Nitrogen ← Oksygen → Fluor | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Komplett tabell • Utvidet tabell | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
flytende oksygen | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Generell informasjon | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
navn , symbol , nummer | Oksygen, O, 8 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
kjemisk serie | Ingen metaller | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
gruppe , punktum , blokk | 16 , 2 , s | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atommasse | 15,9994u _ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektronisk konfigurasjon | [ Han ] 2s 2 2p 4 _ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
elektroner per nivå | 2, 6 ( bilde ) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Utseende | Fargeløs i gassform, fast og blå væske | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomiske egenskaper | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
elektronegativitet | 3,44 ( Pauling-skala ) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomradius (kalk) | 60 (48) pm ( Bohr radius ) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
kovalent radius | 73 p.m. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
van der Waals radius | 152 p.m. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Oksidasjonstilstand(er) | -2 , -1 (nøytral) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1. ioniseringsenergi | 1313,9 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2. ioniseringsenergi | 3388,3 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3. ioniseringsenergi | 5300,5 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
4. ioniseringsenergi | 7469,2 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Spektrallinjer | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
fysiske egenskaper | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
vanlig stat | Gass ( paramagnetisk ) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Tetthet | 1.429 kg / m3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Smeltepunkt | 50,35 K (−223 °C) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kokepunkt | 90,18K (−183°C) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
fordampningsentalpi | 6,8061 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
fusjonsentalpi | 0,4384kJ /mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
molar volum | 17,36×10 -3 m 3 /mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Flere | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
krystallstruktur | kubikk | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Spesifikk varme | 920 J / ( K kg ) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Termisk ledningsevne | 0,026 74 W/(K m) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Lydens hastighet | 317,5m /s ved 293,15K (20 ° C ) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
mer stabile isotoper | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Hovedartikkel: Isotoper av oksygen | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Verdier i SI og normale forhold for trykk og temperatur , med mindre annet er angitt. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Oksygen er et kjemisk grunnstoff med atomnummer 8 og representert med symbolet O. Navnet kommer fra de greske røttene ὀξύς (oxys) ('syre', bokstavelig talt 'stikkende', refererer til smaken av syrer ) og –γόνος (-gonos) ('produsent', bokstavelig talt 'avler'; det vil si "syre -produserende" [ 1 ] ), fordi på den tiden det ble gitt dette navnet, ble det feilaktig antatt at alle syrer krevde oksygen for sin sammensetning. Under normale trykk- og temperaturforhold binder to atomer av elementet seg til dioksygen , en fargeløs, luktfri og smakløs diatomisk gass med formelen O 2 . Dette stoffet utgjør en viktig del av atmosfæren og er nødvendig for å opprettholde liv på jorden .
Det er en del av amfigengruppen i det periodiske systemet og er et svært reaktivt ikke- metallisk grunnstoff som lett danner forbindelser (spesielt oksider ) med de fleste grunnstoffer bortsett fra edelgassene helium og neon . På samme måte er det et sterkt oksidasjonsmiddel og har den nest høyeste elektronegativiteten av ethvert element, nest etter fluor . [ 2 ] Målt etter massen er oksygen det tredje mest utbredte grunnstoffet i universet, etter hydrogen og helium, [ 3 ] og det vanligste i jordskorpen siden det utgjør nesten halvparten av massen. [ 4 ] På grunn av sin kjemiske reaktivitet kan den ikke forbli i jordens atmosfære som et fritt grunnstoff uten å stadig fylles opp av den fotosyntetiske virkningen av organismer som bruker solenergi til å produsere elementært oksygen fra vann. Elementært oksygen O 2 begynte først å samle seg i atmosfæren etter at disse organismene dukket opp, for omtrent 2,5 milliarder år siden. [ 5 ] Diatomisk oksygen utgjør 20,8 % av volumet av jordens atmosfære . [ 6 ]
Siden det utgjør størstedelen av massen av vann , er det også majoritetskomponenten av massen av levende ting. Mange av de viktigste molekylene som utgjør levende ting, som proteiner , nukleinsyrer , karbohydrater og lipider , inneholder oksygen, det samme gjør de viktigste uorganiske forbindelsene som utgjør dyreskall, tenner og bein. Elementært oksygen produseres av cyanobakterier , alger og planter og brukes av alle komplekse livsformer for deres cellulære respirasjon . Det er giftig å forplikte anaerober , de tidlige livsformene som dominerte på jorden til O 2 begynte å samle seg i atmosfæren. En annen ( allotropisk ) form for oksygen, ozon (O 3 ), bidrar til å beskytte biosfæren mot ultrafiolett stråling i store høyder, i det såkalte ozonlaget , men er en forurensning nær overflaten, der den er et biprodukt av smog . I enda høyere høyder av lav jordbane har atomært oksygen en betydelig tilstedeværelse og forårsaker erosjon av romfartøy. [ 7 ]
Oksygen ble oppdaget uavhengig av Carl Wilhelm Scheele i Uppsala i 1773, eller enda tidligere, og av Joseph Priestley , i Wiltshire i 1774, men æren gis vanligvis til Priestley fordi han publiserte arbeidet sitt tidligere. Antoine Lavoisier , hvis forskning bidro til å diskreditere den da populære flogistonteorien om forbrenning og korrosjon , laget navnet "oksygen" i 1777. [ 8 ] Det produseres industrielt ved fraksjonert destillasjon av flytende luft, ved bruk av zeolitt med trykksykluser for å konsentrere oksygen. fra luften, elektrolyse av vann og andre midler. Oksygen brukes i produksjon av stål, plast og tekstiler; rakettforsterkere; oksygenbehandling ; _ og assisterte pusting i fly, ubåter, romflukt og dykking.
