گاز اکسیژن با نماد شیمیایی O2O_2. گاز اکسیژن حدود ۲۱ درصد از اتمسفر را تشکیل می‌دهد و پس از گاز نیتروژن فراوان‌ترین گاز اتمسفر است. گاز اکسیژن یکی از اساسی‌ترین عوامل برای انجام بسیاری از واکنش‌های شیمیایی است. این گاز که یکی از مهم‌ترین مولکول‌های طبیعت زنده است، هنگامی‌ که با اتم‌های هیدروژن ترکیب می‌شود، مولکول‌های آب (H2O)(H_2O)هیدوژن و مولکول اکسیژن تشکیل شده است. حدود ۸۸ درصد وزنی آب موجود در طبیعت را مولکول اکسیژن تشکیل داده است. ارگانیسم‌های زنده نیز درصد زیادی اکسیژن درون خود دارند. برای مثال، ۶۵ درصد بدن انسان از اکسیژن تشکیل شده است. این مسئله اهمیت وجود این عنصر را برای فرایند‌های بیوشیمی‌و تولید انرژی نشان می‌دهد. در این مطلب از مجله فرادرس یاد می‌گیریم که گاز اکسیژن چیست و با خواص، کاربرد‌ها و واکنش‌های این عنصر مهم و فراوان آشنا می‌شویم.

فهرست مطالب این نوشته
997696

آشنایی با عنصر و مولکول اکسیژن به دلیل کاربرد‌های بسیار آن در محیط زیست و زندگی انسان بسیار‌ اهمیت دارد. در این مطلب درباره این عنصر و ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی آن توضیح می‌دهیم. همچنین تاثیر اکسیژن را در اتمسفر و زندگی گیاهان و جانوران درمی‌یابیم و بررسی می‌کنیم گرمایش زمین و دیگر مشکلات محیط زیستی چگونه بر غلظت این گاز تاثیر می‌گذارد. سپس با فایده گاز اکسیژن در صنایع مختلف مانند صنایع فلزی، پزشکی، صنایع شیشه و صنایع غذایی آشنا می‌شویم. در ادامه خطرات کم یا زیاد بودن غلظت اکسیژن در محیط‌های مختلف را بررسی می‌کنیم و درباره تاریخچه کشف گاز و اتم اکسیژن می‌خوانیم. با مطالعه این مطلب تا انتها با این عنصر حیاتی و کاربرد‌های آن آشنا شوید.

تعریف گاز اکسیژن چیست؟

اکسیژن نام یکی از عناصر جدول تناوبی با عدد اتمی‌ ۸ است. این عنصر در گروه ۱۸ جدول تناوبی که گروه اکسیژن ( کالکوژن‌ها) است قرار دارد. این عنصر یک نافلز بسیار فعال است که به سرعت با بسیاری از مواد واکنش‌داده و آن‌ها را اکسید می‌کند. گاز اکسیژن که ۲۱ درصد اتمسفر را به خود اختصاص داده است، به فرم‌های متفاوتی در طبیعت وجود دارد. این گاز به صورت حل شده در آب اقیانوس‌ها، رودخانه‌ها و دریاچه‌ها وجود دارد. همچنین در پوسته زمین، خاک، سنگ‌ها و گیاهان نیز وجود دارد. وجود گاز اکسیژن در محیط‌های مختلف نقشی مهم در بسیاری از پدیده‌های شیمیایی و زیستی را ایفا می‌کند.

عدد اتمی و جرمی اکسیژن - گاز اکسیژن چیست

بسیاری از فلزات استخراج شده از معادن پوسته زمین، به فرم اکسید شده‌ یافت می‌شوند. اکسیژن نقش اصلی را در اکسید شدن فلزات ایفا می‌کند. در صنعت نیز از گاز اکسیژن بسیار استفاده می‌شود. فرایند‌های تولید اکسیژن بنا به استفاده‌های گوناگون از این گاز بسیار گسترده هستند. این گاز در صنایعی مانند متالورژی، شیمی، خدمات درمانی و آب و فاضلاب استفاده می‌شود.

یادگیری بخش شیمی‌علوم پایه نهم با فرادرس

در این مطلب با گاز اکسیژن که یکی از مهم‌ترین ترکیبات کووالانسی موجود در طبیعت است آشنا می‌شویم. برای شناخت ترکیبات کووالانسی ابتدا باید با مفهوم اتم و عنصر و چگونگی تشکیل مواد آشنا شویم. سپس جدول تناوبی و جای‌گیری هرکدام از عناصر را در آن فراگیریم. همچنین در ادامه این مطلب می‌آموزیم که اکسیژن نقشی حیاتی در زندگی انسان و محیط زیست ایفا می‌کند. برای آشنایی بیشتر با این مفاهیم پیشنهاد می‌کنیم از مجموعه فیلم‌های آموزشی پایه نهم، خصوصا آموزش علوم تجربی در بخش شیمی‌ بهره ببرید که با زبانی ساده ولی کاربردی این مطالب را توضیح می‌دهد. در فهرست زیر به چند مورد از این آموزش‌ها اشاره کرده‌ایم.

مجموعه فیلم آموزش پایه نهم
برای دسترسی به مجموعه فیلم‌های آموزش پایه نهم فرادرس، روی عکس کلیک کنید.

فرادرس فیلم‌های آموزشی متنوعی را منتشر کرده است که در فهرست زیر به چند مورد آن‌ها اشاره کرده‌ایم:

ویژگی‌ های گاز اکسیژن

گاز اکسیژن مانند دیگر مولکول‌ها از ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی منحصر به فردی تشکیل شده است که در زیر به توضیح آن‌ها می‌پردازیم.

ویژگی‌های فیزیکی اکسیژن

مولکول اکسیژن در دمای اتاق به صورت گاز اکسیژن یافت می‌شود. اتم اکسیژن نقطه ذوبی برابر ۲۱۸٫۷۹- درجه سانتی‌گراد و نقطه جوشی برابر ۱۸۲٫۹۶- درجه سانتی‌گراد دارد. این گاز بدون بو و رنگ و مزه است و همواره در دمای اتاق به صورت گاز دو اتمی‌اکسیژن یافت می‌شود. در دماهای بسیار پایین اکسیژن می‌تواند به فرم مایع نیز وجود داشته باشد.

