Тлен

**Тлен**, **кісларо́д**, **аксыге́н** — гэта хімічны элемэнт з атамным лікам 8, які прадстаўлены ў пэрыядычнай сыстэме элемэнтаў сымбалем **O**. Гэты чалец групы халькагенаў па пэрыядычнай табліцы зьяўляецца высокарэакцыйным немэталічным элемэнтам і затляняльнікам, што лёгка ўтварае злучэньні, у прыватнасьці аксыды, з большасьцю элемэнтаў. Паводле масы тлен зьяўляецца трэцім найбольш распаўсюджаным элемэнтам у сусьвеце пасьля вадароду і гелю. Пры стандартных умовах малекулярны тлен складаецца з двух атамаў, утвараючы, такім чынам, двухатамны газ (O2), які ня мае колеру, паху і смаку. У некаторых крыніцах завецца «тлён».

## Характарыстыка

### Структура

У стандартных умовах тлен — газ бяз колеру й паху, мае формулу O2, Парадак сувязі ў малекуле — 2. Асноўны стан малекулы — трыплетная форма. У малекуле ёсьць два няспараныя электроны на зьведзеных арбіталях, таму рэчыва зьяўляецца парамагнітным. Вадкі тлен істотна прыцягаецца да магніту, мосьцік з рэчыва добра трымаецца паміж палюсамі. Энэргія сувязі меншая за энэргію ў малекуле азоту, бо няспараныя электроны знаходзяцца на антысувязваючых арбіталях. У малекуле азоту гэтыя арбіталі застаюцца вольнымі.

У сынглетнай форме тлену ўсе электроны маюць пару на арбіталі. Гэты стан тлену вышэйшы па энэргіі, таму такая малекула мэтастабільная. Сынглетная форма больш актыўная хімічная, у тым ліку ў адносінах да арганічных малекулаў. У працэсе фотасынтэзу вырабляецца сынглетны тлен, таму фотасынтэзуючыя арганізмы вымушаны штучна пазбаўляць тлен энэргіі, пакуль ён не пашкодзіць тканкі.

### Алятропія

Звычайная алятропная форма тлену — O2, з даўжынёй сувязі 121 пм, энэргіяй сувязі 498 кДж/моль. Кажучы пра тлен як рэчыва, маюць на ўвазе менавіта гэтую мадыфікацыю.

Азон (O3) — вельмі актыўная алятропная форма. Калі канцэнтраваны азон удыхнуць, ён можа нават пашкодзіць лёгкія. Існуе ў вышэйшых пластох атмасфэры, атрымліваючыся з тлену пад ультрафіялетавымі промнямі. Азон моцна паглынае ў УФ-вобласьці спэктру, а таму яго пласт зьяўляецца экранам супраць УФ-промняў. Таўшчыня адпаведнага пласту азону пры стандартных умовах складае 3 мм.

### Фізычныя ўласьцівасьці
У вадзе рашчыняецца лепш за азот. У раўнавазе з паветрам у вадзе на кожную малекулу азоту існуе 2 малекулы тлену (у атмасфэры — 4 малекулы азоту на 1 малекулу тлену). Колькасьць у рашчыне залежыць ад тэмпэратуры: 14,6 мг/л у 0&nbsp;°C, амаль у два разы менш — 7,6 мг/л — у 100&nbsp;°C. Існуе таксама залежнасьць ад складу самой рашчыны: пры 25&nbsp;°C і 1 атм у 1 л чыстае вады зьмяшчаецца 6,04 мл тлену, у 1 л марской вады — каля 4,95 мл.

Цьвёрды й вадкі тлен — блакітныя і празрыстыя. Гэта вельмі агрэсіўны затляняльнік, таму яго нельга трымаць побач з арганічнымі рэчывамі.