Under normale trykk- og temperaturforhold er oksygen en fargeløs og luktfri gass med molekylformelen O 2 , der to oksygenatomer binder seg med en elektronisk konfigurasjon i tripletttilstanden . Denne bindingen har en bindingsrekkefølge på to og er ofte forenklet i beskrivelser som en dobbeltbinding [ 9 ] eller som en kombinasjon av en to-elektronbinding og to tre-elektronbindinger . [ 10 ]
Triplett oksygen - ikke å forveksle med ozon, O 3 - er grunntilstanden til O 2 molekylet , [ 11 ] som har to uparrede elektroner som okkuperer to degenererte molekylære orbitaler . [ note 1 ] Disse orbitalene er klassifisert som antibindinger – de svekker bindingsrekkefølgen fra tre til to – slik at dioksygenbindingen er svakere enn trippelbindingen til diatomisk nitrogen , der alle bindingsorbitaler Molekylærorbitaler er fylt, men noen antibindingsorbitaler er ikke. [ 11 ]
I sin normale triplettform er O 2 molekyler paramagnetiske ; det vil si at i nærvær av et magnetfelt danner de en magnet , på grunn av det magnetiske momentet til spinn av de uparrede elektronene i molekylet og den negative utvekslingsinteraksjonen mellom tilstøtende O 2 -molekyler. [ 12 ] En magnet tiltrekker seg flytende oksygen i en slik grad at en tråd med flytende oksygen i laboratoriedemonstrasjoner kan holdes mot sin egen vekt mellom polene til en sterk magnet. [ 13 ] [ note 2 ] Singlett molekylært oksygen er et navn som er gitt til flere O 2 -arter med høyere energi , der alle elektronspinn kobles sammen. Det er mye mer reaktivt med vanlige organiske molekyler enn molekylært oksygen i seg selv. I naturen dannes vanligvis singlett oksygen med vann i fotosyntesen, ved bruk av solenergi. [ 15 ] Det produseres også i troposfæren ved fotolyse av ozon ved kortbølget lys, [ 16 ] samt av immunsystemet som en kilde til aktivt oksygen. [ 17 ] I fotosyntetiske organismer – og muligens også hos dyr – spiller karotenoider en kritisk rolle i å absorbere energi fra singlett oksygen og konvertere den til sin ueksiterte tilstand før den kan forårsake vevsskade. [ 18 ]
dissosiasjonsenergiDissosiasjonsenergi av OX diatomiske molekyler ved 25°C i kJ/mol ( under laboratorieforhold ): [ 19 ]
H429.91 _ |
jeg har | ||||||||||||||||
Li 340,5 |
Vær 437 |
B809 _ |
C1076.38 _ |
N631.62 _ |
ELLER 498,36 |
F220 _ |
ne | ||||||||||
til 270 |
mg 358,2 |
på 501,9 |
Ja 799,6 |
Q589 _ |
517,9 dollar |
Cl 267,47 |
Ar | ||||||||||
K271.5 _ |
Ca 383,3 |
SC 671,4 |
Du 666,5 |
BL 637 |
Cr 461 |
min 362 |
Tro 407 |
Co 397,4 |
ikke 366 |
Cu287.4 _ |
Zn250 _ |
Ga 374 |
Ge 657,5 |
ess 484 |
Det 429,7 |
Br 237,6 |
Kr 8 |
Rb 276 |
Mr 426,3 |
OG 714.1 |
Zr 766,1 |
NB 726,5 |
Mo 502 |
cs 548 |
Ru 528 |
Rh 405 |
Pd 238,1 |
august 221 |
CD 236 |
I 346 |
Sn 528 |
Lør 434 |
te 377 |
1233.4 _ |
x e 36,4 |
CS 293 |
BA 562 |
* |
hf 801 |
Ta 839 |
w720 _ |
Konge 627 |
os 575 |
gå 414 |
Pt 418,6 |
Au 223 |
Hg 269 |
Tl 213 |
kp 382,4 |
Bi 337,2 |
Po | På | rn |
Fr | Ra | ** |
RF | dB | Sg | bh | timer | Mt | Ds | rg | cn | Nh | FL | Mc | nivå | Ts | og |
* |
798 _ |
Ce 790 |
pr 740 |
Nd 703 |
P.m | sm 573 |
EU 473 |
GD 715 |
Tb 694 |
Dy 615 |
Ho 606 |
Er 606 |
Tm 514 |
Yb 387,7 |
man 669 | ||
** |
Bc 794 |
877 _ |
Pa 792 |
U755 _ |
Np 731 |
Pu 656,1 |
Er 553 |
cm 732 |
bk 598 |
jf 498 |
er 460 |
FM 443 |
MD 418 |
# 268 |
Lr 665 |
Den mest normale allotropen av elementært oksygen kalles dioksygen (O 2 ), som har en bindingslengde på 121 pm og en bindingsenergi på 498 kJ•mol -1 . [ 20 ] Dette er formen som brukes av komplekse livsformer, som dyr, i deres cellulære respirasjon (se biologisk rolle ) og det er formen som har stor betydning i sammensetningen av jordens atmosfære (se Overflod ).
Trioksygen (O 3 ) er vanligvis kjent som ozon og er en svært reaktiv allotrop som skader lungevevet. [ 21 ] Ozon produseres i den øvre atmosfæren når O 2 kombineres med atomært oksygen på grunn av spaltning av O 2 ved ultrafiolett stråling . [ 8 ] Siden ozon er en kraftig absorber i det ultrafiolette området av det elektromagnetiske spekteret , fungerer ozonlaget i den øvre atmosfæren som et beskyttende skjold mot strålingen som mottas av planeten. [ 8 ] Nær jordoverflaten er det imidlertid en forurensning dannet som et biprodukt av bilutslipp. [ 21 ] Det metastabile molekylet tetraoksygen (O 4 ) ble ikke oppdaget før i 2001, [ 22 ] [ 23 ] og ble antatt å eksistere i en av de seks fasene av fast oksygen . I 2006 ble det vist at denne fasen, opprettet ved å sette O 2 under trykk til 20 GPa , faktisk er en [ note 3 ] O 8 - klynge av trigonalt system . [ 24 ] Denne klyngen har potensial til å være en mye kraftigere oksidant enn O 2 og O 3 og kan derfor brukes som rakettdrivstoff . [ 22 ] [ 23 ] En metallisk fase ble oppdaget i 1990 da fast oksygen utsettes for et trykk større enn 96 GPa [ 25 ] og det ble vist i 1998 at ved svært lave temperaturer blir det en superleder . [ 26 ]
Oksygen er mer løselig i vann enn nitrogen; den inneholder omtrent ett O2-molekyl for hver to N2-molekyler , [ 27 ] sammenlignet med forholdet i atmosfæren, som er omtrent 1:4. Løseligheten av oksygen i vann avhenger av temperaturen, og løses opp rundt dobbelt så mye (14,6 mg•L −1 ) ved 0 °C enn ved 20 °C (7,6 mg•L −1 ). [ 12 ] [ 28 ] Ved 25 °C og 1 atmosfæres trykk inneholder ferskvann omtrent 6,04 milliliter (ml) oksygen per liter, mens sjøvann inneholder omtrent 4,95 ml per liter. [ 29 ] Ved 5 °C øker løseligheten til 9,0 ml (50 % mer enn ved 25 °C) per liter i vann og 7,2 ml (45 % mer) i sjøvann.
