Dioksygen

Dioksygen
IUPAC navn
diatomisk oksygen
Generell
Molekylær formel eller 2
Identifikatorer
ChEBI 15379
ChemSpider 952
Narkotikabank 09140
PubChem 977
UNII S88TT14065
InChIInChI= InChI=1S/O2/c1-2
nøkkel: MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N
fysiske egenskaper
Utseende Fargeløs
molar masse 31,9988 [ 1 ] ​g / mol
Smeltepunkt 50,35 K (−223 °C)
Kokepunkt 90,18K (−183°C)
Verdier i SI og under standardforhold
(25 ℃ og 1 atm ), med mindre annet er angitt.

Dioksygen , molekylært oksygen , [ 2 ] diatomisk oksygen eller gassformig oksygen (vanligvis kalt bare oksygen ) er et diatomisk molekyl som består av 2 oksygenatomer. Det er en fargeløs , luktfri og smakløs gass ( under normale trykk- og temperaturforhold ) . Det er en annen allotropisk variasjon av oksygen som består av tre atomer : O 3 , kalt ozon , hvis tilstedeværelse i atmosfæren beskytter jorden mot forekomsten av ultrafiolett stråling fra solen.

Flytende og fast oksygen er litt blåaktig i fargen og er i begge tilstander svært paramagnetiske . Flytende oksygen oppnås vanligvis ved fraksjonert destillasjon av flytende luft sammen med nitrogen .

Det reagerer praktisk talt med alle metaller (unntatt edelmetaller ) og forårsaker korrosjon .

Applikasjoner

Hovedbruken av oksygen, flytende oksygen, brukes i rakettfremdriftsmotorer , mens i industrielle prosesser og transport tas oksygen til forbrenning direkte fra luften. Andre industrielle bruksområder er sveising og produksjon av stål og metanol .

Medisinen bruker også oksygen ved å gi det som et supplement til pasienter med luftveisvansker; og oksygenflasker brukes i ulike idretter som dykking eller arbeid, i tilfelle tilgang til lukkede steder, eller dårlig ventilert, med forurenset atmosfære (innvendig rengjøring av tanker, arbeid i malerom, etc.)

Oksygen fremkaller en euforisk respons hos de som inhalerer det, og det er derfor det historisk sett har blitt brukt til underholdning, en praksis som fortsetter i dag. På 1800-tallet ble det også brukt, blandet med lystgass , som smertestillende middel .

Historikk

Oksygen, fra det greske ὀξύς, syre og -geno, fra roten γεν, for å generere, - et navn gitt av Lavoisier i 1774 som til slutt viste seg unøyaktig i den grad at det er mange syrer som ikke inneholder oksygen - ble oppdaget av den svenske farmasøyten Carl Wilhelm Scheele i 1771 , men hans arbeid fikk ikke umiddelbar anerkjennelse og tilskrives noen ganger Joseph Priestley som uavhengig oppdaget det 1. august 1774 .

Biologisk rolle

Fotosyntese og respirasjon

Oksygen frigjøres av fotosyntetiske bakterier, alger og planter gjennom fotosyntese . I omvendt prosess bruker aerobe organismer gjennom respirasjon oksygen til å omdanne næringsstoffer til energi ( ATP ). Nedgangen i oksygen forårsaker hypoksemi og dens totale mangel på anoksi , noe som kan forårsake organismens død.

I naturen produseres ukombinert oksygen ved fotonedbrytning av vann under fotosyntese . Etter noen estimater gir grønne alger og cyanobakterier fra marine miljøer omtrent 70 % av det som produseres på jorden, og landplanter resten. [ 3 ] Andre forskere anslår at det oseaniske bidraget til atmosfærisk oksygen er enda høyere, mens andre anslår det lavere, på rundt 45 % av planetens totale atmosfæriske oksygen hvert år. [ 4 ]

En forenklet global formel for fotosyntese er: [ 5 ]

6 CO 2 + 6 H 2 O + fotoner → C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 karbondioksid + vann + sollys → glukose + dioksygen

Den fotolytiske utviklingen av oksygen finner sted i thylakoidmembranene til fotosyntetiske organismer og krever energien til fire fotoner. [ note 1 ] Mange prosesser er involvert, men resultatet er dannelsen av en én- proton gradient over tylakoidmembranen, som brukes til å syntetisere adenosintrifosfat (ATP) ved fotofosforylering . [ 6 ] Den gjenværende O 2 etter oksidasjon av vannmolekylet frigjøres til atmosfæren. [ note 2 ]

Molekylært dioksygen er essensielt for cellulær respirasjon i alle aerobe organismer , siden det brukes av mitokondrier for å bidra til å generere adenosintrifosfat under oksidativ fosforylering . Reaksjonen for aerob respirasjon er i utgangspunktet det motsatte av fotosyntese og forenkles som følger:

C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 → 6 CO 2 + 6 H 2 O + 2880 kJ mol −1

