اکسیژن

اکسیژن یکی از عناصر شیمیایی با عدد اتمی 8 و نماد شیمیایی O می باشد. این عنصر جزو عناصر گروه کالکوژن می باشد و در گروه شانزدهم جدول تناوبی عناصر قرار گرفته است. این عنصر بسیار واکنش پذیر است که به راحتی باعث اکسید شدن عناصر و ترکیبات شیمیایی می گردد. اتم اکسیژن به دلیل تمایل فراوان به ترکیب شدن با سایر عناصر به ندرت در طبیعت یافته می شود. در دما و فشار استاندارد دو اتم اکسیژن به یکدیگر متصل شده و تشکیل مولکول اکسیژن با فرمول O2 را می دهند. اکسیژن پس از هیدروژن و هلیوم به عنوان فراوان ترین عنصر در کیهان شناخته شده است. مولکول اکسیژن تقریبا 21 درصد از اتمسفر زمین را تشکیل داده است و در حالت گازی بی رنگ و بی بو می باشد. این مولکول باعث به وجود آمدن حیات و ادامه آن بر روی کره زمین شده و تقریبا تشکیل دهنده نیمی از عناصر سازنده پوسته زمین است.

همانطور که اشاره کردیم اکسیژن موجب تشکیل حیات بر روی کره زمین شده و تمامی موجودات زنده به نوعی به آن وابسته هستند. این عنصر حیاتی اغلب جرم تشکیل دهنده موجودات زنده را تشکیل داده است، زیرا بخش عمده ای از بدن جانداران زنده از آب تشکیل یافته و اتم های سازنده مولکول آب، اکسیژن و هیدروژن می باشد. گاز O2 به طور پیوسته در اثر فرایند فوتوسنتز توسط گیاهان تولید می شود. گیاهان با استفاده از نور خورشید گاز کربن دی اکسید موجود در هوا را جذب می کنند و آن را به O2 تبدیل می نمایند. برای کسانی که نیاز دایمی به درصد بالاتری از اکسیژن موجود در هوا دارند از دستگاه های اکسیژن ساز استفاد می شود.

ازن از ترکیب 3 اتم O تشکیل می شود که ساختاری ناپایدار دارد و به سرعت با سایر عناصر واکنش می دهد. گاز ازن در اثر برخورد اشعه فرابنفش خورشید به عناصر O2 باعث شکستن پیوند آن ها می شود و در نتیجه آن ازن تشکیل می گردد. لایه ازن موجود در اتمسفر زمین باعث حفاظت از زمین در برابر اشعه مخرب فرابنفش خورشید می شود. اما با این حال ازن برای انسان مضر است ولی به دلیل خواصی که دارد با استفاده دستگاه های ازن ژنراتور جهت گندزدایی و میکروب کشی مورد استفاده قرار می گیرد.

تاریخچه کشف اکسیژن

موجودات زنده برای ادامه حیات کاملا به اکسیژن وابسته هستند و در ابتدای پیدایش حیات تقریبا هیچ اکسیژنی در جو زمین وجود نداشت. میکروب هایی که در آن زمان غذای خود را از طریق فرایند فوتوسنتز تولید می نمودند باعث تولید گاز O2 به عنوان محصول جانبی شدند. با افزایش این گاز در زمین حیات به کلی دچار دگرگونی شد. برای اولین بار در سال 1772 یک شیمیدان سوئدی به نام کارل ویلهلم موفق به کشف اکسیژن شد. ایشان با حرارت دادن به اکسید جیوه، نیترات پتاسیم و بسیاری مواد دیگر توانست این عنصر مهم را کشف نماید.

در سال 1774 یک شیمیدان انگلیسی به نام جوزف پریستلی نیز به صورت مستقل با تجزیه حرارتی اکسید جیوه موفق به این کشف شد. آنتوان لاوران لاوازییه شیمیدان فرانسوی در طی سال های 1775 تا 1780 نقش اکسیژن در تنفس و احتراق را مورد بررسی قرار داد و موفق شد نظریه فلوگوستون را تفسیر نماید. لاوازییه به بررسی تمایل این عنصر جهت ترکیب با سایر مواد و تشکیل اسیدهای گوناگون پرداخت و در نهایت این عنصر را اکسیژن (oxygene) نامید که در یونانی به معنی اسید سابق است.

