Kyslík

Kyslík
[He] 2s22p4 16 O 8
↓ Periodická tabulka ↓
Obecné
Název,značka,číslo	Kyslík, O, 8
Cizojazyčné názvy	lat.oxygenium
Skupina,perioda,blok	16. skupina,2. perioda,blok p
Chemická skupina	Nekovy
Koncentracevzemské kůře	480000 ppm
Koncentracevmořské vodě	857 000 mg/l
Vzhled	Bezbarvý plyn
Identifikace
Registrační číslo CAS	7782-44-7
Atomové vlastnosti
Relativní atomová hmotnost	15,9994
Atomový poloměr	60 pm
Kovalentní poloměr	66 pm
Van der Waalsův poloměr	152 pm
Elektronová konfigurace	[He] 2s22p4
Oxidační čísla	−II,−I, +II
Elektronegativita(Paulingova stupnice)	3,44
Ionizační energie
První	1313,9 KJ/mol
Druhá	3388,3 KJ/mol
Třetí	5300,5 KJ/mol
Látkové vlastnosti
Krystalografická soustava	Krychlová
Molární objem	17,36×10−6m3/mol
Mechanické vlastnosti
Hustota	1,429 kg/m3
Skupenství	Plynné
Tlak syté páry	1000 Pa při 61K
Rychlost zvuku	330 m/s
Termické vlastnosti
Tepelná vodivost	0,02658 W⋅m−1⋅K−1
Termodynamické vlastnosti
Teplota tání	−218,79°C(54,36K)
Teplota varu	−182,95°C(90,2K)
Skupenské teplo tání	0,444 kJ/mol
Skupenské teplo varu	6,82 kJ/mol
Měrná tepelná kapacita	29,378 Jmol−1K−1
Elektromagnetické vlastnosti
Standardní elektrodový potenciál	1,23 V
Magnetickéchování	Paramagnetický
Bezpečnost
GHS03 GHS04 Nebezpečí
R-věty	R8
S-věty	S2,S17
Izotopy
I V (%) S T1/2 Z E (MeV) P 16O 99,76% jestabilnís 8neutrony 17O 0,039% jestabilnís 9neutrony 18O 0,201% jestabilnís 10neutrony
Není-li uvedeno jinak, jsou použity jednotkySIaSTP(25 °C, 100 kPa).
Dusík≺ O ≻Fluor ⋎ S

Kyslík(chemická značkaO,latinskyoxygenium) jeplynnýchemickýprvek,tvořící druhou hlavní složkuzemské atmosféry.Jebiogenním prvkema jeho přítomnost je nezbytná pro existenci většinyživých organismůna tétoplanetě.Autorem jehočeskéhonázvu jeJan Svatopluk Presl.Při dýchánívzduchuo obsahu kyslíku větším než 75 % (za normálníhoatmosférického tlaku) však dochází k většinou nenávratnému poškození plic.

Alotropie kyslíku

Podrobnější informace naleznete v článkuAlotropické modifikace kyslíku.

Kyslík vytváří řadualotropickýchmodifikací:

• volné kyslíkovéradikály
• dikyslík – nejobvyklejšíplynnáforma kyslíku, O₂
• trikyslík (neboliozon)
• pevný kyslík

Z historie výzkumu kyslíku

Jeden z prvních známých experimentů zkoumajících vztah mezispalovánímavzduchempopsal ve 3. století před naším letopočtem řecký učenecFilón Byzantský.Pozoroval, že po převrácení nádoby přes hořící svíčku a obklopení hrdla nádoby vodou začne voda stoupat. Nesprávně předpokládal, že část vzduchu v nádobě mohla uniknout póry ve skle. Až o mnoho století později, v15. století,zkoumal vlastnosti vzduchuLeonardo da Vincia zjistil, že část vzduchu se spotřebuje při spalování a dýchání.

Polský alchymista a lékařMichal Sendivojna začátku 17. století popsal látku obsaženou ve vzduchu a označil ji jako „cibus vitae“(potrava života). Toto jeho zjištění ale ještě za objev kyslíku považováno není.

Na konci 17. stoletíRobert Boylezjistil, že vzduch je pro spalování nezbytný. Anglický chemikJohn Mayowukázal, že oheň potřebuje k hoření pouze část vzduchu, kterou nazvalspiritus nitroaereus.Experimentem zjistil, že umístění myši nebo zapálené svíčky do uzavřené nádoby nad vodou způsobí, že voda stoupne a část objemu vzduchu nahradí. Z toho odvodil, že nitroaereus je spotřebováván jak při dýchání, tak při spalování. Mayow také soudil, že plíce oddělují nitroaereus od vzduchu a předávají jej do krve, a že teplo a pohyb svalů zvířat vyplývají z reakce nitroaerea s určitými látkami v těle.

