| الخاصية | القيمة |
|---|---|
| رمز العنصر | O |
| العدد الذري | 8 |
| الكتلة الذرية | 16.00 u |
| التصنيف | لافلز |
| الحالة الفيزيائية | غاز (في الظروف المعيارية) |
| المجموعة | 16 (الكالكوجينات) |
| الدورة | 2 |
| الكتلة | p-block |
| الخاصية | القيمة |
|---|---|
| نقطة الانصهار | -218.8°م |
| نقطة الغليان | -183.0°م |
| الكثافة | 0.001429 غم/سم³ |
| اللون | عديم اللون |
| الرائحة | عديم الرائحة |
| الطعم | عديم الطعم |
| الذوبانية | قابل للذوبان قليلاً في الماء |
الأكسجين هو أكثر العناصر وفرة في قشرة الأرض والثالث الأكثر وفرة في الكون. إنه ضروري لجميع أشكال الحياة تقريباً على الأرض، ويشكل حوالي 21% من غلافنا الجوي ويكون العمود الفقري للماء (H₂O). الأكسجين شديد التفاعل، ويكون بسهولة مركبات مع معظم العناصر الأخرى، وهو أساسي للاحتراق والتنفس وعمليات كيميائية لا تُحصى تدعم الحياة وتحرك التكنولوجيا.
كارل فيلهلم شيله (١٧٤٢-١٧٨٦): كيميائي سويدي عزل الأكسجين لأول مرة في عام ١٧٧٢، أطلق عليه "الهواء الناري" لأنه يدعم الاحتراق بشكل ممتاز.
جوزيف بريستلي (١٧٣٣-١٨٠٤): كيميائي إنجليزي اكتشف الأكسجين بشكل مستقل في عام ١٧٧٤، أطلق عليه "الهواء منزوع الفلوجستون" بناءً على نظرية الفلوجستون.
أنطوان لافوازييه (١٧٤٣-١٧٩٤): كيميائي فرنسي شرح بشكل صحيح دور الأكسجين في الاحتراق والتنفس، دحض نظرية الفلوجستون وأطلق على العنصر اسم "أكسجين".
اسم "أكسجين" مشتق من الكلمات اليونانية "أوكسوس" (حمضي) و"جينوس" (مولد)، بمعنى حرفي "مولد الأحماض". أطلق لافوازييه هذا الاسم لأنه اعتقد خطأً أن الأكسجين موجود في جميع الأحماض. رغم أن هذا ثبت خطؤه، فقد بقي الاسم. اسم بريستلي الأصلي "الهواء منزوع الفلوجستون" عكس نظرية الفلوجستون المدحوضة الآن للاحتراق.
الأكسجين أساسي للحياة على الأرض. إنه ضروري للتنفس الخلوي، حيث يعمل كمستقبل إلكترونات نهائي في سلسلة نقل الإلكترونات، مما يمكن من إنتاج ATP بكفاءة. الأكسجين أيضاً أساسي للبناء الضوئي، حيث يُطلق كمنتج ثانوي عندما تحول النباتات CO₂ والماء إلى جلوكوز. دورة الأكسجين، التي تشمل البناء الضوئي والتنفس والتحلل، تحافظ على مستويات الأكسجين الجوي وتدعم تقريباً جميع أشكال الحياة المعقدة على كوكبنا.
الأكسجين موجود في عناصر منزلية لا تُحصى: الهواء الذي نتنفسه (21%)، الماء من الصنبور (89% من الوزن)، صودا الخبز للطبخ، بيروكسيد الهيدروجين للإسعافات الأولية، منتجات التبييض للغسيل، وتقريباً جميع المواد العضوية بما في ذلك الخشب والورق والمنسوجات والطعام. كل نفس نأخذه وكل رشفة ماء نشربها تحتوي على ذرات الأكسجين الضرورية للحياة.
يوفر هذا القسم تصوراً تفاعلياً مفصلاً لسلوك إلكترونات الأكسجين، والبنى المدارية، وآليات التوصيل الضرورية لفهم الخصائص الكهربائية والتطبيقات.
حركة الإلكترونات: في الأكسجين الجزيئي (O₂)، ترتبط الإلكترونات بإحكام في روابط تساهمية قوية، مما يجعله عازلاً كهربائياً ممتازاً في الظروف العادية.
آلية التوصيل: يحدث التوصيل الكهربائي فقط عندما يتأين الأكسجين (حالة البلازما) أو في بيئات كيميائية محددة.
بنية النطاق: الفجوة الطاقوية الكبيرة بين نطاقي التكافؤ والتوصيل تمنع تدفق الإلكترونات السهل.
