Кислоро́д (лат.oxygenium; обозначается символом «O») — химический элемент 16-й группы второго периода периодической системы (по устаревшей классификации принадлежит к главной подгруппе VI группы, или к группе VI-a) с атомным номером 8. Кислород — химически активный неметалл, самый лёгкий элемент из группы халькогенов. Как простое вещество при нормальных условиях представляет собой газ без цвета, вкуса и запаха, молекула которого состоит из двух атомов кислорода (формула O2), в связи с чем его также называют дикислород. Жидкий кислород или газ в больших объёмах имеет светло-голубой цвет (отсюда окраска земной атмосферы), а твёрдый представляет собой кристаллы светло-синего цвета. Существуют и другие аллотропные формы кислорода, самый известный из которых — озон, молекула которого состоит не из двух, а из трёх атомов кислорода (формула O3). При нормальных условиях газ голубого цвета с резким специфическим запахом.
Слово кислород (именовался в начале XIX века ещё «кислотвором») своим появлением в русском языке до какой-то степени обязано М. В. Ломоносову, который ввёл в употребление, наряду с другими неологизмами, слово «кислота»; таким образом слово «кислород», в свою очередь, явилось калькой термина «оксиген» (фр.oxygène), предложенного А. Лавуазье (от др.-греч.ὀξύς — «кислый» и др.-греч.γεννάω — «рождаю»), который переводится как «порождающий кислоту», что связано с первоначальным значением его — «кислота», ранее подразумевавшим вещества, именуемые по современной международной номенклатуре оксидами.
Кислород в научной и научно-популярной литературе[править]
Атомы углерода и кислорода стремятся ко взаимному соединению и при этом образуют углекислоту, в которой на один атом углерода приходится два атома, кислорода (С02). Также атомы водорода (Н) стремятся соединиться с атомами кислорода и образуют воду (Н2О), где на два атома водорода один кислорода. Напротив, атомы углерода и водорода одарены сравнительно слабым притяжением друг к другу и потому, будучи соединены, при первой возможности стремятся каждый в свою сторону соединиться с кислородом, образуя углекислоту и воду. При этом соединении атомы, так же, как и эти шары, должны ударяться друг о друга. Этот удар, это столкновение частиц углерода и водорода с частицами кислорода и есть то, что мы называем горением. Как при ударе стали о кремень проявляются теплота и свет, так и при ударе частиц кислорода воздуха о частицы углерода и водорода, из которых состоит наш светильный газ или наш керосин, развиваются теплота и свет, наблюдаемые в их пламени. Всё различие состоит в том, что в первом случае мы видим движение, удар и сопровождающие его явления ― свет и теплоту; во втором же только видим эти явления, о существовании же столкновения заключаем из его последствий. В самом деле, до горения мы имеем углеводород (т. е. соединение углерода с водородом), светильный газ или керосин и кислород, после горения имеем углекислоту и воду. Следовательно, каждый атом углерода, водорода или их соединений находится по отношению к кислороду в положении шара С1 относительно шара О2. Как эти шары, они находятся в напряженном состоянии, представляют запас скрытой потенциальной энергии, которую мы и называем химическим сродством или химическим напряжением. В разрозненных атомах углерода и кислорода мы видим новый пример скрытой энергии положения, которая при столкновении их, в явлениях горения, переходит в энергию движения ― в теплоту и свет. Это напряженное состояние атомов или частиц углерода, это стремление их навстречу частицам кислорода не поражает нас, не бросается нам в глаза в повседневной жизни, потому что обыкновенно для того, чтобы вызвать это соединение, необходимо сообщить им толчок. Для того, чтобы сжечь кусок угля, его нужно поджечь, т. е. процесс горения должен ему сообщиться извне.[1]