### Ізатопы
Існуюць 3 ўстойлівыя ізатопы тлену натуральнага паходжаньня — 17O, 18O і 16O; апошні самы распаўсюджаны. Найбольшая частка 16O сынтэзуецца ў працэсе аб’яднаньня гелю напрыканцы жыцьцёвага цыклу зоркі. Большасьць 18O атрымліваецца фіксацыяй ядра 4He ізатопам 14N на апошніх стадыях існаваньня зорак вялікага памеру.

Таксама існуюць 14 радыяактыўных ізатопаў тлену. Самы ўстойлівы зь іх — 15O, пэрыяд паўраспаду 112,24 сэкунды, а таксама 14O, пэрыяд паўраспаду 70.606 сэкундаў. Усе астатнія жывуць ня больш за 27 сэкундаў (значная частка — менш за 0,083 с).

### Распаўсюджанасьць
Тлен зьяўляецца самым распаўсюджаным хімічным элемэнтам комплексу зямной кары, біясфэры, воднае абалонкі й паветра (паводле масы). У Сусьвеце — трэці па распаўсюджанасьці пасьля вадароду й гелю. Складае каля 0.9% масы Сонца (трэці элемэнт паводле ўтрыманьня ў Сонцы), 49.2% зямной кары і каля 88.8% — воднае абалонкі Зямлі. У атмасфэры Марса ўтрыманьне тлену каля 0,15%.

Колькасьць тлену ў атмасфэры Зямлі складае 21% паводле аб’ёму, што незвычайна ў параўнаньні з атмасфэрамі Марсу й Вэнэры. Гэта тлумачыцца кругаваротам тлену з удзелам жывых істотаў. Вялікую ролю ў гэтым цыкле грае фотасынтэз, бо адзін зь яго прадуктаў — вольны тлен. На цяперашні час, стварэньне і ўжываньне тлену знаходзяцца ў раўнавазе, закранаюць каля 1/2000 атмасфэрнага тлену за год.

Вялікая колькасьць тлену знаходзіцца ў рашчыне ў вадзе. Здольнасьць рашчыняцца павялічваецца, калі зьніжаецца тэмпэратура — і гэта грае вялікую ролю для жыцьця ў акіяне. У палярных водах рашчынена больш тлену — шчыльнасьць жывых істотаў у іх таксама большая.

## Біялягічная роля
Тлен складае каля двух трацінаў цела чалавека і дзевяць дзясятых вады.

### Фотасынтэз і дыханьне
Натуральна вольны тлен — прадукт фатолізу вады, часткі этапу сьвятла фотасынтэзу. Зялёнае багавіньне й цыянабактэрыі акіяну вырабляюць каля 70% тлену. Астатняя частка належыць наземным расьлінам. Зыходзячы зь іншых крыніцаў, акіянам належыць каля 45% тлену.

Спрошчанае раўнаньне рэакцыі фотасынтэзу:
: 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2
На выраб адной малекулы тлену патрабуецца энэргія чатырох фатонаў. Істотным вынікам працэсу зьяўляецца градыент канцэнтрацыі іёнаў H+, энэргія градыенту выкарыстоўваецца на стварэньне адэназінтрыфосфарнай кісьлі (АТФ). O2, які засстаецца пасьля затляненьня вады, трапляе ў атмасфэру.

Вольны тлен мае крытычнае значэньне для дыханьня ўсіх аэробных арганізмаў. Ён выкарыстоўваецца ў мітахондрыях клетак дзеля сынтэзу АТФ. Спрошчаная рэакцыя дыханьня па сутнасьці адваротная да фотасынтэзу:
: C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O.
У хрыбетных тлен трапляе праз мэмбраны лёгкіх ў эрытрацыты крыві, зьвязваецца гэмаглябінам, пры гэтым колер бялку зьмяняецца зь цёмна-чырвонага на чырвоны. Некаторыя жывёлы замест гэмаглябіну маюць гэмацыянін (галаваногія малюскі й некаторыя суставаногія) альбо гэмэрытрын. Адзін літар крыві рашчыняе да 200 мл тлену.