درجة الحرارة المنخفضة: عازل مثالي بدون إلكترونات حرة
درجة حرارة الغرفة: يحافظ على خصائص العزل
درجة الحرارة العالية: التأين الحراري ينشئ بلازما بتوصيلية ممتازة
درجة الحرارة الحرجة: ~٦٠٠٠ كلفن للتأين الكبير
الأكسجين السائل (LOX) ضروري لأنظمة دفع الصواريخ، ويعمل كمؤكسد مع وقود مختلف مثل الهيدروجين أو الكيروسين. يوفر الدفع النوعي العالي المطلوب لمهام الفضاء ويُستخدم في محركات مثل RS-25 (مكوك الفضاء) وMerlin (فالكون 9 من سبيس إكس).
المنتجون الرائدون:
إنتاج الأكسجين مستدام بطبيعته لأن المصدر الأساسي هو الهواء الجوي، الذي وفير ومتجدد. ومع ذلك، أدت الطبيعة المكثفة للطاقة لفصل الهواء المبرد إلى ابتكارات في طرق إنتاج أكثر كفاءة ودمج الطاقة المتجددة لمحطات الأكسجين الصناعية.
تعتمد الحضارة الحديثة بالكامل على الأكسجين لدعم الحياة والعمليات الصناعية والتقدم التكنولوجي. أي اضطراب في مستويات الأكسجين الجوي أو سلاسل إمداد الأكسجين الصناعي سيكون له عواقب كارثية على المجتمع البشري والاقتصاد العالمي.
لو كان بإمكانك رؤية جزيئات الأكسجين، فإن الهواء من حولك سيبدو كرقصة محمومة من جزيئات O₂ تتحرك بسرعة حوالي 1000 ميل في الساعة في درجة حرارة الغرفة! كل نفس يحتوي على حوالي 10²² جزيء أكسجين، وجسمك يستخدم فقط حوالي 25% من الأكسجين الذي تستنشقه، ويزفر الباقي.
الحادثة الشهيرة "هيوستن، لدينا مشكلة" في عام 1970 تضمنت انفجار خزان الأكسجين الذي شل مركبة أبولو 13 الفضائية. اضطر الطاقم لاستخدام الوحدة القمرية كقارب نجاة، وإدارة إمداد الأكسجين المحدود بعناية لأيام بينما ابتكر المهندسون على الأرض طريقة لإصلاح مرشحات CO₂ باستخدام المواد المتاحة فقط على المركبة الفضائية.
اكتشف جوزيف بريستلي أن فأراً يمكن أن يعيش أطول في "الهواء منزوع الفلوجستون" (الأكسجين) من الهواء العادي. كما وجد أن النباتات يمكنها "استعادة" الهواء الذي "أُصيب" بالاحتراق أو التنفس، مما وضع الأساس لفهم البناء الضوئي ودورة الأكسجين.
خلال الحرب العالمية الثانية، كان الأكسجين السائل حاسماً لتطوير الصواريخ. استخدمت صواريخ V-2 لفيرنر فون براون الأكسجين السائل كمؤكسد. أدت تحديات التعامل مع الأكسجين السائل وتخزينه في درجة حرارة -183°م إلى ابتكارات عديدة في تكنولوجيا التبريد العميق التي مكنت برنامج الفضاء لاحقاً.
| الخاصية | القيمة |
|---|---|
| تكوين الحالة الأساسية | 1s² 2s² 2p⁴ |
| حالات الأكسدة | -2, -1, 0, +1, +2 |
| الكهروسالبية | 3.44 (مقياس باولنغ) |
| الشعاع الذري | 60 pm (تساهمي) |
| طاقة التأين الأولى | 1313.9 kJ/mol |
يتطلب الأكسجين بروتوكولات أمان خاصة بسبب تفاعليته العالية وخصائص تعزيز الحرائق. لا تستخدم الأكسجين أبداً قرب الزيت أو الشحوم أو المواد العضوية. خزن في أسطوانات مصممة بشكل صحيح، استخدم منظمات متوافقة مع الأكسجين، وتأكد من أن جميع المعدات نظيفة للأكسجين وفقاً لمعايير CGA G-4.1.
يركز البحث على دور الأكسجين في التقنيات الكمية وتخليق المواد المتقدمة والتقنية الحيوية. يطور العلماء مواد تستجيب للأكسجين وخلايا وقود محسنة وتطبيقات علاجية جديدة بما في ذلك العلاج بالأكسجين المضغوط لحالات طبية مختلفة وهندسة الأنسجة.
| الخاصية | القيمة | الوحدات |
|---|---|---|
| المقاومة الكهربائية | 10¹⁶ | Ω·m |
| ثابت العزل الكهربائي | 1.000494 | - |
| جهد الانهيار | 3.0 | kV/mm |
| طاقة التأين | 12.07 | eV |
| ألفة الإلكترون | 1.46 | eV |
يزيد الأكسجين بشكل كبير من مخاطر الحرائق والانفجارات في الأنظمة الكهربائية. حتى الشرارات الكهربائية الصغيرة يمكن أن تسبب احتراقاً عنيفاً في الأجواء الغنية بالأكسجين. مطلوب مواد وتصاميم خاصة متوافقة مع الأكسجين لأي معدات كهربائية في خدمة الأكسجين، باتباع معايير مثل NASA-STD-6001 وASTM G63.