fcb

علمی

تحقیق کامل در مورد گاز اکسیژن

اکسیژن یکی از عناصر شیمیایی در جدول تناوبی است که نماد آن O و عدد اتمی آن 8 می‌باشد. این ماده ، یک عنصر حیاتی بوده و همه جا چه در زمین و چه در کل جهان هستی یافت می‌شود. مولکول اکسیژن (O2 )در زمین از نظر ترمو دینامیکی ، ناپایدار است، ولی توسط عمل فتوسنتز باکتریهای بی‌هوازی و در مرحله بعدی توسط عمل فتوسنتز گیاهان زمینی بوجود می‌آید.

تاریخچه

اکسیژن در سال 1771 توسط داروساز سوئدی "Karl Wilhelm Scheele" کشف شد، ولی این کشف خیلی سریع شناخته نشد و با اکتشاف مستقل "Joseph Priestley" بطور گسترده تری شناخته شد و توسط "Antoine Laurent lavoisier" در سال 1774 نام‌گذاری شد.

پیدایش

اکسیژن ، فراوانترین عنصر در پوسته کره زمین است و تخمینهایی در این زمینه وجود دارد که مقدار آن را 46.7% ذکر می‌کنند. اکسیژن 87% اقیانوسها (به‌صورت آب) و 20% درصد جو زمین (به‌صورت اکسیژن مولکولی O2 یا ازن) را به خود اختصاص می‌دهد. ترکیبات اکسیژن مخصوصا اکسید فلزات و سیلیکات‌ها و کربناتها معمولا در خاک و صخره‌ها یافت می‌شوند.

آب یخ‌زده یک جسم سخت متداول بر روی سیارات دیگر و ستاره‌های دنباله‌دار می‌باشد. کلاهک‌های یخ کره مریخ از دی‌اکسید کربن منجمد تولید شده‌اند. ترکیبات اکسیژن در تمام کهکشان یافت می‌شوند و طیف نور اکسیژن اغلب در ستاره‌ها دیده می‌شود.

ریشه لغوی

واژه اکسیژن در دو واژه یونانی Oxus ( اسید ) و Gennan ( تولید ) ، ساخته شده است؛ (یک اسم بی‌مسما ، چون خیلی از اسیدها اکسیژن ندارند.)

خصوصیات قابل توجه

اکسیژن در دما و فشار استاندارد به‌صورت گاز است که حاوی دو اتم اکسیژن به فرمول شیمیایی O2 می‌باشد. اکسیژن عنصر مهم هواست و از طریق عمل فتوسنتز گیاهان تولید شده و برای دم و بازدم حیوانات لازم است. اکسیژن مایع و جامد یک رنگ آبی کمرنگ داشته و هر دو بسیار پارامگنتیک می‌باشند. اکسیژن مایع معمولا با عمل تقطیر جزئی هوای مایع بدست می‌آید.

کاربردها

اکسیژن به‌عنوان اکسید کننده کاربرد بسیار زیادی داشته ، فقط فلوئور از آن الکترونگاتیوتر است. اکسیژن مایع به‌عنوان اکسید کننده در نیروی حرکتی موشکها استفاده می‌شود. از آنجا که اکسیژن برای دم و بازدم ضروری است، در پزشکی کاربرد دارد. گاهی اوقات کسانی که از کوه نوردی می‌کنند یا در هواپیما پرواز می‌کنند، مخازن اکسیژن همراه دارند (به‌عنوان هوا). همچنین اکسیژن در جوشکاری و ساخت فولاد و همچنین متانول کاربرد دارد.

اکسیژن به‌عنوان یک ماده آرامش‌بخش ، سابقه استفاده دارد که تا زمان حال نیز ادامه دارد و بارهای اکسیژن در مهمانی‌ها و مجالس امروزی وجود دارد. در قرن 19 اکسیژن معمولا با اکسید نیترات ترکیب می‌شد که اثر تسکین دهنده دارد.

