Mange større klasser aforganiske molekyler i levende organismer indeholder oxygen - heriblandtproteiner,nukleinsyrer (såsom deoxyribonukleinsyre, ofte forkortet "DNA"),kulhydrater ogfedtstoffer, og det samme gør de storeuorganiske forbindelser i dyrs skjolde, tænder og knogler. Det meste af levende organismers masse er ilt som en komponent ivand, der er den største bestanddel i livsformer. Ilt bruges tilaerob respiration og udledes vedfotosyntese, som bruger sollys til at producere ilt fra vand og kuldioxid. Ilt er for kemisk reaktivt til at kunne forblive et frit element i luften, hvis ikke det konstant genopbygges ved levende organismers fotosyntese. En anden iltallotrop,ozon (O3), absorbererultraviolet B-stråling meget kraftigt, og Jordens højtliggendeozonlag hjælper dermed til at beskyttebiosfæren fra ultraviolet stråling. Tættere på jordoverfladen er ozon dog et forurenende stof og et biprodukt afsmog. Vedlavt jordkredsløbshøjde eksisterer der nok atomisk ilt til at kunne forårsagekorrosion på rumskibe.[7]
Ilt blev opdaget uafhængigt afCarl Wilhelm Scheele iUppsala i 1773 eller tidligere, ogJoseph Priestley iWiltshire i 1774, men Priestley tilskrives oftest opdagelsen da hans værk blev udgivet først. Ilts kemiske navn,oxygen (egentligoxygenium), blev dannet i 1777 afAntoine Lavoisier,[8] hvis eksperimenter med ilt var med til at modbevise den ellers meget populæreflogiston-teori omforbrænding ogkorrosion. Navnet stammer fra degræskeordrødder ὀξύςoxys, "syre", bogstaveligt "skarp", som henvisning tilsyrers sure smag og -γενής-genes, "skaber", fordi man på navngivningens tid fejlagtigt troede at alle syrer krævede ilt i deres sammensætning. Det dansketrivialnavn for oxygenmolekyletO2, "ilt", blev dannet af den danske fysikerHans Christian Ørsted i 1814, og er afledt af ordet "ild", som ilt er en central bestanddel af.[9] Tidligere blev grundstoffet også benævntsurstof, hvilket var en direkte oversættelse af det tyske navn "Sauerstoff" - der selv var en oversættelse af det oprindelige latinske navn.[10]
Philons eksperiment inspirerede senere undersøgere
Et af de første kendte eksperimenter med forholdet mellemforbrænding og luft blev udført i det 2. århundrede f.Kr. af dengræske ingeniør ogmekanikforfatter,Philon af Byzans. I hans værkPneumatica observerede Philon at det at vende en beholder ned over et brændende lys, og omgive beholderens hals med vand, vil få noget af vandet til at stige op i beholderhalsen.[11] Philon konkluderede dog forkert at dele af luften i beholderen blev konverteret til detklassiske elementild og dermed blev i stand til at undslippe gennem glassets porer. Mange århundreder senere byggedeLeonardo da Vinci videre på Philons arbejde ved at observere at en del luft forbruges under forbrænding ogrespiration.[12]
I det sene 17.århundrede bevisteRobert Boyle at luft er nødvendigt for forbrænding. Den engelske kemikerJohn Mayow (1641–1679) raffinerede dette arbejde ved at vise at ild kun kræver en del af luft som han kaldtespiritus nitroaereus eller blotnitroaereus.[13] I et eksperiment fandt han at ved at placere enten en mus eller et tændt lys i en aflukket beholder over vand kunne han få vandet til at stige og udskifte en fjortendedel af luftens rumfang før testsubjekterne blev udslukket.[14] Fra dette konkluderede han at nitroaereus både forbruges vedrespiration og forbrænding.
Mayow observerede atantimon steg i vægt når det blev opvarmet, og udledte heraf at nitroaereus måtte have samlet sig med det.[13] Han mente også at lungerne måtte adskille nitroaereus fra luft, og sende det ind i blodet, og at dyrets varme og muskelbevægelser kommer fra nitroaereus' reaktion med forskellige stoffer i kroppen.[13] Disse og andre eksperimenter og idéer blev udgivet i 1668 i værketTractatus duo i skriftet "De respiratione".[14]
Stahl bidrog til at udvikle og popularisere flogiston-teorien
Robert Hooke,Ole Borch,Mikhail Lomonosov ogPierre Bayen foretog alle oxygeneksperimenter i det 17. og dele af det 18. århundrede, men ingen af dem anerkendte det som etgrundstof.[15] Dette kan delvist skyldes den fremtrædende teori om forbrænding ogkorrosion, der blev kaldt "flogiston-teorien", som dengang var den foretrukne forklaring på disse processer.
Flogiston-teorien blev etableret i 1667 af den tyske alkymistJ. J. Becher, og modificeret af kemikerenGeorg Ernst Stahl i 1731.[16] Den anførte at alle brændbare materialer består af to dele: en del, kaldet flogiston, bliver afgivet når substansen, der indeholder den, bliver brændt af, mens den deflogisticerede del mentes at være dens sande form.[12]
Stærkt brændbare materialer, der kun efterlader meget fårester, såsom træ eller kul, mentes hovedsageligt at bestå af flogiston; ikke-brændbare materialer, der korroderer, såsom jern, indeholdt derimod meget lidt. Luft spillede ikke nogen rolle i flogiston-teorien, og der blev heller ikke udført nogle kvantitative eksperimenter til at teste for en sammenhæng; i stedet var den baseret på hvad der kan observeres når noget bliver brændt af: at de fleste almindelige objekter bliver lettere og lader til at 'miste' noget i processen.[12] Det faktum at en substans som træ overordnet set stiger i vægt under afbrænding blev skjult af opdriften af de gasformige forbrændingsprodukter. Et af de første tegn på at flogiston-teorien var forkert var netop at metaller stiger i vægt når de ruster (når de ellers angiveligt skulle miste flogiston).
