Oksijen

Oksijen, ₈O

Sıvı oksijen kaynatma
Oksijen
Allotropları	O2, O3 (Ozon)
Görünüm	gaz: renksiz sıvı ve katı: açık mavi
Standart atom ağırlığı Ar, std(O)	[7001159990300000000♠15.99903, 7001159997700000000♠15.99977] Konvansiyonel: 7001159990000000000♠15.999
Periyodik tablodaki Oksijen
– ↑ O ↓ S azot ← oksijen → flor
Atom numarası (Z)	8
Grup	16. grup (kalkojenler)
Period	periyot 2
Blok	p-blok
Element kategorisi	Reaktif ametal
Elektron konfigürasyonu	[He] 2s2 2p4
Kabuk başına elektron	2, 6
Fiziksel özellikler
STP de Faz	gaz
Erime noktası	(O2) 54.36 K ​(−218.79 °C, ​−361.82 °F)
Kaynama noktası	(O2) 90.188 K ​(−182.962 °C, ​−297.332 °F)
Yoğunluk (STP)	1.429 g/L
sıvı olduğunda (b.p.)	1.141 g/cm3
Üçlü nokta	54.361 K, ​0.1463 kPa
Kritik nokta	154.581 K, 5.043 MPa
Isı entalpisi	(O2) 0.444 kJ/mol
Buharlaştırma ısı	(O2) 6.82 kJ/mol
Molar ısı kapasitesi	(O2) 29.378 J/(mol·K)
Buhar basıncı P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k at T (K)       61 73 90
Atom özellikleri
Oksidasyon durumları	−2, −1, 0, +1, +2
Elektronegatiflik	Pauling ölçeği: 3.44
İyonlaşma enerjisi	1.: 1313.9 kJ/mol 2.: 3388.3 kJ/mol 3.: 5300.5 kJ/mol (daha fazlası)
Kovalent yarıçapı	66±2 pm
Van der Waals yarıçapı	152 pm
oksijen spektral çizgileri
Diğer özellikler
Kristal yapı	​kübik
Sesin hızı	330 m/s (gaz, 27 °C de)
Termal iletkenlik	26.58×10−3  W/(m·K)
Manyetik sıralama	paramanyetik
Manyetik alınganlık	+3449.0·10−6 cm3/mol (293 K)
CAS Numarası	7782-44-7
Tarihçe
Keşfeden	Carl Wilhelm Scheele (1771)
Adlandıran	Antoine Lavoisier (1777)
oksijen ana izotopları
İzo­top Bol­luk Half-life (t1/2) Bozunma modu Boz­unma 16O 99.76% kararlı 17O 0.04% kararlı 18O 0.20% kararlı

Oksijen, sembolü O ve atom numarası 8 olan kimyasal elementtir. Periyodik tablodaki kalkojen grubunun bir üyesi, oldukça reaktif bir ametal ve diğer elementlerin yanı sıra çoğu elementle kolayca oksitler oluşturan bir oksitleyici maddedir. Kütle olarak, oksijen, hidrojen ve helyumdan sonra evrendeki en bol üçüncü elementtir. Standart sıcaklık ve basınçta, elementin iki atomu O
2 formülü ile renksiz ve kokusuz diyatomik bir gaz olan dioksijen oluşturmak üzere bağlanır. Diatomik oksijen gazı Dünya atmosferinin %20.8'ini oluşturur. Oksitler dahil bileşikler olarak element, Dünya kabuğunun neredeyse yarısını oluşturur.

Dioksijen, yanma ve aerobik hücresel solunumda salınan enerjiyi sağlar ve canlı organizmalardaki birçok organik molekül sınıfı, hayvan kabuklarının, dişlerin ana bileşen inorganik bileşikleri gibi proteinler, nükleik asitler, karbonhidratlar, yağlar ve kemik gibi oksijen atomları içerir. Canlı organizmaların kütlesinin çoğu, yaşam formlarının ana bileşeni olan suyun bir bileşeni olarak oksijendir. Oksijen, dünya atmosferinde su ve karbondioksitten oksijen üretmek için güneş ışığının enerjisini kullanan fotosentez ile sürekli olarak yenilenir. Oksijen, canlı organizmaların fotosentetik etkisiyle sürekli olarak yenilenmeden havada serbest bir element olarak kalamayacak kadar kimyasal reaktiftir. Bir başka oksijen formu (allotrop), ozon (O
3), ultraviyole UVB radyasyonunu güçlü bir şekilde emer ve yüksek irtifa ozon tabakası, biyosferin ultraviyole radyasyondan korunmasına yardımcı olur. Bununla birlikte, yüzeyde bulunan ozon duman ve dolayısıyla bir kirleticinin yan ürünüdür.

