يتميّز الأكسجين الذرّي بنشاطه الكيميائي الكبير، حيث أنّه منالمؤكسدات القويّة، ويميل إلى الارتباط مع العناصر الأخرى لتشكيل المركّبات الكيميائيّة، وخاصّةالأكاسيد. كما يعدّ أحد أهمّ العناصر الموجودة في الأرض، وهو واسع الانتشار، حيث يشكّل غاز الأكسجين 20.94% من تركيبالغلاف الجوّي للأرض؛ بالإضافة إلى وجود شكلمتآصل منه وهوالأوزون O3. إنّ أكثر العناصروفرة فيالقشرة الأرضية هو الأكسجين، حيث يوجد بنسبة 48.9% وزناً، وهو يأتي في المرتبة الثانية بعدالحديد من حيث وفرة العناصر في تركيبالأرض ككل. يوجد الأكسجين الذرّي بوفرة في الكون، حيث يعدّ ثالث عنصر من حيث الوفرة بعدالهيدروجينوالهيليوم. هناك ثلاثةنظائر مستقرّة للأكسجين16O و17O و18O، أكثرها وفرةً هو الأكسجين-16، حيث تبلغوفرته الطبيعيّة 99.8%.
للأكسجين أهميّة حيويّة كبيرة جداً، حيث لا غنى عنه لاستمرار الحياة على سطح الأرض ، فهو أساس عمليةالتنفّس الخلوي عند الإنسان والحيوانات، كما يدخل في عمليةالتركيب الضوئي عند النباتات. بالإضافة إلى ذلك فهو أساس عمليةالاحتراق، كما يسهم في عملياتالتآكل.
كانت عمليةالاحتراق منذ قرونالعصر الحجري أحد أكثر الظواهر فائدةً بالنسبة للإنسان عبر تاريخه، وفي نفس الوقت أحد أكثر الظواهر غموضاً في تفسيرها. انبرى لتفسير هذه الظاهرة عددٌ كبيرٌ من الفلاسفة والعلماء منذعصور الإغريق وما بعدهم، مثلفيلو البيزنطي،[2] مروراًبعلماء الخيمياء والكيمياء المسلمين فيالعصور الوسطى، وقدّموا لذلك العديد من التفسيرات، حيث كانت النار أحدالعناصر التقليديّة الأربعة التي يتكوّن منها الكون حسب المفهوم السائد آنذاك.
في العصور التالية، ومع بدايةعصر النهضة الأوروبية قامليوناردو دا فينشي بإعادة تجربة فيلو البيزنطي، والتي قام فيها بتنكيس إناء فوق شمعة مشتعلة مع إحاطة عنق الإناء بالماء، فوجد ارتفاع منسوب الماء بشكل تدريجي مع مرور الوقت. لاحظ دافنشي أنّ قسماً من الهواء يُستهلك أثناء الاشتعال وأثناء التنفس.[3] في أواخر القرن السابع عشر برهنروبرت بويل أنّ الهواء ضروري من أجل عملية الاحتراق، إلّا أنّ العالمجون مايو (1641–1679) أظهر فيما بعد وبشكل أدقّ أنّ قسماً فقط من الهواء هو الذي يلزم لعمليّة الاحتراق، وأسماهspiritus nitroaereus.[4][5] لاحظ مايو أيضاً أنالأنتيموان يزداد وزنه عندما يسخّن، واستنتج من ذلك أنّ المادّة التي أسماهاnitroaereus هي التي تتّحد مع الفلزّ.[4] نشر مايو أبحاثه سنة 1668 تحت اسم "De respiratione".[5]
ظهر في القرن السابع عشر في أوروبا مفهوم وجود مادّة خفيّة وخفيفة تسهم في عملية الاحتراق، وكانت تسمىفلوجستون، والتي كان يزعم أنّها تتحرر عند احتراق المادّة، حيث أنّ الحرارة كانت تفهم على أنّها مادّة.
على الرغم من أنّ إنتاج الأكسجين قد تمّ في تجارب مخبريّة على يدي كل منروبرت هوكوأولة بوركوميخائيل لومونوسوف، إلّا أنّ هؤلاء العلماء لم يتعرّفوا على الأكسجين كعنصر كيميائي مستقل.[6] ويعود سبب ذلك إلى سواد الفكرة الفلسفيّة للاحتراق والمبنيّة على نظرية الفلوجستون، والتي أطلقها الخيميائييوهان يواخيم بيشر سنة 1667، ثم عدّلت من قبل الكيميائيغيورغ شتال سنة 1731، ممّا ساهم في انتشارها.[7]
كانت نظرية الفلوجستون تنصّ على أنّ المادّة القابلة للاشتعال مكوّنة من قسمين، الأوّل من الفلوجستون، والذي ينطلق عند الاحتراق، والثاني كان يدعىكالكس calx، والذي كان يظنّ أنّه المكوّن الحقيقي للمادّة.[3] بالتالي فإنّ المواد التي كانت تحترق دون أن تترك كثيراً من الرماد كان يظنّ أنّ معظمها مؤلّف من الفلوجستون، مثل الخشب أو الفحم، في حين أنّ المواد غير القابلة للاشتعال والتي تتآكل مثل الحديد، فإنّها تحوي القليل منه. ما عزّز من انتشار هذه النظرية هو عدم معرفة أنّ الغازات المنطلقة من عمليّة الاحتراق لها كتلة، إذ أن معظم المواد التي كانت تحرق كان وزنها ينقص.[3] بالمقابل، مع ازدياد عدد الباحثين في مجال الاحتراق، وملاحظة ازدياد وزن الفلزات عند تآكلها، على الرغم من أنّها حسب نظرية الفلوجستون يجب أن تنقص، كلّ ذلك أدّى إلى تصدّع هذه النظريّة.
كانكارل فلهلم شيله أوّل من اكتشف عنصر الأكسجين كعنصر كيميائي مستقلّ وذلك سنة 1771، إلّا أنّه لم ينشر أبحاثه إلّا سنة 1777، وفي تلك الأثناء، وفي سنة 1774 قامجوزيف بريستلي وبشكل منفصل ومستقل باكتشاف العنصر أيضاً أثناء البحث في آليّة عمليّة الاحتراق.[8]
جوزيف بريستلي؛ ينسب إليه أيضاً اكتشاف الأكسجين.
ففي سنة 1771 قام العالمكارل فلهلم شيله أثناء أبحاثه على مفهومالاحتراق بتسخين مركّبات مثلأكسيد المنغنيز الرباعي أوفوق منغنات البوتاسيوم معحمض الكبريتيك المركّز (كان يدعى حينهازيت الزاج)، فحصل على غاز عديم اللون. كان الغاز الناتج يساعد على عمليّة الاحتراق، فأسماه شيله باسمهواء النار، ونسبه إلى مصدره فأسماه أيضاًهواء الزاج، ووجد أيضاً أنّ الهواء العادي يتكوّن من ذلك الهواء المساعد على الاشتعال، ومن هواء غير مساعد على الاشتعال، أسماهالهواء الفاسد. لم يقم شيله بنشر أبحاثه فوراً، بل أرسلها من أجل النشر سنة 1775، ولم تنشر إلّا في سنة 1777، وذلك تحت عنوان «أطروحة عن الهواء والنار».[9]
وخلال تلك الأثناء وبشكل منفصل تمكّن العالمجوزيف بريستلي بعد حوالي سنتين من اكتشاف شيله بعمل تجارب على مركّبات الزئبق، حيث قام بتسخينأكسيد الزئبق الثنائي HgO بوضعه في أنبوب وتسليط أشعّة الشمس المركّزة عليه، فحصل على غاز يساعد على الاحتراق، أسماه"dephlogisticated air"،[10] وقام بنشر أبحاثه سنة 1774 تحت عنوان «بحث في اكتشافات جديدة في الهواء»، والتي أدرجها ضمن كتابه «تجارب وملاحظات على أنواع مختلفة من الهواء».[3] كان بريستلي السبّاق في نشر أبحاثه حول الاكتشاف، في حين أنّ شيله لم يقم بنشر أبحاثه إلا سنة 1777،[11] لذلك ينسب البعض اكتشاف الأكسجين إلى بريستلي.
أنطوان لافوازييه؛ من أطلق تسمية الأكسجين.
على الرغم من اكتشاف هذا الغاز من قبل هذَين العالِمَين، إلّا أنّ دوره الفعلي في عمليّة الاحتراق لم يكن قد فُهم بعد، إلى أن أتى العالمأنطوان لافوازييه ووضّح من خلال تجاربه سنة 1774 أنّ الاحتراق لا يطلق الفلوجستون كما كان يعتقد في تلك الآونة، إنّما يتمّ عن طريق الارتباط مععنصر كيميائي موجود فيالهواء المساعد على الاحتراق. من أجل توضيح ذلك، بيّن لافوازييه أنّ المادّة عندما تحترق لا يقلّ وزنها، بل العكس يزيد، وذلك نتيجة لارتباط ذلك العنصر. كما بيّن أنّ الهواء هو مزيج من غازين، الأوّل يساعد على الاحتراق وعلى التنفّس أسماههواء الحياة vital air، ومن الهواء غير المساعد على الحياة وأسماه آزوت (الاسم الفرنسيللنتروجين)، ونشر أبحاثه سنة 1777 تحت عنوان«عن الاحتراق بشكل عام».[10] في سنة 1777 أعاد لافوازييه تسمية العنصر المساعد على الاحتراق باسمoxygène، وذلك من الإغريقيّةὀξύς (أكسيس) بمعنىحمض أولاذع، ومنγεννάω (جين) بمعنىمولّد، أي أنّ الكلمة تحمل معنىمولّد الحمض، حيث أنّه كان يعتقد خاطئاً أنّ الأكسجين كان أساسياً لتشكيل جميع الأحماض على الإطلاق،[12] وذلك انطلاقاً من أنّ أكثر الأحماض اللاعضويّة المعروفة في ذلك الزمن كانت تحوي على عنصر الأكسجين، إلى أن عرف بعد ذلك أنّ هناك أحماض لا تحوي الأكسجين، وأنّ أساس الأحماض هو الهيدروجين، إلا أنّ الاسم بقي على ما هو عليه.
