Azoxigén aperiódusos rendszerkémiai elemeinek egyike. VegyjeleO,rendszáma 8. Nevegörög eredetű, aὀξύς (oxys; ’sav’, szó szerint ’heveny’, utalva a savaksavanyú ízére) és a-γενής (-genes; ’nemző’) szavak összetételéből származik; mert elnevezése idején még tévesen úgy gondolták, hogy az oxigén az összes savhoz szükséges összetevő. Régies magyar elnevezéseéleny vagysavító.[3]Standard hőmérsékleten és nyomáson az oxigénatomok párosával egymáshozkötődnek, az így létrejött kétatomos dioxigén (O2) színtelen, szagtalan, íztelengáz. Ez a molekula alégkör fontos részét képezi, nélkülözhetetlen a szárazföldi élet fenntartásához.
Az oxigén azoxigéncsoport elemei közé tartozik; erősenreaktívnemfémes elem, amely más elemekkel könnyen képezvegyületeket (úgynevezettoxidokat), a három legkönnyebbnemesgáz, ahélium, aneon és az argon kivételével.[4] Az oxigén nagyon erős oxidálószer, az elemek közül csak afluorelektronegativitása nagyobb.[5] Az oxigén – tömegre vetítve – avilágegyetem harmadik leggyakoribb eleme ahidrogén és ahélium után;[6] egyben aFöld leggyakoribb eleme is, hiszen aföldkéreg tömegének majdnem felét oxigén teszi ki (természetesen kötött állapotban).[7] Az oxigén kémiailag túl reaktív ahhoz, hogy hosszabb ideig elemi formában megmaradjon a légkörben. Az élő szervezetekfotoszintézise – melynek során a napfény energiájának felhasználásával vízből elemi oxigént állítanak elő – biztosítja folyamatos utánpótlását. A szabad, elemi oxigén mintegy 2,5 milliárd évvel ezelőtt kezdett felhalmozódni a légkörben (nagy oxigenizációs esemény) körülbelül egymilliárd évvel ezenorganizmusok első megjelenése után.[8] A kétatomos oxigéngáz alevegő térfogatának 20,8%-át alkotja.[9]
Az élőlények tömegének legnagyobb részét az oxigén képezi, mert azok fő alkotóeleme avíz (például az emberi testtömeg körülbelül kétharmada).[10] Az oxigén megtalálható az élő szervezetekben előforduló számos fontos szerves kémiai vegyületcsoportban – mint például afehérjék,nukleinsavak,szénhidrátok, észsírok –, akárcsak a jelentősszervetlen vegyületekben, amelyek az állati fogakat, csontokat, héjakat, páncélokat alkotják. Acianobaktériumok,algák ésnövények által termelt elemi oxigént minden bonyolult élet a sejtlégzéskor használja fel. Az oxigén mérgező a szigorúan anaerob szervezetek számára, melyek a korai élet domináns formái voltak a Földön, amíg az O2 el nem kezdett felhalmozódni a légkörben. Az oxigénallotrop módosulata, azózon (O3), jelentős mértékben elnyeli azUV-B sugárzást, így a nagy magasságban kialakultózonréteg megvédi abioszférát az ultraibolya sugárzás káros hatásaitól. Az ózon ugyanakkor a felszín közelében aszmog melléktermékeként kialakuló szennyezőanyag. Ennél nagyobb magasságban,alacsony Föld körüli pályán az atomos oxigén jelentős mennyiségben van jelen, ez okozza az űrjárművek erózióját.[11]
Az oxigént egymástól függetlenül fedezte felCarl Wilhelm Scheele 1773-ban (vagy korábban)Uppsalában; illetveJoseph Priestley 1774-benWiltshire-ben; mivel azonban Priestley munkája előbb jelent meg, gyakran neki tulajdonítják az elsőséget. Azoxigén nevetAntoine Laurent de Lavoisier francia kémikus alkotta meg 1777-ben,[12] akinek az elemmel elvégzett kísérletei hozzájárultak az égés és korrózió akkoriban népszerűflogisztonelméletének megcáfolásában. Az oxigént az iparban cseppfolyósított levegőszakaszos lepárlásával; vízelektrolízisével; illetvezeolitok és nyomás adszorpció(pressure swing adsorption) alkalmazásával állítják elő. Az oxigént számos területen alkalmazzák, beleértve a műanyag-, textil- és acélgyártást; az acél és más fémek forrasztását, hegesztését és vágását; arakéta-hajtóanyagot; az oxigénterápiát; illetve a repülőgépek, tengeralattjárók, azűrrepülés és abúvárkodás létfenntartó rendszereit.
A triplett oxigén (nem tévesztendő össze az O3 vegyképletűózonnal) azalapállapotú dioxigén molekula.[15] A molekula elektronszerkezete két párosítatlan elektront tartalmaz, amelyek két degeneráltmolekulapályán találhatóak.[m 1] Ezek a molekulapályáklazítónak minősülnek (a kötésrendet háromról kettőre csökkentik); így a kétatomos oxigén kötése gyengébb, mint a kétatomosnitrogénhármas kötése.[15]
Normál triplett állapotban a dioxigénmolekulaparamágneses, azaz a párosítatlan elektronokspinjénekmágneses momentuma és a szomszédos molekulák közötti negatív kicserélődési energia miatt az oxigénmágneses mező jelenlétében mágnest alkot.[16] A folyékony oxigén olyan mértékben vonzódik amágneshez, hogy laboratóriumi bemutatók során egy erős mágnes pólusai között kialakult folyékony oxigénhíd akár még saját súlyát is képes lehet megtartani.[17][m 2]
A szingulett oxigén több, nagyobb energiájú (gerjesztett állapotú) molekuláris oxigén fajtát takar, amelyekben az összes elektronspin párosított. Sokkal reakcióképesebb aszerves molekulákkal szemben, mint önmagában a közönséges dioxigén. A természetben a szingulett oxigén általában vízből, fotoszintézis során keletkezik, a napfény energiájának felhasználásával.[19] Atroposzférában az ózon fotolízise által keletkezik, rövid hullámhosszú fény hatására;[20] valamint az immunrendszer is előállítja mint aktív oxigénforrás.[21] A fotoszintetizáló organizmusokban (és esetleg még az állatokban) található karotinoidok fontos szerepet játszanak a szingulett oxigén energiájának elnyelésében, és gerjesztetlen alapállapotúvá alakításában, még mielőtt az kárt okozhatna a szövetekben.[22]
Az elemi oxigén leggyakoribballotrop módosulata a Földön az O2 vegyképletű dioxigén. Ebben a molekulában a kötés hossza 121 pm, a kötés energiája pedig 498 kJ·mol−1.[23] Ez az oxigén azon formája, melyet a komplex élet asejtlégzés során hasznosítani tud, illetve amely aFöld légkörének jelentős részét teszi ki.