Oksygen kondenserer ved 90,20 K (−182,95 °C, −297,31 °F) og fryser ved 54,36 K (−218,79 °C, −361,82 °F). [ 30 ] Både flytende og fast O 2 er stoffer med en myk himmelblå farge forårsaket av absorpsjon i rødt, i motsetning til den blå fargen på himmelen, som skyldes Rayleigh-spredning av blått lys. Høyrent flytende O 2 oppnås vanligvis gjennom fraksjonert destillasjon av flytende luft. [ 31 ] Flytende oksygen kan også produseres ved kondensering fra luft, ved å bruke flytende nitrogen som kjølemiddel. Det er et svært reaktivt stoff og må skilles fra brennbare materialer. [ 32 ]
Oksygen som finnes i naturen består av tre stabile isotoper: 16O , 17O og 18O , hvorav 16O er den mest tallrike ( 99,762 % av naturlig overflod ). [ 33 ]
Det meste av 16O syntetiseres på slutten av heliumforbrenningsprosessen i en massiv stjerne , men noe produseres i neonforbrenningsprosessen . [ 34 ] 17O oppstår først og fremst fra brenning av hydrogen til helium i løpet av CNO -syklusen, noe som gjør det til en vanlig isotop i hydrogenbrenningssteder i stjerner. [ 34 ] På sin side produseres det meste av 18 O når 14 N – som er rikelig på grunn av CNO-forbrenning – fanger opp en 4 He -kjerne , noe som resulterer i en høy overflod av 18 O i heliumrike soner av massive stjerner . [ 34 ]
Fjorten radioisotoper er blitt karakterisert , hvorav den mest stabile er 15 O med en halveringstid på 70,606 sekunder. [ 33 ] Alle andre radioaktive isotoper har halveringstider på mindre enn 27 sekunder, og de fleste av disse mindre enn 83 millisekunder. [ 33 ] Forfallsmodusen for isotoper som er lettere enn 16 O er β-forfall + [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ] for å produsere nitrogen og, for de som er tyngre enn 18 O, nedbrytningsbetaen for å danne fluor . [ 33 ]
Oksygen er det mest tallrike kjemiske elementet , i massevis , i den terrestriske biosfæren , luften, havet og jorda. Det er også den tredje mest tallrike i universet, etter hydrogen og helium. [ 3 ] Omtrent 0,9 % av solens masse er oksygen [ 6 ] som også utgjør 49,2 % av massen til jordskorpen [ 4 ] og er hovedkomponenten i jordens hav. Jorden (88,8 % av dens total masse). [ 6 ] Gassformig oksygen er den nest vanligste komponenten i jordens atmosfære , og står for 20,8 % av volumet og 23,1 % av massen (omtrent 10 15 tonn). [ 6 ] [ 38 ] [ note 4 ] Jorden er et unntak blant planetene i solsystemet på grunn av den høye konsentrasjonen av gassformig oksygen i atmosfæren; for eksempel Mars (med 0,1 % O 2 av dets totale volum) og Venus har mye lavere konsentrasjoner. Imidlertid kommer O 2 som omgir disse planetene utelukkende fra reaksjonen av molekyler som inneholder oksygen, for eksempel karbondioksid, under påvirkning av ultrafiolett stråling.
Den uvanlig høye konsentrasjonen av gassformig oksygen på jorden er et resultat av sirkulasjonssyklusen . Denne biogeokjemiske syklusen beskriver bevegelsen av oksygen innenfor de tre hovedreservene på planeten: atmosfæren, biosfæren og litosfæren . Den viktigste drivfaktoren i denne syklusen er fotosyntesen , ansvarlig for jordens moderne atmosfære, som frigjør oksygen til atmosfæren, mens respirasjons- og nedbrytningsprosesser fjerner det. I dagens likevekt skjer produksjon og forbruk i et forhold på omtrent 1/2000 av alt atmosfærisk oksygen per år.
Z | Element | Massefraksjon i deler per million |
---|---|---|
1 | hydrogen | 739 000 |
to | helium | 240 000 |
8 | Oksygen | 10 400 |
6 | Karbon | 4600 |
10 | neon | 1340 |
26 | Jern | 1090 |
7 | nitrogen | 960 |
14 | Silisium | 650 |
12 | Magnesium | 580 |
16 | Svovel | 440 |
Ukombinert oksygen finnes også i løsninger i planetens vannforekomster. Den høyere lavtemperaturløseligheten til O 2 (se Fysiske egenskaper ) har viktige implikasjoner for livet i havet, siden polarhavene støtter en mye høyere tetthet av liv på grunn av deres høyere oksygeninnhold. [ note 5 ] Mengden O 2 i vannet kan ha blitt redusert av vannforurensning , på grunn av virkningen av nedbrytningen av alger og andre biomaterialer ved en prosess som kalles eutrofiering . Forskere vurderer dette aspektet av vannkvalitet ved å måle dets biologiske oksygenbehov , eller mengden O 2 som trengs for å gjenopprette den til en normal konsentrasjon. [ 40 ]
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, anoksi , 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. [ 41 ] Noen forskere anslår det oseaniske bidraget til atmosfærisk oksygen til å være enda høyere, mens andre anslår det lavere, på rundt 45 % av planetens totale atmosfæriske oksygen hvert år. [ 42 ]
En forenklet global formel for fotosyntese er: [ 43 ]
6 CO 2 + 6 H 2 O + fotoner → C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 karbondioksid + vann + sollys → glukose + dioksygenDen fotolytiske utviklingen av oksygen finner sted i thylakoidmembranene til fotosyntetiske organismer og krever energien til fire fotoner. [ note 6 ] Mange prosesser er involvert, men resultatet er dannelsen av en én- proton gradient over tylakoidmembranen, som brukes til å syntetisere adenosintrifosfat (ATP) ved fotofosforylering . [ 44 ] Den gjenværende O 2 etter oksidasjon av vannmolekylet slippes ut i atmosfæren. [ note 7 ]
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 −1Hos virveldyr diffunderer O 2 over lungemembraner til røde blodceller . Hemoglobin oppsluker O 2 og får den til å endre farge fra en blårød til en lys rød [ 21 ] (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 ). [ 38 ] En liter blod kan løse opp 200 cm³ O 2 . [ 38 ]
Reaktive oksygenarter , som superoksidion (O 2 - ) og hydrogenperoksid , er farlige biprodukter av oksygenbruk i organismer. [ 38 ] 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. [ 44 ]
