ออกซิเจน: คุณสมบัติโครงสร้างความเสี่ยงการใช้งาน - เคมี - 2025

ออกซิเจนเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่เป็นตัวแทนจากสัญลักษณ์ทุมเป็นก๊าซปฏิกิริยาสูงซึ่งนำไปสู่กลุ่ม 16: chalcogens ชื่อนี้เกิดจากการที่กำมะถันและออกซิเจนมีอยู่ในแร่ธาตุเกือบทั้งหมด

อิเล็กโตรเนกาติวิตีที่สูงของมันอธิบายถึงความโลภอย่างมากสำหรับอิเล็กตรอนซึ่งทำให้มันรวมเข้ากับองค์ประกอบจำนวนมาก นี่คือวิธีการที่แร่ออกไซด์หลากหลายชนิดเกิดขึ้นเพื่อเสริมสร้างเปลือกโลก ดังนั้นออกซิเจนที่เหลือจะประกอบขึ้นและทำให้บรรยากาศระบายอากาศได้

ออกซิเจนมักมีความหมายเหมือนกันกับอากาศและน้ำ แต่ก็พบได้ในหินและแร่ธาตุเช่นกัน ที่มา: pxhere.

ออกซิเจนเป็นองค์ประกอบที่มีมากเป็นอันดับสามของจักรวาลรองจากไฮโดรเจนและฮีเลียมและยังเป็นส่วนประกอบหลักโดยมวลของเปลือกโลก มีเปอร์เซ็นต์โดยปริมาตร 20.8% ของชั้นบรรยากาศโลกและคิดเป็น 89% ของมวลน้ำ

โดยปกติจะมีรูปแบบอัลโลทรอปิก 2 รูปแบบคือออกซิเจนไดอะตอม (O ₂ ) ซึ่งเป็นรูปแบบที่พบมากที่สุดในธรรมชาติและโอโซน (O ₃ ) ที่พบในสตราโตสเฟียร์ อย่างไรก็ตามยังมีอีกสองอย่าง (O ₄และ O ₈ ) ที่มีอยู่ในของเหลวหรือของแข็งและอยู่ภายใต้แรงกดดันมหาศาล

ออกซิเจนถูกผลิตขึ้นอย่างต่อเนื่องโดยผ่านกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงซึ่งดำเนินการโดยแพลงก์ตอนพืชและพืชบก เมื่อผลิตแล้วจะถูกปล่อยออกมาเพื่อให้สิ่งมีชีวิตสามารถใช้งานได้ในขณะที่ส่วนเล็ก ๆ ของมันจะละลายในทะเลเพื่อดำรงชีวิตในน้ำ

ดังนั้นจึงเป็นองค์ประกอบที่จำเป็นสำหรับสิ่งมีชีวิต ไม่เพียงเพราะมีอยู่ในสารประกอบและโมเลกุลส่วนใหญ่ที่ก่อตัวขึ้นเท่านั้น แต่ยังเข้าไปแทรกแซงกระบวนการเผาผลาญทั้งหมดด้วย

แม้ว่าการแยกตัวของมันจะมีสาเหตุมาจาก Carl Scheele และ Joseph Priestley ในปี 1774 แต่ก็มีข้อบ่งชี้ว่าจริงๆแล้วออกซิเจนถูกแยกเป็นครั้งแรกในปี 1608 โดย Michael Sendivogius

ก๊าซนี้ใช้ในทางการแพทย์เพื่อปรับปรุงสภาพความเป็นอยู่ของผู้ป่วยที่มีปัญหาทางเดินหายใจ ในทำนองเดียวกันออกซิเจนถูกนำมาใช้เพื่อให้ผู้คนสามารถทำหน้าที่ได้อย่างสมบูรณ์ในสภาพแวดล้อมที่มีออกซิเจนลดลงหรือไม่มีการเข้าถึงออกซิเจนในชั้นบรรยากาศ

ออกซิเจนที่ผลิตในเชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่จะใช้ในอุตสาหกรรมโลหะสำหรับการเปลี่ยนเหล็กเป็นเหล็กกล้า

ประวัติศาสตร์

วิญญาณ Nitroarial

ในปี 1500 Leonardo da Vinci จากการทดลองของ Philo of Byzantium ที่ดำเนินการในศตวรรษที่สองก่อนคริสต์ศักราช C. สรุปว่าส่วนหนึ่งของอากาศถูกใช้ไประหว่างการเผาไหม้และการหายใจ

ในปี 1608 Cornelius Drebble แสดงให้เห็นว่าการให้ความร้อน salpetre (ซิลเวอร์ไนเตรต KNO ₃ ) ก่อให้เกิดก๊าซ ก๊าซนี้ตามที่ทราบกันในภายหลังคือออกซิเจน แต่ Drebble ไม่สามารถระบุได้ว่าเป็นรายการใหม่