ترکیبات

به خاطر وجود الکترونگاتیویتی ، اکسیژن تقریبا با تمام عناصر دیگر شیمیاپی تشکیل می‌‌دهد ( که این مطلب منشاء تعریف اصلی اکسید شدن می‌باشد ). تنها عناصری که تحت عمل اکسیداسیون قرار نمی‌گیرند، گازهای اصیل هستند. یکی از معروفترین این اکسیدها ، اکسید هیدروژن یا آب است H2O. سایر اکسیدهای معروف دیگر ترکیبات کربن و اکسیژن هستند، مانند دی‌اکسید کربن ( CO2 ) ، الکلها ( R-OH ) ، آلدئیدها ( R-CHO ) و کربوکسیلیک اسیدها ( R-COOH ).

رادیکالهای اکسیژن مانند کلراتها ، پرکلراتها ، کروماتها ، دی‌کروماتها ، پر منگناتها ، نیتراتها ، اکسید کننده های قوی می‌باشند. خیلی از فلزات مانند آهن با اتم اکسژن پیوند برقرار می‌کنند: اکسید آهن(Fe2O3). ازن (O3) ، با عمل تخلیه الکترواستاتیکی در حضور مولکول اکسیژن شکل می‌گیرد. مولکول اکسیژن دو تائی O22 نیز شناخته شده ، که جزء کمی از اکسیژن مایع را تشکیل می‌دهد. اپوکسیدها و اترها موادی هستند که در آن اتم اکسیژن قسمتی از یک حلقه سه‌اتمی هستند.

ایزوتوپها

اکسیژن سه ایزوتوپ پایدار و ده ایزوتوپ رادیو اکتیو دارد. ایزوتوپهای رادیو اکتیوی ، همه نیمه عمری کمتر از سه دقیقه دارند.

هشدارها

اکسیژن در فشارهای نسبی بالا می‌تواند سمی باشد. قرارگرفتن طولانی در معرض اکسیژن خالص می‌تواند برای ریه و سیستم عصبی ، سمی باشد. تاثیرات ریوی شامل آماس (ورم ریه) ، کاهش ظرفیت ریه و آسیب به بافتهای ریوی می‌باشد. تاثیرات بر سیستم عصبی شامل کاهش بینایی تشنج و اغما می‌شود.

همچنین مشتقات خاصی از اکسیژن ، مانند ازن ( O3 ) ، پروکسید هیدوژن و رادیکالهای هیدروکسیل و سوپراکسیدها بسیار سمی می‌باشند. بدن ، مکانیزمهائی را برای مقابله با این گونه‌ها توسعه داده است. به‌عنوان مثال ، عامل طبیعی glutathione و بیلی‌روبین که حاصل تقسیم طبیعی هموگلوبین است، می‌تواند به‌عنوان یک ضد اکسید عمل کنند. منابع تمرکز یافته اکسیژن باعث احتراق سریع شده و بنابراین در کنار فراورده‌های سوختی ، خطر گسترش سریع آتش سوزی و انفجار وجود دارد.

آتشی که خدمه آپولو 11 را کشت، به این دلیل سریع گسترش پیدا کرد که فشار جوی اکسیژن در حالت معمولی بود، در حالی که هنگام عملیات پرتاب این فشار بایدغریزه به همه ما این آگاهی را داده است که باید تنفس کنیم.
اما این‌که برای چه همه حیوانات و گیاهان باید تنفس کنند، دلیلش روشن است؛ چرا که با تنفس می‌توان هوایی را وارد بدن کرد که دارای اکسیژن است.



بدون گاز اکسیژن، زندگی تحقق نخواهد یافت.
بر اثر بازدم، هوای درون دمیده را بار دیگر از بدن بیرون می‌رانیم. در این حال، هوا تغییر وضع داده است. هوا در لحظاتی که در بدن ما به سر می‌برد،‌ مقداری از «اکسیژن» خود را به آن داده بود؛ در برابر، اکنون مقداری «گاز کربونیک» و «آب» از بدن برگرفته است.
میزان ذخیره اکسیژن در طبیعت تقریبا همیشه ثابت است. ثابت است تا در کار تنفس جانداران، نابسامانی رخ ندهد. به سخن دیگر، در مقدار اکسیژن و گازکربونیک موجود در هوا سالانه تغییر ناچیزی رخ می‌دهد. گازکربونیکی که از بازدم ما در هوا پراکنده می‌شود، به وسیله گیاهان جذب می‌گردد.