Воздух, как мы знаем, состоит из кислорода и азота; опыт прямо указывает, что семени нужен именно кислород. Семя, глубоко зарытое в почву или находящееся под водой, которая не возобновляется, не прорастает; но оно одинаково не прорастает или, проросши, останавливается в развитии, если будет окружено воздухом, лишенным кислорода. Несомненно, ему нужен кислород. Но в чем же заключается действие этого кислорода? Кислород поддерживает горение; в отсутствии его горящие тела гаснут. Следовательно, если прорастающие семена поглощают кислород, то, оставив их некоторое время в присутствии ограниченного объема воздуха, мы лишим этот воздух кислорода и сделаем его непригодным для поддержания горения. На дно этой склянки с широким горлом, плотно закрытой стеклянной пробкой, часов десять тому назад насыпали прорастающие семена; я открываю ее и ввожу в нее горящую лучину: она мгновенно гаснет, ― очевидно, воздух в этой склянке уже не содержит кислорода. Кислород этот поглощен семенами. Увидав, сколько сходного в явлениях питания семени и животного, мы вправе возбудить вопрос, ― не будет ли семя употреблять и кислород воздуха для той же цели, для которой он служит животному? Не будет ли он служить ему для дыхания? Мы вдыхаем кислород; он разносится кровью во все концы тела, окисляет, сжигает часть его углерода и водорода и выделяет их в виде углекислоты и воды. В этом легко убедиться следующим простым опытом, который показывает, что газ, вдыхаемый и выдыхаемый нами, различен, и что последний содержит углекислоту.[2]
...можно думать, что водород воды (если она существует в кислотах как таковая) прилегает к молекуле кислорода, заключенного в окиси, и при этом все же остается около связанного с ним атома кислорода. В случае, если состояние обеих молекул кислорода было различным, то оно должно под влиянием водорода стать тождественным, а затем, при делении, молекула водорода без затруднения покинет прежний кислород, так как новый также полно насытит ее сродство. Такое предположение по меньшей мере вероятно так же, как и всякое другое, которое не основано ни на каком прямом эксперименте. Я далек от того, чтобы защищать его как доказанную истину; думаю все же, что оно довольно ясно обнаруживает недостаточность упрека, сделанного теории замещения.[3]
— Александр Бутлеров, «Теоретические и экспериментальные работы по химии», 1851-1886
На основании в значительной степени собственных 20-летних работ Stock доказывает, что и химия кремния и бора обнаруживает большую аналогию с химией углерода. Соединения кремния, благодаря одинаковой валентности, имеют соответствующие формулы, они представляют сцепления атомов значительной длины, образуют летучие соединения с водородом, кислородом и азотом. В отличие от углерода, наблюдается большее стремление к конденсации молекул, в особенности содержащих кислород. Большое сродство кремния к отрицательному кислороду и галоиду делает соединения кремния чувствительным к воздуху. Что касается химии бора, то она показывает многообразие соединений, преобладает сродство к кислороду, выражающееся в легкой разложимости гидридов водой. Молекулы конденсируются, существуют многочисленные высокомолекулярные гидриды, отсутствуют летучие соединения кислорода и азота. Stock показывает, что углерод соединяет все химические свойства своих соседей, и, наоборот, отдельные свойства углерода встречаются у последних. И, действительно, мы наблюдаем у кремния четырехатомность и тот же состав соединений, у бора ― разнообразие соединений и реакций и склонность к образованию длинных цепей атомов; у азота способность к образованию низкомолекулярных летучих соединений; у кремния и бора ― образование высокомолекулярных нелетучих соединений, у азота и кремния ― образование молекул, одновременно содержащих положительный водород и отрицательный кислород.[4]
— Макс Блох, «Углерод и его соседи в периодической системе», 1923
Да необходим ли и газообразный кислород или другая газообразная пища? Совсем нет. Кислород может животным приниматься внутрь, как пища, в виде его непрочных соединений в жидком или твердом виде. Таковых известно в химии множество и их откроет еще очень много химия будущего. Возможно, что потребуется особый орган вроде особого желудка, откуда кислород будет постепенно поступать в кровь. Итак, получится организм с двумя желудками без легких. Он не теряет воды и не страдает без атмосферы. Такие организмы возможны на Луне и других планетах, не имеющих атмосфер или имеющих их в очень разреженном состоянии.
Состав атмосфер может быть очень разнообразным для существ с легкими. Не кислород один дает энергию: натрий горит в углекислом газе и хлоре. Таких примеров химия может дать множество. Наконец, и у нас на Земле есть существа, живущие в углекислоте, не нуждающиеся в кислороде (анаэробные). На миллионе миллиардов планет одного нашего Эфирного острова столько разнообразия, столько творчества, что возможно то, что никак теперь себе не может представить самый гениальный человеческий ум.