จากนั้นในปี 1668 John Majow ได้ชี้ให้เห็นว่าส่วนหนึ่งของอากาศที่เขาเรียกว่า "Spiritus nitroaerus" มีหน้าที่ก่อไฟและยังถูกเผาผลาญไปในระหว่างการหายใจและการเผาไหม้ของสารต่างๆ Majow สังเกตว่าสารไม่ได้เผาไหม้ในกรณีที่ไม่มีวิญญาณของไนโตรเรียล

Majow ทำการเผาพลวงและสังเกตเห็นการเพิ่มขึ้นของน้ำหนักของพลวงระหว่างการเผาไหม้ ดังนั้น Majow จึงสรุปว่าพลวงรวมกับวิญญาณไนโตรอาเรียล

การค้นพบ

แม้ว่ามันจะไม่ได้รับการยอมรับจากชุมชนวิทยาศาสตร์ทั้งในชีวิตหรือหลังการตาย แต่ก็มีความเป็นไปได้ที่ Michael Sandivogius (1604) เป็นผู้ค้นพบออกซิเจนที่แท้จริง

Sandivogius เป็นนักเล่นแร่แปรธาตุนักปรัชญาและแพทย์ชาวสวีเดนผู้ผลิตการสลายตัวด้วยความร้อนของโพแทสเซียมไนเตรต การทดลองของเขาทำให้เขาได้รับการปลดปล่อยออกซิเจนซึ่งเขาเรียกว่า "cibus vitae": อาหารแห่งชีวิต

ระหว่างปี พ.ศ. 2314 ถึง พ.ศ. Scheele สังเกตว่าก๊าซถูกปล่อยออกมาจากพวกมันซึ่งทำให้เกิดการเผาไหม้เพิ่มขึ้นและเขาเรียกว่า "fire air"

การทดลองของ Joseph Priestly

ในปีค. ศ. 1774 Joseph Priestly นักเคมีชาวอังกฤษให้ความร้อนออกไซด์ของปรอทโดยใช้แว่นขยายขนาด 12 นิ้วที่แสงแดดส่องถึง ออกไซด์ของปรอทปล่อยก๊าซที่ทำให้เทียนไหม้เร็วกว่าปกติมาก

นอกจากนี้ Priestly ยังทดสอบฤทธิ์ทางชีวภาพของก๊าซ ในการทำเช่นนี้เขาวางหนูไว้ในภาชนะปิดซึ่งเขาคาดว่าจะมีชีวิตรอดเป็นเวลาสิบห้านาที แม้กระนั้นเมื่อมีก๊าซมันมีชีวิตอยู่ได้หนึ่งชั่วโมงนานกว่าที่คาดการณ์ไว้

เผยแพร่ผลงานของเขาในปี 1774; ในขณะที่ Scheele ทำเช่นนั้นในปี 1775 ด้วยเหตุนี้การค้นพบออกซิเจนจึงมักมาจาก Priestly

ออกซิเจนในอากาศ

Antoine Lavoisier นักเคมีชาวฝรั่งเศส (1777) ค้นพบว่าอากาศมีออกซิเจน 20% และเมื่อสารเผาไหม้จะรวมตัวกับออกซิเจน

Lavoisier สรุปว่าน้ำหนักที่เพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัดจากสารระหว่างการเผาไหม้เกิดจากการสูญเสียน้ำหนักที่เกิดขึ้นในอากาศ เนื่องจากออกซิเจนรวมกับสารเหล่านี้ดังนั้นมวลของสารตั้งต้นจึงถูกอนุรักษ์ไว้

สิ่งนี้ทำให้ Lavoisier สามารถสร้างกฎแห่งการอนุรักษ์สสาร Lavoisier แนะนำชื่อของออกซิเจนที่มาจากการสร้างกรดราก "oxys" และ "ยีน" ดังนั้นออกซิเจนจึงหมายถึง 'การสร้างกรด'

ชื่อนี้ไม่ถูกต้องเนื่องจากกรดบางชนิดไม่มีออกซิเจน ตัวอย่างเช่นไฮโดรเจนเฮไลด์ (HF, HCl, HBr และ HI)

Dalton (1810) กำหนดสูตรทางเคมี HO ให้กับน้ำดังนั้นน้ำหนักอะตอมของออกซิเจนจึงเท่ากับ 8 นักเคมีกลุ่มหนึ่ง ได้แก่ Davy (1812) และ Berzelius (1814) ได้แก้ไขแนวทางของ Dalton และสรุปว่า สูตรที่ถูกต้องสำหรับน้ำคือ H ₂ O และน้ำหนักอะตอมของออกซิเจนคือ 16

คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี

การปรากฏ

ก๊าซไม่มีสีไม่มีกลิ่นและไม่มีรส ในขณะที่โอโซนมีกลิ่นฉุน ออกซิเจนส่งเสริมการเผาไหม้ แต่ไม่ได้เป็นเชื้อเพลิง

ออกซิเจนเหลว ที่มา: Staff Sgt. Nika Glover, US Air Force

ในรูปของเหลว (ภาพบนสุด) มีสีฟ้าซีดและผลึกของมันก็เป็นสีน้ำเงินด้วย แต่สามารถใช้โทนสีชมพูส้มและแดงได้ (ตามที่จะอธิบายในส่วนของโครงสร้าง)

น้ำหนักอะตอม

15,999 ยู.

