۱۳۹۵ اسفند ۵, پنجشنبه

اکسیژن

از: دانشنامه‌ی آریانا

اکسیژن


فهرست مندرجات
عناصر شیمیاییکالکوژن‌ها

اکسیژن (به انگلیسی: Oxygen، با تلفظ آمریکایی: Oxygen)، یکی از عناصر شیمیایی است که نماد آن O و عدد اتمی آن ۸ و جرم اتمی نسبی (وزن اتمی) آن ۱۵٫۹۹۹۴ g·mol−۱ است. این عنصر، عضو گروه کالکوژن در جدول تناوبی است و در گروه نافلزهای دواتمی قرار دارد، که در مقایسه با فلزات رساننده ضعیف گرما و الکتریسیته (رسانای بسیار ضعیف برق) است ولی بسیار الکترونگاتیو بوده و در ترکیبات یونی پیوندهای محکمی تشکیل می‌دهد.

اکسیژن در دما و فشار استاندارد به‌صورت گاز بی‌رنگ و بی‌بو می‌باشد که حاوی دو اتم اکسیژن با فرمول شیمیایی O۲ است. مولکول آب، از ترکیب یک اتم اکسیژن و دو اتم هیدروژن تشکیل شده است (در مولکول آب نسبت اتم‌های هیدروژن به اکسیژن همیشه ۲ است). افزون بر این، آب طبیعی معمولاً حاوی مقداری گاز اکسیژن است. هم‌چنین، اکسیژن عنصر مهم هوا است و از طریق عمل فتوسنتز گیاهان تولید شده و برای تنفس حیوانات لازم است. اکسیژن مایع و جامد رنگ آبی کمرنگ داشته و هر دو بسیار پارامغناطیس می‌باشند. اکسیژن مایع معمولاً با عمل تقطیر جزئی هوای مایع به‌دست می‌آید. درصد حجمی اکسیژن ۲۰ درصد است.

جدول تناوبی عنصرهای شیمیایی، در ردیف دوم: بین نیتروژن و فلوئور (نیتروژن → اکسیژن ← فلوئور)، در گروه هالوژن‌ها قرار دارد.

Your browser does not support the HTML5 canvas tag.

 

اکسیژن در جدول تناوبی عنصرهای شیمیایی


واژه‌شناسی

واژه‌ی اکسیژن (یا در زبان دری آکسیجن)، از ترکیب دو واژه‌ی یونانی ὀξύς (با تلفظ Oxus به‌معنای «ترش») و γένος (با تلفظ Gennan به‌معنای «زایش») ساخته شده است یعنی چیزی که از آن ترشی پدید می‌آید. این واژه یک‌ وام‌واژه‌ی فرانسوی است که در فارسی می‌توان برای آن واژه‌ی «ترشمایه» را به‌کار برد. (برابرهای زبان‌های دیگر برای واژه‌ی اکسیژن مثلاً آلمانی Sauerstoff و هلندی Zuurstof هم دقیقاً همین معنای ترشمایه را می‌دهد).


پیشینه‌ی تاریخی
آزمایش فیلو که بعدا سایر دانشمندان از آن الگو گرفتند

نخستین آزمایش شناخته‌شده که رابطه بین احتراق و هوا را نشان می‌داد، توسط فیلو اهل بیزانس (Philo of Byzantium)، در قرن دوم پیش از میلاد، انجام شد. او در کتاب پنوماتیک (Pneumatica) آورده، زمانی‌که یک تُنگ شیشه‌ای را برعکس روی یک شمع در حال سوختن گذاشت، مشاهده کرد آبی که دورادور تنگ بود، به سمت گردن آن بالا آمد. وی به‌غلط نتیجه گرفت قسمتی از هوایی‌که از روزنه‌ای تنگ فرار می‌کند، به عنصر آتش تبدیل می‌شود. قرن‌ها بعد لئوناردو داوینچی براساس کار فیلو، مشاهده کرد که بخشی از هوا، در طول احتراق و تنفس مصرف می‌شود.

اکسیژن، توسط کیمیاگر لهستانی، میشایل ساندویچیس (Michael Sendivogius) (۱۵٦٦–۱٦٣٦ م) کشف شد و وی آن را «سنگ جادو» یا «سنگ فلاسفه» (Philosopher's stone) خواند. در اواخر قرن ۱۷ میلادی، رابرت بویل (Robert Boyle)، شیمی‌دان ایرلندی ثابت کرد که هوا برای احتراق ضروری است.

با این حال گفته می‌شود، اکسیژن، در سال ۱۷۷۱ از سوی داروساز سوئدی کارل ویلهلم شیله (Carl Wilhelm Scheele) کشف شد، ولی این کشف خیلی سریع شناخته نشد و با اکتشاف مستقل جوزف پریستلی (Joseph Priestley) به‌طور گسترده‌تری شناخته شد، و از سوی آنتوان لورن لاووزیه (Antoine-Laurent de Lavoisier) در سال ۱۷۷۴ نام‌گذاری شد.

