Oksijen

Tarih

İlk deneyler

Yanmanın havaya nasıl ihtiyaç duyduğuna dair bilinen ilk deneylerden biri MÖ 2. yüzyılda Bizanslı Yunan Philo tarafından gerçekleştirilmiştir. Pneumatica adlı eserinde, yanan bir mumun üzerine bir kabı ters çevirmenin ve bu kabın etrafına su koymanın, kabın içine bir miktar su girmesi anlamına geldiğini yazmıştır. Philo bunun nedeninin havanın klasik element olan ateşe dönüşmesi olduğunu düşünmüştür. Bu yanlıştı. Uzun bir süre sonra Leonardo da Vinci, yanma gerçekleştiğinde havanın tükendiğini ve bunun da kabın içine su girmesine neden olduğunu doğru bir şekilde çözdü.

17. yüzyılın sonlarında Robert Boyle, yanma için havaya ihtiyaç olduğunu keşfetti. İngiliz kimyager John Mayow, ateşin sadece havanın bir kısmına ihtiyaç duyduğunu göstererek buna katkıda bulundu. Şimdi buna oksijen diyoruz (dioksijen şeklinde). Deneylerinden birinde, kapalı bir kaba bir mum koyduğunda suyun, sönmeden önce kaptaki hava hacminin on dörtte birinin yerini alacak şekilde yükseldiğini buldu. Aynı şey kutunun içine bir fare konulduğunda da gerçekleşmiştir. Buradan oksijenin solunum ve yanma için kullanıldığını anladı.

Flojiston teorisi

Robert Hooke, Ole Borch, Mikhail Lomonosov ve Pierre Bayen 17. ve 18. yüzyıllarda oksijen deneyleri yapmışlardır. Hiçbiri bunun kimyasal bir element olduğunu düşünmedi. Bunun nedeni muhtemelen flojiston teorisi fikriydi. Çoğu insan yanma ve korozyona bunun neden olduğuna inanıyordu.

J. J. Becher bunu 1667 yılında bulmuş ve Georg Ernst Stahl 1731 yılında buna eklemeler yapmıştır. Flojiston teorisi, tüm yanıcı maddelerin iki kısımdan oluştuğunu belirtiyordu. Flojiston adı verilen bir kısım, onu içeren madde yandığında açığa çıkıyordu.

Odun ya da kömür gibi çok az miktarda kalıntı bırakan yanıcı maddelerin flojistondan oluştuğu düşünülüyordu. Demir gibi korozyona uğrayan şeylerin de az miktarda içerdiği düşünülüyordu. Hava bu teorinin bir parçası değildi.

Keşif

Polonyalı simyacı, filozof ve hekim Michael Sendivogius havadaki bir maddeden bahsetmiş ve onu "yaşamın gıdası" olarak adlandırmıştır ve bu madde oksijendir. Sendivogius, 1598 ve 1604 yılları arasında, bu maddenin potasyum nitratın termal ayrışması sırasında oluşan maddeyle aynı olduğunu buldu. Bazı insanlar bunun oksijenin keşfi olduğuna inanırken, diğerleri buna katılmamaktadır.

Oksijenin ilk olarak İsveçli eczacı Carl Wilhelm Scheele tarafından keşfedildiği de sıklıkla söylenir. Scheele, 1771 yılında merkürik oksit ve bazı nitratları ısıtarak oksijen elde etmiştir. Scheele yaptığı gaza "ateş havası" adını verdi, çünkü yanmaya izin verdiği bilinen tek gazdı. Keşfini 1777 yılında yayınladı.

1 Ağustos 1774'te İngiliz din adamı Joseph Priestley tarafından gerçekleştirilen bir deney, güneş ışığını cam bir tüp içindeki merkürik oksit üzerine odakladı. Bunun sonucunda "dephlogisticated air" adını verdiği bir gaz oluştu. Ayrıca mumların bu gaz içinde daha parlak yandığını ve farelerin bu gazı solurken daha uzun yaşadığını tespit etti. Gazı soluduğunda (basitleştirerek) "Normal hava gibi hissettirdi ama sonrasında ciğerlerim daha hafif ve rahatladı" dedi. Bulguları 1775 yılında yayımlandı. Bulguları ilk olarak yayınlandığı için genellikle oksijenin kaşifi olduğu söylenir.

Fransız kimyager Antoine Lavoisier daha sonra bu maddeyi kendisinin de keşfettiğini söyledi. Priestly 1774 yılında onu ziyaret etti ve deneyinden bahsetti. Scheele de o yıl Lavoisier'e keşfinden bahseden bir mektup gönderdi.

Lavoisier'in katkısı

Lavoisier oksidasyon üzerine ilk ana deneyleri gerçekleştirmiş ve yanmanın nasıl işlediğine dair ilk doğru açıklamayı yapmıştır. Bu ve diğer deneyleri flojiston teorisinin yanlış olduğunu kanıtlamak için kullandı. Ayrıca Priestley ve Scheele tarafından keşfedilen maddenin kimyasal bir element olduğunu kanıtlamaya çalıştı.

