نحن نعلم أن الأكسجين هو غاز نحتاج إلى تنفسه، وأنه أحد شروط تطور الحياة كما نعرفها. ال خصائص الأكسجين فهي متعددة غير ضرورية بالنسبة لنا. ومع ذلك، فإن الكثير من الناس لا يعرفون عنهم.
لذلك، سنخصص هذا المقال لنخبرك بالخصائص الرئيسية للأكسجين وخصائصه وغير ذلك الكثير.
ما هو الأكسجين
الأكسجين هو عنصر كيميائي يصنف على أنه غير معدني. ويوجد عادة في حالة غازية ويتواجد بكثرة في الغلاف الجوي للأرض. في الحقيقة، وهو يشكل حوالي 20,8% من الحجم الحالي للغلاف الجوي في شكله الجزيئي O2. وهو ثالث أكثر العناصر وفرة في الكون بعد الهيدروجين والهيليوم. الأكسجين هو عنصر حاسم للحياة كما نفهمها، وله أهمية خاصة في تكوين جزيئات الماء، H2O، عندما يقترن بالهيدروجين.
نظرًا لطبيعته شديدة التفاعل، نادرًا ما يوجد الأكسجين (O) في شكله الأولي. وبدلا من ذلك، فإنه عادة ما ينضم إلى ذرات الأكسجين الأخرى لتكوين جزيئات أو يتفاعل مع عناصر أخرى لتكوين مركبات كيميائية.
عادة، يكون جزيء الأكسجين في الحالة ثنائية الذرة (O2) تحت ضغط ودرجة حرارة الغرفة القياسية. لكن، في ظل ظروف بيئية معينة، يمكن أن يوجد كجزيء ثلاثي الذرة (الأوزون O3). على سبيل المثال، يتم إنشاء جزيء الأوزون في طبقة الستراتوسفير عن طريق تحلل الأكسجين بواسطة الأشعة فوق البنفسجية. ومن ناحية أخرى، يتم إنتاج الأوزون في طبقة التروبوسفير نتيجة للتفاعلات الكيميائية الضوئية بين أكاسيد النيتروجين والمركبات العضوية المتطايرة.
نظرًا لتفاعليتها العالية، يمكن العثور على ذرات هذا العنصر المعين في مجموعة واسعة من المركبات العضوية وغير العضوية في جميع أنحاء الكوكب، والتي توجد في حالات مختلفة من المادة. ونتيجة لذلك، فهو عنصر متكرر للغاية في كل من العالم والكون.
خصائص الأكسجين
هذه هي الخصائص الأكثر شهرة ومفيدة للأكسجين:
- الرمز الكيميائي والرقم الذري: يتم تمثيل الأكسجين بالرمز "O" في الجدول الدوري وله عدد ذري 8، مما يعني أنه يحتوي على 8 بروتونات في نواته.
- الحالة الفيزيائية: في درجة حرارة الغرفة، يكون الأكسجين في الحالة الغازية، ويشكل الجزيء O2. هذا هو الشكل الأكثر شيوعًا للأكسجين في الغلاف الجوي للأرض.
- عديم اللون والرائحة والطعم: الأكسجين هو غاز عديم اللون والرائحة والطعم، أي أننا لا نستطيع اكتشافه من خلال حواسنا.
- التفاعلية: الأكسجين شديد التفاعل. يمكن أن يتفاعل مع مجموعة واسعة من المواد، وهذه الخاصية ضرورية في عمليات الاحتراق وفي تنفس الكائنات الحية.
- دعم الحياة: الأكسجين ضروري للتنفس الهوائي لمعظم الكائنات الحية، بما في ذلك البشر. في هذه العملية، تستخدم الخلايا الأكسجين لإنتاج الطاقة.
- الإحتراق: الأكسجين ضروري للاحتراق. عند دمجه مع مواد قابلة للاحتراق، مثل الكربون في عملية الأكسدة، فإنه ينتج الحرارة والضوء. وهذا أمر ضروري في الصناعة وفي المطبخ، على سبيل المثال.
- الذوبان: الأكسجين قابل للذوبان في الماء، مما يسمح للكائنات المائية، مثل الأسماك، بالحصول عليه من الماء للتنفس.
- كثافة: الأكسجين أكثر كثافة من الهواء، أي أنه يميل إلى التراكم في قاع الأماكن المغلقة. هذه الخاصية لها آثار على السلامة في البيئات الصناعية.
