الأكسجين خصائص العنصر واستخداماته
الوصف
يعد الأكسجين عنصرًا حيويًا في الغلاف الجوي للأرض، وهو عنصر حاسم في عمليات الحياة والتطبيقات الصناعية المختلفة. ويُستخدم على نطاق واسع في الطب والتصنيع والعمليات الكيميائية.
مقدمة عن العنصر
الأكسجين عنصر كيميائي يرمز له بالرمز O والرقم الذري 8. وهو عضو في مجموعة الكالكوجين في الجدول الدوري وهو ضروري للتنفس في معظم الكائنات الحية. ويشكّل حوالي 21% من الغلاف الجوي للأرض ويشارك في العديد من العمليات البيولوجية والكيميائية.
وقد اكتشفه العالمان كارل فيلهلم شيلوجوزيف بريستلي في أواخر القرن الثامن عشر. الأكسجين شديد التفاعل ويشكل مركبات مع معظم العناصر. وهو مكوِّن رئيسي للماء (H2O) والعديد من المعادن، ويُستخدم في العديد من الصناعات في عمليات مثل الاحتراق والتعقيم وإنتاج الصلب .
وصف الخواص الكيميائية
الأكسجين هو غاز عديم اللون والرائحة والطعم، وهو ضروري للاحتراق والتنفس. ويشكل بسهولة مركبات، بما في ذلك الأكاسيد، مع مجموعة كبيرة من العناصر. تتضمن بعض الخواص الكيميائية الرئيسية ما يلي:
- التفاعل: يتفاعل الأكسجين مع العديد من المعادن لتكوين أكاسيد، مثل أكسيد الحديد (الصدأ).
- عامل مؤكسد: إنه عامل مؤكسد قوي ويشارك في عمليات مثل الاحتراق والتنفس.
- تكوين الأوزون: في الغلاف الجوي العلوي، يمكن أن يشكل الأكسجين الأوزون (O3)، الذي يؤدي دورًا حاسمًا في حماية الأرض من الأشعة فوق البنفسجية الضارة.
- الأكاسيد الحمضية: يمكن أن يشكل الأكسجين أكاسيد حمضية، مثل ثاني أكسيد الكبريت (SO2) وثاني أكسيد الكربون (CO2)، والتي يمكن أن تذوب في الماء لتكوين الأحماض.
جدول بيانات الخواص الفيزيائية
|
الخاصية |
القيمة |
|
الوزن الجزيئي |
32.00 جم/مول |
|
الكثافة |
1.429 جم/لتر (0 درجة مئوية، 1 ضغط جوي) |
|
درجة الانصهار |
-218.79°C |
|
درجة الغليان |
-183.00°C |
|
المظهر |
عديم اللون، عديم الرائحة، لا طعم له |
|
الحالة في درجة حرارة الغرفة |
غازية |
|
الذوبان |
0.0031 جم/لتر (25 درجة مئوية) |
لمزيد من المعلومات، يرجى مراجعة Stanford Advanced Materials (SAM).
الاستخدامات الشائعة
الأكسجين مهم في العديد من المجالات، بما في ذلك:
- التنفس: حيوي لبقاء معظم أشكال الحياة.
- الاستخدام الطبي: يُستخدم في المستشفيات لعلاج المرضى الذين يعانون من صعوبات في التنفس، وغالباً ما يكون في شكل علاج بالأكسجين.
- التطبيقات الصناعية: يستخدم في إنتاج الصلب واللحام وقطع المعادن.
- الفضاء الجوي: ضروري لدعم الحياة في استكشاف الفضاء.
- معالجة المياه: يستخدم في معالجة مياه الصرف الصحي لزيادة مستويات الأكسجين للتحلل البكتيري.
طرق التحضير
يمكن الحصول على الأكسجين من خلال عدة طرق:
- التقطير التجزيئي للهواء: يتم تسخين الهواء السائل، ويتم فصل الأكسجين عن النيتروجين بناءً على نقاط الغليان المختلفة.
- التحليل الكهربائي للماء: عن طريق تمرير الكهرباء عبر الماء، يتم إنتاج غازات الأكسجين والهيدروجين.
- تحلل كلورات البوتاسيوم: تسخين كلورات البوتاسيوم (KClO3) في وجود عامل حفاز لإطلاق غاز الأكسجين.
المنتجات الصناعية ذات الصلة
يستخدم الأكسجين في العديد من المنتجات الصناعية، بما في ذلك:
- أسطوانات الأكسجين: للاستخدام الطبي والصناعي.
- مولدات الأوزون: لتطهير الهواء والماء.
- مشاعل اللحام: لقطع ولحام المعادن.
- أجهزة تركيز الأكسجين: تستخدم في الرعاية الصحية لإمداد المرضى بالأكسجين بشكل مستمر.
الأسئلة الشائعة
ما هو دور الأكسجين في التنفس؟
الأكسجين ضروري لعملية التنفس الخلوي، حيث يساعد في تحويل الجلوكوز إلى طاقة على شكل أدينوسين ثلاثي الفوسفات.
كيف يُستخدم الأكسجين في المجال الطبي؟
يُستخدم الأكسجين في المستشفيات للعلاج بالأكسجين، خاصةً للمرضى الذين يعانون من أمراض الجهاز التنفسي مثل الربو أو الالتهاب الرئوي.
ما أهمية الأكسجين في التطبيقات الصناعية؟
يستخدم الأكسجين في الاحتراق في الصناعات، مثل إنتاج الصلب، وفي عمليات مثل اللحام وقطع المعادن.
كيف يتم إنتاج الأكسجين في الطبيعة؟
يتم إنتاج الأكسجين بواسطة النباتات والطحالب من خلال عملية البناء الضوئي، حيث تقوم بتحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى أكسجين وغلوكوز باستخدام أشعة الشمس.
هل يمكن أن يكون الأكسجين خطيراً؟
على الرغم من أن الأكسجين ضروري للحياة، إلا أنه يمكن أن يكون خطيراً بتركيزات عالية، مما يسبب سمية الأكسجين، والتي يمكن أن تؤثر على الرئتين والجهاز العصبي المركزي.
