Кислород — важнейший для жизни на Земле газ

Основные методы оксигенотерапии

В зависимости от пути введения кислорода оксигенотерапию разделяют на два основных вида: ингаляционную (легочную, в том числе комбинированную гипер-гипокситерапию) и неингаляционную.

Ингаляционная кислородная терапия включает все способы введения кислорода в легкие через дыхательные пути (масочная, интраназальная, пассивная).

Неингаляционная кислородная терапия объединяет все внелегочные способы введения кислорода – энтеральный, внутрисосудистый, подкожный, внутриполостной, внутрисуставной, накожный (общие и местные кислородные ванны, оксимезотерапия, кислородная космецевтика, кислородные спа-капсулы).

Биологическая роль кислорода

Живые существа дышат кислородом воздуха. Широко используется кислород в медицине. При сердечно-сосудистых заболеваниях, для улучшения обменных процессов, в желудок вводят кислородную пену («кислородный коктейль»). Подкожное введение кислорода используют при трофических язвах, слоновости, гангрене и других серьёзных заболеваниях.

В медицине

Кислород используется для обогащения дыхательных газовых смесей при нарушении дыхания, для лечения астмы, в виде кислородных коктейлей, кислородных подушек и т. д.

В металлургии

Конвертерный способ производства стали связан с применением кислорода.

В пищевой промышленности

В пищевой промышленности кислород зарегистрирован в качестве пищевой добавки E948, как пропеллент и упаковочный газ.

Изотопы кислорода

Кислород имеет три устойчивых изотопа: 16О, 17О и 18О, среднее содержание которых составляет соответственно 99,759 %, 0,037% и 0,204% от общего числа атомов кислорода на Земле. Резкое преобладание в смеси изотопов наиболее легкого из них 16О связано с тем, что ядро атома 16О состоит из 8 протонов и 8 нейтронов. А такие ядра, как следует из теории строения атомного ядра, обладают особой устойчивостью.

Имеются радиоактивные изотопы 11О, 13О, 14О (период полураспада 74 сек), 15О (Т1/2=2,1 мин), 19О (Т1/2=29,4 сек), 20О (противоречивые данные по периоду полураспада от 10 мин до 150 лет).

История открытия

Официально считается, что кислород был открыт английским химиком Джозефом Пристли первого августа 1774 года путём разложения оксида ртути в герметично закрытом сосуде (Пристли направлял на это соединение солнечные лучи с помощью мощной линзы).

2HgO (t) → 2Hg  O₂↑

Однако Пристли первоначально не понял, что открыл новое простое вещество, он считал, что выделил одну из составных частей воздуха (и назвал этот газ «дефлогистированным воздухом»). О своём открытии Пристли сообщил выдающемуся французскому химику Антуану Лавуазье.

Несколькими годами ранее (в 1771 году) кислород получил шведский химик Карл Шееле. Он прокаливал селитру с серной кислотой и затем разлагал получившийся оксид азота. Шееле назвал этот газ «огненным воздухом» и описал своё открытие в изданной в 1777 году книге (именно потому, что книга опубликована позже, чем сообщил о своём открытии Пристли, последний и считается первооткрывателем кислорода). Шееле также сообщил о своём опыте Лавуазье.

Важным этапом, который способствовал открытию кислорода, были работы французского химика Петра Байена, который опубликовал работы по окислению ртути и последующему разложению её оксида.

Наконец, окончательно разобрался в природе полученного газа А. Лавуазье, воспользовавшийся информацией от Пристли и Шееле. Его работа имела громадное значение, потому что благодаря ей была ниспровергнута господствовавшая в то время и тормозившая развитие химии флогистонная теория.

Лавуазье провел опыт по сжиганию различных веществ и опроверг теорию флогистона, опубликовав результаты по весу сожженных элементов. Вес золы превышал первоначальный вес элемента, что дало Лавуазье право утверждать, что при горении происходит химическая реакция (окисление) вещества, в связи с этим масса исходного вещества увеличивается, что опровергает теорию флогистона.

Таким образом, заслугу открытия кислорода фактически делят между собой Пристли, Шееле и Лавуазье.

