Kyslík, fosfor, síra

Kyslík

Kyslík nemožno vidieť, zavoňať ani ochutnať, no keby ho zrazu nebolo, nikto z nás by nežil dlhšie ako niekoľko minút. Je preto naším šťastím, že kyslík je najbežnejšou látkou na Zemi. Svojou podstatou je to plyn. V zmesi s inými plynmi sa asi jednou pätinou podieľa na zložení vzduchu, ktorý dýchame. Väčšina kyslíka sa však nevznáša okolo nás vo forme voľného plynu., ale viaže sa s inými látkami- v pevnom alebo kvapalnom skupenstve. Je to preto, že kyslík je chemicky reaktívny: ľahko sa spája s inými látkami a v tomto procese sa často uvoľňuje energia. Typickým príkladom aktivity kyslíka je horenie. Keď horí drevo , kyslík sa s ním zlučuje a uvoľňuje sa teplo. Kyslík nájdeme aj vo vode, kde je viazaný na atómy iného plynu, vodíka. Z vody ho možno uvolniť tak, že ňou necháme prechádzať elektrický prúd. Jeho účinkom sa molekuly vody rozpadnú na jednotlivé zložky ( kyslík a vodík ).

Horenie
Bez kyslíka nemôže nič horieť. V mimozemskom priestore niet vzduchu či kyslíka, takže oheň sa tam nedá zapáliť. Raketové motory kozmickej lode potrebujú kyslík na to , aby spaľovaním pohonných hmôt poháňali raketu. Kozmická loď si preto so sebou nesie zásoby čistého kyslíka, ktorý sa v raketovom motore mieša s palivom. Keď niečo horí v čistom kyslíku, vzniká veľmi horúci plameň. Vo zváracích prístrojoch sa spaľuje zmes určitého plynu ( acetylén, vodík) a čistého kyslíka, pričom vzniká taký horúci plameň, že dokáže roztaviť kov. Dýchanie
Naše telo potrebuje kyslík na dopĺňanie energie, ktorú spotrebúvame napríklad vtedy, keď svaly pracujú. Kyslík prijímaný zo vzduchu dýchaním sa odoberá v pľúcach, odkiaľ ho krv privádza do svalov. Kolobeh kyslíka
Pri dýchaní živočíchov alebo horením sa z atmosféry odberá kyslík a uvoľňuje sa oxid uhličitý. Zelené rastliny to robia presne naopak. cez deň si v procese fotosyntézy vyrábajú energiu, potrebnú na rast: prijímajú slnečnú energiu, vodu s rozpustenými anorganickými látkami a oxid uhličitý a premieňajú ich na energiu nutnú na vytváranie nových buniek, pričom uvoľňujú kyslík. Takže kyslík sa do vzduchu dodáva a zároveň sa z neho odoberá. tento cyklus sa nazýva kolobeh kyslíka. Kyslík vo vode
Voda obsahuje kyslík, ktorý ryby dýchajú zvláštnym dýchacím ústrojom- žiabrami. Žraloky na rozdiel od iných rýb môžu dýchať len vtedy, keď sa hýbu.

Aby sa neudusili musia neustále plávať, dokonca aj v spánku.


Fosfor

Umiestnenie v PSP: 3.perióda
V.A skupina

Stavba atómu: 15e 15p 16n

Elek.konfigurácia: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3

História: Fosfor v roku 1669 objavil alchymista H.Brandt v Hamburgu zahrievaním moču s pieskom. Fosfor ohromil svojím svetielkovaním celý svet. Pretože svetlo je grécky „fós“ a nesiem „fero“ nazvali tento prvok Phosphorus, t.j. svetlonos. Dlho bol celosvetovou atrakciou. Drážďanský chemik J.D. Kraft jazdil s tajomne svetielkujúcim fosforom po kniežacích dvoroch a ukazoval ho za peniaze.

