الأكسجين: الخصائص ، الهيكل ، المخاطر ، الاستخدامات - كيمياء - 2026

و الأكسجين هو عنصر كيميائي الذي يمثله رمز O. هو غاز شديد التفاعل، التي تقود مجموعة 16: كالكوجين. يرجع هذا الاسم إلى حقيقة وجود الكبريت والأكسجين في جميع المعادن تقريبًا.

تفسر قدرتها الكهربية العالية جشعها الكبير للإلكترونات ، مما يؤدي إلى اندماجها مع عدد كبير من العناصر ؛ هذه هي الطريقة التي تنشأ بها مجموعة واسعة من أكاسيد المعادن التي تثري القشرة الأرضية. وهكذا ، يتشكل الأكسجين المتبقي ويجعل الغلاف الجوي يتنفس.

غالبًا ما يكون الأكسجين مرادفًا للهواء والماء ، ولكنه موجود أيضًا في الصخور والمعادن. المصدر: Pxhere.

الأكسجين هو ثالث أكثر العناصر وفرة في الكون ، بعد الهيدروجين والهيليوم ، وهو أيضًا المكون الرئيسي لكتلة قشرة الأرض. تبلغ نسبة حجمها 20.8٪ من الغلاف الجوي للأرض ، وتمثل 89٪ من كتلة الماء.

عادة ما يكون له شكلين متآصلين: الأكسجين ثنائي الذرة (O ₂) ، وهو الشكل الأكثر شيوعًا في الطبيعة ، والأوزون (O ₃) الموجود في الستراتوسفير. ومع ذلك ، هناك نوعان آخران (O ₄ و O ₈) موجودان في أطوارهما السائلة أو الصلبة ، وتحت ضغط هائل.

يتم إنتاج الأكسجين باستمرار من خلال عملية التمثيل الضوئي التي تقوم بها العوالق النباتية والنباتات البرية. بمجرد إنتاجه ، يتم إطلاقه بحيث يمكن للكائنات الحية استخدامه ، بينما يذوب جزء صغير منه في البحار ، مما يحافظ على الحياة المائية.

لذلك فهو عنصر أساسي للكائنات الحية. ليس فقط لأنه موجود في معظم المركبات والجزيئات التي تتكون منها ، ولكن أيضًا لأنه يتدخل في جميع عمليات التمثيل الغذائي.

على الرغم من أن عزله يُنسب بشكل مثير للجدل إلى كارل سكيل وجوزيف بريستلي في عام 1774 ، إلا أن هناك مؤشرات على أن الأكسجين قد تم عزله بالفعل لأول مرة في عام 1608 ، بواسطة مايكل سينديفوغيوس.

يستخدم هذا الغاز في الممارسة الطبية لتحسين الظروف المعيشية للمرضى الذين يعانون من صعوبات في التنفس. وبالمثل ، يتم استخدام الأكسجين للسماح للأشخاص بأداء وظائفهم في البيئات التي تقل فيها أو لا تصل إلى الأكسجين الجوي.

يستخدم الأكسجين المنتج تجاريًا بشكل أساسي في الصناعة المعدنية لتحويل الحديد إلى صلب.

التاريخ

الروح النيتروارية

في عام 1500 ، ليوناردو دافنشي ، بناءً على تجارب فيلو البيزنطي التي أجريت في القرن الثاني قبل الميلاد. C. ، استنتج أن جزءًا من الهواء كان يُستهلك أثناء الاحتراق والتنفس.

في عام 1608 ، أظهر كورنيليوس دريبل أن تسخين سالبتري (نترات الفضة ، KNO ₃) ينتج غازًا. هذا الغاز ، كما عُرف لاحقًا ، كان الأكسجين ؛ لكن دريبل لم يستطع تحديده كعنصر جديد.

ثم ، في عام 1668 ، أشار جون ماجو إلى أن جزءًا من الهواء أسماه "Spiritus nitroaerus" كان مسؤولاً عن الحريق ، وأنه يُستهلك أيضًا أثناء التنفس واحتراق المواد. لاحظ ماجو أن المواد لا تحترق في غياب الروح النيتروارية.