اکسیژن مایع در یک بشر
اکسیژن مایع

ویژگی‌های شیمیایی اکسیژن

اتم‌های اکسیژن با پیوند‌های کووالانسی به یکدیگر متصل می‌شوند و مولکول دواتمی‌اکسیژن را تولید می‌کنند. اتم اکسیژن در گروه ۱۶ جدول تناوبی و ردیف دوم قرار دارد. عدد اتمی‌آن ۱۵٫۹۹۹ و آرایش الکترونی آن به صورت [He]2s22p4[He] 2s^22p^4 ایزوتوپ 16O^{16}O

اتم اکسیژن - نمایش الکترون و پروتون و نوترون - گاز اکسیژن چیست
اتم اکسیژن

اکسیژن در جدول تناوبی

اتم اکسیژن در گروه ۱۶ جدول تناوبی (گروه اکسیژن) قرار دارد. این اتم هشتمین اتم جدول تناوبی است و در ردیف دوم جدول جای گرفته‌ است. علامت شیمیایی این اتم با حرف انگلیسی O نشان داده‌می‌شود و عدد اتمی آن ۱۶ است.

جای اتم اکسیژن در جدول تناوبی

اتم اکسیژن در جدول تناوبی (برای مشاهده تصویر در اندازه‌ بزرگ‌تر روی آن کلیک کنید.)

اهمیت گاز اکسیژن در زندگی

گاز اکسیژن اساس زندگی بسیاری از جانوران و گیاهان را تشکیل داده است همچنین بسیاری از پدیده‌های شیمیایی تنها در حضور گاز اکسیژن صورت می‌گیرند. همانطور که اشاره شد بیشتر درصد اتمسفر زمین را اکسیژن تشکیل داده است و اساس بسیاری از پدیده‌های بیولوژی مانند تنفس سلولی اکسیژن است. در ادامه به توضیح این نقش‌های اکسیژن می‌پردازیم.

نقش گاز اکسیژن در اتمسفر

همانطور که اشاره شد، گاز اکسیژن یکی از کلیدی‌ترین ترکیبات موجود در هوا برای ادامه زندگی گیاهان و جانوران است. حال می‌خواهیم بدانیم در هوایی که اطراف زمین را گرفته‌ است، نقش گاز اکسیژن چیست. گاز اکسیژن یکی از مولکول‌های کلیدی برای دستیابی به اطلاعات اجزای تشکیل دهنده هوایی است که استشمام می‌کنیم. اکسیژن به صورت سنگین و سبک در فرم ایزوتوپ‌های مختلف وجود دارد. مانند همه اتم‌ها، اکسیژن از هسته و الکترون تشکیل شده است. همه اتم‌های اکسیژن از ۸ الکترون تشکیل شده‌اند اما هسته آنها می‌تواند ۸، ۹ یا ۱۰ نوترون داشته باشد. اکسیژن سبک ۱۶ با ۸ پروتون و ۸ نوترون بیشترین فراوانی را بین ایزوتوپ‌های اکسیژن دارد. حدود ۲۱ درصد گاز‌های اتمسفر را گاز اکسیژن تشکیل داده است. برای بسیاری از موجودات بین ۱۷ تا ۲۵ درصد اکسیژن برای بقا نیاز است. گیاهان در طبیعت با استفاده از فرایند فوتوسنتز با مصرف انرژی خورشید و به همراه مصرف آب و کربن دی اکسید، همواره در حال دوباره تامین کردن اکسیژن هستند.

واکنش فرایند فوتوسنتز در ادامه آورده شده است.

6CO2+6H2OC6H12O6+6O26CO_2 + 6H_2O → C_6H_{12}O_6 + 6O_2

فوتوسنتز برگ و تولید اکسیژن - گاز اکسیژن چیست
فوتوسنتز برگ و تولید اکسیژن

برای مطالعه بیشتر درباره جو زمین و لایه‌های آن می‌توانید با مطالعه مطلب جو زمین چیست؟ — به زبان ساده در مجله فرادرس با این مطلب بیشتر آشنا شوید.

چرخه گاز اکسیژن چیست

چرخه اکسیژن به جریان اکسیژن به شکل‌های متفاوت در طبیعت گفته می‌شود. این شکل‌ها می‌تواند فرم اکسیژن حل شده در آب و آزاد در هوا به شکل گازی باشد. همانطور که اشاره شد اکسیژن پس از نیتروژن دومین گاز فراوان اتمسفر است. گیاهان و جانوران اکسیژن را برای تنفس مصرف می‌کند و آن را به شکل کربن دی اکسید به هوا و آب بازمی‌گردانند. کربن دی اکسید سپس توسط جلبک‌ها و برخی از گیاهان سبز موجود در خشکی مصرف شده و طی فرایند فوتوسنتز به کربوهیدرات تبدیل شده و اکسیژن به عنوان محصول جانبی تولید می‌شود. فرمول واکنش شیمیایی این فرایند در ادامه آورده شده است.

6CO2(g)+6H2O(l)C6H12O6(aq)+6O2(g)6 mathrm{CO}_2 (g) + 6 mathrm{H}_2mathrm{O} (l)rightarrow mathrm{C}_6mathrm{H}_{12}mathrm{O}_6 (aq) + 6 mathrm{O}_2 (g)

دیاگرام چرخه اکسیژن

چرخه اکسیژن (برای مشاهده تصویر در اندازه بزرگتر روی آن کلیک کنید.)

منابع آب روی زمین بزرگ‌ترین منابع تولید کننده اکسیژن بیوسفر هستند. تخمین‌های انجام شده نشان می‌دهد جلبک‌های موجود در این آب‌ها حدود ۹۰ درصد اکسیژن مصرفی زمین را تامین می‌کنند. اکسیژن همچنین در برخی دیگر از فعالیت‌های چرخه‌ای زیست گیاه شناسی شیمیایی نیز شرکت می‌کند.

با وجود استفاده فراوان از سوخت‌های فسیلی و کاهش پوشش‌های گیاهی روی زمین و داخل آب‌های طبیعی، میزان اکسیژن اتمسفر کاهش نیافته و تقریبا ثابت مانده است. این پدیده به دلیل افزایش تولید گیاهان در فرایند‌های کشاورزی است.

اوزون: فرم دیگر گاز اکسیژن

گاز اکسیژن به فرم‌مولکول دو یا سه اتمی‌در اتمسفر یافت می‌شود. اوزون فرم دیگر اکسیژن خالص است که از سه اتم اکسیژن تشکیل شده است. این مولکول در تروپوسفر جو زمین وجود دارد. اشعه فرابنفش مولکول‌های گاز اکسیژن O2(g){O}_2 (g)

در معادله زیر واکنش تشکیل مولکول‌های اوزون آورده شده است.

3O2(g)2O3(g)3 mathrm{O}_2 (g) rightarrow 2 mathrm{O}_3 (g)

یک‌ لایه از مولکول‌های اوزون در اتمسفر وجود دارد که به آن لایه اوزون گفته می‌شود. لایه اوزون زمین‌ را از ورود اشعه‌های فرابنفش‌ که برای انسان‌ها و برخی موجودات مضر هستند، محافظت می‌کند.

