أكسجين

من موسوعة العلوم العربية
اذهب إلى: تصفح، ابحث

قالب:Elementbox header قالب:Elementbox series قالب:Elementbox groupperiodblock قالب:Elementbox appearance img قالب:Elementbox atomicmass gpm قالب:Elementbox econfig قالب:Elementbox epershell قالب:Elementbox section physicalprop قالب:Elementbox phase قالب:Elementbox meltingpoint قالب:Elementbox boilingpoint قالب:Elementbox heatfusion kjpmol قالب:Elementbox heatvaporiz kjpmol قالب:Elementbox heatcapacity jpmolkat25 قالب:Elementbox vaporpressure katpa قالب:Elementbox section atomicprop قالب:Elementbox crystalstruct قالب:Elementbox oxistates قالب:Elementbox electroneg pauling قالب:Elementbox ionizationenergies4 قالب:Elementbox atomicradius pm قالب:Elementbox atomicradiuscalc pm قالب:Elementbox covalentradius pm قالب:Elementbox vanderwaalsrad pm قالب:Elementbox section miscellaneous قالب:Elementbox magnetic قالب:Elementbox thermalcond wpmkat300k قالب:Elementbox speedofsound mps قالب:Elementbox cas number قالب:Elementbox isotopes begin |- | 16O | 99.762% | colspan="4" | 16O هو نظير مستقر وله 8 نيوترون

|- | 17O | 0.038% | colspan="4" | 17O هو نظير مستقر وله 9 نيوترون

|- | 18O | 0.2% | colspan="4" | 18O هو نظير مستقر وله 10 نيوترون

قالب:Elementbox isotopes end قالب:Elementbox footer

Ozone is a rare gas on Earth found mostly in the stratosphere.

الأكسجين هو أحد العناصر الكيميائية الموجودة فى الجدول الدوري وله الرمز O ورقم ذري 8 . هذا العنصر شائع للغاية ، ولا يوجد فقط على الأرض ولكن فى كل الكون, وغالبا يكون مرتبطا مع عناصر أخرى. الأكسجين غير المرتبط (وغالبا ما يطلق عليه الأكسجين الجزيئي, O2) يوجد في أول الأمر على سطح الأرض كناتج لعمليات التأيض للبكتريا ثم تواجد الأكسجين الحر فى الغلاف الجوي بعد ذلك فى العصر الجيولوجي وحتى الآن ينتج بوفرة من النبات, والتى تنتج الأكسجين خلال عمليات البناء الضوئي.

الخواص المميزة

Late in a massive star's life, 16O concentrates in the O-shell, 17O in the H-shell and 18O in the He-shell.

فى ظروف الحرارة والضغط القياسية ، يتواجد الأكسجين فى الحالة الغازية يتكون الأكسجين من جزيئات ثنائية الذرة لها الشكل O2 . ويكون O2 له شكلان حسب الطاقة : الشكل ذو الطاقة الأقل ، غالبا ما يكون أحاى الرابطة راديكال ثنائي أكسجين ثلاثي ، والشكل ذو الطاقة الأعلى ، يكون جزيء ثنائي الرابطة أحادى الأكسجين . وهذه الطبيعة للراديكال الثنائي يعزى إليها التغير فى الطبيعة الكيميائية .

الأكسجين مركب أساسي للهواء ، يتكون من النباتات خلال عمليات البناء الضوئي ، وهو مهم للتنفس فى الكائنات الحية التى تعتمد على الهواء فى تنفسها . الكلمة أكسجين تم إشتقاقها من كلمتان إغريقيتان أكسى وتعنى حمض ، جينوماى متسبب . وتك إختيار هذا الإسم نظرا فى القرن الثامن عشر نظرا لأنه كان يعتقد أن كل الأحماض تحتوى على أكسجين . تعريف الحمض تم تغيره بعد ذلك إلى أنه لا يجب احتواء الحمض على أكسجين فى تركيبه الجزيئى .


الأكسجين السائل والصلب لهما لون أزرق فاتح وكلاهما مغناطيسي مساير (بارا مغناطيسي) قوى . يتم الحصول على الأكسجين السائل غالبا من التقطير الجزئي للهواء المسال . وكل من الأوزون O3 الصلب والسائل له لون أزرق غامق .