گیاهان نیز اکسیژن تولید می‌کنند که مورد نیاز ما است.
تنفس دو بخش دارد: دم و بازدم؛ یعنی «دم‌فروبردن» و «دم برون آوردن».
معمولا از واژه تنفس فقط دم فرو بردن به ذهن می‌آید؛ در حالی که تنفس از دم و بازدم،‌ هر دو،‌ تشکیل می‌شود.
دم یعنی فرو بردن هوا از راه دهان،‌ یا بینی و یا هر دو.
بازدم یعنی بیرون آوردن هوا از همین مجاری.
هوا در این مسیر، حدود یک‌پنجم اکسیژن خود را با مقداری همسان از گازکربونیک مبادله می‌کند. این بده و بستان در شش‌ها روی می‌دهد.

دم فرو بردن حالت عکس بازدم است. در شش‌ها اکسیژن هوا به وسیله «گویچه‌های قرمز» خون به بافت‌های بدن منتقل می‌شود. آن‌گاه این اکسیژن برخی از مواد غذایی بافت‌ها را می‌سوزاند تا قابل جذب و مصرف برای بدن شوند. سپس خون،‌ مواد زائد را با آب و گازکربونیک به شش‌ها می‌آورد تا از را بازدم به بیرون از بدن رانده شوند.
پس می‌بینید چگونه مبادله گازها (گاز اکسیژن و گازکربونیک)، هم در شش‌ها و هم در لابه‌لای بافت‌های بدن،‌ صورت می‌گیرد. بنابراین به سطح وسیعی نیاز هست تا صحنه انجام این کارها باشد. اگر سطح داخلی شش‌های یک انسان بالغ را بگستریم، حدود سه‌ متر مربع جا را اشغال خواهد کرد. البته همیشه قسمت عمده این سطح به‌کار گرفته نمی‌شود؛ بلکه به عنوان ذخیره باقی می‌ماند تا به هنگام فعالیت ـ که انسان هشت تا ده برابر حالت، استراحت، به اکسیژن نیاز دارد ـ، به‌کار آید؛ چرا که هرگاه ما به اکسیژن بیشتری نیاز داشته باشیم، نفس‌های تندتر و عمیق‌تری می‌زنیم.

تنفس در جانداران مختلف با توجه به حجم نیازشان به اکسیژن،‌ فرق می‌کند. کودک نوزاد، در هر ثانیه یک‌بار تنفس می‌کند؛ ولی در سن 15 سالگی در هر دقیقه فقط 20 بار به تنفس نیاز دارد. فیل دقیقه‌ای ده‌بار و سگ بیست و پنج بار تنفس می‌کند.  یک سوم دید کلی

می‌دانیم انسان و بیشتر موجودات زنده ، اکسیژن هوا را جذب کرده و صرف سوخت و سازهای داخلی می‌کنند و در عوض دی اکسید کربن به هوا بر می‌گرداند. این فرایند تولید دی اکسید کربن ، تنفس نام دارد. تنفس در زندگی انسان و موجودات دیگری که مصرف کننده اکسیژن هستند، نقش اساسی ایفا می‌کنند. به گونه‌ای که اگر برای چند لحظه مانع تنفس شویم، موجود زنده از هستی ساقط می‌شود.

تنفس چیست؟

تنفس فرایندی است در جهت گردش عقربه‌های ساعت. در جنگل ، می‌توان تغییرات مشخص غلظت دی‌اکسیدکربن را اندازه‌ گیری کرد. توزیع متوسط دی اکسید کربن در جو ، در حدود 320 قسمت در میلیون است. هنگامی‌ که با طلوع خورشید ، عمل فتوسنتز آغاز می‌شود و دی اکسید کربن موجود را درختان مصرف و به ترکیبات آلی تبدیل می‌کنند، مقدار آن شدیدا کاهش می‌یابد.