Кислород: потребности и скрытые риски

Кислород – основной биогенный элемент, входящий в состав молекул всех важнейших веществ, которые обеспечивают структуру и функции клеток белков, углеводов, липидов, нуклеиновых кислот, а также множества низкомолекулярных соединений, основных неорганических соединений, входящих в состав оболочек клеток, зубов и костей; элемент, участвующий во всех энергетических процессах организма, обеспечивающий его нормальную жизнедеятельность.

Для нормальной работы организма человека нужно, чтобы в воздухе было порядка 21% кислорода. Однако вмегаполисах его количество снижается, при этом одновременно увеличивается количество оксидов углерода – угарного и углекислого газа (например, количество последнего в ХХ веке увеличилось с 1 до 2,5%).

Кислород для живого человека является главной причиной и жизни, и старения. Циркулируя в организме, кислород обновляет наши клетки и органы, освежает наше тело и разум. Сегодня люди во всем мире начинают понимать, какой волшебной силой он обладает.

Головная боль, неспособность сосредоточиться, общая слабость, затекшие плечи, проблемы с кожей, усталость по утрам, непреодолимая слабость, депрессивное состояние, раздражительность, бессонница, развитие фобий (обострение чувства страха, подавленности и т. д.), повышенная восприимчивость к инфекциям – все это последствия затяжного кислородного голодания.

90% жизненной энергии человеческий организм получает, используя молекулярный кислород. В нормальных условиях это очень активный газ, не ощутимый органами чувств человека (то есть не имеющий запаха, вкуса или цвета). Молекула кислорода обычно двухатомная (О2), реже трехатомная (О3); такое молекулярное состояние кислорода называют озоном, этот газ обладает специфическим запахом).

Измерения импульсов головного мозга показывают, что люди, вдыхающие воздух с достаточным содержанием кислорода (не менее 21% и выше), чувствуют себя гораздо лучше, чем люди, дышащие воздухом с более низким содержанием кислорода. Если человеку дать немногоподышать кислородом (15–20 минут), то это вызовет состояние повышенной бодрости и энергии.

Однако чрезмерное поступление кислорода тоже опасно. Этот элемент довольно реактивен, он является составной частью сотен тысяч органических соединений. То есть длительное воздействие больших доз кислорода губительно для организма человека, так как в результате возникает отравление нервной системы, что проявляется в судорогах, параличе и остановке дыхания.

Если воздух будет состоять на 40% из кислорода, то атмосфера станет взрывоопасна, так что принцип дозированности («все – яд, и все – лекарство») даже в случае кислорода является главенствующим.

Положительное влияние кислорода на организм (при его полноценном кислородном обеспечении):• нормализация работы внутренних органов, активизация процессов обмена веществ;• усиление физической и сексуальной активности, восполнение недостатка энергии;• стимулирование умственной деятельности, повышение работоспособности головного мозга, улучшение памяти и нормализация концентрации внимания;• укрепление иммунитета и повышение устойчивости организма к развитию болезней;• расширение адаптивных возможностей организма;• полноценное умственное и физическое развитие детей;• заметное улучшение состояниякожи;• замедление процессов старения;• нормализация веса;• выведение из организма токсинов и шлаков;• регенерация организма, восстановление поврежденных органов и тканей;• избавление от головной боли, мигрени, депрессии, бессонницы;• быстрое восстановление сил даже при недостаточном количестве сна;• нормализация работы нервной системы после эмоциональных перегрузок, стрессов;• быстрое снятие похмельного синдрома;• снижение вреда, наносимого курением, употреблением алкоголя и неправильным питанием;• помощь в лечении и профилактике инфаркта миокарда и инсульта, болезней кровеносных сосудов, кислородной недостаточности сердечноймышцы, мозга, конечностей, хронического воспаления печени, хронического бронхита, астмы, острой и хронической дыхательной недостаточности, эмфиземы, пневмоний и всех болезней, ослабляющих способность организма принимать и использовать кислород, а также эпилепсии, рассеянного склероза,сахарного диабета.

Таким образом, полноценное обеспечение организма кислородом восстанавливает и поддерживает здоровье на высоком уровне, помогает быть счастливыми и красивыми. Словом, кислород – это сама жизнь. Нет кислорода – и каждая клетка человеческого организма страдает отнедостатка энергии.

