Открытие кислорода ознаменовало начало современного периода развития химии. С глубокой древности известно, что для горения необходим воздух, однако сотни лет процесс горения оставался непонятным. В современной истории фармации и истории химии считается, что кислород открыли почти одновременно два выдающихся химика второй половины XVIII века — швед Карл Шееле и англичанин Джозеф Пристли.
Первым получил кислород К. Шееле, но его работа «О воздухе и огне», в которой был описан этот газ, появилась несколько позднее, чем сообщение Д. Пристли. К. Шееле и Д. Пристли открыли новый элемент, но не поняли его роли в процессах горения и дыхания. До конца дней своих они оставались защитниками теории флогистона. Горение трактовалось как распад горючего тела с выделением флогистона, при котором каждое горючее вещество превращалось в негорючее.
Необходимость воздуха для горения сторонники флогистонной теории объясняли тем, что флогистон не просто исчезает при горении, а соединяется с воздухом или какой-либо, его частью. Если воздуха нет, то горение прекращается, потому что флогистону не с чем соединяться.
Освобождение химии от теории флогистона произошло в результате введения в химию точных методов исследования, начало которым было положено трудами М.В. Ломоносова. В течение трёх лет, начиная с 1745 года и до 1748 года, М.В. Ломоносов экспериментально доказал, что горение — это реакция соединения веществ с частицами воздуха.
Десять лет (1771-1781) были потрачены французским химиком Антуаном Лавуазье на подтверждение справедливости теории горения как химического взаимодействия различных веществ с кислородом. Приступая к изучению явлений горения и “обжигания” металлов, он писал: “Я предполагаю повторить все сделанное предшественниками, принимая всевозможные меры предосторожности, чтобы объединить уже известное о связанном или освобождающемся воздухе с другими фактами и дать новую теорию. Работы упомянутых авторов, если их рассматривать с этой точки зрения, дают мне отдельные звенья цепи. Но надо сделать очень многие опыты, чтобы получить полную последовательность”.
В другой реторте он разложил полученную в предыдущем опыте «ртутную окалину», получил ртуть и небольшой объём того газа, который Д. Пристли назвал «дефлогистированным воздухом». Именно Лавуазье сделал основополагающий вывод: сколько расходуется воздуха на превращение ртути в окалину, столько же и выделяется его вновь при разложении окалины.
Остаток воздуха в реторте, который не участвовал в реакции, стали называть «азотом», что означало «безжизненный». Газ, образовавшийся в результате разложения «ртутной окалины», проявлял противоположные азоту свойства, поддерживал дыхание и горение. Поэтому А. Лавуазье назвал его «жизненный».Позднее это название он заменил латинским словом «оксигенум», что в переводе на русский язык означало буквально «кислород». Итак, в 1777 году была выяснена сущность горения и кислородная теория горения пришла на смену флогистонной теории.
Кислород — основной биогенный элемент, входящий в состав молекул всех важнейших веществ, обеспечивающих структуру и функции клеток – это белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды, а также множество низкомолекулярных соединений. В каждом растении или животном кислорода гораздо больше, чем любого другого химического элемента (в среднем около 70%).
Химический элемент кислород образует два простых вещества – кислород (О2) и озон (О3), различающиеся по физическим свойствам. Кислород – это газ, не имеющий цвета и запаха, его молекула состоит из двух атомов, между которыми образуется двойная химическая связь. Молекула кислорода парамагнитна (притягивается магнитом), так как в ней содержатся два неспаренных электрона (по одному на каждом атоме кислорода).
Аллотропной модификацией кислорода является озон. Молекула его состоит из трёх атомов. Всякое изменение числа или расположения одних и тех же атомов в молекуле влечёт за собой появление качественно нового вещества с иными свойствами. Озон по своим свойствам отличается от кислорода. В обычных условиях это – газ синего цвета, с резким раздражающим запахом. Название его происходит от греческого слова «озейн», что означает «запах». Озон токсичен и является более сильным окислителем, чем кислород.С развитием техники получения низких температур был разработан физический способ получения кислорода из атмосферного воздуха. Он основан на глубоком охлаждении воздуха и использовании различия в температурах кипения жидких кислорода и азота, входящих в состав воздуха. Жидкий воздух, получаемый в холодильных установках, представляет собой смесь, состоящую из 79% азота и 21% кислорода по объёму.
Температура кипения жидкого азота – 195,8°С, а жидкого кислорода -182,9°С. На разности температур кипения жидких азота и кислорода основано их разделение. Для полного разделения жидкого воздуха применяют многократное испарение, сопровождающееся конденсацией его паров. Этот процесс носит название фракционной перегонки или ректификации.
В настоящее время этот способ стал основным способом получения технического кислорода (дешёвое сырье и большая производительность установок). Жидкий кислород хранят и перевозят в специально приспособленных для этого ёмкостях-цистернах и танках, снабжённых хорошей теплоизоляцией.
(Пашутина Е.Н. История фармации, ГГТУ)