Az ózon ritka gáz a Földön, többnyire asztratoszférában fordul elő
A trioxigén (O3) vagy ismertebb nevénózon, az oxigén egy nagyon reaktív allotrópja, amely károsítja atüdőszöveteket.[24] Az ózon a felső légkörben keletkezik, amikor az O2 atomos oxigénnel egyesül; ez utóbbi a kétatomos oxigénmolekulaultraibolya (UV) sugárzás általi felhasítása révén jön létre.[12] Mivel az ózon jól elnyeli azelektromágneses sugárzás UV tartományba eső részét, ezért a földi felső légkörózonrétege mintegy védőpajzsként szolgál e sugárzással szemben.[12] Közel a Föld felszínéhez azonban az ózonszennyezőanyag, amely a gépjárművek kipufogógázainak melléktermékeként alakul ki.[24] A metastabil tetraoxigén (O4) molekulát 2001-ben fedezték fel,[25][26] és azt feltételezték, hogy aszilárd oxigén hat fázisának egyikében létezik. 2006-ban igazolták, hogy ez a 20 GPa nyomáson létrejövő fázis valójában romboéderes O8 klaszter.[27] Ez a klaszter potenciálisan sokkal erősebb oxidálószer, mint akár az O2, akár az O3, ezért felhasználható lehetrakéta-hajtóanyagban.[25][26] Fémes fázisát 1990-ben fedezték fel, amikor szilárd oxigént 96 GPa feletti nyomásnak tettek ki,[28] 1998-ban pedig kimutatták, hogy ez a fázis nagyon alacsony hőmérsékletenszupravezetővé válik.[29]
Az oxigén apoláris tulajdonsága miatt avízben rosszul, bár anitrogénnél jobban oldódik. A levegővel egyensúlyi állapotban levő vízben két oldott N2-molekulára körülbelül egy O2-molekula jut, szemben a légköri mintegy 4:1-es aránnyal. Az oxigén vízoldhatósága hőmérsékletfüggő, 0 °C-on körülbelül kétszer annyi (14,6 mg/l), mint 20 °C-on (7,6 mg/l).[30][31] 25 °C-on, normál légköri nyomáson (101,3 kPa) azédesvíz literenként körülbelül 6,04 milliliter; míg atengervíz literenként körülbelül 4,95 milliliter oxigént tartalmaz.[32] 5 °C-on az oldhatóság édesvíz esetében 9,0 milliliterre; tengervíz esetében 7,2 milliliterre emelkedik literenként.
Oxigénnel töltött gázkisülési cső
Az oxigén −182,95 °C-on (90,20 K) lecsapódik, és −218,79 °C-on (54,36 K) megfagy.[33] Folyékony és szilárd halmazállapotban is tiszta, halvány égkék színű anyag; színét a vörös tartományba eső fény abszorpciója okozza (ellentétben azég kékjével, melynek oka a kék fényRayleigh-szórása). Nagy tisztaságú folyékony oxigént általában cseppfolyósított levegő szakaszos lepárlásával (frakcionált desztilláció) állítanak elő.[34] Folyékony oxigént a levegőből történő kondenzálásával is elő lehet állítani, ehhez folyékony nitrogén hűtőközeget használnak. A cseppfolyós oxigén rendkívül reakcióképes anyag, gyúlékony anyagoktól el kell különíteni.[35]
Az oxigén szobahőmérsékleten kevéssé reakcióképes, magasabb hőmérsékleten azonban csaknem minden elemmel egyesül.Szobahőmérsékleten is képes oxidálni elemeket, magas hőmérsékletenexoterm reakcióban egyesül velük (égés). Erős oxidálószer, azoxidáció a vele kapcsolatos megfigyelések folyományaként kapta a nevét. Apoláris oldószerekben jól oldódik. Az egyatomos oxigén (mint minden naszcensz atom) annyira reagens, hogy a természetben csak nagyon rövid ideig létezik (jelölése'O').
A természetben előforduló oxigén három stabil izotópból áll:16O,17O és18O; melyek közül a leggyakoribb az oxigén-16 (természetes előfordulása 99,762%).[36] A legtöbb oxigén-16 a nagyobb tömegűcsillagokban, ahéliumfúzió (háromalfa-ciklus) végén szintetizálódik, de valamennyi aneon-égési folyamat során is keletkezik.[37] Az oxigén-17 izotóp elsősorban aCNO-ciklus során keletkezik, amelyben ahidrogén héliummá ég el; így gyakori izotóp a csillagok hidrogén-zónájában.[37] Az oxigén-18 legnagyobb részben akkor keletkezik, amikor a CNO-ciklusban létrejött14N befogja a4He atommagot. Emiatt az oxigén-18 afejlett, nagy tömegű csillagok héliumban gazdag zónáiban gyakori izotóp.[37]
Az oxigén tizennégy radioizotópja ismert. 122,24 másodpercfelezési idővel a legstabilabb az oxigén-15, őt követi az oxigén-14, melynek felezési ideje 70,606 s.[36] Az összes többi radioaktív izotóp felezési ideje kevesebb, mint 27 s; de a többségre elmondható, hogy 83 ms-nél is rövidebb.[36] Az16O-nál könnyebb radioizotópok leggyakoribbbomlási módja aβ+ bomlás,[38][39][40] amely nitrogént eredményez; a18O-nál nehezebb izotópokbéta-bomlásafluor keletkezéséhez vezet.[36]
Az oxigén aföldi bioszféra; a légkör, a tengerek és a szárazföldek tömegének leggyakoribb kémiai eleme. Ahidrogén és ahélium után az oxigén a harmadik leggyakoribb elem az univerzumban.[6] ANap tömegének körülbelül 0,9%-át oxigén alkotja.[9] Aföldkéreg tömegének 49,2%-a oxigén,[7] és a fő alkotóeleme a világ óceánjainak (88,8 tömegszázalék); mind kötött, mind szabad állapotban előfordul.[9] Az oxigéngáz a Földlégkörének második leggyakoribb eleme (20,8 térfogatszázalék), tömege mintegy 1015tonna (23,1 tömegszázalék).[9][42][m 3] A Föld szokatlan aNaprendszer bolygói között abban a tekintetben, hogy a légkörben ilyen nagy mennyiségben található meg az oxigéngáz: amarsi (0,1 térfogatszázalék) ésvénuszi légkör jóval alacsonyabb koncentrációban tartalmazza. A környező bolygókon azonban az O2 kizárólag az oxigéntartalmú molekulák (példáulszén-dioxid)ultraibolya sugárzás hatására történő felhasadása révén jön létre.
A hideg víz több oldott oxigént tartalmaz
A szokatlanul magas oxigénkoncentráció a Földön az oxigénciklus eredménye. Ez a biogeokémiai ciklus írja le az oxigén mozgását annak három fő tározója közt a Földön: alégkör, abioszféra és alitoszféra. Az oxigén ciklus legfőbb tényezője afotoszintézis, amely a Föld mai légköréért is felelős. A fotoszintézis ugyanis oxigént szabadít fel, amely a légkörbe kerül; ezzel szemben a biológiai oxidáció (légzés) és az élőlények pusztulása (bomlás) révén kikerül onnan. A jelenlegi egyensúlyi állapotban az oxigéntermelés és -fogyasztás azonos mértékű, évente körülbelül a teljes légköri oxigén mennyiségének kétezred részét teszi ki.