Carl Wilhelm Scheele opdagede oxygen før Priestley, men udgav først sin opdagelse efter ham
Oxygen blev for første gang opdaget af den svenske lægeCarl Wilhelm Scheele. Omkring 1772 havde han produceret oxygen i gasform (dvs. ilt) ved at ophede merkurioxid og diversenitrater.[4][12] Scheele kaldte gassen for "ildluft", da det var den eneste kendte faktor der understøttede forbrænding, og skrev om opdagelsen i et skrift han kaldteChemische Abhandlung über Luft und Feuer, som han sendte til sin udgiver i 1775. Dokumentet blev først udgivet i 1777.[17] Nogle år senere i 1783, opdager Joseph det også.
I mellemtiden, nærmere bestemt 1. august 1774, udførte den britiske gejstligeJoseph Priestley et eksperiment, hvor han fokuserede sollys påkviksølvoxid (HgO) i et glasrør, hvilket frigav en gas som han navngav "deflogisticeret luft".[4] Han bemærkede at lys brændte lysere i gassen og at en mus var mere aktiv og levede længere når den indåndede den. Efter selv at have indåndet gassen skrev han: "Følelsen af den var for mine lunger ikke sanseligt anderledes end almindelig luft, men jeg syntes at mit bryst føltes særdeles let og nemt i noget tid efter."[15] Priestley udgav sine fund i 1775 i et dokument kaldet "An Account of Further Discoveries in Air", som blev inkluderet i det andet bind af hans bogExperiments and Observations on Different Kinds of Air.[12][18] Priestley tilskrives normalt opdagelsen af oxygen idet han var den første til at udgive sine opdagelser.
Den franske kemikerAntoine Laurent Lavoisier påstod senere at han havde opdaget det nye stof uafhængigt. Priestley besøgte Lavoisier i oktober 1774 og fortalte ham om sit eksperiment og hvordan han frigjorde den nye gas. Scheele skrev også Lavoisier et brev 30. september 1774, hvori han beskrev som opdagelse af det tidligere ukendte stof, men Lavoisier erkendte aldrig at have modtaget det (et kopi af brevet blev fundet blandt Scheeles ejendele efter hans død).[17]
Antoine Lavoisier foretog de første passende kvantitative eksperimenter ioxidering, og var den første til korrekt at forklare hvordan forbrænding foregår (skønt dette var bestridt på hans tid).[4] Han brugte disse og lignende eksperimenter, alle påbegyndt i 1774, til at miskreditere flogiston-teorien og bevise at det stof, der blev opdaget af Priestley og Scheele, var etgrundstof.
I et eksperiment observerede Lavoisier, at der ikke skete nogen overordnet vægtstigning nårtin og luft blev ophedet i en lukket beholder.[4] Han bemærkede, at luft sev ind når han åbnede beholderen, hvilket indikerede, at en del af det indelukkede luft var blevet opbrugt. Han bemærkede også, at tinnet var steget i vægt og, at denne stigning var den samme som vægten på den luft der sev tilbage i beholderen. Dette, samt andre forbrændingseksperimenter, blev dokumenteret i hans bogSur la combustion en général (Om forbrænding generelt), som blev udgivet i 1777.[4] I den beviste han, at luft er en blanding af to gasser; 'vital luft', som er essentielt for forbrænding og respiration, ogazot (græskἄζωτον "livløs"), som ikke understøttede nogen af delene.Azot blev senere til "nitrogen", skønt det har beholdt det gamle navn påfransk og flere andre europæiske sprog.[4] Det dansketrivialnavn, "kvælstof", er en oversættelse af dettyske "Stickstoff", der henviser til stoffets evne til at "kvæle", eller slukke ild.[19]
Lavoisier omdøbte 'vital luft' tiloxygène i 1777 fra dengræske rodὀξύς (oxys) (syre, bogstaveligt "skarp", fra smagen af syre) og-γενής (-genēs) (skaber), da han fejlagtigt troede at oxygen var en nødvendig bestanddel i alle former for syre.[8] Andre kemikere (såsom SirHumphry Davy i 1812) har senere bevist at Lavoisier tog fejl på dette punkt (grundlaget for syrekemi er hydrogen - ikke oxygen), men på det tidspunkt var navnet allerede udbredt.
Det dansketrivialnavn for oxygens normale molekylære form (O2), "ilt", blev første gang brugt af den danske fysikerHans Christian Ørsted i 1814, og er afledt af ordet "ild", som ilt er nødvendigt for at skabe.[9] I daglig tale bruges oxygen og ilt generelt om det samme, men den korrektenomenklatur er at anvende "oxygen" omgrundstoffet (O), og "ilt" om den almindeligemolekyleform (O2), hvis egentlige kemiske betegnelse er '"dioxygen".[a]
John Daltons oprindeligeatomiske hypotese gik ud fra, at alle grundstoffer var monatomiske, og at atomerne i forbindelser normalt ville have de simpleste atomforhold overfor hinanden. For eksempel formodede Dalton, at den kemiske formel for vand var HO, og han gav oxygen enatommasse 8 gange større end brints, i stedet for den moderne værdi på 16.[20] I 1805 visteJoseph Louis Gay-Lussac ogAlexander von Humboldt at vand dannes af to mængder af hydrogen og en mængde oxygen; og i 1811 varAmedeo Avogadro nået frem til den korrekte fortolkning af vands sammensætning (baseret på det, der nu kaldesAvogadros lov), samt de diatomiske grundstofmolekyler i disse gasser.[21][b]
Ved det sene 19. århundrede indså videnskabsfolk at luft kan gøres flydende, og at dets komponenter kan isoleres ved at komprimere og nedkøle det. Ved brug af enkaskademetode kunne den schweiziske kemiker og fysikerRaoul Pierre Pictet få ensvovldioxidvæske til atfordampe, for at kunne væskegørekuldioxid, som så til gengæld blev fordampet for at køle ilt nok til at væskegøre det. Han sendte 22. december 1877 et telegram tilAcadémie des sciences i Paris, hvor han bekendtgjorde sin opdagelse afflydende oxygen.[22] Blot to dage senere offentliggjorde den franske fysikerLouis Paul Cailletet sin egen metode til at væskegøre oxygen.[22] I begge tilfælde blev der kun produceret nogle få dråber af væsken, og der kunne ikke udføres nogen meningsfuld analyse. Oxygen blev for første gang væskegjort i stabil form 29. marts 1883 af de polske forskereZygmunt Wróblewski ogKarol Olszewski fraUniversitet Jagielloński.[23]