เลขอะตอม (Z)

8

จุดหลอมเหลว

-218.79 องศาเซลเซียส

จุดเดือด

-182.962 องศาเซลเซียส

ความหนาแน่น

ภายใต้สภาวะปกติ: 1,429 ก. / ล. ออกซิเจนเป็นก๊าซที่หนาแน่นกว่าอากาศ นอกจากนี้ยังเป็นตัวนำความร้อนและไฟฟ้าที่ไม่ดี และที่จุดเดือด (ของเหลว) ความหนาแน่นคือ 1.141 g / mL

จุดสามจุด

54.361 K และ 0.1463 kPa (14.44 atm)

จุดวิกฤต

154.581 K และ 5.043 MPa (49770.54 atm)

ความร้อนของฟิวชั่น

0.444 กิโลจูล / โมล

ความร้อนของการกลายเป็นไอ

6.82 กิโลจูล / โมล

ความจุของแคลอรี่โมลาร์

29.378 J / (โมล· K)

ความดันไอ

ที่อุณหภูมิ 90 K มีความดันไอ 986.92 atm

สถานะออกซิเดชัน

-2, -1, +1, +2 สถานะออกซิเดชันที่สำคัญที่สุดคือ -2 (O ^2- )

อิเล็ก

3.44 ในระดับ Pauling

พลังงานไอออไนเซชัน

แรก: 1,313.9 kJ / mol

วินาที: 3,388.3 kJ / mol

ที่สาม: 5,300.5 kJ / mol

คำสั่งแม่เหล็ก

paramagnetic

ความสามารถในการละลายน้ำ

การละลายของออกซิเจนในน้ำจะลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ตัวอย่างเช่น: ออกซิเจน 14.6 มล. / ลิตรละลายที่ 0 ºCและออกซิเจน 7.6 มล. / ลิตรที่อุณหภูมิ 20 ºC ความสามารถในการละลายของออกซิเจนในน้ำดื่มสูงกว่าในน้ำทะเล

ในสภาพอุณหภูมิ 25 ºCและที่ความดัน 101.3 kPa น้ำดื่มสามารถมีออกซิเจน 6.04 มล. / ลิตรของน้ำ ในขณะที่น้ำทะเลมีออกซิเจนเพียง 4.95 มล. / ลิตรของน้ำ

การเกิดปฏิกิริยา

ออกซิเจนเป็นก๊าซที่มีปฏิกิริยาสูงซึ่งทำปฏิกิริยาโดยตรงกับองค์ประกอบเกือบทั้งหมดที่อุณหภูมิห้องและอุณหภูมิสูง ยกเว้นโลหะที่มีศักยภาพในการรีดิวซ์สูงกว่าทองแดง

นอกจากนี้ยังสามารถทำปฏิกิริยากับสารประกอบออกซิไดซ์องค์ประกอบที่มีอยู่ในนั้น นี่คือสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อทำปฏิกิริยากับกลูโคสเช่นผลิตน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์ หรือเมื่อไม้หรือไฮโดรคาร์บอนไหม้

ออกซิเจนสามารถรับอิเล็กตรอนได้โดยการถ่ายเททั้งหมดหรือบางส่วนซึ่งเป็นสาเหตุที่ถือว่าเป็นตัวออกซิไดซ์

เลขออกซิเดชันหรือสถานะของออกซิเจนที่พบบ่อยที่สุดคือ -2 ด้วยเลขออกซิเดชันนี้พบได้ในน้ำ (H ₂ O) ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO ₂ ) และคาร์บอนไดออกไซด์ (CO ₂ )

นอกจากนี้ในสารประกอบอินทรีย์เช่นอัลดีไฮด์แอลกอฮอล์กรดคาร์บอกซิลิก กรดทั่วไปเช่น H ₂ SO ₄ , H ₂ CO ₃ , HNO ₃ ; และเกลือมาของ: Na ₂ SO ₄ , Na ₂ CO ₃หรือ KNO 3 ในทั้งหมดนี้การมีอยู่ของ O ^2-สามารถสันนิษฐานได้(ซึ่งไม่เป็นความจริงสำหรับสารประกอบอินทรีย์)

ออกไซด์

ออกซิเจนมีอยู่เป็น O ^2-ในโครงสร้างผลึกของโลหะออกไซด์

บนมืออื่น ๆ ในซูเปอร์ออกไซด์โลหะเช่นโพแทสเซียม superoxide (KO ₂ ) ออกซิเจนเป็นปัจจุบันเป็น O ₂ ^-ไอออน ในขณะที่โลหะเปอร์ออกไซด์กล่าวว่าแบเรียมเปอร์ออกไซด์ (BaO ₂ ) ออกซิเจนจะปรากฏเป็นไอออน O ₂ ^2- (Ba ²⁺ O ₂ ^2- )