نکات مهم در رابطه با استفاده از گاز اکسیژن

• در فشارهای بالا می تواند به ماده ای سمی تبدیل گردد.
• اگر به صورت طولانی مدت در معرض نوع خالص این گاز قرار بگیرید ممکن است به سیستم ریوی و عصبیتان آسیب وارد شود.
• این گاز تاثیر زیادی بر روی سیستم عصبی می گذارد و می تواند مشکلاتی مانند کاهش بینایی، تشنج و… را در فرد ایجاد نماید.
• برخی از مشتقات و ترکیبات گاز اکسیژن نیز وجود دارند که میزان مسمومیت آن ها بسیار بیشتر است که از آن جمله می توان به ازن، هیدروژن پراکسید و هیدروکسیل ها اشاره نمود.

اکسیژن مایع

این گاز در حالت مایع به رنگ آبی کم رنگ مشاهده می شود. شکل مایع O2 به عنوان گاز برودتی مورد استفاده قرار می گیرد. گازهای برودتی به گازهایی گفته می شود که در شرایط خاص به شکل مایع درآمده باشند و در حالت نرمال دمای جوش آن ها منفی 90 درجه می باشد. شرایط نگهداری این مایع باید کاملا به صورت ایزوله شده باشد. این مایع کاربردهای فراوانی دارد که به عنوان مثال به عنوان سوخت اکسید کننده در موشک ها، فضاپیماها و… مورد استفاده قرار می گیرد. اکسیژن مایع در صنعت با عنوان گاز صنعتی نیز شناخته می شود که بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین در بیسمارستان ها و موارد پزشکی به وفور از آن استفاده می کنند.

کاربردهای اکسیژن

برخی از کاربردهای مهم اکسیژن به شرح زیر است:

• این گاز در بسیاری از واکنش های اکسیداسیون مورد نیاز در صنایع شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرد. استفاده از نوع خالص این گاز مزایایی چون نرخ بالاتر واکنش، بازده بالاتر و جداسازی آسان تر محصول را در پی دارد.
• از گاز اکسیژن و هیدروژن به عنوان منبع سوخت جهت لحیم کاری، مشعل جوشکاری و ساخت برخی قطعات الکتریکی و… استفاده می گردد.
• استفاده از این گاز در پکیج تصفیه فاضلاب به تجزیه شدن فاضلاب سرعت می بخشد.
• از نوع خالص این گاز برای تشکیل دی اکسید سیلیسیوم و اکسید فلز استفاده می گردد.
• در فرآیند تولید فیبر نوری از خلوص بالای این گاز استفاده می گردد.
• از اکسیژن در صنایعی مانند صنایع فولاد، شیشه، بتن و… برای اینکه به دمای مورد نظر برسند به عنوان جایگزینی برای هوا در مشعل ها و کوره ها استفاده می شود.
• از خلوص بالای این گاز در راکتورهای هسته ای نیز استفاده می گردد.

نقش اکسیژن در بدن انسان

انسان مانند سایر موجودات زنده به اکسیژن وابسته است و با هر بار تنفس اتفاقات زیادی در بدن رخ می دهد که به برخی از آن ها اشاره می کنیم.

تولید پروتئین

هوا از ترکیب چند گاز مختلف تشکیل شده که 78 درصد آن را نیتروژن و 21 درصد را اکسیژن تشکیل داده است. سلول های بدن از ترکیب اکسیژن، نیتروژن و هیدروژن در ساخت انواع مختلفی از پروتئین ها استفاده می نمایند که از این پروتئین ها جهت تامین انرژی خود بهره می برند.

تقویت سیستم ایمنی بدن

این عنصر در سیستم ایمنی بدن نقشی حیاتی دارد و برای کمک به از بین بردن باکتری ها کاربرد دارد. انرژی مورد نیاز سلول های دفاعی بدن در برابر عوامل بیماری زا به کمک اکسیژن تامین می شود.

تولید کربوهیدرات

کربوهیدرات ها برای تامین انرژی لازم برای سلول های بدن به کار می روند که از ترکیب اکسیژن، کربن و هیدروژن به دست می آید.

عملکرد صحیح بینایی

چشم انسان برای اینکه عملکرد خود را به طور صحیح انجام دهد به مقدار کافی اکسیژن نیاز دارد. اگر به قرنیه چشم دقت کرده باشید هیچ گونه اثری از رگ های خونی در آن دیده نمی شود. تامین اکسیژن مورد نیاز قرنیه چشم به صورت مستقیم از طریق هوا انجام می گیرد و تنها عضو بدن است که از این شیوه استفاده می نماید.

جایگزینی سلول های فرسوده

روزانه میلیاردها سلول در بدن ما فرسوده شده و از بین می روند. این سلول ها نیاز به جایگزینی دارند و بدون دریافت میزان کافی اکسیژن این عمل امکان پذیر نخواهد بود.