تم إكتشاف شكل اخر متأصل للأكسجين وهو الأكسجين الرباعي (O4), وهو مادة صلبة ذات لون أحمر غامق ويتم الحصول عليه بتأثير الضغط على الأكسجين O2 بمقدار 20 GPa . وتم دراسته ليتم إستخدامه فى وقود الصواريخ والتطبيقات المشابهه ، وهو مادة مؤكسدة أقوى من O2 أو O3.

إستخداماته

Cold water holds more dissolved O2.

يتم إستخدام الأكسجين بكثرة كمادة مؤكسده ، ولا يوجد عنصر أعلى منه فى السالبية الكهربية سوى الفلور . ويتم إستخدام الأكسجين السائل كمادة مؤكسدة فى دفع الصواريخ .كما أن الأكسجين أساسي فى عمليات التنفس ، ولذا فإن له دور أساسي فى الطب . كما أن متسلقى الجبال ومن يقومون بإستخدام الطائرات يكون لديهم إمدادات إضافية من الأكسجين . ويستخدم الأكسجين أيضا فى اللحام . وفى صناعة كل من الصلب وميثانول .

الأكسجين من العناصر التى تثير ابهجة ، ولذا فإنه يتم إستخدامه فى المنتجعات حتى الأوقات الحديثة . كما يلاحظ وجود أعمدة الأكسجين حتى الأن فى الحفلات . فى القرن التاسع عشر كان يتم خلطه مع أكسيد النيتروز لعمل نوع من أنوع المسكنات ، ويتم إستخدام نوعية من هذه المسكنات إلى الآن .

تاريخ الأكسجين

Drawing of a burning candle enclosed in a glass bulb.
تجربة فيلو ألهمت الباحثين اللاحقين

أحد أول التجارب المعروفة عن العلاقة بين الاحتراق والهواء أجراها في القرن الثاني ق.م. الكاتب اليوناني في علم الميكانيكا، فيلو من بيزنطيوم. ففي كتابه Pneumatica, لاحظ فيلو أن قلب وعاء فوق شمعة مشتعلة واحاطة عنق الوعاء بالماء ينتج عنه ارتفاع بعض الماء إلى العنق.[١] وقد أخطأ فيلو في استنتاج أن أجزاء الهواء في الوعاء تحولت إلى العنصر الكلاسيكي نار وبذلك تمكنت من الهروب عبر مسام الزجاج. وبعد عدة قرون لاحقاً، بنى ليوناردو دا ڤنشي على عمل فيلو بملاحظة أن جزءاً من الهواء يـُستهلك أثناء الاحتراق والتنفس.[٢]

التمثيل الضوئي يفصم الماء ليحرر O2 و ويثبـِّت CO2 في السكر

واكتشف الأكسجين عالم الصيدلة السويدي كارل وليام شيلى تقريبا قبل عام 1773، ولم يتم نشر اكتشافه قبل الاكتشاف المستقل للعالم جوزيف بريستلي في الأول من أغسطس عام 1774 والذي أطلق على الغاز اسم معاكس الفلوجستون (شاهد الفلوجستون. وقام بريستلى بنشر اعماله عام 1775 وشيلى عام 1777، وعادة ما يأخذ بريستلى الاهتمام لأنه قام بالنشر أولا.

و أطلق أنطوان لاڤوازييه على الغاز اسم أوكسجين في عام 1778 م. وكما ذكر أعلاه الاسم مشتق من كلمتين إغريقيتين وهما أوكسى بمعنى حامض الطعم أو مَضِر وجين ومعناها ما يَنتُج عن الشئ (متسسب ) وأيضا ما يُنتِج الشئ (مسبب). وقد اختار لافوازييه هذه الاشتقاق اللغوى نظرا للإعتقاد السائد آنذاك (خاصة بعد اكتشافات بريستلي عام 1775) بأن جميع الأحماض تحتوى على الأكسجين، وقد صحح هذا الإعتقاد بعد عدة إعادات لتعريف المواد الحمضية.

