Tlen — właściwości, otrzymywanie i znaczenie

Tlen jest najpospolitszym pierwiastkiem skorupy ziemskiej i warunkiem istnienia niemal wszystkich organizmów. Poniżej właściwości, otrzymywanie i rola w przyrodzie.

Podstawowe dane

• Symbol — O, liczba atomowa 8
• Postać — bezbarwny gaz bez zapachu i smaku
• Cząsteczka — dwuatomowa, O₂
• Rozpuszczalność — słabo rozpuszczalny w wodzie, ale wystarczająco, by umożliwić życie wodne

Właściwości chemiczne

Tlen jest bardzo aktywny i tworzy związki niemal ze wszystkimi pierwiastkami. Reakcje z jego udziałem nazywamy utlenianiem, a ich produktem są tlenki.

Sam tlen nie pali się — podtrzymuje spalanie. To rozróżnienie bywa punktowane: w płomieniu spala się paliwo, a tlen jest utleniaczem, bez którego reakcja nie zajdzie.

Klasyczny sposób wykrywania: tlący się łuczywko wsunięte do naczynia z tlenem zapala się jasnym płomieniem.

Otrzymywanie

• W przemyśle — przez skroplenie powietrza i destylację frakcyjną; tlen i azot wrzą w różnych temperaturach
• W laboratorium — przez rozkład nadtlenku wodoru albo ogrzewanie niektórych związków
• W przyrodzie — jako produkt uboczny fotosyntezy

Skąd wziął się tlen w atmosferze

Pierwotna atmosfera Ziemi nie zawierała wolnego tlenu. Pojawił się dopiero, gdy sinice zaczęły prowadzić fotosyntezę — proces trwał setki milionów lat i nazywany jest wielką katastrofą tlenową.

Dla ówczesnych organizmów beztlenowych tlen był bowiem trucizną. Jego pojawienie się spowodowało masowe wymieranie, ale otworzyło drogę oddychaniu tlenowemu, które daje kilkanaście razy więcej energii niż beztlenowe. Bez tej zmiany nie powstałyby organizmy wielokomórkowe.

Odmiany alotropowe

Tlen występuje w dwóch odmianach: zwykłym O₂ oraz ozonie O₃. Ten sam pierwiastek, ale zupełnie inne właściwości.

Ozon ma charakterystyczny zapach wyczuwalny po burzy, jest silnie reaktywny i toksyczny przy powierzchni ziemi. W stratosferze pełni jednak funkcję ochronną, pochłaniając promieniowanie ultrafioletowe.

To dobry przykład na to, że ocena substancji zależy od miejsca jej występowania — ozon wysoko chroni, a nisko szkodzi.

Tlen w organizmie

Człowiek zużywa dziennie około 550 litrów tlenu, a przy wysiłku wielokrotnie więcej. Transportuje go hemoglobina zawarta w czerwonych krwinkach — jedna cząsteczka wiąże cztery cząsteczki tlenu i oddaje je tam, gdzie ich stężenie jest niskie.

Mózg zużywa około jednej piątej całego tlenu, choć stanowi zaledwie dwa procent masy ciała. To dlatego przerwanie dopływu krwi do mózgu powoduje utratę przytomności w ciągu kilkunastu sekund, a nieodwracalne uszkodzenia zaczynają się już po kilku minutach. Żaden inny narząd nie jest tak wrażliwy na niedotlenienie.

Zastosowania

• Medycyna — tlenoterapia przy niewydolności oddechowej
• Przemysł — spawanie i cięcie metali w palnikach tlenowo-acetylenowych
• Hutnictwo — wytop stali
• Nurkowanie i lotnictwo — mieszanki oddechowe
• Oczyszczanie ścieków — napowietrzanie wspomagające bakterie tlenowe