ไอโซโทป

ออกซิเจนมีไอโซโทปเสถียร 3 ชนิดคือ¹⁶ O มีความอุดมสมบูรณ์ 99.76% ¹⁷ O กับ 0.04%; และ¹⁸ O กับ 0.20% โปรดทราบว่า¹⁶ O เป็นไอโซโทปที่เสถียรและอุดมสมบูรณ์ที่สุด

โครงสร้างและการกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์

โมเลกุลออกซิเจนและปฏิกิริยา

โมเลกุลออกซิเจนไดอะตอม ที่มา: Claudio Pistilli

ออกซิเจนในสถานะพื้นเป็นอะตอมที่มีการกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์คือ:

2s ² 2p ⁴

ตามทฤษฎีพันธะวาเลนซ์ (TEV) อะตอมของออกซิเจนสองตัวจะถูกสร้างพันธะด้วยโควาเลนต์เพื่อให้ทั้งคู่แยกออกจากกัน นอกเหนือจากความสามารถในการจับคู่อิเล็กตรอนเดี่ยวสองตัวจากวงโคจร 2p

ด้วยวิธีนี้โมเลกุลออกซิเจนไดอะตอม O ₂ (ภาพบน) จะปรากฏขึ้นซึ่งมีพันธะคู่ (O = O) ความเสถียรของพลังงานเป็นเช่นที่ไม่เคยพบออกซิเจนเป็นอะตอมเดี่ยว ๆ ในเฟสก๊าซ แต่เป็นโมเลกุล

เนื่องจาก O ₂เป็นโฮโมนิวเคลียร์เชิงเส้นและสมมาตรจึงขาดโมเมนต์ไดโพลถาวร ดังนั้นปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลจึงขึ้นอยู่กับมวลโมเลกุลและแรงกระเจิงของลอนดอน กองกำลังเหล่านี้ค่อนข้างอ่อนแอสำหรับออกซิเจนซึ่งอธิบายได้ว่าเหตุใดจึงเป็นก๊าซภายใต้สภาวะโลก

อย่างไรก็ตามเมื่ออุณหภูมิลดลงหรือความดันเพิ่มขึ้นโมเลกุล O ₂จะถูกบังคับให้รวมตัวกัน จนถึงจุดที่ปฏิสัมพันธ์ของพวกเขามีความสำคัญและอนุญาตให้เกิดออกซิเจนเหลวหรือของแข็ง ในการพยายามทำความเข้าใจพวกมันในระดับโมเลกุลไม่จำเป็นต้องมองเห็น O ₂ในฐานะหน่วยโครงสร้าง

โอโซน

ออกซิเจนสามารถนำโครงสร้างโมเลกุลอื่น ๆ ที่มีเสถียรภาพมาก นั่นคือพบได้ในธรรมชาติ (หรือภายในห้องปฏิบัติการ) ในรูปแบบอัลโลทรอปิกต่างๆ ตัวอย่างเช่นโอโซน (ภาพล่าง) O ₃เป็นโมเลกุลที่รู้จักกันดีอันดับสองของออกซิเจน

โครงสร้างของเรโซแนนซ์ไฮบริดที่แสดงโดยแบบจำลองทรงกลมและแท่งสำหรับโมเลกุลของโอโซน ที่มา: Ben Mills ผ่าน Wikipedia

อีกครั้ง TEV รักษาอธิบายและแสดงให้เห็นว่าใน O ₃จะต้องมีโครงสร้างเรโซแนนซ์ที่ทำให้ประจุไฟฟ้าบวกของออกซิเจนอยู่ตรงกลาง (เส้นประสีแดง); ในขณะที่ออกซีเจนที่ปลายบูมเมอแรงจะกระจายประจุลบทำให้ประจุรวมของโอโซนเป็นกลาง

ด้วยวิธีนี้พันธะจะไม่เดี่ยว แต่ไม่เป็นสองเท่า ตัวอย่างของลูกผสมเรโซแนนซ์พบได้บ่อยในโมเลกุลหรือไอออนอนินทรีย์จำนวนมาก

O ₂และ O ₃เนื่องจากโครงสร้างโมเลกุลแตกต่างกันสิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นกับคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีขั้นตอนของของเหลวหรือผลึก (แม้ว่าทั้งคู่จะประกอบด้วยอะตอมของออกซิเจนก็ตาม) พวกเขาตั้งทฤษฎีว่าการสังเคราะห์โอโซนแบบไซคลิกขนาดใหญ่มีแนวโน้มที่จะมีโครงสร้างคล้ายกับสามเหลี่ยมสีแดงที่มีออกซิเจน

นี่คือจุดที่ "allotropes ปกติ" ของออกซิเจนสิ้นสุด อย่างไรก็ตามมีอีกสองอย่างที่ต้องพิจารณา: O ₄และ O ₈ซึ่งพบหรือเสนอในออกซิเจนเหลวและของแข็งตามลำดับ