قام ماجو بحرق الأنتيمون ، ولاحظ زيادة في وزن الأنتيمون أثناء احتراقه. توصل ماجو إلى أن الأنتيمون متحد مع الروح النيتروارية.

اكتشاف

على الرغم من أنها لم تحصل على اعتراف من المجتمع العلمي ، في الحياة أو بعد وفاتها ، فمن المحتمل أن مايكل سانديفوغيوس (1604) هو المكتشف الحقيقي للأكسجين.

كان سانديفوغيوس كيميائيًا وفيلسوفًا وطبيبًا سويديًا أنتج التحلل الحراري لنترات البوتاسيوم. قادته تجاربه إلى إطلاق الأكسجين ، والذي أسماه "cibus vitae": غذاء الحياة.

بين عامي 1771 و 1772 ، قام الكيميائي السويدي Carl W Scheele بتسخين العديد من المركبات: نترات البوتاسيوم وأكسيد المنغنيز وأكسيد الزئبق. ولاحظ شيله أن الغاز المنبعث منها أدى إلى زيادة الاحتراق ، وأطلق عليه اسم "هواء النار".

تجارب جوزيف بريستلي

في عام 1774 ، قام الكيميائي الإنجليزي جوزيف بريستلي بتسخين أكسيد الزئبق باستخدام عدسة مكبرة مقاس 12 بوصة تركز ضوء الشمس. أطلق أكسيد الزئبق غازًا تسبب في احتراق الشمعة بشكل أسرع من المعتاد.

بالإضافة إلى ذلك ، اختبر بريستلي التأثير البيولوجي للغاز. للقيام بذلك ، وضع فأرًا في وعاء مغلق يتوقع أن يعيش لمدة خمس عشرة دقيقة ؛ لكن بوجود الغاز صمد ساعة أطول مما كان مقدرا.

نشر بريستلي نتائجه عام 1774 ؛ بينما فعل شيله في عام 1775. لهذا السبب ، غالبًا ما يُنسب اكتشاف الأكسجين إلى بريستلي.

الأكسجين في الهواء

اكتشف أنطوان لافوازييه ، الكيميائي الفرنسي (1777) ، أن الهواء يحتوي على 20٪ أكسجين وأنه عندما تحترق مادة ما ، فإنها تتحد بالفعل مع الأكسجين.

وخلص لافوازييه إلى أن الزيادة الواضحة في الوزن التي تعرضت لها المواد أثناء احتراقها كانت بسبب فقدان الوزن الذي يحدث في الهواء. حيث تم دمج الأكسجين مع هذه المواد وبالتالي تم حفظ كتل المواد المتفاعلة.

سمح هذا للافوازييه بتأسيس قانون الحفاظ على المادة. اقترح لافوازييه اسم الأكسجين الذي يأتي من تكوين حمض الجذر "أكاسيد" و "جينات". لذا فإن الأكسجين يعني "تكوين الأحماض".

هذا الاسم خاطئ ، حيث لا تحتوي جميع الأحماض على الأكسجين ؛ على سبيل المثال ، هاليدات الهيدروجين (HF و HCl و HBr و HI).

عيّن دالتون (1810) الماء بالصيغة الكيميائية H O وبالتالي ، كان الوزن الذري للأكسجين 8. مجموعة من الكيميائيين ، بما في ذلك: ديفي (1812) وبيرزيليوس (1814) صححوا نهج دالتون وخلصوا إلى أن الصيغة الصحيحة للماء هي H ₂ O والوزن الذري للأكسجين هو 16.

الخصائص الفيزيائية والكيميائية

مظهر خارجي

غاز عديم اللون والرائحة والمذاق. بينما الأوزون له رائحة نفاذة. يعزز الأكسجين الاحتراق ، لكنه ليس وقودًا بحد ذاته.

الأكسجين السائل. المصدر: الرقيب نيكا جلوفر ، القوات الجوية الأمريكية

في شكله السائل (الصورة العلوية) يكون لونه أزرق باهت ، وبلوراته مزرقة أيضًا ؛ لكن يمكنهم اكتساب درجات اللون الوردي والبرتقالي وحتى المحمر (كما سيتم شرحه في القسم الخاص ببنيتهم).