Et voksent menneske i hvile puster 1,8 til 2,4 gram oksygen per minutt. [ note 8 ] Legg til mengden som inhaleres av alle menneskene på planeten, utgjør det totalt 6 milliarder tonn oksygen per år. [ note 9 ]
Enhet | Alveolært trykk av lungegasser |
oksygen i arterielt blod | venøs blodgass |
---|---|---|---|
kPa [ note 10 ] | 14.2 | 11-13 | 4,0-5,3 |
mmHg [ 46 ] [ 47 ] | 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. [ 48 ]
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. [ 49 ]
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, noe som hjelper førstnevnte til å dominere jordens biosfære . [ 50 ] 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. [ 51 ] Mot slutten av karbon (ca. 300 millioner år siden) nådde nivået av O 2 i atmosfæren et maksimalt volum på 35 %, [ 51 ] noe som kan ha bidratt til den store størrelsen på insekter og amfibier på den tiden epoke. [ 52 ] Menneskelig aktivitet, selv med tanke på forbrenning av 7 milliarder tonn fossilt brensel hvert år, har hatt svært liten innvirkning på mengden kombinert oksygen i atmosfæren. [ 12 ] Ved dagens nivåer av fotosyntese vil det ta omtrent 2000 år å regenerere hele mengden O 2 i dagens atmosfære. [ 53 ]
Et av de tidligste kjente eksperimentene på forholdet mellom forbrenning og luft ble utviklet av den antikke greske mekaniske forfatteren Philo av Byzantium i det 2. århundre f.Kr. C. I sitt arbeid Pneumatics observerte Philo at ved å snu en beholder over et tent stearinlys og omringe halsen med vann, steg en del av væsken gjennom halsen. [ 54 ] Han antok feilaktig at noe av luften i beholderen ble det klassiske elementet i ild og deretter var i stand til å unnslippe gjennom porene i glasset. Mange århundrer senere observerte Leonardo da Vinci at en del av luften forbrukes under forbrenning og åndedrett . [ 55 ]
På slutten av 1600-tallet beviste Robert Boyle at luft er nødvendig for forbrenning. Den engelske kjemikeren John Mayow perfeksjonerte arbeidet sitt ved å vise at bare en del av luften var nødvendig, som han kalte spiritus nitroaereus eller ganske enkelt nitroaereus . [ 56 ] I ett eksperiment fant han at å plassere både en mus og et tent lys i en lukket beholder over vann førte til at vannet steg og erstattet en fjortendedel av luftvolumet før lyset slukket eller musen døde. [ 57 ] På grunn av dette antok han at nitroaereus blir konsumert av både respirasjon og forbrenning.
Mayow observerte at antimonet økte i vekt når det ble oppvarmet og konkluderte med at nitroaereus måtte ha kombinert med det. [ 56 ] Han trodde også at lungene skilte nitroaereus fra luften og førte den inn i blodet og at dyrevarme og muskelbevegelse var produkter av reaksjonen til nitroaereus med visse stoffer i kroppen. [ 56 ] Han rapporterte om disse eksperimentene og andre ideer i 1668, i sin Tractatus-duo , i avhandlingen "De respiratione". [ 57 ]
Robert Hooke , Ole Borch , Mikhail Lomonosov og Pierre Bayen produserte alle oksygen under eksperimenter på 1600- og 1700-tallet , men ingen av dem gjenkjente det som et grunnstoff. [ 58 ] Dette kan delvis ha vært på grunn av utbredelsen av filosofien om forbrenning og korrosjon , kalt flogistonteorien , som da var den foretrukne forklaringen på disse prosessene.
Denne teorien, etablert i 1667 av den tyske kjemikeren Johann Joachim Becher og modifisert av medkjemikeren Georg Stahl i 1731, [ 59 ] postulerte at alle brennbare materialer består av to deler; en, kalt phlogiston, som ble avgitt ved brenning av det aktuelle stoffet, og en annen, kalt dephlogisticated, som ble tatt for sin sanne form eller calx (aske; kritt på latin ). [ 55 ]
Svært brennbare materialer som etterlater lite rester , som tre eller kull, ble antatt å være laget hovedsakelig av flogiston, mens ikke-brennbare stoffer som korroderer, som jern, inneholder svært lite. Luft hadde ingen rolle i flogistonteorien, og det ble heller ikke utført kvantitative eksperimenter for å teste ideen; i stedet var det basert på observasjoner av hva som skjedde når noe brant: de vanligste gjenstandene så ut til å bli lettere og miste noe i prosessen. [ 55 ] Det faktum at et stoff som tre faktisk gikk opp i vekt som helhet under brenning, ble maskert av oppdriften til de gassformige forbrenningsproduktene. En av de første ledetrådene til falskheten i flogistonteorien var at metaller også gikk opp i vekt ved oksidasjon (da de visstnok mistet flogiston).
Oksygen ble oppdaget av den svenske farmasøyten Carl Wilhelm Scheele , som produserte gassformig oksygen ved å varme opp kvikksølvoksid og ulike nitrater rundt 1772. [ 6 ] [ 55 ] Scheele kalte gassen «ildluft», fordi det var den eneste kjente støtten for forbrenning, og skrev en beretning om oppdagelsen hans i et manuskript som han ga tittelen "Chemische Abhandlung von der Luft und dem Feuer" ("Chemical Treatise on Air and Fire") og sendte det til forlaget sitt i 1775, selv om han ikke gjorde det. Det ble utgitt før 1777. [ 60 ]
I mellomtiden, 1. august 1774, gjennomførte den britiske geistlige Joseph Priestley et eksperiment der han fokuserte sollys på kvikksølv(II) oksid (HgO) inne i et glassrør, og frigjorde en gass som han kalte "dephlogisticated air". [ 6 ] Han bemerket at lysene brant sterkere i gassen og at musen var mer aktiv og levde lenger mens den pustet den. Etter å ha inhalert gassen selv, skrev han: "Følelsen av gassen i lungene mine var ikke merkbart forskjellig fra vanlig luft, men brystet mitt føltes spesielt lett og hoven en stund etterpå." [ 58 ] Priestley publiserte funnene sine i 1775 i en artikkel med tittelen "An Account of Further Discoveries in Air", som han inkluderte i det andre bindet av sin bok med tittelen Experiments and Observations on Different Kinds of Air . [ 55 ] [ 61 ] Fordi han publiserte funnene sine først, regnes Priestley ofte som forfatteren av oppdagelsen.
