Oxy và nước – P1

Vại trò của oxy và nước đối với sức khỏe và môi trường sống

Oxy là nguyên tố dồi dào nhất trên trái đất. Ôxy tồn tại dưới dạng O2 và O3 (ôzôn), và có trong một số hợp chất bao gồm cả phân tử nước. Nó có thể được tìm thấy hòa tan trong nước dưới dạng các phân tử O2. Do đó, hàm lượng oxy trong nước biển là 85,7%.

Oxi phản ứng với nước theo cách nào và ở dạng nào?

Khí oxi không phản ứng với nước. Nó hòa tan trong nước và hoạt động như một chất oxy hóa:

O2 + 2 H2O + 4 e- -> 4 OH-

Oxy có thể oxy hóa chất hữu cơ. Về cơ bản đây là một quá trình sinh học. Mỗi hợp chất riêng biệt có một cơ chế phản ứng có thể được mô tả bằng sự cân bằng electron. Các ví dụ được đưa ra dưới đây (không bao gồm H2O):

Fe2 + + 0,25 O2 -> Fe (OH) 3 + 2,5 H +
Mn2 + + O2 -> MnO2 + 2 H +
NH4 + + 2 O2 -> NO3- + 6 H +
CH4 + 2 O2 -> CO2 + 4 H +

Các cơ chế này cho thấy amoni và metan sử dụng một lượng lớn oxy, và kết quả là các phản ứng oxy hóa tạo thành lượng axit cao hơn hoặc thấp hơn. Ở điều kiện thường axit trong nước phản ứng với HCO3-, tạo thành CO2.
Nguyên tử oxy rất dễ phản ứng và tạo thành oxit với hầu như tất cả các nguyên tố khác, ngoại trừ heli, neon, argon và krypton. Ngoài ra còn có một lượng lớn các hợp chất phản ứng với nước.

Độ hòa tan của oxy và các hợp chất của oxy

Độ hòa tan trong nước của oxy ở 25oC và áp suất = 1 bar là 40 mg / L nước. Trong không khí có thành phần bình thường, áp suất riêng phần của oxy là 0,2 atm. Điều này dẫn đến việc giải thể 40. 0,2 = 8 mg O2 / L trong nước tiếp xúc với không khí.
Độ hòa tan trong oxy phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ và giảm ở nhiệt độ cao hơn. Độ hòa tan oxy có tương quan nghịch với lượng chất rắn hòa tan. Do đó, độ hòa tan oxy trong nước ngọt vượt quá độ hòa tan trong nước biển 1-3 mg / L, tùy thuộc vào nhiệt độ.
Hằng số bão hòa ở sông và hồ ở miền núi thường thấp hơn ở đồng bằng, vì nó phụ thuộc vào áp suất.

Tại sao oxy có trong nước?

Như đã mô tả trước đó, oxy hòa tan tự nhiên khi nước tiếp xúc với không khí. Oxy cũng được áp dụng cho mục đích thương mại. Đối với các mục đích công nghiệp, nguyên tố này được khai thác từ không khí khoảng 100 triệu tấn hàng năm. Trong tổng số lượng, 55% được sử dụng trong sản xuất thép, 25% được sử dụng trong các ngành công nghiệp hóa chất, và phần còn lại được sử dụng trong bệnh viện, để khởi động tên lửa và cắt kim loại. Trong các ngành công nghiệp hóa học, phản ứng của oxy và etylen được áp dụng, và oxit etylen tạo thành được ứng dụng làm chất chống đông và polyester. Oxy có tính phản ứng cao, do đó có thể được sử dụng để phân hủy các chất độc hại. Nó cũng có thể được áp dụng như một chất tẩy trắng. Ôxy trong các hợp chất ôzôn được sử dụng để khử trùng nước uống. Nước không bị ô nhiễm bởi oxy khi nó được sử dụng trong công nghiệp.

Oxy trong nước có những tác dụng gì đối với môi trường?