ออกซิเจนเหลว

ก๊าซออกซิเจนไม่มีสี แต่เมื่ออุณหภูมิลดลงถึง -183 ºCจะรวมตัวเป็นของเหลวสีฟ้าซีด (คล้ายกับสีฟ้าอ่อน) ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุล O ₂เป็นเช่นนั้นแม้แต่อิเล็กตรอนของพวกมันก็สามารถดูดซับโฟตอนในบริเวณสีแดงของสเปกตรัมที่มองเห็นได้เพื่อสะท้อนสีฟ้าที่มีลักษณะเฉพาะ

อย่างไรก็ตามมีการตั้งทฤษฎีว่าในของเหลวนี้มีโมเลกุล O ₂มากกว่าธรรมดาแต่ยังมีโมเลกุล O _{4 ด้วย} (ภาพล่าง) ดูเหมือนว่าโอโซนถูก "ติด" โดยอะตอมออกซิเจนอีกตัวหนึ่งซึ่งขัดขวางประจุไฟฟ้าบวกที่อธิบายไว้

โครงสร้างแบบจำลองที่เสนอด้วยทรงกลมและแท่งสำหรับโมเลกุลเตตระออกซิเจน ที่มา: Benjah-bmm27

ปัญหาคือตามการจำลองเชิงคำนวณและโมเลกุลกล่าวว่าโครงสร้างของ O ₄ไม่เสถียรอย่างแน่นอน อย่างไรก็ตามพวกเขาคาดการณ์ว่าพวกมันมีอยู่เป็น (O ₂ ) ₂หน่วยนั่นคือโมเลกุล O ₂สองโมเลกุลอยู่ใกล้กันมากจนกลายเป็นกรอบที่ผิดปกติ (อะตอม O ไม่ได้อยู่ในแนวตรงข้ามกัน)

ออกซิเจนที่เป็นของแข็ง

เมื่ออุณหภูมิลดลงถึง -218.79 ºCออกซิเจนจะตกผลึกในโครงสร้างลูกบาศก์อย่างง่าย (เฟสγ) เมื่ออุณหภูมิยังคงลดลงอีกคริสตัลลูกบาศก์จะผ่านการเปลี่ยนไปเป็นเฟส pha (rhombohedral และ -229.35 ° C) และα (monoclinic และ -249.35 ° C)

ขั้นตอนที่เป็นผลึกของออกซิเจนที่เป็นของแข็งทั้งหมดนี้เกิดขึ้นที่ความดันแวดล้อม (1 atm) เมื่อความดันเพิ่มขึ้นถึง 9 GPa (~ 9000 atm) เฟสδจะปรากฏขึ้นซึ่งผลึกเป็นสีส้ม ถ้าความดันยังคงเพิ่มขึ้นถึง 10 GPa ออกซิเจนสีแดงทึบหรือเฟสε (monoclinic อีกครั้ง) จะปรากฏขึ้น

เฟสεมีความพิเศษเนื่องจากความดันนั้นมหาศาลมากจนโมเลกุล O ₂ไม่เพียง แต่จัดเรียงตัวเองเป็น O ₄หน่วยเท่านั้น แต่ยังรวมถึง O _{8 ด้วย} :

โครงสร้างแบบจำลองที่มีทรงกลมและแท่งสำหรับโมเลกุลออกตา - ออกซิเจน ที่มา: Benjah-bmm27

โปรดทราบว่า O ₈นี้ประกอบด้วย O ₄สองหน่วยซึ่งสามารถมองเห็นกรอบที่ผิดปกติได้อธิบายไว้แล้ว ในทำนองเดียวกันมันถูกต้องที่จะพิจารณาว่า O ₂สี่ตัวเรียงชิดกันและอยู่ในตำแหน่งแนวตั้ง อย่างไรก็ตามความเสถียรของพวกมันภายใต้ความกดดันนี้ทำให้ O ₄และ O ₈เป็นตัวจัดสรรเพิ่มเติมสำหรับออกซิเจนสองตัว

และในที่สุดเราก็มีเฟสζซึ่งเป็นโลหะ (ที่ความกดดันมากกว่า 96 GPa) ซึ่งความดันทำให้อิเล็กตรอนกระจายตัวในคริสตัล เช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นกับโลหะ

หาและผลิตได้ที่ไหน

แร่ธาตุ

ออกซิเจนเป็นองค์ประกอบที่สามในจักรวาลโดยมวลรองจากไฮโดรเจนและฮีเลียม เป็นองค์ประกอบที่อุดมสมบูรณ์ที่สุดในเปลือกโลกคิดเป็นประมาณ 50% ของมวล ส่วนใหญ่พบร่วมกับซิลิกอนในรูปของซิลิกอนออกไซด์ (SiO ₂ )