الوزن الذري

15999 ش.

العدد الذري (Z)

8.

نقطة الانصهار

-218.79 درجة مئوية.

نقطة الغليان

-182.962 درجة مئوية.

كثافة

في ظل الظروف العادية: 1429 جم / لتر. الأكسجين غاز أكثف من الهواء. بالإضافة إلى ذلك ، فهو موصل ضعيف للحرارة والكهرباء. وعند نقطة الغليان (السائلة) ، تبلغ الكثافة 1.141 جم / مل.

النقطة الثلاثية

54.361 كلفن و 0.1463 كيلوباسكال (14.44 ضغط جوي).

نقطة حرجة

154.581 كلفن 5.043 ميجا باسكال (49770.54 ضغط جوي).

حرارة الانصهار

0.444 كيلوجول / مول.

حرارة التبخير

6.82 كيلوجول / مول.

قدرة السعرات الحرارية المولية

29.378 جول / (مول · ك).

ضغط البخار

عند درجة حرارة 90 كلفن ، يبلغ ضغط البخار 986.92 ضغط جوي.

الأكسدة

-2 ، -1 ، +1 ، +2. أهم حالة أكسدة هي -2 (O ^2-).

كهرسلبية

3.44 على مقياس بولينج

طاقة التأين

أولاً: 1313.9 كيلوجول / مول.

ثانياً: 3،388.3 كيلوجول / مول.

ثالثًا: 5300.5 كيلوجول / مول.

ترتيب مغناطيسي

بارامغناطيسي.

الذوبان في الماء

تقل قابلية ذوبان الأكسجين في الماء مع زيادة درجة الحرارة. على سبيل المثال: يتم إذابة 14.6 مل من الأكسجين / لتر من الماء عند درجة حرارة صفر درجة مئوية و 7.6 مل من الأكسجين / لتر من الماء عند درجة حرارة 20 درجة مئوية. ذوبان الأكسجين في مياه الشرب أعلى منه في مياه البحر.

في حالة درجة الحرارة 25 درجة مئوية وضغط 101.3 كيلو باسكال ، يمكن أن تحتوي مياه الشرب على 6.04 مل من الأكسجين / لتر من الماء ؛ بينما مياه البحر فقط 4.95 مل من الأكسجين / لتر من الماء.

التفاعلية

الأكسجين غاز شديد التفاعل يتفاعل مباشرة مع جميع العناصر تقريبًا في درجة حرارة الغرفة ودرجات الحرارة المرتفعة ؛ باستثناء المعادن ذات إمكانات الاختزال الأعلى من النحاس.

يمكن أن تتفاعل أيضًا مع المركبات ، مما يؤدي إلى أكسدة العناصر الموجودة فيها. هذا ما يحدث عندما يتفاعل مع الجلوكوز ، على سبيل المثال ، لإنتاج الماء وثاني أكسيد الكربون ؛ أو عندما يحترق الخشب أو الهيدروكربون.

يمكن للأكسجين أن يقبل الإلكترونات عن طريق النقل الكامل أو الجزئي ، ولهذا السبب يعتبر عامل مؤكسد.

رقم أو حالة الأكسدة الأكثر شيوعًا للأكسجين هي -2. مع رقم الأكسدة هذا ، يوجد في الماء (H ₂ O) وثاني أكسيد الكبريت (SO ₂) وثاني أكسيد الكربون (CO ₂).

أيضًا في المركبات العضوية مثل الألدهيدات والكحولات والأحماض الكربوكسيلية ؛ الأحماض الشائعة مثل H ₂ SO ₄ ، H ₂ CO ₃ ، HNO ₃ ؛ وأملاحه المشتقة: Na ₂ SO ₄ ، Na ₂ CO ₃ أو KNO ₃. في كل منها، وجود O ^2- يمكن يفترض (وهذا غير صحيح لالمركبات العضوية).

أكاسيد

الأكسجين بوصفها O ^2- في هياكل الكريستال من أكاسيد المعادن.