أيقن العلماء في أواخر القرن التاسع عشر أنّه يمكنإسالة الهواء، وبالتالي فصل مكوّناته وذلك عن طريق الضغط والتبريد. وكان الفيزيائيراؤول بكتيه أوّل من سيّل الأكسجين سنة 1877، وذلك عندما كان يعمل على تبخيرثنائي أكسيد الكبريت السائل من أجل إسالةثنائي أكسيد الكربون، والذي تبخّر بدوره ليبرّد الأكسجين بشكل كافٍ لتسييله بشكل مؤقّت. أرسل بكتيه برقية إلىالأكاديميّة الفرنسيّة للعلوم لإعلامهم باكتشافالأكسجين السائل.[13] وبعد ذلك بيومين فقط، أعلن الفيزيائيلويس بول كايتيه طريقته الخاصّة في إسالة الأكسجين الجزيئي.[13] في كلتا الحالتين، كانت كميّة الأكسجين المسيّل غير كافية للتوثيق، بالإضافة إلى عدم استقرار الحالة الفيزيائيّة للعيّنات، إلى أن تمكّن كل منكارول أولشيفسكيوزيغمونت فروبليفسكي في سنة 1883 من الحصول علىالأكسجين السائل بحالة مستقرّة.[14] كانكارل فون ليندة أوّل من قام بإسالة الغازات على مستوى صناعي وذلك سنة 1895 من خلالعملية ليندة الصناعيّة.[15] وفي سنة 1891 تمكّن العالمجيمس ديوار من الحصول على كمّيّة كافية من الأكسجين السائل لدراسته.[16] لاحقاً، وفي سنة 1901 ظهرت تقنيةلحام باستخدام مزيج منالأسيتيلين والأكسجين المضغوط.[15]
يأتي الأكسجين في المرتبة الثالثة من حيث وفرة العناصر الكيميائيّة فيالكون، وذلك بعدالهيدروجينوالهيليوم.[18] تبلغ قيمة الكسر الكتلي للأكسجين فيالنظام الشمسي حوالي 0.8 %، مما يوافق كسر عددي (ذرّي) بحوالي 500جزء في المليون.[19] لا يوجد الأكسجين في الفضاء الخارجي بالشكل الجزيئي O2 إلّا بكمّيّات نادرة وقليلة جداً، حيث يكون في الغالب مرتبطاً في مركّبات مع ذرّاتالغبار الكوني.[20]
لم يتكوّن الأكسجين في بداية كناتج لعمليّةتخليق الانفجار العظيم النووي للعناصر، إنّما تكوّن كلّ نظيرٍ مننظائر الأكسجين بطريقة محدّدة. فمعظم كمّيّات النطير16O قد تشكّلت بكمّيّات كبيرة فيالنجوم العملاقة من خلال عمليّةاحتراق الهيليوم (عملية ألفا الثلاثيّة)، مع وجود كمّيّات تشكّلت فيعملية احتراق النيون.[21] يتمّ في عملية ألفا الثلاثيّة تفاعل ثلاث نوى من الهيليوم للحصول على12C، والذي يتفاعل بدوره مع نواة هيليوم إضافيّة (جسيم ألفا) لينتج16O. ينتج17O بشكل أساسي من عمليّة احتراق الهيدروجين وتحوّله إلى هيليوم في تفاعلات دورة CNO النوويّة، ممّا يجعله من النظائر الشائعة الوفرة في مناطق احتراق الهيدروجين في النجوم.[21] أمّا18O فيُحصل عليه من اندماج أربع نوى من الهيليوم4He مع نواة من14N، ممّا يجعل أكسجين-18 من النظائر شائعة الوفرة في المناطق الغنيّة بالهيليوم أثناء مراحلتطوّر النجوم العملاقة.[21]
في المراحل الأخيرة من عمر النجوم العملاقة يتركّز16O في الغلاف O، أمّا17O في الغلاف H، في حين أنّ18O في الغلاف He.
يلعب الأكسجين دوراً مهمّاً في توليد الطاقة فينجوم النسق الأساسي مثلالشمس، وهو يعدّ أحد مكوّناتها الثانويّة بنسبة تصل إلى 0.9% من كتلتها.[10] فيدورة كربون-نيتروجين-أكسجين (دورة CNO) المهمّة في تخليق النجوم، يدخل الأكسجين على هيئةناتج وسطي فيالتفاعلات النوويّة. في المراحل الأخيرة من تطوّر النجوم العملاقة تحدثعملية احتراق الأكسجين كخطوة من أجل استهلاك الأكسجين كوقود نووي، وذلك من أجل تشكيل نوى نجوم أكثر ضخامة. تحوي أغلبالأقزام البيضاء، والتي تمثل مآل حوالي 97% من كافّة النجوم، على عنصر الأكسجين في تركيبها بالإضافة إلى الهيليوم والكربون.[22]
إنّ كوكبالأرض غنيّ بالأكسجين وذلك بالمقارنة مع أقرانه من الكواكب القريبة، حيث تبلغ نسبة الأكسجين فيالمريخ حوالي 0.1% حجماً، وهي أقلّ بذلك بكثير في كوكبالزهرة. ينتج الأكسجين في الكوكبين المذكورين بشكل حصري منالأشعّة فوق البنفسجيّة التي يمكن أن تفكّك الجزيئات الحاوية على الأكسجين مثلثنائي أكسيد الكربون.
يشكّل الأكسجين 20.95% حجماً منالهواء،[26] والتي تعادل 23.16% كتلةً،[10][26][27] في حين أنّ نسبته فيالماء تبلغ 88.8%.[10][26] تجدر الإشارة إلى أنّ نسبة الأكسجين فيماء البحر (86%) أقلّ منها في الماء العادي، وذلك بسبب وجود كمّيّات كبيرة من الأملاح المنحلّة التي لا تحوي في تركيبها على الأكسجين، مثلكلوريد الصوديوم.
يعود ارتفاع نسبة الأكسجين في الأرض إلىدورة الأكسجين، وهيدورة حيويّة جيولوجيّة كيميائيّة (بيوجيوكيميائية)، تصف حركة الأكسجين ضمن الأغلفة الثلاثة الأساسية للأرض، وهي الغلاف الجوي والحيوي والصخري. إنّ العامل الأساسي المحرّك لدورة الأكسجين هوالتركيب الضوئي، والذي يعدّ مسؤولاً عن الشكل الحالي للغلاف الجوّي للأرض. يتحرّر الأكسجين من عملية التركيب الضوئي إلى الغلاف الجوي، بالمقابل، فإنالتنفّس الخلوي للكائنات على سطح الأرض، وتحلّلها في باطن الأرض، يزيلها من الغلاف الجوّي. بالتالي فإنّ كمّيّة الأكسجين الموجودة في الأرض تبقى ثابتة وتكون في حالة من التوازن. في التوازن الحالي يحدث الإنتاج والاستهلاك في نفس المعدّل، وهو تقريباً 1/2000 من كمّيّة أكسجين الغلاف الجوي الكلّيّة كلّ سنة. تدعى هذه الحالة التي يوجد فيها الأكسجين من التوازن باسمالحالة الثابتة. تشير الأبحاث التي تراقب مستويات الأكسجين في الغلاف الجوّي إلى حدوث تناقص تدريجي، والذي يعود سببه إلى استهلاك الطاقة عبر حرقالوقود الأحفوري.[28]
مخطّط العمليّة الصناعيّة للحصول على الأكسجين حسب طريقة ليندة.
ينتج الأكسجين صناعياً في الوقت الراهن بشكل كامل تقريباً من إسالة الهواءوتقطيره بشكل مجزّأ ومستمر. تسمّى هذه العملية باسمعملية ليندة، والتي تنسب إلى كارل فون ليندة الذي طوّرها أوّل مرّة سنة 1902، ثمّ طورهاجورج كلود لاحقاً لجعل العملية أكثر ربحيّة اقتصادياً.[25] كما يمكن الإنتاج من خلال عملية امتزاز الهواء على الزيوليت لفصل الغازات المرافقة والإبقاء على الأكسجين. يبلغ إنتاج الأكسجين من الطرق المعتمدة على الهواء حوالي 100 مليون طن سنوياً.[9]
لإنتاج الأكسجين حسب طريقة كلود، يتمّ ضغط الهواء بواسطةضاغط إلى حوالي 5-6 بار، ثم يبرّد وينقّى منثنائي أكسيد الكربونوبخار الماء والغازات الأخرى بواسطة مرشّح. يبرّد الغاز عن طريق تمريره عبرمبادل حراري تمرّ فيه غازات من العمليّة إلى درجات حرارة قريبة من نقطة غليانها، ثم يسمح لها بالتمدّد في حجرات توربينيّة، بالتالي يمكن إعادة كسب جزء من الطاقة التي صرفت على الضغط.[29] هذه الجزئية من عملية كلود، هي التي توفّر في الطاقة بالمقارنة مع عمليّة ليندة الأصلية، ممّا يجعل عمليّة كلود أكثر اقتصاديّة.
