Кислород

Кислород (Oxygenium, О) — химический элемент VI группы периодической системы Д.И. Менделеева; является важнейшим биоэлементом, входящим в состав большинства биомолекул. В литосфере содержится 47% кислорода (по массе), он является самым распространенным химическим элементом на Земле. В свободном состоянии К. присутствует в атмосферном воздухе (23,1% по массе, 20,95% по объему), в растворенном состоянии и в виде соединений содержится в гидросфере Земли (88,8% по массе). Основная масса К. в природе находится в виде химических соединений: он входит в состав 1364 минералов, важнейших органических веществ, содержится в живых организмах (в организме человека относительное содержание К. составляет 20% сухой массы). Атомный номер кислорода 8, атомная масса 15,9994.

Природный К. состоит из 3 стабильных изотопов 16О, 17О и 18О. Известны 5 радиоактивных изотопов К. с периодами полураспада: 13О — 0,008 с, 14О — 76,5 с, 15О — 123 с, 19О — 29,1 с, 20О — 14 с. Радионуклид 15О, распадающийся с испусканием главным образом позитронов, используется в медицинских исследованиях для изучения дыхательной функции легких, скорости кровотока, поглощения и метаболизма кислорода. Кислород проявляет валентность — 2. В обычных условиях его молекула состоит из двух атомов (О2). При электрическом разряде образуется аллотропическая модификация К. — озон (О3). Известны так называемые активные формы кислорода: супероксидный анион-радикал (продукт одноэлектронного восстановления О2), синглетный кислород (англ. single одиночный) и др. Молекулярный кислород О2 — бесцветный газ без запаха и вкуса; в сжиженном виде имеет бледно-голубой, а в твердом виде — синий цвет. При 0°, давлении 760 мм рт. ст. масса 1 л кислорода составляет 1,42895 г, мольный объем 22,3947 л, относительная плотность по воздуху 1,1053. Относительная плотность жидкого К. при t° кип. — 183° равна 1,118, плотность твердого К. при —252,7° составляет 1,46, температура затвердевания кислорода — 218,8°, критическая температура —118,8°, критическое давление 49,7 атм, растворимость в 100 объемах воды при 0, 20 и 100° соответственно 4,91; 3,11 и 1,70 объема. К. реагирует со всеми химическими элементами (за исключением инертных газов гелия, неона и аргона) с образованием нормальных оксидов (окисей) и пероксидов (перекисей).

К важнейшим химическим процессам в природе, происходящим при участии К., относятся быстрое окисление веществ (горение) и медленное окисление (коррозия металлов, окисление минералов при их выветривании, окисление масел с образованием смол, свободнорадикальное, или перекисное, окисление органических молекул, в т.ч. липидов, гниение органических остатков и дыхание живых организмов). Конечными продуктами окисления органических веществ, в т.ч. тканевого дыхания (см. Дыхание тканевое), являются углекислый газ и вода. Круговорот К. в природе, обеспечивающий сохранение постоянного содержания К. в воздухе, состоит из убыли свободного К., используемого на процессы окисления, и восполнения К. зелеными растениями, поглощающими из воздуха углекислый газ и выделяющими свободный К., образующийся в результате фотосинтеза. Кислород участвует в биологическом окислении органических соединений, в результате которого высвобождается энергия, необходимая для жизнедеятельности организма. Образуя с гемоглобином и другими дыхательными пигментами непрочные соединения. К. атмосферного воздуха транспортируется в ткани организма и используется для процесса тканевого дыхания, при котором происходит восстановление К. с образованием углекислого газа и воды.

В медицинской практике К. применяют для кислородной терапии; обогащенные К. газовые смеси назначают для вдыхания при гипоксии, обусловленной заболеваниями дыхательной, сердечно-сосудистой системы, некоторыми отравлениями и др. В анестезиологии К. используют в дыхательных смесях со средствами для наркоза. Терапия К. под повышенным давлением получила название гипербарической оксигенации. К. применяют также при лечении гельминтозов и анаэробных инфекций. К. необходим для обеспечения жизнедеятельности человека в авиации, космонавтике, при подводных работах, в условиях высокогорья и т.д. Промышленностью К. выпускается в стальных цельнометаллических баллонах, окрашенных в синий цвет. Их хранят в прохладном месте. Арматура, прокладки, трубопроводы, контактирующие со сжатым К., не должны иметь следов жиров и масел, т.к. быстрое окисление жиров и масел, протекающее экзотермически, может привести к возгоранию и взрыву. В аптеках медицинский К. отпускается в специальных кислородных подушках. Длительное дыхание чистым К., особенно если его парциальное давление превышает 1 атм, вредно, так как К. активирует процессы неферментативного перекисного окисления биомолекул, что ведет к необратимому нарушению обмена веществ и энергии. Содержание К. в газовых смесях определяют методом избирательного поглощения К. щелочным раствором пиррогаллола, в органических соединениях — по разности между массой вещества и суммой масс других элементов, входящих в состав анализируемого вещества; в тканях напряжение кислорода измеряют полярографически. Степень насыщения К. крови человека устанавливают с помощью метода оксигемометрии.

Библиогр.: Березовский В.А. Напряжение кислорода в тканях животных и человека, Киев, 1975; Жиронкин А.Г. Кислород. Физиологическое и токсическое действие, М., 1972.