- تطبيقات صناعية: ويستخدم الأكسجين في مختلف التطبيقات الصناعية، مثل لحام المعادن وقطعها، وإنتاج الصلب والزجاج، والتصنيع الكيميائي.
- تأثيرات بيئيه: الأكسجين ضروري في العمليات الطبيعية مثل أكسدة المواد العضوية المتحللة وتكوين طبقات الأوزون في طبقة الستراتوسفير، التي تحمي الأرض من الأشعة فوق البنفسجية.
الأصل والاكتشاف
على الرغم من أن بعض خصائص الأكسجين تم التعرف عليها منذ العصور القديمة من خلال دراسة الهواء، إلا أنه لم يتم التعرف عليها حتى عام 1772. اكتشف كارل فيلهلم شيل، وهو صيدلي سويدي، الأكسجين كعنصر. وأثناء تجربة حرق أكسيد الزئبق، لاحظ انطلاق "الهواء من النار".
وخلال نفس الفترة، كان هناك علماء آخرون توصلوا أيضًا إلى اكتشاف مشابه لاكتشاف جوزيف بريستلي، وهو رجل دين بريطاني. لقد أجروا تجارب مماثلة وأطلقوا عليه اسم "الهواء المزيل للفلوجيستيات".
بعد أنشطته الأولية، كرّس أنطوان دو لافوازييه دراساته لتحليل الأكسدة والاحتراق. لقد فضح الاعتقاد السابق بوجود مادة "فلوجيستون"، وهي مادة مفترضة موجودة في جميع أنواع الوقود. بدلاً من، افترض وجود عنصر كيميائي جديد: الأكسجين.
ابتكر جون دالتون نظريته الذرية في عام 1808. وافترضت هذه النظرية أن كل عنصر كيميائي يتكون من ذرة واحدة وأن أصغر كمية ممكنة من كل عنصر تستخدم لتكوين مركبات. اعتقد دالتون أن الصيغة الكيميائية للماء هي H O، على الرغم من أن هذا تبين لاحقًا أن هذا غير صحيح. الصيغة الفعلية للماء هي H2O.
وفي عام 1877، تمكن الفيزيائيان راؤول بيكتيه ولويس بول كايليتيه من الحصول على الأكسجين السائل، رغم أن الكمية لم تكن كافية لفحصها. ومع ذلك، تمكن الكيميائي جيمس ديوار من الحصول على كمية كافية من الأكسجين السائل لمزيد من التحليل في عام 1891. وفي عام 1895، تم إنشاء التقنية الأولية لتصنيع الأكسجين السائل ذي القيمة التجارية.
خصائص أخرى للأكسجين
في ظل ظروف درجة الحرارة والضغط النموذجية، يكون الأكسجين غير واضح في المظهر وليس له لون أو رائحة أو طعم. الأكسجين أكثر قابلية للذوبان في الماء من النيتروجين: تحتوي المياه العذبة على حوالي 6,04 مل من الأكسجين لكل لتر، بينما تحتوي مياه البحر على 4,95 مل لكل لتر.
عند درجة حرارة -182,95 درجة مئوية، يمكن أن يخضع الأكسجين للتحول من حالته الغازية إلى حالته السائلة، وهي عملية تعرف باسم التكثيف. وعند درجة حرارة أقل، -218,79 درجة مئوية، يمكن أن يتحول من السائل إلى الصلب أو يتجمد. خلال هذه العملية، يأخذ الأكسجين لونًا أزرقًا رقيقًا.
نظائر الأكسجين هي جانب مهم من البحث العلمي. هذه النظائر هي اختلافات في ذرات الأكسجين بأعداد مختلفة من النيوترونات، والتي تسبب اختلافات في الكتلة الذرية. يتم استخدامها في مجالات مختلفة، بما في ذلك الجيولوجيا وعلم المناخ وعلم الأحياء.
في الجيولوجيا، تُستخدم نظائر الأكسجين لدراسة المناخ القديم والبيئات القديمة من خلال فحص نسب نظائر الأكسجين في الصخور الرسوبية. في علم المناخ، يتم استخدامها لدراسة التغيرات المناخية الماضية عن طريق قياس نسب نظائر الأكسجين في قلوب الجليد. بالإضافة إلى ذلك، في علم الأحياء، تُستخدم نظائر الأكسجين لتتبع أنماط هجرة الحيوانات وفهم كيفية تكيف الحيوانات مع البيئات المختلفة.
آمل أن تتمكن من خلال هذه المعلومات من معرفة المزيد عن خصائص الأكسجين وخصائصه.