Happi onalkuaine, jonkakemiallinen merkki onO (lat.oxygenium),järjestysluku 8 jaatomimassaIUPACin standardin mukaisesti [15,99903;15,99977]amu[1]. Esiintyessään vapaana alkuaineena se on tavallisissa lämpötiloissakaasuna, ja sitä on Maanilmakehässä noin 21 %. Luonnossa sitä on runsaasti myös erilaisissayhdisteissä, muun muassavedessä, joka onvedyn ja hapen yhdiste, sekä lukuisissa maa- ja kallioperänmineraaleissa, joista monet ovat erilaisia hapen ja muiden alkuaineiden muodostamia yhdisteitä. Happi on yleisin alkuaine maankuoressa, jossa sitä on noin 47 %.[2]
Happimolekyyli (O2) muodostuu kahden happiatomin liitoksesta, ja esiintyy kaasumaisena huoneenlämpötilassa. Happi on tärkeä ainesosailmakehässä, jossa sitä on 21 %.[2] Nestehappi ja kiinteä happi ovat vaaleansinisiä, ja molemmat ovat hyvinparamagneettisia aineita. Happimolekyylin elektronikonfiguraatio on epätavallinen: happi on perustilassaan tripletti, jolloin sen kahdella uloimmalla molekyyliorbitaalilla on yksi elektroni, joiden spinit ovat samansuuntaiset. Nämä orbitaalit eivät pysty muodostamaan sidoksia, jonka vuoksi happi ondiradikaali ja siitä käytetään nimitystätriplettihappi (tripletti tarkoittaa multiplisiteettia eli kvanttiluvun arvojen lukumäärää, joka on 3). Perustilan happi (triplettihappi) voi reagoida virittyneessä triplettitilassa olevan molekyylin kanssa, jolloin muodostuu reaktiivinen singlettihappimolekyyli.[3]
Tripletti- ja singlettihappi
Otsoni (O3) on hapen ns.allotrooppinen muoto, jossa yhdessämolekyylissä on kolme happiatomia kahden sijasta. Korkealla ilmakehässäotsonikerros on välttämätön elämän säilymiseksi maapallolla, mutta alempana ilmakehässä esiintyessään otsoni on erittäin pahaympäristömyrkky ja suurina pitoisuuksina tappava.
Vuonna 2001 löytyi neljäs allotrooppinen muoto O4, syvänpunainen yhdiste, joka syntyy paineistamalla O2 20 GPa:n paineeseen. Sitä tutkitaan rakettipolttoainekäyttöä varten, koska se on voimakkaampihapetin kuin O2 tai O3.
Avaruudessa happea esiintyy Maan lähiavaruudessa suhteellisen runsaasti myös atomaarisena (O). Atomaarinen happi on aina 900 km korkeillesatelliittienkiertoradoille asti ongelma, koska se reagoidessaan satelliitin pintamateriaalien kanssa muuttaa niiden säteily- ja absorbointi-ominaisuuksia, ja sitä kautta satelliitin lämpötilaa.
Happea voidaan valmistaa laboratoriossavetyperoksidista (H2O2). Teollisuus valmistaa happea ilmakehästä alhaisessa lämpötilassa tislaamalla.[2]
Happi reagoi helposti monien aineiden kanssa. Korkeissa lämpötiloissa monet aineet reagoivat hapen kanssa kiivaasti ja runsaasti lämpöä vapauttaen; tällöin nepalavat.