توماس بدوئس (Thomas Beddoes) در سال ۱۷۹۲ میلادی در بریستول (Bristol) اکسیژن را در درمان طبی به‌کار برد و در سال ۱۸٦۸ میلادی بارث (Barth) اکسیژن را تحت فشار وارد سیلندرها کرد. استفاده‌ی نوین از اکسیژن در سال ۱۹۱۷ میلادی توسط جان برتون ساندرسون هالدین (J. B. S. Haldane) در طی جنگ جهانی اول عمومیت پیدا کرد.


پیدایش

در دقیقه ۳ پس از انفجار بزرگ، در ابتدا به‌دلیلی که هنوز هم برای دانشمندان معلوم نیست یک الکترون پدید آمد. این الکترون با جذب انرژی با یک الکترون دیگر ترکیب شد و یک پروتون را به‌وجود آورد. این الکترون و پروتون با هم‌دیگر، سایر اجزای اتم از قبیل پوزیترون میون و ... را پدید آوردند و بدین ترتیب، اولین عنصر (هیدروژن) تشکیل شد. هیدروژن‌های تشکیل‌شده با پدیده‌های هم‌جوشی باعث به‌وجود آمدن عناصر سنگین‌تر از قبیل هلیم و لیتیم (که سبک‌ترین عناصر می‌باشند) شدند. چند بیلیون سال بعد، اتم‌های هیدروژن و هلیم در مناطق موضعی با تراکم بیشتر متمرکز شده‌اند. این جاذبه گرانشی است که سرانجام منجر به‌وجود آمدن مناطقی با تراکم شدید فشار زیاد و درجه حرارت بسیار زیاد می‌شود. در نتیجه هسته‌ی اتم‌های هیدروژن با هم‌دیگر ترکیب می‌شوند. این باعث می‌شود که هیدروژن به هلیوم تبدیل شده و بخشی از جرم اولیه به انرژی تبدیل گردد. منظور از انرژی در این‌جا گرما و نور می‌باشد. بدین‌گونه اولین ستارگان به‌وجود آمدند.

اولین ستارگان هزاران بار از خورشید منظومه‌ی شمسی سنگین‌تر هستند. طول عمر آن‌ها نیز از خورشید کم‌تر می‌باشد؛ زیرا هیدروژن خود را تنها در طی چندین میلیون سال مصرف می‌کنند. موقعی‌که ذخیره هیدروژن آن‌ها تمام شود، این اولین ستارگان در فرایند فروپاشی قرار می‌گیرند که در نتیجه‌ی این فروپاشی واکنش‌های هسته‌ای دیگری روی می‌دهد که باعث به‌وجود آمدن عناصر سنگین‌تر مانند کربن، نیتروژن، اکسیژن و ... می‌شود.

به‌هر حال، اکسیژن فراوان‌ترین عنصر طبیعت بعد از هیدروژن و هلیم می‌باشد. این عنصر در پوسته‌ی کره‌ی زمین نیز فراوان وجود دارد و براساس برخی از برآوردها، مقدار آن به ۴٦٫۷ درصد می‌رسد. بر اساس تحلیلی که پژوهش‌گران بر روی رسوبات کهن انجام داده‌اند٬ نشانه‌هایی از اکسیژنِ جو زمین در حدود ۳ میلیارد سال پیش پدیدار شده است.

بر طبق تاریخ جدید٬ اکسیژن بر روی زمین و بیش از ٦۰۰ میلیون سال پیش از رویداد اکسایش بزرگ (Great Oxidation Event) قرار گرفته است. طی این رویداد سطوح اکسیژن جوی به‌شکل چشمگیری افزایش یافته‌‌اند. در شش سال گذشته تعداد انگشت‌شماری از مطالعات زمین‌شناسی تاریخ پیدایش حلقه‌های گذرای اکسیژن را به ۲٫٦ تا ۲٫۷ میلیارد سال پیش تخمین زده‌اند. دانشمندان تصور می‌کنند میکروارگانیسم‌های فتوسنتز همچون سیانوباکتری‌ها (Cyanobacteria) اکسیژن را تولید کرده‌اند. بنابراین زمان‌بندی اکسیژن اولیه‌ی جو٬ برای چگونگی تکامل زندگی فتوسنتزی بر روی زمین٬ پیامدهایی را به‌دنبال داشت.


ویژگی‌ها

□ ویژگی‌های کلی: اکسیژن با نماد O و عدد اتمی ۸ و جرم اتمی استاندارد ۱۵٫۹۹۹۴ g·mol−۱ در دما و فشار استاندارد به‌صورت گاز است که حاوی دو اتم اکسیژن با فرمول شیمیایی O۲ می‌باشد. این عنصر شیمیایی در گروه ۱٦ جدول تناوبی (از جمله‌ی کالکوژن‌ها) و از نافلزات دو اتمی است.

