcich letných dní v lokalitách s vysokou koncentráciou výfukových plynov automobilových motorov, kde dochádza k rastu obsahu oxidov dusíka a plynných uhľovodíkov vo vzduchu. Tento jav sa označuje ako suchý smog, podľa miesta svojho častého výskytu tiež ako losangelský smog. V posledných rokoch sú všetky osobné automobily vybavené katalyzátormi, ktoré premieňajú oxidy dusíka na inertný plynný dusík a toxický oxid uhoľnatý na relatívne neškodný CO2.

Zavedením týchto opatrení sa podarilo znížiť koncentráciu prízemného ozónu vo veľkých priemyselných centrách o niekoľko desiatok percent.

Nedávno bola objavená nová forma výskytu kyslíku v štvoratómovej molekule, tetraoxygen (O4), tmavo červenej farby v tuhom skupenstve čo je následok tlaku 20 GPa. Jeho vlastnosti sú študované pre použitie v raketových palivách a podobných oblastiach použitia, pretože to je omnoho silnejší oxidant ako je O2 alebo O3.Použitie

•Kyslík je nevyhnutný pre dýchanie, takže našiel využitie aj v medicíne pri operáciách a traumatických stavoch pre podporu pacientovho dýchania. Zmesi kyslíka s inertnými plynmi slúžia potápačom k utlmeniu kesónovej choroby pri ponoroch do veľkých hĺbok. Tiež vysokohorskí horolezci sa v nutných prípadoch uchyľujú k dýchaniu čistého kyslíka a piloti stíhacích lietadiel sú vybavení zmesou stlačených plynov, ktorej základnou zložkou je kyslík.
•Pri horení zmesi kyslíka s vodíkom možno dosiahnuť teploty viac ako 3 000 °C. Preto sa kyslíkovo-vodíkový plameň využíva na rezanie oceli a tavenie kovov s vysokým bodom topenia, napr. platinových kovov.
•Základnou požiadavkou pri výrobe oceli je odstrániť zo železa uhlík. Tzv. Bessemerov spôsob výroby je založený na vháňaní čistého kyslíka do roztaveného železa v konvertore. Pri vysokej teplote taveniny dôjde k oxidácii prítomného grafitového uhlíka na plynné oxidy, ktoré z taveniny vytekajú.
•Kvapalný kyslík aj napriek svojej rizikovosti stále často slúži ako palivo raketových motorov pri štartoch kozmických lodí.

Anorganické zlúčeniny

Vzhľadom na vysokú elektronegativitu, má kyslík v zlúčeninách v oxidačnom stupni -II, zriedkavejšie ako (O2)2-, (O2)-, (O3)-. Kladný oxidačný stupeň má kyslík v zlúčeninách s fluórom, ktorý jediný má vyššiu elektronegativitu napr. OF2 alebo O2F2, ako aj v podobe katiónu (O2)+, napr. v zlúčenine O2[PtF6].

V oxidačnom stupni -II sa vyskytuje vo veľkom množstve zlúčenín. Predovšetkým sú to oxidy, vlastnosti jednotlivých zlúčenín sú podrobnejšie opísané v kapitolách článkov o jednotlivých prvkoch.

Kyslík sa nachádza vo väčšine anorganických kyselín (nazývaných aj kyslíkaté kyseliny) a ich soliach. Z tých najdôležitejších možno spomenúť uhličitany (CO3)2-, kremičitany (SiO3)2-, sírany (SO4)2-, dusičnany (NO3)- a fosforečnany (PO4)3-.

Alkalické zlúčeniny hydroxidy sa vyznačujú prítomnosťou skupiny -OH. Medzi najznámejšie patria hydroxid sodný NaOH, draselný KOH a vápenatý, hasené vápno Ca(OH)2.

S formálnym nábojom -I sa kyslík nachádza v zlúčeninách s aniónom O2-2. Nazývajú sa peroxidy, najznámejší z nich je bezpochyby peroxid vodíka H2O2. Táto kvapalná zlúčenina má silné oxidačné účinky a v praxi sa používa, vo forme svojich vodných roztokov, v medicíne na dezinfekciu a v chémii ako oxidačné činidlo. Peroxid sodný Na2O2 je pevná, hygroskopická látka, ktorá sa používa ako veľmi energetické oxidačné činidlo. Z ďalších zlúčenín z nábojom -I sú to hyperoxidy: (O2)- a ozonidy: (O3)-.

Iba fluór má väčšiu elektronegativitu ako kyslík a vytvára s ním niekoľko fluoridov, v ktorých sa kyslík nachádza s oxidačným stupňom +1. Všetky fluoridy kyslíka sú veľmi nestále, ale aj napriek tomu existuje reálna možnosť ich využitia ako raketového paliva.

Organické zlúčeniny

Kyslík sa tiež vyskytuje vo veľkom množstve organických látok. Mnoho týchto zlúčenín je súčasťou všetkých živých organizmov, a preto je kyslík jedným zo základných biogénnych prvkov. Základné skupiny organických zlúčenín s obsahom kyslíka sú:

•alkoholy, obsahujúce skupinu C-OH
•fenoly, ktoré majú skupinu -OH pripojenú k aromatickému jadru
•étery, obsahujúce skupinu C-O-C
•peroxidy, obsahujúce skupinu C-O-O-C
•aldehydy, obsahujúce skupinu HC=O
•ketóny, obsahujúce skupinu C-CO-C
•karboxylové kyseliny, obsahujúce skupinu -COOH
•estery, obsahujúce skupinu R-C-OOR
•z heterocyklických zlúčenín spomenieme napr. furán