A világ víztesteiben oldott állapotú szabad oxigén is előfordul. Az O2 alacsonyabb hőmérsékleten megnövekvő oldhatósága fontos következményekkel jár a tengeri életre nézve, a magasabb oxigéntartalom miatt a poláris óceánokban az élet sokkal gazdagabb és sokszínűbb.[43] Ezért (is) okoz komoly problémát, hakőolaj kerül a víz felszínére, az ugyanis filmréteget képezve elzárja az oxigént a víztől, így az képtelen abban oldódni. A már oldott oxigén ugyanakkor „átvándorol” az olajba, ezzel tovább csökkentve a vízben oldott oxigén mennyiségét. A növényi tápanyagokkal – mint például nitrátokkal és foszfátokkal –szennyezett vizekben azeutrofizációnak nevezett folyamat fokozza azalgák növekedését; ezen szervezetek, illetve más bioanyagok lebomlása pedig csökkenthetik az eutróf vizekben oldott oxigén mennyiségét. Ezen okból kifolyólag a tudósok a vízminőség mérésére a víz biokémiai oxigénigényét, vagy a normál koncentráció visszaállításához szükséges oxigén mennyiséget használják.[44]
A természetben, a szabad oxigén afotoszintézis – a víz fényenergia hatására való elbontása – során keletkezik. Egyes becslések szerint, a tengerekben élőzöldmoszatok éscianobaktériumok állítják elő aFöldön található szabad oxigén mintegy 70%-át, és csupán a többit termelik meg a szárazföldi növények.[45] A különböző becslések az atmoszférikus oxigénhez valóóceáni hozzájárulás mértékét magasabbra, mások alacsonyabbra teszik; összességében azt sejtetve, hogy az óceánok a légköri oxigén 45%-át termelik meg évente.[46] A fotoszintézis folyamatának egyszerűsített képlete:[47]
A fotolitikus oxigén-fejlődés a fotoszintetizáló szervezetek tilakoid membránjában következik be, és négyfotonnyi energiát igényel.[m 4] A folyamat sok lépésből áll, végeredménybenproton átmenet keletkezik az egész tilakoid membránon, amely a fotofoszforiláció soránadenozin-trifoszfátot (ATP) szintetizál.[48] A vízmolekula oxidációja után hátramaradt dioxigén ezután a légkörbe távozik.[m 5] A molekuláris dioxigén (O2) az összesaerob szervezet sejtlégzéséhez elengedhetetlen. Az oxigén amitokondriumban hasznosítódik: az oxidatív foszforiláció során segíti az ATP keletkezését. Az aerob légzés folyamata lényegében fordított fotoszintézis, egyszerűsített felírással:
Agerincesekben az oxigénátdiffundál a membránon keresztül atüdőbe, majd avörösvérsejtekbe. Itt ahemoglobin megköti a dioxigént, ezzel a színét kékesvörösről világosvörössé változtatva.[24] (A hemoglobin más részén a Bohr-effektus révén szén-dioxid szabadul fel). Más állatokhemocianint (puhatestűek és néhányízeltlábú), vagyhemeritrint (pókok és homárok) használnak.[42] Egy liter vér 200 cm³ O2-t képes feloldani.[42] A reaktív oxigénszármazékok, mint például a szuperoxid-anion (O2•-) és ahidrogén-peroxid (H2O2), az organizmusok oxigén-felhasználásának veszélyes melléktermékei.[42] A magasabb rendű szervezetekimmunrendszereinek bizonyos részei azonban létrehozhatnak peroxidot, szuperoxidot és szingulett oxigént, hogy elpusztítsák a támadó mikrobákat. Ezek a gyökök szintén fontos szerepet játszanak a növények kórokozó-támadásra adott hiperszenzitív válaszában.[48]
Az oxigénparciális nyomása egy élő gerinces szervezetében alégzőrendszerben a legmagasabb, majd azartériák, a perifériás szövetek és avénák mentén haladva egyre csökken. Az oxigén parciális nyomása, az a nyomás, amely akkor lenne, ha egyedül töltené ki a rendelkezésre álló teret.[52]
Egy nyugalmi állapotban lévő felnőtt ember 1,8-2,4 gramm oxigént lélegez be percenként.[53] Ez a teljes emberiségre vetítve évente több mint 6 milliárdtonna belélegzett oxigént jelent.[m 6]
AzO2-koncentráció aFöld atmoszférájában: 1) nincsO2-termelés; 2)O2 termelődik, de az óceánok és tengerfenéki kőzetek abszorbeálják; 3) azO2 kilép az óceánokból, de a földfelszín és azózonréteg elnyeli; 4–5) azO2-elnyelők megtelnek, és a gáz felhalmozódik
A szabad oxigéngáz szinte nem is létezett aFöldlégkörében a fotoszintetikusarcheák ésbaktériumok 3,5 milliárd évvel ezelőtti kifejlődését megelőzően. Az oxigén jelentősebb mennyiségben először apaleoproterozoikumeon (2,5 és 1,6 milliárd évvel ezelőtt) idején jelent meg. Az első egymilliárd évben, minden oxigén, amelyet ezen organizmusok termeltek egyesült az óceánokban oldottvassal;sávos vas formációkat (üledékes kőzet) hozva létre. Amikor 2,7 milliárd évvel ezelőtt az ilyen oxigén-elnyelők telítetté váltak, az oxigén kilépett az óceánokból, és mintegy 1,7 milliárd évvel ezelőtt elérte a jelenlegi szint 10%-át.[54]
A nagy mennyiségű oldott és szabad oxigén jelenléte az óceánokban és a légkörben, a legtöbbanaerob organizmustkipusztította a mintegy 2,4 milliárd évvel ezelőttinagy oxigenizációs esemény(oxigénkatasztrófa) folyamán. Ugyanakkor, lehetővé tette aO2-t sejtlégzésre használó aerob organizmusok számára, hogy sokkal többATP-t állítsanak elő; ezzel elősegítette, hogy azok uralják a földibioszférát.[55]
Akambrium időszak 540 millió évvel ezelőtti kezdete óta, azO2-szint 15 és 30 térfogatszázalék között ingadozott.[56] A légköri oxigén szintje akarbon korszak vége felé (mintegy 300 millió évvel ezelőtt) érte el maximumát 35 térfogatszázalékkal;[56] amely jelentősen hozzájárulhatott a nagy számúrovarhoz éskétéltűhöz ebben az időben.[57] Az emberi tevékenység, beleértve az évi 7 milliárdtonnafosszilis tüzelőanyag elégetését, nagyon kevés hatással van a légköri oxigén mennyiségére.[16] A jelenlegi ütem mellett a fotoszintézis körülbelül 2000 év alatt újítja meg a teljes légköriO2-mennyiséget.[58]
Az egyik legkorábbi, azégés és a levegő kapcsolatát vizsgáló kísérletetBizánci Philóngörög mérnök végezte el az i. e. 2. században. APneumatica című munkájában leírt kísérletében Philón egy égő gyertyát egy másik edénnyel takart le, és a nyakát vízzel vette körbe. Megfigyelte, hogy a víz kismértékben felemelkedett az edény nyakában.[59] Philón tévesen azt gondolta, hogy az edényben lévő levegő egy része átalakult aklasszikus tűz elemmé, és így képes volt kijutni az üveg pórusain. Sok évszázaddal későbbLeonardo da Vinci vitte tovább Philón munkáját megfigyelve, hogy a levegő egy része felhasználódik az égés és alégzés során.[60]
A 17. század végénRobert Boyle arra a következtetésre jutott, hogy a levegő az égés egyik feltétele.John Mayow (1641–1679) angol kémikus tovább finomította Boyle munkáját azzal, hogy megmutatta, a tűz csak a levegő egy részét használja fel, melyet őspiritus nitroaereusnak vagy csaknitroaereusnak nevezett.[61] Kísérletében azt találta, hogy egy egeret vagy egy égő gyertyát a zárt edény alá helyezve a víz megemelkedett, és a levegő eredeti térfogatának 14 százalékát töltötte ki, mielőtt a vizsgált tárgyak elenyésztek.[62] Ebből arra a feltételezésre jutott, hogy mind alégzés, mind az égésnitroaereust fogyaszt.
Mayow megfigyelte, hogy azantimon súlya hevítés hatására megnő; ebből arra következtetett, hogy anitroaereus egyesül azzal.[61] Arra is rájött, hogy a tüdő elválasztja anitroaereust a levegőtől, és átadja azt avérnek; illetve, hogy az állati hő- és izommozgás anitroaereus és a szervezetben lévő más anyagok reakciójából ered.[61] Ezeket, illetve más elvégzett kísérleteit és gondolatait 1668-ban,Tractatus duo című munkájánakDe respiratione fejezetében publikálta.[62]
Stahl hozzájárult a flogisztonelmélet fejlődéséhez és népszerűsítéséhez
Robert Hooke,Ole Borch,Mihail Lomonoszov ésPierre Bayen valamennyien előállították az oxigént a 17. és a 18. századi kísérleteikben, de egyikük sem ismerte fel, hogy az egy újkémiai elem.[30] Ez részben azégés és akorrózió úgynevezett flogisztonelméletének is köszönhető, amely igen népszerű volt abban az időben.
