اکسیژن با فرمول ملکولی (O 2) یک گاز بسیار واکنش پذیر و یک عامل اکسید کننده متعلق به گروه ۱۶ جدول تناوبی، معروف به گروه کالوژن ها می باشد. اکسیژن یک ترکیب شیمیایی است که از دو اتم تشکیل می شود. اکسیژن در دما و فشار معمولی به شکل گازی بی رنگ بی بو وجود دارد.
اتم های اکسیژن بسیار واکنش پذیر می باشند و در بسیاری از ترکیبات شیمیایی رایج وجود دارند به طوری که اکسیژن با اکثرعناصر جدول تناوبی واکنش داده و اکسید تشکیل می دهد. ناگفته نماند این ماده حدود ۲۱ درصد از جو کره زمین و ۴۹.۲درصد از جرم پوسته زمین را تشکیل داده است. اگر چه در اوایل تاریخچه تشکیل سیاره ما چنین نبوده است و جو، آری از هر نوع اکسیژنی بوده ولی میکروب هایی که غذای خود را از طریق فتوسنتز تولید می کنند، اکسیژن را نیز به عنوان یک محصول جانبی تولید کرده و در نهایت اکسیژن حاصل شده در اتمسفر ایجاد شد. و در نتیجه تاریخ حیات در این سیاره را به شدت تغییر داده.
اکسیژن منشا حیات جانوران است و ۶۰ درصد از جرم بدن انسان را تشکیل می دهد به همین دلیل نقش حیاتی را در تنفس موجودات زنده ایفا می کند.
تاریخچه کشف اکسیژن
اکسیژن برای اولین بار توسط یک شیمیدان سوئدی به نام کارل ویلهلم شیله در سال۱۷۷۲ کشف شد که آن را با حرارت دادن نیترات پتاسیم، اکسید جیوه کشف کرد. بعد از او در سال۱۷۷۴ یک شیمیدان انگلیسی به اسم جوزف پریسلی اکسیژن را با تجزیه حرارتی اکسید جیوه یافت و یافته های خود را در همان سال منتشر کرد.
پس از کشف جوزف در سال ۱۷۸۰-۱۷۷۵ یک شیمیدان فرانسوی با نام آنتوان لاووازیه با تحقیقات بسیاری نقش اکسیژن را در تنفس و همچنین احتراق توضیح داد و نظریه فلوژیستون را که تا آن زمان مورد پذیرش بود کنار گذاشت. با توجه به توضیحات آنتوان درباره اکسیژن که گفته بود (اکسیژن تمایل بسیاری به تشکیل اسید ازطریق ترکیب با بسیاری از مواد را دارد ) نام این ماده را اکسیژن نامیدن که بر گرفته از کلملات یونانی به معنای (تشکیل دهنده اسید) است.
ویژگی های عمومی اکسیژن
- عدد اتمی (تعداد پروتون های هسته): 8
- نماد اتمی (در جدول تناوبی عناصر):O
- وزن اتمی (جرم متوسط اتم): 15.9994
- چگالی: 0.001429 گرم بر سانتی متر مکعب
- فاز در دمای اتاق: گاز
- نقطه ذوب: منفی 361.82 درجه فارنهایت (منفی 218.79 درجه سانتیگراد(
- نقطه جوش: منفی 297.31 درجه فارنهایت (منفی 182.95 درجه سانتیگراد(
- تعداد ایزوتوپ ها (اتم های یک عنصر با تعداد نوترون های متفاوت): 11; سه پایدار
- رایج ترین ایزوتوپ ها O-16 (99.757): درصد فراوانی طبیعی
۱۰ کاربرد اکسیژن
اکسیژن کاربرد های بسیاری در صنایع مختلف دارد به طوری که در اکثر صنایع می توان رد پایی از حضور اکسیژن یافت در ادامه کاربرد های اصلی اکسیژن را به سه دسته مناسب تفکیک کرده ایم.
کاربرد های فیزیولوژیکی اکسیژن:
- اکسیژن در سلول های بدن برای تنفس هوازی به سبب تولید انرژی مورد نیاز است. بنابرمکمل اکسیژن در خانه و بیمارستان ها برای افرادی که به بیماری های تنفسی چون آمفیزم دچار هستند حیاتی است.
- مخازن اکسیژن فشرده توسط کوهنوردان برای مقابله با کاهش فشارO2 در ارتفاعات استفاده می شود.
- اکسیژن به عنوان یک عامل استریل کننده برای از بین بردن برخی باکتری های بی هوازی استفاده می گردد.
- اکسیژن موجود درهواکره برای تنفس همه جانوران حیاتی است.
- دستگاه های اکسیژن ساز برای بیماران دچار به تنگی تنفس و بیماری های ریوی چه در بیمارستان ها و چه در خانه و حتی در حین عمل ها جراحی نیاز است.
کاربردهای صنعتی اکسیژن:
- اکسیژن در صنعت فولاد برای واکنشی که کربن را به گاز دی اکسید کربن در فولاد کاری تبدیل می کند مورد نیاز است.