التواجد

O2 build-up in Earth's atmosphere: 1) no O2 produced; 2) O2 produced, but absorbed in oceans & seabed rock; 3) O2 starts to gas out of the oceans, but is absorbed by land surfaces and formation of ozone layer; 4-5) O2 sinks filled and the gas accumulates
Most commercially-produced O2 is used to smelt iron into steel.
500 million years of climate change vs 18O

الأكسجين هو ثانى أكبر مكون للغلاف الجوي ( 20.947 % بالحجم )

المركبات

Philo's experiment inspired later investigators.
An oxygen concentrator in an emphysema patient's house
ملف:GPN-2000-001069.jpg
Low pressure pure O2 is used in space suits

نظرا لأن الأكسجين له كهرسالبية ، فإنه يكون روابط كيميائية مع كل العناصر الأخرى تقريبا ( وكان ذلك أصل كلمة أكسدة ) . العناصر القليلة التى إستطاعت الهروب من الأكسدة هى الغازات النبيلة . وأكثر الأكاسيد شهرة هو ثانى أكسيد الهيدروجين أو الماء H2O). كما أن هناك مركبات أخرى مشهورة تتضمن الكربون والأكسجين مثل ثانى أكسيد الكربون (CO2), الكحولات(R-OH), ألهيد (R-CHO), والأحماض الكربوكسيلية (R-COOH). كما أن الراديكالات المتأكسدة مثل كلورات (ClO3), بيركلورات (ClO4), كرومات (CrO42−), ثنائي كرومات (Cr2O72−), برمنجنات (MnO4), والنيترات (NO3) عوامل مؤكسدة قوية . وهناك فلزات عديدة مثل الحديد ترتبط مع الأكسجين أكسيد حديد ثلاثي (Fe2O3). أوزون (O3) يتكون بالتفريغ الكهرستاتيكي فى وجود الأكسجين الجزيئي . جزيء الأكسجين الثنائي (O2)2 معروف ويتواجد كمكون بسيط فى الأكسجين السائل . إيبوكسيد هو إثير تكون ذرة الأكسجين فيه جزء من حلقة ثلاثية الذرات .

النظائر

Water (H2O) is the most familiar oxygen compound.
Oxides, such as iron oxide or rust, Fe2O3, form when oxygen combines with other elements.
Stahl helped develop and popularize the phlogiston theory.

للأكسجين ثلاث نظائر مستقرة و10 نظائر مشعة . وكل النظائر المشعة لها عمر نصف أقل من ثلاث دقائق .

الإحتياطات

Carl Wilhelm Scheele beat Priestley to the discovery but published afterwards.
Antoine Lavoisier discredited the Phlogiston theory.
Robert H. Goddard and a liquid oxygen-gasoline rocket

الأكسجين يمكن أن يكون سام عند الضغوط الجزيئية المرتفعة. كما ان هناك مشتقات للأكسجين مثل الأوزون (O3) ، الأكسجين الأحادي ، بيروكسيد الهيدروجين ، الجذور الهيدروكسيلية ، الأكاسيد الفائقة سامة للغاية . وقد قام جسم الإنسان بتطوير آلية للحماية من هذه المواد السامة . فمثلا الجلوتاثيون الطبيعي يعمل كمضاد للسموم ، كما يعمل البليروبين وهو مركب طبيعي يعتبر كمادة من الهيموجلبين . التركيزات العالية من الأكسجين تساع على الإشتعال السريع وينتج أخطار النيران والإنفجارات عند تواجد الوقود . وهذا أيضا يري على مركبات الأكسجين مثل الكلورات ، البير كلورات ، الداي كرومات . كما أن المواد التى لها جهد أكسدة عالي تسبب الحروق .

Acetone is an important feeder material in the chemical industry
(oxygen is in red, carbon in black and hydrogen in white).
Oxygen represents more than 40% of the molecular mass of the ATP molecule.

وقد كانت النيران التى قتلت أفراد طاقم أبوللو 1 فى تجربة للإطلاق تنتشر بسرعة كبيرة لأن الأكسجين النقي كان فى الضغط الجوي العادجي بدلا من ثلث الضغط الذى يستخدم فى الإطلاق العادى (شاهد الضغط الجزئي) .

مشتقات الأكسجين تكون جذور حرة بسهولة ، وخاصة اثناء عمليات الأيض . لأنها يمكن أن تسبب ضرر كبير للخلايا والدى إن إيه ، ويقال أنها تسبب السرطان والشيخوخة .

انظر أيضا

Oxygen toxicity occurs when lungs take in a higher than normal O2 partial pressure, which can occur in deep scuba diving.
Pure O2 at higher than normal pressure and a spark led to a fire and the loss of the Apollo 1 crew.

</div>

وصلات خارجية

المراجع

المصادر

  • Jastrow, Joseph (1936). Story of Human Error. Ayer Publishing. p. 171. ISBN 0836905687. 
  • Cook & Lauer 1968, p.499.