AJohann Joachim Becher német alkimista által 1667-ben felállított, és aGeorg Ernst Stahl kémikus által1731-ben módosított flogisztonelmélet azt állította, hogy minden éghető anyag két részből áll.[63] Az egyik rész, az úgynevezett flogiszton, az égés során távozott az anyagból; míg a másik, flogisztontartalmától megfosztott részről azt gondolták, hogy az az anyag igazi formája, vagy más névencalx.[60]
A jól égő, és kevés maradékot (hamut) hagyó anyagokról, mint például afáról vagy aszénről, azt gondolták, hogy nagyrészt flogisztonból épülnek fel; míg a nem éghető, korrodálódó anyagok, mint avas, csak kis részben tartalmazzák. A levegő nem játszott szerepet a flogisztonelméletben, és nem történtek kezdetleges, mennyiségi kísérletek sem az elmélet igazolására. Ehelyett, az elméletet arra alapozták, hogy mi történik ha valami elég; és megállapították, hogy a hétköznapi tárgyak az elégetés hatására könnyebbnek tűnnek, mintha elveszítenének valamit a folyamatban.[60] Azt a tényt, hogy az elégett anyag, például a fa tömege megnő az égés során, a gáznemű égéstermékek felhajtóereje elrejtette. A fémek voltak az első nyomai a flogisztonelmélet hibás mivoltának, ugyanis tömegük a rozsdásodás hatására megnőtt, habár az elmélet szerint azok is flogisztont veszítettek.
Az oxigént asvéd gyógyszerész,Carl Wilhelm Scheele fedezte fel.Higany-oxid és a különböző nitrátok hevítésével 1772-ben sikerült oxigéngázt előállítania.[9][60] Scheeletüzes levegőnek nevezte el a gázt, mert ez volt az égés egyetlen ismert támogatója. FelfedezésérőlÉrtekezés a levegőről és a tűzről címmel beszámolót is írt, és 1775-ben elküldte kéziratát a kiadónak. Ugyanakkor, a dokumentumot 1777-ig nem publikálták.[64]
Időközben, 1774. augusztus 1-jén, abrit lelkészJoseph Priestley is elvégzett egy kísérletet: a Nap fényét üvegcsőben elhelyezetthigany-oxidra (HgO) fókuszálta, amely gázt szabadított fel; ezt a gázt Priestleydeflogisztonizált levegőnek nevezte el.[9] Felfedezte, hogy a gyertyák fényesebb lánggal égnek benne, illetve az egér aktívabb volt és tovább élt, ha belélegezte a gázt. Miután ő maga is belélegezte, ezt írta: „A tüdőm nem érzett különbséget a közönséges levegőtől, de úgy emlékszem, hogy utána egy ideig különösen könnyednek éreztem a mellkasom.”[30][65] Priestley 1775-ben publikálta felfedezéseitBeszámoló további felfedezésekről a levegővel(An Account of Further Discoveries in Air) című tanulmányában; amely aKísérletek és megfigyelések különböző levegőkkel című könyvének második kötetében volt olvasható.[60][66] Mivel előbb publikálta eredményeit, általában Priestley-nek tulajdonítják a felfedezés elsőségét.
A neves francia kémikus,Antoine Laurent Lavoisier később azt állította, hogy az új anyagot önállóan fedezte fel. Priestley azonban 1774 októberében meglátogatta, és elmondta neki a kísérletét, és miképp szabadította fel az új gázt. Scheele is írt egy levelet Lavoisier-nek 1774. szeptember 30-án, melyben leírta a korábban ismeretlen anyag felfedezését, de Lavoisier sosem ismerte el, hogy megkapta azt (a levél másolatát Scheele ingóságai között találták meg halála után).[64]
Amit Lavoisier kétségkívül megtett (bár azt abban az időben még vitatták), az azoxidáció első, megfelelő mennyiségi kísérletének elvégzése volt; illetve elsőként magyarázta meg helyesen az égés folyamatát.[9] 1774-től kezdődően elvégezte ezeket, illetve más hasonló kísérleteket; hogy megcáfolja a flogisztonelméletet és bebizonyítsa, hogy a Priestley és Scheele által felfedezett anyag egy újkémiai elem.
Az egyik kísérletben Lavoisier megfigyelte, hogy amikorónt és levegőt hevített egy zárt tartályban, összességében nem volt súlygyarapodás.[9] A tartály felnyitásakor azt tapasztalta, hogy kívülről levegő áramlott be; ami azt jelezte, hogy a tartályban lévő levegő egy része elhasználódott. Azt is megfigyelte továbbá, hogy az ón tömege megnőtt; méghozzá pontosan a beáramolt levegő tömegével azonos mértékben. Ezt, és az égéssel kapcsolatos más kísérleteit aSur la combustion en général című könyvében dokumentálta, melyet 1777-ben publikáltak.[9] Ebben a művében azt bizonyította, hogy a levegő két gáz keverékéből áll: alétfontosságú (vital) levegőből, amely elengedhetetlen az égéshez és a légzéshez; illetve azazótból (görög:ἄζωτον "élettelen"), amelyik egyiket sem táplálta. Az azót ma magyarul anitrogén néven ismert elem, de franciául és néhány európai nyelven még mindig így hívják.[9]
Lavoisier 1777-ben átnevezte alétfontosságú (vital) levegőt a görög eredetű – azὀξύς (oxys) ’sav’ és-γενής (-genēs) ’nemző, képző’ szavak összetételéből származó –oxygène-re, mert tévesen azt hitte, hogy az oxigén minden sav alkotóeleme.[12] A kémikusok (nevezetesen SirHumphry Davy 1812-ben) végül bebizonyították, hogy Lavoisier tévedett ebben a tekintetben (a sav-bázis kémia sarokköve ugyanis ahidrogén-ion), de ekkor már túl késő volt.