در اواسط روز ، شدت تنفس بالا می‌رود و مصرف دی‌ اکسید کربن‌ کاهش می‌یابد و به 10 تا 15 قسمت در میلیون ، کمتر از متوسط روزانه اندازه گیری شده در ناحیه تاج درخت ، می‌رسد. با غروب خورشید ، عمل فتوسنتز هم متوقف می‌شود، اما تنفس ادامه می‌یابد و مقدار دی اکسید کربن‌ در نزدیکی سطح زمین ممکن است به 400 قسمت در میلیون هم برسد.

تعادل حیاتی

طبق یک برآورد قابل قبول ، هر سال 20 تا 30 میلیارد تن کربن ، در خشکیهای زمین به ترکیبات آلی تبدیل می‌شود. مقدار کربنی که سالانه به صورت دی‌اکسیدکربن‌ توسط فیتوپلانکتون (Phytoplankton) اقیانوسها مصرف می‌شود، در حدود 40 میلیارد تن است. هم دی اکسید کربن‌ مصرفی و هم اکسیژن آزاد شده از طریق عمل فتوسنتز فیتوپلانکتون ، بیشتر به صورت گاز است و در آب سطحی اقیانوس به حالت محلول در می‌آید. در داخل اقیانوس ، اکسیژن رها شده توسط موجودات دریایی به مصرف می‌رسد و تجزیه نهایی این موجودات باعث رها شدن دی اکسید کربن‌ و برگشت آن به داخل محلول اولیه می‌شود.

در هر لحظه معین ، مقدار دی اکسید کربن‌ محلول در لایه‌های سطحی دریا با غلظت دی‌اکسیدکربن موجود در جو در حالت تعادل کامل است. نکته جالب توجه این است که همواره بین اکسیژن و دی اکسید کربن‌ موجود در جو زمین تعادل برقرار است و این تعادل در زندگی و حیات موجودات زنده چنان نقش حیاتی دارد که اگر روزی این تعادل به هم بخورد، حیات

اکسیژن عنصر گازی است که در سال 1774 توسط Joseph Priestley, Carl Wilhelm Scheele از کشورانگلستان و سوئد کشف گردید . این گاز از مایع سازی و فشرده سازی هوا بدست می آید . 21% از حجم هوا را این گاز تشکیل می دهد .
وزن اتمی این عنصر برای دیگر عناصر تا سال 1961 به عنوان پایه شناخته شده بود قبل از اینکه کربن 12 از سوی اتحادیه بین المللی شیمی کاربردی و محض به عنوان وزن اتمی استاندارد شناخته شد.
اکسیژن سومین عنصر از نظر فراوانی در طبیعت است که این عنصر درخورشید و سیکلهای کربن و نیتروژن وجود دارد.
در اتمسفر سیاره مریخ 15 درصد اکسیژن وجود دارد. این عنصر و ترکیبات آن 49.2 درصد وزن پوسته زمین را اختصاص می دهند. حدود دو سوم حجم بدن ما و نه دهم آب از اکسیژن تشکیل شده است. در آزمایشگاه اکسیژن از الکترولیز آب یا از گرما دادن کلرات پتاسیم با دی اکسید منگنز به دست می آید.


اکسیژن گازی بی بو بی رنگ و بی مزه است به فرمهای گاز و مایع وجود دارد خاصیت پارا مغناطیسی نیز دارد.
ازون از ترکیبات اکسیژن است که به صورت خیلی فعال وجود دارد و این ترکیب توسط تخلیه الکتریکی یا نور ماورا بنفش اکسیژن تولید می شود.
ازن از اشعه های ماورابنفش خورشید که مضر هستند جلوگیری می کند تا این اشعه ها از خورشید به زمین نرسد. آلوده کننده های اتمسفر تاثیر خیلی بدی روی لایه ازون می گذارند. ازون گازی سمی است. ازون گازی رنگ آبی است و ازون مایع به سیاه و ازون جامد بنفش تیره می باشد. قطر این لایه سه میلیمتراست.