Oksijen 1604'ten önce Michael Sendivogius tarafından izole edildi, ancak elementin 1773'te veya daha önce Uppsala'da Carl Wilhelm Scheele ve 1774'te Wiltshire'da Joseph Priestley tarafından bağımsız olarak keşfedildiğine inanılıyor. Öncelikle Priestley için öncelik verilir çünkü çalışmaları dah önce yayınlamıştır. Bununla birlikte, Priestley oksijen "dephlogisticated air" olarak adlandırdı ve onu kimyasal bir element olarak tanımadı. Oksijen adı, 1777 yılında oksijeni ilk kez kimyasal bir element olarak tanıyan ve yanmada oynadığı rolü doğru şekilde karakterize eden Antoine Lavoisier tarafından tanımlandı.

Oksijenin yaygın kullanım alanları arasında çelik, plastik ve tekstil üretimi, lehimleme, çelik ve diğer metallerin kaynaklanması ve kesilmesi, roket itici, oksijen terapisi ve uçak, denizaltı, uzay uçuşu ve dalışta yaşam destek sistemlerinde bulunur.

Tarihçe

Erken deneyler

Yanma ve hava arasındaki ilişki üzerine bilinen ilk deneylerden biri, M.Ö. 2. yüzyıl Yunan mekaniği yazarı Bizans Filosu tarafından yapılmıştır. Pneumatica adlı çalışmasında Philo, bir gemiyi yanan bir mum üzerinde ters çevirmenin ve geminin boynunu su ile çevrelemesinin boynuna biraz su yükselmesine neden olduğunu gözlemledi. Philo, gemideki havanın parçalarının klasik element ateşine dönüştürüldüğünü ve böylece camdaki gözeneklerden kaçabildiğini yanlış bir şekilde tahmin etti. Yüzyıllar sonra Leonardo da Vinci, yanma ve solunum sırasında havanın bir kısmının tüketildiğini gözlemleyerek Philo'nun çalışması üzerine inşa etti.

17. yüzyılın sonlarında, Robert Boyle, havanın yanma için gerekli olduğunu kanıtladı. İngiliz kimyager John Mayow (1641-1679), yangının spiritus nitroaereus olarak adlandırdığı havanın sadece bir kısmını gerektirdiğini göstererek bu işi geliştirdi. Bir deneyde, su üzerine kapalı bir kaba bir fare veya yanan bir mum yerleştirmenin, denekleri söndürmeden önce suyun yükselmesine ve havanın hacminin on dördünün yerini almasına neden olduğunu buldu. Bundan nitroaereusun hem solunum hem de yanmada tüketildiğini tahmin etti.

Mayow, antimonun ısıtıldığında ağırlıkta arttığını gözlemledi ve nitroaereusun onunla birleşmesi gerektiğini çıkardı. Ayrıca akciğerlerin nitroaereusu havadan ayırıp kan içine geçirdiğini ve hayvan ısısı ve kas hareketinin nitroaereusun vücuttaki belirli maddelerle reaksiyonundan kaynaklandığını düşündü. Bu ve diğer deneylerin ve fikirlerin hesapları 1668 yılında "De respiratione" kanalındaki Tractatus duo adlı eserinde yayınlanmıştır.

Phlogiston teorisi

Robert Hooke, Ole Borch, Mikhail Lomonosov ve Pierre Bayen, 17. ve 18. yüzyılda deneylerde oksijen ürettiler, ancak hiçbiri bunu kimyasal bir element olarak tanımadı. Bu kısmen, flogiston teorisi adı verilen yanma ve korozyon felsefesinin yaygınlığından kaynaklanmış olabilir, bu da o zaman bu süreçlerin tercih edilen açıklamasıdır.

1667'de Alman simyacı J.J. Becher tarafından kuruldu ve kimyager Georg Ernst Stahl tarafından 1731 yılına kadar değiştirildi, phlogiston teorisi tüm yanıcı maddelerin iki parçadan oluştuğunu belirtmiştir. Phlogiston adı verilen bir kısım, onu içeren madde yandığında çıkarılırken, dephlogistic kısmın gerçek formu veya kals olduğu düşünülmüştür.

Odun veya kömür gibi az miktarda kalıntı bırakan yüksek derecede yanıcı maddelerin çoğunlukla phlogiston'dan yapıldığı düşünülmüştür; demir gibi korozyona uğrayan yanıcı olmayan maddeler çok az içeriyordu. Hava, flogiston teorisinde bir rol oynamadı ve fikri test etmek için herhangi bir ilk nicel deney yapılmadı; bunun yerine, bir şey yandığında ne olduğuna dair gözlemlere dayanıyordu, en yaygın nesneler daha hafif hale geliyor ve süreçte bir şey kaybediyor gibi görünüyordu.