من ناحية أخرى ، في الأكاسيد الفائقة المعدنية ، مثل أكسيد البوتاسيوم الفائق (KO ₂) ، يوجد الأكسجين على شكل O ₂ ^- أيون. بينما في بيروكسيدات المعادن ، على سبيل المثال بيروكسيد الباريوم (BaO ₂) ، يظهر الأكسجين على شكل أيون O ₂ ^2- (Ba ²⁺ O ₂ ^2-).

النظائر

للأكسجين ثلاثة نظائر مستقرة: ¹⁶ O ، بكثرة 99.76٪ ؛ و ¹⁷ O، مع 0.04٪. و ¹⁸ O بنسبة 0.20٪. لاحظ أن ¹⁶ O هو إلى حد بعيد النظير الأكثر استقرارًا ووفرة.

الهيكل والتكوين الإلكتروني

جزيء الأكسجين وتفاعلاته

جزيء الأكسجين ثنائي الذرة. المصدر: كلاوديو بيستيلي

الأكسجين في حالته الأساسية عبارة عن ذرة يكون تكوينها الإلكتروني:

2s ² 2p ⁴

وفقًا لنظرية رابطة التكافؤ (TEV) ، يتم ربط ذرتين من الأكسجين بشكل تساهمي بحيث يكمل كلاهما بشكل منفصل ثماني بتات التكافؤ ؛ بالإضافة إلى قدرتها على إقران إلكترونين منفصلين من المدارات 2p.

بهذه الطريقة ، يظهر جزيء الأكسجين ثنائي الذرة ، O ₂ (الصورة العلوية) ، والذي له رابطة مزدوجة (O = O). استقرار الطاقة الخاص به هو أن الأكسجين لا يتم العثور عليه أبدًا كذرات فردية في الطور الغازي ولكن كجزيئات.

نظرًا لأن O ₂ هو متجانس النواة وخطي ومتماثل ، فإنه يفتقر إلى عزم ثنائي القطب دائم ؛ لذلك ، تعتمد تفاعلاتها بين الجزيئات على كتلتها الجزيئية وقوى تشتت لندن. هذه القوى ضعيفة نسبيًا بالنسبة للأكسجين ، وهو ما يفسر سبب كونه غازًا تحت ظروف الأرض.

ومع ذلك ، عندما تنخفض درجة الحرارة أو يزداد الضغط ، تضطر جزيئات O ₂ إلى الاندماج ؛ لدرجة أن تفاعلاتها تصبح كبيرة وتسمح بتكوين الأكسجين السائل أو الصلب. لمحاولة فهمها جزيئيًا ، من الضروري عدم إغفال O ₂ كوحدة هيكلية.

الأوزون

يمكن للأكسجين أن يتبنى بنى جزيئية مستقرة إلى حد كبير ؛ أي أنه يوجد في الطبيعة (أو داخل المختبر) بأشكال متآصلة مختلفة. الأوزون (الصورة السفلية) ، O ₃ ، على سبيل المثال ، هو ثاني أكثر تآصل معروف للأكسجين.

هيكل هجين الرنين يمثله نموذج كروي وقضيب لجزيء الأوزون. المصدر: بن ميلز عبر ويكيبيديا.

مرة أخرى ، يدعم TEV ويشرح ويوضح أنه في O ₃ يجب أن تكون _هناك هياكل رنين تعمل على تثبيت الشحنة الرسمية الإيجابية للأكسجين في المركز (الخطوط المنقطة الحمراء) ؛ بينما توزع الأكسجين الموجود في نهايات ذراع الرافعة شحنة سالبة ، مما يجعل الشحنة الكلية للأوزون متعادلة.

بهذه الطريقة ، لا تكون الروابط مفردة ، لكنها ليست مزدوجة. أمثلة هجينة الرنين شائعة جدًا في العديد من الجزيئات أو الأيونات غير العضوية.

O ₂ و O ₃ ، نظرًا لاختلاف بنيتهما الجزيئية ، يحدث نفس الشيء مع خواصهما الفيزيائية والكيميائية ، أو الأطوار السائلة أو البلورات (حتى عندما يتكون كلاهما من ذرات الأكسجين). لقد افترضوا أن التركيب الواسع النطاق للأوزون الدوري ، الذي يشبه هيكله شكل مثلث ضارب إلى الحمرة ، مؤكسج ، أمر محتمل.

