الاكسجين غاز و عنصر كميائي

الأكسجين غاز وعنصر كيميائي ضروري لاستمرار الحياة، رمزه الكيميائي O. تحتاج إليه جميع الكائنات الحية تقريباً لكي تبقى على قيد الحياة. وذلك من خلال اتحاد الأكسجين مع المواد الكيميائيّة الأخرى لإنتاج الطاقة اللاّزمة لعمليات الحياة. والأكسجين ضروري أيضاً لاحتراق معظم أنواع الوقود، ويتّحد الأكسجين أثناء عمليّة الاحتراق مع الوقود في تفاعل كيميائي. ونتيجة لذلك تنطلق الحرارة.

والأكسجين من أكثر العناصر الكيميائية وفرة على الأرض، ويشكّل حوالي خمس حجم الهواء. ويشكّل النيتروجين معظم الأربعة الأخماس الأخرى. ويوجد الأكسجين أيضاً في القشرة الأرضية وفي الماء.

ولايوجد الأكسجين في صورة نقية وإنما يوجد متحداً مع عناصر أخرى. تحوي 100كجم من قشرة الأرض ما متوسطه 49كجم من الأكسجين، ويشكل الأكسجين حوالي نصف وزن الصخور والمعادن. كما يحتوي كل 100 كجم من الماء على حوالي 89 كجم من الأكسجين. بينما يشكل الهيدروجين النسبة الباقية وهي 11 كجم.


الخواص الكيميائية. العدد الذري للأكسجين 8، ووزنه الذري 15,9994. تحتوي جزيئات الأكسجين العادية، مثل تلك التي تشكل حوالي 20% من الغلاف الجوي ذرتين من الأكسجين مرتبطتين معاً . هذا الأكسجين العادي، O2، عديم اللون والطعم والرائحة. وتشكّل جزئيات الأكسجين المكونة من ثلاث ذرات غازًا يُسمَّى الأوزون (O3). ويتحد الأكسجين مع عناصر أخرى كثيرة ليشكل الأكاسيد. انظر: الأكسيد.

ويتحول الأكسجين العاديّ إلى سائل أزرق شاحب وذلك عند تبريده، إلى درجة غليانه (-962,182°م) مع ثبات الضغط الجوي العادي. ويتحول إلى سائل عند درجات حرارة أعلى مع زيادة الضغط. فيتحول إلى سائل عند -8,118°م وذلك عند ضغط جوي مقداره 7,49 وحدة. وهذه المقادير لدرجات الحرارة والضغط تُسمّى القيم الحرجة للأكسجين. كما يتعذر تسييل الأكسجين عند درجات حرارة وضغوط أعلى من ذلك . وللأكسجين السائل خواص مغنطيسية ويمكن حجزه بين قطبي مغنطيس قوي. ويتجمّد الأكسجين عند -4,218°م.



خيمة الأكسجين تزوِّد المريض بالهواء الذي يحوي نسبة أكبر من الأكسجين العادي. يضخ الهواء خلال خرطوم يمتد إلى داخل الخيمة بحيث يشمل السرير بأكمله.

كيف يساعد الأكسجين على الحياة. تستطيع أنواع قليلة فقط من الكائنات الحيّة بما في ذلك بعض الجراِثيم، العيش بدون الأكسجين الحر O2 (غير المتّحِد كيميائياً). ويحصل الإنسان والحيوانات البريّة الأخرى على الأكسجين من الهواء. وتحصل الأسماك والحيوانات المائيّة الأخرى على الأكسجين الذائب في الماء، ويدخل الأكسجين النقي إلى الدورة الدموية للإنسان عن طريق الرئتين. ويدخل إلى الدورة الدموية للأسماك عبر خياشيمها. ويحمل الدّم الأكسجين إلى خلايا الجسم. ويتّحد الأكسجين في الخلايا مع المواد الكيميائية الناتجة من هضم وامتصاص الغذاء. وتمكن الطاقة الناتجة أثناء هذه العملية، كل خليّة في الجسم من القيام بوظائفها. ويتكوّن ثاني أكسيد الكربون في الخلايا على صورة فضلات. انظر: التنفس.

