عنصر الاكسجين

الاكسجين : و اختصاره O₂

الرمز: O

العدد الذري : 8

الوزن الذري : 15،999

التصنيف أو النوع : الغاز و اللافلزات

حالته في درجة حرارة الغرفة : (حالة غازية)

الكثافة : 1.429 جراماً لكل لتر

درجة الانصهار : -218.79 درجة مئوية ، -361.82 درجة فهرنهايت

درجة الغليان : -182.95 درجة مئوية ، -297.31 درجة فهرنهايت

تم اكتشافه بواسطة : جوزيف بريستلي في عام 1774 و كارل فلهلم شيله في عام 1772

ما هو الاكسجين :

 الأكسجين هو عنصر هام و تحتاجه معظم الكائنات الحية على الأرض من أجل البقاء. و الأكسجين هو العنصر الثالث الأكثر وفرة في الكون، و هو العنصر الأول الأكثر وفرة في جسم الإنسان.

الأكسجين يحتوي على 8 من الإلكترونات و 8 من البروتونات. و هو موجود في الجزء العلوي من العمود 16 في الجدول الدوري.

و تلعب دورة الأكسجين دوراً هاماً في الحياة على الأرض.

خصائص و مواصفات :

-         تحت الظروف الطبيعية  فإن الأكسجين يُكوِّن غاز، و هو عبارة عن جزيئات تتكون من اثنين من ذرات الأكسجين (O2). و هذا يُسمى (غاز ثنائي الذرة). و في هذا الشكل الثنائي فإن الأكسجين يكون غاز عديم اللون و الرائحة و المذاق.

-         يوجد الأكسجين أيضاً باسم الأوزون (O3). و يوجد الأوزون في المنطقة العليا من الغلاف الجوي للأرض، و هو يُشكِّل طبقة الأوزون التي تُساعِد على حمايتنا من الأشعة الضارة للشمس.

-          الأُكسُجين هو عنصر تفاعُلي جداً في حالته النقية، و يمكن أن يُكوِّن مركبات من العديد من العناصر الأخرى. و الأكسجين يذوب بسهولة في الماء أيضاً.

أين يوجد الأكسجين في الأرض ؟

يوجد الأكسجين في كل مكان حولنا. و هو واحد من أهم العناصر الموجودة على كوكب الأرض. و الأكسجين يُشكِّل حوالي 21٪ من الغلاف الجوي للأرض و 50٪ من كُتلة القشرة الأرضية.

و الأكسجين هو واحد من الذرات التي تتكون منها المياه (H2O) فـ جزئ المياه يتكون من ذرتين من الهيدروجين و ذرة من الأكسجين.

الأكسجين هو عنصر هام للحياة على الأرض. و هو العنصر الأكثر وفرة في جسم الإنسان و هو يُشكِّل حوالي 65٪ من كتلة جسم الإنسان.

كيف يتم استخدام الأكسجين أو ما هي اهميته اليوم ؟

يتم استخدام الأكسجين عن طريق الحيوانات و النباتات في عملية التنفس. و يتم استخدام (خزانات أو انابيب الأكسجين) في الطب لعلاج الأشخاص الذين يعانون من مشاكل في التنفس. و يتم استخدامه أيضاً كدعم لـ الحياة لرواد الفضاء و الغواصين.

و يتم استخدام الغالبية العظمى من الأكسجين المُستخدم في الصناعة في تصنيع الصلب. و تشمل التطبيقات الأخرى له : صناعة المُركَّبات الجديدة مثل البلاستيك و صناعة النار الحامية جداً في عمليات اللحام. و الأكسجين السائل يتم جمعه مع الهيدروجين السائل لصنع وقود الصواريخ.

كيف تم اكتشافه ؟

الكيميائي السويدي (كارل فلهلم شيله) اكتشف الأكسجين لأول مرة في عام 1772. و قام بتسمية هذا الغاز باسم "الهواء الناري" لأنه كان مطلوباً لصنع النار المستخدمة في عمليات الحرق.

(كارل فلهلم شيله) لم يقوم بنشر نتائجه على الفور، و تم اكتشاف العنصر بشكل مستقل بواسطة العالِم البريطاني (جوزيف بريستلي) في عام 1774.

لماذا تمت تسمية الأكسجين بهذا الاسم ؟

اسم الأكسجين يأتي من اليونانية من كلمة "oxygen's" و هو يعني "مُنتِج الحِمض". و كان يُسمَّى هكذا لأن الكيميائيين في البداية كانوا يعتقدون أن الأكسجين ضروري لجميع الأحماض.

النظائر :

هناك ثلاثة نظائر مستقرة من الأكسجين. و حوالي 99٪ من الأكسجين المُستقر يتكون من نظائر (الأكسجين-16).

