اکسیژن

کاربردها

اکسیژن به‌عنوان اکساینده کاربرد بسیار زیادی داشته، و تنها فلوئور از آن الکترونگاتیوتر است. اکسیژن مایع، به‌عنوان اکسیدکننده در نیروی حرکتی موشکها استفاده می‌شود. از آنجا که اکسیژن برای تنفس ضروری است در پزشکی کاربرد دارد. گاهی اوقات کسانی که کوه‌نوردی می‌کنند یا در هواپیما پرواز می‌کنند، مخازن اکسیژن همراه دارند (به‌عنوان هوا). اکسیژن در جوشکاری و ساخت فولاد و همچنین متانول نیز کاربرد دارد.
اکسیژن به عنوان یک ماده آرامش بخش، سابقه کاربرد دارد که تا زمان حال نیز ادامه دارد و بارهای اکسیژن در مهمانی‌ها و بزم‌های امروزی وجود دارد. در سده ۱۹ اکسیژن معمولاً با اکسید نیترات ترکیب می‌شد که اثر تسکین دهنده دارد.

پیشینه

اکسیژن در سال ۱۷۷۱ از سوی داروساز سوئدی کارل ویلهلم شیله کشف شد، ولی این کشف خیلی سریع شناخته نشد و با اکتشاف مستقل جوزف پریستلی به‌طور گسترده‌تری شناخته شد، و از سوی آنتوان لورن لاووزیه در سال ۱۷۷۴ نام‌گذاری شد.

پیدایش

اکسیژن فراوان‌ترین عنصر در پوسته کره زمین است و برآوردهایی در این زمینه وجود دارد که مقدار آن را ۴۶٫۷٪ ذکر می‌کنند. اکسیژن ۸۷٪ اقیانوس‌ها (به صورت آب ،H۲O)و ۲۰٪ درصد جو زمین (به صورت اکسیژن مولکولی، O۲، یا O۳، ازن) را به خود اختصاص می‌دهد. ترکیبات اکسیژن به ویژه اکسید فلزات و سیلیکات‌ها (SiO۴۴-‎) و کربناتها
(CO۳۲-‎)معمولاً در خاک و تخته سنگ‌ها یافت می‌شوند. آب یخ زده یک جسم سخت متداول بر روی سیّارات دیگر و ستاره‌های دنباله دار می‌باشد. کلاهک‌های یخ کره مریخ از دی‌اکسید کربن منجمد تولید شده‌اند. ترکیبات اکسیژن در سراسر کهکشان یافت می‌شوند و طیف نور اکسیژن اغلب در ستارهها دیده می‌شود.

ترکیبات

الکترون به خاطر وجود الکترونگاتیوی، اکسیژن تقریباً با تمام عناصر دیگر پیوند شیمیایی تشکیل می‌دهد (که این مطلب منشأ تعریف اصلی اکسید شدن می‌باشد). تنها عناصری که تحت عمل اکسایش قرار نمی‌گیرند گازهای اصیل هستند. یکی از معروف‌ترین این اکسیدها اکسید هیدروژن یا آب است H۲O. سایر اکسیدهای معروف دیگر ترکیبات کربن و اکسیژن هستند مانند دی‌اکسید کربن (CO۲)، الکلها (R-OH)، آلدئیدها (R-CHO) و کربوکسیلیک اسیدها (R-COOH). رادیکالهای اکسیژن مانند کلراتها
(ClO۳⁻‎)، پرکلراتها (ClO۴⁻‎)، کروماتها (CrO۴۲-‎)، دی کروماتها (Cr۲O۷۲-‎)، پرمنگناتها (MnO۴⁻‎)، و نیتراتها (NO۳⁻‎)، اکسایندههای قوی هستند. خیلی از فلزات مانند آهن با اتم اکسیژن پیوند برقرار می‌کنند اکسید آهن(Fe۲O۳). ازن (O۳)، با عمل تخلیه برق ایستایی (الکترواستاتیکی) در حضور مولکول اکسیژن شکل می‌گیرد. مولکول اکسیژن دوتایی (O۲)۲ نیز شناخته شده، که از جزء کمی از اکسیژن مایع را تشکیل می‌دهد. اپوکسیدها و اترها موادی هستند که در آن اتم اکسیژن قسمتی از یک حلقه سه اتمی هستند.

ایزوتوپ‌ها

اکسیژن طبیعی مخلوطی از سه ایزوتوپ پایدار هست: اکسیژن-۱۶ (۹۹٫۷۵۹ درصد)، اکسیژن-۱۷ (۰٫۰۳۷ درصد) و اکسیژن-۱۸ (۰٫۲۰۴ درصد).
اکسیژن ده ایزوتوپ پرتوزا نیز دارد. ایزوتوپ‌های پرتوزایی همه، نیمه عمری کمتر از سه دقیقه دارند. بیشترین نیمه عمر را اکسیژن-۱۵ (۱۲۴ ثانیه) دارد که در بررسی تنفّس پستانداران استفاده می‌شود.

هشدارها

اکسیژن در فشارهای نسبی بالا می‌تواند سمی باشد.
قرارگرفتن طولانی در معرض اکسیژن خالص می‌تواند برای شش و سامانه عصبی سمی باشد. تأثیرات ریوی شامل آماس شش (ورم ریه) کاهش ظرفیت شش و آسیب به بافت‌های ششی می‌باشد. تأثیرات بر سامانه عصبی شامل کاهش بینایی، تشنج و اغما می‌شود.
همچنین مشتقّات خاصی از اکسیژن، مانند ازون (O۳)، پروکسید هیدروژن و رادیکالهای هیدروکسیل و سواکسیدها بسیار سمّی می‌باشند. بدن سازوکارهایی را برای مقابله با این‌گونه‌ها توسعه داده. برای نمونه، عامل طبیعی گلوتاتیون (glutathione) و بیلی روبین که فراورده بخش شدن طبیعی هموگلوبین است، می‌توانند به عنوان یک پاداکسید (ضد اکسید) عمل کنند. منابع تمرکزیافته اکسیژن باعث احتراق سریع شده و بنابراین، در کنار فراورده‌های سوختی خطر گسترش سریع آتش‌سوزی و انفجار وجود دارد.
آتشی که در مخازن اکسیژن آپولو ۱۳ رخ داد به این دلیل سریع گسترش پیدا کرد، که فشار جوی اکسیژن در حالت معمولی بود، درحالی‌که هنگام عملیات پرتاب این فشار باید یک سوم فشار جوی معمولی باشد).