□ ویژگی‌های فیزیکی:


□ ویژگی‌های اتمی:


ایزوتوپ‌ها

اکسیژن طبیعی مخلوطی از سه ایزوتوپ پایدار است: اکسیژن-۱٦ (فراوانی طبیعی: ۹۹٫۷۵۹ درصد)، اکسیژن-۱۷ (فراوانی طبیعی: ۰٫۰۳۷ درصد) و اکسیژن-۱۸ (فراوانی طبیعی: ۰٫۲۰۴ درصد).

سه ایزوتوپ پایدار اکسیژن: ۱۷O ،۱٦O و ۱۸O

اکسیژن ده ایزوتوپ پرتوزا نیز دارد (ایزوتوپ‌های با عدد جرمی ۱۲O تا ۲۴O همگی ناپایدار هستند). ایزوتوپ‌های پرتوزایی همه، نیمه عمری کمتر از سه دقیقه دارند. در این بین، بیشترین نیمه عمر را اکسیژن-۱۵ (۱۲۴ ثانیه) دارد که در بررسی تنفس پستانداران استفاده می‌شود و کمترین نیمه عمر را اکسیژن-۱۲ با نیمه عمر ۵۸۰(۳۰)×۱۰−۲۴ ثانیه که در بین این ایزوتوپ‌ها از همگی ناپایدارتر است.

جدول ایزوتوپ‌های اکسیژن
نماد پروتون Z(p) نوترون N(n) جرم اتمی (u) نیمه‌عمر واپاشی هسته‌ای (s) محصول واپاشی (s) اسپین هسته‌ای
۱۲O ۸ ۴ ۱۲٫۰۳۴۴۰۵(۲۰) ۵۸۰(۳۰)×۱۰−۲۴ s ۲p (٦۰٫۰٪) ۱۰C ۰+
p (۴۰٫۰٪) ۱۱N
۱۳O ۸ ۵ ۱۳٫۰۲۴۸۱۲(۱۰) ۸٫۵۸(۵) ms β+ (۸۹٫۱٪) ۱۳N (۳/۲-)
β+، p (۱۰٫۹٪) ۱۲C
۱۴O ۸ ٦ ۱۴٫۰۰۸۵۹٦۲۵(۱۲) ۷۰٫۵۹۸(۱۸) s β+ ۱۴N ۰+
۱۵O ۸ ۷ ۱۵٫۰۰۳۰٦۵٦(۵) ۱۲۲٫۲۴(۱٦) s β+ ۱۵N ۱/۲-
۱٦O ۸ ۸ ۱۵٫۹۹۴۹۱۴٦۱۹۵٦(۱٦) پایدار ۰+
۱۷O ۸ ۹ ۱۵٫۰۰۳۰٦۵٦(۵) پایدار ۵/۲+
۱۸O ۸ ۱۰ ۱۷٫۹۹۹۱۶۱۰(۷) پایدار ۰+
۱۹O ۸ ۱۱ ۱۹٫۰۰۳۵۸۰(۳) ۲٦٫۴٦۴(۹) s β ۱۹F ۵/۲+
۲۰O ۸ ۱۲ ۲۰٫۰۰۴۰۷٦۷(۱۲) ۱۳٫۵۱(۵) s β ۲۰F ۰+
۲۱O ۸ ۱۳ ۲۱٫۰۰۸٦۵٦(۱۳) ۳٫۴۲(۱۰) s β ۲۱F (۱/۲٬۳/۲٬۵/۲)+
۲۲O ۸ ۱۴ ۲۲٫۰۰۹۹۷(٦) ۲٫۲۵(۱۵) s β (۷۸٫۰٪) ۲۲F ۰+
β، n (۲۲٫۰٪) ۲۱F
۲۳O ۸ ۱۵ ۲۳٫۰۱۵٦۹(۱۳) ۸۲(۳۷) ms β، n (۵۷٫۹۹٪) ۲۲F ۱/۲+
β، (۴۲٫۰٪) ۲۳F
۲۴O ۸ ۱٦ ۲۴٫۰۲۰۴۷(۲۵) ٦۵(۵) ms β، n (۵۷٫۹۹٪) ۲۳F ۰+
β (۴۲٫۰۱٪) ۲۴F
۲٦O ۸ ۱۸ (۴۰) ns β ۲٦F
n ۲۵O


ترکیبات



کاربردها

□ کاربردهای صنعتی:


□ کاربردهای پزشکی:


[] يادداشت‌ها




[] پيوست‌ها


...


[] پی‌نوشت‌ها

...


[] جُستارهای وابسته






[] سرچشمه‌ها







[] پيوند به بیرون

[۱ ٢ ٣ ۴ ۵ ٦ ٧ ٨ ٩ ۱٠ ۱۱ ۱٢ ۱٣ ۱۴ ۱۵ ۱٦ ۱٧ ۱٨ ۱۹ ٢٠]

رده‌هاشیمیعناصر شیمیایی