Hapnik Referaat (5)

HAPNIK
O
Hapnik, O, Oxygenium - keemiliste elementide perioodilisusüsteemji 6 rühma element, mittemetall ; järjenumber 8, aatommass 15,9994. Hapniku oksüdatsiooniaste ühendis on –II ja –I. Hapniku aatomis on: 8 prootonit ja 8 neutronit ning 8 elektroni, välises elektronkihis on 6 elektroni. Hapnik on värvitu, lõhnata, maitseta õhust raskem gaas . Et saavutada püsivat väliskihti, on hapniku aatomil vaja liita veel 2 elektroni Looduses on Hapniku elementides kõige rohkem, ta moodustab umbes 50% maakoore massist. Vaba elemendina leidub teda õhus 20,95% mahu järgi, seotuna vees 85,8%, mineraalidesumbes 50%, inimorganismis 65% jm. Hapniku toodetakse vedelat õhku rektifitseerides, õhku fraktsioneeriivalt veeldades või vett elektrolüüsides.Hapniku tarvitatakse keemia-, metallurgia -, jm tööstusts, meditsiinis jm. Hapnik on üks levinumaid ja olulisemaid elemente Maal. Maa atmosfääris on hapnikku umbes 21% ja teda tekib pidevalt fotosünteesi käigus juurde. Samas aga väheneb hapniku hulk atmosfääris, kuna ta osaleb paljudes keemilistes reaktsioonides. Hapnikku kasutavad hingamiseks kõik aeroobsed elusorganismid. Ta osaleb ka teistes looduslikes oksüdatsioonireaktsioonides: kõdunemis-, mädanemis- ja põlemisprotsessides, mille tulemusel eralduvad atmosfääri fotosünteesireaktsioonis kasutatav süsinikdioksiid ja veeaur. Hapnikku leidub väga paljudes ühendites (näiteks oksiidid , happed, alused, soolad, aga ka paljud orgaanilised ühendid). Lihtainena esineb hapnik kahe allotroopse teisendina: dihapnik ja trihapnik ehk osoon .
Hapniku avastasid sõltumatult mitu teadlast. Üheks hapniku avastajaks peetakse Inglise õpetlast Joseph Priestleyt. On tuntud Priestley katse, kus ta läbi suurendusklaasi juhtis päikesevalgust elavhõbeoksiidile, mis laguneb soojuse mõjul elavhõbedaks ja hapnikuks. Asunud uurima tekkinud gaasi omadusi, avastas Priestley , et küünal põleb selles gaasis heledamalt kui õhus ja isegi õhus hõõguv süsi lööb lõkkele. Nii peetakse hapniku avastamise kuupäevaks 1. augustit 1774 . Kuid Priestley jätkas hapniku uurimist. Ta pani kahe ühesuguse klaaskupli alla hiired, ühe kupli täitis hapnikuga, teises oli tavaline õhk. Õhus hukkus hiir kupli all 15 minuti pärast, samas ruumalas hapnikus aga elas 30 minutit. See katse tõestas, et hapnik on elutegevuseks oluline. Kuid Priestley ütles ka, et puhta hapniku hingamine võib olla ohtlik. Ta väitis, et nii nagu küünal põleb hapnikus kiiremini kui õhus, nii võib ka inimese elu kestus olla hapnikus lühem kui õhus.
Siiski polnud Priestley päris esimene, kes hapniku olemasolust teadlikuks sai. Hiina õpetlane Mao Hoa arvas juba 7.- 8. sajandil, et õhk koosneb kahest gaasist: üks soodustab põlemist ja hingamist, teine seda ei tee. Seda, et õhus leidub hingamist ja põlemist soodustav gaas , on maininud veel Leonardo da Vinci, Robert Hooke , John Mayow ja mitmed teisedki. Esimesena kogus hapnikku ja kirjeldas selle omadusi Uppsala apteeker Carl Wilhelm Scheele .
Katsete tulemustest valmis tal traktaat , mis ilmus 1777 . aastal. Scheele oli saanud hapniku küll katseliselt varem kui Priestley, ent teate hapniku avastamisest avaldas Priestley enne Scheele kuulsa traktaadi ilmumist.
Hapniku avastajana on veel nimetatud ka inglise teadlast Daniel Rutherfordi . Ta nimetas õhku hapniku ja lämmastiku seguks.
Poolteist sajandit enne Priestleyt, Scheelet ja Rutherfordi avastas hapniku ja selgitas selle füsioloogilist osa hingamisel Hollandi teadlane Cornelius van Drebel. Drebeli uurimused tulid avalikuks alles hiljuti , sest mitu sajandit hoiti neid puutumatult Hollandi salaarhiivis.
Hapnikul on kaks levinud allotroopset vormi: dihapnik ehk lihtsalt hapnik (O2) ja trihapnik ehk osoon (O3).
Dihapnik on stabiilne gaas, mis temperatuuril –183 Celsiust kondenseerub siniseks vedelikuks. Ta moodustab mahuliselt umbes 21 % Maa atmosfäärist.
Hapnik soodustab ning kiirendab põlemist ja tõstab leegi temperatuuri. Hapnikusisalduse suurenedes süttimistemperatuur langeb. Rõhu all olev hapnik võib süüdata õli ja rasva ning põhjustada plahvatusliku põlemise.