چرخه تولید اوزون - گاز اکسیژن چیست

چرخه تولید اوزون (برای مشاهده تصویر در اندازه بزرگ‌تر روی آن کلیک کنید.)

نقش گاز اکسیژن در سطح زمین

علاوه بر هوای اطراف زمین، گاز اکسیژن در سطح زمین نیز فراوانی بالایی دارد. درصد بالایی از پوسته زمین از ترکیبات معدنی سیلیکون-اکسیژن تشکیل شده است و باقی مواد نیز در بیشتر موارد به فرم اکسید‌هایشان هستند. اکسیژن به راحتی در آب قابل حل است به همین دلیل به فرایند‌های زیستی درون رودها و اقیانوس‌ها جریان می‌بخشد.

تاثیر مشکلات زیست محیطی بر گاز اکسیژن چیست؟

همانطور که اشاره شد اکسیژن نقشی حیاتی در زندگی جانوری روی زمین و در آب‌های طبیعی دارد. میزان اکسیژن موجود در اتمسفر و آب بسته به عوامل محیطی می‌تواند تغییر کند. برای مثال افزایش استفاده از سوخت‌های فسیلی که اکسیژن را مصرف می‌کند و کربن دی اکسید آزاد می‌کند می‌تواند درصد اکسیژن را کاهش دهد. برای مثال در زیر معادله سوختن متان آورده شده است. فراورده‌های این واکنش آب و کربن دی اکسید هستند. با اینکه اکسیژن به شکل ترکیب در این دو فراورده وجود دارد اما از فرم اکسیژن آزاد موجود در هوا خارج می‌شود و از درصد غلظت اکسیژن آزاد محیط کاسته می‌شود.

CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g)mathrm{CH}_4 (g) + 2 mathrm{O}_2 (g) rightarrow mathrm{CO}_2 (g) + 2 mathrm{H}_2mathrm{O} (g)

همچنین کاهش پوشش گیاهی نیز یکی دیگر از عواملی است که می‌تواند درصد اکسیژن موجود در اتمسفر را کاهش‌ دهد. هرچند این عوامل هنوز به اندازه‌ای نیست که بر فرایند‌های بیولوژیکی وابسته به اکسیژن تاثیر بگذارد. کاهش اکسیژن اتمسفر تا حدود زیادی با تولید دوباره اکسیژن توسط گیاهان جبران می‌شود.

کاهش پوشش گیاهی بر اثر کمبود گاز اکسیژن - گاز اکسیژن چیست

در آب‌های طبیعی، کاهش درصد اکسیژن حل شده در آب، که بر اثر دخالت‌های انسان شکل می‌گیرد، می‌تواند خطر حیاتی برای زندگی جانوری موجودات آبزی داشته باشد و جمعیت این جانوران را کاهش دهد. بیشتر اکسیژن موجود در محیط‌های آبی زمین از اتمسفر به آن‌ها وارد می‌شود یا در سطح آب تولید شده و به درون آن‌ها منتتقل می‌شود. به همین دلیل چرخش‌ آب مناسب برای انتقال اکسیژن به سطح‌های پایین‌تر آب برای ادامه حیاط موجودات لازم است. اگر به دلیل تغییرات زیست محیطی این چرخه به درستی شکل نگیرد، ادامه حیات این جانوران به خطر می‌افتد. همچنین، دما نیز بر انحلال اکسیژن در آب تاثیرگذار است. هرچه دمای آب پایین‌تر باشد، اکسیژن بیشتری در آن حل می‌شود. به همین دلیل افزایش دمای زمین و به دنبال آن افزایش دمای آب‌های طبیعی یکی دیگر از عواملی است که باعث کاهش اکسیژن موجود در این آب‌ها شده و جمعیت موجودات آبزی را کاهش می‌دهد.

حباب‌های اکسیژن در میان جلبک‌ها و آبزیان - گاز اکسیژن چیست

یکی دیگر از عواملی که می‌تواند باعث کاهش غلظت اکسیژن موجود در آب شود، وجود ترکیباتی مانند نیتروژن و فسفر است. این ترکیبات در اثر فعالیت‌های کشاورزی و صنعتی انسان‌ها می‌تواند به آب‌های طبیعی وارد شود و بر غلظت گاز اکسیژن موجود در آن‌ها تاثیر بگذارد.

نقش گاز اکسیژن در فرایند‌های زیستی

مسئولیت گاز اکسیژن در بدن انسان تنها به استشمام محدود نمی‌شود. اکسیژن برای شکستن مولکول‌های غذای مصرف شده توسط موجودات استفاده می‌شود به همین دلیل در متابولیسم آن‌ها نقشی بسیار مهم دارد. وقتی یک موجود زنده نفس می‌کشد، اکسیژن‌ را مصرف می‌کند و کربن دی اکسید تولید می‌کند. از آنجایی که گاز اکسیژن مولکولی بسیار مهم برای تنفس انسان‌ها و حیوانات است، آن‌را به عنصری بسیار مهم در طبیعت تبدیل می‌کند. همچنین گاز اکسیژن مولکول اصلی برای انجام گرفتن واکنش‌های سوختن است. حشرات نیز اکسیژن را برای رشد کردن، تولید مثل، و ذخیره‌ی انرژی غذا استفاده می‌کنند. سلول تمام موجودات زنده، فرایند تنفس سلولی را انجام می‌دهند. این فرایند توسط گاز اکسیژن انجام می‌شود. واکنش شیمیایی این فرایند در ادامه آورده شده است. به طور میانگین انسان‌ها، در طول روز ۶۰۰ لیتر اکسیژن را برای زنده ماندن تنفس می‌کنند.

C6H12O6(aq)+6O2(g)6CO2(g)+6H2O(l)+energymathrm{C}_6mathrm{H}_{12}mathrm{O}_6 (aq) + 6 mathrm{O}_2 (g) rightarrow 6 mathrm{CO}_2 (g) + 6 mathrm{H}_2mathrm{O} (l) + text{energy}

درون سلول‌ها، قند موجود در غذا (گلوگز) C6H12{C}_6{H}_{12}

واکنش های گاز اکسیژن چیست؟

عدد اکسایش اکسیژن در بیشتر موارد 22- است که به صورت O2 text{O}^{2-} است. اما می‌تواند یون‌های دیگری مانند پراکسید O22 text{O}_2^{2-}

اکسیدها ترکیبات شیمیایی هستند که حداقل شامل یک اتم اکسیژن و حداقل یک اتم از عنصر دیگر باشند. چهار عدد اکسایش اصلی برای اکسیژن وجود دارد که عبارتند از -۲، -۱، -۱/۲ و ۰.

روندهای عمومی‌در واکنش‌های بین عناصر گروه اصلی و اکسیژن به شرح زیر است.