พบออกซิเจนเป็นส่วนหนึ่งของแร่ธาตุนับไม่ถ้วนเช่นควอตซ์แป้งฝุ่นเฟลด์สปาร์เฮมาไทต์คัพไรต์บรูไซท์มาลาไคต์ลิโมไนต์เป็นต้น ในทำนองเดียวกันมันตั้งอยู่เป็นส่วนหนึ่งของสารประกอบหลายชนิดเช่นคาร์บอเนตฟอสเฟตซัลเฟตไนเตรตเป็นต้น

อากาศ

ออกซิเจนถือเป็น 20.8% ของอากาศในบรรยากาศโดยปริมาตร ในโทรโพสเฟียร์พบว่าเป็นโมเลกุลออกซิเจนไดอะตอมเป็นหลัก ในขณะที่อยู่ในชั้นสตราโตสเฟียร์ซึ่งเป็นชั้นก๊าซที่อยู่ระหว่าง 15 ถึง 50 กม. จากพื้นผิวโลกพบว่าเป็นโอโซน

โอโซนผลิตโดยการจำหน่ายไฟฟ้าใน O ₂โมเลกุล ออกซิเจนแบบ allotrope นี้ดูดซับแสงอัลตราไวโอเลตจากรังสีดวงอาทิตย์ปิดกั้นการกระทำที่เป็นอันตรายต่อมนุษย์ซึ่งในกรณีที่รุนแรงเกี่ยวข้องกับการปรากฏตัวของเนื้องอก

น้ำจืดและน้ำเกลือ

ออกซิเจนเป็นส่วนประกอบหลักของน้ำทะเลและน้ำจืดจากทะเลสาบแม่น้ำและน้ำใต้ดิน ออกซิเจนเป็นส่วนหนึ่งของสูตรเคมีของน้ำซึ่งมีมวลถึง 89%

ในทางกลับกันแม้ว่าความสามารถในการละลายของออกซิเจนในน้ำจะค่อนข้างต่ำ แต่ปริมาณออกซิเจนที่ละลายอยู่ในนั้นก็มีความจำเป็นต่อสิ่งมีชีวิตในน้ำซึ่งรวมถึงสัตว์และสาหร่ายหลายชนิด

สิ่งมีชีวิต

มนุษย์ประกอบด้วยน้ำประมาณ 60% และในขณะเดียวกันก็อุดมไปด้วยออกซิเจน แต่นอกจากนี้ออกซิเจนยังเป็นส่วนหนึ่งของสารประกอบหลายชนิดเช่นฟอสเฟตคาร์บอเนตกรดคาร์บอกซิลิกคีโตนเป็นต้นซึ่งจำเป็นต่อการดำรงชีวิต

ออกซิเจนยังมีอยู่ในโพลีแซ็กคาไรด์ลิพิดโปรตีนและกรดนิวคลีอิก กล่าวคือสิ่งที่เรียกว่าโมเลกุลขนาดใหญ่ทางชีววิทยา

นอกจากนี้ยังเป็นส่วนหนึ่งของของเสียที่เป็นอันตรายจากกิจกรรมของมนุษย์ตัวอย่างเช่นคาร์บอนมอนอกไซด์และไดออกไซด์รวมถึงซัลเฟอร์ไดออกไซด์

การผลิตทางชีวภาพ

พืชมีหน้าที่เสริมสร้างอากาศด้วยออกซิเจนเพื่อแลกกับคาร์บอนไดออกไซด์ที่เราหายใจออก ที่มา: Pexels

ออกซิเจนถูกผลิตขึ้นระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงซึ่งเป็นกระบวนการที่แพลงก์ตอนพืชในทะเลและพืชบกใช้พลังงานแสงเพื่อทำให้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ทำปฏิกิริยากับน้ำสร้างกลูโคสและปล่อยออกซิเจน

คาดว่ามากกว่า 55% ของออกซิเจนที่เกิดจากการสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดจากการกระทำของแพลงก์ตอนพืชในทะเล ดังนั้นจึงถือเป็นแหล่งกำเนิดออกซิเจนหลักบนโลกและมีหน้าที่ดูแลสิ่งมีชีวิตบนโลก

การผลิตภาคอุตสาหกรรม

อากาศเหลว

วิธีการหลักในการผลิตออกซิเจนในรูปแบบอุตสาหกรรมคือสร้างขึ้นในปีพ. ศ. 2438 โดย Karl Paul Gottfried Von Linde และ William Hamson วิธีนี้ยังคงใช้อยู่ในปัจจุบันโดยมีการปรับเปลี่ยนบางอย่าง

กระบวนการเริ่มต้นด้วยการบีบอัดอากาศเพื่อให้ไอน้ำควบแน่นและกำจัดออกไป จากนั้นอากาศจะถูกคัดกรองโดยการผสมระหว่างซีโอไลต์และซิลิกาเจลเพื่อกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์ไฮโดรคาร์บอนหนักและน้ำที่เหลือ