Нужна ли даже и пища? Не могут ли быть существа, не принимающие пищу, т. е. поглощающие газы, воду, растения, мясо и соли? Правда, растения могут питаться одними минеральными веществами. Но все же эти вещества можем принимать за пищу организмов. Также и атмосфера принимает участие в этом питании, давая то углекислый газ, то кислород, то азот (больше при посредстве бактерий). Есть и животные, подобные растениям. Они также могут питаться неорганическими веществами. Это животно-растения (зоофиты). Они содержат в своем теле зеленые крупинки (хлорофилл), при посредстве которых и участии солнечного света разлагают углекислый газ воздуха на углерод и кислород. Кислород выделяется в воздух, а углерод с другими неорганическими веществами образует сахар, крахмал, клетчатку (углеводы), азотистые и другие органические ткани, составляющие тело существа.[5]
Как же узнать, есть ли в атмосфере гелий? Как добыть гелий не из редкого минерала клевеита, а из самого обыкновенного воздуха? Если правда, что гелий растворен в воздухе, то есть только один способ извлечь его оттуда. Нужно удалить из воздуха все другие газы — убрать кислород, убрать азот, убрать аргон. То, что останется, это, верно, и будет гелий. Но как же это сделать? Как удалить из воздуха кислород, азот и аргон? Кислород удалить нетрудно. Рамзай знал, что раскаленная медь поглощает кислород, присоединяет его к себе. Батарея фарфоровых трубок, наполненных раскаленными медными опилками, — вот прибор для удаления кислорода из воздуха. Насосы гонят воздух по трубкам — из одной в другую, — и по дороге кислород застревает в раскаленных опилках. И вот из батареи в закрытый сосуд, в газометр, течет уже не воздух, а воздух минус кислород, воздух, освобожденный от кислорода. После кислорода легко убрать и азот. Из второй батареи в газометр будет вытекать не воздух, а воздух минус кислород и минус азот. Ну а как быть с аргоном?[6]
При построении современных холодильных машин, в особенности машин для получения жидкого кислорода, воздуха и для азотно-кислородных разделительных устройств, необходимо применять исключительно цветной металл (латунь и пр.). Невозможность применения обычных сталей обусловливается не только тем, что они сильно коррелируют, но главное тем, что при низких температурах черные металлы, такие, как обычные железо и сталь, становятся исключительно хрупкими, почти как стекло, что, конечно, ведет к поломкам аппаратуры.[7]
В науке и ядерной технике принято условно называть «тяжелой водой» тяжёловодородную воду. Она содержит только дейтерий, в ней совсем нет обычного легкого изотопа водорода. Изотопный состав кислорода в этой воде соответствует обычному составу кислорода воздуха. Бывает ли полутяжёлая вода? Полутяжелой водой можно назвать воду с молекулами HDO. Она есть во всякой природной воде, но получить ее в чистом виде невозможно, потому что в воде всегда протекают реакции изотопного обмена. Атомы изотопов водорода очень подвижны и непрерывно переходят из одной молекулы в другую.[8]
Другое важное свойство гелия как заменителя азота ― прочность и компактность его молекул. Есть все основания считать, что в гелио-кислородной среде опасность наведенной радиации практически исключена. Растворимость гелия в крови, моче, лимфе и особенно жирах намного меньше, чем азота. Это уменьшает опасность декомпрессионных расстройств при резких перепадах давления. Не случайно гелио-кислородные смеси стали надежным средством профилактики кессонной болезни и дали большой выигрыш во времени при подъеме водолазов. И, плюс ко всему, гелий намного легче азота. Данные многих опытов на животных и с участием человека были за гелиевый воздух. Но все опыты на людях были кратковременны. Как скажется на человеке действительно долгое пребывание в гелио-кислородной среде?[9]