John Dalton eredeti atomhipotézise azt feltételezte, hogy minden elem monoatomikus, és hogy a vegyületekben lévő atomok a legegyszerűbben aránylanak egymáshoz. Például Dalton azt gondolta, hogy avíz képlete HO, így az oxigénatomtömege nyolcszorosa a hidrogénének, szemben a mai 16-szoros értékkel.[67] 1805-benJoseph Louis Gay-Lussac ésAlexander von Humboldt megmutatta, hogy a víz két térfogatrész hidrogénből és egy térfogatrész oxigénből áll; 1811-ben pedigAmedeo Avogadro megadta a víz összetételének helyes értelmezését, a később róla elnevezettAvogadro-törvény és a kétatomos molekulák létezésének feltételezése alapján.[68][m 7]
A 19. század végére a tudósok felismerték, hogy a levegő cseppfolyósítható és az összetevői szétválaszthatók, ha a levegőt komprimálják (összenyomják), és lehűtik. Asvájci kémikus és fizikus,Raoul Pictet Pierre kaszkád módszer alkalmazásával folyékonykén-dioxidot párologtatott el annak érdekében, hogy így folyékonyszén-dioxidot állítson elő, amit aztán szintén elpárologtatott, hogy kellően le tudja hűteni az oxigéngázt a cseppfolyósodáshoz. 1877. december 22-én táviratot küldött apárizsi Francia Tudományos Akadémiának, hogy bejelentse a folyékony oxigén felfedezését.[69] Mindössze két napra rá,Louis Paul Cailletet francia fizikus is bejelentette saját módszerét a folyékony molekuláris oxigén előállítására.[69] Mindkét esetben csupán néhány cseppnyi folyadékot sikerült előállítani, így értelmes elemzést nem lehetett elvégezni. Stabil állapotú folyékony oxigént először a lengyelJagelló Egyetem tudósainak (Zygmunt Wróblewski ésKarol Olszewski) sikerült előállítania 1883. március 29-én.[70]
1891-benJames Dewar skót vegyész képes volt a tanulmányozáshoz elegendő mennyiségű folyékony oxigént előállítani.[16] Az első kereskedelmileg is életképes folyékonyoxigén-előállító eljárást 1895-ben egymástól függetlenül fejlesztette kiCarl von Linde német ésWilliam Hampson brit mérnök. Mindketten addig csökkentették a levegő hőmérsékletét, amíg az folyékonnyá nem kondenzálódott; majd az összetevő gázokat egyesével felforralva desztillációval különválasztották.[71] Később, 1901-ben bemutatták az oxiacetilén hegesztést, amelyben sűrítettO2-t ésacetilént kevertek és égettek el. Ez a hegesztési, illetve lemezvágási eljárás később széles körben elterjedt.[71]
Hofmann elektrolízis készülék, víz elektrolíziséhez (vízbontás)
Az iparban évente 100 millió tonna oxigént állítanak elő a levegőből, melynek két fő eljárása ismert.[64] A leggyakoribb eljárás a levegő szakaszos lepárlása (frakcionáltdesztilláció) alkotóelemeire, amely során az oxigén folyékony, a nitrogén gőzállapotú.[64]
A másik eljárás, tiszta, száraz levegőzeolit molekuláris szűrőágy-pár egyikén való átáramoltatása, amely elnyeli a nitrogént, és a kiáramló gáz 90-93% oxigéntartalmú.[64] Ezzel párhuzamosan a másik, nitrogénnel telített zeolit ágyban lecsökkentik a kamra üzemi nyomását, illetve fordított irányban átáramoltatják rajta az oxigéngáz áram egy elterelt részét; így a kamrában nitrogéngáz szabadul fel. Adott idő elteltével a kamrák szerepe felcserélődik, így a vezetékekben folyamatos oxigéngáz áramlás tartható fenn. Ez az úgynevezettadszorpciós nyomásfordítás (pressure swing adsorption, PSA). Az oxigéngázt egyre inkább ezekkel a nem-kriogén technológiákkal állítják elő.[73]
Az oxigéngázvíz elektrolízisével is előállítható, mely során a víz molekuláris oxigénre éshidrogénre bomlik. Az elektrolízis során az elektródákra egyenáramot kapcsolnak. Váltóáram esetén mindkét oldali kémcsőben a hidrogén és oxigén robbanásveszélyes 2:1 arányú elegye keletkezik, mivel az anód és a katód a váltóáram frekvenciájának megfelelően folyamatosan felcserélődik. A közhiedelemmel ellentétben, az egyenáramú elektrolízis során tapasztalható 2:1-es arány nem bizonyítja a vízH2O vegyképletét, kivéve, ha élünk bizonyos feltételezésekkel a hidrogén és az oxigén formulájáról magáról. Hasonló módszer az oxidok ésoxosavak elektrokatalitikusO2-evolúciója. Természetesen kémiai katalizátorok is használhatóak, mint például a kémiai oxigén generátor vagy az oxigéngyertya, amelyeket atengeralattjárók létfenntartó rendszerébe építenek be, illetve alapfelszereltségként alkalmazzák a kereskedelmi repülőgépjáratokon dekompressziós vészhelyzet esetén. További levegő-szeparációs technológia a levegő nagy nyomás hatására, vagy elektromos áram révén kényszerített feloldásacirkónium-dioxidból készültkerámia membránokban, amely során csaknem tiszta oxigéngáz termelődik.[44]
A folyékony oxigén ára nagy mennyiségben, 2001-ben körülbelül 0,21 dollár/kg (47,8 Ft/kg) volt.[74][m 8] Mivel az elsődleges termelési költség a levegő cseppfolyósításának energiaköltsége, a termelési költségek az adott terület energiaárai alapján változnak.
Gazdasági okokból az oxigént gyakran cseppfolyós állapotban, speciálisan szigetelt tankerekben szállítják, mivel egy liter cseppfolyós oxigén légköri nyomáson és 20 °C-on 840 liter oxigéngázzal egyenértékű.[64] Az ilyen tankerekkel töltik fel a kórházak és egyéb nagy mennyiségű tiszta oxigéngázt felhasználó intézmények oxigéntároló tartályait, amelyekből a folyékony oxigén hőcserélőkön keresztül áramolva, csak gázhalmazállapotban jut be az épületbe. A sűrített oxigéngázt ugyanakkor nagynyomású, kék színű acélpalackokba is kitöltik és szállítják, ez bizonyos hordozható orvosi eszközökhöz, hegesztéshez és lemezvágáshoz előnyös kiszerelési forma.[64] A palack kezelése rendkívüli elővigyázatosságot igényel a nagy fokú robbanásveszély miatt.
Alégzés alapvető célja az oxigén felvétele a levegőből, így az oxigénpótlást agyógyászatban is használják. A kezelés nemcsak megnöveli a beteg vérében lévő oxigén szintjét, de megvan az a másodlagos hatása, hogy számos tüdőbetegség esetén csökkenti a vér áramlási ellenállását, így könnyít a szív terhelésén. Az oxigénterápiát használják atüdőtágulat(emphysema), atüdőgyulladás, bizonyos szívbetegségek (pangásosszívelégtelenség) kezelésére; illetve minden olyan betegségnél és rendellenességnél, amely a tüdőartéria fokozott vérnyomásával jár együtt, vagy rontja a szervezet oxigénfelvevő képességét.[75]
A kezelés elég rugalmas ahhoz, hogy ne csak a kórházakban alkalmazzák, de akár a beteg otthonában, vagy egyre inkább hordozható eszközök segítségével. Régebben elterjedt volt az oxigénsátor alkalmazása, de mára szinte teljesen felváltotta az oxigénmaszk és a nazális kanül.[76]
Ahiperbár (nagynyomású) gyógyászat speciális oxigénkamrát használ, hogy megnövelje az oxigénparciális nyomását a páciens – és ha szükséges – az orvosi személyzet körül.[77] Aszén-monoxid-mérgezés, a gázgangréna (sercegő üszök) és adekompressziós betegség kezelhető a segítségével.[78] A megnöveltO2-koncentráció a tüdőben segít kiszorítani a szén-monoxidot ahemoglobin hem csoportjából.[79][80] Az oxigéngáz mérgező a gázgangrénát okozóanaerob baktériumok számára, így a parciális nyomás megemelése segít megölni őket.[81][82] A dekompressziós betegség túl gyorsan emelkedő búvárok esetében fordul elő, akik vérében inert gázbuborékok – főlegnitrogén éshélium – keletkezik. A kezelés része az oxigén nyomásának minél hamarabbi megnövelése.[75][83][84]
Oxigént használnak azoknál a betegeknél is, akiknél gépi lélegeztetés szükséges; gyakran a környezeti levegő 21%-os koncentrációját meghaladó mértékben.
Egyesűrruhákban kis nyomású tisztaO2-gázt használnak
Az oxigéngáz figyelemre méltó alkalmazási területe a modernűrruha, amely körülöleli a viselő testét a kis nyomású gázzal. Egyes űrruhákban csaknem tiszta oxigént alkalmaznak, melynek nyomása körülbelül egyharmada a normál légköri nyomásnak, így tartva fenn az oxigén normális parciális nyomását a vérben.[85][86] A nagy nyomásról kis nyomásra való átváltás azért volt szükséges, hogy továbbra is megfelelően rugalmas és hajlékony ruhákat lehessen készíteni.