Источник большинства проблем – избыточного веса, слабого состояния здоровья, пониженной активности, хронической утомляемости – недостаток содержания кислорода в воздухе, которым мы дышим. И на клетках кожи это отражается в первую очередь, ведь она активно участвует в газообмене и дыхании.

Кислородная ингаляция

Проводится через назальный ингалятор либо маску, активизирует процессы метаболизма в организме, а благодаря комбинированному воздействию с индивидуально подобранным ароматическим маслом клиент ощущает покой каждой клеточкой. При помощи кислородной ингаляции происходит детоксикация организма, он очищается от вредных воздействий окружающей среды.

Кислородная мезотерапия

Эту процедуру также называют оксимезотерапий, оксипункцией, оксимезоорошением. Эта процедура используется как альтернатива инъекциям, абсолютно безболезненна и приятна. Направленная струя кислорода создает эффект легкого воздушного массажа, происходит лифтинг и стимуляция дыхания клеток, улучшается кровообращение, обмен веществ, повышается тонус, улучшается цвет кожи.

Современные аппараты позволяют распылять в кислородном потоке различные активные сыворотки и лечебные составы, обогащенные полезнымивеществами. Во время процедуры на кожу наносятся специальные композиции, подбираемые индивидуально, исходя из того, какую проблему необходимо устранить (акне, гиперпигментация, морщины, проблемная кожа: шелушение, воспаление, зуд и т. д.).

Под давлением кислорода происходит введение полезных веществ в кожу и эти вещества в течение некоторого времени сохраняются в кожном депо, расходуясь по необходимости. Кожа постепенно питается, увлажняется и восстанавливается изнутри. Ускоряется регенерация кожи после пластических операций, пилингов, лазерных шлифовок и дермабразий.

Кислородная микродермабразия

Во время этой процедуры используется комплекс из микрокристаллов оксида алюминия и кислорода для щадящего пилинга кожи рук, тела, лица.

Кислородные ванны

Оксигенотерапия, оксигипертермия в спа-капсулах, жемчужные ванны – это прекрасный способ расслабиться, отпустить все проблемы и заботы рабочих будней. Во время процедуры происходит насыщение кожи кислородом, улучшается микроциркуляция, происходит стимулирование регенерации клеток кожи, усиление процессов метаболизма, нормализуется артериальное давление, поднимаетсяжизненный тонус, улучшается аппетит.

В кислородных жемчужных ваннах можно использовать водопроводную, термальную или морскую воду, в которую добавляют молочные протеины, ароматические масла и другие полезные ингредиенты. Кислородные ванны изучались как средство терапии при сердечно-сосудистых заболеваниях с акцентом на действие при гипертонической болезни.

После того как былоустановлено активное воздействие на больных гипертонией не только при ингаляционном применении кислорода, но и при его значительно меньших количествах – при введении под кожу, началось изучение возможности использования введения кислорода при приеме кислородных ванн.

Кислородные коктейли

Примечательно, что через желудок кислород всасывается в 10 раз активнее, чем через легкие, поэтому ученые всего мира ищут самые разные возможности употребления кислорода в пи щу. И кислородный коктейль – один из самых популярных методов кислородной терапии, предоставляющий возможность подпитать организм не только кислородом, но и различными полезными витаминами и микроэлементами. Кислородные коктейли рекомендованы всем, у кого нет возможности совершать многочасовые прогулки на природе.

Кислородные спа-капсулы

Это оборудование, как правило, используют для детоксикации и оздоровления организма, а также для коррекции фигуры. В спортивной медицине отлично себя зарекомендовала оксигенотерапия на этапе реабилитации. Лечебный эффект достигается благодаря сочетанию кислорода определенной концентрации, специальных препаратов, которые наносятся на кожу, и варьируемой температуры (оксигипертермия).

Благодаря капсуле кислород и активные вещества, нанесенные на кожу локальными аппликациями, быстрее проникаютв глубокие слои дермы, кровеносную и лимфатическую системы. Кровь, обогащенная кислородом, начинает активнее циркулировать, благодаря чему происходит детоксикация и омоложение организма, ускорение регенерации кожи.