Keşif

Polonyalı simyacı, filozof ve doktor Michael Sendivogius (Michał Sędziwój), eserinde havada bulunan bir maddeyi tarif etti ve buna 'cibus vitae' (hayatın gıdası) olarak atıfta bulundu, ve bu madde oksijen ile aynıdır. Sendivogius, 1598 ve 1604 arasında yapılan deneyleri sırasında, maddenin potasyum nitratın termal ayrışmasıyla salınan gaz halindeki yan ürüne eşdeğer olduğunu doğru bir şekilde tanıdı. Bugaj'a göre, oksijenin izolasyonu ve maddenin yaşam için gerekli olan hava ile doğru bir şekilde ilişkilendirilmesi, Sendivogius tarafından oksijenin keşfine yeterli ağırlık verir. Sendivogius'un bu keşfi, onu başaran kuşak bilim adamları ve kimyagerler tarafından sıklıkla reddedildi.

Oksijenin ilk kez İsveçli eczacı Carl Wilhelm Scheele tarafından keşfedildiği de yaygın olarak iddia edilmektedir. 1771-2'de cıva oksit ve çeşitli nitratları ısıtarak oksijen gazı üretti. Scheele, gazı "ateş havası" olarak adlandırdı, çünkü o zaman yanmayı destekleyen tek bilinen ajan o oldu. Bu keşfin bir kaydını 1775 yılında yayıncısına gönderdiği Hava ve Ateş Üzerine İnceleme başlıklı bir el yazmasıyla yazdı. Bu belge 1777'de yayınlandı.

Bu arada, 1 Ağustos 1774'te, İngiliz din adamı Joseph Priestley tarafından yapılan bir deney, güneş ışığını cam tüpünde bulunan cıva oksit (HgO) üzerine odakladı ve "dephlogisticated air" olarak adlandırdığı bir gazı serbest bıraktı. Mumların gazda daha parlak yandığını ve bir farenin nefes alırken daha aktif olduğunu ve daha uzun yaşadığını belirtti. Gazın kendisini soluduktan sonra, Priestley şöyle yazdı: "Akciğerlerime olan hissi, ortak havanınkinden anlamlı derecede farklı değildi, ama sonradan göğsümün tuhaf bir şekilde hafif ve kolay hissettiğini düşündüm diye belirtti." Priestley, bulgularını 1775 yılında "Farklı Hava Türleri Üzerine Deneyler ve Gözlemler" adlı kitabının ikinci cildinde yer alan "An Account of Further Discoveries in Air" başlıklı bir makalede yayınladı. İlk olarak bulgularını yayınladığı için, Priestley'e keşifte genellikle öncelik verilir.

Fransız kimyager Antoine Laurent Lavoisier daha sonra yeni maddeyi bağımsız olarak keşfettiğini iddia etti. Priestley Ekim 1774'te Lavoisier'i ziyaret etti ve ona deneyi ve yeni gazı nasıl serbest bıraktığını anlattı. Scheele ayrıca 30 Eylül 1774'te Lavoisier'e, daha önce bilinmeyen maddeyi keşfettiğini açıklayan bir mektup gönderdi, ancak Lavoisier bunu asla kabul etmedi. (Mektubun bir kopyası ölümünden sonra Scheele'nin eşyalarında bulundu.)

Lavoisier'in katkısı

Lavoisier, oksidasyon üzerine ilk yeterli nicel deneyi gerçekleştirdi ve yanmanın nasıl çalıştığına dair ilk doğru açıklamayı yaptı. Tümü 1774'te başlayan bu ve benzeri deneyleri, flogiston teorisini itibarsızlaştırmak ve Priestley ve Scheele tarafından keşfedilen maddenin kimyasal bir element olduğunu kanıtlamak için kullandı.

Bir deneyde Lavoisier, kapalı bir kapta kalay ve hava ısıtıldığında genel bir ağırlık artışı olmadığını gözlemledi. Konteyneri açarken havanın içeri girdiğini ve bu hapsolmuş havanın bir kısmının tüketildiğini belirtti. Ayrıca kalayın ağırlığının arttığını ve bu artışın tekrar içeri giren havanın ağırlığı ile aynı olduğunu belirtti. Bu ve yanma ile ilgili diğer deneyler, 1777'de yayınlanan "Sur la combustion en général" kitabında belgelenmiştir. Bu çalışmada havanın iki gazın bir karışımı olduğunu kanıtladı; yanma ve solunum için gerekli olan 'hayati hava', ve azot (Gk. ἄζωτον "lifeless"), ki bu da desteklemedi.Azote daha sonra İngilizce'de azot haline geldi, ancak Fransızca ve diğer bazı Avrupa dillerinde daha önceki adı korudu.