تتمّ عمليّة الفصل الفعليّة لمزيج الأكسجين والنتروجين المكوّن للهواء من خلال عمليةتقطير تجري فيعمودي تجزئة لهما ضغطان مختلفان. تحدث عملية التقطير حسب مبدأ التيار المعاكس، أي أنّ الغاز المتبخّر يكسب طاقة عن طريقحرارة التبخّر ويندفع إلى أعلى العمود، أمّا السائل المتكثّف فيقطر إلى الأسفل. بما أن للأكسجيننقطة غليان أعلى من النتروجين، فإنّه يسهل تكثيفه ويجمع عادة من أسفل العمود على شكل سائل، في حين يجمع النتروجين من أعلاه على شكل غاز.[9] يتمّ الفصل بعد ذلك عند ضغط يتراوح بين 5-6 بار،[30] في عمود تجزئة يعرف باسم عمود التجزئة متوسّط الضغط،[29] حيث يفصل النتروجين، ويؤخذ السائل المتكثّف الغنيّ بالأكسجين إلى عمود منخفض الضغط (حوالي 0.5 بار) حيث يفصل الأكسجين هناك.[30] بعد ذلك ينقّى غاز الأكسجين من الآثار النزرةللغازات النبيلة مثلالكريبتونوالزينون وذلك في عمود منفصل.
يمكن الحصول على كمّيّات صغيرة من الأكسجين من عمليّات صناعيّة أخرى. فعلى سبيل المثال ينتج الأكسجين عند إنتاج الهيدروجينبالتحليل الكهربائي للماء. كما يحصل عليه منامتزاز الغازات الأخرى الموجودة في الهواء بشكل نوعي، وذلك عن طريق تمرير الهواء خلالمناخل جزيئيّة مثلالزيوليت، حيث يمتز النتروجين وثنائي أكسيد الكربون عليها، ويبقى الأكسجين معالآرغون،[31] في مزيج غازي تتراوح فيه نسبة الأكسجين بين 90% إلى 93%.[9] بشكل متوافق يتحرر النتروجين من سرير الزيوليت المشبع بالنتروجين من خلال تخفيض الضغط في حجرة العمليّة، وبتحويل قسم من غاز الأكسجين من سرير الإنتاج وتمريره باتجاه معاكس لمجرى التدفّق. تجرى هذه العمليّة لمرّات عدّة من أجل إعادة تنشيط الزيوليت في سرير المفاعلات، ممّا يسمح بتزويد مستمر من الأكسجين الغازي. تعرف هذه العمليّة باسمامتزاز تأرجح الضغط، وهي وسيلة غير محتاجة للتبريد.[32]
من بين الطرق القديمة لإنتاج الأكسجين هناك طريقة تعتمد على التفاعلات الكيميائية لتوليد الأكسجين في جهازمولد الأكسجين الكيميائي. تعتمد تلك الطريقة على تسخينأكسيد الباريوم بوجود الهواء إلى 500 °س، حيث ينتجفوق أكسيد الباريوم، والذي يسخن بدوره إلى 700 °س، مما يؤدي إلى تحرر الأكسجين نتيجةالتفكك الحراري. كانت هذه الطريقة تمثل الخيار الوحيد للحصول على الأكسجين النقي قبل تطوير طريقة ليندة.
تشكّل فوق أكسيد الباريوم
تحرّر الأكسجين وانطلاقه، والحصول على أكسيد الباريوم مجدداً.
عادة ما يخزن الأكسجين المنتج صناعيّاً في أسطوانات غاز مضغوطة، وينقل عادة على شكل أكسجين مسيّل لأسباب اقتصاديّة، بحيث أن اللِتر الواحد من الأكسجين المسيّل يكافئ 840 لِتر من الأكسجين الغازي عند الضغط الجوي ودرجة حرارة مقدارها 20 °س.[9]
للأكسجين ثلاثةنظائر مستقرة و14 نظيراً مشعّاً تتراوح كتلتها بين12O و28O[33]، وكلّالنظائر المشعّة لهاعمر نصف أقلّ من ثلاث دقائق. إنّ النظائر المستقرّة للأكسجين هي أكسجين-1616O وأكسجين-1717O وأكسجين-1818O، لكن أكسجين-16 هو أكثرهاوفرة طبيعية، حيث تبلغ نسبته في الطبيعة 99.762%،[28] أمّا باقي النظائر فأقلّ من 1%، حيث17O وفرته 0.037 %، في حين أنّ18O وفرته 0.20 %.
إنّ أكثر النظائر المشعّة للأكسجين استقراراً هو النظير أكسجين-15، والذي عمر النصف له يبلغ 122.24 ثانية،[33] والنظير أكسجين-14 بعمر نصف مقداره 70.61 ثانية.[28] أمّا باقي النظائر المشعّة فلها قيم ضئيلة جدّاً من عمر النصف لا تتجاوز 27 ثانية، أضف إلى أنّ معظمها لا يتجاوز 83 ميلي ثانية.[28] إنّ أكثرنمط اضمحلال للنظائر الأخفّ من16O هوالإصدار البوزيتروني+β[34][35][36] والذي يعطي النتروجين. أمّا أكثر نمط اضمحلال شيوعاً بالنسبة للنظائر الأثقل من18O فهواضمحلال بيتا ليعطيالفلور.[28]
للنظير17O ميزة نوويّة فريدة، وهي امتلاكه لقيمةلف مغزلي نووي تبلغ5/2 وهي قيمة مميّزة،[37] ممّا يجعل لها تطبيقات في قياساتالرنين المغناطيسي النووي NMR، أمّا باقي نظائر الأكسجين المستقرّة فلها لفّ مغزلي نووي مقداره 0، وبالتالي فهي غير فعّالة لتقنية NMR. يستخدم النظير15O في تقنيةالتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني.[38]
رسم بياني يظهرتغير المناخ خلال 500 مليون سنة من الاستدلال بتراكيز18O.
يستخدم قياس تراكيز النظير18O في مجالعلم المناخ القديم من أجل معرفة حال المناخ في العصور الجيولوجيّة القديمة في المناطق القطبيّة، وذلك بناءً على حقيقة أنّ جزيئاتالماء الحاوية على16O، هي أخفّ بنسبة 12% من جزيئات الماء الحاوية على النظير الأثقل18O، بالتالي فهيتتبخر بشكل أسرع.[39] ممّا يعني بالتالي أنّ الطبقات الجليديّة الحاوية على نسبة مرتفعة نسبياً من18O كانت قد تشكّلت في أوقات حارّة نسبيّاً، لأنّ حالات التبخّر الشديدة تحصل فقط في الحقبات الزمنيّة الحارّة، ممّا يؤدّي إلى تشكّل الغيوم الحاوية على نسبة مرتفعة من18O. كلّما ارتفعت درجة حرارة الأرض كلّما ازدادت نسبة18O في الغيوم، والتي يمكن أن تكون ضمن الهطولات المطرية أو الثلجية في الأماكن القطبيّة، أمّا في الحقبات الزمنيّة الباردة، فإنّ18O يتركّز في الترسّبات البحريّة، إذ أنّ الجليد سيتكوّن من جزيئات الماء الحاوية على النظير الأخف16O.[39] يرمز لهذا الأسلوب في الأوساط العلمية بالرمزδ18O. إنّتحليل النظائر فيالعيّنات اللبّيّة الجليديّة أو العيّنات المأخوذة من المناطق الرسوبية في أعماق البحار، بالإضافة إلى تحديد نسبة تركيز النظيرين18O/16O في تلك العينات بواسطة تقنيةمطيافية الكتلة، يعطي معلومات عن متوسّط درجة حرارة الأرض وعن السجلّ التاريخيللاحترار العالمي في الفترات القديمة من عمر الأرض.[40] بالإضافة إلى ذلك، فإنّ تحديد عدد التفاوتات بين الأوقات الحارّة (الصيف) والأوقات الباردة (الشتاء) يفيد في معرفة عمر العيّنة اللبّيّة.
يكون الأكسجين في الشروط العاديّة من الضغط ودرجة الحرارة جزيئاًثنائي الذرة O2 على هيئةغاز عديم اللون والرائحة والمذاق. يبلغطول الرابطة O–O في جزيء الأكسجين الثنائي 121 بيكومتر، أمّاطاقة الرابطة فمقدارها 498 كيلوجول/مول.[41]
يؤدّي تبريد الأكسجين إلى الدرجة −182.95 °س (90.20 كلفن) إلى تكثيفه بحيث يُحصل علىالأكسجين السائل أزرق اللون.[42] يحصل على الأكسجين السائل عالي النقاوة منالتقطير التجزيئي للهواء المسيّل،[43] وهي مادّة مرتفعة النشاط الكيميائي ويجب فصلها عن المواد القابلة للاشتعال. عند درجات حرارة منخفضة جدّاً دون −218.79 °س (54.36 كلفن) يتجمّد الأكسجين على هيئة بلورات زرقاء منالأكسجين الصلب.[26][42] في الحالة الصلبة يكون لجزيئات الأكسجينمغناطيسيّة مسايرة، أمّاالبنية البلّوريّة فتكونمتعدّدة الأشكال حسب درجة الحرارة. ففي مجال عند درجات الحرارة بين −218.75 و −229.35 °س يكون الأكسجين فينظام بلّوري مكعّب،[26] وفي المجال بين −229.35 و −249.26 °س يكون الأكسجين فينظام بلّوري ثلاثي،[26] في حين أنّه عند درجات حرارة أقلّ من −249.26 °س يكون الأكسجين فينظام بلّوري أحادي الميل.[26] تبلغ قيمةالنقطة الثلاثيّة للأكسجين عند −218.79 °س (54.36 كلفن) و 148 باسكال (0.148 كيلوباسكال)،[44] أمّاالنقطة الحرجة فتقع عند ضغط مقداره 50.4 بار ودرجة حرارة مقدارها −118.4 °س (154.7 كلفن)،[45] في حين أنّ الكثافة الحرجة تبلغ قيمتها 0.436 غ/سم3.[46]
إنّ انحلاليّة غاز الأكسجين في الماء أكبر من انحلاليّة غاز النتروجين، إلّا أنّها على الرغم من ذلك تعدّ ضعيفة.[47] تتعلّقالانحلاليّة بالضغط ودرجة الحرارة، حيث ترتفع مع انخفاض درجة الحرارة ومع ازدياد الضغط. فعند درجة حرارة 0 °س وعندضغط جزئي من أكسجين الهواء مقداره 212 هكتوباسكال فإنّ كمّيّة الأكسجين المنحلّة في الماء النقي تبلغ 14.6 مغ/ل، مقابل 7.6 مغ/ل عند الدرجة 20 °س.[6][47]
يمكن للأكسجين أن يتوهّج داخلأنبوب تفريغ وذلك بلون أبيض. لتحقيق ذلك ينبغي ضبط شروط التشغيل كالتالي: الضغط داخل الأنبوب (التخلية) حوالي 5-10 ميلي بار،جهد عالي مقداره 1.8 كيلوفولط،شدّة تيّار مقدارها 18 ميلي أمبير،وتردّد مقداره 35 كيلوهرتز. تترافق ظاهرة التوهّج الطيفي للأكسجين الجزيئي مع حالات توهّج طبيعيّة مثلالشفق القطبيوالتوهّج الليلي.[48] إنّ امتصاصالأشعّة فوق البنفسجيّة في طبقات الجوّ العليا يعطي الأكسجين الذرّي، والذي له دور مهم في كيمياء الغلاف الجوّي.[49]
بالإضافة إلى الأكسجين الجزيئي O2 (ثنائي الأكسجين)، والذي يمثّل الشكل الشائع من العنصر على سطح الأرض، فإنّ للأكسجينمتآصلات أخرى، أشهرهاالأوزون O3، مع وجود متآصلات أقلّ شهرة مثل الأكسجين الذرّي بالإضافة ثماني الأكسجين O8.