ويعتقد بعض الناس أن تنفس الأكسجين النّقيّ يؤدّي إلى الموت المبكر. كما يعتقدون أن خلايا الجسم تستخدم هذا الأكسجين بسرعة كبيرة مما يتسبّب عنه موت الإنسان بسبب الإرهاق. وقد يكون من الضروري استنشاق الأكسجين النقي في بعض الحالات. ويحتاج الطيارون الذين يطيرون على ارتفاعات شاهقة مثلاً، حيث يكون الأكسجين في الهواء قليلاً، إلى استنشاق الأكسجين النّقيّ المخزون في أسطوانات.

وتستخدم النباتات الأكسجين بنفس طريقة خلايا الحيوانات. وتصنِّع خلايا النباتات الأكسجين في عملية التركيب الضوئي. وتستخدم الخلايا في هذه العمليّة طاقة ضوء الشّمس لتصنيع السّكر من ثاني أكسيد الكربون والماء، ويتكوّن الأكسجين كناتج غير رئيسي ويطلق إلى الجو.


استخدامات أخرى للأكسجين. للأكسجين استخدامات عديدة في الصناعة. فمثلاً تحضّر بعض أنواع الفولاذ بأسلوب الأكسجين القاعدي، كما يوَجَّه تيّار ذو ضغط عال من الأكسجين على الحديد الصُّلب المذاب لحرق الشوائب. ويُخلط الأكسجين مع الوقود في مشعل اللحام لإنتاج لهب ساخن جداً ذي حرارة تقارب 3,300°م.

ويستخدم الأكسجين السائل المُسمّى لكس في الصواريخ التي ُتدفع بالوقود السائل. يتحد لكس مع أنواع مختلفة من الوقود بما في ذلك الكيروسين والهيدروجين السّائل لإنتاج الدّفع الصّاروخي (قوة الدفع). ويُخلط لكس أيضاً مع أنواع أخرى من الوقود لعمل متفجرّات تُستخدم في عمليات النّسف.


تحضير الأكسجين. يُقطر معظم الأكسجين التجاري من الهواء السّائل، ويَغلي النيتروجين قبل الأكسجين أثناء التقطير، وذلك لأن للنيتروجين درجة غليان أقل من الأكسجين. يترك النيتروجين أثناء تبخره هواء سائلاً به نسبة كبيرة من الأكسجين. يُخزّن الأكسجين التجاري في أوعية فولاذية عند 135 وحدة ضغط جوي، أي أكثر من مائة ضعف الضغط الجوي الاعتيادي.

يمكن تحضير كميات صغيرة من الأكسجين بتسخين كلورات البوتاسيوم. وتضاف كمية بسيطة من ثاني أكسيد المنجنيز إلى كلورات البوتاسيوم لتسريع تكون الأكسجين.


نبذة تاريخية. اكتشف الأكسجين كيميائيان عمل كل على حدة، هما كارل شيل السويدي وجوزيف بريستلي الإنجليزي. وجاء في مدونات شيل، في مختبره، أنه حضَّر الأكسجين في السبعينيات من القرن الثامن عشر بتسخين مركبات عديدة، بما في ذلك نترات البوتاسيوم وأكسيد الزئبقيك. لكن تجارب شيل لم تُنشر إلا في عام 1777م. ونشر بريستلي أيضًا نتائجه عام 1777م. وقد وصف طريقة تحضيره للأكسجين بتسخين أكسيد الزئبقيك عام 1774م.

أطلق شيل على الأكسجين اسم هواء النّار، كما سماه بريستلي الهواء النازع للّهب. وأطلق عليه الكيميائي الفرنسي أنطوان لافوازيه اسم الأكسجين في عام 1777م، وتعني الكلمة مُنتج الحمض. فقد وجد لافوازييه وآخرون أن الأكسجين هو جزء من حموض عديدة. وعلل لافوازيه خطأً أنّ الأكسجين يلزم لتحضير جميع الحموض. ودمج الكلمات اليونانية oxys (تعني حاد أو حمض) gignomai (تعني يُنتج) لتشكيل كلمة أكسجين.