اطلاعات اولیه
اکسیژن یکی از عناصر شیمیایی در جدول تناوبی است که نماد آن O و عدد اتمی آن 8 میباشد. این ماده ، یک عنصر حیاتی بوده و همه جا چه در زمین و چه در کل جهان هستی یافت می‌شود. مولکول اکسیژن (O2 )در زمین از نظر ترمو دینامیکی ، ناپایدار است، ولی توسط عمل فتوسنتز باکتریهای بی‌هوازی و در مرحله بعدی توسط عمل فتوسنتز گیاهان زمینی بوجود می‌آید.
تاریخچه
اکسیژن در سال 1771 توسط داروساز سوئدی "Karl Wilhelm Scheele" کشف شد، ولی این کشف خیلی سریع شناخته نشد و با اکتشاف مستقل "Joseph Priestley" بطور گسترده تری شناخته شد و توسط "Antoine Laurent lavoisier" در سال 1774 نام‌گذاری شد.
پیدایش
اکسیژن ، فراوانترین عنصر در پوسته کره زمین است و تخمینهایی در این زمینه وجود دارد که مقدار آن را 46.7% ذکر میکنند. اکسیژن 87% اقیانوسها (به‌صورت آب) و 20% درصد جو زمین (به‌صورت اکسیژن مولکولی O2 یا ازن) را به خود اختصاص میدهد. ترکیبات اکسیژن مخصوصا اکسید فلزات و سیلیکات‌ها و کربناتها معمولا در خاک و صخره‌ها یافت می‌شوند.
آب یخ‌زده یک جسم سخت متداول بر روی سیارات دیگر و ستاره‌های دنباله‌دار میباشد. کلاهک‌های یخ کره مریخ از دی‌اکسید کربن منجمد تولید شده‌اند. ترکیبات اکسیژن در تمام کهکشان یافت می‌شوند و طیف نور اکسیژن اغلب در ستاره‌ها دیده می‌شود.
ریشه لغوی
واژه اکسیژن در دو واژه یونانی Oxus ( اسید ) و Gennan ( تولید ) ، ساخته شده است؛ (یک اسم بی‌مسما ، چون خیلی از اسیدها اکسیژن ندارند.)
خصوصیات قابل توجه
اکسیژن در دما و فشار استاندارد به‌صورت گاز است که حاوی دو اتم اکسیژن به فرمول شیمیایی O2 میباشد. اکسیژن عنصر مهم هواست و از طریق عمل فتوسنتز گیاهان تولید شده و برای دم و بازدم حیوانات لازم است. اکسیژن مایع و جامد یک رنگ آبی کمرنگ داشته و هر دو بسیار پارامگنتیک می‌باشند. اکسیژن مایع معمولا با عمل تقطیر جزئی هوای مایع بدست می‌آید.
کاربردها
اکسیژن به‌عنوان اکسید کننده کاربرد بسیار زیادی داشته ، فقط فلوئور از آن الکترونگاتیوتر است. اکسیژن مایع به‌عنوان اکسید کننده در نیروی حرکتی موشکها استفاده می‌شود. از آنجا که اکسیژن برای دم و بازدم ضروری است، در پزشکی کاربرد دارد. گاهی اوقات کسانی که از کوه نوردی میکنند یا در هواپیما پرواز میکنند، مخازن اکسیژن همراه دارند (به‌عنوان هوا). همچنین اکسیژن در جوشکاری و ساخت فولاد و همچنین متانول کاربرد دارد.
اکسیژن به‌عنوان یک ماده آرامش‌بخش ، سابقه استفاده دارد که تا زمان حال نیز ادامه دارد و بارهای اکسیژن در مهمانی‌ها و مجالس امروزی وجود دارد. در قرن 19 اکسیژن معمولا با اکسید نیترات ترکیب می‌شد که اثر تسکین دهنده دارد.