هذا هو المكان الذي تنتهي فيه "المتآصلات الطبيعية" للأكسجين. ومع ذلك ، هناك نوعان آخران يجب مراعاتهما: O ₄ و O ₈ ، الموجودان أو المقترحان في الأكسجين السائل والصلب ، على التوالي.

الأكسجين السائل

الأكسجين الغازي عديم اللون ، ولكن عندما تنخفض درجة الحرارة إلى -183 درجة مئوية ، فإنه يتكثف في سائل أزرق شاحب (يشبه الأزرق الفاتح). أصبحت التفاعلات بين جزيئات O ₂ الآن من النوع الذي يمكن حتى لإلكتروناتها امتصاص الفوتونات في المنطقة الحمراء من الطيف المرئي لتعكس لونها الأزرق المميز.

ومع ذلك ، فقد تم افتراض وجود أكثر من جزيئات O ₂ بسيطة في هذا السائل ، ولكن أيضًا جزيء O ₄ (الصورة السفلية). يبدو كما لو أن الأوزون "عالق" بواسطة ذرة أكسجين أخرى تتدخل بطريقة ما في الشحنة الرسمية الموجبة التي تم وصفها للتو.

هيكل نموذجي مقترح يحتوي على كريات وقضبان لجزيء tetraoxygen. المصدر: Benjah-bmm27

تكمن المشكلة في أنه وفقًا لعمليات المحاكاة الحسابية والجزيئية ، فإن البنية المذكورة لـ O ₄ ليست مستقرة تمامًا ؛ ومع ذلك ، فإنهم يتوقعون أنها موجودة بالفعل كوحدات (O ₂) ₂ ، أي أن جزيئين O ₂ قريبان جدًا بحيث يشكلان نوعًا من الإطار غير المنتظم (ذرات O ليست متقابلة مع بعضها البعض).

الأكسجين الصلب

بمجرد أن تنخفض درجة الحرارة إلى -218.79 درجة مئوية ، يتبلور الأكسجين في شكل مكعب بسيط (المرحلة γ). مع انخفاض درجة الحرارة بشكل أكبر ، تخضع البلورة المكعبة للتحولات إلى مرحلتي β (معينية السطوح و -229.35 درجة مئوية) و α (أحادية الميل و -249.35 درجة مئوية).

تحدث كل هذه المراحل البلورية للأكسجين الصلب عند الضغط المحيط (1 ضغط جوي). عندما يزيد الضغط إلى 9 جيجا باسكال (~ 9000 ضغط جوي) ، تظهر المرحلة وبلوراتها برتقالية اللون. إذا استمر الضغط في الزيادة إلى 10 جيجا باسكال ، يظهر الأكسجين الأحمر الصلب أو المرحلة (مرة أخرى أحادي الميل).

تعتبر المرحلة ε خاصة لأن الضغط هائل لدرجة أن جزيئات O ₂ لا ترتب نفسها كوحدات O ₄ فحسب ، بل أيضًا O ₈:

هيكل نموذجي يحتوي على كريات وقضبان لجزيء الأكسجين الثماني. المصدر: Benjah-bmm27

لاحظ أن هذا O ₈ يتكون من وحدتين O ₄ حيث يمكن رؤية الإطار غير المنتظم الذي تم شرحه بالفعل. وبالمثل ، من الصحيح اعتبارها أربعة O _2s محاذية بشكل وثيق وفي أوضاع رأسية. ومع ذلك ، فإن ثباتها تحت هذا الضغط هو أن O ₄ و O ₈ هما نوعان من التآصلات الإضافية للأكسجين.

وأخيرًا لدينا المرحلة المعدنية (عند ضغوط أكبر من 96 جيجا باسكال) ، حيث يتسبب الضغط في تشتت الإلكترونات في البلورة ؛ تمامًا كما يحدث مع المعادن.

أين تجد والإنتاج

المعادن

الأكسجين هو العنصر الثالث في الكون من حيث الكتلة ، بعد الهيدروجين والهيليوم. إنه العنصر الأكثر وفرة في القشرة الأرضية ، ويمثل حوالي 50٪ من كتلتها. يوجد بشكل أساسي في تركيبة مع السيليكون ، في شكل أكسيد السيليكون (SiO ₂).