I 1891 var den skotske kemikerJames Dewar i stand til at producere nok oxygen i væskeform, til at kunne studere det i dybden.[24] Den første kommercielt farbare proces til at producere oxygen i væskeform blev uafhængigt udviklet i 1895 af den tyske ingeniørCarl von Linde, og den britiske ingeniør William Hampson. Begge mænd sænkede luftens temperatur indtil den blev væskeformet, ogdestillerede de indgående gasser ved at koge dem væk en efter en og indfange dem.[25] Senere, i 1901, blev oxyacetylen-svejsning demonstreret for første gang, da man afbrændte en blanding afacetylen and komprimeretO2. Denne metode til at skære og svejse i metal blev senere meget udbredt.[25]
I 1923 blev den amerikanske forskerRobert H. Goddard den første person til at udvikle enraketmotor, der anvendte flydende brændstof; motoren brugtebenzin som brændsel og oxygen i væskeform somoxidationsmiddel. Goddard fløj en lille rakket 56m ved 97km/t 16. marts 1926 iAuburn,Massachusetts, USA.[26]
Grundstoffet oxygens mest almindeligeallotrop på Jorden er ilt,O2, som udgør størstedelen af Jordens atmosfæriske oxygen. O2 har en bindingslængde på 121pm og en bindingsenergi på 498kJ·mol−1,[27] som er mindre end energien i andre dobbeltbindinger eller enkeltbindings-par i biosfæren, og ansvarlig for denexotermiske reaktion mellem O2 og ethvert andet organisk molekyle.[28][29] På grund af sit energiindhold bruges O2 af komplekse livsformer, såsom dyr, til cellerespiration.
Trioxygen (O3) kendes normalt somozon og er et meget reaktivt oxygenallotrop, der er skadeligt for lungevæv.[30] Ozon produceres i denøvre atmosfære nårO2 kombineres med atomisk oxygen, der skabes nårO2 splittes afUV-stråling.[8] Fordi ozon er stærkt absorberende i UV-regionen afspektrummet, fungererozonlaget i den øvre atmosfære som et beskyttende strålingsskjold for planeten.[8] Tættere på Jordens overflade er det etforurenende stof, der dannes som et biprodukt fra bilers udstødning.[30] Detmetastabile molekyletetraoxygen (O4) blev opdaget i 2001,[31][32] og blev formodet at eksistere i en affast ilts seks faser. I 2006 blev det bevist at denne fase, der blev skabt ved at øge trykket påO2 til 20GPa, faktisk er enrhombohedralO8klynge.[33] Denne klynge har potentiale til at kunne blive et meget stærkereoxideringsmiddel end bådeO2 ogO3, og kan derfor bruges tilraketbrændstof.[31][32] En metallisk fase blev opdaget i 1990, da fast oxygen blev udsat for tryk på over 96 GPa[34] og i 1998 blev det påvist at ved meget lave temperaturer bliver denne fasesuperledende.[35]
Oxygenopløses nemmere i vand end kvælstof, og i ferskvand nemmere end i saltvand. Vand i ligevægt med luft indeholder omtrent 1 molekyle opløstO2 for hver 2N2-molekyler (1:2), sammenlignet med et atmosfærisk forhold på omtrent 1:4. Oxygens vandopløselighed er temperaturafhængigt, og der opløses omkring dobbelt så meget (14,6mg·L−1) ved 0°C i forhold til ved 20°C (7,6mg·L−1).[15][36] Ved 25°C og1standard atmosphere (101,3kPa) luft indeholder ferskvand omkring 6,04milliliter(mL) ilt pr.liter, ogsaltvand indeholder omkring 4,95mL pr. liter.[37] Ved 5°C stiger opløseligheden til 9,0mL (50% mere end ved 25°C) pr. liter for ferskvand og 7,2mL (45% mere) pr. liter for saltvand.
Ilt opløst i vand ved havoverfladen
5°C
25°C
Ferskvand
9,0mL
6,04mL
Havvand
7,2 mL
4,95mL
Oxygen kondenserer ved 90,20K (−182,95°C, −297,31°F), og fryser ved 54,36K (−218,79°C, −361,82°F).[38] Bådeflydende ogfastO2 er klare stoffer med en lyshimmelblå farve. FlydendeO2 med høj renhed opnås normalt vedfraktioneret destillation af flydende luft.[39] Flydende oxygen kan også kondenseres fra luften ved at bruge flydende kvælstof som en kølevæske.[40]
Oxygen er et stærkt reaktivt stof, og skal adskilles fra brændbare materialer.[40]
Molekylær ilts spektroskopi associeres med de atmosfæriske processer vedpolarlys ognathimmellys.[41] Absorberingen iHerzberg-kontinuumet ogSchumann–Runge-båndene i det ultraviolette producerer atomisk oxygen, der er en vigtig bestanddel i den midterste atmosfæres kemi.[42] Excited state singlet molecular oxygen is responsible for red chemiluminescence in solution.[43]
14radioisotoper er blevet beskrevet. De mest stabile er15O med enhalveringstid på 122,24sekunder og14O med en halveringstid på 70,606sekunder.[44] Alle de tilbageværenderadioaktive isotoper har halveringstider på mindre end 27s og størstedelen af disse har halveringstider på mindre end 83millisekunder.[44] Den mest almindelige henfaldstilstand for isotoper lettere end16O erβ+-henfald[46][47][48] for at afgive kvælstof, og den mest almindelige tilstand for isotoper tungere end18O erbetahenfald for at afgivefluor.[44]
Oxygen er det mest forekommende grundstof, rangeret efter masse, i Jordens biosfære, luft, hav og land. Oxygen er det tredje-mest forekommende grundstof i universet, efter brint og helium.[3] Omkring 0,9% afSolens masse er oxygen.[4] Oxygen udgør 49,2% afJordens skorpe, rangeret efter masse[6] og er den største bestanddel i verdens have (88,8% rangeret efter masse).[4] Ilt er den næststørste bestanddel iJordens atmosfære, og står for 20,8% af dens rumfang og 23,1% af dens masse (omkring 1015 ton).[4][50][c] Jorden er usædvanlig blandtSolsystemets planeter idet den har en meget stor koncentration af ilt i atmosfæren:Mars (med 0,1%O2 efter masse) ogVenus har væsentligt mindre. DenO2, der omgiver disse planeter produceres udelukkende fra UV-stråling af oxygenindholdige molekyler såsom kuldioxid.