Abúvárok és a tengeralattjárón szolgáló tengerészek is mesterségesen szállított oxigénre támaszkodnak, de a leggyakrabban normál nyomást vagy levegő és oxigén keverékét használják. A tiszta vagy majdnem tiszta oxigén használata a búvárkodásban az újralégző készülékre; illetve a dekompresszió, vagy sekély mélységű (~6 méter mély, vagy kevesebb) sürgősségi kezelésre korlátozódik.[87][88] Ennél mélyebbre merüléskor az oxigént más gázokkal – nitrogénnel vagy héliummal – jelentősen hígítani kell, hogy elkerüljék azoxigénmérgezést.[87]
A hegymászók és a nem túlnyomásos merevszárnyú repülőgéppel repülők gyakran visznek magukkal kiegészítő oxigént.[m 9] A kereskedelmi (túlnyomásos) repülőgépekkel utazók vészhelyzeti oxigén tartalékkal rendelkeznek, amelyet az utastér nyomáscsökkenése esetén automatikusan megkapnak. A hirtelen nyomáscsökkenés aktiválja az egyes ülések fölötti kémiai oxigén generátorokat, és az oxigénmaszkok leesnek. A maszkok felvétele – a biztonsági előírásoknak megfelelően – a tartály belsejében lévővasreszeléket anátrium-klorátba kényszeríti, ezzel az exoterm reakció révén folyamatos oxigéngáz áramlás indul meg.[44]
Az oxigénnek, mint feltételezhetően enyheeuforikus hatású gáznak, nagy múltja van a rekreációs felhasználását illetően az oxigénbárokban és asportban. Az ilyen oxigénbárok az 1990-es évektől kezdődően megtalálhatóakJapánban,Kaliforniában, és anevadaiLas Vegas völgyben, amelyek térítés ellenében a szokásosnál nagyobb oxigénmennyiséget kínálnak belélegzésre.[89] A profi sportolók, különösen azamerikaifutballban aplay-ek között időnként elhagyják a pályát, hogy oxigén maszkot viseljenek, és növeljék teljesítményüket. Ezen technikák farmakológiai hatása kétséges, aplacebo hatás sokkal valószínűbb magyarázat.[89] A rendelkezésre álló tanulmányok alátámasztják a dúsítottO2-keverék teljesítménynövelő hatását, de csak akkor, ha azt a testmozgás alatt lélegezték be.[90]
Az oxigén további felhasználási területe lehet apirotechnika, többek közöttGeorge H. Goble öt másodperces barbecue grillsütése (folyékony oxigén felhasználásával).[91]
A legtöbb kereskedelmileg előállítottO2-t azacélgyártáshoz használják fel
Avasércacéllá alakítása használja fel a kereskedelmileg előállított oxigén 55%-át.[44] Ez az eljárás az úgynevezettLD-konverteres eljárás, amely során a konverterben felhevített, olvadt nyersvasra egy felülről beengedett oxigénlándzsán keresztül nagy sebességgel oxigéngázt fújnak be. Az oxigén kiégeti a nyersvasban lévőkén szennyeződéseket, illetve a vasszéntartalmát, melyből rendreSO2 ésCO2 keletkezik. A reakcióexoterm, a konverter hőmérséklete így akár 1700 °C-ig is emelkedhet.[44]
További 25% előállított oxigént a vegyipar használ fel.[44] Azetilént oxigénnel reagáltatvaetilén-oxidot állítanak elő,[92] majd abból pedigetilénglikolt. Az etilénglikol számos termék gyártásának elsődleges kiindulóanyaga, beleértve a fagyállót, illetve apoliészter polimereket (amelyek még többműanyag ésszövet prekurzorai).[44] Oxigént vagy levegőt használnak az oxidatív krakkolásnál,[93] szerves vegyületek (akrilsav,[94][95] 2,5-diformil-furán,[96] benzoesav[97]) illetve szervetlen vegyületek (kénsav,salétromsav, hidrogén-peroxid[98]) szintézisénél. A vegyiparban illetve belső égésű motorokban keletkezett káros gázok utókezelésére oxidatív konvertereket használnak.[99][100]
A fennmaradó 20%-ot orvosi célokra, hegesztésre, lemezvágásra,rakéta-hajtóanyaghoz, illetve víztisztításhoz használják fel.[44] Az oxiacetilén hegesztéskor a hegesztőpisztolybanacetilén és oxigéngáz keverékét égetik el, amely rendkívül forró lánggal ég. A lemezvágási eljárásnál a legfeljebb 60 cm vastag lemezt egy kisebb oxiacetilén lánggal előhevítik, majd egy nagyobb oxigénsugárral hirtelen elvágják.[101]
A paleoklimatológusok mérik a tengeri élőlényekhéjában ésvázában található oxigén-16 és oxigén-18 izotópok mennyiségét, hogy meghatározzák milyen volt az éghajlat évmilliókkal ezelőtt. A tengervíz molekulái, amelyek a könnyebb oxigén-16 izotópot tartalmazzák, valamivel gyorsabb ütemben párolognak el, mint a 12%-kal nehezebb oxigén-18 izotópot tartalmazó vízmolekulák; ez a különbség alacsonyabb hőmérsékleten növekszik.[102] Az alacsonyabb globális hőmérsékletű időszakok során az elpárolgott vízből keletkező hó és eső általában oxigén-16-ban, a hátrahagyott tengervíz pedig általában oxigén-18-ban gazdagabb. A tengeri élőlények így több oxigén-18 izotópot építenek be a vázszerkezetükbe, mint tennék azt melegebb éghajlat esetén.[102] A paleoklimatológusok közvetlenül is mérik ezt az arányt ajégmag mintákból származó vízmolekulákban, amelyek akár több százezer évesek is lehetnek.
A planetáris geológusok az oxigénizotópok előfordulási gyakoriságára különböző értékeket mértek aFöldről, aHoldról, aMarsról ésmeteoritokról származó mintákban, de aNapra jellemző izotópgyakorisági értéket még nem sikerült meghatározni – utóbbiról feltételezik, hogy azonos azősi szoláris ködével(primordial solar nebula). Ugyanakkor a földbe csapódottGenesis űrszonda által visszahozott, az űrbennapszélnek kitettszilícium szeletek elemzése azt mutatta, hogy a Nap nagyobb arányban tartalmaz oxigén-16 izotópot, mint a Föld. Az eredmény azt jelenti, hogy egy még ismeretlen folyamat kimerítette a Napprotoplanetáris korongjának oxigén-16 tartalmát, még mielőtt a porszemcséi összeolvadhattak volna, és létrehozták volna a Földet.[103]
Az oxigén két spektrofotometriás abszorpciós sávval rendelkezik, melyek csúcsai 687 és 760 nmhullámhossznál találhatóak. Néhány távérzékeléssel foglalkozó tudós felvetette, hogy a növényzet egészségi állapota vizsgálható lenne műholdas platformról, a vegetáció lombozatának ezen sávokba eső sugárzásának mérése révén.[104] Ez a megközelítés azt használja ki, hogy ezekben a sávokban a növényzet reflexiója elkülöníthető annakfluoreszcenciájától, amely sokkal gyengébb. A mérés technikailag nehezen kivitelezhető az alacsonyjel-zaj viszony és a növényzet fizikai struktúrája miatt; de javasolt lehetséges eljárás a szén-körciklus globális nyomonkövetésére.
Az oxigénoxidációs száma szinte minden ismert vegyületében −2.[105] Néhány vegyületében, például a peroxidokban előfordul a −1 oxidációs szám is. Az oxigént más oxidációs állapotban tartalmazó vegyületek nagyon ritkák: −1/2 (szuperoxidok), −1/3 (ozonidok), 0 (elemi állapot,hipofluorossav), +1/2 (dioxigenil), +1 (dioxigén-difluorid) és +2 (oxigén-difluorid).
