موسوعة الكيمياء - قائمة العناصر : الأكسجين

الأكسجين

الأكسجين هو أحد أهم العناصر الكيميائية الموجودة في الجدول الدوري وله الرمز O والعدد الذري 8. هذا العنصر شائع للغاية، ولا يوجد فقط على الأرض ولكن في كل الكون، ويكون غالبًا مرتبطًا مع عناصر أخرى. وجد الأكسجين غير المرتبط (وغالبا ما يطلق عليه الأكسجين الجزيئي، O2) في أول الأمر على سطح الأرض كناتج لعمليات التأيض للبكتريا ثم وجد الأكسجين الحر في الغلاف الجوي بعد ذلك في العصر الجيولوجي وحتى الآن تنتجه النبات بوفرة بعمليات التركيب الضوئي ويشكل الأوكسيجين ثنائي الذرة 20.8% من العناصر الموجودة في الهواء.

الخصائص العامة
الاسم، الرقم، الرمز	أكسجين، 8، O
تصنيف العنصر	لا فلز, كالكوجين
المجموعة، الدورة، المستوى الفرعي	16، 2، p
الكتلة الذرية	15.9994غ·مول−1
توزيع إلكتروني	1s2 2s2 2p4
الخصائص الفيزيائية
الطور	غاز
الكثافة	(0 °س، 101.325 كيلوباسكال) 1.429 غ/ل
كثافة السائل عند نقطة الغليان	1.141 غ·سم−3
نقطة الانصهار	54.36 ك، -218.79 °س، -361.82 °ف
نقطة الغليان	90.20 ك، -182.95 °س، -297.31 °ف
النقطة الحرجة	154.59 ك، 5.043 ميغاباسكال
حرارة الانصهار	O2) 0.444) كيلوجول·مول−1
حرارة التبخر	O2) 6.82) كيلوجول·مول−1
السعة الحرارية	(25 °س) (O2) 29.378 جول·مول−1·كلفن−1
ضغط البخار
P (باسكال) 1 10 100 1 كيلو 10 كيلو 100 كيلو عند T (كلفن) 61 73 90
الخصائص الذرية
أرقام الأكسدة	2، 1، -1، −2
الكهرسلبية	3.44 (مقياس باولنغ)
طاقات التأين	الأول: 1313.9 كيلوجول·مول−1
	الثاني: 3388.3 كيلوجول·مول−1
	الثالث: 5300.5 كيلوجول·مول−1
نصف قطر تساهمي	2±66 بيكومتر
نصف قطر فان دير فالس	152 بيكومتر
خصائص أخرى
البنية البلورية	نظام بلوري مكعب
المغناطيسية	مغناطيسية مسايرة
الناقلية الحرارية	26.58x10-3 واط·متر−1·كلفن−1 (300 كلفن)
سرعة الصوت	(غاز، 27 °س) 330 متر/ثانية
رقم الكاس	7782-44-7
النظائر الأكثر ثباتاً
النظائر توافر طبيعي عمر النصف نمط الاضمحلال طاقة الاضمحلال (ميغا إلكترون فولت) ناتج الاضمحلال 16O 99.76% 16O هو نظير مستقر وله 8 نيوترون 17O 0.039% 17O هو نظير مستقر وله 9 نيوترون 18O 0.201% 18Oهو نظير مستقر وله 10 نيوترون