يوجد الأكسجين كجزء من معادن لا حصر لها ، مثل: الكوارتز ، والتلك ، والفلسبار ، والهيماتيت ، والكوبريت ، والبروسيت ، والملاكيت ، والليمونيت ، إلخ. وبالمثل ، فهو موجود كجزء من العديد من المركبات مثل الكربونات والفوسفات والكبريتات والنترات وما إلى ذلك.

هواء

يشكل الأكسجين 20.8٪ من هواء الغلاف الجوي من حيث الحجم. يوجد في طبقة التروبوسفير أساسًا كجزيء أكسجين ثنائي الذرة. بينما في الستراتوسفير ، وهي طبقة غازية على بعد 15 و 50 كم من سطح الأرض ، تم العثور عليها كأوزون.

ينتج الأوزون عن طريق تفريغ كهربائي على جزيء O ₂. يمتص هذا التآصل من الأكسجين الأشعة فوق البنفسجية من الإشعاع الشمسي ، ويمنع تأثيره الضار على البشر ، والذي يرتبط في الحالات القصوى بظهور الأورام الميلانينية.

مياه عذبة ومالحة

الأكسجين مكون رئيسي لمياه البحر والمياه العذبة من البحيرات والأنهار والمياه الجوفية. الأكسجين جزء من الصيغة الكيميائية للماء ، ويشكل 89٪ منه بالكتلة.

من ناحية أخرى ، على الرغم من أن ذوبان الأكسجين في الماء منخفض نسبيًا ، إلا أن كمية الأكسجين المذابة فيه ضرورية للحياة المائية ، والتي تشمل العديد من أنواع الحيوانات والطحالب.

كائنات حية

يتكون الإنسان من حوالي 60٪ من الماء وفي نفس الوقت غني بالأكسجين. ولكن بالإضافة إلى ذلك ، فإن الأكسجين جزء من العديد من المركبات ، مثل الفوسفات والكربونات والأحماض الكربوكسيلية والكيتونات وما إلى ذلك ، والتي تعتبر ضرورية للحياة.

يوجد الأكسجين أيضًا في السكريات والدهون والبروتينات والأحماض النووية ؛ وهذا يعني ، ما يسمى بالجزيئات البيولوجية الضخمة.

كما أنه جزء من النفايات الضارة الناتجة عن النشاط البشري ، على سبيل المثال: أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت.

الإنتاج البيولوجي

النباتات مسؤولة عن إثراء الهواء بالأكسجين مقابل ثاني أكسيد الكربون الذي نزفره. المصدر: Pexels.

يتم إنتاج الأكسجين أثناء عملية التمثيل الضوئي ، وهي عملية تستخدم من خلالها العوالق النباتية البحرية والنباتات البرية الطاقة الضوئية لجعل ثاني أكسيد الكربون يتفاعل مع الماء ، مما ينتج عنه الجلوكوز ويطلق الأكسجين.

تشير التقديرات إلى أن أكثر من 55 ٪ من الأكسجين الناتج عن عملية التمثيل الضوئي يرجع إلى تأثير العوالق النباتية البحرية. لذلك ، فهو يشكل المصدر الرئيسي لتوليد الأكسجين على الأرض وهو مسؤول عن الحفاظ على الحياة عليه.

الإنتاج الصناعي

تسييل الهواء

الطريقة الرئيسية لإنتاج الأكسجين في شكل صناعي هي تلك التي ابتكرها كارل بول جوتفريد فون ليندي وويليام هامسون في عام 1895. يستمر استخدام هذه الطريقة اليوم مع بعض التعديلات.

تبدأ العملية بضغط الهواء لتكثيف بخار الماء وبالتالي القضاء عليه. بعد ذلك ، يتم غربلة الهواء بواسطة خليط من الزيوليت وهلام السيليكا للتخلص من ثاني أكسيد الكربون والهيدروكربونات الثقيلة وبقية الماء.