Den anerkjente franske kjemikeren Antoine Lavoisier hevdet senere å ha oppdaget stoffet uavhengig. Imidlertid besøkte Priestley Lavoisier i oktober 1774 og fortalte ham om eksperimentet hans og hvordan han hadde sluppet ut den nye gassen. Scheele skrev også et brev til Lavoisier, 30. september samme år, der han beskrev sin egen oppdagelse av det tidligere ukjente stoffet, men franskmannen gikk aldri med på å motta det. Etter Scheeles død ble det funnet en kopi av brevet blant eiendelene hans. [ 60 ]
Selv om han ble spurt på den tiden, utførte Lavoisier de første riktige kvantitative eksperimentene på oksidasjon og ga den første riktige forklaringen på hvordan forbrenning fungerer. [ 6 ] Han brukte disse og lignende eksperimenter, som startet i 1774 , for å diskreditere flogistonteorien og vise at stoffet oppdaget av Priestley og Scheele var et kjemisk grunnstoff .
I et eksperiment observerte Lavoisier at det ikke var noen generell vektøkning når tinn og luft ble varmet opp i en lukket beholder. [ 6 ] Han bemerket at da han åpnet beholderen, strømmet plutselig luft inn i den, noe som indikerer at noe av den innestengte luften var brukt opp. Han la også merke til at boksen hadde økt i vekt og at økningen var lik vekten av luften som ble returnert til beholderen da han åpnet den. Dette og andre eksperimenter på forbrenning ble dokumentert i boken hans Sur la combustion en général , utgitt i 1777. [ 6 ] I det arbeidet beviste han at luft er en blanding av to gasser: den "essensielle luften", essensiell for forbrenning og pust, og svøpe (fra gresk ἄζωτον , livløs), som verken tjente og senere skulle bli kalt nitrogen . [ 6 ]
Lavoisier omdøpte "essensiell luft" til oksygen i 1777, fra de greske røttene ὀξύς (oxys) ( syre , bokstavelig talt "stikkende", etter smaken av syrer) og -γενής (-genēs) (produsent, bokstavelig talt "avler") fordi han trodde feilaktig at oksygen var en bestanddel av alle syrer. [ 8 ] [ 1 ] Kjemikere – spesielt Sir Humphry Davy i 1812 – bestemte etter en tid at Lavoisier tok feil i sin vurdering fordi det faktisk er hydrogen som danner basen til syrer, men navnet hadde allerede slått an.
John Daltons opprinnelige atomhypotese antok at alle grunnstoffer var monoatomiske og at atomene i forbindelser normalt ville ha de enkleste atomforhold . For eksempel trodde Dalton at formelen for vann var H2O, og han presenterte atommassen til oksygen som 8 ganger den for hydrogen, i stedet for 16, verdien gitt i dag. [ 62 ] I 1805 viste Louis Joseph Gay-Lussac og Alexander von Humboldt at vann består av to volumer hydrogen og ett volum oksygen, og i 1811 kom Amedeo Avogadro med den riktige tolkningen av væskens sammensetning. , basert på i det som nå kalles Avogadros lov og i antagelsen om elementære diatomiske molekyler. [ 63 ] [ note 11 ]
På slutten av 1800-tallet innså forskerne at luft kunne gjøres flytende og dens komponenter isoleres ved kompresjon og avkjøling. Ved å bruke en kaskademetode fordampet den sveitsiske kjemikeren og fysikeren Raoul Pictet svoveldioksid for å gjøre karbondioksid flytende, som igjen ble fordampet for å avkjøle gassformig oksygen nok til å gjøre det til en væske. Han sendte et telegram til det franske vitenskapsakademiet 22. desember 1877 og kunngjorde at han oppdaget flytende oksygen . [ 64 ] Bare to dager senere annonserte den franske fysikeren Louis Paul Cailletet sin egen metode for å gjøre molekylært oksygen flytende. [ 64 ] I begge tilfeller ble det kun produsert noen få dråper av væsken, så ingen konklusjonsanalyse kunne gjøres. Oksygen ble først stabilt flytende 29. mars 1883 av de polske Jagiellonian University -forskerne Zygmunt Wróblewski og Karol Olszewski . [ 65 ]
I 1891 var den skotske kjemikeren James Dewar i stand til å produsere nok flytende oksygen til å studere det. [ 12 ] Den første kommersielt levedyktige prosessen for å produsere flytende oksygen ble utviklet uavhengig i 1895 av de tyske ingeniørene Carl von Linde og den britiske ingeniøren William Hampson . De senket temperaturen på luften til den ble flytende, deretter destillerte de gasskomponentene ved å koke dem en etter en og fange dem. [ 66 ] Senere, i 1901, ble oksyacetylensveising først demonstrert ved å brenne en blanding av acetylen og komprimert O2 . Denne metoden for sveising og skjæring av metall skulle senere bli vanlig. [ 66 ]
Fysiker William Thomson , i 1898, beregnet at oksygenet som er igjen på planeten bare er rundt 400 til 500 år gammelt, basert på hastigheten på bruken av fossilt brensel ved forbrenning. [ 67 ] [ 68 ]
I 1923 ble den amerikanske forskeren Robert Goddard den første personen som utviklet en rakettmotor som brukte bensin som drivstoff og flytende oksygen som oksidasjonsmiddel . Den 16. mars fløy han en liten rakett med flytende drivstoff i 56 m i 97 km/t i Auburn, Massachusetts . [ 66 ] [ 69 ]
To hovedmetoder brukes til å produsere 100 millioner tonn O 2 som utvinnes fra luften til industriell bruk hvert år. [ 60 ] Det vanligste er å fraksjonert destillere flytende luft inn i dens ulike komponenter, med N 2 destillert som damp og O 2 igjen som væske. [ 60 ]
Den andre hovedmetoden for å oppnå gassformig O 2 består i å føre en strøm av ren, tørr luft gjennom et lag av zeolittmolekylsikter , som adsorberer nitrogen og lar en strøm av gass passere som er 90 til 93 % O2 . [ 60 ] Samtidig frigjør det andre nitrogenmettede zeolittsjiktet denne gassen ved å redusere driftstrykket i kammeret og innføre en del av oksygenet som er separert i produksjonssjiktet på en motstrøms måte. Etter hver komplett syklus byttes sengene, noe som gir en konstant tilførsel av oksygen. Dette er kjent som trykksvingadsorpsjon og brukes til å produsere oksygen i liten skala. [ 70 ]