A legismertebb oxigénvegyület avíz (H2O)Az oxidok, mint például avas-oxid vagyrozsda, akkor alakulnak ki, amikor az oxigén más elemekkel vegyül
Avíz (H2O) ahidrogén oxidja, egyben a legismertebb oxigénvegyület. A vízmolekulában a hidrogénatomokkovalens kötéssel kapcsolódnak az oxigénatomhoz, de ezen kívül további vonzást mutatnak (hidrogénatomonként körülbelül 23,3 kJ/mol) más vízmolekulák oxigénatomjai felé is.[106] Ez ahidrogénkötés 15%-kal közelebb tartja egymáshoz a vízmolekulákat annál, mint ahogy az egy közönséges folyadékban aVan der Waals-erők alapján várható lenne.[107][m 10]
Nagyelektronegativitása miatt az oxigén magas hőmérsékleten majdnem az összes elemmelkémiai kötéseket képez, a megfelelő oxidokat hozva létre. Mindazonáltal több elemszabványos nyomáson és hőmérsékleten is könnyen alkot oxidokat, ennek egyik példája a rozsdásodóvas. Azalumíniumhoz éstitánhoz hasonló fémek felülete levegő jelenlétében oxidálódik; vékony, tömör oxidréteg jön létre, amely passziválja a fémet, és lelassítja a továbbikorróziót. Néhány természetben megtalálható nem-sztöchiometrikus átmenetifém-oxidban valamivel kevesebb fém található, mint amennyi avegyképletéből következne. Például a természetben előfordulóFeO(wüstit) valójábanFe1 − xO formában írható fel, aholx általában 0,05 körüli érték.[108]
Az oxigén számos szerves vegyülettel szobahőmérsékleten vagy annál alacsonyabb hőmérsékleten spontán reakcióba lép, ezt a folyamatot autooxidációnak nevezzük.[112] A legtöbbszerves vegyület amely oxigént tartalmaz, nem az oxigéngáz közvetlen reakciója során képződik. Az iparban és a kereskedelemben is fontos szerves vegyületeketilén-oxid ésperecetsav tartalmú prekurzorok közvetlen oxidálásával gyárthatók.[109]
Az elem szinte mindegyikbiomolekulában megtalálható, amely fontos az élet számára (vagy éppen az állította elő). Csak néhány komplex biomolekula, mint például aszkvalén és akarotinok nem tartalmaznak oxigént. A biológiailag releváns szerves vegyületek közül aszénhidrátok tartalmaznak oxigént a legnagyobb tömegarányban. Mindenzsír,zsírsav,aminosav ésfehérje tartalmaz oxigént (akarbonilcsoportok jelenléte miatt a savakban, illetve azok észter származékaiban). Az oxigén előfordul a biológiailag fontos energiahordozóADP ésATP molekulák foszfátcsoportjaiban (PO3−4), azRNS ésDNS molekula vázában, apurin- és apirimidinbázisokban (azadenin kivételével), valamint a csontokbankalcium-foszfát éshidroxiapatit formájában.
Anaszcenszlatin szó, jelentése ’a születés pillanatában lévő’. A kémiában a keletkezés, kiválás pillanatában lévő, még atomos állapotú elemekre (gázokra) használják. Az ilyen naszcensz elemek atomos állapotuk miatt rendkívül reakcióképesek. Azózonból és ahidrogén-peroxidból naszcensz oxigén szabadul fel, ezért ezek az anyagok nagyon erős oxidálószerek.
AzNFPA 704 szabvány a sűrített oxigéngázt egészségre nem veszélyes, nem gyúlékony és nem reaktív, ugyanakkor égést segítő oxidálószerként sorolja be. A hűtött, folyékony oxigén(LOX) egészségügyi szempontból 3-as besorolású a kondenzált gőzök okoztahyperoxia fokozott kockázata, illetve a fagyási sérülések miatt; de minden más szempontból azonos a sűrített oxigéngázzal.
Az oxigénmérgezés tünetei[113]Az oxigénmérgezés akkor következik be, amikor a tüdő a normálisnál 2,5-szer nagyobb parciális nyomású oxigént lélegez be, ami nagy mélységűbúvárkodásnál fordulhat elő
A nagyparciális nyomású oxigéngáz (O2)mérgező lehet, amelygörcsökhöz és más egészségi problémákhoz vezet.[87][114][m 11] Az oxigénmérgezés általában 50kilopascal (kPa) parciális nyomáson kezd kialakulni, amely egyenlő a normál tengerszintiO2 parciális nyomás (~21 kPa) két és félszeresével vagy más megközelítésben légköri nyomáson (100 kPa) 50%-os oxigén összetételt jelent. Ez elég szélsőséges ahhoz, hogy a hétköznapokban ne okozzon problémát, kivéve a lélegeztetőgépre kötött betegeket, esetükben azoxigénmaszkon keresztül érkező levegőben az oxigén részaránya 30-50 térfogatszázalék (körülbelül 30 kPa normál nyomáson),[30] habár ez az érték a maszk típusától függően széles tartományban változhat.
Egy időben akoraszülötteket oxigéndús levegővel teli inkubátorba helyezték, de ezt a gyakorlatot megszüntették, miután egyes babák megvakultak a túl magas oxigéntartalomtól.[30]
Az űripari alkalmazásokban – mint például a modernűrruhákban és a koraiApollo űrhajókban – a tiszta oxigén belélegzése azért nem okozott gondot, mert az oxigén össznyomása kicsi volt.[85][115] Az űrruha esetében a belélegzett gázkeverékben lévőO2 parciális nyomása 30 kPa (a normál érték 1,4-szerese), míg az űrhajós vérében oldottO2 parciális nyomása alig haladja meg a tengerszinten mérhető értéket.
Atüdő és aközponti idegrendszer oxigénmérgezése önálló készülékes (SCUBA) és ipari búvárkodás (felszíni levegőtáplálásos) során is előfordulhat.[30][87] 60 kPa parciális nyomású oxigént tartalmazó gázkeverék huzamosabb ideig történő belélegzése tartós tüdőfibrózist okoz.[116] 160 kPa (1,6 atm) vagy annál nagyobb parciális nyomású oxigéngáznak való kitettség görcsökhöz vezethet, amely a búvárok számára általában végzetes. A rohamokat okozó, és emiatt a búvárok számára legfélelmetesebbakut oxigénmérgezés 21%-os oxigéntartalom mellett 66 m (tiszta, 100% oxigéntartalom esetében már 6 m) mélységben bekövetkezik.[116][117][118][119]
AzApollo–1 parancsnoki modul belseje. A normál légkörinél nagyobb nyomású tisztaO2 és egy szikra tüzet és az Apollo–1 legénységének vesztét okozta
A rendkívül koncentrált oxigén elősegíti a gyors égést.Tűz- ésrobbanásveszély áll fenn, ha a koncentrált oxigén és az éghető anyag közvetlen közelségbe kerül; az égés megindításához ugyanakkor valamilyen gyújtóhatásra – például hőre vagy szikrára – is szükség van.[120] Az oxigén maga nem éghető, de az égést táplálja (oxidálószer). A tűzveszélyesség az oxigén azon vegyületeire is fennáll, amelyek magas oxidációs potenciállal rendelkeznek, mivel ezek oxigénnel táplálhatják a tüzet. Ilyen vegyületek például a peroxidok, klorátok, nitrátok, perklorátok és dikromátok.
A tömény oxigén lehetővé teszi, hogy az égés gyorsan és energetikusan terjedjen.[120] A légnemű és folyékony oxigén szállítására használatosacélcsövek maguk is éghető anyagokként viselkednek, ezért az ilyenO2-rendszerek tervezése és gyártása speciális képzettséget igényel annak érdekében, hogy a gyújtóforrások száma minimalizálható legyen.[120]
AzApollo–1 legénységének halálát egy tűzeset okozta, amely egy indítóállási teszt során keletkezett. A teszt alatt a kapszulát tiszta oxigénnel töltötték fel, azonban a légkörinél valamivel nagyobb nyomással; így a rövidzárlat következtében felcsapó lángok olyan hevesen és gyorsan égtek, hogy az űrhajósok percek alatt megfulladtak.[m 12][121][122]
Ha az elszivárgó folyékony oxigén szerves anyagokba – példáulfába,aszfaltba vagy petrolkémiai termékekbe – szívódik be, akkor ezen anyagok mechanikai behatásra később kiszámíthatatlanul berobbanhatnak.[120] Más kriogén anyagokhoz hasonlóan az emberi testtel érintkezve a bőr és a szem fagyási sérülését okozhatja.