تمثيل لبنية الأوزون.
يعدّ الأوزون من متآصلات الأكسجين المعروفة، وهو يتألّف من ارتباط ثلاث ذرّات أكسجين (ثلاثي الأكسجين)، ويكون على شكل غاز أزرق اللون له رائحة مميّزة. من خواص الأوزون أنّه نشيط كيميائيّاً وفعّال بشكل كبير، إذ يصنّف من ضمنالمؤكسدات القويّة، كما يصنّف ضمن المواد المؤذية للأنسجة الرئويّة.[50] ينتج الأوزون فيطبقات الجو العليا من تفاعل اتحاد O2 مع الأكسجين الذرّي O، الناتج عن انفصام الرابطة بين ذرتي الأكسجين في جزيء الأكسجين الثنائي تحت تأثير الأشعّة فوق البنفسجيّة.[12] كما ينتج الأوزون أيضاً من تفاعلثنائي أكسيد النتروجين مع الأكسجين تحت تأثير الأشعّة فوق البنفسجيّة. يعدّ الأوزون الأساس في تشكيلطبقة الأوزون، التي تلعب دوراً مهمّاً في امتصاص الأشعّة فوق البنفسجيّة القادمة إلى الأرض، وبالتالي الوقاية من الإشعاع.[12] بالمقابل، عند وجود الأوزون بالقرب من سطح الأرض فإنّه يعدّ منملوّثات الهواء عندما يتشكّل كناتج ثانوي منعوادم السيارات.[50]
عند تعريض الأكسجين إلى ضغوط مرتفعة تتجاوز 10غيغا باسكال تتشكّل مادة صلبة حمراء اللون، والتي أظهر تركيبها بادئ الأمر بواسطة تقنيّةمطيافيّة الكتلة أنّها مكوّنة من الأكسجين الرباعي O4شبه المستقر.[51][52] تبيّن لاحقاً سنة 2006 أنّه عند تعريض الأكسجين لضغوط تصل إلى 20 غيغا باسكال فإنّ المادّة الحمراء المتشكّلة تتكوّن من حلقات من ثماني الأكسجين O8.[53] يكون لهذاالتجمّع من الذرّات بنية بلّوريّة حسبالنظام البلّوري الثلاثي، ويحتمل أن يكون للمادة خواص مؤكسدة قويّة أكبر من الأكسجين الثنائي O2 أو الأوزون O3، لذلك فمن المقترح استخدامها من أجلوقود الصواريخ.[51][52]
اكتشف سنة 1990 أنّه عند تعريضالأكسجين الصلب إلى ضغوط تتجاوز 96 غيغا باسكال فإنّه يحصل على طور فلزّي من الأكسجين،[54] كما بيّنت التجارب لاحقاً سنة 1998 أنّ ذلك الطور يصبح ذاموصلية فائقة عند درجات حرارة منخفضة جدّاً.[55]
يكون الأكسجين في الشروط العاديّة على شكل غاز ثنائي الذرة، يسمّى في الأوساط العلميّة باسمثنائي الأكسجين، وله الصيغة O2. إنّالتوزيع الإلكتروني للأكسجين يكون على الشكل He] 2s2 2p4]. ترتبط ذرتا الأكسجين كيميائيّاً في الجزيء O2برابطة مضاعفة، تكون ناشئة عن ملءالمدارات الجزيئيّة الناتجة عن تداخلالمدارات الذريّة لكلّ ذرة أكسجين. يمكن تمثيل البنيّة الجزيئية للأكسجين باستخداممخطّط المدارات الجزيئيّة، والذي توزّع فيه الإلكترونات مع تزايد الطاقة بشكل تدريجي حسبمبدأ أوفباو (البناء) وذلك من المدارات منخفضة الطاقة إلى الأعلى حتى الامتلاء. لا تسهم المدارات σ و *σ للإكترونات 2s في الرابطة بين ذرتي الأكسجين؛ بالمقابل فإنّ تداخل مدارين ذريّين (إلكترونين اثنين) من المدارات 2p يسهم في تشكيلرابطة سيغما σ تتموضع على طول محور الرابطة الجزيئيّة [O-O]. من جهة أخرى يعطي تداخل زوج من المدارات الذرّيّة 2p (أربعة إلكترونات) رابطة منباي π، والتي تكون عمودية على محور الرابطة الجزيئيّة [O-O]. بالتالي يبقى إلكترونين اثنين من المدارات 2p غير مقترنين وموجودين في المدار *πالمضاد للترابط، واللّذان يسهمان في تشكيل الرابطة المضاعفة في جزيء O2،[56] كما يسهمان في مقدرة الأكسجين على تشكيل نوع كيميائي ثنائيالجذر.
تميل المدارات الجزيئيّة متساوية الطاقة والحاوية على إلكترونات غير مقترنة إلىالانفطار، وهذا ما يحصل بالنسبة للزوج الإلكتروني في المدار *π لجزيء الأكسجين، بحيث نحصل على حالة تخصاللف المغزلي تعرف باسمالحالة الثلاثيّة. لذلك فإنالحالة القاعيّة لجزيء O2 تعرف باسمالأكسجين الثلاثي.[57] تكون جزيئات الأكسجين في الحالة الثلاثيّة ذاتمغناطيسية مسايرة، أي أنّها تتميّز بخاصّة مغناطيسيّة عند وجودمجال مغناطيسي،[58] وذلك بسببالعزم المغناطيسي الناتج عن الإلكترونات غير المقترنة في الجزيء.[16]
فيالحالة المثارة يوجد الأكسجين في حالة تعرف باسمالأكسجين الأحادي، وتنشأ هذه الحالة من اقتران اللف المغزلي للإلكترونات.[59][60] يكون الأكسجين في هذه الحالة أشدّ نشاطاً كيميائيّاً، وهو يتشكّل في حالات عديدة في الطبيعة، مثل عمليّةالتركيب الضوئي حيث يتشكّل من الماء باستخدام طاقة الشمس،[61] كما تتشكل في طبقةالتروبوسفير من التفكّك الضوئيللأوزون من الأشعّة فوق البنفسجيّة،[62] بالإضافة إلى تشكّله فيالجهاز المناعي كمصدر للأكسجين الفعّال.[63] تسهمالكاروتينات في النباتات في عمليّة امتصاص الطاقة المرتفعة للأكسجين الأحادي وتحويله إلى الأكسجين الثلاثي منخفض الطاقة ممّا يقلّل من أضرار إلحاق الأذى بالأنسجة.[64]
يمكن إجراء عمليّة تحضير الأكسجين الأحادي مخبريّاً بعدّة طرق إمّا بطريقة كيميائيّة ضوئيّة من الأكسجين الثلاثي، أو كيميائيّاً من مركّبّات حاوية على الأكسجين. لا يمكن الحصول على الأكسجين الأحادي بشكل مباشر من تعريض الأكسجين الثلاثي لإشعاعكهرومغناطيسي (مثلالضوء) وذلك لأسبابكموميّة تتمثّل فيقواعد الاختيار بالنسبة لامتصاص الأشعّة الكهرومغناطيسيّة. لتجاوز حالة المنع هذه يمكن التعريض للإشعاع الكهرومغناطيسيبالفوتونات بشكل متزامن مع تصادم جزيئين اثنين. يحدث نتيجة هذا الفعلامتصاص في المجال الأحمر من الطيف الكهرومغناطيسي، ولذلك يظهر الأكسجين السائل بلون أزرق. يمكن إجراء العمليّة باستخدام مواد كيميائيّة مساعدةكالصباغ مثلأزرق الميثيلين أوالإيوسين، ممّا يسهّل من الحصول على الأكسجين الأحادي بأسلوب كيميائي ضوئي. يمكن الحصول على الأكسجين الأحادي كيميائيّاً منفوق الأكاسيد، فعند معالجةفوق أكسيد الهيدروجين (الماء الأكسجيني) معتحت كلوريت الصوديوم يتشكّلحمض فوق أوكسو حمض الكلوريك وهو غير مستقرّ، ويتفكّك بسرعة مع تحرّر الأكسجين الأحادي. يمكن الحصول أيضاً على الأكسجين الأحادي مخبريّاً من تفاعل الكلور في وسط قلوي من الماء الأكسجيني.[65]
الأكسجين نشيط كيميائياً ولهتفاعليّة مرتفعة، بحيث أنّه لا يوجد في الشروط العادية على شكل عنصر حر، إنّما على شكل جزيئي. تتّسم تفاعلات الأكسجين أنّهاتفاعلات أكسدة-اختزال، يقوم فيها الأكسجين باستقبال إلكترونين اثنين لتشكيلالأكسيد الموافق، بالتالي يصنّف العنصر ضمنالمؤكسدات. يكون للشكل السائل من الأكسجين قوّة أكسدة أكبر من غاز الأكسجين، وهو الحال أيضاً مع الشكل الذرّي O، والذي يعدّ من الموادالأكالة، بحيث أنّه على سبيل المثال، يسبّب تآكلاً للمركبات الفضائية عندالمدار الأرضي المنخفض.[66]
يتفاعل الأكسجين الذرّي بشكل مباشر مع أغلب العناصر الكيميائيّة الأخرى، مع وجود استثناءات مناللافلزّاتوالفلزّات النبيلة. يمكن أن يتفاعل الأكسجين معالنتروجين تحت شروط خاصة مثلالبرق في طبقات الجو أو داخلمحرك الاحتراق الداخلي.[67]أمّاالفلور فيتفاعل مع الأكسجين فقط عند درجات حرارة منخفضة وتحت تفريغ كهربائي. بالمقابل فإنّ غاز الأكسجين يتفاعل ببطء شديد عند الشروط العاديّة من الضغط ودرجة الحرارة؛ يعود السبب في ذلك إلى أنّ التفاعل يحتاج إلىطاقة تنشيط مرتفعة والتي يمكن تجاوزها برفع درجة الحرارة أو باستخدام الأشعّة فوق البنفسجيّة أو باستخدامحفّاز ملائم. يلزم لبعض التفاعلات وجود آثار منجذر كيميائي حرّ، كما هو الحال فيمخلوط هيدروجين وأكسجين الانفجاري، حيث تسهم في دور تحفيزالتفاعل التسلسلي. من جهة أخرى، تشكّل الكثير من الفلزّات، مثلالألومنيوموالتيتانيوم، أثناء تفاعلها مع الأكسجين طبقة منالأكسيد على سطحها تقوم بدورمخمّل يمنع استمرار التفاعل، ممّا يحميها من التآكل.