  • بیشتر نافلزات (به استثنای‌ هالوژن‌ها) اکسیدهایی با بالاترین حالت اکسیداسیون ممکن را تشکیل می‌دهند.
  • بیشتر فلزات اکسیدهایی با عدد اکسایش -۲ تشکیل می‌دهند.
  • به طور کلی، اکسیدهای فلزی بازی و اکسیدهای نافلزات اسیدی هستند. میزان بازی بودن یک اکسید با افزایش خصوصیات یونی (فلزی) افزایش می‌یابد. اکسیدهای فلزی، پراکسیدها و سوپراکسیدها در آب حل شده و با آب واکنش می‌دهند تا محلول‌های بازی تشکیل دهند.
  • اکسیژن همچنین اکسیدهای کووالانسی با نافلزات تشکیل می‌دهد که با آب واکنش داده و محلول‌های اسیدی تشکیل می‌دهند.
  • اکسیژن با بیشتر گازهای نجیب واکنش نمی‌دهد.
علامت و عدد اتمی اتم اکسیژن

واکنش گاز اکسیژن با هیدروژن

اکسیژن با هیدروژن واکنش داده و دو ترکیب تولید می‌کند. آب (H2O)( text{H}_2text{O} )

2H2(g)+O2(g)2H2O(l) 2text{H}_2(text{g}) + text{O}_2(text{g}) rightarrow 2text{H}_2text{O}(text{l})

قدرت اکسیدکنندگی قوی هیدروژن پراکسید، آن را برای کاربردهای صنعتی بسیار مهم می‌کند. معادله زیر واکنش هیدروژن و اکسیژن برای تشکیل هیدروژن پراکسید را نشان می‌دهد.

H2+O2H2O2 text{H}_2 + text{O}_2 rightarrow text{H}_2text{O}_2

محصول این واکنش یک پراکسید نامیده می‌شود زیرا اکسیژن در حالت O22 text{O}_2^{2-}

واکنش گاز اکسیژن با گروه فلزات قلیایی

اکسیژن به سرعت با عناصر گروه ۱ (فلزات قلیایی) واکنش می‌دهد و اکسیدهای آن‌ها در حالت محلول در آب، محلول‌های بازی تولید می‌کنند. فراورده اصلی این واکنش‌ها پایدارترین ترکیب نسبت به واکنش‌دهنده‌ها است. به عنوان مثال، اکسیدM2O text{M}_2text{O} سدیم، پتاسیم، روبیدیوم و سزیم در واکنش‌های احتراقی با اکسیژن می‌سوزند.

  • لیتیوم : لیتیوم با اکسیژن واکنش داده وLi2Otext{Li}_2text{O}
  • سدیم : سدیم با شعله نارنجی در هوا می‌سوزد. با مقدار بیشتر سدیم یا در حضور اکسیژن خالص، شعله‌ای قوی‌تر ایجاد می‌شود و ترکیبی از اکسید و پراکسید سدیم تولید می‌شود.
  • پتاسیم : قطعات کوچک پتاسیم در هوا ذوب شده و مخلوطی از پراکسید و سوپراکسید پتاسیم تشکیل می‌دهند. قطعات بزرگ‌تر با شعله بنفش می‌سوزند.
  • سایر فلزات قلیایی : فلزات قلیایی دیگر (روبیدیم، سزیم، فرانسیم) سوپراکسید تشکیل می‌دهند که محصول اصلی احتراق است. این ترکیبات به دلیل تمایل بالای یون O2 text{O}_2^{-}
آزمایش شعله- گاز اسیژن چیست
رنگ شعله حاصل از سوختن عناصر مختلف

واکنش گاز اکسیژن با گروه فلزات قلیایی خاکی

عناصر گروه ۲ شامل برلیم، منیزیم، کلسیم، استرانسیم، باریم و رادیم هستند. فلزات قلیایی خاکی با اکسیژن واکنش می‌دهند اما سرعت آن‌ها به اندازه سرعت واکنش فلزات گروه ۱ نیست. این واکنش‌ها نیاز به گرما دارند. مشابه اکسیدهای گروه ۱، اکثر اکسیدها و هیدروکسیدهای گروه ۲ در آب کم‌محلول هستند و محلول‌های بازی تولید می‌کنند.

همه فلزات گروه ۲ به طور مشابه واکنش داده و با سوختن، اکسیدهایی (حاوی یون O2 text{O}^{2-} ) تشکیل می‌دهند.

2M+O22MO 2text{M} + text{O}_2 rightarrow 2text{MO}

پس از شروع، این واکنش‌ها با اکسیژن شدید هستند. تنها پراکسیدهایی که از فلزات قلیایی خاکی تشکیل می‌شوند، پراکسید استرانسیم و باریم هستند که نیاز به گرما و اکسیژن اضافی دارند.

M+O2MO2 text{M} + text{O}_2 rightarrow text{MO}_2

که در آن M نشان‌دهنده استرانسیم یا باریم است.

  • برلیم : برلیم با هوا و آب واکنش نمی‌دهد. این رفتار شیمیایی برلیم به اندازه کوچک و انرژی یونش بالای اتم‌های آن نسبت داده می‌شود.
  • سایر فلزات گروه ۲ : به جز برلیم، سایر فلزات قلیایی خاکی در دمای اتاق در هوا اکسید تشکیل می‌دهند.

2M+O22MO 2text{M} + text{O}_2 rightarrow 2text{MO}

که در آن M نشان‌دهنده برلیم، منیزیم، کلسیم، استرانسیم، باریم یا رادیم است.

پراکسیدهایی به فرم MO2 text{MO}_2

M+O2MO2 text{M} + text{O}_2 rightarrow text{MO}_2

اکسیدهای منیزیم، کلسیم، استرانسیم و باریم با آب واکنش داده و هیدروکسیدها تشکیل می‌دهند.

MO+H2OM(OH)2 text{MO} + text{H}_2text{O} rightarrow text{M(OH)}_2

همه اکسیدها و هیدروکسیدهای فلزات گروه ۲، به جز برلیم، خاصیت بازی دارند.

M(OH)2M2++2OH text{M(OH)}_2 rightarrow text{M}^{2+} + 2text{OH}^{-}

در تصویر زیر واکنش اکسید شدن نوار منیزیم را در مجاورت اکسیژن مشاهده می‌کنید.

2Mg+O22MgO2Mg + O_2 → 2MgO

واکنش اکسید شدن منیزیم در هوای آزاد
واکنش اکسید شدن منیزیم در هوای آزاد

واکنش گاز اکسیژن با گروه ۱۳ و ۱۴

عناصر گروه ۱۳ شامل بور، آلومینیوم، گالیوم، ایندیم و تالیم هستند. بور تنها عنصر غیرفلزی در این گروه است. این عناصر در واکنش‌هایشان با اکسیژن تفاوت دارند. اکسیدهای فلزی خاصیت بازی و اکسیدهای غیرفلزی خاصیت اسیدی دارند. این امر برای تمامی‌عناصر گروه ۱۳ به جز آلومینیوم و گالیوم صدق می‌کند.

