الأكسجين Oxygen
العنصر الثامن في ترتيب الجدول الدوري للعناصر
* الأكسجين هو عنصر كيميائي رمز O وعدده الذرّي 8 لإحتواء نواته على 8 بروتون ، وكتلته الذرية 16 غ / مول ، يقع ضمن عناصر الدورة الثانية وعلى رأس المجموعة السادسة الرئيسية في الجدول الدوري ، يصنّف الأكسجين ضمن اللافلزّات ، ويكون في الشروط العاديّة من الضغط ودرجة الحرارة على شكل غاز ثنائي الذرّة O2. ليس له لون أو طعم أو رائحة .
* يشكّل غاز الأكسجين 21 % من تركيب الغلاف الجوّي للأرض ؛ بالإضافة إلى وجود شكل متآصل منه وهو الأوزون (O3) . هناك ثلاثة نظائر مستقرّة للأكسجين 16O و 17O و 18O، أكثرها وفرةً هو الأكسجين 16O ، حيث تبلغ وفرته الطبيعيّة 99.8 % .
* للأكسجين أهميّة حيويّة كبيرة جداً ، فهو أساس عملية التنفّس عند الإنسان والحيوانات ، والتمثيل الكلوروفيلي عند النباتات . بالإضافة إلى ذلك فهو أساس عملية الاحتراق والتآكل .
* عام 1774 اكتشف العالم جوزيف بريستلي الأكسجين كعنصر كيميائيً وذلك أثناء البحث في آليّة عمليّة الاحتراق . ثمّ أتى العالم أنطوان لافوازييه ووضّح من خلال تجاربه عام 1774 عن الاحتراق أنّ الهواء هو مزيج من غازين ، الأوّل يساعد على الاحتراق والتنفّس أسماه هواء الحياة Vital Air ثم أسماه Oxygène ، بمعنى مولّد الحمض ، والثاني غير مساعد على الاحتراق وعلى التنفّس وأسماه آزوت Azote ( أي لا حياة في الفرنسي ) .
* إنتاج الأكسجين :
1 – ينتج الأكسجين حالياُ من إسالة الهواء . تسمّى هذه العملية باسم عملية ليندة ، نسبة إلى العالم كارل فون ليندة سنة 1902 ، التي طورها العالم جورج كلود لاحقاً .
2 – يتم الحصول على الأكسجين كمنتج ثانوي عند إنتاج الهيدروجين اللازم لعمليات الهدرجة بالتحليل الكهربائي للماء .
3 – ومن الطرق القديمة لإنتاج الأكسجين : تسخين أكسيد الباريوم بوجود الهواء إلى 500 °م ، حيث ينتج فوق أكسيد الباريوم ، والذي يسخن بدوره إلى 700 °م ، مما يؤدي إلى تحرر الأكسجين نتيجة التفكك الحراري تحرّر الأكسجين وانطلاقه ، والحصول على أكسيد الباريوم مجدداً .
BaO + O2 + 500 C → 2 BaO22
BaO2 + 700 C → 2 BaO + O22
4 – يمكن تحضير الأكسجين مخبريّاً من تسخين بعض المركّبات اللاعضويّة الغنيّة بالأكسجين مثل : فوق منغنات البوتاسيوم ونترات البوتاسيوم وكلورات البوتاسيوم وكرومات البوتاسيوم , مع مختزلات قويّة ممّا يؤدي إلى تحرير الأكسجين .
5 – تزوّد الطائرات ركابها بغاز الأكسجين O2 في حال حدوث انخفاض في ضغط الحجرة . بتفعيل أجهزة توليد الأكسجين فوق كل مقعد ، حيث تنسدل أقنعة الأكسجين من الأعلى التي تسمح بتدفّق الأكسجين , حيث يتحرّر مسحوق من الحديد إلى محلول من كلورات الصوديوم داخل عبوة موجودة في القناع ، مما يسمح للتفاعل الكيميائي الناشر للحرارة بتوليد الأكسجين .
* الخواص الكيميائيّة :
الأكسجين نشيط كيميائياً بحيث أنّه لا يوجد في الشروط العادية على شكل عنصر حر، إنّما على شكل :
1 – مركبات لا عضوية : كما في الكربونات والنترات والكبريتات والسيليكات .