Кислородосодержащие косметические средства

Сыворотки, кремы и т. д. восстанавливают и омолаживают кожу, обеспечивая клеткам доступ кислорода и активизируя их работу. Кислородосодержащие маски позволяют защитить кожу от негативных воздействий окружающей среды, повышают жизнеспособность клеток, активнее происходит вывод токсинов, проходят раздражения, улучшаются процессы дыхания клеток, а кожа становится гладкой, шелковистой и упругой.

Кислородотерапия: вчера и сегодня

Естественный способ избавиться от гипоксии – повысить количество кислорода в организме. Впервые использовать полезные свойства кислорода в медицинских целях начали еще в конце XIX века, и с тех пор процессы воздействия кислорода на человеческий организм изучались в различных направлениях медицины.

Сегодня это не просто «воздух» – кислород можно встретить в жидком и даже в твердом виде. Лучшие ученые мира ставили различные эксперименты и проводили исследования, вследствие чего было создано отдельное направление медицины – кислородотерапия (оксигенотерапия).

Физиологическое действие оксигенотерапии многогранно. Она обладает целым рядом преимуществ, поскольку не только укрепляет организм и продлевает активные годы жизни. В отличие от большинства современных лечебных методик кислородотерапия совершенно безопасна, поскольку кислород практически не имеет противопоказаний и не вызывает аллергических реакций, может использоваться даже детьми, беременными женщинами и пожилыми людьми.

Многие косметические кислородные процедуры равнозначны полноценной прогулке на природе. Их целью является ликвидация «задолженности кислорода перед организмом» и, как итог, общее улучшение самочувствия и более быстрое достижение результата в решении медико-эстетических аспектов.

Сегодня кислородная терапия стала очень популярной: появились кислородные бары, коктейли, косметические средства… С помощью современного кислородного оборудования полученный чистый кислород эффективно используют для косметических целей, а также в борьбе с лишними килограммами, целлюлитом в различных формах, келоидными рубцами, растяжками и общим старением кожи.

Ксения казимирова, руководитель учебно-методического центра «альфа-спа»,к. м. н., врач дерматокосметолог

* Статья частично сокращена. Иллюстрации, графики и таблицы смотрите в PDF-версии.

Нахождение в природе

Кислород — самый распространенный на Земле элемент, на его долю (в составе различных соединений, главным образом силикатов), приходится около 47,4 % массы твердой земной коры. Морские и пресные воды содержат огромное количество связанного кислорода — 88,8 %(по массе), в атмосфере содержание свободного кислорода составляет 20,95 % по объёму и 23,12 % по массе. Более 1500 соединений земной коры в своем составе содержат кислород.

Кислород входит в состав многих органических веществ и присутствует во всех живых клетках. По числу атомов в живых клетках он составляет около 25 %, по массовой доле — около 65 %.

Озоно-кислородная терапия

Озоно-кислородная смесь (медицинский озон) применяется местно и системно. Воздействие озона на организм довольно многогранно:• улучшается метаболизм протеинов;• стимулируется утилизация глюкозы клетками;• улучшается кислородный метаболизм в эритроцитах за счет повышенного использования глюкозы, распада жирных кислот, а также в результате активации энзимов, ингибирующих производство пероксидов и свободных радикалов

Сильный дезинфицирующий эффект озона при местном применении и его системное антибактериальное и антивирусное действие обусловливают его мощную фунгицидную (противогрибковую) силу и способность инактивации вирусов за счет окисления микроорганизмов. Антисептическое действие озона осуществляется за счет образования молекулы с мощными окислительными способностями.

Также применение озоно-кислородной терапии увеличивает 2,3-ди-фосфоглицерат, ответственный за высвобождение кислорода в ткани,в результате чего улучшается кровоток. Такой вид терапии назначается в случае нарушений артериального и венозного кровообращения, при лечении пролежней и хронических язв, а также с целью быстрого и эффективного заживления ран.

Получение

В настоящее время в промышленности кислород получают из воздуха. В лабораториях пользуются кислородом промышленного производства, поставляемым в стальных баллонах под давлением около 15 МПа. Важнейшим лабораторным способом его получения служит электролиз водных растворов щелочей.

Небольшие количества кислорода можно также получать взаимодействием раствора перманганата калия с подкисленным раствором пероксида водорода. Также хорошо известны и успешно применяются в промышленности кислородные установки, работающие на основе мембранной и азотной технологий.