همه عناصر گروه ۱۳ ترکیباتی از نوع M2O3 M_2O_3

4M(s)+3O2(g)2M2O3(s) 4M(s) + 3O_2(g) rightarrow 2M_2O_3(s)

در دماهای بالا، تالیم با اکسیژن واکنش داده و Tl2O Tl_2O

4Tl(s)+O2(g)2Tl2O 4Tl(s) + O_2(g) rightarrow 2Tl_2O

بور

معمول‌ترین فرم اکسید بور، B2O3 B_2O_3

2B(OH)3ΔB2O3+3H2O 2B(OH)_3 xrightarrow{Delta} B_2O_3 + 3H_2O

آلومینیوم

آلومینیوم در حالت اکسایش 3+3+ قرار دارد و با اکسیژن واکنش می‌دهد و پوششی از Al2O3 Al_2O_3

4Al(s)+3O2(g)2Al2O3 4Al(s) + 3O_2(g) rightarrow 2Al_2O_3

آلومینیوم اکسید
پودر آلومینیوم اکسید

اکسید آلومینیوم (Al2O3 Al_2O_3 آمفوتر است و می‌تواند به عنوان اسید و باز عمل کند.

Al2O3(s)+6HCl(aq)2AlCl3(aq)+3H2O(l) Al_2O_3(s) + 6HCl(aq) rightarrow 2AlCl_3(aq) + 3H_2O(l)

Al2O3(s)+2NaOH(aq)+3H2O(l)2Na[Al(OH)4](aq) Al_2O_3(s) + 2NaOH(aq) + 3H_2O(l) rightarrow 2Na[Al(OH)_4](aq)

برای تالیم، حالت اکسایش 1+1+ پایدارتر از 3+3+ است، اما سایر عناصر گروه ۱۳ اکسیدهای سه‌ظرفیتی تشکیل می‌دهند.

4M(s)+3O2(g)2M2O3(s) 4M(s) + 3O_2(g) rightarrow 2M_2O_3(s)

واکنش‌ گاز اکسیژن با عناصر گروه ۱۴

گروه ۱۴ شامل فلزات، شبه‌فلزات و غیرفلزات است. اکسیدهای عناصر بالای این گروه کمی‌اسیدی هستند و اسیدیته با حرکت به سمت پایین گروه کاهش می‌یابد.

  • غیرفلزات: کربن، به عنوان غیرفلز گروه ۱۴، با اکسیژن واکنش داده و CO2 CO_2
  • شبه‌فلز: سیلیکون تنها یک ترکیب پایدار، SiO2 SiO_2
  • فلزات: سه فلز این گروه (ژرمانیم، قلع و سرب) اکسیدهای مختلفی تولید می‌کنند که آمفوتریک هستند.

ژرمانیم: GeO GeO ، GeO2 GeO_2

قلع: SnO SnO ، SnO2 SnO_2

سرب: PbO PbO ، PbO2 PbO_2

تصویر زیر شکل مولکول‌های سیلیکون دی اکسید را نشان می‌دهد.

مولکول سیلیکون دی اکسید
مولکول سیلیکون دی اکسید

واکنش گاز اکسیژن با گروه ۱۵

گروه ۱5 شامل نیتروژن، فسفر، آرسنیک، آنتیموان و بیسموت است. نیتروژن و فسفر غیرفلزی، آرسنیک و آنتیموان شبه‌فلز و بیسموت فلزی هستند.

نیتروژن

نیتروژن با اکسیژن واکنش داده و اکسیدهایی با حالات اکسایش 1+1+ تا 5+5+ تشکیل می‌دهد. تمامی‌ این اکسیدها به جز N2O5 N_2O_5

NO NO ، N2O N_2O

این واکنش‌ها گرماگیر بوده و برای واکنش مستقیم اکسیژن با N2(g) N_2(g)

واکنش اسید نیترو به شرح زیر است.

N2O3(s)+H2O(l)2HNO2(aq) N_2O_3(s) + H_2O(l) rightarrow 2HNO_2(aq)

واکنش تولید اسید نیتریک به شرح زیر است.

N2O5(s)+H2O(l)2HNO3(aq) N_2O_5(s) + H_2O(l) rightarrow 2HNO_3(aq)

فسفر

فسفر در دو شکل آلوتروپ سفید و قرمز وجود دارد. فسفر قرمز کمتر از فسفر سفید واکنش‌پذیر است. فسفر با اکسیژن واکنش داده و بسته به میزان اکسیژن موجود، دو اکسید اصلی تشکیل می‌دهد. اکسید P4O6 P_4O_6

P4O10+6H2O4H3PO4 P_4O_{10} + 6H_2O rightarrow 4H_3PO_4

در شرایط خاص، اکسیدهای P4O7 P_4O_7

واکنش تولید اسید فسفروس و اسید فسفریک به شرح زیر است.

P4O6(l)+6H2O(l)4H3PO3(aq) P_4O_6(l) + 6H_2O(l) rightarrow 4H_3PO_3(aq)

P4O10(s)+6H2O(l)4H3PO4(aq) P_4O_{10}(s) + 6H_2O(l) rightarrow 4H_3PO_4(aq)

تصویر زیر واکنش فسفر قرمز را با اکسیژن نشان می‌دهد. که به آن آزمایش خورشید قرمز یا خورشید اکسیژنی نیز گفته می‌شود.

واکنش فسفر قرمز و اکسیژن

سایر عناصر گروه ۱۵

آرسنیک، آنتیموان و بیسموت هنگام سوختن با اکسیژن واکنش می‌دهند. حالات اکسایش رایج برای این عناصر +۳و +۵ است. دو نوع اصلی اکسید برای هر عنصر وجود دارد که در ادامه آورده شده‌ است.

  • آرسنیک: As2O3 As_2O_3
  • آنتیموان: Sb2O3 Sb_2O_3
  • بیسموت: Bi2O3 Bi_2O_3

برخی اکسیدها مانند Sb4O10 Sb_4O_{10}

واکنش های گاز اکسیژن با عناصر گروه ۱۶

عناصر گروه ۱۶ جدول تناوبی شامل خود عنصر اکسیژن، سولفور، سلنیم، تلریوم و پولنیوم است. اکسیژن با عناصر گروه خود اکسید‌های متنوعی تولید می‌کند که بیشتر به فرم اکسید‌های دو و سه ظرفیتی هستند.

اکسیژن

اکسیژن به دلیل قدرت واکنش‌پذیری زیاد توانایی برقراری پیوند با مولکول‌های خود و تشکیل مولکول اوزون را دارد. این واکنش به وسیله تابش نور فرابنفش انجام می‌شود. واکنش تولید اوزون به شکل زیر است.