ต่อจากนั้นส่วนประกอบของอากาศเหลวจะถูกแยกออกโดยการกลั่นแบบเศษส่วนทำให้สามารถแยกก๊าซที่มีอยู่ในนั้นด้วยจุดเดือดที่แตกต่างกัน โดยวิธีนี้เป็นไปได้ที่จะได้รับออกซิเจนที่มีความบริสุทธิ์ 99%

กระแสไฟฟ้าของน้ำ

ออกซิเจนเกิดจากการอิเล็กโทรลิซิสของน้ำบริสุทธิ์สูงและมีการนำไฟฟ้าไม่เกิน 1 µS / cm น้ำถูกแยกโดยอิเล็กโทรลิซิสเป็นส่วนประกอบ ไฮโดรเจนเป็นไอออนบวกเคลื่อนที่ไปทางแคโทด (-); ในขณะที่ออกซิเจนเคลื่อนที่ไปยังขั้วบวก (+)

อิเล็กโทรดมีโครงสร้างพิเศษในการรวบรวมก๊าซและทำให้เกิดการเหลวในเวลาต่อมา

การสลายตัวด้วยความร้อน

การสลายตัวด้วยความร้อนของสารประกอบเช่นออกไซด์ของปรอทและซัลเพเทร (โพแทสเซียมไนเตรต) จะปล่อยออกซิเจนซึ่งสามารถเก็บรวบรวมไว้ใช้ เปอร์ออกไซด์ยังใช้เพื่อการนี้

บทบาททางชีวภาพ

ออกซิเจนผลิตโดยแพลงก์ตอนพืชและพืชบกโดยการสังเคราะห์ด้วยแสง มันข้ามผนังปอดและในเลือดจะถูกจับโดยฮีโมโกลบินซึ่งจะลำเลียงไปยังอวัยวะต่าง ๆ เพื่อใช้ในการเผาผลาญของเซลล์ในภายหลัง

ในกระบวนการนี้ออกซิเจนจะถูกใช้ในระหว่างการเผาผลาญคาร์โบไฮเดรตกรดไขมันและกรดอะมิโนเพื่อผลิตก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และพลังงานในที่สุด

การหายใจสามารถระบุได้ดังนี้:

C ₆ H ₁₂ O ₆ + O ₂ => CO ₂ + H ₂ O + พลังงาน

กลูโคสถูกเผาผลาญในชุดของกระบวนการทางเคมีตามลำดับ ได้แก่ ไกลโคไลซิสวัฏจักรเครบส์ห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนและฟอสโฟรีเลชันออกซิเดชั่น เหตุการณ์ชุดนี้สร้างพลังงานที่สะสมเป็น ATP (อะดีโนซีนไตรฟอสเฟต)

ATP ถูกใช้ในกระบวนการต่างๆในเซลล์รวมถึงการขนส่งไอออนและสารอื่น ๆ ผ่านเยื่อหุ้มพลาสมา การดูดซึมสารในลำไส้ การหดตัวของเซลล์กล้ามเนื้อต่าง ๆ การเผาผลาญของโมเลกุลต่าง ๆ ฯลฯ

Polymorphonuclear leukocytes และ macrophages เป็นเซลล์ฟาโกไซติกที่สามารถใช้ออกซิเจนในการผลิตไอออนซูเปอร์ออกไซด์ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์และออกซิเจนสายเดี่ยวซึ่งใช้ในการทำลายจุลินทรีย์

ความเสี่ยง

การหายใจเอาออกซิเจนที่ความกดดันสูงอาจทำให้เกิดอาการคลื่นไส้เวียนศีรษะกล้ามเนื้อกระตุกสูญเสียการมองเห็นชักและหมดสติ นอกจากนี้การหายใจเอาออกซิเจนบริสุทธิ์เป็นเวลานานทำให้เกิดอาการระคายเคืองปอดโดยมีอาการไอและหายใจถี่

นอกจากนี้ยังอาจเป็นสาเหตุของการเกิดอาการบวมน้ำในปอดซึ่งเป็นภาวะร้ายแรงที่ จำกัด การทำงานของระบบทางเดินหายใจ

บรรยากาศที่มีออกซิเจนความเข้มข้นสูงอาจเป็นอันตรายได้เนื่องจากจะเอื้อต่อการเกิดเพลิงไหม้และการระเบิด

การประยุกต์ใช้งาน

แพทย์

ให้ออกซิเจนแก่ผู้ป่วยที่ระบบหายใจล้มเหลว เช่นในกรณีของผู้ป่วยปอดบวมปอดบวมหรือถุงลมโป่งพอง พวกเขาไม่สามารถหายใจออกซิเจนโดยรอบได้เนื่องจากจะได้รับผลกระทบอย่างร้ายแรง

ผู้ป่วยที่มีภาวะหัวใจล้มเหลวที่มีของเหลวสะสมในถุงลมจะต้องได้รับออกซิเจน เช่นเดียวกับผู้ป่วยที่ได้รับอุบัติเหตุจากหลอดเลือดสมองอย่างรุนแรง (CVA)