Den usædvanligt høje koncentration af ilt på Jorden er et resultat afoxygencyklusen. Dettestofkredsløb beskriver bevægelsen af oxygen i og mellem dens tre centrale reservoirer på Jorden: atmosfæren, biosfæren oglithosfæren. Den centrale faktor i oxygencyklussen erfotosyntese, som er ansvarlig for den moderne Jords atmosfære. Fotosyntese udleder ilt til atmosfæren, mensrespiration,forrådnelse og afbrænding fjerner det fra atmosfæren.
Koldt vand indeholder mere opløstO2
Fri oxygen findes også i opløsning i verdens vandområder. Den øgede opløselighed afO2 ved lavere temperaturer har vigtige implikationer for liv i havene, da havene ved polerne understøtter en meget større mængde af liv på grund af deres højere iltindhold.[51]Vand, der er forurenet med plantenæringsstoffer såsomnitrater ellerfosfater kan stimulere algevæksten ved en proces kaldeteutrofiering, og forrådnelsen af disse organismer og andre biomaterialer kan reducereO2-indholdet i eutrofiske vandområder. Videnskabsfolk vurderer normalt dette aspekt af vandkvalitet ved at måle vandets "BOD" (biochemical oxygen demand), eller mængden afO2, der kræves til at genoprette den til sin normale koncentration.[52]
Palæoklimatologer måler mængden af oxygen-18 og oxygen-16 i marine organismersskeletter ogexoskeletter for at finde frem til hvordan klimaet var for millioner af år siden.Saltvandsmolekyler, der indeholder den lettereisotop oxygen-16 fordamper ved en lidt hurtigere hastighed end vandmolekyler, der indeholder den 12% tungere oxygen-18, og denne ulighed øges yderligere ved lave temperaturer.[53] Under perioder med lave globale temperaturer vil sne og regn fra den fordampede vand derfor have højere indhold af oxygen-16, og det tilbageværende saltvand har ofte højt indhold af oxygen-18. Marine organismer optager derfor mere oxygen-18 i deres skeletter og exoskeletter end de ville i et varmere klima.[53] Palæoklimatologer måler også dette forhold direkte i vandmolekylerne iiskerneprøver, der kan være op til hundreder af tusinde år gamle.
Planetgeologer har målt den relative oxygenisotop-mængde i prøver fraJorden,Månen,Mars ogmeteoritter, men har ikke kunnet skaffe referenceværdier for isotopforholdene iSolen, der menes at være det samme som i denoprindelige soltåge. Analyse afsiliciumskive, der blev eksponeret tilsolvinden i rummet og efterfølgende returnerede til Jorden via den nedstyrtederumsonde Genesis har vist at Solen har en højere proportion af oxygen-16 end Jorden. Målingen tegner et billede af at en ukendt proces fjernede oxygen-16 fra Solensprotoplanetariske skive før sammensmeltningen af støvkorn, der dannede Jorden.[54]
Oxygen udgør to spektrofotometriskeabsorberingsbånd, der topper ved bølgelængderne 687 og 760nm. Noglefjernanalyserende forskere har foreslået at bruge målingen af radians fravegetationskroner i de bånd til at beskrive planters helbredsstatus fra ensatellitplatform.[55] Denne tilgang udnytter det faktum at det i de bånd er muligt at adskille vegetationensreflektans fra densfluorescens, som er langt svagere. Målingen er teknisk besværlig på grund af den lavesignal-til-støj-forhold og vegetationens fysiske struktur; men det er blevet foreslået som en mulig metode til at overvågekulstofkredsløbet fra satellitter på globalt plan.
Fotosyntese opdeler vand for at frigiveO2 gørCO2 til sukker i det der kaldes etCalvin-cyklus
I naturen produceres fri oxygen aflysdrevet opdeling af vand under iltetfotosyntese. Ifølge nogle estimater stårgrønalger ogcyanobakterier i vandområder for omkring 70% af den frie oxygen, der produceres på Jorden, og resten produceres af jordbaserede planter.[56] Visse andre estimater af de oceaniske bidrag til atmosfærisk ilt er højere, mens andre igen er lavere, og foreslår at havene kun producerer ~45% af Jordens ilt hvert år.[57]
En simplificeret overordnet formel for fotosyntese er:[58]
Der finder fotolytisk oxygenudvikling sted i fotosyntetiske organismersthylakoidmembraner, og denne kræver firefotoner.[d] Der sker flere skridt, men resultatet er dannelsen af enprotongradient henover thylakoidmembranen, som bruges til at syntetisereadenosintrifosfat (ATP) viafotofosforylering.[59] Den tilbageværendeO2 (efter produktionen af vandmolekylet) frigives i atmosfæren.[e]
Reaktive oxygenforbindelser, såsomsuperoxid-ion (O2-) ogbrintoverilte (H2O2), er farlige biprodukter af organismers oxygenforbrug.[50] Dele af højere organismersimmunsystemer danner peroxid, superoxide ogsingleoxygen for at ødelægge invaderende mikrober. Reaktive oxygenforbindelser spiller også en vigtig rolle i plantershypersensitive respons mod patogenangreb.[59] Oxygen er giftigt forobligate anaerobiske organismer, som var den dominerende livsform i det tidlige liv på Jorden indtilO2 begyndte at ophobes iatmosfæren for omkring 2,5 milliarder år siden i det der beskrives somIltkatastrofen, omkring en milliard år efter disse organismers første fremkomst.[62][63]
Et gennemsnitligt voksent menneskeindånder 1,8 til 2,4gram ilt i minuttet.[64] Dette bliver til mere end 6 milliarder ton ilt, der inhaleres af menneskeheden om året.[f]
O2-ophobning i Jordens atmosfære: 1) ingenO2 produceret; 2)O2 produceret, men absorberet i have og sten på havbunden; 3)O2 begynder at gasse ud af havene, men absorberes af langoverflader og dannelsen af ozonlag; 4–5)O2-gassen begynder at ophobes
Fri oxygen var næsten ikke-eksisterende iJordens atmosfære før udviklingen af fotosyntetiskearkæer ogbakterier mod omkring 3,5 milliarder år siden. Fri oxygen fremkom for første gang i anseelige mængder i denPalæoproterozoiske æon (for mellem 3,0 og 2,3 milliarder år siden).[65] I den første milliard år herefter blev enhver fri oxygen, der blev produceret af disse organismer, kombineret med opløstjern i havene, og dannede dermedbåndede jernformationer. Efter disse "iltdræn" blev mættet begyndte fri oxygen atafgasse fra havene for omkring 3–2,7milliarder år siden, og nåede 10% af sit nuværende niveau for omkring 1,7milliarder år siden.[65][66]
Tilstedeværelsen af store mængder opløst og fri oxygen i havene og atmosfæren kan haveudryddet de fleste eksisterendeanaerobiske organismer underiltkatastrofen for omkring 2,4 milliarder år siden.Cellerespiration viaO2 laderaerobiske organismer producere meget mereATP end anaerobiske organismer.[67] Cellerespiration viaO2 finder sted i alleeukaryoter, heriblandt alle komplekse flercellede organismer såsom planter og dyr.