Oxi oxi hóa các chất khác. Điều này xảy ra ví dụ trong các đám cháy, nhưng cũng xảy ra trong các sinh vật, trong quá trình tiêu diệt vi khuẩn và trong quá trình chuyển đổi kim loại.
Tất cả các loài thực vật và động vật đều cần oxy để thở. Oxy rất cần thiết, vì nó là một phần của DNA và hầu như tất cả các hợp chất khác có ý nghĩa sinh học. Trong phổi oxy liên kết với các nguyên tử sắt; yếu tố trung tâm của huyết sắc tố. Tổng cộng 200 cm3 oxy có thể hòa tan trong máu theo cơ chế này, một lượng rõ ràng vượt quá lượng hòa tan trong nước. Cùng với năng lượng dự trữ oxy gây ra hoạt động cơ bắp và sản sinh nhiệt. Quá trình này giải phóng carbon dioxide, được thải ra và sau đó được thực vật hấp thụ. Thực vật tạo ra oxy bổ sung trong quá trình quang hợp. Thực vật chứa từ 4,1 đến 4,4% oxy (khối lượng khô).
Oxy hòa tan là một yếu tố quan trọng quyết định sự ổn định của nước và sự tồn tại của các sinh vật nước. Các vi sinh vật có thể phân hủy các chất hữu cơ trong nước bằng oxy. Ứng dụng oxy trên một đơn vị thời gian được chỉ ra bởi BOD (Nhu cầu oxy sinh hóa). Các chất ô nhiễm hữu cơ có thể ảnh hưởng tiêu cực đến các sinh vật nước, vì chúng làm giảm BOD. Ô nhiễm nhiệt gây ra vấn đề tương tự, bởi vì khả năng hòa tan oxy thấp hơn trong nước ấm hơn. Đây có thể là hậu quả của việc xả nước làm mát trên các vùng nước bề mặt.
Trong các hồ phú dưỡng và các vùng biển tương đối kín, nồng độ oxy giảm mạnh theo độ sâu. Trong một số trường hợp, các điều kiện thậm chí có thể là yếm khí. Các ví dụ tự nhiên về ảnh hưởng của nhiệt độ đến nồng độ oxy trong nước và tác động đến môi trường là sự thay đổi nhiệt độ theo mùa trong hồ. Vào mùa đông, nước có cùng nhiệt độ và nồng độ oxy ở mọi nơi. Vào mùa hè, nước ở các lớp bề mặt ấm hơn nước sâu hơn, dẫn đến khả năng hòa tan oxy thấp hơn. Tảo và thực vật ở các lớp bề mặt hoạt động trái ngược nhau. Chúng tạo ra một lượng lớn oxy ở nhiệt độ cao, khiến nước trở nên bão hòa oxy. Những loài thực vật này chết đi khá nhanh và bị phân hủy bởi các vi sinh vật sử dụng oxy, hiện có nhiều trong các lớp bề mặt của nguồn nước. Tuy nhiên, các chất hữu cơ thường lắng đọng và đọng lại dưới đáy thủy vực dưới dạng cặn. Điều này có thể gây ra sự thiếu hụt oxy do phân hủy. Khi một trạng thái cân bằng sinh thái được thiết lập trong các hồ, những vấn đề này có thể được giải quyết. Tuy nhiên, khi xả thải, bón phân quá mức, vv bổ sung chất dinh dưỡng phải phân hủy và làm tăng sự nở hoa của tảo, nồng độ oxy có thể giảm đến mức không có sinh vật nào sống sót. Hiện tượng này thường được gọi là hiện tượng phú dưỡng (eutrophic = giàu dinh dưỡng, oligotrophic = nghèo dinh dưỡng). Nồng độ oxy tới hạn cho cá đạt được là 4 mg O2 / L nước.
Vì oxy O2 tinh khiết thường không được giải phóng với số lượng có thể gây nguy hiểm cho bất kỳ sinh vật hiếu khí nào. Về mặt lý thuyết, nồng độ như vậy có thể đạt được và áp suất riêng phần tới hạn khác nhau ở mỗi loài.
Nguyên tử oxy có thể được tìm thấy trong một số hợp chất hữu cơ và vô cơ độc hại. Các hợp chất độc hại là các siêu oxit và peroxit. Một số chất độc hại trong điều kiện ôxy thấp trong nước, do quá trình hô hấp của sinh vật tăng lên và do đó các chất được hấp thụ nhanh hơn. Đối với sinh vật kỵ khí bắt buộc, nồng độ oxy cao sẽ gây độc.
Ozone là một chất gây ô nhiễm môi trường khi nó tồn tại trong tầng đối lưu. Trong tầng bình lưu, nó có chức năng như một lớp bảo vệ phản xạ bức xạ tia cực tím mặt trời. Nếu không có tầng ôzôn này, sự sống trên trái đất là không thể. Một số loài thực vật nhạy cảm với nồng độ ôzôn cao trong không khí. Đây không phải là các triệu chứng căng thẳng có thể nhìn thấy, mà là những hạn chế về tăng trưởng.
Oxy có ba đồng vị ổn định và năm đồng vị không ổn định.