يؤكسد الأكسجين المنحل أيوناتالمنغنيز الثنائي في المحاليل إلى المنغنيز بحالات أكسدة أعلى. يعدّ هذا التفاعل الكيميائي أساساختبار فينكلر لتحديد كمّيّة الأكسجين المنحلّ، والذي يعتمد على إضافة فائض من اليود، والذي يقوم عند تحميض الوسط باختزال المنغنيز مرّة أخرى إلى المنغنيز الثنائي، ويتحرّر بذلك اليود الثنائي، والذي تحدّد كمّيّته باستخدامالمعايرة اليوديّة باستخدام أيونثيوكبريتات (ثيوسلفات)، ممّا يعطي بالتالي مؤشّراً على كمّيّة الأكسجين المنحلّة.[69]
الآلي
تستخدمحسّاسات الأكسجين (حسّاس لامدا) من أجل تحديد كمّيّة غاز الأكسجين في الوسط المحيط داخلمحرّكّات البنزين مثلاً وذلك لأعراض بيئيّة. لتحقيق ذلك يمرّرالمزيج الغازي الصادر عنعادم السيارات عبر الحسّاس، والذي يكون على شكل أنبوب يحويالإتريوم المطعّمبالزركونيا والمغلّفبالبلاتين على هيئة قطب إلكتروني. تؤدّي الضغوط الجزئيّة المختلفة للأكسجين إلى حدوث فرق كمون مختلف على الأقطاب الكهربائيّة، ممّا يمكّن من قياس نسبة الأكسجين بنسب تصل إلى بضعةأجزاء في المليون وذلك في مجالات مختلفة من درجات الحرارة تتراوح بين 300 °س إلى 1500 °س.[70][71][72]
يعتمدقطب كلارك على استخدام طرقأمبيريّة لتحديد تركيز الأكسجين المنحلّ.[73] يتكون القطب (المسرى) من مجموعة من أقطاب منالبلاتين ومنالفضّة/كلوريد الفضّة Ag/AgCl الموجودة في وسط منكهرل مفصول بغشاء من التفلون عن العيّنة. يستطيع الأكسجين المنحلالانتشار والنفوذ عبر الغشاء إلى المحلول الكهرلي، وعند ذلك يمكن اختزاله في مجال جهد يتراوح بين −600 إلى -800 ميلي فولت فيالمهبط، بحيث تتناسب كمّيّة الأكسجين المنحلّ مع شدّة التيّار.[72]
يشكّل الأكسجينمركّبات كيميائيّة مع كافّة العناصر الكيميائيّة تقريباً ما عداالغازات النبيلة التالية:الهيليوموالنيونوالآرغون. للأكسجينكهرسلبيّة مرتفعة، لذلك فإنّحالة الأكسدة -2 هي السائدة في أغلب مركّباته على شكلأكاسيد. لا يكون للأكسجين حالة أكسدة موجبة إلّا في المركّبات التي يرتبط فيها الأكسجين مع عنصر أكثر كهرسلبيّة منه، مثلالفلور، والذي يشكّل معه مركّبثنائي فلوريد ثنائي الأكسجين O2F2 (حالة الأكسدة +1)، ومركّبثنائي فلوريد الأكسجين OF2 (حالة الأكسدة +2). بما أنّ استقطاب الشحنة السالبة في المركّبات المذكورة يكون عند ذرّة الفلور، بالتالي فإنّ تلك المركّبات تصنّف ضمنالفلوريدات وليس ضمن الأكاسيد.
بالإضافة إلى مركّبات الأكاسيد، يوجد الأكسجين أيضاً في مركّبات أيونيّة على شكلفوق أكسيد2−O2 (حالة أكسدة −1) وأكسيد فائق−O2 (حالة أكسدة −1/2)وأوزونيد−O3 (حالة أكسدة −1/3)، بالإضافة إلى كاتيونثنائي أكسجينيل+O2.
يشكّل الأكسجين مركّبات الأكاسيد مع معظم العناصر الكيميائيّة تقريباً، وذلك بسببالكهرسلبيّة المرتفعة للعنصر. يعدّالماء H2O أشهر مركّبات الأكسجين الكيميائيّة، وهو من الناحية الكيميائيّة أكسيد للهيدروجين. يرتبط الهيدروجين مع الأكسجين برابطة تساهميّة في جزيء الماء، ولكنّ الشحنة الكهربائيّة السالبة الموجودة على ذرّة الأكسجين من الزوج الإلكتروني الحرّ تؤدّي إلى تشكيلروابط هيدروجينيّة مع جزيئات ماء مجاورة،[77] ممّا يؤدّي إلى ترابط الذرّات واقترابها من بعضها البعض بنسبة تصل إلى 15% من أيّ سائل عادي تترابط ذرّاته بمجردقوى فان دير فالس.[78]
يكون نوع الرابطة الكيميائيّة بين الأكسجين والفلزّات المختلفة في الأكاسيد ذات صفة أيونيّة على الغالب. يتفاعل الأكسجين مع الفلزّاتالقلويّةوالقلويّة الترابيّة ليعطي أكاسيد ذات صفات قاعديّة، مثلأكسيد الصوديوم Na2Oوأكسيد الكالسيوم CaO.
مع ارتفاع رقم الأكسدة يكون لبعض الأكاسيد صفةمذبذبة (أمفوتيريّة، يتفاعل المركّب مع كلّ من الأحماض والقواعد) مثلأكسيد الألومنيوم، في حين أنّ لبعض الأكاسيد صفة حمضيّة واضحة كما هو الحال معأكسيد الكروم السداسي.
يستطيع الأكسجين تشكيل مركّبات عدّة حاوية على الرابطة أكسجين-أكسجين O-O مثل مركّباتفوق الأكاسيدوالأكاسيد الفائقةوالأوزونيد. لفوق الأكاسيد مثلالماء الأكسجيني (فوق أكسيد الهيدروجين) بنية حاوية على الأيون2−O2، ويكون الأكسجين برقم أكسدة مقداره -1. نتيجة الانفصام السهل للرابطة O-O تستطيع مركّبات فوق الأكاسيد تشكيل جذور كيميائيّة بشكل سهل، وهي مركّبات مؤكسدة قويّة وتستخدم كموادقاصرة.
يمكن للأكسجين أن يرتبط مع الكربون إمّا على هيئة رابطة أحاديّة كما هو الحال في مركّباتالإيثر، أو على هيئةرابطة مضاعفة كما هو الحال في مركّباتالكربونيل.
ثنائي إيثيل الإيثر
هناك أصناف عدّة من مركّبات الأكسجين العضويّة وهي تشمل:
الكحولات: وهي مركّبات عضويّة تحوي على مجموعةالهيدروكسيل الوظيفيّة -HO، ويرتبط فيها الكربون مع الأكسجين برابطة أحاديّة. أبسط مركّبات الكحولات وأشهرها هيالميثانول CH3OHوالإيثانول C2H5OH.
الفينولات: وهي مركّبات عضويّة حاوية على مجموعة هيدروكسي على الأقل متّصلةبحلقة عطريّة.
الإيثرات: وهي مركّبات عضويّة تحوي على رابطة -O- المؤلّفة من ذرّة أكسجين مرتبطة برابطة أحاديّة مع ذرتي كربون على طرفيها. أشهر مركّبات الإيثر هوثنائي إيثيل الإيثر C2H5-O-C2H5.
الألدهيدات: وهي مركّبات عضويّة تحوي على المجموعة الوظيفيّة R–CHO، حيث يمثّل R الباقي العضوي، أمّا CHO فتكون على شكل مجموعةكربونيل طرفيّة، يرتبط فيها الكربون الطرفي مع ذرّة هيدروجين. أشهر مركّبات الألدهيد وأبسطها هوفورمالدهيد HCOH.
