تحقیق درمورد اکسیژن ویژگی، کاربرد و ترکیبات آن

با ویژگی‌های اکسیژن (Oxygen) بیشتر آشنا شوید! 

اکسیژن (به فارسی سره: ترشمایه) و (به فارسی دری: اکسیجن) یکی از عناصر شیمیایی در جدول تناوبی با نماد آن O و عدد اتمی ۸ است. این عنصر زیستی همه جا چه در زمین و چه در کل جهان هستی یافت می‌شود. مولکول اکسیژن (O۲) در زمین از نظر ترمودینامیکی ناپایدار است ولی توسط عمل فتوسنتز باکتری‌های بی هوازی و در مرحله بعدی توسط عمل نور ساخت گیاهان زمینی به وجود می‌آید.

ویژگی‌ اکسیژن

اکسیژن در دما و فشار استاندارد به صورت گاز است که حاوی دو اتم اکسیژن به فرمول شیمیایی O۲ است. اکسیژن عنصر مهم هوا است و از طریق عمل فتوسنتز گیاهان تولید شده و برای تنفس حیوانات لازم است. واژه اکسیژن از دو واژه یونانی Oxus(ترش) و Gennan (زایش) ساخته شده است یعنی چیزی که از آن ترشی پدید می‌آید. در فارسی می‌توان برای آن واژه ترشمایه[نیازمند منبع] را بکار برد. (برابرهای زبان‌های دیگر برای واژه اکسیژن مثلاً آلمانی Sauerstoff و هلندی zuurstof هم دقیقاً همین معنی ترشمایه را می‌دهد). اکسیژن مایع و جامد رنگ آبی کمرنگ داشته و هر دو بسیار پارامغناطیس می‌باشند. اکسیژن مایع معمولاً با عمل تقطیر جزئی هوای مایع به دست می‌آید. درصد حجمی اکسیژن ۲۰٪ است.

انواع اکسیژن در طبیعت

در طبیعت، اکسیژن به چند شکل مختلف وجود دارد که هرکدام ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند. در ادامه، انواع اکسیژن در طبیعت را معرفی می‌کنم:

1- اکسیژن مولکولی (O₂)

• شکل رایج اکسیژن در جو زمین
• شامل دو اتم اکسیژن است.
• ویژگی‌ها: گازی بی‌رنگ، بی‌بو و ضروری برای تنفس جانداران هوازی.
• کاربرد: سوخت‌وساز بدن، احتراق، تنفس سلولی.

2- ازن (O₃)

• مولکول سه‌ اتمی اکسیژن
• بیشتر در لایه استراتوسفر (لایه اوزون) یافت می‌شود.
• ویژگی‌ها: گازی با بوی تند، رنگ آبی کم‌رنگ، بسیار واکنش‌پذیر.
• نقش: محافظت از زمین در برابر پرتوهای فرابنفش خورشید.

3- اکسیژن اتمی (O)

• اکسیژن به‌صورت اتم منفرد
• در شرایط خاص مانند واکنش‌های شیمیایی شدید یا در جو بالایی زمین یافت می‌شود.
• ویژگی‌ها: بسیار ناپایدار و واکنش‌پذیر.
• معمولاً به‌سرعت با دیگر عناصر یا خودش ترکیب می‌شود تا O₂ یا O₃ بسازد.

4- اکسیژن محلول در آب

• مولکول‌های O₂ که در آب حل شده‌اند.
• ضروری برای تنفس آبزیان.
• میزان آن بسته به دما، فشار و آلودگی آب متغیر است.

5- اکسیژن ایزوتوپی

• اکسیژن دارای سه ایزوتوپ پایدار است:
• ¹⁶O (بیشترین فراوانی، حدود ۹۹٫۷۵٪)
• ¹⁷O
• ¹⁸O
• در علوم زمین‌شناسی و اقلیم‌شناسی برای بررسی شرایط آب‌وهوایی گذشته استفاده می‌شوند.

کاربردهای اکسیژن

اکسیژن به عنوان اکساینده کاربرد بسیار زیادی داشته، و تنها فلوئور از آن الکترونگاتیوتر است. اکسیژن مایع به عنوان اکسید کننده در نیروی حرکتی موشکها استفاده می‌شود. از آنجا که اکسیژن برای تنفس ضروری است در پزشکی کاربرد دارد. گاهی اوقات کسانی که کوه نوردند یا در هواپیما پرواز می‌کنند، مخازن اکسیژن همراه دارند (به عنوان هوا). اکسیژن در جوشکاری و ساخت فولاد و همچنین متانول نیز کاربرد دارد. همچنین در سده ۱۹ اکسیژن معمولاً با اکسید نیترات ترکیب می‌شد که از اثر تسکین دهنده برخوردار است.

پیشینه اکسیژن

«اکسیژن در سال ۱۷۷۱ توسط داروساز سوئدی، کارل ویلهلم شیله، کشف شد؛ اما این کشف تا مدت‌ها ناشناخته ماند و تنها پس از کشف مستقل جوزف پریستلی به‌طور گسترده‌تری شناخته شد. در نهایت، این عنصر در سال ۱۷۷۴ توسط آنتوان لوران لاووازیه نام‌گذاری گردید.»

پیدایش اکسیژن

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 بویژه 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 سیارات دیگر و ستاره‌های دنباله دار می‌باشد. کلاهک‌های یخ کره مریخ از دی اکسید کربن منجمد تولید شده‌اند. ترکیبات اکسیژن در سراسر کهکشان یافت می‌شوند و طیف نور اکسیژن اغلب در ستاره‌ها دیده می‌شود. دانش‌چی

ترکیبات اکسیژن

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 دی اکسید 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. ملکول 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

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 تنفس پستانداران استفاده می‌شود.

هشدارها درمورد اکسیژن

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 مشتقات خاصی از اکسیژن، مانند ازون (O۳)، پروکسید هیدروژن و رادیکال‌های هیدروکسیل و سواکسیدها بسیار سمی می‌باشند. بدن سازوکارهایی را برای مقابله با این گونه‌ها 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، در حالی که هنگام عملیات پرتاب این فشار باید یک سوم فشار جوی معمولی باشد. (ببینید فشار نسبی را).

با لایه اوزون بیشتر آشنا شوید