Bir deneyde Lavoisier, kapalı bir kapta kalay ve hava ısıtıldığında kütlede bir artış olmadığını buldu. Ayrıca kap açıldığında havanın içeri girdiğini de tespit etmiştir. Bundan sonra, kalayın kütlesinin içeri giren havayla aynı miktarda arttığını buldu. Bulgularını 1777 yılında yayınladı. Havanın iki gazdan oluştuğunu yazdı. Bunlardan birine "yaşamsal hava" (oksijen) adını verdi; bu gaz yanma ve solunum için gereklidir. Diğerine ise Yunanca'da "cansız" anlamına gelen "azote" (nitrojen) adını verdi. Bu, Fransızca da dahil olmak üzere bazı dillerde hala nitrojenin adıdır.

Lavoisier "yaşamsal hava "yı Yunanca "asitlerden üretici" anlamına gelen "oxygène" olarak yeniden adlandırdı. Bu adı vermesinin nedeni, oksijenin tüm asitlerde bulunduğunu düşünmesiydi ki bu yanlıştı. Birçok kimyager Lavoisier'in isimlendirmede yanıldığını fark etti, ancak bu isim o zamana kadar değiştirilemeyecek kadar yaygındı.

İngiliz bilim adamları karşı çıksa da "Oksijen" İngiliz dilinde bir isim haline geldi.

Daha sonraki tarih

John Dalton'un atom teorisi, tüm elementlerin tek bir atoma sahip olduğunu ve bileşiklerdeki atomların genellikle yalnız olduğunu söylüyordu. Örneğin, yanlışlıkla suyun (H₂ O) sadece HO formülüne sahip olduğunu düşündü. 1805 yılında Joseph Louis Gay-Lussac ve Alexander von Humboldt suyun iki hidrojen atomu ve bir oksijen atomundan oluştuğunu göstermiştir. 1811'de Amedeo Avogadro, Avogadro yasasına dayanarak suyun neyden oluştuğunu doğru bir şekilde hesapladı.

19. yüzyılın sonlarına gelindiğinde bilim insanları havanın sıvı hale getirilebileceğini ve sıkıştırılıp soğutularak içindeki bileşiklerin izole edilebileceğini keşfetti. İsviçreli kimyager ve fizikçi Raoul Pictet, karbondioksiti sıvıya dönüştürmek için sülfür dioksiti buharlaştırarak sıvı oksijeni keşfetti. Daha sonra bu da buharlaştırılarak oksijen gazı soğutulmuş ve sıvı hale getirilmiştir. Pictet 22 Aralık 1877'de Fransız Bilimler Akademisi'ne bir telgraf göndererek keşfini bildirdi.

Lavoisier Akademide-Louis Ernest Barrias


Lavoisier ayrıştırma havası

Özellikler

Özellikler ve moleküler yapı

Standart sıcaklık ve basınçta oksijenin rengi, kokusu veya tadı yoktur ve O kimyasal formülüne sahip bir gazdır.
₂ dioksijen denir.

Dioksijen olarak, iki oksijen atomu kimyasal olarak birbirine bağlıdır. Bu bağ birçok şekilde adlandırılabilir, ancak basitçe kovalent çift bağ olarak adlandırılır. Dioksijen çok reaktiftir ve diğer birçok elementle reaksiyona girebilir. Metal elementler dioksijen ile reaksiyona girdiğinde oksitler oluşur, örneğin pas olarak bilinen demir oksit gibi. Dünya üzerinde çok sayıda oksit bileşiği vardır.

Allotroplar

Dünya üzerindeki yaygın oksijen allotropuna (türüne) dioksijen (O₂ ) denir. Bu, dinitrojenden (N₂ ) sonra Dünya atmosferinin ikinci büyük parçasıdır. O₂ 121 pm bağ uzunluğuna ve 498 kJ/mol bağ enerjisine sahiptir Enerjisi nedeniyle O₂ hayvanlar gibi karmaşık yaşam tarafından kullanılır.

Ozon (O₃ ) çok reaktiftir ve solunduğunda akciğerlere zarar verir. Ozon üst atmosferde O₂ O₂ ultraviyole radyasyon tarafından bölündüğünde oluşan saf oksijen ile birleştiğinde oluşur. Ozon, elektromanyetik spektrumun UV kısmında çok fazla radyasyon emer ve böylece üst atmosferdeki ozon tabakası Dünya'yı radyasyondan korur.

Tetraoksijen (O₄ ) 2001 yılında keşfedilmiştir. Sadece O₂ üzerine çok fazla basınç uygulandığında aşırı koşullarda var olur.

Fiziksel özellikler

Oksijen havadan suya nitrojenden daha kolay çözünür. Aynı miktarda hava ve su olduğunda, her 2 molekül N₂ için bir molekül O₂ vardır (1:2 oranı). Bu durum, oksijenin nitrojene oranının 1:4 olduğu havadan farklıdır. Ayrıca O'nun₂ tatlı suda çözünmesi deniz suyunda çözünmesinden daha kolaydır. Oksijen 90,20 K'de (-182,95°C, -297,31 °F) yoğunlaşır ve 54,36 K'de (-218,79°C, -361,82 °F) donar. Hem sıvı hem de katı O₂ açık mavi renkte ve şeffaftır.

