Tlen jest bezbarwnym, bezwonnym gazem. Łączy się z niemetalami i metalami, dając tlenki. Jest składnikiem umożliwiającym spalanie, chociaż sam nie jest palny. Tlen występujący w przyrodzie składa się z trzech izotopów: ${}^{16}\text{O}$ (stanowi ponad $99\%$ tlenu naturalnego), ${}^{17}\text{O}$ oraz ${}^{18}\text{O}$.

Rgw6qg76eJ3su

Zdjęcie satelitarne przedstawia półkulę południową Ziemi z widoczną Antarktydą, na którą nałożono mapę stężenia ozonu w atmosferze z <math aria‑label="pierwszego">1 października <math aria‑label="tysiąc dziewięćset dziewięćdziesiątego ósmego">1998 roku. Plama na Antarktydzie ma kolor fioletowy, część w pobliżu Ameryki południowej jasnoniebieski, a na terenie Azji czerwony.

W warunkach normalnych, tlen jest zbudowany z dwuatomowych cząsteczek. W górnych warstwach atmosferyatmosferaatmosfery, pod wpływem promieniowania ultrafioletowego, powstaje ozon – niebieski gaz, którego cząsteczki zbudowane są z trzech atomów tlenu.

W ciekłym tlenie stwierdzono również występowanie cząsteczek o podwójnej masie cząsteczkowej – tetratlenu o wzorze ${\text{O}}_4$. Cząsteczki te są jednak bardzo nietrwałe i rozpadają się na dwie dwuatomowe cząsteczki.

Tlen jest najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem na Ziemi. W postaci związanej wchodzi w skład licznych skał, rud metali, piasku, wody. W stanie wolnym występuje w powietrzu.

Powietrze (łac. aër) to mieszanina gazów i aerozoli, a jej głównymi składnikami są: azot, tlen, argon, tlenek węgla($\text{IV}$). Skład powietrza zmieniał się w historii Ziemi w bardzo szerokim zakresie (np. zmiany stężenia ${\text{O}}_2$, ${\text{CO}}_2$).

Atmosfera zawierająca tlen powstawała stopniowo, od momentu ewolucyjnego sukcesu osiągniętego przez organizmy fotosyntetyzujące. W kolejnych epokach geologicznych stężenia głównych składników powietrza wahały się, co bywało zarówno skutkiem, jak i przyczyną zmian klimatycznych, prowadząc np. do globalnych tzw. „wielkich wymierań”. Współcześnie zawartość głównych składników powietrza zmienia się w niewielkim stopniu.

Nie należy pomijać też znaczenia powietrza atmosferycznego w glebie. Natlenienie gleby wiąże się z wymianą gazową w układzie: atmosfera – gleba – korzenie. Wpływ niedotlenienia na rośliny:

• bezpośredni: zatrzymanie oddychania komórkowego;

• pośredni: nagromadzenie ${\text{CO}}_2$ (gdy przekroczy $10\%$, jest szkodliwe, gdyż przemiany beztlenowe prowadzą do denitryfikacji związków azotu i strat azotu, powodowanych uwalnianiem się ${\text{N}}_2$ do atmosfery; powstają związki toksyczne, np. jony ${\text{Mn}}^{2+}$, ${\text{Fe}}^{{}_{2+}}$ oraz cząsteczka ${\text{CH}}_4$).

Ćwiczenie 2

RZvRVVMejysPe

Ilustracja przedstawia wykres rozpuszczalności tlenu w wodzie czystej i morskiej wyrażoną w miligramach tlenu na decymetr sześcienny w zależności od temperatury w stopniach Celsjusza. Opisane wartości: dla wody morskiej: <math aria‑label="zero stopni celsjusza">0°C, $\mathrm{11,8}$ miligrama na decymetr sześcienny, <math aria‑label="pięć stopni celsjusza">5°C, $\mathrm{10,5}$ miligrama na decymetr sześcienny, <math aria‑label="dziesięć stopni celsjusza">10°C, $\mathrm{9,5}$ miligrama na decymetr sześcienny, <math aria‑label="piętnaście stopni celsjusza">15°C, $\mathrm{8,2}$ miligrama na decymetr sześcienny, <math aria‑label="dwadzieścia stopni celsjusza">20°C, $\mathrm{7,8}$ miligrama na decymetr sześcienny, <math aria‑label="dwadzieścia pięć stopni celsjusza">25°C, $7$ miligramów na decymetr sześcienny, <math aria‑label="trzydzieści stopni celsjusza">30°C, $\mathrm{6,5}$ miligrama na decymetr sześcienny. Dla czystej wody: <math aria‑label="zero stopni celsjusza">0°C, $\mathrm{14,8}$ miligrama na decymetr sześcienny, <math aria‑label="pięć stopni celsjusza">5°C, $13$ miligrama na decymetr sześcienny, <math aria‑label="dziesięć stopni celsjusza">10°C, $\mathrm{11,6}$ miligrama na decymetr sześcienny, <math aria‑label="piętnaście stopni celsjusza">15°C, $\mathrm{10,2}$ miligrama na decymetr sześcienny, <math aria‑label="dwadzieścia stopni celsjusza">20°C, $\mathrm{9,2}$ miligrama na decymetr sześcienny, <math aria‑label="dwadzieścia pięć stopni celsjusza">25°C, $\mathrm{8,2}$ miligrama na decymetr sześcienny, <math aria‑label="trzydzieści stopni celsjusza">30°C, $\mathrm{7,8}$ miligrama na decymetr sześcienny.