الكيتونات وهي مركّبات عضويّة حاوية على مجموعة كربونيل وظيفيّة غير طرفيّة R–CO–R، تربط بين باقيين عضويّين في المركّب. يعدّالأسيتون من أمثلة الكيتونات الشهيرة.
يشكّل الأكسجين أكثر من 40% منالكتلة الموليّة لجزيء ATP الحامل للطاقة في بعض الكائنات الحيّة.
الإسترات: وهي مركّبات عضويّة حاوية على مجموعة الإستر الوظيفيّة R–CO–O–R، وهي ناتجة عن تفاعل حمض كربوكسيلي مع كحول، ومن أمثلتهاأسيتات الإيثيل.
بلاماء الحمض (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 المركّباتبلاماء حمض الخليك.
رسم بياني لمراحل تشكّل غاز الأكسجين O2 في الغلاف الجوّي للأرض، يمثّل الخطّ الأحمر القيم التقديريّة العظمى لضغط الأكسحين الجزئي في الغلاف الجوّي، في حين أنّ الأخضر يمثّل القيم التقديريّة الدنيا. المراحل: 1) لا يوجد إنتاج لغاز الأكسجين O2 في الغلاف الجوّي للأرض؛ 2) إنتاج لغاز الأكسجين O2، لكنّ الكمّيّة المنتجة تمتصّ في المحيطات؛ 3) بداية تحرّر كمّيّات من الأكسجين من المحيطات، لكنها تمتصّ من قبل المسطّحات الأرضيّة، بالإضافة إلى بداية تشكّل طبقة الأوزون؛ 4–5) امتلاء خزّانات الأكسجين وبداية تجمّع غاز الأكسجين في الغلاف الجوّي.
لم يكن غاز الأكسجين الحر O2 موجوداً فيالغلاف الجوّي للأرض عند بداية تشكّله، وذلك قبل حوالي 3.5 بليون سنة، أي قبل وجود الحياة البدائية على سطح الأرض مثلالبكتيريا القديمة. ظهر الأكسجين الحرّ بكمّيّات جيّدة أثناءحقبة الطلائع القديمة قبل فترة زمنيّة تتراوح بين 2.7 إلى 2.3 بليون سنة مضت.[79] في البليون سنة الأولى كانت كمّيّات الأكسجين المنتجة من المتعضّيات الحيّة البسيطة تتّحد مع مصهورالحديد في المحيطات من أجل تشكيل حزم من خامات الحديد في طبقات الأرض. بعد انتهاء تلك المرحلةوتشبّع المحيطات، بدأ الأكسجين الحرّ بالانطلاق من تلك الخزّانات لتصل إلى نسبة 10% من القيمة الحاليّة للأكسجين قبل حوالي 1.7 بليون سنة مضت.[79][80]
منذ بداية حقبةالعصر الكامبري منذ 540 مليون سنة مضت، ارتفعت مستويات غاز الأكسجين O2 في الغلاف الجوّي إلى نسب تتراوح بين 15% و 30% حجماً.[81] إلى نهايةالعصر الفحمي قبل حوالي 300 مليون سنة وصلت مستويات O2 في الغلاف الجوّي إلى نسبة أعظميّة تبلغ 35% حجماً،[81] والتي لربما ساهمت في تكوين الأحجام الكبيرة منالحشراتوالبرمائيات في ذلك الوقت.[82]
ساهمت التباينات في نسبة الأكسجين في الغلاف الجوّي في تحديد شكل المناخ في الحقبات والعصور الموافقة. عند تناقص نسبة الأكسجين في الجوّ تقلّ كثافة الغلاف الجوّي، ممّا يرفع من تبخّر مياه المسطّحات المائيّة، فتزداد بالتالي نسبةالهطولات، ممّا يؤدّي إلى الوصول إلى درجات حرارة أكثر دفئاً.[83] حسب المعدّل الحالي من التركيب الضوئي، فإنه يلزم حوالي 2000 سنة لإعادة توليد كافّة كمّيّة غاز الأكسجين O2 في الغلاف الجوّي الحالي.[84]
كان شكل الحياة السائد على الأرض قبل فترة تكون الأكسجين في الغلاف الجوّي هوالكائنات اللاهوائيّة، والتي يمكن أن تكون قدانقرضت كمّيّات كبيرة منها عندما أصبحت نسبة الأكسجين في الغلاف الجوّي مرتفعة. على سبيل المثال، إنّ الأكسجين سامّ بالنسبةللبكتيريا اللاهوائيّة الإجباريّة، والتي كانت هي الشكل السائد على الأرض إلى أن بدأ الأكسجين في التجمّع في الغلاف الجوّي للأرض قبل حوالي 2.5 بليون سنة خلال عمليّةالأكسجة العظيمة، أي بعد حوالي بليون سنة من ظهور تلك المتعضيّات.[85][86] يتيحالتنفّس الخلوي باستخدام الأكسجين O2 إنتاج كمّيّات أكبر من الجزيئات الحاملة للطاقة مثل ATP بالمقارنة معالتنفّس اللاهوائي.[87] يحدث التنفّس الخلوي للأكسجين في جميعحقيقيّات النوى بما فيها المتعضيّات المعقّدة من نباتات وحيوانات وصولاً للإنسان.
ينتج الأكسجين الحر في الطبيعة على شكله الجزيئي O2 من عمليّةالتركيب الضوئي والتي تتضمّن عمليّةتفكّك ضوئي لجزيئاتالماء. تشير بعض التقديرات إلى أنّ حوالي 70% من الأكسجين الحرّ الموجود في الأرض ينتج منالأشنيّات الخضراءوالزراقم الموجودة في البيئة البحريّة، في حين أنّ الباقي هو من النباتات الموجودة على اليابسة،[88] في حين أنّ تقديرات أخرى تشير إلى أنّ المحيطات تساهم بحوالي 45% من الأكسجين الجوّي سنويّاً.[89]
يمكن تمثيل عمليّة التركيب الضوئي بالصيغة العامّة التاليّة:[90]
تحدث عملية التركيب الضوئي فيالبلاستيدات الخضراء في النباتات، وتتطلّب لحدوثها طاقة أربع فوتونات، وتتمّ العمليّة في عدّة خطوات، والتي تكون نتيجتها تشكيلبروتون عبر الأغشية الخلويّة لاصطناعثلاثي فوسفات الأدينوسين (ATP) عن طريقالفسفرة الضوئيّة.[91] يتحرر جزيء O2 المتبقي بعد أكسدة جزيء الماء وينطلق إلى الهواء المحيط.
إنّ الأكسجين الجزيئي O2 ضروري من أجلالتنفّس الخلوي في كافّةالكائنات الهوائيّة. يستخدم الأكسجين داخل الجسم الحيّ فيالمتقّدرات الخلويّة لإنتاج جزيئات ATP خلالالفسفرة التأكسديّة بعمليّة معاكسة للتركيب الضوئي، حيث يستخدم الأكسجين في تفاعل حرق السكر لإنتاج الطاقة. إنّ تفاعل إدخال الأكسجين في تركيب منتجاتالاستقلاب يتمّ عادّة بوساطةإنزيميّة من إنزيماتأكسجيناز وذلك أثناءتقويض الغذاء داخل جسم الإنسان.
تُعدّأنواع الأكسجين التفاعلية (ROS)أنواعاً كيميائية حاوية على ذرة أكسجين وإلكترونات غير مزدوجة، وتشملالجذور الحرة مثلفوق الأكاسيد (سوبرأكسيد)والهيدروكسيل وأشباهها. تتكوّن طبيعيًا بكميات صغيرة خلال عمليات خلوية مثل التنفس الهوائي والالتهاب، وتلعب دورًا مهمًا في الإشارات الخلوية، التمايز، والشيخوخة، كما تساهم في انقباض العضلات وتنظيم توتر الأوعية والنشاط المضاد للميكروبات.
يؤدي التعرّض المفرط للأشعة فوق البنفسجية، والضغط المستمر، والتمارين الشديدة، وسوء التغذية، إلى زيادة إنتاج أنواع فوق الأكاسيد. وفي الوضع الطبيعي، يُوازن الجسم بين إنتاجها وإزالتها، لكن اختلال هذا التوازن يسببالإجهاد التأكسدي الذي يؤدي إلى تلف بروتينات ودهون ومواد وراثية، ويسهم في تطور أمراض عديدة، خصوصًا التي تصيب الجهازين الدوري والتنفسي والجهاز العصبي.[96]
كمّيّة الأكسجين الجزيئي المنحلّ في مياه البحر، وهي متعلّقة بدرجة الحرارة.