Siden begyndelsen afkambrium-perioden for 540 millioner år siden har det atmosfæriskeO2-niveau svunget mellem 15% og 30% efter volumen.[68] Hen mod enden afkultiden (for omkring 300millioner år siden) nåede det atmosfæriskeO2-niveau et maksimum på 35% efter volumen,[68] hvilket kan have bidraget til denne tids insekter og amfibiers enorme størrelse.[69]
Variationer i iltmængde var med til at forme tidligere tiders klima. Når iltmængden faldt, faldt den atmosfæriske densitet også, hvilket medførte en stigning i overfladefordampning, mere nedbør og varmere temperaturer.[70]
Ved den nuværende fotosyntese-hastighed ved det tage omkring 2.000år at genskabe al denO2, der i øjeblikket findes i atmosfæren.[71]
Der udvindes årligt 100 millioner tonsO2 fra luften til industribrug gennem to primære metoder.[17] Den mest almindelige metode erfraktioneret destillation af flydende luft, hvorN2destilleres som en damp, mensO2 bliver tilbage som en væske.[17]
Den anden primærmetode til at producereO2 er ved at sende en strøm af ren, tør luft gennem et leje i et par identiskezeolit-molekylærsigter, som absorberer kvælstoffet og leverer en gasstrøm, der er 90%til93%O2.[17] Sideløbende hermed frigives kvælstofgas fra det andet kvælstof-mættede zeolit-leje, ved at reducere kammerets drifttryk og aflede dele af oxygenen fra det producerende leje gennem det, ind i den modsatte retning af strømmen. Efter en fastsat cyklusperiode udveksles de to lejers funktion, hvilket lader en uafbrudt mængde ilt blive pumpet gennem en rørledning. Dette kendes som "pressure swing adsorption", ofte forkortet "PSA" . Ilt opnås i stigende grad gennem disse ikke-kryotekniske teknologier.[72]
Oxygen kan også produceres gennemelektrolyse af vand til oxygen og hydrogen. Der skal brugesjævnstrøm: hvisvekselstrøm bruges består gasserne i hvert led af hydrogen og oxygen i det eksplosive forhold 2:1. I modsætning til hvad mange tror så beviser det 2:1-forhold der kan ses i jævnstrømselektrolyse af syrnet vand ikke at vands empiriske formel er H2O medmindre man gøre visse antagelser om hydrogens og oxygens egne molekylære formler. En lignende metode er den elektrokatalytiskeO2-udvikling fra oxider ogoxosyrer. Kemiske katalysatorer kan også bruges, sådan som det ses ioxygengeneratorer, som bruges som en del af life-support-udstyr på undervandsbåde, og stadig er en del af standardudstyret på kommercielle flyruter i tilfælde af nødsituationer med trykaflastning. En anden metode til luftseparering er ved at tvinge luft til at opløses gennemkeramiske membraner baseret påzirkoniumdioxid enten ved højt tryk eller elektrisk strøm, og dermed producere næsten renO2-gas.[52]
I 2001 lå prisen på store mængder flydende oxygen på omkring $0.21/kg.[73] Siden produktionens primære omkostninger er energiomkostningerne ved at væskegøre luften, ændres produktionsomkostningerne når energiomkostningerne varierer.