بعد ذلك ، يتم فصل مكونات الهواء السائل من خلال التقطير التجزيئي ، مما يحقق فصل الغازات الموجودة فيه عن طريق نقاط الغليان المختلفة. بهذه الطريقة يمكن الحصول على أكسجين بنقاوة 99٪.

التحليل الكهربائي للماء

يتم إنتاج الأكسجين عن طريق التحليل الكهربائي للمياه عالية النقاء ، وبموصلية كهربائية لا تتجاوز 1 ميكروثانية / سم. يتم فصل الماء عن طريق التحليل الكهربائي إلى مكوناته. يتحرك الهيدروجين ككاتيون نحو الكاثود (-) ؛ بينما يتحرك الأكسجين نحو الأنود (+).

الأقطاب الكهربائية لها هيكل خاص لتجميع الغازات ومن ثم إنتاج تسييلها.

التحلل الحراري

يؤدي التحلل الحراري لمركبات مثل أكسيد الزئبق والسالبتري (نترات البوتاسيوم) إلى إطلاق الأكسجين ، والذي يمكن جمعه للاستخدام. تستخدم البيروكسيدات أيضًا لهذا الغرض.

الدور البيولوجي

يتم إنتاج الأكسجين عن طريق العوالق النباتية والنباتات البرية من خلال عملية التمثيل الضوئي. يعبر جدار الرئة وفي الدم يتم التقاطه بواسطة الهيموجلوبين ، والذي ينقله إلى أعضاء مختلفة لاستخدامه لاحقًا في عملية التمثيل الغذائي الخلوي.

في هذه العملية ، يتم استخدام الأكسجين أثناء عملية التمثيل الغذائي للكربوهيدرات والأحماض الدهنية والأحماض الأمينية ، لإنتاج ثاني أكسيد الكربون والطاقة في النهاية.

يمكن تحديد التنفس على النحو التالي:

C ₆ H ₁₂ O ₆ + O ₂ => CO ₂ + H ₂ O + طاقة

يتم استقلاب الجلوكوز في مجموعة من العمليات الكيميائية المتتابعة ، بما في ذلك التحلل السكري ، ودورة كريبس ، وسلسلة نقل الإلكترون ، والفسفرة التأكسدية. تنتج هذه السلسلة من الأحداث طاقة تتراكم في صورة ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات).

يستخدم ATP في عمليات مختلفة في الخلايا بما في ذلك نقل الأيونات والمواد الأخرى عبر غشاء البلازما ؛ امتصاص الأمعاء للمواد. تقلص خلايا العضلات المختلفة. استقلاب الجزيئات المختلفة ، إلخ.

الكريات البيض والضامة متعددة الأشكال هي خلايا بلعمية قادرة على استخدام الأكسجين لإنتاج أيون فوق أكسيد ، فوق أكسيد الهيدروجين ، والأكسجين المفرد ، والتي تستخدم لتدمير الكائنات الحية الدقيقة.

المخاطر

يمكن أن يؤدي استنشاق الأكسجين عند الضغط المرتفع إلى الغثيان والدوار وتشنجات العضلات وفقدان الرؤية والنوبات وفقدان الوعي. بالإضافة إلى ذلك ، فإن استنشاق الأكسجين النقي لفترة طويلة يسبب تهيجًا في الرئة يتجلى في السعال وضيق التنفس.

يمكن أن يكون أيضًا سبب تكوين الوذمة الرئوية: حالة خطيرة للغاية تحد من وظيفة الجهاز التنفسي.

يمكن أن يكون الغلاف الجوي الذي يحتوي على نسبة عالية من الأكسجين خطيرًا ، لأنه يسهل نشوب الحرائق والانفجارات.

التطبيقات

الأطباء

يتم إعطاء الأكسجين للمرضى الذين يعانون من فشل تنفسي ؛ هذا هو الحال في المرضى الذين يعانون من التهاب رئوي ، وذمة رئوية أو انتفاخ الرئة. لا يمكنهم تنفس الأكسجين المحيط لأنهم سيتأثرون بشكل خطير.

المرضى الذين يعانون من قصور القلب مع تراكم السوائل في الحويصلات الهوائية يحتاجون أيضًا إلى تزويدهم بالأكسجين ؛ وكذلك المرضى الذين تعرضوا لحادث شديد في الأوعية الدموية الدماغية (CVA).