3O2(g)2O3(g)3 mathrm{O}_2 (g) rightarrow 2 mathrm{O}_3 (g)

سولفور

سولفور دی اکسید، SO2SO_2

S(s)+O2(g)ΔSO2(g)S(s) + O_2(g) xrightarrow{Delta} SO_2(g)

واکنش سولفور با اکسیژن مانند مواردی که پیش‌تر اشاره شد اکسی‌اسید تولید می‌کند. سولفور دی اکسید تولید شده از واکنش بالا برای تولید سولفور تری اکسید و سپس تولید سولفوریک اسید طی واکنش آن با آب مورد استفاده قرار می‌گیرد.

2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)2SO_2(g) + O_2(g) rightleftharpoons 2SO_3(g)

2SO3(g)+H2O(l)H2SO4(aq)2SO_3(g) + H_2O(l) rightarrow H_2SO_4(aq)

تصویر زیر شعله سوختن سولفور را در اکسیژن نشان می‌دهد.

شعله سوختن گوگرد در اکسیژن
شعله سوختن گوگرد در اکسیژن

واکنش گاز اکسیژن با عناصر گروه ۱۷

عناصر گروه ۱۷ جدول تناوبی شامل فلوئور، کلر، برم و ید هستند. این عناصر که‌هالوژن‌ها نامیده می‌شوند با اکسیژن واکنش داده و اغلب محصولات ناپایداری تولید می‌کنند. فرم این ترکیبات بیشتر به صورت‌های X2OX_2O

فلوئور

فلوئور در کنار اکسیژن مرتبه اکسایش 11- را می‌پذیرد. این عنصر ترکیب اکسیژن فلوئورید را تشکیل می‌دهد که واکنش تشکیل آن به فرم زیر است.

2F2+2NaOHOF2+2NaF+H2O2 F_2 + 2NaOH rightarrow OF_2 + 2 NaF + H_2O

سایر هالوژن‌ها بجای تولید اکسید، اکسی‌اسید تولید می‌کنند. در جدول زیر برخی از این ترکیبات مشخص شده است.

عدد اکسایش‌ هالوژن کلر برم ید
1+1+ HOClHOCl HOBrHOBr HOIHOI
3+3+ HClO2HClO_2 —- —-
5+5+ HClO3HClO_3 HBrO3HBrO_3 HIO,HIO3HIO, HIO_3
7+7+ HClO4HClO_4 HBrO4HBrO_4 HIO4,H5IO6HIO_4 , H_5IO_6

واکنش گاز اکسیژن با عناصر گروه ۱۸

عناصر گروه ۱۸ جدول تناوبی که به آن‌ها گاز‌های نجیب گفته می‌شود عموما واکنش‌ناپذیر هستند. بجر زنون که با اکسیژن واکنش داده و ترکیبات XeO3 XeO_3

کاربرد‌های صنعتی گاز اکسیژن چیست؟

حال که با خواص و کاربرد‌های زیستی اکسیژن آشنا شدیم، می‌خواهیم بدانیم در صنعت کاربرد گاز اکسیژن چیست. گاز اکسیژن علاوه بر فرایند‌های زیستی در بسیاری از صنایع به فرم‌های مختلف استفاده می‌شود. این گاز به دلیل واکنش‌پذیری زیاد، بسیار اکسید کننده است و از این ویژگی آن در صنعت‌های مختلف استفاده می‌شود. اکسیدکنندگی بالای اکسیژن اگر به درستی در صنایع استفاده شود می‌تواند در افزایش بازده فرایند‌ها، کاهش هزینه‌ها، بهبود عملکرد فرایند‌ها، و کاهش فراورده‌های کربنی موثر باشد. جایگزینی اکسیژن با هوا در بسیاری از واکنش‌های شیمیایی نیز می‌تواند سرعت و بازده بسیاری از آن‌ها را بهبود ببخشد. کاربرد‌های گاز اکسیژن در فرایند‌های سوختن، اکسیداسیون، تخمیر، فرایند‌های سیستم‌های آب و فاضلاب، و آبزی پروری بسیار زیاد است. این گاز اگر با استیلن C2H2C₂H₂سخت کاری فلزات، و شستن فلزات استفاده می‌شود.

جوشکاری- کاربرد گاز اکسیژن چیست

در ادامه به توضیح هریک از این کاربرد‌ها می‌پردازیم.

استفاده از گاز اکسیژن در صنایع پزشکی

یکی از مهم‌ترین کاربرد‌های گاز اکسیژن، کمک به تنفس بیماران است. در بیمارستان‌ها، از گاز اکسیژن به عنوان منبعی برای کمک به تنفس برای قبل و بعد از عمل‌های جراحی استفاده می‌ شود.

اکسیژن استفاده شده در موارد پزشکی باید خلوصی حدود ۹۹٫۵ درصد داشته باشد. بر اساس اعلام سازمان بهداشت جهانی این اکسیژن باید با جریانی کم، مداوم، پاکیزه و متمرکز استفاده شود. اکسیژن مورد نیاز مصارف پزشکی معمولا در کپسول اکسیژن جابه‌جا می‌شود. جریان اکسیژن برای کمک به تنفس در مواردی که بیمار دچار مشکلات ریوی، حملات عصبی، آسم و… شده باشد استفاده می‌شود. همچنین تحقیقات علمی‌درباره اکسیژن می‌تواند کمک شایانی به بهبود درمان‌های شامل اکسیژن برای بیماری‌های مختلف شود.

در مطلب زیر از مجله فرادرس روش انجام حمل اکسیژن در خون به طور ساده به همراه مثال توضیح داده شده است.

اهمیت گاز اکسیژن چیست

استفاده از گاز اکسیژن در صنایع متالورژی (صنایع فلزی)

علاوه بر کاربرد‌های اشاره شده، اکسیژن در صنایع فلزی نیز کاربرد دارد. در فرایند تولید استیل و دیگر فلزات، اکسیژن نقش بسزایی در تامین دمای بالای مورد نیاز این فرایند‌ها دارد. از این گاز همچنین در فرایند‌های خالص‌سازی، گرم کردن، جوشکاری، ریخته‌گری، ذوب کردن، فرایند‌های پساسوختن «Post combustion»، دی‌کربنه کردن «Decarburization» و لیچینگ «Leaching» (فروشویی) فلزات استفاده می‌شود.