Blandt metoder til opbevaring af oxygen er højtryks-iltflasker, kryoteknik og kemiske forbindelser. Af økonomiske årsager transporteres oxygen ofte i store mængder, som væske i specielt isolerede tankskibe, da enliter flydende oxygen svarer til 840liter ilt ved atmosfærisk tryk og20°C (68°F).[17] Herefter kan man fylde store beholdere til flydende oxygen, der ofte står udenfor hospitaler og andre institutioner, som behøver store mængder ren oxygen. Den flydende oxygen sendes herefter igennemvarmevekslere, som konverterer den kryogene væske til gas før den kommer ind i bygningen. Herfra opbevares og leveres ilten i mindre cylindere indeholdende den komprimerede gas; en form der er nyttig ved forskellige lægevidenskabelige procedurer og vedgassvejsning.[17]
Optagelse afO2 fra luften errespirationens centrale formål, så iltsupplementer bruges ofte indenforlægevidenskaben. Behandlingen øger ikke blot iltniveauet i patientens blod, men har også den bivirkning at det sænker modstanden mod blodgennemstrømning i mange former for syge lunger, hvilket letter hjertets arbejde.Iltterapi bruges til at behandleKOL,lungebetændelse, nogle hjertesygdomme (hjerteinsufficiens), nogle sygdomme, der forårsager øget tryk pålungepulsåren, og enhver sygdom der hæmmer kroppens evne til at optage og bruge ilt.[74]
Behandling er fleksibel nok til at den kan foretages på hospitalet, i patientens bolig eller, i stigende grad, ved hjælp af transportable enheder.Ilttelte var engang udbredt som iltsupplement, men er siden blevet erstattet af brugen afiltmasker ellernasale kanyler.[75]
Hyperbarisk (højtryks-)medicin bruger særligeiltkamre til at øgepartialtrykket påO2 omkring patienten og, om nødvendigt, det lægelige personale.[76]Carbonmonoxidforgiftning,gasgangræn ogtrykfaldssyge kan somme tider afhjælpes med denne type behandling.[77] Øget koncentration afO2 i lungerne hjælper med at fjernecarbonmonoxid fra hæm-gruppen afhæmoglobin.[78][79] Ilt er giftigt for deanaerobiske organismer, der forårsager gasgangræn, så en øgning af dets partialtryk hjælper med at slå dem ihjel.[80][81] Trykfaldssyge sker for dykkere, hvis trykket lettes for hurtigt efter at have dykket, hvilket resulterer i at bobler af inaktiv gas, hovedsageligt kvælstof og helium, dannes i blodet. Det hjælper at øgeO2-trykket så hurtigt som muligt for at hjælpe med at gen-opløse boblerne tilbage i blodet så disse overskydende gasser han udåndes naturligt gennem lungerne.[74][82][83]
Ilt bruges også indenfor lægevidenskaben til patienter, som behøvermekanisk ventilering, ofte ved koncentrationer over de 21% der findes i almindelig luft.
O2 anvendes som lavtryks-indåndingsluft i modernerumdragter, som omgiver astronautens krop i luft under tryk. Disse dragter bruger næsten ren ilt ved omkring en tredjedel af det normale tryk, hvilket resulterer i et normaltO2-partialtryk i blodet.[84][85] Denne afvejning af højere iltkoncentration for lavere tryk er nødvendig for at opretholde dragtens fleksibilitet.
undervandsdykkere ogsømænd på u-både er også afhængige af kunstigt leveretO2, men oftest ved normalt tryk, og/eller blandinger af ilt og luft. Brugen af ren eller næsten renO2 til dykning ved tryk der er højere end ved havoverfladen, er normalt begrænset tilrebreathers, dekompression og nødbehandling ved relativt lavvandet dybde (~6 meter dybt eller mindre).[86][87] Dybere dykning kræver betragtelig fortynding afO2 med andre gasser, såsom kvælstof eller helium, for at forhindreiltforgiftning.[86]
Folk som klatrer i bjerge eller flyver i ikke-trykregulerede fly har somme tider supplerendeO2-forsyninger med. Trykregulerede kommercielle fly har enO2-nødforsyning, der automatisk gøres tilgængelig for passagererne ved trykaflastning af kabinen. Pludseligt tab af kabinetryk aktivererkemiske iltgeneratorer over hvert sæde, hvilket fåriltmasker til at falde ned. Ved at trække i maskerne "for at starte ilttilstrømningen", som det instrueres af personalet, tvinges jernspåner ind inatriumklorat i beholderen.[52] Dette påbegynder enexoterm proces, som producerer en konstant strøm af ilt.
Da ilt af nogle opfattes som et mildteuforiserende stof, er det ofte blevet anvendt ioxygenbarer og vissesportsgrene. Oxygenbarer har siden 1990'erne kunnet findes iJapan og visse steder iUSA, såsomCalifornien ogLas Vegas, hvor man kan betale for at blive udsat for en størreO2-mængde.[88] Professionelle atleter, særligt inden foramerikansk fodbold, går somme tider fra banen i pausen for at tage iltmasker på og øge deres ydeevne. Den farmakologiske effekt er tvivlsom, og enplacebo-effekt er en mere sandsynlig forklaring.[88] Available studies support a performance boost from enrichedO2 mixtures only if it is breathedduring aerobic exercise.[89]
Det meste kommercielt produceredeO2 bruges til atsmeltejern tilstål
Smeltning afjernmalm tilstål står for 55% af forbruget af kommercielt produceret oxygen.[52]O2 indsættes gennem en højtrykslanse i smeltet jern, hvilket fjernersvovl-urenheder og overskydendecarbon som oxiderneSO2 ogCO2. Reaktionerne erexoterme, så temperaturen øges til 1.700°C.[52]
25% af den kommercielt producerede oxygen bruges i den kemiske industri.[52]Ethen reagerer medO2 for at skabeethenoxid, som, derefter, konverteres tilethenglykol, som anvendes ved fremstillingen af en lang række produkter, såsomkølevæske ogpolyester-polymerer (forløberen for mange typerplast ogtekstil).[52]
Det meste af de resterende 20% kommercielt produceret oxygen bruges indenfor lægevidenskaben, tilskæring og svejsning af metaller, somoxidationsmiddel iraketbrændstof og tilvandbehandling.[52] Ilt bruges ved oxyacetylen-svejsning ved at afbrændeacetylen medO2 for at producere en meget varm flamme. Ved denne proces opvarmes metaller, der er op til 60cm tykke, først med en lille oxy-acetylen-flamme, og skæres derefter hurtigt med en stor strøm afO2.[91]