2KMnO4 → K2MnO4  MnO2  O2↑

В лабораторных условиях получают также каталитическим разложением пероксида водорода Н2О2:

2Н2О2 → 2Н2О  О2↑

Катализатором является диоксид марганца (MnO2) или кусочек сырых овощей (в них содержатся ферменты, ускоряющие разложение пероксида водорода).

Кислород можно также получить каталитическим разложением хлората калия (бертолетовой соли) KClO3:

2KClO3 → 2KCl  3O2↑

Катализатором также выступает MnO2.

Применение кислорода

Широкое промышленное применение кислорода началось в середине XX века, после изобретения турбодетандеров — устройств для сжижения и разделения жидкого воздуха.

Проблема мегаполисов

Кислородная терапия – это один из самых новых и модных, но при этом абсолютно безопасных, эффективных и просто приятных методов оздоровления. При правильном назначении она не имеет побочных действий и подходит всем. Регулярное применение кислородных процедур укрепляет иммунитет, помогает нормализовать работу нервной и сердечно-сосудистой системы, устраняет синдром хронической усталости, активизирует обмен веществ и повышает работоспособность.

Дешевле следить за здоровьем, чем тратить деньги на его восстановление. Особенно сейчас, когда информационные потоки зашкаливают, нагрузки растут день ото дня и условия цейтнота регулярно истощают не только нервную систему, но и весь организм в целом.

Что же делать, чтобы держать себя в тонусе в течение всего года? Выход есть! Всю жизнь мы зависим от кислорода. Без него мы не смогли бы дышать, а значит, и жить. Спрос, как ожидается, будет расти.

* Статья частично сокращена. Иллюстрации, графики и таблицы смотрите в PDF-публикации.

Происхождение названия

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» (l’oxygène), предложенного А.

Лавуазье (греческое όξύγενναω от ὀξύς — «кислый» и γενναω — «рождаю»), который переводится как «порождающий кислоту», что связано с первоначальным значением его — «кислота», ранее подразумевавшим окислы, именуемые по современной международной номенклатуре оксидами.

Ракетное топливо

В качестве окислителя для ракетного топлива применяется жидкий кислород, пероксид водорода, азотная кислота и другие богатые кислородом соединения. Смесь жидкого кислорода и жидкого озона — один из самых мощных окислителей ракетного топлива (удельный импульс смеси водород — озон превышает удельный импульс для пары водород-фтор и водород-фторид кислорода).

Сварка и резка металлов

Кислород в баллонах широко используется для газопламенной резки и сварки металлов.

Синглетно-кислородная терапия

Методики получения кислорода позволяют выделить еще одно направление – синглетно-кислородную терапию. В основе метода лежит биологическое действие ингаляции коктейля синглетнокислородной смеси, образующейся в результате активации воды ультрафиолетовым излучением.

Результатом применения является детоксикация организма, возобновление антиоксидантного состояния, нормализация потен-циала клеточных мембран и повышение биоэнергетического статуса клеток, стимуляция обменных и регенеративных процессов в тканях, снижение активности воспалительных явлений.

Сочетанный подход

Согласно физиологическим принципам, для решения распространенных эстетических проблем (коррекция фигуры, работа над качеством кожи лица и тела, да и просто профилактика нормальной работы организма) обязательной рекомендацией является включение в комплексные программы, наряду с детоксикацией и лимфодренажем, оксигенотерапии как основополагающей в восстановлении нормального функционирования органов и систем.

А в борьбе за стройность фигуры важно не только учитывать генетические и анатомические особенности, но и понимать, что ни один диетолог, дерматокосметолог или эстетист не смогли обойти первый закон термодинамики. А как следствие, все энергозатратныеи обменные процессы протекают в присутствии кислорода и при его участии.

Массаж тела в сочетании с кислородной терапией дает потрясающие результаты в борьбе с целлюлитом. Кислород активирует в организмепроцессы, способствующие как сжиганию жиров в подкожно-жировой клетчатке, так и общему оздоровлению кожи, которая заметно разглаживается, уменьшаются растяжки, уходит дряблость.