حقائق مثيرة للاهتمام عن الأكسجين :

- الأكسجين يذوب في الماء البارد أسهل من المياه الدافئة.

- يمكن تحويل الماء إلى هيدروجين و أكسجين من خلال طريقة التحليل الكهربي.

- يتم إنتاج الأكسجين الذي يتم العثور عليه في الهواء عن طريق عملية (التمثيل الضوئي). فـ بدون النباتات، سيكون هناك القليل جداً من الأكسجين في الهواء.

- في النظام الشمسي، كوكب الأرض فقط هو الذي لديه نسبة عالية من الأكسجين.

- ذرَّات الأكسجين تُشكِّل جزءاً أساسياً من البروتينات و الحمض النووي في أجسامنا.

- العملية التي يتم فيها جمع الأكسجين مع ذرات أخرى لصنع مُركَّبات، تُسمى بـ عملية (الأكسدة).

الخواص الكيميائيّة

الأكسجين نشيط كيميائياً وله تفاعليّة مرتفعة، بحيث أنّه لا يوجد في الشروط العادية على شكل عنصر حر، إنّما على شكل جزيئي. تتّسم تفاعلات الأكسجين أنّها تفاعلات أكسدة-اختزال، يقوم فيها الأكسجين باستقبال إلكترونين اثنين لتشكيل الأكسيد الموافق، بالتالي يصنّف العنصر ضمن المؤكسدات. يكون للشكل السائل من الأكسجين قوّة

أكسدة أكبر من غاز الأكسجين، وهو الحال أيضاً مع الشكل الذرّي O، والذي يعدّ من المواد الأكّالة ، بحيث أنّه على سبيل المثال، يسبّب تآكلاً للمركبات الفضائية عند المدار الأرضي المنخفض

يتفاعل الأكسجين الذرّي بشكل مباشر مع أغلب العناصر الكيميائيّة الأخرى، مع وجود استثناءات من اللافلزّات والفلزّات النبيلة. يمكن أن يتفاعل الأكسجين مع النتروجين تحت شروط خاصة مثل البرق في طبقات الجو أو داخل محرك الاحتراق الداخلي. أمّا الفلور فيتفاعل مع الأكسجين فقط عند درجات حرارة منخفضة وتحت تفريغ كهربائي. بالمقابل فإنّ غاز الأكسجين يتفاعل ببطء شديد عند الشروط العاديّة من الضغط ودرجة الحرارة؛ يعود السبب في ذلك إلى أنّ التفاعل يحتاج إلى طاقة تنشيط مرتفعة والتي يمكن تجاوزها برفع درجة الحرارة أو باستخدام الأشعّة فوق البنفسجيّة أو باستخدام حافز ملائم. يلزم لبعض التفاعلات وجود آثار من جذر كيميائي حرّ، كما هو الحال في مخلوط هيدروجين وأكسجين الانفجاري، حيث تسهم في دور تحفيز التفاعل التسلسلي. من جهة أخرى، تشكّل الكثير من الفلزّات، مثل الألومنيوم والتيتانيوم، أثناء تفاعلها مع الأكسجين طبقة من الأكسيد على سطحها تقوم بدور مخمّل يمنع استمرار التفاعل، ممّا يحميها من التآكل.

يمكن للأكسجين أن يتصرّف كيميائيّاً على هيئة ربيطة مع الفلزّات الانتقاليّة مشكّلاً معقّدات تناسقيّة ثنائيّة الأكسجين. يتضمّن هذا الصنف من المركّبات كلّ من بروتينات الهيم مثل الهيموغلوبين والميوغلوبين.

الحياة المائية :

ينحلّ الأكسجين الجزيئي O2 في مياه المحيطات، وتزداد تلك الانحلاليّة بانخفاض درجة الحرارة، ولهذه الخاصيّة أهمّيّة حيويّة على الحياة الحيوانيّة في المحيطات، وخاصّة بالقرب من المناطق القطبيّة، والتي تقدّم دعماً للكثير من الكائنات الحيّة التي يتكاثر نموّها كنتيجة لارتفاع محتوى الأكسجين. 

إن الماء الملوّث بالمغذّيات النباتيّة مثل النترات أو الفوسفات يمكن أن يعزّز من نموّ الطحالب في عمليّة تدعى باسم التتريف، والتي تكون نتائجها سلبيّة، إذ أن تحلّل هذه المتعضيّات والمواد الحيويّة الأخرى يمكن أن يخفّض من كمّيّة الأكسجين المنحلّ في الأجسام المائية الحادثة فيها تلك الظاهرة. يمكن التحقّق من جودة المياه وفق هذا المنظور باستخدام تحليل طلب الأكسجين الكيميائي الحيوي، أو من كمّيّة الأكسجين الجزيئي اللازمة لإعادته إلى التراكيز الطبيعيّة.