Некаторыя актыўныя формы тлену (як, напрыклад, H2O2) таксічныя для арганізмаў, але зьяўляюцца пабочнымі адкідамі мэтабалізму. Гэтыя ж надтленьнікі таксама выкарыстоўваюцца імуннай сыстэмай ў барацьбе зь мікраарганізмамі.

Дарослы чалавек удыхае 1,8—2,4 г тлену за хвіліну. Гэта больш за 6 мільярдаў тонаў за год — усім чалавецтвам.

### Геалягічнае стварэньне
У атмасфэры тлену амаль не было, пакуль не зьявіліся фотасынтэзуючыя арганізмы (каля 3,5 млрд гадоў таму). Падчас палеапратэразою (3—2,3 мільярды гадоў таму) вольнага тлену зрабілася шмат, але першы мільярд гадоў ён рэагаваў са злучэньнямі жалеза, якія знаходзіліся ў рашчыне ў акіяне. Калі такіх паглынальнікаў пачало не хапаць, тлен трапіў у атмасфэру. Новае актыўнае рэчыва было атрутным для ўсіх жывых істотаў. Калі ў атмасфэры яго зрабілася шмат, адбылася Тленавая катастрофа (каля 2,4 млрд гадоў таму). Пасьля віды (эўкарыёты) пачалі адаптавацца да новых умоваў, стварыўшы аэробнае дыханьне.

У пэрыяд кэмбрыю (540 млн гадоў таму) колькасьць тлену ў паветры зьмянялася ад 15% да 30%. Падчас каменнавугальнага пэрыяду гэтая лічба дасягала найвышэйшае ступені — 35%. На сёньняшні дзень дзейнасьць чалавека амаль не ўплывае на колькасьць газу, якога каля 21% паводле аб’ёму. Зь цяперашняй хуткасьцю фатасынтэзу патрабуецца 2000 гадоў, каб цалкам аднавіць запас тлену ў паветры.

## Гісторыя адкрыцьця
Адзін зь першых экспэрымэнтаў, які пацьвердзіў залежнасьць паміж паленьнем і паветрам, праводзіў Філён Бізантыйскі ў 2 стагодзьдзі да н. э. У працы *Пнэўматыка* ён апісаў, што калі сьвечку, якая стаіць у ёмістасьці з вадой, накрыць іншай ёмістасьцю, то частка вады зацягнецца ўгару, а пасьля сьвечка згасьне. Філён вырашыў, што частка паветра ў ёмістасьці становіцца першасным элемэнтам *агонь* і ўцякае празь сітавіны ёмістасьці.

На прыканцы XVII стагодзьдзя Робэрт Бойль паказаў, што паветра неабходна дзеля паленьня. Ангельскі хімік Джон Мэёў удакладніў працу, паказаўшы, што толькі частка паветра падтрымлівае агонь. Мэёў назваў яе *spiritus nitroaureus*. У адным з экспэрымэнтаў ён вызначыў, што калі ў ізаляваным кантэйнэры над вадой пакінуць запаленую сьвечку альбо мыш, то вада, зацягнуўшыся, будзе займаць 1/14 аб’ёму кантэйнэру. Джон Мэёў вырашыў, што spiritus nitroaureus неабходны і дзеля паленьня, і дзеля дыханьня.

Яшчэ ў адным экспэрымэньце Маёў адзначыў, што антымон павялічваецца ў вазе, калі яго пагрэць — spiritus nitroaureus спалучаецца зь ім. Ён лічыў, што лёгкія паглынаюць spiritus nitroaureus з паветра і перадаюць яго крыві; што магчымасьць жывёлаў рухацца й быць цяплейшымі за асяродзьдзе — вынік рэакцыі са spiritus nitroaureus. Вынікі яго досьледаў апублікаваныя ў трактаце «Дыханьне», 1668.

