Номер 8, страница 67 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян, Остроумов

§ 13. Кислород. Глава 2. Важнейшие представители неорганических веществ. Количественные отношения в химии - номер 8, страница 67.

8. Подготовьте сообщение по одной из тем:

а) «Происхождение и изменение состава земной атмосферы»;

б) «Из истории открытия кислорода»;

в) «Значение кислорода».

а) «Происхождение и изменение состава земной атмосферы»

История атмосферы Земли делится на три основных этапа, каждый из которых характеризуется уникальным составом и условиями формирования.

Первичная атмосфера. Сформировалась около 4,5 миллиарда лет назад в процессе аккреции планеты. Она состояла из легких газов, захваченных из протопланетного облака, в основном водорода ($H_2$) и гелия ($He$). Из-за слабой гравитации молодой Земли и воздействия солнечного ветра эти газы быстро улетучились в космос.

Вторичная атмосфера. Образовалась в результате интенсивной вулканической деятельности, которая высвобождала газы из недр планеты (дегазация мантии). Эта атмосфера была плотной и состояла преимущественно из водяного пара ($H_2O$), углекислого газа ($CO_2$) и азота ($N_2$), а также содержала примеси аммиака ($NH_3$), метана ($CH_4$), сероводорода ($H_2S$) и диоксида серы ($SO_2$). Важнейшей особенностью вторичной атмосферы было практически полное отсутствие свободного кислорода ($O_2$), поэтому она была восстановительной, а не окислительной.

Третичная (современная) атмосфера. Ключевым событием, приведшим к формированию современной атмосферы, стало появление жизни. Около 3,5–2,7 миллиарда лет назад появились первые фотосинтезирующие организмы — цианобактерии. В процессе фотосинтеза они поглощали углекислый газ и выделяли кислород: $6CO_2 + 6H_2O \xrightarrow{свет} C_6H_{12}O_6 + 6O_2$. Этот процесс кардинально изменил состав атмосферы.

Накопление кислорода происходило медленно. Сначала он расходовался на окисление растворенных в океане соединений, в первую очередь железа, что привело к образованию масштабных отложений — полосчатых железистых кварцитов. Примерно 2,4 миллиарда лет назад, после насыщения океанических поглотителей, кислород начал накапливаться в атмосфере. Это событие известно как «Кислородная катастрофа», так как кислород был токсичен для доминировавших в то время анаэробных форм жизни. Однако это же событие создало условия для эволюции аэробных организмов, способных использовать кислород для более эффективного получения энергии.

Появление свободного кислорода привело к формированию озонового слоя ($O_3$) в стратосфере. Озон стал поглощать жесткое ультрафиолетовое излучение Солнца, что защитило поверхность Земли и позволило жизни выйти из океана на сушу. Со временем состав атмосферы стабилизировался, достигнув современных значений: около 78% азота, 21% кислорода, 0,93% аргона, 0,04% углекислого газа и незначительных количеств других газов. В настоящее время деятельность человека, в частности сжигание ископаемого топлива, ведет к росту концентрации $CO_2$, что влияет на климат планеты.

Ответ: Атмосфера Земли прошла три этапа эволюции: первичная (водородно-гелиевая), вторичная (вулканическая, бескислородная) и третичная (современная, азотно-кислородная). Ключевым фактором перехода от вторичной к третичной атмосфере стало появление фотосинтезирующих организмов, которые насытили атмосферу кислородом. Этот процесс, известный как «Кислородная катастрофа», привел к формированию озонового слоя и создал условия для развития аэробной жизни.

б) «Из истории открытия кислорода»

Открытие кислорода стало одним из ключевых событий в истории химии, которое привело к крушению господствовавшей теории флогистона и заложило основы современной науки. Хотя приоритет открытия оспаривается между несколькими учеными, каждый из них внес свой уникальный вклад.

До XVIII века считалось, что горение — это процесс высвобождения из вещества особого элемента, «флогистона». Воздух же считался лишь средой, которая может принять определенное количество этого флогистона.

Первым, кто выделил кислород в чистом виде, был шведский химик-аптекарь Карл Вильгельм Шееле. В 1772 году в ходе экспериментов по нагреванию различных веществ (оксида ртути, селитры, диоксида марганца) он получил газ, который активно поддерживал горение. Шееле назвал его «огненным воздухом» (Feuerluft). Однако из-за задержки с публикацией его труд «Химический трактат о воздухе и огне» увидел свет лишь в 1777 году, уже после того, как о подобном открытии сообщил другой ученый.