كيفية التكوين
يتكوّن الأكسجين في النجوم - مثل الشمس - في أجواء ذات درجة حرارة وضغط مرتفعان.
الخواص المميزة
في ظروف الحرارة والضغط القياسية، يتواجد الأكسجين في الحالة الغازية يتكون الأكسجين من جزيئات ثنائية الذرة لها شكل O2. ويكون O2 له شكلان حسب الطاقة : الشكل ذو الطاقة الأقل، غالبا ما يكون أحادى الرابطة راديكال ثنائي أكسجين ثلاثي، والشكل ذو الطاقة الأعلى، يكون جزيء ثنائي الرابطة أحادى الأكسجين. وهذه الطبيعة للراديكال الثنائي يعزى إليها التغير في الطبيعة الكيميائية.
الأكسجين مركب أساسي للهواء، يتكون من النباتات خلال عمليات البناء الضوئي، وهو مهم للتنفس في الكائنات الحية التي تعتمد على الهواء في تنفسها..
الأكسجين السائل والصلب لهما لون أزرق فاتح وكلاهما مغناطيسي مساير قوى. يتم الحصول على الأكسجين السائل غالبا من التقطير الجزئي للهواء المسال. وكل من الأوزون O3 الصلب والسائل له لون أزرق غامق والاوكسجين له فوائد كثيرة. تم اكتشاف شكل اخر متأصل للأكسجين وهو الأكسجين الرباعي (O4), وهو مادة صلبة ذات لون أحمر غامق ويتم الحصول عليه بتأثير الضغط على الأكسجين O2 بمقدار 20 GPa. وتم دراسته ليتم استخدامه في وقود الصواريخ والتطبيقات المشابهه، وهو مادة مؤكسدة أقوى من O2 أو O3.
يتم استخدام الأكسجين بكثرة كمادة مؤكسده، ولا يوجد عنصر أعلى منه في السالبية الكهربية سوى الفلور. ويتم استخدام الأكسجين السائل كمادة مؤكسدة في دفع الصواريخ.كما أن الأكسجين أساسي في عمليات التنفس، ولذا فإن له دور أساسي في الطب. كما أن متسلقى الجبال ومن يقومون باستخدام الطائرات يكون لديهم إمدادات إضافية من الأكسجين. ويستخدم الأكسجين أيضا في اللحام. وفى صناعة كل من الصلب وميثانول.
الأكسجين من العناصر التي تثير ابهجة، ولذا فإنه يتم استخدامه في المنتجعات حتى الأوقات الحديثة. كما يلاحظ وجود أعمدة الأكسجين حتى الآن في الحفلات. في القرن التاسع عشر كان يتم خلطه مع أكسيد النيتروز لعمل نوع من أنوع المسكنات، ويتم استخدام نوعية من هذه المسكنات إلى الآن.
تاريخ الأكسجين
اكتشف الأكسجين الأول في الصين القديمة عام 800 قبل الميلاد. وقد افترض مكتشفه زو زينج هونج، وجوده عن طريق تسخين النيتر. وقد افترض أن هذا الغاز هو إكسير الحياة.
وأعيد بعد ذلك اكتشاف الأكسجين عن طريق عالم الصيدلة السويدي كارل ويليم شيلى تقريبا قبل عام 1773، ولم يتم نشر اكتشافه قبل الاكتشاف المستقل للعالم جوزيف بريستلى في الأول من أغسطس عام 1774 والذي أطلق على الغاز اسم معاكس الفلوجستون (شاهد الفلوجستون. وقام بريستلى بنشر اعماله عام 1775 وشيلى عام 1777، وعادة ما يأخذ بريستلى الاهتمام لأنه قام بالنشر أولا.
و أطلق أنطوان لافوازييه على الغاز اسم أوكسجين في عام 1778 ميلادى. وكما ذكر أعلاه الاسم مشتق من كلمتين إغريقيتين وهما أوكسى بمعنى حامض الطعم أو مَضِر وجين ومعناها ما يَنتُج عن الشئ (متسسب ) وأيضا ما يُنتِج الشئ (مسبب). وقد اختار لافوازييه هذه الاشتقاق اللغوى نظرا للاعتقاد السائد آنذاك (خاصة بعد اكتشافات بريستلى عام 1775) بأن جميع الأحماض تحتوى على الأكسجين، وقد صحح هذا الاعتقاد بعد عدة إعادات لتعريف المواد الحمضية.
التواجد
الأكسجين هو ثاني أكبر مكون للغلاف الجوي (20.947 % بالحجم) ويدخل في طبقة الاوزون وله خواص كثيرة فهو في الهواء ويوجد في كل مكان يتنقل بسهولة كبيرة فهو غاز ويوجد أيضا ماء الأكسجين
المركبات
نظرا لأن الأكسجين له كهرسالبية، فإنه يكون روابط كيميائية مع كل العناصر الأخرى تقريبا (وكان ذلك أصل كلمة أكسدة). العناصر القليلة التي إستطاعت الهروب من الأكسدة هي الغازات النبيلة. وأكثر الأكاسيد شهرة هو ثاني أكسيد الهيدروجين أو الماء H2O). كما أن هناك مركبات أخرى مشهورة تتضمن الكربون والأكسجين مثل ثانى أكسيد الكربون (CO2), الكحولات(R-OH), ألدهيد (R-CHO), والأحماض الكربوكسيلية (R-COOH). كما أن الراديكالات المتأكسدة مثل كلورات (ClO3−), بيركلورات (ClO4−), كرومات (CrO42−), ثنائي كرومات (Cr2O72−), برمنجنات (MnO4−), والنيترات (NO3−) عوامل مؤكسدة قوية. وهناك فلزات عديدة مثل الحديد ترتبط مع الأكسجين أكسيد حديد ثلاثي (Fe2O3). أوزون (O3) يتكون بالتفريغ الكهرستاتيكي في وجود الأكسجين الجزيئي. جزيء الأكسجين الثنائي (O2)2 معروف ويتواجد كمكون بسيط في الأكسجين السائل. إيبوكسيد هو إثير تكون ذرة الأكسجين فيه جزء من حلقة ثلاثية الذرات.
النظائر
للأكسجين ثلاث نظائر مستقرة و10 نظائر مشعة. وكل النظائر المشعة لها عمر نصف أقل من ثلاث دقائق.
الاحتياطات
الأكسجين يمكن أن يكون سام عند الضغوط الجزيئية المرتفعة.
كما أن هناك مشتقات للأكسجين مثل الأوزون (O3)، الأكسجين الأحادي، بيروكسيد الهيدروجين، الجذور الهيدروكسيلية، الأكاسيد الفائقة سامة للغاية. وقد قام جسم الإنسان بتطوير آلية للحماية من هذه المواد السامة. فمثلا الجلوتاثيون الطبيعي يعمل كمضاد للسموم، كما يعمل البليروبين وهو مركب طبيعي يعتبر كمادة من الهيموجلبين. التركيزات العالية من الأكسجين تساعد على الاشتعال السريع وينتج أخطار النيران والانفجارات عند تواجد الوقود. وهذا أيضا يري على مركبات الأكسجين مثل الكلورات، البير كلورات، الداي كرومات. كما أن المواد التي لها جهد أكسدة عالي تسبب الحروق.
وقد كانت النيران التي قتلت أفراد طاقم أبوللو 1 في تجربة للإطلاق تنتشر بسرعة كبيرة لأن الأكسجين النقي كان في الضغط الجوي العادي بدلا من ثلث الضغط الذي يستخدم في الإطلاق العادى (شاهد الضغط الجزئي).
مشتقات الأكسجين تكون جذور حرة بسهولة، وخاصة أثناء عمليات الأيض. لأنها يمكن أن تسبب ضرر كبير للخلايا والدى إن إيه، ويقال أنها تسبب السرطان والشيخوخة