Hos virveldyr diffunderer O 2 over lungemembraner til røde blodceller . Hemoglobin oppsluker O 2 og endrer farge fra en blåaktig rød til en lys rød [ 7 ]​ (CO 2 frigjøres fra en annen del av hemoglobinet via Bohr-effekten ). Andre dyr bruker hemocyanin ( bløtdyr og noen leddyr ) eller hemerytrin ( edderkopper og hummer ). [ 8 ] En liter blod kan løse opp 200 cm³ O 2 . [ 8 ]

Reaktive oksygenarter , som superoksidion (O 2 - ) og hydrogenperoksid , er farlige biprodukter av oksygenbruk i organismer. [ 8 ] Noen deler av immunsystemet til mer avanserte organismer skaper imidlertid peroksid, superoksid og singlett oksygen for å ødelegge invaderende mikrober. Reaktive oksygenarter spiller også en viktig rolle i plantens overfølsomme respons mot patogenangrep. [ 6 ]

Et voksent menneske i hvile puster 1,8 til 2,4 gram oksygen per minutt. [ note 3 ]​ Legger man til mengden inhalert av alle menneskene på planeten, utgjør det totalt 6 milliarder tonn oksygen per år. [ note 4 ]

Kroppsinnhold

Partialtrykk av oksygen i menneskekroppen (PO 2 )
Enhet Alveolært trykk av
lungegasser		 oksygen i arterielt blod venøs blodgass
kPa [ note 5 ] 14.2 11-13 4,0-5,3
mmHg [ 10 ]​ [ 11 ] 107 75-100 30-40

Oksygeninnholdet i kroppen til en levende ting er normalt størst i luftveiene og avtar langs ethvert arterielt system , henholdsvis perifert vev og venesystemet . Oksygeninnholdet i denne forstand er vanligvis gitt som partialtrykket , som er trykket som oksygenet ville ha hvis det okkuperte volumet av venene av seg selv. [ 12 ]

Akkumulering i atmosfæren

Ukombinert gassformig oksygen var nesten ikke-eksisterende i jordens atmosfære før utviklingen av fotosyntetiske bakterier og arkebakterier . Den dukket først opp i betydelige mengder under Paleoproterozoikum (for rundt 2,5 og 1,6 milliarder år siden). Oksygen ble opprinnelig kombinert med oppløst jern i havene for å lage båndformasjoner av jern . Havet begynte å puste ut ukombinert oksygen for 2,7 milliarder år siden, og nådde 10 % av dagens nivå for rundt 1,7 milliarder år siden. [ 13 ]

Tilstedeværelsen av store mengder oppløst ukombinert oksygen i havet og atmosfæren kan ha ført til utryddelse av de fleste anaerobe organismer som da levde, under den store oksygeneringshendelsen ( oksygenkatastrofen ) for rundt 2,4 milliarder år siden. Imidlertid lar bruken av O 2 i cellulær respirasjon aerobe organismer produsere mye mer ATP enn anaerobe, og hjelper førstnevnte til å dominere jordens biosfære . [ 14 ] Fotosyntese og cellulær respirasjon av O 2 tillot utviklingen av eukaryote celler og til slutt fremkomsten av komplekse flercellede organismer som planter og dyr.

Siden begynnelsen av den kambriske perioden for 540 millioner år siden har O 2 -nivåene svingt mellom 15 % og 30 % i volum. [ 15 ] Mot slutten av karbon (ca. 300 millioner år siden) nådde nivået av O 2 i atmosfæren et maksimalt volum på 35 %, [ 15 ] noe som kan ha bidratt til den store størrelsen på insekter og amfibier på den tiden epoke. [ 16 ] Menneskelig aktivitet, inkludert forbrenning av 7 milliarder tonn fossilt brensel hvert år, har hatt svært liten innvirkning på mengden kombinert oksygen i atmosfæren. [ 17 ] Ved dagens nivåer av fotosyntese vil det ta omtrent 2000 år å regenerere hele mengden O 2 i dagens atmosfære. [ 18 ]

Forholdsregler

Oksygenrike atmosfærer i nærvær av brennbare materialer vil sannsynligvis forårsake raskt spredende branner og eksplosjoner. Det samme skjer hvis oksygenkildene er klorater, perklorater, dikromater osv.; Disse forbindelsene med høy oksidasjonsevne kan også forårsake kjemiske brannskader .

Skaffer

Det er to vanlige metoder for å få oksygen i et laboratorium : [ 19 ]

Dekomponering krever en temperatur på 400-500 °C; tilsetning av MnO 2 lar reaksjonen fortsette ved 150 °C. Dioksygen kan også oppnås ved elektrolyse av vann.

I industriell skala oppnås det ved fraksjonert destillasjon av flytende luft.