Oksijen çok reaktiftir ve yanabilecek her şeyden uzak tutulmalıdır.

İzotoplar

Doğada üç kararlı oksijen izotopu vardır. Bunlar¹⁶ O,¹⁷ O ve¹⁸ O'dur. Oksijenin yaklaşık %99,7'si¹⁶ O izotopudur.

Oluşum

Samanyolu Galaksisi'nde spektroskopik olarak tahmin edilen en yaygın on element
Z	Element	Milyonda parça cinsinden kütle fraksiyonu
1	Hidrojen	739,000	71 × oksijen kütlesi (kırmızı çubuk)
2	Helyum	240,000	23 × oksijen kütlesi (kırmızı çubuk)
8	Oksijen	10,400	10400
6	Karbon	4,600	4600
10	Neon	1,340	1340

Oksijen, Dünya'da kütle olarak en yaygın elementtir. Hidrojen ve helyumdan sonra evrende en yaygın üçüncü elementtir. Güneş'in kütlesinin yaklaşık %0,9'u oksijendir. Oksijen, silikon dioksit gibi oksit bileşiklerinin bir parçası olarak Dünya'nın kabuğunun kütlece %49,2'sini oluşturur. Aynı zamanda kütlece %88,8'ini oluşturan Dünya okyanuslarının da ana parçasıdır. Oksijen gazı, kütlesinin %20,8'ini ve hacminin %23,1'ini oluşturarak atmosferin en yaygın ikinci parçasıdır. Dünya, atmosferinin büyük bir kısmının oksijen gazı olması nedeniyle bilinen diğer gezegenlere kıyasla gariptir. Mars'ta hacimce %0,1 O bulunurken ₂Güneş Sistemi'nin geri kalan gezegenlerinde bu oran daha azdır.

Dünya'daki yüksek oksijen gazı miktarı oksijen döngüsünden kaynaklanmaktadır. Bu temel olarak karbondioksit, su ve Güneş enerjisinden oksijen gazı üreten fotosentez tarafından kontrol edilir. Solunum daha sonra oksijen gazını atmosferden alır ve tekrar karbondioksit ve suya dönüştürür. Bu aynı oranda gerçekleşir, bu nedenle oksijen gazı ve karbondioksit miktarı değişmez.

Kullanım Alanları

Tıbbi

O ₂solunumun çok önemli bir parçasıdır. Bu nedenle tıpta kullanılmaktadır. Bir kişinin kanındaki oksijen miktarını artırmak için kullanılır, böylece daha fazla solunum gerçekleşebilir. Bu, eğer hastaysalar daha çabuk sağlıklı olmalarını sağlayabilir. Oksijen tedavisi amfizem, pnömoni, bazı kalp sorunları ve kişinin oksijen almasını zorlaştıran herhangi bir hastalığı tedavi etmek için kullanılır.

Yaşam desteği

Düşük basınçlı O₂ uzay giysilerinde kullanılır ve vücudu gazla çevreler. Saf oksijen kullanılır ancak çok daha düşük bir basınçta. Basınç daha yüksek olsaydı zehirli olurdu.

Bir amfizem hastasının evinde oksijen konsantratörü

Güvenlik

Oksijen NFPA 704, sıkıştırılmış oksijen gazının sağlık için tehlikeli olmadığını ve yanıcı olmadığını söyler.

Toksisite

Yüksek basınçlarda, oksijen gazı (O₂ ) insanlar da dahil olmak üzere hayvanlar için tehlikeli olabilir. Konvülsiyonlara ve diğer sağlık sorunlarına neden olabilir. Oksijen toksisitesi genellikle 50 kilopaskaldan (kPa) daha yüksek basınçlarda ortaya çıkmaya başlar, bu da standart basınçta havadaki yaklaşık %50 oksijene eşittir (Dünya'daki hava yaklaşık %20 oksijene sahiptir).

Prematüre bebekler eskiden yüksek miktarda O içeren havanın bulunduğu kutulara yerleştirilirdi₂ . Bazı bebekler oksijen nedeniyle kör olunca bu uygulamaya son verildi.

Uzay giysilerinde saf O₂ solumak, daha düşük bir basınç kullanıldığı için herhangi bir hasara yol açmaz.

Yanma ve diğer tehlikeler

Yoğun miktarda saf O₂ hızlı bir yangına neden olabilir. Konsantre oksijen ve yakıtlar birbirine yaklaştırıldığında, hafif bir tutuşma büyük bir yangına neden olabilir. Apollo 1 mürettebatının tamamı kapsülün havasında kullanılan konsantre oksijen nedeniyle çıkan yangın sonucu ölmüştür.

Sıvı oksijen ahşap gibi organik bileşiklerin üzerine dökülürse patlayabilir.