### Тэорыя флягістону
Шмат навукоўцаў XVII—XVIII стагодзьдзяў атрымлівалі тлен — Міхаіл Ламаносаў, Робэрт Гук, Оле Борх, П’ер Баен. Але ніхто зь іх не прызнаў яго за самастойны элемэнт. Працэс гарэньня абгрунтоўваўся тэорыяй флягістону. Згодна з гэтай тэорыяй усе рэчывы, якія могуць гарэць, складаюцца зь дзьвюх частак — флягістон і акаліна. Флягістон адлучаецца падчас гарэньня, дэфлягістанаваная акаліна застаецца. Найбольш здольныя на падпальваньне рэчывы, пасьля якіх застаецца няшмат рэшткаў (напрыклад, вугаль) складаюцца амаль з чыстага флягістону; тыя, што гараць дрэнна альбо зусім не гараць, амаль ня маюць флягістону. Паветра ніякім чынам не ўплывае на гарэньне. Такая выснова была зроблена з назіраньня полымя: здаецца, што рэчыва нешта губляе. Павялічэньне масы большасьці рэчываў было схаванае, бо прадукты іх гарэньня — газы. Насамрэч адзін з аргумэнтаў супраць флягістону якраз той, што вага мэталаў ў працэсе гарэньня павялічваецца. Але нават гэта магло тлумачыцца «адмоўнай масаю» флягістону.

### Адкрыцьцё
Першым тлен адкрыў швэдзкі фармацэўт Карл Вільгельм Шэеле. Ён атрымаў газ раскладаньнем тленьніку жывога срэбра і розных нітратаў у 1772, назваўшы рэчыва «вогненым паветрам» ў трактаце «Пра паветра і агонь». Трактат быў апублікаваны ў 1777.

У гэты жа час, 1 жніўня 1774, Джозэф Прыстлі факусаваў сонечнае сьвятло на тленьніку жывога срэбра ў шклянае трубцы. Газ, які атрымаўся, ён назваў дэфлягістанаваным паветрам. Ён заўважыў, што ў гэтым газе полымя сьвечкі зырчэйшае, а мышы жывуць даўжэй. Паспрабаваўшы ўдыхнуць газ, Прыстлі потым пісаў: «Пачуцьцё ў маіх лёгкіх амаль не адрозьнівалася ад звычайнага, але некаторы час пасьля я адчуваў асаблівую лёгкасьць».

Вядомы францускі хімік Антуан Лоран Лявуазье пасьля сьцьвярджаў, што атрымаў газ самастойна. Тым ня менш, у 1774 Прыстлі распавядаў Лявуазье пра свае досьведы. Шэеле таксама дасылаў яму ліст, ў якім апісваў новае рэчыва, але Лявуазье сьцьвярджаў, што ніколі гэты ліст не атрымліваў (Копія ліста была знойдзеная ў Шэеле пасьля яго сьмерці).

### Унёсак Лявуазье
Тое, што Лявуазье неаспрэчна зрабіў — колькасныя досьведы пра затляненьне і першае правільнае абгрунтаваньне працэсу гарэньня. Ён выкарыстаў вынікі досьведаў, каб зьняпраўдзіць тэорыю флягістону і пацьвердзіць, што рэчыва, адкрытае Дж. Прыстлі і К. Шэеле — самастойны элемэнт.

У адным з досьведаў Лявуазье адзначыў, што калі цыну грэць з паветрам у ізаляваным кантэйнэры, павялічэньня агульнае вагі няма. Калі пасудзіну адкрыў, струмень паветра рэзка кінуўся ўсярэдзіну. Гэта значыць, што частка паветра паглынаецца цынаю. Вага цьвёрдае часткі сапраўды павялічылася, роўна настолькі, колькі паветра ўвайшло пасьля. Вынікі экспэрымэнтаў былі апублікаваныя ў артыкуле *Sur la combustion en général*, 1777, у якім Лявуазье сьцьвярджае, што паветра — сумесь двух газаў, азоту (ад грэц. безжыцьцёвы) і «Жыцьцёвага паветра».

## Узысканьне
100 мільёнаў тонаў тлену за год атрымліваюць з дапамогаю двух мэтадаў. Гэта фракцыйная дыстыляцыя і абсорбцыя азоту на «малекулярным цэдалю» цэаліту. У першым выпадку атрымліваюць вадкі тлен. У апошнім выпадку чысьціня тлену дасягае 90—93%.