الحاجة المهنية

رجال الإطفاء الذين يكافحون حريقًا في بيئة ذات تهوية غير كافية ، يحتاجون إلى استخدام أقنعة وأسطوانات أكسجين تسمح لهم بأداء وظائفهم ، دون تعريض حياتهم لخطر أكبر.

تم تجهيز الغواصات بمعدات إنتاج الأكسجين التي تسمح للبحارة بالبقاء في بيئة مغلقة وبدون الوصول إلى الهواء الجوي.

يقوم الغواصون بعملهم وهم مغمورون في الماء وبالتالي معزولون عن الهواء الجوي. يتنفسون من خلال الأكسجين الذي يتم ضخه من خلال أنابيب متصلة ببدلة الغطس أو باستخدام أسطوانات متصلة بجسم الغواص.

ينفذ رواد الفضاء أنشطتهم في بيئات مجهزة بمولدات الأكسجين التي تتيح البقاء على قيد الحياة أثناء السفر في الفضاء وفي محطة فضائية.

صناعي

يتم استهلاك أكثر من 50٪ من الأكسجين المنتج صناعيًا في تحويل الحديد إلى صلب. يتم حقن الحديد المصهور بنفث من الأكسجين لإزالة الكبريت والكربون الموجود ؛ يتفاعلون لإنتاج الغازات SO ₂ و CO ₂ على التوالي.

يستخدم الأسيتيلين مع الأكسجين لقطع الصفائح المعدنية وأيضًا لإنتاج اللحام. يستخدم الأكسجين أيضًا في إنتاج الزجاج ، مما يزيد من الاحتراق في احتراق الزجاج لتحسين شفافيته.

الامتصاص الذري الطيفي

يتم استخدام مزيج الأسيتيلين والأكسجين لحرق عينات من أصول مختلفة في مقياس طيف الامتصاص الذري.

أثناء الإجراء ، يصطدم شعاع من الضوء من المصباح باللهب ، وهو أمر خاص بالعنصر المراد قياسه كمياً. يمتص اللهب الضوء من المصباح ، مما يسمح بتحديد كمية العنصر.

المراجع

1. رجفة وأتكينز. (2008). الكيمياء غير العضوية. (طبعة رابعة). ماك جراو هيل.
2. ويكيبيديا. (2019). الأكسجين. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
3. ريتشارد فان نوردن. (13 سبتمبر 2006). مجرد مرحلة جميلة؟ أكسجين أحمر صلب: عديم الفائدة ولكنه ممتع. تم الاسترجاع من: nature.com
4. AzoNano. (4 ديسمبر 2006). تم تحديد البنية البلورية للطور الإلكتروني للأكسجين الصلب جنبًا إلى جنب مع اكتشاف مجموعة الأكسجين O8 الأحمر. تم الاسترجاع من: azonano.com
5. المركز الوطني لمعلومات التكنولوجيا الحيوية. (2019). جزيء الأكسجين. قاعدة بيانات PubChem. الرقم التعريفي للعميل = 977. تم الاسترجاع من: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
6. دكتور دوج ستيوارت. (2019). حقائق عن عنصر الأكسجين. كيميكول. تم الاسترجاع من: chemicool.com
7. روبرت سي براستيد. (9 يوليو 2019). الأكسجين: عنصر كيميائي. Encyclopædia Britannica. تم الاسترجاع من: britannica.com
8. ويكي كيدز. (2019). عائلة الأكسجين: خصائص عناصر فيا. تعافى من: ببساطة.العلم
9. Advameg ، Inc. (2019). الأكسجين. تم الاسترجاع من: madehow.com
10. لينتيك بي في (2019). الجدول الدوري: أكسجين. تم الاسترجاع من: lenntech.com
11. إدارة نيو جيرسي للصحة وخدمات كبار السن. (2007). الأكسجين: صحيفة وقائع المواد الخطرة.. تم الاسترجاع من: nj.gov
12. ياميل مطرولو. (2015 ، 26 أغسطس). التطبيقات الصناعية للأكسجين الصناعي. تم الاسترجاع من: altecdust.com