↑A pályakvantummechanikai fogalom, mely az atom vagy molekula körül valamilyen térbeli eloszlással rendelkező hullámtermészetű részecskeként modellezi az elektront.
↑Az oxigén paramágneses tulajdonsága felhasználható az oxigéngáz tisztaságának analitikai meghatározására.[18]
↑A közölt értékek a földfelszín feletti 80 km magasságra vonatkoznak.
↑A tilakoid membrán akloroplasztisz része az algákban és a növényekben, ezzel szemben acianobaktériumokban egyszerűen csak a számos membrán egyike. Valójában, a kloroplasztiszról azt feltételezik, hogy a cianobaktériumokból fejlődött ki, melyek egykor szimbiózisban éltek az algák és növények progenerátoraival.
↑A víz oxidációját katalizálják azoxigén-kialakító komplex (OEC) vagyvízhasító komplex néven ismertmangántartalmú enzimek, amelyek összefüggésben vannak a tilakoid membránok lumenális oldalával. A mangán fontoskofaktor, dekalcium ésklór is szükséges a reakció végbemeneteléhez. (Raven 2005)
↑Ezeket az eredményeket ugyanakkor 1860-ig elutasították. Az elutasítás oka egyrészt azon meggyőződés volt, hogy egy elem atomjainak nincs kémiai affinitása ugyanazon elem más atomjaihoz; másrészt azAvogadro-törvény látszólagos kivételei miatt, melyeket csak később, a disszociáló molekulákkal sikerült megmagyarázni.
↑Ennek az az oka, hogy a kis nyomású gázkeverékben az oxigén arányának növelése a tengerszinten mért értékhez közelire növeli a belélegzettO2 parciális nyomását.
↑Ezen kívül, mivel az oxigénelektronegativitása a hidrogénénél nagyobb, a töltéskülönbség miatt a molekula poláris lesz. A különböző molekulák dipólusai közötti kölcsönhatás eredője vonzó erőt eredményez.
↑Mivel azO2parciális nyomása () azO2 mólarányának () és a gázkeverék össznyomásának () a szorzata; a nagy parciális nyomást okozhatja azO2 magas részaránya a belélegzett gázban, vagy a belélegzett gáz nagy nyomása, esetleg a kettő kombinációja.
↑A tűz pontos okát nem tudták egyértelműen azonosítani, de egyes bizonyítékok elektromos ívkisülésre (szikrára) utalnak.
↑Szőkefalvi-Nagy Zoltán; Szabadváry Ferenc: A magyar kémiai szaknyelv kialakulása. A kémia története Magyarországon. Akadémiai Kiadó, 1972. (Hozzáférés: 2010. december 3.)
↑Russell L. Rasmussen – Joseph G. Morse – Karen W. Morse: Main Group Elements. InInorganic Chemistry. Főszerk. Robert A. Meyers. 3. 25. o. = Encyclopedia of Physical Science and Technology,ISBN 978-0-12-227410-7
↑Barbara Herlihy.The Human Body in Health and Illness, 5th edition, Elsevier Health Sciences, 16. o.. 978-1-4557-7234-6 (2014. március 27.). Hozzáférés ideje: 2014. szeptember 5.
↑Krieger-Liszkay, Anja (2004. október 13.). „Singlet oxygen production in photosynthesis”.Journal of Experimental Botanics56 (411), 337–46. o, Kiadó: Oxford Journals.DOI:10.1093/jxb/erh237.ISSN0022-0957.PMID15310815.
↑ (2002. december 13.) „Evidence for Antibody-Catalyzed Ozone Formation in Bacterial Killing and Inflammation”.Science298 (5601), 2195–219. o.DOI:10.1126/science.1077642Jr..PMID12434011.
↑Chieh, Chung: Bond Lengths and Energies. University of Waterloo. [2007. december 14-i dátummal azeredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2007. december 16.)
↑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. o.DOI:10.1021/j100366a020.
↑Lide, David R.. Section 4, Properties of the Elements and Inorganic Compounds; Melting, boiling, and critical temperatures of the elements,CRC Handbook of Chemistry and Physics, 84th, Boca Raton, Florida: CRC Press (2003).ISBN 0-8493-0595-0
↑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 however notes that according to later articles in Nature the values appear to be about 3% too high.
↑abcdDerived from mmHg values using 0,133322 kPa/mmHg
↑abNormal Reference Range TableArchiválva2011. december 25-i dátummal aWayback Machine-ben from The University of Texas Southwestern Medical Center at Dallas. Used in Interactive Case Study Companion to Pathologic basis of disease.
↑"The feeling of it to my lungs was not sensibly different from that of common air, but I fancied that my breast felt peculiarly light and easy for some time afterwards."
↑Priestley, Joseph (1775). „An Account of Further Discoveries in Air”.Philosophical Transactions65, 384–94. o.DOI:10.1098/rstl.1775.0039.
↑DeTurck, Dennis; Gladney, Larry and Pietrovito, Anthony: The Interactive Textbook of PFP96. University of Pennsylvania, 1997. [2008. január 17-i dátummal azeredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2008. január 28.)
↑Roscoe, Henry Enfield, Schorlemmer, Carl.A Treatise on Chemistry. D. Appleton and Co., 38. o. (1883)
↑abDaintith, John.Biographical Encyclopedia of Scientists. CRC Press, 707. o. (1994).ISBN 0-7503-0287-9
↑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 Med60 (5), 415–21. o.PMID2730484.
↑Miller, J.R.; Berger, M.; Alonso, L.; Cerovic, Z.; Goulas, Y.; Jacquemoud, S.; Louis, J.; Mohammed, G.; Moya, I.; Pedros, R.; Moreno, J.F.; Verhoef, W.; Zarco-Tejada, P.J.. „Progress on the development of an integrated canopy fluorescence model”. Geoscience and Remote Sensing Symposium, 2003. IGARSS '03. Proceedings. 2003 IEEE International. Hozzáférés: 2008. január 22.
↑Hans Breuer.Atlasz – Kémia, második, javított kiadás, Budapest: Athenaeum 2000 Kiadó, 171. o. (2000).ISBN 963 926124 6
↑Maksyutenko, P., T. R. Rizzo, and O. V. Boyarkin (2006). „A direct measurement of the dissociation energy of water”.J. Chem. Phys.125 (18), 181101. o.DOI:10.1063/1.2387163.PMID17115729.
↑Chaplin, Martin: Water Hydrogen Bonding, 2008. január 4. [2007. október 10-i dátummal azeredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2008. január 6.)
↑Dharmeshkumar N Patel, Ashish Goel, SB Agarwal, Praveenkumar Garg, Krishna K Lakhani (2003). „Oxygen Toxicity”.Indian Academy of Clinical Medicine4 (3), 234. o. [2015. szeptember 22-i dátummal azeredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2014. február 4.)
↑abcdWerley, Barry L. (Edtr.) (1991). „Fire Hazards in Oxygen Systems”. ASTM Technical Professional training, 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..Inviting Disaster: Lessons from the edge of Technology: An inside look at catastrophes and why they happen. New York: HarperCollins Publishers Inc. (2001).ISBN 0-06-662082-1
Ez a szócikk részben vagy egészben azOxygen című angol Wikipédia-szócikkezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.
.jpg)