ความต้องการในการประกอบอาชีพ

นักผจญเพลิงที่ผจญเพลิงในสภาพแวดล้อมที่มีการระบายอากาศไม่เพียงพอจำเป็นต้องใช้หน้ากากและถังออกซิเจนที่ช่วยให้สามารถปฏิบัติหน้าที่ได้โดยไม่ต้องเสี่ยงชีวิต

เรือดำน้ำติดตั้งอุปกรณ์ผลิตออกซิเจนที่ช่วยให้ลูกเรืออยู่ในสภาพแวดล้อมปิดและไม่สามารถเข้าถึงอากาศในชั้นบรรยากาศได้

นักดำน้ำทำงานจมอยู่ในน้ำจึงแยกตัวออกจากอากาศในชั้นบรรยากาศ พวกเขาหายใจผ่านออกซิเจนที่สูบผ่านท่อที่เชื่อมต่อกับชุดดำน้ำหรือการใช้กระบอกสูบที่แนบมากับร่างกายของนักดำน้ำ

นักบินอวกาศทำกิจกรรมของพวกเขาในสภาพแวดล้อมที่มีเครื่องกำเนิดออกซิเจนซึ่งช่วยให้สามารถอยู่รอดได้ในระหว่างการเดินทางในอวกาศและในสถานีอวกาศ

ด้านอุตสาหกรรม

มากกว่า 50% ของออกซิเจนที่ผลิตในอุตสาหกรรมถูกใช้ไปในการเปลี่ยนเหล็กเป็นเหล็กกล้า เหล็กหลอมเหลวจะถูกฉีดด้วยออกซิเจนเพื่อกำจัดกำมะถันและคาร์บอนที่มีอยู่ พวกมันทำปฏิกิริยาเพื่อผลิตก๊าซ SO ₂และ CO ₂ตามลำดับ

อะเซทิลีนใช้ร่วมกับออกซิเจนในการตัดแผ่นโลหะและในการผลิตโลหะบัดกรี ออกซิเจนยังใช้ในการผลิตแก้วเพิ่มการเผาไหม้ในการยิงกระจกเพื่อเพิ่มความโปร่งใส

สเปกโตรโฟโตเมตรีการดูดกลืนอะตอม

การรวมกันของอะเซทิลีนและออกซิเจนใช้ในการเผาไหม้ตัวอย่างของต้นกำเนิดที่แตกต่างกันในเครื่องสเปกโตรโฟโตมิเตอร์แบบดูดกลืนอะตอม

ในระหว่างขั้นตอนนี้ลำแสงจากหลอดไฟจะกระทบกับเปลวไฟซึ่งเฉพาะสำหรับองค์ประกอบที่จะวัดปริมาณ เปลวไฟดูดซับแสงจากหลอดไฟทำให้สามารถหาปริมาณธาตุได้

อ้างอิง

1. ตัวสั่นและแอตกินส์ (2008) เคมีอนินทรีย์. (พิมพ์ครั้งที่สี่). Mc Graw Hill
2. วิกิพีเดีย (2019) ออกซิเจน. สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
3. Richard Van Noorden (13 กันยายน 2549). แค่เฟสสวย ๆ ? ออกซิเจนสีแดงทึบ: ไร้ประโยชน์ แต่น่ายินดี ดึงมาจาก: nature.com
4. AzoNano (4 ธันวาคม 2549). โครงสร้างผลึกอีเฟสของออกซิเจนที่เป็นของแข็งกำหนดพร้อมกับการค้นพบคลัสเตอร์ออกซิเจนแดง O8 สืบค้นจาก: azonano.com
5. ศูนย์ข้อมูลเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ (2019) โมเลกุลออกซิเจน ฐานข้อมูล PubChem CID = 977 สืบค้นจาก: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
6. ดร. ดั๊กสจ๊วต (2019) ข้อเท็จจริงเกี่ยวกับธาตุออกซิเจน Chemicool. ดึงมาจาก: chemicool.com
7. Robert C. Brasted (9 กรกฎาคม 2019). ออกซิเจน: องค์ประกอบทางเคมี สารานุกรมบริแทนนิกา. ดึงมาจาก: britannica.com
8. Wiki Kids. (2019) ตระกูลออกซิเจน: คุณสมบัติขององค์ประกอบ VIA กู้คืนจาก: just.science
9. Advameg, Inc. (2019). ออกซิเจน. ดึงมาจาก: madehow.com
10. Lenntech BV (2019). ตารางธาตุ: ออกซิเจน สืบค้นจาก: lenntech.com
11. กรมอนามัยและบริการอาวุโสของรัฐนิวเจอร์ซีย์ (2007) ออกซิเจน: เอกสารข้อเท็จจริงเกี่ยวกับวัตถุอันตราย . กู้คืนจาก: nj.gov
12. Yamel Mattarollo (2558 26 สิงหาคม). การใช้ออกซิเจนในโรงงานอุตสาหกรรม สืบค้นจาก: altecdust.com