Vand (H2O) er enbrintoxid, og den mest velkendte oxygenforbindelse. Hydrogenatomer erkovalent bundet til oxygen i et vandmolekyle, men har også en yderligere tiltrækningskraft (omkring 23,3kJ·mol−1 pr. brintatom) til et nærliggende oxygenatom i et separat molekyle.[93] Dissebrintbindinger mellem vandmolekyler holder dem omtrent 15% tættere end hvad der kan forventes af en simpel væske med kunvan der Waals-kræfters.[94][g]
Oxider, såsomjernoxid ellerrust, dannes når oxygen kombineres med andre grundstoffer
Vandopløselige silikater i form afNa4SiO4,Na2SiO3 ogNa2Si2O5 bruges somdetergenter oglim.[96]
Oxygen fungerer også som enligand for overgangsmetaller, og danner overgangsmetal-dioxygenkomplekser, som indeholder metal–O2. Denne klasse forbindelser omfatterhæmoproteinernehæmoglobin ogmyoglobin.[97] En eksotisk og usædvanlig reaktion sker medPtF6, som oxiderer oxygen og giver O2+PtF6−.[98]
Oxygen reagerer spontant med mangeorganiske forbindelser ved eller under rumtemperatur i en proces kaldetautoxidation.[99] De fleste af deorganiske forbindelser, der indeholder oxygen skabes ikke ved direkte handling fraO2. Blandt organiske forbindelser, der er vigtige indenfor industri og handel, og som skabes ved direkte oxidering af en forløber, erethylenoxid ogpereddikesyre.[96]
Grundstoffet oxygen findes i næsten allebiomolekyler, der er vigtige for (eller genereres af) liv. Kun nogle få almindelige komplekse biomolekyler, såsomsqualen ogkarotinerne, indeholder ingen oxygen. Ud af de organiske forbindelser, der har biologisk relevans, indeholderkulhydraterne den største mængde oxygen målt i masseproportion. Allefedtstoffer,fedtsyrer,aminosyrer ogproteiner indeholder oxygen (på grund af tilstedeværelsen afcarbonylgrupper i disse syrer og deres esterremanens). Oxygen er også en del affosfatgrupper (PO3−4) i de biologisk vigtige energibærende molekylerATP ogADP, iDNA ogRNA's rygrad,puriner (bortset fraadenin) ogpyrimidiner, og i knoglerne somcalciumfosfat oghydroxylapatit.
NFPA 704-standarden vurderer komprimeret ilt som ufarligt for helbredet, ikke-brændbart og ikke-reaktivt, men et oxidationsmiddel. Nedkølet flydende oxygen (LOX, for "liquified oxygen") gives en sundhedsfare-værdi på 3 (for øget risiko forhyperoxia fra kondenserede dampe, og for farer, der ofte ses ved kryogene væsker såsom forfrysninger), mens alle de andre værdier er de samme som i komprimeret gasform.
De centrale symptomer på ilttoksicitet[100]Ilttoksicitet sker når lungerne indtagerO2 ved partialtryk, der er21⁄2 højere end normalt, hvilket kan ske vedscubadykning
Ilt (O2) kan være giftigt ved forhøjedepartialtryk, hvilket kan føre tilkrampetrækninger og andre sundhedsmæssige problemer.[86][h][101] Ilttoksicitet begynder normalt at opstå ved partialtryk på mere end 50 kilopascal(kPa), hvilket svarer til omkring 50% iltsammensætning ved standardtryk eller 2,5 gange det normaleO2-partialtryk ved havoverfladen (der er omkring 21kPa). Dette er ikke et problem for andre end patienter medmekanisk ventilering, da gas leveret gennemiltmasker typisk kun består af 30%–50%O2 efter volumen (omkring 30kPa ved standardtryk).[15]
I tidligere tider blevfor tidligt fødte spædbørn placeret i inkubatorer, der indeholdtO2-rig luft, men man gik væk fra denne praksis efter nogle spædbørn blev blinde på grund af det høje iltindhold.[15]
Indånding af renO2 indenfor rumfart, såsom i nogle moderne rumdrafter, eller i tidlige rumfartøjer såsomApollo, er ikke skadeligt på grund af det lave samlede tryk der bruges.[84][102] Hvad angår rumdragter så erO2-partialtrykket i indåndingsluften generelt omkring 30kPa (1,4 gange normalen), og det resulterendeO2-partialtryk i astronautens arterieblod er kun marginalt større end ved normaltO2-partialtryk ved havoverfladen.
Iltforgiftning i lungerne ogcentralnervesystemet kan også ske veddybvandsdykning.[15][86] Længerevarende indånding af en luftblanding med etO2-partialtryk på mere end 60kPa kan i sidste ende føre til permanentlungefibrose.[103] At blive udsat for etO2-partialtryk på mere end 160kPa (omkring 1,6 atm) kan føre til krampetrækninger, der normalt er dødelige for dykkere. Akut iltforgiftning (der giver stærke anfald) kan opstå ved at indånde en luftblanding med 21%O2 ved 66m eller meres dybde; det samme kan ske ved at indånde 100%O2 ved blot 6m.[103][104][105][106]
Indersiden afApollo 1-kommandomodulet. RenO2 ved et højere tryk end normalt, samt en gnist, førte til en brand og tabet af besætningen om bord på fartøjet
Stærkt koncentrerede oxygenkilder fremmer stærk forbrænding. Der er derforbrand- ogeksplosionsfare når koncentrerede oxidanter ogbrændstoffer bringes fysisk tæt på hinanden; en antændelse, såsom varme eller en gnist, kan i sådanne tilfælde udløse forbrænding.[28][107] Oxygen er oxidanten, ikke brændstoffet, men er alligevel kilden til det meste af den kemiske energi der frigives under forbrændingen.[28][29][i] Brandfare angår også oxygenforbindelser med stærkt oxideringspotentiale, såsomperoxider,klorater,nitrater,perklorater ogdikromater, da de kan donere ilt til en ild.
KoncentreretO2 kan få forbrænding til at ske hurtigt og energisk.[107]Stålrør og opbevaringsbeholdere til at opbevare og overføre både gasformig ogflydende oxygen vil fungere kan et brændstof; og design og fremstilling afO2-systemer kræver derfor særlig træning i at sikre at potentielle kilder til antændelse minimeres.[107] Branden, der dræbte mandskabet påApollo 1 i affyrings-testfasen spredte sig ekstremt hurtigt, da rumkapslen var sat under tryk med renO2, men ved lidt mere end atmosfærisk tryk i stedet for den1⁄3 af normaltryk, som skulle bruges på en mission.[j][109]
Flydende oxygen kan, hvis det spildes og bliver suget ind i organisk stof såsomtræ,petrokemikalier ogasfalt, få disse materialer til atdetonere uforudsigeligt ved senere mekanisk påvirkning.[107] Ligesom det er tilfældet med andrekryotekniske væsker, kan kontakt med menneskekroppen forårsageforfrysninger på huden eller øjnene.