جوشکاری با استفاده از گاز اکسیژن چیست
جوشکاری با استفاده از گاز اکسیژن

استفاده از گاز اکسیژن در آبزی پروری

گاز اکسیژن نه تنها برای تنفس انسان‌ها و حیوانات، بلکه برای تنفس آبزیان نیز ماده‌ای حیاتی به شمار می‌آید. در صنایع آبزی پروری از گاز اکسیژن برای افزایش غلظت اکسیژن حل شده در آب (DO)(DO) استفاده می‌شود. تحقیقات نشان داده است که افزودن مقادیری از اکسیژن با خلوص بالا به جای هوا به محل زندگی آبزیان پرورشی باعث افزایش تولیدمثل و کاهش مرگ و میر آن‌ها می‌شود.

آبزی پروری- استفاده از گاز اکسیژن
آبزی پروری- استفاده از گاز اکسیژن

استفاده از گاز اکسیژن در صنایع شیمیایی

در بسیاری از فرایند‌های شیمیایی، وجود گاز اکسیژن یکی از نیاز‌های کلیدی رسیدن به فراورده‌ها است. آلومینیوم در سنگ بوکسیت (هیدروکسید آلومینیوم) یا آهن در سنگ‌های هماتیت (اکسید آهن) کربنات‌های موجود در سنگ‌های مختلف مانند سنگ آهک، همگی این ترکیبات طبیعی از اکسیژن تشکیل شده‌اند. واکنش‌های اکسیداسیون در شیمی‌ پرتکرارترین واکنش‌هایی هستند که در حضور گاز اکسیژن انجام می‌شوند. هم چنین از گاز اکسیژن برای تولید بسیاری از مواد مهم مانند اتیلن یا پروپیلن اکسید استفاده می‌شود.

واکنش تولید اتیلن اکسید به وسیله اکسیژن در زیر آورده شده است.

C2H4+O2C2H4Omathrm{C}_2mathrm{H}_4 + mathrm{O}_2 rightarrow mathrm{C}_2mathrm{H}_4mathrm{O}

واکنش تولید پروپیلن اکسید به وسیله اکسیژن در زیر آورده شده است.

C3H6+O2C3H6Omathrm{C}_3mathrm{H}_6 + mathrm{O}_2 rightarrow mathrm{C}_3mathrm{H}_6mathrm{O}

در تحقیقات علمی، اکسیژن یکی از مهم‌ترین عناصر مورد مطالعه محققان است. محققان با استفاده از اکسیژن به مطالعه و تحقیق درباره ساده‌ترین واکنش‌های شیمیایی تا پیچیده‌ترین فرایند‌های بیولوژیکی می‌پردازند. برای مثال مطالعه درباره این‌که تاثیر دیگر عناصر بر گاز اکسیژن چیست به نتایجی درباره روش بهبود سلول‌های سوختی یا دست‌یابی به روش‌های سوخت تمیز‌تر میانجامد.

استفاده از گاز اکسیژن در صنایع آب و فاضلاب

علاوه بر صنایع اشاره شده، گاز اکسیژن در فرایند‌های تصفیه اب نیز کاربرد‌های فراوانی دارد. در صنایع اب و فاضلاب از اکسیژن برای تسریع روند شکستن میکروارگانیسم‌ها به مواد آلی استفاده می‌شود. برای آشنایی بیشتر با اصول و روند سیستم‌های تصفیه آب پیشنهاد می‌کنیم مطلب زیر از مجله فرادرس را مطالعه کنید.

استفاده از اکسیژن در صنایع هوافضا

همانطور که می‌دانید یکی از اصلی‌ترین مشکلات فضانوردان، تامین هوایی برای تنفس در خارج از جو زمین است. گاز اکسیژن یکی از مهم‌ترین منابعی است که فضانوردان برای سفرهای فضایی باید برای تامین هوای مورد نیاز تنفس خود به همراه داشته باشند.

استفاده از گاز اکسیژن در صنایع غذایی

گاز اکسیژن همچنین به عنوان افزودنی برای تازه نگه‌داشتن برخی از مواد غذایی استفاده می‌شود. در صنایع غذایی، اکسیژن برای دست‌یابی یه رنگ طبیعی و تازه مواد برای مثال گوشت تازه استفاده می‌شود.

استفاده از گاز اکسیژن در صنایع تولید شیشه

در صنایع شیشه از گاز اکسیژن برای افزایش دما استفاده می‌شود. این افزایش دما برای ذوب و نرم کردن فراورده‌های شیشه، بریدن، پولیش شیشه و حالت دادن به این فراورده‌ها استفاده می‌شود. همچنین از اکسیژن می‌توان به جای هوا برای ایجاد حباب در فراورده‌های شیشه استفاده کرد و از آن جا که اکسیژن از هوا در شیشه انحالال‌پذیرتر است، می‌تواند نتایج بهتری بدست آورد.

تولید شیشه- کاربرد گاز اکسیژن
گاز اکسیژن در فرایند تولید شیشه کاربرد دارد.

دیگر کاربرد‌های گاز اکسیژن در صنایع مختلف

تا اینجا با برخی از کاربرد‌های گاز اکسیژن در صنایع مختلف آشنا شدیم. حال می‌خواهیم بدانیم دیگر کاربرد‌های گاز اکسیژن چیست. این کاربرد‌ها شامل‌فرایند‌های مختلفی است که این فرایند‌ها شامل بهبود و تولید استیل و دیگر فلزات، برش لیزری، تولید و بهبود دارو‌ها، تولید و بهبود فراورده‌های نفتی، شیشه، سرامیک، و کاغذ است. در ادامه این کابرد‌ها با مثال بیشتر توضیح داده شده‌اند.

استفاده از گاز اکسیژن در فرایند لیزر کات (برش لیزری)

از اکسیژن برای بریدن استیل‌های کربنی استفاده ‌می‌شود. در این فرایند مواد مورد نظر تا دمای احتراق توسط تابش لیزری گرم شده و در مخزن اکسیژن می‌سوزند.

برش لیزری با گاز اکسیژن - گاز اکسیژن چیست
برش لیزری با گاز اکسیژن

ذوب کردن، خالص سازی و تولید استیل و دیگر فلز‌ها

دمیدن اکسیژن در برخی فرایند‌های تولید استیل باعث کاهش میزان کربن آن‌ها شده و استیل خالص‌تری به دست می‌اید.

تولید مواد شیمیایی به وسیله واکنش اکسیداسیون

اکسیداسیون فرایندی است که طی آن یک ماده با اکسیژن واکنش داده و اکسید می‌شود. یکی از مهم‌ترین واکنش‌های اکسیداسیون تولید زنگ آهن است.

اکسیداسیون آهن و موز - گاز اکسیژن چیست
تولید زنگ آهن و اکسید شدن موز به وسیله اکسیژن

راندن موشک‌ها

از گاز اکسیژن به عنوان سوخت موشک‌ها نیز استفاده می‌شود. هنگام شروع پرواز موشک‌ها، اکسیژن مایع و هیدروژن به درون موتور موشک رانده می‌شوند و با یکدیگر مخلوط می‌شوند. از سوختن این دوگاز با یکدیگر انرژی مورد نیاز راندن موشک تامین می‌شود.