2 – أكاسيد : مع معظم العناصر الكيميائيّة تقريباً :
آ – تعدّ أكاسيد اللامعادن من المركّبات واسعة الانتشار في الطبيعة ، مثل أكاسيد الكربون (أحادي وثنائي أكسيد الكربون) ، وأكاسيد النتروجين وأكاسيد الكبريت والماء (H2O) الذي يعتبر من الناحية الكيميائيّة أكسيد للهيدروجين .
ب – يتفاعل الأكسجين مع المعادن القلويّة ليعطي أكاسيد ذات صفات قاعديّة ، مثل أكسيد الصوديوم Na2O وأكسيد الكالسيوم CaO وأكسيد الألمنيوم Al2O3وثنائي أكسيد السيليكون SiO2 (السيليكا) وأكاسيد الحديد
ج – يستطيع الأكسجين تشكيل مركّبات عدّة حاوية على الرابطة أكسجين – أكسجين ( O – O ) مثل مركّبات فوق الأكاسيد المركّبات مؤكسدة قويّة التي تستخدم كمواد قاصرة .
د – تمثّل مركّبات الهيدروكسيد مجموعة واسعة من مركّبات الأكسجين ، والحاوية على الهيدروجين أيضاً في تركيبها . للهيدروكسيدات طبيعة أيونيّة في الغالب ، وذلك لوجود أيون هيدروكسيد فيها، ومن أشهر أمثلتها هيدروكسيد الصوديوم (NaOH) وهيدروكسيد البوتاسيوم (KOH).
3 – الأحماض الأكسجينيّة :
نحصل على الأحماض الأكسجينيّة من الأكاسيد الحمضيّة مع الماء . من أمثلة تلك الأحماض كل من حمض الكبريتيك وحمض النتريك . SO3 + H2O ⟶ H2SO4
4 – مركّبات الأكسجين العضويّة :
هناك أصناف عدّة من مركّبات الأكسجين العضويّة وهي تشمل :
آ – الكحولات : وهي مركّبات عضويّة تحوي على مجموعة الهيدروكسيل الوظيفيّة – HO، أبسط مركّبات الكحولات هي الميثانول CH3OH والإيثانول C2H5OH.
ب – الفينولات : وهي مركّبات عضويّة حاوية على مجموعة هيدروكسيل متّصلة بحلقة عطريّة .
ج – الإيثرات : وهي مركّبات عضويّة تحوي ذرّة أكسجين مرتبطة برابطة أحاديّة مع ذرتي كربون على طرفيها . أشهر مركّبات الإيثر هو ثنائي إيثيل الإيثر C2H5-O-C2H5.
د – الألدهيدات : وهي مركّبات عضويّة تحوي على المجموعة الوظيفيّة – CHO ، أشهر مركّبات الألدهيد هو الفورمالدهيد H-CHO والأسيتالدهيد CH3-CHO .
هـ – الكيتونات : وهي مركّبات عضويّة حاوية على مجموعة كربونيل غير طرفيّة R–CO–R، تربط بين باقيين عضويّين في المركّب. يعدّ الأسيتون من أمثلة الكيتونات الشهيرة.
و – الأحماض الكربوكسيليّة : وهي مركّبات عضويّة حاوية على مجموعة الكربوكسيل
– COOH . كحمض الفورميك HCOOH وحمض الخليك CH3COOH.
ز – الإسترات : وهي مركّبات عضويّة حاوية على مجموعة الإستر R –COO– R، وهي ناتجة عن تفاعل حمض كربوكسيلي مع كحول ، ومن أمثلتها أسيتات الإيثيل .
ح – بلاماء الحموض ( الأنهيدريدات ) وهي مركّبات عضويّة ناتجة عن نزع جزيء ماء من جزيئتي حمض كربوكسيلي، حيث أنّ لها الصيغة العامّة R-CO-O-CO-R. من أمثلة هذه المركّبات بلاماء حمض الخليك.
ط – الأميدات : وهي مركّبات عضويّة لها الصيغة العامة R-C(O)-NR، ومن أمثلتها مركب ثنائي ميثيل فورماميد CH3)2NC(O)H) وأسيتاميد CH3CONH2.
ي – هناك العديد من المركّبات العضويّة الحاوية على الأكسجين في تركيبها والتي لها دور حيوي كبير مثل السكريّات والدهون والأحماض الدهنيّة والأحماض الأمينيّة والبروتينات .
5 – التركيب الضوئي والتنفّس الخلوي :
يمكن تمثيل عمليّة التركيب الضوئي في النباتات الخضراء بالصيغة العامّة التاليّة :
CO2 + 6H2O + h ν ⟶ C6H12O6 + 6O2