↑O2 er endiatomisk gas, hvilket betyder at to gasformige oxygen-atomer fra naturens side vil binde sig til hinanden og danneO2. Betegnelsen "oxygen" bliver derforde facto først relevant at anvende hvis man a) taler omgrundstoffet, b) taler omkemiske forbindelser mellem oxygen og andre grundstoffer og c) i situationer hvor man manuelt skiller oxygen-atomerne fra hinanden
↑Disse resultater blev mere eller mindre ignoreret frem til 1860. En del af denne afvisning skyldtes troen på at et grundstofs element ikke ville have nogenkemisk affinitet overfor atomer fra det samme grundstof, og en anden del skyldtes tilsyneladende undtagelser fra Avogadros lov, der ikke blev forklaret før senere i form af dissocierende molekyler.
↑Tallene angivet er for værdier op til50 miles (80km) over havoverfladen
↑Thylakoidmembraner er en del afkloroplasten i alger og planter mens de blot er en af mange membranstrukturer i cyanobakterier. Faktisk menes kloroplast at have udviklet sig fracyanobakterier, som engang var symbiotiske partnere med planter og algers progeneratorer.
↑Vandoxidering katalyseres af etmangan-indeholdendeenzymkompleks kendt som "oxygen evolving complex" (OEC) eller det vandsplittende kompleks, der er forbundet med den lumenale side af thylakoidmembraner. Mangan er en vigtigcofaktor, ogcalcium ogklorid kræves også for at reaktionen kan finde sted. (Raven 2005)
↑(1,8 gram/min/person)×(60 min/t)×(24 t/dag)×(365 dage/år)×(6,6 milliarder mennesker)/1.000.000 g/t=6,24 milliarder ton
↑Siden oxygen har en højere elektronegativitet end hydrogen gør ladningsforskellen det derudover til etpolært molekyle. Interaktionerne mellem de forskelligedipoler på hvert molekyle skaber en netto-tiltrækningskraft.
↑DaO2's partialtryk er fraktionen afO2 ganget med det samlede tryk, kan forhøjede partialtryk enten opstå fra en højO2-fraktion i indåndingsluften, fra højt tryk på indåndingsluften, eller en kombination af begge.
↑Dette forklarer også hvorfor det er muligt at "kvæle" en brand ved at afskære den fra ilt.
↑Der blev ikke entydigt fundet nogen enkeltstående antændelseskilde, men nogle beviser peger mod at det skyldtes en elektrisk gnist.[108]
123Britannica contributors (1911). "John Mayow".Encyclopaedia Britannica (11th udgave). Hentet 16. december 2007.{{cite book}}:|author= har et generisk navn (hjælp)
12How Products are Made contributors (2002). "Oxygen".How Products are Made. The Gale Group, Inc. Hentet 16. december 2007.{{cite book}}:|author= har et generisk navn (hjælp)
12Schmidt-Rohr, K (2015). "Why Combustions Are Always Exothermic, Yielding About 418 kJ per Mole of O2".J. Chem. Educ.92: 2094-2099.doi:10.1021/acs.jchemed.5b00333.
↑Desgreniers, S; Vohra, Y. K.; Ruoff, A. L. (1990). "Optical response of very high density solid oxygen to 132 GPa".J. Phys. Chem.94 (3): 1117-22.doi:10.1021/j100366a020.
↑Evans, David Hudson; Claiborne, James B. (2005).The Physiology of Fishes (3rd udgave). CRC Press. s.88.ISBN0-8493-2022-4.
↑Lide, 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 (84th udgave). Boca Raton, Florida:CRC Press.ISBN0-8493-0595-0.
↑Fra The Chemistry and Fertility of Sea Waters af H.W. Harvey, 1955, citerer C.J.J. Fox, "On the coefficients of absorption of atmospheric gases in sea water", Publ. Circ. Cons. Explor. Mer, no. 41, 1907. Harvey bemærker at ifølge senere artikler iNature lader værdierne til at være omkring 3% for høje.
12Crowe, 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.501 (7468): 535-538.doi:10.1038/nature12426.PMID24067713.
↑Campbell, Neil A.; Reece, Jane B. (2005).Biology (7th udgave). San Francisco: Pearson– Benjamin Cummings. s.522-23.ISBN0-8053-7171-0.
↑Freeman, Scott (2005).Biological Science, 2nd. Upper Saddle River, NJ: Pearson– Prentice Hall. s.214, 586.ISBN0-13-140941-7.
↑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.60 (5): 415-21.doi:10.4271/881071.PMID2730484.
↑Greenwood, Norman N.; Earnshaw, A. (1997),Chemistry of the Elements (engelsk) (2nd udgave), Oxford: Butterworth-Heinemann,ISBN0-7506-3365-4{{citation}}: CS1-vedligeholdelse: Flere navne: authors list (link),p. 28
↑Dharmeshkumar N Patel; Ashish Goel; SB Agarwal; Praveenkumar Garg; et al. (2003)."Oxygen Toxicity"(PDF).Indian Academy of Clinical Medicine.4 (3): 234. Arkiveret fraoriginalen(PDF) 22. september 2015. Hentet 20. juni 2016.
1234Werley, Barry L., red. (1991).ASTM Technical Professional training.Fire Hazards in Oxygen Systems. Philadelphia:ASTM International Subcommittee G-4.05.
↑(Report of Apollo 204 Review Board NASA Historical Reference Collection, NASA History Office, NASA HQ, Washington, DC)
↑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.ISBN0-06-662082-1.
Raven, Peter H.; Evert, Ray F.; Eichhorn, Susan E. (2005).Biology of Plants (7th udgave). New York: W.H. Freeman and Company Publishers. s.115–27.ISBN0-7167-1007-2.
.jpg)