خطرات گاز اکسیژن

همانطور که اشاره شد یکی از ویژگی‌های گاز اکسیژن واکنش‌پذیری بسیار بالای آن است. گاز اکسیژن مولکولی بسیار فعال است به همین دلیل کار کردن با آن خطراتی به همراه دارد و نیازمند دقت بالایی است. در ادامه بررسی می‌کنیم خطرات کار کرن با گاز اکسیژن چیست.

خطر اشتعال و انفجار گاز اکسیژن

گاز اکسیژن در مجاورت مواد مشتعل شونده (آتش‌گیر) به سرعت باعث به وجود آمدن آتش یا شروع فرایند سوختن می‌شود. فرایند سوختن فرایندی است که در آن یک ماده با اکسیژن واکنش‌دهد و مقادیر زیادی از انرژی را به صورت نور، گرما و در مواردی آتش آزاد کند. به همین دلیل باید از نگه‌داری مواد مشتعل شونده در محیط‌هایی که غلظت گاز اکسیژن زیاد است، خودداری شود. فرایند‌های سوختن در محیط‌هایی که غلظت اکسیژن زیاد است می‌تواند با سرعت و شدت بسیار بیشتری نسبت به شرایط عادی اتفاق بیافتد. هرچند گاز اکسیژن باعث اشتعال مواد مشتعل شونده می‌شود اما خود به تنهایی و در شرایط عادی آتش نمی‌گیرد.

سوختن اکسیژن - گاز اکسیژن چیست
سوختن شعله کوره اکسیژن

کمبود گاز اکسیژن در محیط چیست؟

در قسمت قبل درباره خطرات زیاد بودن غلظت گاز اکسیژن در محیط صحبت کردیم. حال می‌خواهیم بدانیم کمبود گاز اکسیژن در محیط چیست و چه خطراتی دارد. کمبود اکسیژن محیط می‌تواند برای سلامت انسان‌ها و دیگر موجودات زنده بسیار آسیب زننده باشد. به همین علت، ضروری است که همواره مقدار غلظت اکسیژن محیط اندازه‌گیری شود. کمبود اکسیژن در محیط‌های صنعتی، می‌تواند باعث کاهش تمرکز کارکنان، سرگیجه و سردرد آن‌ها شود.

کپسول های اکسیژن پزشکی - گاز اکسیژن چیست

مسمومیت ناشی از گاز اکسیژن چیست

تنفس مقدار بیش از اندازه گاز اکسیژن باعث آسیب به شش‌ها و سیستم اعصاب مرکزی می‌شود. به این اتفاق مسمومیت ناشی از اکسیژن گفته می‌شود و نیاز به مراقبت‌های درمانی دارد. میزان غلظت گاز اکسیژن موجود در هوا میزان مناسب برای تنفس انسان‌ها و سایر جانوران است. اگر غلظت گاز اکسیژن هوا زیر پایین‌تر از ۱۹ درصد شود خطر کمبود اکسیژن و اگر بالاتر از ۲۴ درصد شود خطر مسمویت ناشی از اکسیژن و همچنین انفجار و اشتعال بسیاری از مواد آتش‌گیر بالا می‌رود.

تولید اکسیژن

علاوه بر فرایند‌های تولید طبیعی گاز اکسیژن مانند فوتوسنتز که به آن اشاره شد، روش‌های شیمیایی نیز برای تولید این گاز وجود دارد. در ادامه بررسی می‌کنیم روش آزمایشگاهی تولید گاز اکسیژن چیست. علاوه بر فرایند فوتوسنتز، اکسیژن می‌تواند از واکنش‌های شیمیایی دیگری نیز به دست بیاید. برای مثال از واکنش تجزیه آب اکسیژنه ( هیدروژن پراکسید)، اکسیژن به دست می‌آید.

2HO2(aq)2H2O(l)+O2(g)2HO_2(aq) → 2H_2O(l) + O_2(g)

سرعت انجام این واکنش می‌تواند توسط منگنز (IV) اکسید کاتالیز شود. منگنز (IV) اکسید جامدی سیاه‌رنگ است. هنگامی‌ که این ماده به هیدروژن پر اکسید اضافه می‌شود، حباب‌های اکسیژن قابل مشاهده هستند. با استفاده از یک سرنگ گاز می‌توان اکسیژن آزادشده را جمع آوری کرد.

همچنین با مایع کردن و تقطیر هوا نیز می‌توان اکسیژن به دست آورد. یکی دیگر از راه‌های بدست آوردن اکسیژن در آزمایشگاه، فرایند الکترولیز آب است. فرمول این واکنش در زیر نوشته شده است.

2H2O(l)2H2(g)+O2(g)2H_2O(l) → 2H_2(g) + O_2(g)

الکترولیز آب
الکترولیز آب

تاریخچه کشف گاز اکسیژن

گاز اکسیژن از هزاران سال پیش در اثر فعالیت گیاهان و میکروارگانیسم‌ها روی زمین وجود داشته است و اساس زندگی انسان‌ها و جانوران‌ را روی زمین تشکیل داده است. اولین مطالعات راجع به اتم اکسیژن مربوط به قرن ۱۸ میلادی است. دانشمند انگلیسی، جوزف پریستلی گاز اکسیژن را به تنهایی و بدون ترکیب شدن با عنصر دیگری در ترکیب نور خورشید با اکسید جیوه جداسازی کرد. مشاهدات او همچنین شامل مطالعات راجع به شدت شعله سوختن شمع در این گاز نسبت به هوای آزاد نیز می‌شد.

پس از او، آنتوان لاوازیه (پدر علم شیمی) اولین کسی بود که عنصر اکسیژن را کشف کرد و عنصر را چیزی تعریف کرد که نمی‌تواند به اجزای شیمیایی کوچک‌تری (اتم) شکسته شود. اون پس از کشف اینکه گاز اکسیژن چیست، این نام را بر روی آن گذاشت که به معنی تولید اسید است. به این علت که او فکر می‌کرد این عنصر پایه تمامی‌مواد اسیدی است.

مولکول‌های سه‌بعدی اکسیژن - گاز اکسیژن چیست

جمع بندی

این مطلب را فراگرفتیم تا بدانیم اتم و گاز اکسیژن چیست و چه کاربردی دارد. در این مطلب از مجله فرادرس آموختیم گاز اکسیژن مولکولی دواتمی‌ تشکیل شده از اتم اکسیژن با عدد اتمی‌ ۸ است. در دما و فشار نرمال اتاق، این ماده به فرم گاز بی رنگ، بی بو و بدون مزه‌ای است که بیشتر به شکل مولکول O2O_2

source

توسط expressjs.ir