Токсические производные кислорода

Некоторые производные кислорода (т. н. реактивные формы кислорода), такие как синглетный кислород, перекись водорода, супероксид, озон и гидроксильный радикал, являются высокотоксичными продуктами. Они образуются в процессе активирования или частичного восстановления кислорода.

Физические свойства

При нормальных условиях кислород это газ без цвета, вкуса и запаха. 1л его весит 1,429 г. Немного тяжелее воздуха. Слабо растворяется в воде (4,9 мл/100г при 0 °C, 2,09 мл/100г при 50 °C) и спирте (2,78 мл/100г при 25 °C). Хорошо растворяется в расплавленном серебре (22 объёма O2 в 1 объёме Ag при 961 °C). Является парамагнетиком.

При нагревании газообразного кислорода происходит его обратимая диссоциация на атомы: при 2000 °C — 0,03 %, при 2600 °C — 1 %, 4000 °C — 59 %, 6000 °C — 99,5 %.

Жидкий кислород (темп. кипения −182,98 °C) это бледно-голубая жидкость.

Твердый кислород (темп. плавления −218,79 °C) — синие кристаллы. Известны шесть кристаллических фаз, из которых три существуют при давлении в 1 атм.:

α-О2 — существует при температуре ниже 23,65 К; ярко-синие кристаллы относятся к моноклинной сингонии, параметры ячейки a=5,403 Å, b=3,429 Å, c=5,086 Å; β=132,53° .β-О2 — существует в интервале температур от 23,65 до 43,65 К; бледно-синие кристаллы (при повышении давления цвет переходит в розовый) имеют ромбоэдрическую решётку, параметры ячейки a=4,21 Å, α=46,25°.

Ещё три фазы образуются при высоких давлениях:δ-О2 интервал температур до 300 К и давление 6-10 ГПа, оранжевые кристаллы;ε-О2 давление от 10 и до 96 ГПа, цвет кристаллов от темно красного до чёрного, моноклинная сингония;

Химические свойства

Сильный окислитель, взаимодействует, практически, со всеми элементами, образуя оксиды. Степень окисления −2. Как правило, реакция окисления протекает с выделением тепла и ускоряется при повышении температуры. Пример реакций, протекающих при комнатной температуре:4K  O2 → 2K2O2Sr  O2 → 2SrO

Окисляет соединения, которые содержат элементы с не максимальной степенью окисления:2NO  O2 → 2NO2

Окисляет большинство органических соединений:CH3CH2OH  3O2 → 2CO2  3H2O

При определенных условиях можно провести мягкое окисление органического соединения:CH3CH2OH  O2 → CH3COOH  H2O

Кислород не окисляет Au и Pt, галогены и инертные газы.

Кислород образует пероксиды со степенью окисления −1.— Например, пероксиды получаются при сгорании щелочных металлов в кислороде:2Na  O2 → Na2O2

— Некоторые окислы поглощают кислород:2BaO  O2 → 2BaO2

— По принципам горения, разработанным А. Н. Бахом и К. О. Энглером, окисление происходит в две стадии с образованием промежуточного пероксидного соединения. Это промежуточное соединение можно выделить, например, при охлаждении пламени горящего водорода льдом, наряду с водой, образуется перекись водорода:H2  O2 → H2O2

Надпероксиды имеют степень окисления −1/2, то есть один электрон на два атома кислорода (ион O2-). Получают взаимодействием пероксидов с кислородом при повышенных давлениям и температуре:Na2O2  O2 → 2NaO2

Озониды содержат ион O3- со степенью окисления −1/3. Получают действием озона на гидроксиды щелочных металлов:КОН(тв.)  О3 → КО3  КОН  O2

Ион диоксигенил O2 имеет степень окисления 1/2. Получают по реакции:PtF6  O2 → O2PtF6

Фториды кислородаДифторид кислорода, OF2 степень окисления 2, получают пропусканием фтора через раствор щелочи:2F2  2NaOH → OF2  2NaF  H2O

Монофторид кислорода (Диоксидифторид), O2F2, нестабилен, степень окисления 1. Получают из смеси фтора с кислородом в тлеющем разряде при температуре −196 °C.

Пропуская тлеющий разряд через смесь фтора с кислородом при определенных давлении и температуре получаются смеси высших фторидов кислорода O3F2, О4F2, О5F2 и О6F2.