Suuremmissa paineissa happi voi olla myrkyllistä. Tietyt johdokset ja yhdisteet kuten otsoni, vetyperoksidi,hydroksyyliradikaalit ovat myös hyvin myrkyllisiä. Tiettyjä kemiallisesti reaktiivisia hapen muotoja tai happea sisältäviä yhdisteitä kutsutaan reaktiivisiksi happiyhdisteiksi (engl.reactive oxygen species,ROS). Reaktiivisista happiyhdisteistä tärkeimmät ovat superoksidiradikaali (O2-), vetyperoksidi (H2O2), singlettihappi (1O2) ja hydroksyyliradikaali. Joillakin reaktiivisilla happiyhdisteillä on yksi tai useampi pariton elektroni, jolloin ne luokitellaan vapaiksi radikaaleiksi (·OH, O2-). Toiset taas eivät ole vapaita radikaaleja (H2O2,1O2). Useimmat reaktiiviset happiyhdisteet ovat hapettavia, ja tyypillinen reaktiivisen happiyhdisteen aiheuttama vaurio on proteiinin tai lipidin hapettuminen. Hapettavuutensa perusteella reaktiivisista happiyhdisteistä haitallisimmat ovat hydroksyyliradikaali ja singlettihappi, joka reagoi erityisen helposti kaksoissidoksia sisältävien yhdisteiden kanssa.[3]
Korkea happipitoisuus muodostaa tulipalo- ja räjähdysvaaran palavien aineiden kanssa. Esimerkiksi nestehappeen sekoitettuna hieno sahajauho muodostaa räjähdysaineen.
Teollisuudessa hapella on käyttöä voimakkaana hapettimena. Sitä käytetään varsinkinteräs- jakemianteollisuudessa.[2]Nestehappea käytetään nestemäistäajoainetta käyttävissäraketeissa hapettimena. Hapella on myös lääketieteellistä käyttöä sairaaloissa, etenkin anestesiassa ja hengityselinsairaiden hengitykseen. Lisäksi happea käytetään hitsauksessa.
Happi on elämän kannalta tärkeä alkuaine. Happikaasu on monille eliöille elinehto. Happi muodostaa vedyn kanssavettä, joka on välttämätöntä tuntemamme elämän muodostumiselle. Elämän syntyhistoriassa otsonikerroksen muodostuminen oli tärkeä vaihe, joka mahdollisti elämän levittäytymisen maalle, koska ilman otsonikerroksen suojaa eliöt altistuisivat liialliselle ultraviolettisäteilylle.
Puhdasta happea erottisalpietaristaOlaus Borrichius vuonna 1678, vuosisataa aiemmin saman menetelmän oli kuvannut Sendivogius, joka oli myös esittänyt, että tätä "elämää ruokkivaa" ainetta löytyy ilmasta. Jo 1600-luvulla tiedettiin, ettäsalpietarista irtoaa kuumennettaessa jotakin kaasua, mutta vanha käsitys, jonka mukaanilma olisi alkuaine, vaikeutti pitkään tämän kaasun tunnistamista.[2]
Myöhemmin hapen löysi vuonna 1772 myösCarl Wilhelm Scheele, joka valmisti sitä kuumentamallaelohopeaoksidia, mutta tätä löytöä ei heti tunnustettu. Itsenäisesti sen löysiJoseph Priestley vuonna 1774. Kansainvälisen nimenoxygenium antoiAntoine Lavoisier vuonna 1774. Nimi merkitseehappoja muodostavaa ja johtuu siitä, että Lavoisier arveli sen olevan oleellisena osana kaikissahapoissa.[2] Myöhemmin on kuitenkin osoittautunut, että esimerkiksifluorivety taisuolahappo eli vetykloridi ei sisällä happea. Lavoisier selvitti myös hapen merkityksenpalamisessa ja osoitti täten aikaisemmin yleisesti hyväksytynflogistonteorian vääräksi.[2]
Suomenkielinen nimityshappi esiintyi ensi kerranJulius Krohnin vuonna 1862 julkaisemassa teoksessaKemiallisia tiedesanoja. Hieman aiemmin kehitettyä uudissanaahappo oli käytetty hapen tai oksidin merkityksessä jo 1840-luvulla. Molemmat on johdettu vanhasta suomen kielen sanastahapan; vastaavasti ruotsin kielessä happea tarkoittava sanasyre on johdos hapanta tarkoittavasta sanastasur.[4]
↑Michael T. Wieser & Tyler B. Coplen: Atomic Weights of the Elements 2009 (IUPAC technical report). Pure and Applied Chemistry, 2011, 83. vsk, nro 2. IUPAC.Artikkelin verkkoversio. Viitattu 15.6.2011. (englanniksi)