Výskyt: Fosfor sa v prírode vyskytuje len viazaný v zlúčeninách, najmä vo forme vápenatých fosforečnanov. Fosforit je minerál, ktorý obsahuje , vyskytuje sa aj v neraste apetíte. Fosforečnany sú rozptýlené aj v niektorých horninách a v železných rudách. Sú aj minerálnou zložkou kostí. Predpokladá sa aj v železnom jadre Zeme, lebo mateorické železo obsahuje 0,22% fosforu, kým zemská kôra iba 0,12%. Najdôležitejšie fosfátové ložiská sú v Rusku, na polostrove Kola, v Maroku, Tunise, Egypte aj v USA na Floride. Na fosfor sú bohaté aj železné rudy v Lotrinsku a Kirune vo Švédsku. Česká ruda v Chvaleticiach obsahuje až 4% oxidu fosforečného. Okrem toho sa fosfor nachádza aj v rastlinách a živočíšnych bielkovinách, v krvi, žĺtku, mlieku a v kostiach. Nervová a mozgová hmota obsahuje fosfor vo forme cholínu, čo je glycerínester kyseliny fosforečnej. V ľudskom tele je asi 500g fosforu. Niektoré fosforečné ložiská vznikli v prírode s organických látok, napr. z pancierov rakov, lastúr, kostí a výkalov vtákov, ako napr. známe fosforečné hnojivo guáno. Aj africké ložiská majú pôvod v skamenelých exkrementoch predvekých zvierat – koprolitoch.

Fosfor v ľudskom tele: Fosfor je dôležitý biogénny prvok (ľudské telo obsahuje asi 1 % viazaného fosforu). Inak biely fosfor a niektoré zlúčeniny fosforu sú prudké jedy.
Otrava fosforom začína nevoľnosťou a zvracaním. Chronická otrava zapríčiňuje poruchu stavby kostí, kazenie zubov a zápal slizníc. Môže spôsobiť odumieranie (nekrózu) kostí až napokon smrť.

Chemická príprava: Fosfor sa zahrieva s kyselinou dusičnou:


Zlúčeniny fosforu: Oxid fosforečný ( ) je biela látka podobná snehu, veľmi hygroskopická, najlepšie vysušovadlo vôbec. S vodou dáva za sykotu kyselinu hydrogenfosforečnú , ktorá sa v roztoku mení na kyselinu trihydrogenfosforečnú .
Kyselina trihydrogenfosforečná ( ) je najstálejšia kyselina fosforu. Je to kryštalická bezfarebná látka, stredne silná kyselina. Je trojsýtna; tvorí trojaké soli podľa počtu vodíkov nahradených kovom, napr. (dihydrogenfosforečnan sodný), (dihydrogenfosforečnan disodný) a (fosforečnan disodný). Kyselina trihydrogenfosforečná nie je jedovatá a zúčastňuje sa na stavbe kostí.

Používa sa v zubnom lekárstve (zmes s oxidom cínatý na zubný cement), v potravinárstve (v Amerike a v Anglicku sa ňou nahrádza drahšia kyselina citrónová pri príprave osviežujúcich nápojov), Ďalej na výrobu liekov a pri farbení tkanín. Často sa používa ako odhrdzovač. Význam fosforečnanov: fosforečnany sú životne dôležité pre všetky organizmy, napr.; kosti a zuby – obsahujú veľa fosforečnanu vápenatého. Používajú sa tiež ako zmäkčovadla vody a aj v súčasnosti sa vo veľkom množstve pridávajú do mnohých pracích práškov. Fosforečnany sú však aj dôležité minerálne hnojivo. Podporujú tvorbu kvetu, vývin plodov a semien rastlín. Fosforečnany prítomné v pôde sa väčšinou ťažko rozpúšťajú. Rastliny ich nemôžu použiť.
Fosforečnan vápenatý je najbezpečnejšia soľ kyseliny trihydrogenfosforečnej. Vo vode je nerozpustný, a preto sa na použitie v poľnohospodárstve ako priemyselné hnojivo upravuje reakciou s koncentrovanou kyselinou sírovou na rozpustný dihydrogenfosforečnan vápenatý, ktorý je podstatnou súčasťou superfosfátu:


Nevýhody fosforečnanov: Fosforečnany z pracích práškov a hnojív sa dostávajú spolu s inými zlúčeninami do vody. Zapríčiňujú tak prudký rast rastlín, najmä rias. Nadmerný rast niektorých druhov rastlín porušuje prirodzenú biologickú rovnováhu vo vode. Rastliny si vzájomne zaberajú životný priestor, hynú a klesajú na dno. Počas rozkladu odumretých rastlín sa spotrebuje kyslík rozpustený vo vode. Bez kyslíka začne hnilobný proces. Vznikajú jedovaté látky, napr.: sulfán a amoniak. Ryby a ostatné vodné živočíchy hynú. Hovoríme, že voda „je mŕtva“. Tento proces na nazýva eutrofizácia vody.