Независимо от Шееле, 1 августа 1774 года кислород получил английский естествоиспытатель и философ Джозеф Пристли. Он проводил опыты, фокусируя солнечные лучи с помощью большой линзы на оксиде ртути(II) ($HgO$), помещенном под стеклянный колпак. Выделившийся газ поразил Пристли своими свойствами: тлеющая лучинка в нем ярко вспыхивала, а мыши жили в нем значительно дольше, чем в таком же объеме обычного воздуха. Будучи сторонником теории флогистона, Пристли назвал полученный газ «дефлогистированным воздухом», считая, что он просто лишен флогистона и потому может активнее его поглощать. Свои результаты он опубликовал в 1775 году, опередив Шееле.

Окончательно разобрался в природе нового газа и его роли французский химик Антуан Лавуазье. Узнав об опытах Пристли, он повторил их и провел серию точных количественных экспериментов по сжиганию веществ в замкнутых сосудах. Лавуазье доказал, что горение — это не выделение флогистона, а процесс соединения вещества с частью воздуха. Эту активную часть воздуха, которую он сначала назвал «животворным воздухом», он в 1777 году идентифицировал как простое вещество и дал ему название «оксиген» (oxygène), что в переводе с греческого означает «рождающий кислоты» ($ὀξύς$ — кислый, $γεννάω$ — рождаю). Лавуазье ошибочно полагал, что кислород является обязательным компонентом всех кислот, но его работа окончательно опровергла теорию флогистона и заложила основы современной химии.

Ответ: Кислород был независимо открыт Карлом Шееле (1772) и Джозефом Пристли (1774). Шееле назвал его «огненным воздухом», а Пристли — «дефлогистированным воздухом». Однако истинную природу кислорода как химического элемента и его роль в процессах горения и дыхания объяснил Антуан Лавуазье, который и дал ему современное название.

в) «Значение кислорода»

Кислород — один из самых распространенных химических элементов на Земле и, без преувеличения, один из важнейших для жизни и цивилизации. Его значение охватывает биологические, геологические и технологические процессы.

Биологическое значение

• Дыхание: Главная роль кислорода — участие в процессе клеточного дыхания у аэробных организмов (животных, растений, грибов, большинства бактерий). В ходе дыхания органические вещества окисляются с выделением энергии, необходимой для всех жизненных процессов: $C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \rightarrow 6CO_2 + 6H_2O + \text{энергия}$. Этот процесс энергетически гораздо более выгоден, чем анаэробное (бескислородное) дыхание.
• Составная часть живых организмов: Атомы кислорода входят в состав молекулы воды ($H_2O$), а также всех важнейших органических соединений: белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот.
• Защитная функция: В верхних слоях атмосферы (стратосфере) из кислорода под действием ультрафиолетового излучения образуется озон ($O_3$). Озоновый слой поглощает большую часть губительного для живых организмов ультрафиолета, защищая жизнь на планете.

Промышленное и технологическое значение

• Горение: Кислород необходим для горения топлива (угля, нефти, газа, дров), что лежит в основе работы тепловых электростанций, двигателей внутреннего сгорания, котельных и бытовых печей.
• Металлургия: В металлургии кислород используется для выплавки стали и цветных металлов. Продувка расплавленного чугуна кислородом в конвертерах позволяет быстро и эффективно удалять примеси (углерод, серу, фосфор), превращая его в сталь.
• Химическая промышленность: Кислород является важным реагентом для синтеза множества химических продуктов, таких как азотная и серная кислоты, оксид этилена, синтетические каучуки и пластмассы.
• Сварка и резка металлов: В кислородно-ацетиленовых горелках смесь кислорода и ацетилена создает пламя с температурой свыше 3000°C, что позволяет резать и сваривать толстые листы металла.
• Ракетная техника: Жидкий кислород (LOX) — один из самых распространенных окислителей для ракетного топлива. Его реакция с горючим (например, керосином или жидким водородом) создает мощную тягу для вывода космических аппаратов на орбиту.

Медицинское значение

• Кислородная терапия: Чистый кислород или обогащенные им газовые смеси применяются для лечения заболеваний, связанных с дыхательной недостаточностью (пневмония, астма, ХОБЛ) и гипоксией (недостатком кислорода в тканях).
• Анестезиология: Кислород используется в аппаратах искусственной вентиляции легких и подается вместе с ингаляционными анестетиками во время хирургических операций.

Ответ: Значение кислорода огромно: он является основой дыхания для большинства живых организмов, входит в состав важнейших органических и неорганических соединений, формирует защитный озоновый слой. В промышленности кислород незаменим для процессов горения, выплавки металлов, химического синтеза. Он также широко применяется в медицине и ракетной технике.