Кислород ― активный окислитель, но есть и другие элементы-окислители, например, фтор. Кислород превращается в жидкость при очень низких температурах, но у водорода, гелия, азота точки кипения и плавления лежат еще ниже. А вот другого парамагнетика среди газообразных элементов нет… <...> ...в реакциях с подавляющим большинством атомов кислород выступает в роли окислителя. Если можно так выразиться, окислительнее кислорода ― только один элемент, фтор. Лишь в реакциях с фтором окислителем оказывается не элемент № 8, а его «партнёр».[10]
Долгое время в науке было укоренено мнение о том, что жизнь может существовать лишь там, где есть солнечный свет и кислород. С этой точки зрения, сама идея о том, что живые организмы могут поселиться глубоко под землей, казалась абсурдной. Такого мнения придерживались многие ученые вплоть до второй половины ХХ века. О подземных мирах, полных удивительной жизни, писали разве что фантасты, вроде Жюля Верна, автора «Путешествия к центру Земли». Однако факты как будто начали опровергать догму. В образцах грунта, извлеченных при бурении глубоких скважин, неизменно находили сообщества микробов.[11]
20-го октября. Четверг. Боже мой, Боже мой, что за день! Господь отозвал к себе нашего обожаемого дорогого горячо любимого Папа. Голова кругом идет, верить не хочется ― кажется до того неправдоподобным ужасная действительность. Все утро мы провели наверху около него! Дыхание его было затруднено, требовалось все время давать ему вдыхать кислород. Около половины 3 он причастился св. Тайн; вскоре начались легкие судороги… и конец быстро настал!
...в маленьком номере, отведенном дирижёру симфонического оркестра, спал Остап Бендер. Он лежал на плюшевом одеяле, одетый, прижимая к груди чемодан с миллионом. За ночь великий комбинатор вдохнул в себя весь кислород, содержащийся в комнате, и оставшиеся в ней химические элементы можно было назвать азотом только из вежливости. Пахло скисшим вином, адскими котлетами и еще чем-то непередаваемо гадким. Остап застонал и повернулся. Чемодан свалился на пол.[12]
― Пожар не потухнет. В этих бочках, ты не знаешь, ― в них бертолетова соль!
― Как? ― спросил капитан.
― Ведь ты сказал ― хлорноватая какая-то соль…
― Да, да! Это и есть бертолетова. Я не соврал. Но я знал, что ты не поймешь.
― Я спрашивал ведь тебя: не опасно? А ведь это ― взрыв!..
― Нет, нет, ― плакал старик, ― не взрыв! Ее нагревает, она выпускает кислород, а от него горит. Сильней, сильней все горит. ― Старик умоляюще глядел на капитана. ― Ну, прости, прости хоть ты, господи! ― Старик ломал руки. ― Никто, никто не простит… ― И Салерно искал глазами по каюте. ― Мне дали триста лир, чтобы я устроил… дьявол дал… эти двадцать бочек. Что же теперь? Что же? <...> Остановить пароход в темноте ― все пассажиры проснутся, и в темноте будет каша и бой. А в какую минуту взорвется? В какую из двадцати семи? Или соль выпускает кислород? Просто кислород, как в школе на уроке химии? Капитан дернулся смерить, вспомнил и топнул с сердцем в палубу.[13]
Вот та черта, которую не переступить шекспировскому злодею, но злодей с идеологией переходит её ― и глаза его остаются ясны. Физика знает пороговые величины или явления. Это такие, которых вовсе нет, пока не перейден некий, природе известный, природою зашифрованный ПОРОГ. Сколько не свети желтым светом на литий ― он не отдаёт электронов, а вспыхнул слабый голубенький ― и вырваны (переступлен порог фотоэффекта)! Охлаждай кислород за сто градусов, сжимай любым давлением ― держится газ, не сдаётся! Но переступлено сто восемнадцать ― и потёк, жидкость. И, видимо, злодейство есть тоже величина пороговая.