Vlastnosti: Fosfor je známy v niekoľkých modifikáciách, z nich najdôležitejšie sú dve: biely tetrasfor a červený polyfosfor.
Biely fosfor, vedecký názov tetrafosfor, je voskovitý, mäkký a vo vode nerozpustný. Rozpúšťa sa v sírouhlíku, v benzíne a v iných organických rozpúšťadlách. Na vzduchu sa okysličuje a pritom svetielkuje (tzv.fosforescencia). Už pri miernom zahriatí sa vznecuje, preto sa uchováva aj reže pod vodou. Je prudko jedovatý (smrtiaca dávka je 0,15 g). Chytáme ho vždy kliešťami, lebo sa rozpúšťa aj v tukoch a horiaci spôsobuje pokožke ťažko hojitelné rany. Biely fosfor tvorí molekuly. Je nestály; mení sa na červený fosfor, pričom sa jeho atómy navzájom spájajú, reťazia, vznikajú makromolekuly. Táto premena pomaly prebieha, aj keď je fosfor pod vodou; malé množstvá červeného fosforu sfarbujú biely fosfor do žlta.
Červený fosfor, vedecký názov polyfosfor, je málo reaktívny, veľmi stály, nesvetielkuje a nie je jedovatý. Nerozpúšťa sa v nijakom rozpúšťadle.

Zahrievaním sa mení na pary, ktoré obsahujú molekuly ;ich ochladením vzniká biely tetrafosfor.
Pre veľkú zápalnosť používali biely fosfor na výrobu prvých zápaliek už od r.1786. Do fľaštičky s roztokom bieleho fosforu v sírouhlíku sa namočilo drievko, ktoré sa na vzduchu po chvíľke zapálilo. Od roku 1790 sa používali tzv. turínske sviečky, ktoré boli preparované na konci bielym fosforom a zatvorené v sklenenej rúrke. Po rozbití rúrky sa samé zapaľovali.

Použitie: V súčasnosti sa vyrábajú tzv. švédske zápalky. Škrtacie plochy zápalkových škatuliek sa natierajú zmesou červeného fosforu, sulfídu antimonitého , skleného prášku a gleja. Hlavičky zápaliek sa zhotovujú takto: drievka sa namáčajú jedným koncom do parafínu, potom do vlhkej zmesi sulfídu fosforu, chlorečnanu draselného alebo iného okysličovadla, sulfídu antimonitého a gleja. Pri škrtnutí zápalky sa uvoľní teplo, ktoré stačí, aby sa červená fosfor premenil na biely.
Časť výrobného fosforu sa spaľuje na oxid fosforečný , ktorý sa ďalej spracúva na priemyselné hnojivo. Časť fosforu sa spotrebuje na výrobu kyseliny trihydrogenfosforečnej

Vyrába sa tavením zmesi fosforečnanu vápenatého, kremeňa a koksu v elektrickej peci. Pary bieleho fosforu sa odvádzajú a zachytávajú pod vodou.


Síra

Síra a uhlík boli jediné dva nekovové prvky, ktoré poznali už starí Gréci a Rimania. V zemskej kôre sa síra vyskytuje voľná aj viazaná v množstve dvakrát väčšom ako uhlík.
V živých organizmoch sa síra vyskytuje vo forme anorganických a organických zlúčenín. Je súčasťou každej bunky tela, pretože sa nachádza v aminokyselinách ( metionín, cystein, cystín ). V tele dospelého človeka je 175 g síry. Pri rozklade organických látok sa uvoľňuje ako plynný sulfán H2S, napr. skazené vajcia.
Pri štúdiu metabolizmu sa zistila rôznorodosť jej zlúčenín, ktoré sa v ľudskom organizme nachádzajú, čo poukazuje na jej význam pre človeka. Tvorí súčasť niektorých vitamínov ( biotín, kyselina lipová, tiamín ), koenzýmu A, heparínu, glutatiónu, lipidov v mozgu a iných tkanivách. Síra je konjugovaná v žlčových kyselinách a na nehémové železo. Ba aj reťazce inzulínu sú navzájom viazané dvoma disulfidovými väzbami. Zlúčeniny síry majú svoju významnú úlohu pri metabolizme tukov. Metabolické štúdie s obéznymi ženami, ktorým bola podávaná potrava s rôznym množstvom bielkovín a energie, poukazujú na to, že metabolizmus síry je úzko spojený s metabolizmom dusíka.
V ľudkom organizme je malé množstvo síry prítomné aj vo forme anorganických sulfidov a sulfátov a to sodných alebo draselných, v krvi a tkanivách. Najmä v moči je prítomná vo forme sulfátov.