Robert Hooke,Ole BorchneboMichail Lomonosovve svých experimentech v 17. a 18. století kyslík vyráběli, ale nikdo z nich jej neurčil jako chemický prvek.

O vysvětlení jevů vznikajících při spalování a korozi se pokoušela v 18. století tzv.flogistonová teorie.Podle této teorie, formulované v roce 1667 německým lékařem a alchymistouJohannem Joachimem Becherema o něco později později zpopularizovanéGeorgem Stahlem,byly všechny hořlavé materiály tvořeny ze dvou částí. Jedna část, nazývanáflogiston,se podle této teorie při spalování uvolnila; zbývající „deflogistikovaná “část nebolicalxbyla považována za podstatu spáleného materiálu. Předpokládalo se, že vysoce hořlavé materiály, které zanechávají malé zbytky, jako je dřevo nebo uhlí, jsou převážně z flogistonu; nehořlavé látky, které korodují, například železo, obsahovaly flogistonu velmi málo. Vzduch nehrál v teorii flogistonu žádnou roli, ani nebyly prováděny žádné kvantitativní experimenty; stačilo pozorování, že po spálení se materiál stane lehčím a tedy se spálením něco ztratí.

Za objevitele kyslíku je někdy považován švédský lékárníkCarl Wilhelm Scheele,který v letech 1771–1772 vyráběl plynný kyslík zahříváním oxidu rtuťnatého a různých dusičnanů. Pojmenoval tento plyn „ohnivý vzduch “, svůj objev však publikoval až v roce1777.Mezitím nezávisle na Scheeleovi v roce 1774 provedl britský duchovníJoseph Priestleyexperiment, při kterém zaměřilsluneční světlona oxid rtuťnatý obsažený ve skleněné trubici. Uvolňovaný plyn pojmenoval „dephlogisticated air “, tedy deflogistikovaný vzduch. Zjistil, že svíčky v plynu hořely jasněji a že myš byla aktivnější a při dýchání tohoto plynu žila déle. Zkusil plyn dýchat také sám a nezaznamenal výraznou odlišnost od běžného vzduchu, ale pociťoval při tom zvláštní lehkost. Své poznatky publikoval v roce 1775 a proto za objevitele kyslíku je obvykle považován on.

Autorem prvních kvantitativních experimentů s oxidací a prvního správného vysvětlení, jak funguje spalování, bylAntoine Lavoisier.Jeho experimenty vyvrátily flogistonovou teorii a prokázaly, že látka objevená Priestleyem a Scheeleem je chemický prvek. Dokázal také, že vzduch je směsí dvou plynů; pro „dýchatelnou “část vzduchu, která je nezbytná pro spalování a dýchání, navrhl názevoxygen(„kyselinu tvořící “), protože se – mylně, jak později prokázal např.Humphry Davy– domníval, že kyslík je nezbytnou složkou všech kyselin. Pro druhou složku vzduchu navrhl názevazote(z řeckého „bez života “) – nynější český název jedusík.

Původníatomová teorieJohna Daltonaz roku 1801 předpokládala, že se každýchemický prvekskládá ze stejných a dále nedělitelných atomů a že prvky ve sloučeninách by za normálních okolností měly mít vůči sobě jednoduché hmotnostní poměry. Podle Daltona měl například být vzorec vody HO, takže byatomová hmotnostkyslíku byla 8krát větší než u vodíku (později zjištěná hodnota je asi 16krát). V roce 1805Joseph Louis Gay-LussacaAlexander von Humboldtukázali, že voda se skládá ze dvou objemů vodíku a jednoho objemu kyslíku; a roku 1811Amedeo Avogadrodospěl ke správné interpretaci složení vody na základě pravidla, kterému se nyní říkáAvogadrův zákon.

Koncem 19. století si vědci uvědomili, že vzduch lze zkapalnit a jeho součásti izolovat jeho stlačením a ochlazením. Objev kapalného kyslíku oznámil švýcarský chemik a fyzikRaoul-Pierre Pictetv roce 1877; zkapalněný kyslík ve stabilním stavu ale vyrobili až v roce 1883 polští vědciZygmunt WróblewskiaKarol Olszewskia v roce 1891 skotský chemikJames Dewardokázal vyrobit dostatečné množství tekutého kyslíku pro další studium. Komerční způsob výroby tekutého kyslíku pak nezávisle vyvinuli v roce 1895 německý inženýrCarl von Lindea britský inženýrWilliam Hampson(oba snižovali teplotu vzduchu, dokud nezkapalnil, a poté postupně vyvařovali a zachytávali odděleně jednotlivé plyny).

V roce 1901 bylo poprvé prokázáno svařování pomocí spalování směsiacetylenua stlačeného kyslíku; tento způsob svařování a řezání kovu se stal běžným.