Oksygen kan også produseres ved elektrolyse av vann , og bryte det ned til oksygen og hydrogen, som det må brukes likestrøm for; dersom det ble brukt vekselstrøm, ville gassene i hver ende bestå av hydrogen og oksygen i eksplosivforholdet 2:1. I motsetning til populær tro, beviser ikke forholdet 2:1 observert i DC-elektrolyse av surgjort vann at den empiriske formelen for vann er H2O , med mindre visse antakelser om molekylformelen for hydrogen og oksygen er gjort. . En lignende metode er den elektrokatalytiske utviklingen av O 2 fra oksider til oksosyrer . Kjemiske katalysatorer kan også brukes, som i den kjemiske oksygengeneratoren eller oksygenlys som brukes i støtteutstyr på ubåter og fortsatt standardutstyr på kommersielle flyselskaper for trykkavlastning. En annen luftseparasjonsteknologi består i å tvinge oppløsningen av luft gjennom keramiske membraner basert på zirkoniumdioksid , enten ved høyt trykk eller ved elektrisk strøm, for å produsere praktisk talt ren gassformig O 2 . [ 40 ]
For store mengder var prisen på flytende oksygen i 2001 ca. 0,21 USD /kg. [ 71 ] Kostnaden for energien som trengs for å gjøre luften flytende, er hovedkostnaden ved produksjon, hvor kostnaden for oksygen varierer avhengig av energiprisen. Av økonomiske årsaker transporteres oksygen vanligvis i store mengder i flytende tilstand, lagret i spesialisolerte tanker, siden en liter flytende oksygen tilsvarer 840 liter gassformig oksygen ved atmosfæretrykk og 20 °C (68 °F). [ 60 ] Disse tankene brukes til å fylle på de store beholderne for flytende oksygen som finnes utenfor sykehus og andre institusjoner som trenger store mengder rent gassformig oksygen. Det flytende oksygenet ledes gjennom varmevekslere som omdanner den kryogene væsken til en gass før den kommer inn i bygningen. Oksygen lagres og sendes også i sylindere som inneholder den komprimerte gassen, noe som er nyttig for visse bærbare medisinske og oxyfuel- applikasjoner . [ 60 ]
Se også: Flytendegjøring av gasser og Fraksjonert destillasjon .55 % av verdens oksygenproduksjon forbrukes til produksjon av stål . Ytterligere 25 % er dedikert til kjemisk industri. Av de resterende 20 % brukes mest til medisinske formål, flammeskjæring , som oksidasjonsmiddel i rakettdrivstoff og til vannbehandling . [ 40 ]
Det essensielle formålet med respirasjon er å ta opp O 2 fra luften, og oksygentilskudd brukes i medisin . Behandlingen øker ikke bare oksygennivået i pasientens blod, men har den bivirkningen at motstanden mot blodstrømmen i mange typer syke lunger reduseres, noe som gjør det lettere for hjertet å pumpe. Oksygenbehandling brukes til å behandle emfysem , lungebetennelse , noe hjertesvikt , noen lidelser som forårsaker høyt lungearterietrykk, og enhver sykdom som påvirker kroppens evne til å ta inn og bruke oksygen. [ 72 ]
Behandlingene er fleksible nok til å brukes på sykehus, pasientens hjem eller i økende grad med mobile instrumenter. Således ble oksygentelt tidligere brukt som oksygentilskudd, men er erstattet av oksygenmasker og nesekanyler . [ 73 ]
Hyperbarisk (høytrykks) medisin bruker spesielle oksygenkamre for å øke partialtrykket av O 2 hos pasienten og, når det er nødvendig, i det medisinske personalet. [ 74 ] Karbonmonoksidforgiftning , myonekrose ( gassgangren ) og trykkfallssyke behandles noen ganger med disse enhetene. [ 75 ] Den økte O 2 - konsentrasjonen i lungene hjelper til med å fortrenge karbonmonoksid fra hemoglobin - blodet . [ 76 ] [ 77 ] Oksygen er giftig for de anaerobe bakteriene som forårsaker gass koldbrann, så å øke partialtrykket er med på å drepe dem. [ 78 ] [ 79 ] Trykkfallssyke skjer med dykkere som kommer ut av havet for raskt, noe som resulterer i dannelse av bobler av inert gass, for det meste nitrogen, i blodet deres. [ 72 ] [ 80 ] [ 81 ]
Oksygen brukes også til pasienter som trenger mekanisk ventilasjon , vanligvis i konsentrasjoner som er større enn de 21 % som finnes i romluft. På den annen side ble 15 O- isotopen brukt eksperimentelt i positronemisjonstomografi . [ 82 ]
En bemerkelsesverdig anvendelse av O 2 som lavtrykkspustegass er i moderne romdrakter , som omslutter beboernes kropper i trykkluft . Disse enhetene bruker nesten rent oksygen ved omtrent en tredjedel normalt trykk, noe som resulterer i et normalt partialtrykk av O 2 i blodet. [ 83 ] [ 84 ] Denne utvekslingen av høykonsentrasjon oksygen for lavt trykk er nødvendig for å opprettholde fleksibiliteten til romdrakter.
Dykkere og ubåtmannskaper bruker også kunstig tilført O 2 , men de fleste bruker normalt trykk eller en blanding av oksygen og luft. Bruken av ren eller nesten ren O 2 ved dykking ved trykk over havet er generelt begrenset til pauser, dekompresjoner og nødbehandlinger på relativt grunne dybder (~6 meter eller mindre). [ 85 ] [ 86 ] Dykking dypere krever betydelig fortynning av O 2 med andre gasser, som nitrogen eller helium, for å forhindre Paul Bert-effekten (oksygentoksisitet). [ 85 ]
Fjellklatrere og de som reiser i fly uten trykk blir noen ganger supplert med O 2 . [ note 12 ] Passasjerer på (trykksatt) kommersielle fly har en nødforsyning av O2 , som automatisk stilles til disposisjon for dem ved trykkavlastning i kabinen. Et plutselig tap av kabintrykk aktiverer kjemiske oksygengeneratorer over hvert sete og slipper oksygenmasker . Å trekke i masken for å starte strømmen av oksygen, i henhold til sikkerhetsinstruksjonene, tvinger jernsponene inn i natriumkloratet inne i beholderen. [ 40 ] En konstant strøm av oksygen produseres da på grunn av den eksoterme reaksjonen .