- اکسیژن در کاربرد های دیگری که نیاز به دمای بالا دارند (چون مشعل های جوشکاری) استفاده می شود.
کاربردهای اکسیژن در هوافضا:
- اکسیژن در شکل مایع به طور گسترده به عنوان یک عامل اکسید کننده درموشک ها با هیدروژن مایع واکنش می دهد تا نیروی رانش مورد نیاز برای برخاستن موشک ایجاد کند.
- از اکسیژن برای تجزیه ترکیبات هیدروکربنی استفاده می شود که با حرارت دادن آنها از هم جدا می شوند.
- از اکسیژن در تصفیه خانه های فاضلاب و تصفیه آب استفاده می شود.
- از گاز اکسیژن برای تولید انرژی در دستگا هایی چون ژنراتور ها مانند ازن ژنراتور و وسایل نقلیه مانند کشتی ها هواپیما ها اتومبیل ها مورد نیاز است.
بازار جهانی اکسیژن
بر اساس تحقیقات انجام شده بازار جهانی اکسیژن به دو نوع اکسیژن پزشکی و صنعتی و… تقسیم می شود. بازار اکسیژن صنعتی بزرگترین بخش از بازار اکسیژن است که ۷۳ درصد از کل بازار سال۲۰۲۰ را به خود اختصاص داده است. در آینده انتظار می رود بازار های دیگر اکسیژن رشد چشم گیری داشته باشند.
پیش بینی می شود بازار جهانی اکسیژن از ۲۶.۱۵ میلیارد دلار در سال ۲۰۲۰ به ۲۷.۲۶ میلیارد در سال ۲۰۲۱ با نرخ رشد ۴.۲ درصد افزایش یابد. این رشد عمدتا به دلیل فعالیت مجدد شرکت ها و صنایع بعد از بهبودی نسبی بیماری کوید ۱۹ است. انتظار می رود بر اساس همین روند رشد بازار جهانی اکسیژن در سال۲۰۲۵ به ۳۷.۲۹ میلیارد دلار برسد.
انواع اکسیژن
اکسیژن در انواع ساختار ملکولی وجود دارد. در ادامه با ساختار ها اکسیژن بیشتر آشنا می شویم.
اکسیژن عنصری O
اکسیژن در شکل اتمی خود به سختی در کره زمین یافت می شود. زیرا اکسیژن در آخرین لایه خود داری ۶ الکترون است وتمایل زیادی به تکمیل لایه خود دارد به همین دلیل بسیار واکنش پذیر است وبا اکثر مواد اکسید تشکیل می دهد. به همین دلیل درصد بسیار کمی اتم اکسیژن در جو وجود دارد.
اکسیژن ملکولی یا دی اکسیژن O2
کلمه دی اکسیژن از کلمه یونانیdi برگرفته شده است. که به معنای دوبار می باشد. این نوع اکسیژن زمانی تولید می گردد که دو اتم اکسیژن دو الکترون ظرفیت مشترک داشته باشند و باهم پیوند کوالانسی تشکیل دهند. دی اکسیژن رایج ترین نوع اکسیژن می باشد که در جو و اقیانوس ها به وفور وجود دارد. این نوع اکسیژن توسط همه حیوانات از جمله انسان برای کمک به تولید انرژی سلولی استنشاق می شود. در طول 2.4 میلیارد سال گذشته، دی‌اکسیژن برای بقا و تکامل بسیاری از موجودات ضروری بوده است.
اوزون
ازن یا به عبارتیO3 سومین شکل ساختار ملکولی اکسیژن محصوب می شود. ازن با این که بی رنگ است اما بی بو نیست.جالب است بدانید نام اوزون از کلمه یونانیozein که به معنای بو است گرفته شده.
فرآیند تولید گاز اکسیژن
گاز اکسیژن به صورت طبیعی در جو کره زمین و حتی سنگ کره و اقبانوس ها وجود دارد. اما اکسیژن موجود در جو و اکسیژن موجود در صنایع که توسط انسان ها با درصد خلوص بالا در صنایع مختلف استفاده می گردد چگونه تولید می شود.
طبیعت
متداول ترین روش طبیعی تولید اکسیژن در طبیعت، فتوسنتز است که در آن گیاهان با استفاده از نور خورشید، دی اکسید کربن موجود در هوا را به اکسیژن تبدیل می کنند. این فرآیند کربن دی اکسید تولید شده توسط انسان ها را خنثی می کند، که در آن حیوانات اکسیژن موجود در هوا را دوباره به دی اکسید کربن تبدیل می کنند.
صنعت
بیشتر اکسیژن تجاری با استفاده از تغییراتی در فرآیند تقطیر برودتی تولید می شود که در سال ۱۸۹۵ توسعه یافته در این فرآیند اکسیژنی تولید می شود که ۹۹ درصد خالص است. اما فرآیند جذب نوسان خلا کارآمدتر ومقرون به صرفه تر از روش های دیگر برای تولید اکسیژنی است که دارای درصد خلوص ۹۰ تا ۹۳ درصد می باشد.