Я Нинке галантно говорю: ― Здорово, полупочтеннейшая скиадрома. А Саша губами «сип-сип-сип». А Нинка: ― Ой, я усохну. ― Не сохни, ― отвечаю, ― кислород давай по безналичному для нужд. А Саша: ― Да, э-э… девушка… А она: ― Ой, я совсем усохну. Кран открыла, шланг в баллон, дымится кислород. Дым белый, шип змеиный от кислорода идет, а она и не смотрит и не слушает она, на нас взирает, какие мы молодцы-петушки, Васи Теркины с мороза. И мы уже уходили, уже баллон с двух сторон за стылые ручки взяли, а она вдруг на крыльцо выбежала. Шаль набросила, рукой машет, а мне вдруг так горько стало, так больно. Думаю, пропадешь ты зазря, дура красивая, пропадешь… Но я себя одернул, отнеся причину этой тихой грусти за счет тяжести баллона, за счет сорокаградусного мороза и вообще за счет этого чёртова дня.[14]
В сквере на кормушке сидела сердитая голодная белка. Увидев девочку, она встала на задние лапы и поджала передние, выпрашивая что-нибудь для себя. Но Алёне было не до белки. Деревья сбрасывали шуршащие желтые листья, и только анютины глазки на клумбах продолжали делать свое великое дело: вдыхали углекислый газ и выдыхали кислород. Алена вдохнула этот кислород и выдохнула углекислый газ, анютины глазки тотчас подхватили его. Вот так воздух ходил взад-вперед, но Алёна даже не думала об этом.[15]
И вот, когда видишь такую девушку, то понимаешь, что это кислород. А когда, стоишь с такой девушкой рядом, то чувствуешь запах детского мыла, дорогих духов и шампуня из крапивы.
Есть величайшие мгновенья; Они близ нас всегда вокруг: То разных тел соединенья, Порой ― неспешно, чаще ― вдруг.
Они в природе возникают,
Когда условья есть к тому;
Но их и химики свершают
Вослед пытливому уму. Их суть, их правда не случайна; Предвидеть можно их вперед, Но неизведанная тайна, Потемки, ― самый переход.
Где, в чём охота кислороду,
Как водород уразумел
Мгновенно обращаться в воду,
Пропа́сть, чтоб быть у новых дел...[16]
— Константин Случевский, «Мой «Дневник» аналогий, тождеств, параллелей, оставленный в столе» (из цикла «Загробные песни»), 1902
Когда кислородных подушек
Уж станет ненадобно мне — Жена моя свечку потушит,
И легче вздохнется жене.[17]
На краю разверстой могилы
Имеют спорить нигилисты и славянофилы. Первые утверждают, что кто умрет, Тот весь обращается в кислород.
Вторые ― что он входит в небесные угодия
И делается братчиком Кирилла-Мефодия.[18]
— Козьма Прутков, «Церемониал погребения тела в бозе усопшего поручика и кавалера Фаддея Козьмича П...», 1854
Это, лысый как колено,
Снова пущен в оборот Дождевой пузырь вселенной,
Жадно пьющей кислород.[19]
Коленями ― на жесткий подоконник
И в форточку ― раскрытый, рыбий рот!
Вздохнуть… вздохнуть… Так тянет кислород
Из серого мешка еще живой покойник,
И сердце в нем стучит: пора, пора!
И небо давит землю грузным сводом,
И ночь белесоватая сера,
Как серая подушка с кислородом…[20]
Из густо отработавших кино,
Убитые, как после хлороформа,
Выходят толпы ― до чего они венозны,
И до чего им нужен кислород…[21]
— Осип Мандельштам, «Полночь в Москве. Роскошно буддийское лето...», 1931
Ровно сорок на термометре. Ртути вытянулась нить.
Где-то на шестом километре
Ни курить, ни говорить. Тянет спать, как под сугробами, И сквозь сон нельзя дышать. Словно воздух весь испробован И другого негде взять.
Хорошо, наверно, лётчикам;
Там, в кабине, кислород ―
Ясно слышу, как клокочет он,
Как по трубкам он течет.[22]
Мы дышим тяжело, Мы экономим фразы, Спустившись вниз, в тепло Сгустившегося газа.
Но здешний кислород,
Расхваленный рекламой,
Почти не лезет в рот,
Хотя он тот же самый... Мы ищем на земле Соснового озона, Расцвеченных полей И летнего сезона.
Целебный кислород
Собрав с лесной опушки,
Сосем, прижавши рот
К резиновой подушке.[24]