Na podstawie wykresu sformułuj prawidłowość, dotyczącą rozpuszczalności tlenu w wodzie w zależności od temperatury.

Rsyd9s8FvKECj

Odpowiedź: (Uzupełnij).

Pokaż podpowiedź

Korzystając z danych zawartych na wykresie, zastanów się, jak wzrost temperatury wpływa na rozpuszczalność tlenu w wodzie.

Pokaż odpowiedź

Przy wzroście temperatury, rozpuszczalność tlenu w wodzie maleje.

Zawartość tlenu w wodzie zależy od szeregu czynników, takich jak: temperatura, ciśnienie atmosferyczne, zasolenie wody, nasycenie powietrzem. Przy pełnym nasyceniu czystej wody powietrzem pod ciśnieniem $\mathrm{1013,25} \text{hPa}$, zawartość tlenu w wodzie w temperaturze $0°\text{C}$ wynosi $\mathrm{14,6} \frac{\text{mg} {\text{O}}_2}{{\text{dm}}^3 {\text{H}}_2\text{O}}$, a w temperaturze $30°\text{C}$ jest równa $\mathrm{7,5} \frac{\text{mg} {\text{O}}_2}{{\text{dm}}^3 {\text{H}}_2\text{O}}$. Ilość tlenu niezbędna do życia zwierząt wodnych wynosi około $5 \frac{\text{mg} {\text{O}}_2}{{\text{dm}}^3 {\text{H}}_2\text{O}}$.

Podstawowym źródłem tlenu w wodzie jest atmosfera, z której dyfunduje on do powierzchniowych warstw wody, aż do osiągnięcia stopnia nasycenia. Przenikanie tlenu z powietrza do wody zachodzi tylko na powierzchni zetknięcia się tych dwóch środowisk. Stąd wody stojące wchłaniają mniej tlenu niż wody „falujące”. Cząsteczki tlenu przenikają do wody na drodze dyfuzji, dlatego proces ten zachodzi bardzo wolno. Aby osiągnąć głębokość $250 \text{m}$, cząsteczka tlenu potrzebuje ponad $40$ lat. Drugim ilościowo źródłem tlenu w wodzie są procesy fotosyntezy (przy czym ilość tlenu wydzielanego przez rośliny jest proporcjonalna do nasilenia asymilacji).

Tlen jest najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem na Ziemi – jego zawartość objętościowa w atmosferze to prawie $21\%$, a w skorupie ziemskiej stanowi około $46\%$ jej masy. Wchodzi w skład prawie wszystkich minerałów skałotwórczych (głównie krzemianów, glinokrzemianów, węglanów, tlenków), budując litosferęlitosferalitosferę oraz szkielet mineralny pedosferypedosferapedosfery. Podstawowymi składnikami skorupy ziemskiej są tlenki: ${\text{SiO}}_2$, $\mathrm{MgO}$, $\mathrm{FeO}$, $\mathrm{CaO}$, ${\text{Al}}_2{\text{O}}_3$, ${\text{Fe}}_2{\text{O}}_3$. Skorupa ziemska zbudowana jest z prawie setki pierwiastków, spośród nich zaledwie osiem stanowi około $98\%$ jej masy. Tych osiem najważniejszych pierwiastków to: tlen, krzem, glin, żelazo, wapń, sód, magnez oraz potas.

Słownik

Bibliografia

Cailletet L. The liquefaction of oxygen, „Science” 2007, t. NS‑6, nr 128, s. 51–52.

Gorelli F. A., Ulivi L., i wsp., The εepsilon Phase of Solid Oxygen: Evidence of an OIndeks dolny 4₄ Molecule Lattice, „Phys. Rev. Lett.” 1999, t. 208, nr 3, s. 4093‑4096.

Galus M., Tablice chemiczne, Warszawa 2008.

Hassa R. i in., Podręczny słownik chemiczny, Katowice 2004.

Hejwowska S., Chemia. Vademecum maturalne. Otrzymywanie oraz właściwości tlenków i wodorków, Gdynia 2006, s. 44‑45.