الأكسجين

الأكسجين

O2

العدد الذري : 8
عدد الكتلة : 15.9994
درجة الانصهار : -218.4 درجة مئوية
درجة الغليان : -183 درجة مئوية
الكثافة : 1.429 جم/سم3
نصف القطر : 1.35 أنجستروم
عدد الأكسدة : -2
السالبية الكهربية : 3.5
النظائر : 16Oويوجد بنسبة 99.762 % , 17O ويوجد بنسبة 0.038 % , 18O ويوجد بنسبة0.200 %
التوزيع الألكتروني : He] 2s2 2p4]






تاريخ الأكسجين ووجوده في الطبيعة

كان المعتقد قبل اكتشاف الأكسجين أن الهواء هو أحد العناصر الأساسية الأربعة وهي ( الأرض والهواء والنار والماء ) , وقد ظل هذا الإعتقاد سائداً حتى أعلن شيل ( Scheele ) أن الهواء يتكون من مادتين وأن إحداهما فقط هي التي تساعد على التنفس والإحتراق . وقد بنى شيل استنتاجاته هذه على عدة تجارب كان قد أجراها قبل ذلك فقد نجح في تحضير الأكسجين بتسخين نترات البوتاسيوم تسخيناً شديداً وكذلك بتسخين ثاني أكسيد المنجنيز .

x2KNO3 = 2KNO2 + O2

x3MnO2 = Mn3O4 + O2

وفي سنة 1774 نجح بريستلي (Priestley ) - مستقلاً عن شيل- في تحضير الأكسجين بتسخين أكسيد الزئبقيك HgO أو أكسيد الرصاص الأحمر Pb2O4 .





Joseph Priestley

وقد بنى لافوازيه (Lavoisier ) نظريته عن عن الاحتراق على ضرورة وجود الأكسجين لهذه العملية وأطلق عليه اسم ( الأكسجين )( اشتق الأكسجين من الكلمتين الإغريقيتين ( Oxys ) بمعنى حامض والكلمة (Gene) بمعنى مولد ) ومعناها مولد الأحماض لاعتقاده أن الأكسجين يدخل في تركيب الأحماض . وقد احتفظ بهذا الإسم الى الآن بالرغم من أن هناك بعض الأحماض لايدخل الأكسجين في تركيبها .
يعد عنصر الأكسجين من أكثر العناصر وفرة في القشرة الأرضية حيث تصل نسبته الى 50 % وزناً , كما يشكل حوالي 21 % من حجم الغلاف الجوي , ويحتوي الماء على 88.81 % وزناً من الأكسجين .
يوجد هذا الغاز على سطح الأرض على هيئته الجزيئية (O2 ) المكونة من ذرتي أكسجين متحدتين مع بعضهما . وفي الطبقات العليا من الغلاف الجوي ( طبقة الأستراتستوفير ) يتحد جزئ الأكسجين(O2) – بفعل الحرارة فوق البنفسجية – مع ذرة أكسجين (O) ليشكل غلافاً من جزيئات الأوزون (O3) .
بالرغم من أن أكسجين الهواء يستهلك في عمليات التنفس والاحتراق فإن هذا النقص يعوض باستمراربعملية التمثيل الضوئي التي تقوم بها النباتات الخضراء وبذلك تبقى نسبته ثابتة في الجو .

تحضير الأكسجين

تحضير الأكسجين صناعياً

يحضر الأكسجين في الصناعة بالتقطير التجزيئي للهواء المسال حيث يتصاعد أولاً النيتروجين ويبقى الأكسجين إذ أنه أقل تطايراً , وتعرف هذه الطريقة بطريقة لند (Linde)





أما في طريقة كلود (Claud)فيحضر الأكسجين بالإسالة التجزيئية للهواء وفيها يبرد الهواء تحت ضغط مرتفع فيسال الأكسجين أولاً وذلك لأن الدرجة الحرجة للأكسجين (- 118.8 درجة مئوية ) أعلى من الدرجة الحرجة للنيتروجين (- 147.1 درجة مئوية ) وفي كلتا الحالتين يحتوي الأكسجين على حوالي 3 % من الأرجون . ويمكن تحضير الأكسجين على درجة عالية من النقاء بالتحليل الكهربي للماء . ويوضع الأكسجين المحضر صناعياً في اسطوانات من الصلب تحت ضغط مرتفع .

تحضير الأكسجين معملياً

يمكن تحضير الأكسجين في المختبر بإحدى الطرق التالية:

* التحليل الكهربائي لمحلول هيدروكسيد البوتاسيوم مثلاً باستخدام قطبين من النيكل .

* التفكك الحراري لبعض المركبات الأكسجينية وتتضمن التفاعلات الأتية:

1- تسخين الأملاح الغنية بالأكسجين مثل كلورات البوتاسيوم مع ثاني أكسيد المنجنيز الذي يستخدم كعامل حفز , أو تسخين برمنجنات البوتاسيوم أو فوق الكبريتات .

x2KClO3 + MnO2 = 2KCl + 3O2 + MnO2

x2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2

x2Na2S2O8 = x2Na2SO4 + 2SO3 + O2

2- تسخين الأكاسيد الفوقية مثل BaO2 و H2O2 أو الأكاسيد العالية مثل PbO2 .

3 - تسخين أكاسيد الفلزات التي تتميز بإيجابية كهربائية ضعيفة وتوجد في مؤخرة المتسلسلة الكهروكيميائية مثل أكسيد الفضة وأكسيد الزئبق .

x2Ag2O ---------> 4Ag + O2

x2HgO ---------> 2Hg + O2

*أكسدة فوق أكسيد الهيدروجين بمحلول برمنجنات البوتاسيوم مثلاً .

* تفاعل الأكاسيد الفوقية لعناصر الاقلاء مع الماء .

x2H2O + 2Na2O2 = 4NaOH + O2

--------------------------------------------------------------------------------