Тлен таксама атрымліваецца пад электролізам вады. Падобны мэтад узысканьня — электракаталітычны, з тленьнікаў і кісьляў, якія ўтрымоўваюць тлен. Атрымаць тлен можна раскладаньнем рэчываў. Некаторыя з гэтых рэакцыяў выкарыстоўваюцца ў хімічных крыніцах тлену на падводных чоўнах, грамадзянскіх самалётах.

Кошт тлену складае 1,75 даляраў ЗША на м³. Асноўная частка кошту — энэргія, якая патрэбная на звадкаваньне паветра, таму ён будзе прывязаны да кошту электрычнасьці.

## Ужыцьцё
У мэдыцыне тлен стала выкарыстоўваецца для аблягчэньня дыханьня. У прамысловасьці найбольшае прымяненьне тлен мае ў працы доменных пячэй.

## Хімічныя злучэньні
У большасьці злучэньняў ступень затляненьня тлену −2, таксама сустракаецца −1 — у надтленьніках, −1/2 у супэртленьніках, −1/3 у азанідах, +1/2 — іён O2+, +1 — фтарыд дытлену; +2 — фтарыд тлену.

### Неарганічныя злучэньні
Вада зьяўляецца тленьнікам вадароду, гэта найбольш вядомае злучэньне тлену. Паміж малекуламі рэчыва існуе вадародавая сувязь з энэргіяй каля 23,1 кДж/моль на атам вадароду. Гэта павялічвае шчыльнасьць малекулаў на 15% у параўнаньні з тым, што можна чакаць з простага Ван-дэр-Ваальсаўскага ўзаемадзеяньня, а таксама спрыяе зьніжэньню тэмпэратуры кіпеньня.

З-за сваёй высокай электраадмоўнасьці тлен утварае сувязі амаль з усімі хімічнымі элемэнтамі, атрымліваючы тленьнікі. Некаторыя мэталы, у прыватнасьці тытан і алюмін, затляняюцца ў паветры, ствараючы на паверхні корку тленьніку, і гэта спыняе іх карозію. Некаторыя тленьнікі маюць нестэхіямэтрычны склад, напрыклад формулу FeO трэба пісаць як Fe1-xO, дзе x звычайна каля 0.05.

Тлен прысутнічае ў атмасфэры ў выглядзе бітленьніку вуглю (CO2). У склад горных пародаў ўваходзіць вялікая колькасьць тленьнікаў алюміну й крэмну, жалеза, а таксама вапняк. Астатняя частка зямной кары — таксама тленаўтрымліваючыя злучэньні, у прыватнасьці складаныя сылікаты. Мантыя зямлі, маючы істотна большую масу, складаецца галоўным чынам зь сылікатаў магну й жалеза.

Сылікаты, якія рашчыняюцца ў вадзе, выкарыстоўваюцца ў якасьці клеяў і дэтэргэнтаў.

Малекулярны тлен можа быць лігандам для пераходных мэталаў. Вядомы таму прыклад — гэмавыя бялкі, у прыватнасьці гэмаглябін і міяглябін.

### Арганічныя злучэньні
Найбольш важныя клясы арганічных рэчываў, якія зьмяшчаюць тлен, гэта сьпірты (R—OH), простыя этэры (R—О—R); кетоны (R—CO—R); альдэгіды (R—CO—H); арганічныя кісьлі (R—COOH); складаныя этэры (R—COO—R); кісьлятворы (R—CO—O—CO—R); аміды (R—C(O)—NR2). Вялікая колькасьць распаўсюджаных арганічных рашчыньнікаў маюць у складзе тлен: ацэтон, мэтаноль, этаноль, прапаноль, фуран, ТГФ, дыэтылявы этэр, этылявы этэр воцатнае кісьлі, ДМФ, ДМСО, воцатная кісьля, мэтанавая кісьля. Іншыя істотныя рэчывы: гліцэрын, фармальдэгід, цытрынавая кісьля, воцатны кісьлятвор, ацэтамід.