Získané poznatky o jej metabolizme v ľudskom organizme vedú niektorých fyziológov k predpokladu, že organizmus využíva len síru s oxidačným číslom mínus dva ( HS- ).
Pokiaľ potrava obsahuje dostatok živočíšnych a rastlinných bielkovín, nevyskytuje sa nedostatok síry v organizme. Nadbytočné množstvá organizmus vylúči. Bohatým zdrojom síry sú syry ( 263 mg na 100 g ), strukoviny ( viac ako 200 mg na 100 g ), vajcia ( 195 mg na 100 g ). Zlúčeniny síry nachádzajúce sa v cesnaku siatom, napr. aliín, alicín, alycysteín a iné sa dostávajú do krvi niekoľko minút po použití. Medzi takéto látky patrí aj ajoén, ktorý pôsobí proti malárii a znižuje zrážanlivosť krvi. Ajoén sa viaže na krvné doštičky v miestach naviazania fibrinogénu, čím blokuje jeho spojenie s nimi.
Z uvedeného vyplýva, že síra je pre ľudí esenciálny prvok. Ale niektoré zlúčeniny síry, predovšetkým sufán H2S a oxid siričitý SO2 majú na ľudský organizmus toxické účinky. Do organizmu sa dostávajú inhalovaním kontaminovaného vzduchu. Najvýznamnejším dodávateľom zlúčenín síry do vzduchu sú spaľovne uhlia. Sulfán H2S je prudký nervový jed. Dráždi oči a dýchacie cesty. Je prítomný aj v niektorých minerálnych vodách ( Piešťany, Salvator ). Pri koncentrácii 0,15 mg.dm-3 vyvoláva vážne ochorenie očí a pri koncentrácii nad 1 mg.dm-3 môže nastať kóma a kŕče, prípadne smrť.
Aj ďalšia zlúčenina síry v plynnom skupenstve, oxid siričitý SO2, dráždi oči, dýchacie cesty a vstrebáva sa do krvi. Podráždenie hrtanu nastáva už pri koncentrácii 0,02-0,03 mg.dm-3. Pri koncentrácii 0,05 mg.dm-3 sa prejaví aj podráždenie očí a kašeľ. Pri vdychovaní vyšších koncentrácii okrem chrapotu cítiť bolesť a tlak na prsiach, vzniká zápal priedušiek a môže nastať aj strata vedomia. V ovzduší až také vysoké koncentrácie nie sú. Ale oxid siričitý sa používa aj na dezinfekciu, napr. vinárenských sudov, pivníc, obilia, chmeľu, pretože ničí mikroorganizmy. Pri neopatrnosti v týchto prípadoch vznikajú otravy oxidom siričitým, ktorý spolu s vodou ( vlhkou sliznicou ) vytvára kyselinu siričitú.
Síra patrí medzi tie prvky, ktorých niektoré zlúčeniny sú pre ľudský organizmus nenahraditeľné a iné znižujú funkčnosť častí organizmu, prípadne spôsobujú aj smrť.
Oxid siričitý SO2 a oxidy dusíka NOx sa v atmosfére a na povrchu vegetácie oxidujú za vzniku kyseliny sírovej H2SO4 a kyseliny dusičnej HNO3, ktoré znižuje pH zrážkovej vody. Kyslé dažde následne zvyšujú okyslenie povrchových aj podpovrchových vôd, najmä ak je pôda, cez ktorú vody pretekajú, chudobná na alkalické katióny ( Ca2+, Mg2+, Na+, K+ ). Najmenej odolné sú horské pôdy ( časté zrážky a hmly ). Pôdy listnatých lesov sú odolnejšie na prekyslenie ako pôdy ihličnatých lesov, pretože opadané lístie zvyšuje obsah vápnika v povrchovej vrstve pôdy.

Táto vrstva vytvára ochranný štít kyslým emisiám.