ترکیبات
به خاطر وجود الکترونگاتیویتی ، اکسیژن تقریبا با تمام عناصر دیگر شیمیاپی تشکیل میدهد ( که این مطلب منشاء تعریف اصلی اکسید شدن میباشد ). تنها عناصری که تحت عمل اکسیداسیون قرار نمی‌گیرند، گازهای اصیل هستند. یکی از معروفترین این اکسیدها ، اکسید هیدروژن یا آب است H2O. سایر اکسیدهای معروف دیگر ترکیبات کربن و اکسیژن هستند، مانند دی‌اکسید کربن ( CO2 ) ، الکلها ( R-OH ) ، آلدئیدها ( R-CHO ) و کربوکسیلیک اسیدها ( R-COOH ).
رادیکالهای اکسیژن مانند کلراتها ، پرکلراتها ، کروماتها ، دی‌کروماتها ، پر منگناتها ، نیتراتها ، اکسید کننده های قوی می‌باشند. خیلی از فلزات مانند آهن با اتم اکسژن پیوند برقرار میکنند: اکسید آهن(Fe2O3). ازن (O3) ، با عمل تخلیه الکترواستاتیکی در حضور مولکول اکسیژن شکل می‌گیرد. مولکول اکسیژن دو تائی O22 نیز شناخته شده ، که جزء کمی از اکسیژن مایع را تشکیل میدهد. اپوکسیدها و اترها موادی هستند که در آن اتم اکسیژن قسمتی از یک حلقه سه‌اتمی هستند.
ایزوتوپها
اکسیژن سه ایزوتوپ پایدار و ده ایزوتوپ رادیو اکتیو دارد. ایزوتوپهای رادیو اکتیوی ، همه نیمه عمری کمتر از سه دقیقه دارند.
هشدارها
اکسیژن در فشارهای نسبی بالا می‌تواند سمی باشد. قرارگرفتن طولانی در معرض اکسیژن خالص می‌تواند برای ریه و سیستم عصبی ، سمی باشد. تاثیرات ریوی شامل آماس (ورم ریه) ، کاهش ظرفیت ریه و آسیب به بافتهای ریوی میباشد. تاثیرات بر سیستم عصبی شامل کاهش بینایی تشنج و اغما می‌شود.
همچنین مشتقات خاصی از اکسیژن ، مانند ازن ( O3 ) ، پروکسید هیدوژن و رادیکالهای هیدروکسیل و سوپراکسیدها بسیار سمی می‌باشند. بدن ، مکانیزمهائی را برای مقابله با این گونه‌ها توسعه داده است. به‌عنوان مثال ، عامل طبیعی glutathione و بیلی‌روبین که حاصل تقسیم طبیعی هموگلوبین است، می‌تواند به‌عنوان یک ضد اکسید عمل کنند. منابع تمرکز یافته اکسیژن باعث احتراق سریع شده و بنابراین در کنار فراورده‌های سوختی ، خطر گسترش سریع آتش سوزی و انفجار وجود دارد.
آتشی که خدمه آپولو 11 را کشت، به این دلیل سریع گسترش پیدا کرد که فشار جوی اکسیژن در حالت معمولی بود، در حالی که هنگام عملیات پرتاب این فشار باید یک سوم فشار جوی معمولی باشد.
نحوه تشکیل پیوند دوگانه در مولکول
همانطور که در شکل نشان داده شده، همراه با تشکیل یک پیوند سیگما، یک پیوند نیز بین دو اتم اکسیژن تشکیل می‌شود.
نمایش مدل نقطه ای و ساختار پیوند ظرفیت مولکول را می‌توان به صورت زیر نشان داد:
مولکول فاقد الکترون منفرد است و می‌بایست دیامغناطیس باشد (تجربه این موضوع را تأیید نمی‌کند، یعنی مولکول اکسیژن خواص پارامغناطیسی دارد که این موضوع به وسیله نظریه اوربیتال مولکولی قابل توجیه خواهد بود. به بخش مربوطه رجوع شود.)