Oksygen, som en antatt mild euforisk, har en historie med rekreasjonsbruk i sport og oksygenbarer . Dette er etablissementer som dukket opp i Japan , California og Las Vegas på slutten av 1990-tallet som tilbyr eksponering mot høyere enn normale O 2 -nivåer mot en avgift. [ 87 ] Profesjonelle idrettsutøvere, spesielt i amerikansk fotball , forlater også banen av og til, i pauser, for å ta på seg oksygenmasker og få et løft i spillet. Den farmakologiske effekten er tvilsom og placeboeffekten er den mest mulige forklaringen. [ 87 ] Det finnes studier som støtter slik stimulering med berikede O 2 -blandinger , men bare hvis de inhaleres under aerob trening. [ 88 ]
Å smelte jernmalm til stål forbruker 55 % av kommersielt produsert oksygen. [ 40 ] I denne prosessen injiseres O 2 gjennom en høytrykkslanse inn i jernformen, som fjerner urenheter av svovel og overflødig karbon , i form av deres respektive oksider, SO 2 og CO 2 . Reaksjonene er eksoterme og temperaturen stiger til 1700 Cº. [ 40 ]
Ytterligere 25 % av dette oksygenet er dedikert til kjemisk industri. [ 40 ] Etylen reagerer med O 2 for å lage etylenoksid , [ 89 ] som igjen blir etylenglykol , grunnmaterialet som brukes til å lage en lang rekke produkter, inkludert frostvæske og frostvæske. polyesterpolymerer (forløperne til mange plaster ). og tekstiler ). [ 40 ] Oksygen eller luft brukes i oksykrakkingsprosessen, [ 90 ] for produksjon av akrylsyre, [ 91 ] [ 92 ] [ 93 ] diformyl-furan [ 94 ] og benzylsyre. [ 95 ] På den annen side er den elektrokjemiske syntesen av hydrogenperoksid fra oksygen en lovende teknologi for å erstatte den for tiden brukte hydrokinonprosessen. Sist, men ikke minst, brukes katalytisk oksidasjon i etterbrennere for å fjerne farlige gasser. [ 96 ] [ 97 ]
Oksygen brukes i flammeskjæring ved å brenne acetylen med O 2 for å produsere en veldig varm flamme. I denne prosessen blir metall opp til 60 centimeter tykt først oppvarmet med en liten oksy-acetylenflamme og deretter raskt kuttet av en stor eksplosjon av O 2 . [ 98 ]
Paleoklimatologer måler forholdet mellom oksygen -18 og oksygen-16 i skjelettene og eksoskelettene til marine organismer for å finne ut hvordan klimaet var for millioner av år siden. Sjøvannsmolekyler som inneholder den lettere isotopen oksygen-16, fordamper med en litt høyere hastighet enn molekyler som inneholder oksygen-18 (12 % tyngre) ; denne forskjellen øker ved lave temperaturer. [ 99 ] I perioder med lavere global temperatur har snø og regn fra det fordampede vannet en tendens til å være rikere på oksygen-16, mens det gjenværende sjøvannet har en tendens til å være rikere på oksygen-18. Marine organismer inkorporerer derfor mer oksygen-18 i skjelettene og eksoskelettene sine enn de ville gjort i et varmere miljø. [ 99 ] Paleoklimatologer måler også direkte dette forholdet i vannmolekyler fra iskjerneprøver som har vært bevart i flere hundre tusen år.
Planetgeologer har målt forskjeller i oksygenisotopmengder i prøver fra Jorden , Månen , Mars og meteoritter , men har ikke vært langt fra å kunne oppnå referanseverdier for solens isotopforhold , som antas å være samme som de i protosolar-tåken . Imidlertid avslørte analyse av en silisiumplate utsatt for solvinden i verdensrommet og returnert til jorden av Genesis-sonden at solen har et høyere oksygen-16-forhold enn planeten vår. Målingen antyder at en ukjent prosess tømte oksygen-16 fra solens protoplanetariske skive før støvkornene som dannet jorden smeltet sammen. [ 100 ]
Oksygen presenterer to spektrofotometriske absorpsjonsbånd med maksima ved bølgelengder på 687 og 760 nanometer. Noen fjernmålingsforskere har foreslått å bruke måling av glød fra vegetasjonstak i disse båndene for å karakterisere plantehelse fra en satellittplattform . [ 101 ] Denne tilnærmingen utnytter det faktum at i disse båndene er det mulig å skille reflektiviteten til vegetasjonen fra dens fluorescens , som er mye svakere. Målingen har høy teknisk vanskelighet, på grunn av det lave signal/støyforholdet og den fysiske strukturen i vegetasjonen, men det er foreslått som en mulig metode for å overvåke karbonkretsløpet fra satellitter på global skala.
Oksydasjonstilstanden til oksygen er -2 i nesten alle kjente oksygenforbindelser. For sin del finnes -1-oksidasjonstilstanden i noen få forbindelser, for eksempel peroksider . [ 102 ] Forbindelser i andre oksidasjonstilstander er svært sjeldne: −1/2 ( superoksider ), −1/3 ( ozonider ), 0 ( elementært , hypofluoro ), +1/2 ( dioksygenyl ), +1 ( dioksygendifluorid ) og +2 ( oksygendifluorid ).
Vann (H 2 O) er hydrogenoksid og er den vanligste oksygenforbindelsen . Hydrogenatomene er kovalent bundet til oksygenet i vannmolekylet, men de har også en ekstra attraksjon (ca. 23,3 kJ·mol -1 per hydrogenatom) med et tilstøtende oksygenatom fra et annet molekyl. [ 103 ] Disse hydrogenbindingene mellom vannmolekylene holder dem omtrent 15 % nærmere hverandre enn man kan forvente i en enkel væske med van der Waals-krefter alene . [ 104 ] [ note 13 ]
På grunn av sin elektronegativitet danner oksygen kjemiske bindinger med nesten alle andre elementer ved forhøyede temperaturer for å gi de tilsvarende oksidene . Imidlertid danner noen elementer oksider direkte ved normale trykk- og temperaturforhold , for eksempel rust dannet av jern . Overflaten til metaller som aluminium og titan oksiderer i nærvær av luft og blir dekket med et tynt lag oksid som passiviserer metallet og bremser korrosjon . Noen av overgangsmetalloksidene forekommer i naturen som ikke-støkiometriske forbindelser , med litt mindre metall enn den kjemiske formelen antyder. For eksempel skrives FeO ( wustite ), som forekommer naturlig, faktisk som Fe x-1 O, hvor "x" typisk er rundt 0,05. [ 105 ]
Oksygen som en forbindelse er tilstede i atmosfæren i små mengder i form av karbondioksid (CO 2 ). Bergarten i jordskorpen er sammensatt av store deler av silisiumoksider ( silisiumdioksid SiO 2 , som finnes i granitt og sand ), aluminium ( alumina Al 2 O 3 , i bauxitt og korund ), jern ( jernoksid Fe 2 O 3 , i hematitt og rust ) og kalsium ( kalsiumkarbonat CaCO 3 , i kalkstein ). Resten av jordskorpen er også sammensatt av oksygenforbindelser, spesielt forskjellige komplekse silikater . I den terrestriske mantelen , med mye større masse enn skorpen, florerer jern- og magnesiumsilikater .