Se også

Notater og referanser

Notater

  1. ↑ Tylakoidmembraner er en del av kloroplasten i alger og planter, mens de bare er en membranstruktur til av mange som cyanobakterier har . Faktisk antas kloroplaster å ha utviklet seg fra cyanobakterier som en gang var symbiotiske partnere til forgjengerne til planter og alger.
  2. ↑ Vannoksidasjon katalyseres av et manganholdig enzymkompleks , kjent som et vannlyserende enzymkompleks, funnet assosiert med lumen i tylakoidskivene . Mangan er en viktig kofaktor og kalsium og klor er også nødvendig for at reaksjonen skal finne sted. [ 6 ]
  3. ↑ Hos mennesker er det normale volumet 6 til 8 liter per minutt. [ 9 ]
  4. ↑ (1,8 gram/min/person)×(60 min/t)×(24t/dag)×(365 dager/år)×(6,6 milliarder mennesker)/1 000 000 g/t=6,24 milliarder tonn.
  5. ↑ Utledet fra mmHg-verdier ved bruk av 0,133322 kPa/mmHg.

Referanser

  1. ↑ Dioxygen , s. 46, på Google Books
  2. ↑ Connelly, Neil G. (2005). "Nomenklatur for uorganisk kjemi - IUPAC-anbefalinger" . Nomenklatur for uorganisk kjemi . s. 49, ISBN 0-85404-438-8 . 
  3. ^ Phenical, William (september 1983). "Marine planter: En unik og uutforsket ressurs" . Planter: potensialene for utvinning av protein, medisiner og andre nyttige kjemikalier (verkstedsprosedyrer ) . DIANE Publishing. s. 147. ISBN  1-4289-2397-7 . 
  4. ^ Walker, JCG (1980). Oksygensyklusen i det naturlige miljøet og de biogeokjemiske syklusene . Berlin: Springer-Verlag. 
  5. ↑ Brown, Theodore L.; LeMay, Burslen (2003). Kjemi : Sentralvitenskapen . Prentice Hall/Pearson Education. s. 958. ISBN  0-13-048450-4 . 
  6. ↑ abcRaven , Peter H .; Ray F. Evert, Susan E. Eichhorn (2005). Biology of Plants ( 7. utgave). New York: W.H. Freeman and Company Publishers. s. 115-27. ISBN  0-7167-1007-2 . 
  7. ^ Stwertka, Albert (1998). Guide to the Elements (på engelsk) (revidert utgave). Oxford University Press . s. 48–49 . ISBN  0-19-508083-1 . 
  8. ↑ abc Emsley , John (2001). «Oksygen» . Naturens byggeklosser: En A-Z guide til elementene . Oxford, Storbritannia: Oxford University Press. s. 298 . ISBN  0-19-850340-7 . 
  9. ^ "Flowbegrenser for måling av respirasjonsparametere" . Patentstorm . _ 1. mai 2001. Arkivert fra originalen 14. september 2012 . Hentet 12. juli 2012 . 
  10. ↑ Blodgasser i MedlinePlus Medical Encyclopedia.
  11. ↑ The Educational Medical Division of Brookside Associates--> ABG (Arterial Blood Gas) Hentet 6. desember 2009
  12. ↑ Charles Henrickson (2005). Kjemi (på engelsk) . Cliffs notater. ISBN  0-7645-7419-1 . 
  13. ^ Campbell, Neil A.; Reece, Jane B. (2005). Biology, 7. utgave (på engelsk) . San Francisco: Pearson-Benjamin Cummings. s. 522-23. ISBN  0-8053-7171-0 . 
  14. ^ Freeman, Scott (2005). Biologisk vitenskap, 2. (på engelsk) . Upper Saddle River, NJ: Pearson–Prentice Hall. s. 214, 586 . ISBN  0-13-140941-7 . 
  15. ^ a b Berner, Robert A. (1999). "Atmosfærisk oksygen over fanerozoisk tid" . Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA (på engelsk) 96 (20): 10955-57. Bibcode : 1999PNAS...9610955B . PMC  34224 . PMID  10500106 . doi : 10.1073/pnas.96.20.10955 . 
  16. ^ Butterfield, NJ (2009). Oksygen, dyr og havventilasjon: en alternativ utsikt. Geobiologi 7 (på engelsk) . ISSN  1472-4677 . PMID  19200141 . doi : 10.1111/j.1472-4669.2009.00188.x . 
  17. ^ Emsley, John (2001). «Oksygen» . Naturens byggeklosser: En A-Z guide til elementene . Oxford, Storbritannia: Oxford University Press. s. 297–304 . ISBN  0-19-850340-7 . 
  18. ^ Dole, Malcolm (1965). "Oksygens naturhistorie" (PDF) . The Journal of General Physiology (på engelsk) 49 (1): 5-27. PMC  2195461 . PMID  5859927 . doi : 10.1085/jgp.49.1.5 . Arkivert fra originalen 27. februar 2008 . Hentet 2012-07-22 . 
  19. ^ "Oksygen allotropi. Dioksygen" . textoscientificos.com . 

Eksterne lenker