V roce 1923 americký vědecRobert Goddardvyvinul raketový motor spalující kapalné palivo; použilbenzínjako palivo a kapalný kyslík jako okysličovadlo a v roce 1926 jeho malá raketa (hmotnost 2,72 kg) doletěla do vzdálenosti 56 metrů při maximální rychlosti 97 km/h.

Základní fyzikálně-chemické vlastnosti

Kyslík je velmi reaktivní permanentní plyn, nezbytný pro existenci života na naší planetě. Slučování kyslíku s ostatními prvky se nazýváhoření,pokud je látka zahřátá nazápalnou teplotu.Jde prakticky vždy oexotermní reakci,která vede k uvolnění značného množstvítepelné energie.Produkty hoření se nazývajíoxidy(dříve kysličníky).

Výskyt v přírodě

NaZemije kyslík velmi rozšířeným prvkem. V minulosti planety byl jeho obsah většinou nižší, v několika obdobích prvohor a druhohor ale i vyšší než dnes.

• Vatmosféřetvoří plynný kyslík 21 objemových procent.
• Voda oceánů, které pokrývají 2/3 zemského povrchu, je hmotnostně z 90 % složena z kyslíku.
• Vzemské kůřeje kyslík majoritním prvkem, je přítomen téměř ve všechhorninách.Jeho obsah je odhadován na 46 až 50 hmotnostních procent. V hlubších vrstvách zemského tělesa zastoupení kyslíku klesá a předpokládá se, že vzemském jádřeje přítomen pouze ve stopách.

Vevesmíruje zastoupení kyslíku podstatně nižší. Na 1 000 atomů vodíku zde připadá pouze jeden atom kyslíku.

Anorganické sloučeniny

Ve svých sloučeninách se kyslík vyskytuje převážně v mocenství O^−II,výjimečně pak jako O^−Ia O^+Ia také O−
2vsuperoxidech(KO₂superoxid draselný) a O−
3vozonidech.

Záporně dvojmocný kyslík je přítomen ve velmi široké škále sloučenin. Především jsou tooxidy,vlastnosti jednotlivých sloučenin jsou detailněji popsány v kapitolách příslušných jednotlivým prvkům.

Kyslík je přítomen ve většině anorganickýchkyselina jejich solí. Z těch nejdůležitějších je možno jmenovatuhličitany(CO₃)^−II,křemičitany(SiO₃)^−II,sírany(SO₄)^−II,dusičnany(NO₃)⁻afosforečnany(PO₄)^−III.

Alkalické sloučenyhydroxidyse vyznačují přítomnosti skupiny -OH. Mezi nejznámější patříhydroxid sodnýNaOH, draselný KOH a vápenatý, hašené vápno Ca(OH)₂.

Ve valenci O^−Ivystupuje kyslík vperoxidech,nejznámější z nich jeperoxid vodíkuH₂O₂.Tato kapalná sloučenina má silné oxidační účinky a v praxi se používá ve formě svých vodných roztoků v medicíně prodezinfekcia v chemii jakooxidační činidlo.Peroxid sodnýNa₂O₂je pevná,hygroskopickálátka, která nachází uplatnění jako velmi energetické oxidační činidlo.

Pouzefluorvykazuje většíelektronegativitunež kyslík a tvoří s ním několikfluoridů,v nichž se kyslík vyskytuje v mocenství O^+Ii O^+II.Všechny fluoridy kyslíku jsou značně nestálé, přesto však existuje reálná možnost jejich využití jakoraketového paliva.^[zdroj⁠?]

Organické sloučeniny

Kyslík se vyskytuje ve velkém množství organických látek. Řada těchto sloučenin je součástí všech živých organismů, protože kyslík patří mezi základní biogenní prvky. Základní skupinyorganických sloučenins obsahem kyslíku jsou:

• alkoholy,obsahující skupinu C-OH
• fenoly,které skupinu -OH mají připojenu k aromatickému jádru
• ethery,obsahující skupinu C-O-C
• peroxidy,obsahující skupinu C-O-O-C
• aldehydy,obsahující skupinu HC=O
• ketony,obsahující skupinu C-CO-C
• karboxylové kyseliny,obsahující skupinu -COOH
• estery,obsahující skupinu R-CO-OR
• zheterocyklických sloučeninje možno uvést např.furan:

Využití atmosférického kyslíku

Jedná se o neviditelnou složku vzduchu nutnou pro spalování prakticky každéhofosilního paliva(technologickáoxidacefosilních paliv)

• výrobaelektrické energie– spalovánífosilních palivv tepelnýchelektrárnách(často v kombinaci s výrobou technologického tepla)
• výrobatechnologického tepla– spalování fosilních paliv v teplárnách (často v kombinaci s výrobouelektrické energie)
• pohonmotorůaturbín– ve všech druzíchspalovacích motorůa turbín
• vytápěnídomácností vdomovníchkotelnách,kamnechči vkrbech
• příprava pokrmů(kupř.plynové sporáky)
• nouzovéosvětlování(kupř.svíčky,petrolejové lampy)

Nežádoucí chemicko-technologický či fyzikálně-chemický proces,korozekovůje způsobená nežádoucíoxidacíkovů a dalšími doprovodnými chemickými reakcemi.