Eriti ohtlik on selles suhtes vedel hapnik. Vedela hapnikuga immutatud põlevaineid kasutatakse lõhkeainetena: nende eeliseks on see, et kui nad ei lõhke, siis aurustub hapnik aja jooksul ja plahvatusoht kaob.
Suurem osa elusorganisme kasutavad hingamisel õhust saadavat hapnikku oma elutegevuses.
Õhu hapnikusisaldus (21%) on elutegevuseks optimaalseim. Kui see väheneb 9%-ni, siis tekivad eluohtlikud seisundid . Kuid ka suurem hapnikusisaldus on ohtlik.
Hingamiseks on puhas hapnik liiga intensiivne oksüdeerija ja seetõttu mürgine.
Kui terve inimene hingab 15 minutit puhast hapnikku, tunneb ta peapööritust ja võib hakata oksendama . Kauemaaegsel puhta hapniku sissehingamisel tekivad bronhiit ja nägemishäired.
Õhust kõrgema hapnikusisaldusega hingamissegusid kasutatakse aga kopsu- või südamepuudulikkust põhjustavate haiguse korral, samuti vingumürgituse puhul, et parandada kudede hapnikuga varustatust. Kõik rakud saavad oma elutegevuseks vajaliku energia toitainete oksüdeerimisreaktsioonidest. Hapniku redutseerimine veeks on organismi energiaga varustav reaktsioon:
O2 + 2H2  2H2O
Inimene kasutab suurel hulgal hapnikku oma majanduslikus tegevuses, eelkõige erinevate kütuste põletamiseks tööstuses ja transpordis .
Meditsiinis kasutatakse hapnikku peale hingamisaparaatide ka anaeroobsete mikroorganismide poolt tekitatud haiguste raviks. Anaeroobsed mikroorganismid suudavad elada ilma hapnikuta Osoon ehk trihapnik on hapniku allotroopne teisend
Elusorganismidele on osoon suuremas kontsentratsioonis väga mürgine, sest ta on tugev oksüdeerija. Sissehingamisel ärritab ta limaskesti. Kuna osoon on mürgine ka mikroobidele, kasutatakse teda desinfitseerimiseks ja joogivee puhastamiseks . Osoneeritud joogivesi on sinaka tooniga ja klooritud veest palju maitsvam. Veel kasutatakse osooni kliimaseadmetes ja paberi- ning toiduainetetööstuses, tema abil sünteesitakse lõhnaaineid (vanilliini, roosiõli) ja bioaktiivseid ühendeid (glutamiinhapet, neerupealise ja munasarja hormoone. Tehislikult toodetakse osooni osonaatorites elektrilahenduse toimel õhuhapnikust. Vähesel määral tekib osooni ka elektrikeevitusel, röntgeniaparaadi ja elektripuuri töötamisel.
Looduses tekib osooni välgu toimel ja mõningate taimede elutegevuse kõrvalproduktina (näiteks männivaigu ja teatud merevetikate oksüdatsioonil). Väikeses kontsentratsioonis annab osoon õhule iseloomuliku "värske" lõhna, mida võib tunda männimetsas või peale äikest, see on inimorganismile kasulik.
Tänu fotosünteesile ja vähemal määral teistele looduslikele protsessidele on õhuhapnik taastuv loodusrikkus. Siiski on inimese järjest intensiivistuv majandustegevus viinud selleni , et ka hapnikuvaru on hakanud vähenema. Hapnik on väga tundlik looduskeskkonna muutuste suhtes, näiteks vihmametsade raiumine, veekogude seisundi halvenemine, radioaktiivne saastamine , naftaväljade ja metsade suurtulekahjud.
Inimene kasutab hapnikku palju rohkem, kui looduses seda taastoodetakse, järelikult kasutatakse atmosfääris talletatud hapnikuvaru. Intensiivne kütuste kaevandamine ja põletamine, energeetika -, metallurgia- ja keemiatööstuses toimuvad protsessid vajavad palju hapnikku, samas eraldub atmosfääri kasvuhooneefekti põhjustavat süsinikdioksiidi.
Sellised muutused toimuvad looduses aeglaselt, kuid võivad lõpuks viia ka inimestele märgatavate tagajärgedeni. Siis aga on juba hilja midagi ette võtta.
Sellepärast on oluline uurida kõiki looduslikke ja tööstuslikke hapniku tootmise ja tarbimise protsesse ning korraldada õhuhapniku ülemaailmne seire .
Nagu kõigi globaalsete probleemide puhul, on ka hapniku kaitsel oluline rahvusvahelise koostöö. Tallinnas toimus 2001. aasta mais rahvusvaheline nõupidamine, mille eesmärk oli panna UNESCO projektina tööle alus- ja rakendusuuringute piirkondlik programm “Hapnik ja keskkond”.

Kasutatud kirjandus

Eesti Entsüklopeedia VII, Tallinn, 1994
Eesti Entsüklopeedia IX, Tallinn, 1996
Hämmastavad ained. Tallinn, 1991
Elemendid meis & meie ümber. Tallinn, 1994.
Opera: http://chem.com/oxygeniu m
ENE 1988