ينحلّ الأكسجين الجزيئي O2 في مياه المحيطات، وتزداد تلك الانحلاليّة بانخفاض درجة الحرارة، ولهذه الخاصيّة أهمّيّة حيويّة على الحياة الحيوانيّة في المحيطات، وخاصّة بالقرب من المناطق القطبيّة، والتي تقدّم دعماً للكثير من الكائنات الحيّة التي يتكاثر نموّها كنتيجة لارتفاع محتوى الأكسجين.[97]
إنالماء الملوّث بالمغذّيات النباتيّة مثلالنترات أوالفوسفات يمكن أن يعزّز من نموّ الطحالب في عمليّة تدعى باسمالتتريف، والتي تكون نتائجها سلبيّة، إذ أن تحلّل هذه المتعضيّات والمواد الحيويّة الأخرى يمكن أن يخفّض من كمّيّة الأكسجين المنحلّ في الأجسام المائية الحادثة فيها تلك الظاهرة. يمكن التحقّق من جودة المياه وفق هذا المنظور ياستخدام تحليلالاحتياج الأكسجيني الحيوي، أو من كمّيّة الأكسجين الجزيئي اللازمة لإعادته إلى التراكيز الطبيعيّة.[98]
بما أنّ الأكسجين هو أساس عملية التنفّس الخلوي عند الإنسان، لذلك فإنّ استخدام الأكسجين في التطبيقات الطبّيّة أمر بالغ الأهميّة. يعدّالعلاج بالأكسجين أحد الوسائل المستخدمة لعلاج عدد من الأمراض الرئويّة مثلداء الانسداد الرئوي المزمنوذات الرئة، ولبعض أمراض القلب، ولأيّ مرض يتطلّب وجود حاجة لأخذ الأكسجين الغازي من أجل تجنّب حدوث حالةنقص التأكسج.[99][100]
يستخدمالتطبيب بالضغط العالي حجرات خاصة تدعى باسمحجرة الضغط العالي، والتي تقوم بتزويد ضغوط جزئية مرتفعة من غاز الأكسجين O2 يوضع فيها المريض المحتاج للعلاج، وأحياناًالطاقم الطبي عند اللزوم.[103] يستخدم هذا الأسلوب لعلاج حالات مرضيّة مثلالتسمّم بأحادي أكسيد الكربونوالغنغرينا الغازيّة (أو الموات الغازي)ومرض تخفيف الضغط.[104] في حالة التسمّم بأحادي أكسيد الكربون مثلاً، يفيد رفع تراكيز غاز الأكسجين O2 في الرئتين بإزاحةأحادي أكسيد الكربون من مجموعةالهيم فيالهيموغلوبين.[105][106] أمّا في حالة الغنغرينا الغازيّة، يكون غاز الأكسجين سامّاًللبكتريا اللاهوائيّة المسبّبة للمرض، بالتالي فإنّ زيادة الضغط الجزئي للأكسجين يساعد في التخلّص منها.[107][108] من جهة أخرى، فإنّ زيادة تراكيز الأكسجين في دمّ المصابين بمرض تخفيف الضغط يعدّ جزءاً من علاج ذلك المرض، والذي يحدث للغوّاصين الذين لا يقومون بخفض تدريجي للضغط، ممّا يؤدي إلى تشكّل فقاعات من غازات خاملة من النتروجين والهيليوم داخل الدمّ، ممّا يؤثّر على انحلاليّة الأكسجين في الدمّ.[99][109][110]
يتطلّب العلاج بالأكسجين وجود تجهيزات ومصادر تزوّد بالأكسجين، وعادة ما يتمّ الأمر بشكل أسطوانات من غاز الأكسجين على هيئةخيمة أكسجين، والتي استبدلت في الوقت الحالي في المستشفيات ومراكز العلاجبأقنعة الأكسجين، والتي يمكن أن توضع على هيئة كمّامة أو قنوات أنفية موصولةبجهاز التنفّس الاصطناعي.[111] قد تتطلّب بعض الحالات إدخال الأكسجين عبر أنبوب تنفسي يدخل إلىالرغامى عبر شقّ في مقدّمة العنق.[100]
التزويد بضغط منخفض من غاز الأكسجين النقي أحد أهمّ مكوّناتبذلة الفضاء.
إنّ الأهميّة الحيويّة للأكسجين تجعله من المكوّنات الهامّة لأجهزة دعم الحياة في التطبيقات التي يدخل فيها الأكسجين على شكلغاز التنفس وذلك في مجالات عدّة.
يحتاج روّاد الفضاء إلى غاز الأكسجين في رحلاتهم، ويتمّ التزويد بالأكسجين فيبذلات الفضاء على شكل غاز يحيط جسمهم بالهواء المضغوط، والذي يكون فيه ضغط الأكسجين مخفّفاً بحوالي ثلث قيمة الضغط النظامي، وذلك بشكل يضمن وجود ضغط جزئي طبيعي من غاز الأكسجين O2 في مجرى الدمّ لديهم.[112][113]
يعتمدالغوّاصون وطاقمالغوّاصات على التزوّد بالأكسجين المولّد صناعياً من أجل تأمين غاز للتنفّس، والذي يكون غالباً على شكل مزيج من الأكسجين والهواء تحت الضغط النظامي. يستخدم الأكسجين النقي أو القريب من النقاوة الكاملة فيالغوص من أجل تسريع عمليةتخفيف الضغط في الأعماق الضحلة عند نهايةالغوص الاحترافي أوالغوص التقني، وهو آمن للاستخدام لأعماق تصل إلى 6 أمتار (العمق الأعظمي للاستخدام بالشكل النقي) وذلك من أجل حالات تخفيف الضغط أو لإسعاف المصابين من الغوّاصين في حالات الطوارئ عند تلك الأعماق.[114][115] يلزم تمديد غاز الأكسجين بغازات خاملة مثل النتروجين والهيليوم من أجل الغوص لأعماق أكبر، وذلك لتجنّب حدوثالتسمّم بالأكسجين.[114]
تزوّد طائرات الرحلات باحتياطي من غاز الأكسجين O2، والذي يؤمّن تلقائيّاً في حال حدوث انخفاض في ضغط الحجرة. يؤدّي الانخفاض المفاجئ في الضغط إلى تفعيل أجهزةتوليد الأكسجين فوق كل مقعد، حيث تنسدلأقنعة الأكسجين من الأعلى. عند سحب الأشرطة التي تسمح بتدفّق الأكسجين، يتحرّر مسحوق من الحديد إلى محلول منكلورات الصوديوم داخل عبوة موجودة في القناع، بحيث يسمح التفاعل الكيميائي الناشر للحرارةبتوليد الأكسجين.[98]
معظم غاز الأكسجين O2 المنتج تجارياً يستخدم من أجل صهر خامة الحديد وإنتاجالفولاذ.
يستخدم حوالي 55% من غاز الأكسجين O2 المنتج تجارياً من أجلصهرخام الحديد إلىفولاذ.[98] يحقن غاز الأكسجين عبر ماسورة ضغط مرتفع إلى مصهور الحديد من أجل إزالة شوائبالكبريت والفائض منالكربون، وذلك على شكل الأكاسيد الموافقة SO2 و CO2 على الترتيب. إنّ تفاعلات الأكسدة تلكناشرة للحرارة، لذلك تزداد درجات الحرارة إلى 1700 °س.[98]
أمّا 20% المتبقيّة من الأكسجين المنتح تجارياً فهي تستهلك في مجالات عدّة منها التطبيقات الطبّيّة، وكمادّةمؤكسدة فيوقود الصواريخ، بالإضافة إلى استخدامه في مجالمعالجة المياه.[98] يستخدم الأكسجين أيضاً في مجالاللحام بالغاز، حيث يؤدّي إحراق غازالأسيتيلين بالأكسجين إلى إصدار لهب مرتفع درجة الحرارة، يسهم في عملية قطع التركيبات المعدنيّة عند تمرير كمّيّات كبيرة من غاز الأكسجين.[116]
منذ منتصف تسعينات القرن العشرين انتشر في اليابان والولايات المتّحدة الأمريكيّة حانات تزوّد روادها بكميات إضافية من الأكسجين بغرض الاستجمام مقابل أجر معين.[117] كما درج استنشاق كميات إضافية من الأكسجين عند الرياضيين في بعض الرياضات مثلكرة القدم الأمريكيّة بهدف تعزيز الأداء. إن الأثر الفيزيولوجي لمثل هذه الأمور محل شك، حيث يعتقد في أغلب الأحيان أنّ ذلك الأمر يعود إلى تأثيرالبلاسيبو (الغفل).[117]
إنمعيار الرابطة الوطنية للوقاية من الحرائق رقم 704 يقوم بتقييم غاز الأكسجين المضغوط كغير خطر على الصحة وغير قابل للاشتعال وغير متفاعل ولكن مؤكسٍد. تم إعطاء الأكسجين السائل المجمد (LOX) تصنيف خطر على الصحة تقييم 3 (وذلك لأنه يزيد خطر فرط التأكسج بتفاعله والتي مصدرها من الأبخرة الكثيفة، وأيضاً من أجل الخطر الشائع للسوائل المبردة مثل الإصابةبقضمة الصقيع)، وجميع التقييمات الأخرى هي متماثلة كنموذج الغاز المضغوط.
يمكن أن يكون غاز الأكسجين O2سامّاً عندضغوط جزئيّة مرتفعة، الأمر الذي قد يؤدّي إلى حدوثاختلاجات ومشاكل صحّيّة أخرى.[114][119] تبدأ ظاهرة التسمّم بالأكسجين بالظهور عند ضغوط جزئيّة أعلى من 50 كيلوباسكال، والتي تعادل نسبة من الأكسجين مقدارها 50% في الشروط العاديّة، أي حوالي 2.5 مرة من القيمة الطبيعيّة عندمستوى سطح البحر. لذلك فإنّ نسبة الأكسجين في تطبيقات غاز التنفس بالنسبة للمستشفيات أو بذلات الفضاء عادةً ما تكون حوالي 30 كيلوباسكال.[6]
أمّا بالنسبة للغوص، فإنّ احتماليّة وقوع حالات تسمّم بالأكسجين تكون مرتفعة، إذ أنّ التنفّس المطوّل لمزيج من الهواء يحوي على ضغط جزئي من الأكسجين يتجاوز 60 كيلوباسكال يمكن أن يؤدّي إلى حدوثتليّف رئوي.[120] إنّ التعرّض إلى ضغوط جزئيّة من الأكسجين تتجاوز 160 كيلوباسكال (حوالي 1.6جو) يمكن أن يؤدّي إلى اختلاجات مميتة. يمكن أن تحدث حالة حادّة من التسمّم بالأكسجين عند الغوّاصين في حال تنفّس مزيج من الهواء الطبيعي (نسبة الأكسجين 21% عند أعماق تصل إلى 66 م أو أكثر، ويمكن أن يحدث الأمر نفسه عند تنفّس الأكسجين النقي 100% عند عمق 6 أمتار أو أكثر.[120][121][122][123]
الجزء الداخلي من جهاز تحكّم في أحد أقسام مركبةأبولو 1 وقد بدت عليه آثار التفحّم جرّاء انفجار سبّبه وجود الأكسجين بضغوط مرتفعة.[124]
إنّ وجود الأكسجين بتراكيز مرتفعة قد يكون سبباً لحدوث مخاطر الانفجار.[125] يعود هذا الأمر ليس إلى الأكسجين نفسه، فهو غير قابل للاشتعال، إنّما للطبيعة المؤكسدة لهذا الغاز، بحيث أنّ وجوده بالقرب من وقودقابل للاشتعال يمكن أن يؤدّي إلى حدوث انفجارات عند وجود شرارة أو مصدر حراري.[125] ينطبق هذا الأمر نفسه على المواد المؤكسدة ذات المحتوى العالي من الأكسجين مثلفوق الأكاسيدوالكلوراتوفوق الكلورات (البيركلورات)والنتراتوثنائي الكرومات، لأنّها قادرة على تحرير الأكسجين.