ترکیبات: اکسیژن که عنصری با واکنش پذیری خیلی بالا است بیش از صدها و هزارها ترکیبات آلی و غیر آلی را دارد.
زندگی و تنفس گیاهان و حیوانات وابسته به این عنصر است.
اکسیژن دارای نه ایزوتوپ است. اکسیژن طبیعی ترکیبی از سه ایزوتوپ است. اکسیژن 18 اکسیژن پایدار که در ترکیب آب یافت می شود. از اکسیژن غنی شده برای سوخت کوره فولاد استفاده می شود. استفاده مهم دیگر این گاز در ساخت گازهای آمونیاک و متانول اکسید اتیلن و هیدروکربن اشباع نشده است.
قیمت این گاز 5 سنت در فوت مکعب در مقیاس کوچک و در مقیاسهای بزرگ حدود 15 دلار در تن است.



ساختاربلوري عنصر اکسيژن



اثرات اکسيژن بر سلامتي انسان
همه انسانها براي نفس کشيدن به اکسيژن نيازمند هستند، اما مانند بسياري موارد ممکن است اکسيژن مناسب نباشد. اگر فردي مقدار زيادي اکسيژن براي مدت زمان طولاني تنفس کند، به ششهايش آسيب ميرسد. تنفس 50 تا 100 درصد اکسيژن در فشار نرمال در مدت زمان طولاني سبب مشکلاتي در ريه ميشود. افرادي که به طور مداوم يا گه گاه در معرض اکسيژن خالص قرار ميگيرند، بايد قبل و پس از انجام کار تحت آزمايشهاي ريوي قرار بگيرند. اکسيژن در دماهاي پايين ذخيره ميشود و بنابراين افرادي که در محيط پر اکسيژن فعاليت ميکنند بايد لباسهاي مخصوص بپوشند تا بافتهاي بدن آنها از يخزدگي برحذر باشد.

اثرات زيست محيطي اکسيژن
هيچ اثر منفي از اکسيژن در محيط زيست گزارش نشده است.

تجهیزات آزمایشگاهی مورد استفاده در تجزیه
اسپکترومتر جرمی ، میکروسکوپ ، کرماتوگرافی مایع و گازی ، اشعه x ، جذب اتمی ، مادون قرمز ، کروماتوگرافی مایع با عملکرد بالا و اسپکترومتر نشری


خواص فیزیکی و شیمیایی عنصر اکسیژن :
عدد اتمی:8
جرم اتمی: 15.999
نقطه ذوب : C°-226.15
نقطه جوش : C°-182.8
شعاع اتمی : Å 0.6
ظرفیت:2
رنگ: بی رنگ
حالت استاندارد: گاز
نام گروه: 16
انرژی یونیزاسیون: Kj/mol 13.618
شکل الکترونی: 1s2 2s2p4
شعاع یونی : Å 1.4
الکترونگاتیوی: 3.44
حالت اکسیداسیون: 2, 4, -4
دانسیته: 1.429
گرمای فروپاشی : Kj/mol 0.2225
گرمای تبخیر : Kj/mol 3.4099
گرمای ویژه: J/g Ko 0.92
دوره تناوبی:2

شماره سطح انرژی : 2
انرژی اولیه : 2
انرژی ثانویه : 6
درجه اشتعال : در حالت گازی غیر قابل اشتعال
شماره ایزوتوپ : 3
ایزوتوپ :
ایزوتوپ نیمه عمر
O-15 122.2 ثانیه
O-16 پایدار
O-17 پایدار
O-18 پایدار

اشکال دیگر :
اکسیژن O2 و ازن O3
آب H2O
هپتا اکسید کلر Cl2O7 ، دی اکسید کلر ClO2 ، اکسید دی کلر Cl2O

منابع : هوای مایع
کاربرد : در ساخت فولاد ، جوشکاری ، تصفیه آب و سیمان بکار میرود . اکسیژن همچنین برای ادامه حیات ضروری است .همچنین در سوخت راکتورهای هسته ای نیز کاربرد دارد

+ نوشته شده در  چهارشنبه پنجم خرداد 1389ساعت 23:9  توسط farsh  |