Výroba a využití

Kyslík se prakticky výlučně vyrábídestilacízkapalněnéhovzduchu.Vyrobený kyslík se uchovává buď ve zkapalněném stavu ve speciálníchDewarových nádobách(viz obrázek)nebo plynný v ocelových tlakových lahvích. Vzhledem k vysoké reaktivitě čistého kyslíku je nezbytné, aby se nedostal do přímého kontaktu s organickými látkami. Proto se žádné součástiaparaturypro uchovávání a manipulaci s kapalným nebo stlačeným kyslíkem nesmí mazat organickými tuky nebo oleji.

• Kyslíkové koncentrátoryjsou přístroje, které nepotřebují žádnou zásobu kyslíku v podobě lahví, ale umožňují vyvíjení vyšší koncentrace neomezeně, nebo dle nastavení.
• V medicíně se čistý kyslík používá při operacích a traumatických stavech pro podporu pacientova dýchání a lepšímu okysličení organismu.Směsi kyslíkus inertními plyny sloužípotápěčůmk potlačenídekompresní nemoci.Je součástí i všech ostatních dýchacích plynů, které se používají pro potápění do velkých hloubek.
• Také vysokohorští horolezci a letci se v nutných případech uchylují k dýchání čistého kyslíku. I piloti stíhacích letadel jsou vybaveni směsmi stlačených plynů, jejichž základní složkou je kyslík. To proto, že zvýšením koncentrace kyslíku se zvýší jehoparciální tlaka ulehčí se tak dýchání v řídké atmosféře a předejdevysokohorské nemoci.
• Američtí astronautiprogramu Apollodýchali také atmosféru z téměř čistého kyslíku, což umožnilo snížit tlak v kabině zhruba na třetinu běžné hodnoty a tak odlehčit její hermetickou konstrukci. To se ale stalo osudným posádceApolla 1,která ve vysoce hořlavé atmosféře uhořela. Všechny skafandry pro výstup do kosmu používají kyslíkovou atmosféru kvůli co nejnižšímu přetlaku, protože přetlak omezuje pohyblivost skafandru.
• Při hoření směsi kyslíku sacetylenemlze dosáhnout teploty cca 3 150–3 200 °C. Proto se kyslíko-acetylenový plamen využívá k řezání oceli a tavení kovů s vysokým bodem tání, například platinových kovů.
• Při výroběocelije nutné především odstranit z matriceželezapřebytečnýuhlík,který je ve forměkarbidu železa.Tento přebytečný uhlík spolu s dalšími příměsmi se odstraňuje spálením obvykle v tzv.konvertoru,a to vháněním vzduchu vBessemerověaThomasověkonvertoru nebo vháněním čistého kyslíku do roztaveného železa vkyslíkovém konvertoru), kde za vysoké teploty taveniny dochází k oxidaci přítomného uhlíku na plynné oxidy, které odcházejí jako spaliny.
• Kapalný kyslík většinou slouží jako okysličovadloraketových motorůpři letech kosmických lodí.
• Kyslík se používá jako jedna ze složek pro náplň některých typůpalivových článků.

Odkazy

Reference

V tomto článku byl použitpřekladtextu z článkuOxygenna anglické Wikipedii.

Literatura

• Cotton F.A., Wilkinson J.: Anorganická chemie, souborné zpracování pro pokročilé, ACADEMIA, Praha 1973
• Holzbecher Z.: Analytická chemie, SNTL, Praha 1974
• Dr. Heinrich Remy,Anorganická chemie1. díl, 1. vydání 1961
• N. N. Greenwood – A. Earnshaw,Chemie prvků1. díl, 1. vydání 1993ISBN80-85427-38-9

Související články

• Koloběh kyslíku

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématukyslíknaWikimedia Commons
• GaleriekyslíknaWikimedia Commons
• Slovníkové heslokyslíkve Wikislovníku
• (anglicky)Oxidizing Agents > Oxygen
• (anglicky)Oxygen (O₂) Properties, Uses, Applications
• (anglicky)Oxygenon In Our Time at the BBC

Autoritní data	NKC:ph122069 PSH:5806 BNE:XX534245 BNF:cb11977353d(data) GND:4051803-6 LCCN:sh85096329 NDL:00570181 NLI:987007555738105171

Portály:Chemie