يجب توخّي الحذر والالتزام بشروط السلامة عند نقل وتخزينالأكسجين السائل، وذلك من أجل التقليل من مخاطر الانفجار.[125] بالإضافة إلى ذلك، فإنّ انسكاب الأكسجين السائل وامتصاصه من مواد عضويّة مثل الخشب أو الأسفلت يمكن أن يسبّب حدوثانفجار صاعق لتلك المواد بشكل غير متوقّع عند تعرّضها لصدمات ميكانيكيّة متتاليّة.[125] كما هو الحال مع باقي السوائل ذاتالتبريد العميق، فإنّ هناك مخاطر حدوثعضّة برد للجلد أو العينين.
Raven، Peter H.؛ Evert، Ray F.؛ Eichhorn، Susan E. (2005).Biology of Plants (ط. السابعة). New York: W.H. Freeman and Company Publishers. ص. 115–27.ISBN:0-7167-1007-2. مؤرشف منالأصل في 2022-12-10.{{استشهاد بكتاب}}: صيانة الاستشهاد: التاريخ والسنة (link)
^Joseph Priestley: „An Account of Further Discoveries in Air. By the Rev. Joseph Priestley, LL.D. F. R. S. in Letters to Sir John Pringle, Bart. P. R. S. and the Rev. Dr. Price, F. R. S.“, in:Phil. Trans., January 1, 1775,65, S. 384–394;دُوِي:10.1098/rstl.1775.0039
^ابجParks، G. D.؛ Mellor، J. W. (1939).Mellor's Modern Inorganic Chemistry (ط. 6th). London: Longmans, Green and Co.
^ابDaintith، John (1994).Biographical Encyclopedia of Scientists. CRC Press. ص. 707.ISBN:0-7503-0287-9.
^ابHow Products are Made contributors (2002). "Oxygen".How Products are Made. The Gale Group, Inc. مؤرشف منالأصل في 2019-04-03. اطلع عليه بتاريخ2007-12-16.{{استشهاد بكتاب}}:|مؤلف= باسم عام (مساعدة)
^Kippenhahn, Weigert:Stellar Structure and Evolution, 1. Auflage, Springer, Berlin 1991,ISBN 3-540-58013-1.
^Claude Allègre, Gérard Manhès, Éric Lewin:Chemical composition of the Earth and the volatility control on planetary genetics. In:Earth and Planetary Science Letters, 2001, 185 (1–2), S. 49–69;دُوِي:10.1016/S0012-821X(00)00359-9.
^اب"Oxygen". Los Alamos National Laboratory. مؤرشف منالأصل في 2007-10-26. اطلع عليه بتاريخ2007-12-16.
^ابجدهوزA. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 102. Auflage. de Gruyter, Berlin 2007, (ردمك978-3-11-017770-1), S. 497–540
^ابLide، David R. (2003). "Section 4, Properties of the Elements and Inorganic Compounds; Melting, boiling, and critical temperatures of the elements".CRC Handbook of Chemistry and Physics (ط. 84th). Boca Raton, Florida: CRC Press.ISBN:0-8493-0595-0.
^Krupenie، Paul H. (1972). "The Spectrum of Molecular Oxygen".Journal of Physical and Chemical Reference Data. ج. 1 ع. 2: 423.DOI:10.1063/1.3253101.ISSN:0047-2689.
^Desgreniers، S؛ Vohra، Y. K.؛ Ruoff، A. L. (1990). "Optical response of very high density solid oxygen to 132 GPa".J. Phys. Chem. ج. 94 ع. 3: 1117–22.DOI:10.1021/j100366a020.
^Shimizu، K.؛ Suhara، K.؛ Ikumo، M.؛ Eremets، M. I.؛ وآخرون (1998). "Superconductivity in oxygen".Nature. ج. 393 ع. 6687: 767–69.Bibcode:1998Natur.393..767S.DOI:10.1038/31656.
^ابJack Barrett, 2002, "Atomic Structure and Periodicity, (Basic concepts in chemistry, Vol. 9 of Tutorial chemistry texts), Cambridge, U.K.:Royal Society of Chemistry, p. 153,ISBN 0-85404-657-7, see[1] accessed January 31, 2015.نسخة محفوظة 2020-05-30 على موقعواي باك مشين.
^Keisuke Hasegawa:Direct measurements of absolute concentration and lifetime of singlet oxygen in the gas phase by electron paramagnetic resonance. In:Chemical Physics Letters, 2008, 457 (4–6), S. 312–314;دُوِي:10.1016/j.cplett.2008.04.031.
^N.V. Shinkarenko, V.B. Aleskovskiji: „Singlet Oxygen: Methods of Preparation and Detection“, in:Russian Chemical Reviews, 1981, 50, S. 320–231;دُوِي:10.1070/RC1981v050n03ABEH002587.
^Krieger-Liszkay، Anja (13 أكتوبر 2004). "Singlet oxygen production in photosynthesis".Journal of Experimental Botanics. Oxford Journals. ج. 56 ع. 411: 337–46.DOI:10.1093/jxb/erh237.PMID:15310815.
^Crabtree، R. (2001).The Organometallic Chemistry of the Transition Metals (ط. 3rd). John Wiley & Sons. ص. 152.ISBN:978-0-471-18423-2.
^L.G. Anderson, C. Haraldsson, R. Lindgren: „Gran linearization of potentiometric Winkler titration“, in:Marine Chemistry, 1992, 37 (3–4), S. 179–190;دُوِي:10.1016/0304-4203(92)90077-N.
^J. Riegel, H. Neumann, H.-M. Wiedenmann: „Exhaust gas sensors for automotive emission control“, in:Solid State Ionics, 2002 152/153, S. 783–800;دُوِي:10.1016/S0167-2738(02)00329-6.
^G. Eranna, B. C. Joshi, D. P. Runthala, R. P. Gupta: „Oxide Materials for Development of Integrated Gas Sensors – A Comprehensive Review“, in:Crit. Rev. Solid State Mat. Sci., 2004, 29, S. 111–188;دُوِي:10.1080/10408430490888977.
^ابE. Gnaiger, H. Forstner:Polarographic Oxygen Sensors, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York 1983.
^J. R. Stetter, J. Li: „Amperometric Gas Sensors – A Review“. In:Chemical Reviews, 2008, 108 (2), S. 352–366;دُوِي:10.1021/cr0681039.
^C. McDonagh, C. S. Burke, B. D. MacCraith: „Optical Chemical Sensors“. In:Chemical Reviews, 2008, 108 (2), S. 400–422;دُوِي:10.1021/cr068102g.
^Y. Amao: „Probes and Polymers for Optical Sensing of Oxygen“, in:Microchimica Acta, 2003 143, S. 1–12;دُوِي:10.1007/s00604-003-0037-x.
^P. Lehner, C. Staudinger, S. M. Borisov, I. Klimant: „Ultra-sensitive optical oxygen sensors for characterization of nearly anoxic systems“, in:Nature Communications, 2014 5, 4460;دُوِي:10.1038/ncomms5460.
^ابCrowe، S. A.؛ Døssing، L. N.؛ Beukes، N. J.؛ Bau، M.؛ Kruger، S. J.؛ Frei، R.؛ Canfield، D. E. (2013). "Atmospheric oxygenation three billion years ago".Nature. ج. 501 ع. 7468: 535–538.DOI:10.1038/nature12426.PMID:24067713.
^Campbell، Neil A.؛ Reece، Jane B. (2005).Biology (ط. 7th). San Francisco: Pearson – Benjamin Cummings. ص. 522–23.ISBN:0-8053-7171-0.
^From The Chemistry and Fertility of Sea Waters by H.W. Harvey, 1955, citing C.J.J. Fox, "On the coefficients of absorption of atmospheric gases in sea water", Publ. Circ. Cons. Explor. Mer, no. 41, 1907. Harvey notes that according to later articles inNature, the values appear to be about 3% too high.
^ابج"المعالجةُ بالأكسجين". موسوعة الملك عبد الله بن عبد العزيز العربية للمحتوى الصحي. 17.02.2014. مؤرشف منالأصل في 4 مايو 2015. اطلع عليه بتاريخ 6 أغسطس 2015.{{استشهاد ويب}}:تحقق من التاريخ في:|تاريخ= (مساعدة)
^F. J. Andrews, J. P. Nolan: „Critical care in the emergency department: monitoring the critically ill patient“, in:Emerg Med J, 2006, 23, S. 561–564;ببمد: 16794104.
^Webb JT؛ Olson RM؛ Krutz RW؛ Dixon G؛ Barnicott PT (1989). "Human tolerance to 100% oxygen at 9.5 psia during five daily simulated 8-hour EVA exposures".Aviat Space Environ Med. ج. 60 ع. 5: 415–21.DOI:10.4271/881071.PMID:2730484.
^Chiles، James R. (2001).Inviting Disaster: Lessons from the edge of Technology: An inside look at catastrophes and why they happen. New York: HarperCollins Publishers Inc.ISBN:0-06-662082-1.
^ابجدWerley، Barry L.، المحرر (1991).ASTM Technical Professional training.Fire Hazards in Oxygen Systems. Philadelphia: ASTM International Subcommittee G-4.05.