Vannløselige silikater i formene Na 4 SiO 4 , Na 2 SiO 3 og Na 2 Si 2 O 5 brukes som vaskemidler og lim . [ 106 ] Oksygen fungerer også som en binding for overgangsmetaller, og danner metalliske O 2 -bindinger med iridiumatomet i Vaska-komplekset , [ 107 ] med platina i PtF 6 [ 108 ] og med jernsenteret i hemegruppen til hemoglobin .
Blant de viktigste klassene av oksygenholdige organiske forbindelser er følgende (hvor "R" er en organisk gruppe): alkoholer (R-OH), etere (ROR), ketoner (R-CO-R), aldehyder (R- CO-H), karboksylsyrer (R-COOH), estere (R-COO-R), syreanhydrider (R-CO-O-CO-R) og amider (RC(O)-NR 2 ). Det er mange viktige organiske løsemidler som inneholder oksygen, inkludert: aceton , metanol , etanol , isopropylalkohol , furan , tetrahydrofuran , etyleter , dioksan , etyletanoat , dimetylformamid , dimetylsulfoksid , eddiksyre og maursyre . Aceton (CH 3 (CO)CH 3 ) og fenol (C 6 H 5 OH) brukes som materialer i syntesen av mange forskjellige stoffer. Andre viktige organiske forbindelser som inneholder oksygen er: glyserol , formaldehyd , glutaraldehyd , eddiksyre og acetamid . Epoksider er etere der oksygenatomet er en del av en treatomring.
Oksygen reagerer spontant med mange organiske forbindelser ved eller under romtemperatur, i en prosess som kalles autooksidasjon . [ 109 ] De fleste organiske forbindelser som inneholder oksygen produseres ikke ved direkte virkning av O 2 . Organiske forbindelser av betydning i industri og handel produsert ved direkte oksidasjon av en forløper inkluderer etylenoksid og pereddiksyre . [ 106 ]
Grunnstoffet finnes i nesten alle biomolekyler som er viktige for (eller generert av) liv. Bare noen få vanlige komplekse biomolekyler, som squalen og karoten , inneholder ikke oksygen. Av de biologisk relevante organiske forbindelsene inneholder karbohydrater den høyeste andelen oksygen i massevis. Alt fett , fettsyrer , aminosyrer og proteiner inneholder oksygen (på grunn av tilstedeværelsen av karbonylgrupper på disse syrene og deres esterrester). Oksygen er også tilstede i fosfatgrupper (PO 4 -3 ) i de biologisk viktige energibærende molekylene, ATP og ADP , i ryggraden og puriner (unntatt adenin og pyrimidinene til RNA og DNA ), og i beinene som kalsiumfosfat og hydroksyapatitt .
Gassformig O 2 kan være giftig ved høyt partialtrykk , forårsake anfall og andre helseproblemer. [ 85 ] [ note 14 ] [ 111 ] Toksisitet begynner vanligvis å vises med partialtrykk på mer enn 50 kPa eller 2,5 ganger partialtrykket til O 2 ved havnivå (21 kPa; lik ca. 50 % av sammensetningen) oksygen ved normalt trykk). Dette er ikke et problem bortsett fra for mekanisk ventilerte pasienter , fordi gassen som leveres gjennom oksygenmasker vanligvis bare er 30-50 % O 2 i volum (ca. 30 kPa ved normalt trykk), selv om disse tallene varierer betydelig avhengig av type maske. [ 58 ]
En tid ble premature babyer plassert i inkubatorer som inneholdt luft rik på O 2 , men denne praksisen stoppet etter at noen av disse barna mistet synet. [ 58 ] [ 112 ]
Å puste ren O 2 i romapplikasjoner, som i noen moderne romfartsdrakter eller banebrytende romfartøyer som Apollo , forårsaker ikke skade på grunn av det lave totale trykket som brukes. [ 83 ] [ 113 ] Når det gjelder dresser, er partialtrykket av O 2 i pustegassen generelt over 30 kPa (1,4 ganger normalen) og det resulterende partialtrykket i blodet. Astronautens arterielle blodtrykk er bare marginalt over normalen ved havnivå.
Oksygentoksisitet til lungene og sentralnervesystemet kan også forekomme ved dypdykking og profesjonell dykking . [ 58 ] [ 85 ] Langvarig pusting av en luftblanding med et O 2 partialtrykk større enn 60 kPa kan føre til permanent lungefibrose . [ 114 ] Eksponering for partialtrykk større enn 160 kPa (~1,6 atmosfærer) kan forårsake kramper, vanligvis dødelige for dykkere. Akutt toksisitet kan oppstå når du puster inn en luftblanding med mer enn 21 % O 2 på dybder på 66 meter eller mer; det samme kan skje når du puster 100 % O 2 på bare 6 meter. [ 114 ] [ 115 ] [ 116 ] [ 117 ]
Oksygenkilder som er svært konsentrerte oppmuntrer til rask forbrenning. Brann- og eksplosjonsfare oppstår når konsentrerte oksidasjonsmidler og drivstoff er plassert for nær hverandre; Imidlertid er tenning, enten ved varme eller en gnist, nødvendig for å starte forbrenningen. [ 118 ] Oksygen i seg selv er ikke et drivstoff, men snarere en oksidant. Forbrenningsfare gjelder også oksygenforbindelser med høyt oksidasjonspotensial, som peroksider , klorater , nitrater , perklorater og dikromater , fordi de kan gi oksygen til brannen.
Den konsentrerte O 2 tillater rask og energisk forbrenning. [ 118 ] Stålrørene og karene som brukes til å lagre og overføre både flytende og gassformig oksygen fungerer som drivstoff; derfor krever design og produksjon av O 2 -systemer spesiell oppmerksomhet for å sikre at tennkilder minimeres. [ 118 ] Brannen som drepte Apollo 1 -mannskapet i en utskytningsrampe-test spredte seg så raskt fordi kapselen ble satt under trykk med ren O2 , men ved et trykk litt høyere enn atmosfærisk., i stedet for 1/3 av det normale trykket som var ment. som skal brukes i oppdraget. [ note 15 ] [ 119 ]
I tilfelle søl av flytende oksygen, hvis det blir gjennomvåt av organisk materiale som tre , petrokjemikalier og asfalt , kan det føre til at disse materialene detonerer uforutsigbart ved påfølgende mekanisk påvirkning. [ 118 ] Som andre kryogene væsker , kan kontakt med menneskekroppen forårsake frostskader på hud og øyne.