Элемэнт знаходзіцца амаль ва ўсіх біямалекулах, неабходных для жыцьця. Няшмат складаных біямалекулаў (такіх, як сквален і каратын) ня маюць тлену. З усіх найбольш значных для жыцьця арганічных малекул, больш за ўсё тлену (паводле масы) ў вугляводах. Таксама тлен ёсьць у фасфатах PO43- і малекулах АТФ і АДФ, крыніцах энэргіі, у ланцугах ДНК, у костках жывёлаў (фасфат кальцу).

## Бясьпека
Стандарт NFPA 704 вызначае, што сьціснуты тлен бясьпечны для здароўя, не гарыць, малаактыўны, але моцны затляняльнік. Вадкі тлен у нізкай тэмпэратуры атрымаў кляс небясьпечнасьці 3. Астатнія формы тлену атрымалі гэтую ж самую ацэнку.

### Атрутнасьць
Тлен робіцца таксічным для чалавека, калі парцыяльны ціск яго павышаны. Гэта можа прывесьці да курчаў і іншых праблемаў са здароўем. Ніжняя мяжа атрутнасьці — каля 50 кіляпаскаляў, то бок 50% ў паветры пад стандартным ціскам, альбо 2.5 нармальных парцыяльных ціскаў пры 0 м над ўзроўнем мора. Гэта ня робіцца праблемай для пацыентаў, якім патрэбна штучная вэнтыляцыя, бо той газ, які трапляе ў тленавыя маскі, ўтрымлівае 30—50% тлену (каля 30 кПа пад стандартным ціскам).

Дыханьне чыстым O2 ў галіне касьмічнае тэхнікі (скафандры й раней — некаторыя касьмічныя караблі) таксама ня шкодзіць арганізму чалавека, бо там выкарыстоўваецца нізкі агульны ціск. Парцыяльны ціск тлену дасягае 30 кПа, каля 1.4 ад нормы, таму ў крыві касманаўтаў колькасьць тлену нязначна большая за колькасьць тлену ў крыві чалавека ў атмасфэры зямлі.

Атрутнасьць тлену мае быць значнай для дайвэраў. Працяглае дыханьне тленам з парцыяльным ціскам болей за 60 кПа можа прывесьці да пнэўмасклерозу, зь ціскам 160 кПа — да курчаў, якія для дайвэраў сьмяротна небясьпечныя. Настолькі таксічным можы быць тлен са звычайнай аб’ёмнай часткай — 21% — на глыбіні 66 м, гэты жа вынік выклікае дыханьне 100% тленам на глыбіні 6 м.

### Вогненебясьпечнасьць
Высокая канцэнтрацыя тлену ў паветры спрыяе гарэньню. Калі крыніца тлену знаходзіцца каля добрых аднаўляльнікаў, існуе небясьпека пажараў. Тлен пры гэтым ня паліва, а затляняльнік. Надтленьнікі, хляраты, нітраты, біхраматы, надхляраты таксама моцныя затляняльнікі, яны могуць падпаліць арганічныя рэчывы. Сталёвыя трубы й танкеры, у якіх захоўваецца ці транспартуецца тлен, могуць загарэцца, таму іх вытворчасьць патрабуе спэцыяльнай падрыхтоўкі, каб мінімізаваць магчымасьць падпальваньня. Разьліты вадкі тлен, увабраўшыся ў арганічныя рэчывы й матэрыялы (дрэва, нафтапрадукты, асфальт і інш.) можа прывесьці да выбуху. Акрамя гэтага, крыягенны вадкі тлен выклікае абмаражэньне.

## Глядзіце таксама
* Кіслародны кактэйль

## Крыніцы

## Вонкавыя спасылкі

* Тлен на сайце Webelements 
* Тлен. Уласьцівасьці і выкарыстаньне 
* Тлен на BBC


Катэгорыя:Вікіпэдыя:Істотныя артыкулы