Lavoisier, 1777'de Yunan köklerinden oxς (oxys) (asit, kelimenin tam anlamıyla "keskin", asitlerin tadından "keskin") ve -γενής (-genēs) (yapımcı, kelimenin tam anlamıyla yeni başlayanlar) 'hayati havayı' yeniden adlandırdı. bu oksijen tüm asitlerin bir bileşeniydi. Kimyacılar (1812'de Sir Humphry Davy gibi) sonunda Lavoisier'in bu konuda yanlış olduğunu belirledi (hidrojen asit kimyasının temelini oluşturuyor), ancak o zamana kadar ad çok iyi tespit edildi.

Oksijen, İngiliz bilim adamlarının muhalefetine ve İngiliz Priestley'nin önce gazı izole etmesine ve hakkında yazmasına rağmen İngilizce diline girdi. Bu kısmen, Charles Darwin'in dedesi Erasmus Darwin'in popüler kitabı The Botanic Garden'da (1791) "Oksijen" isimli gazı öven bir şiirden kaynaklanıyor.

Daha sonraki tarihler

John Dalton'un orijinal atom hipotezi, tüm elementlerin monatomik olduğunu ve bileşiklerdeki atomların normalde birbirine göre en basit atom oranlarına sahip olacağını varsayıyordu. Örneğin, Dalton suyun formülünün HO olduğunu varsaydı ve atomik oksijen kütlesinin yaklaşık 16 modern değeri yerine hidrojenin 8 katı olduğu sonucuna yol açtı. 1805'te Joseph Louis Gay-Lussac ve Alexander von Humboldt suyun iki hacimi hidrojen ve bir hacim oksijenden oluştuğunu; ve 1811'de Amedeo Avogadro, Avogadro yasası olarak adlandırılan şeye ve bu gazlardaki diyatomik element molekülleri temelinde, suyun bileşiminin doğru yorumuna ulaşmıştı.

19. yüzyılın sonlarında bilim adamları havanın sıvılaştırılabileceğini ve bileşenlerinin sıkıştırılarak ve soğutularak izole edilebileceğini fark ettiler. Bir kaskad yöntemi kullanarak, İsviçreli kimyager ve fizikçi Raoul Pierre Pictet, karbon dioksidi sıvılaştırmak için sıvı sülfür dioksiti buharlaştırdı ve bu da sıvılaştırmak için yeterince oksijen gazı soğutmak için buharlaştırıldı. 22 Aralık 1877'de Paris'teki Fransız Bilimler Akademisi'ne sıvı oksijen keşfettiğini bildiren bir telgraf gönderdi. Sadece iki gün sonra, Fransız fizikçi Louis Paul Cailletet moleküler oksijeni sıvılaştırma yöntemini açıkladı. Her durumda sadece birkaç damla sıvı üretildi ve anlamlı bir analiz yapılamadı. Oksijen ilk kez 29 Mart 1883'te Jagiellonian Üniversitesi, Zygmunt Wróblewski ve Karol Olszewski'den Polonyalı bilim adamları tarafından kararlı bir halde sıvılaştırıldı.

1891'de İskoç kimyager James Dewar, çalışma için yeterli sıvı oksijen üretmeyi başardı. Sıvı oksijen üretimi için ilk ticari olarak uygulanabilir süreç 1895 yılında Alman mühendis Carl von Linde ve İngiliz mühendis William Hampson tarafından bağımsız olarak geliştirilmiştir. Her iki adam da sıvılaşana kadar hava sıcaklığını düşürdü ve daha sonra bileşen gazları teker teker kaynatıp ayrı ayrı yakalayarak damıttı. Daha sonra 1901'de ilk kez asetilen ve sıkıştırılmış O
2 karışımı yakılarak oksiasetilen kaynağı gösterildi. Bu metal kaynağı ve kesme yöntemi daha sonra yaygınlaştı.

1923'te Amerikalı bilim adamı Robert H. Goddard, sıvı yakıt yakan bir roket motoru geliştiren ilk kişi oldu; motor, oksitleyici olarak yakıt ve sıvı oksijen için benzin kullandı. Goddard, ABD'nin Auburn kentinde 16 Mart 1926'da 97 km/s hızla 56 m'lik küçük sıvı yakıtlı roket uçtu.

Akademik laboratuvarlarda oksijen, az miktarda manganez dioksit ile karıştırılmış potasyum klorat birlikte ısıtılarak hazırlanabilir.

Atmosferdeki oksijen seviyeleri, muhtemelen fosil yakıt yanması nedeniyle küresel olarak hafifçe aşağı doğru seyrediyor.

Özellikleri

Özellikleri ve moleküler yapısı

Standart sıcaklık ve basınçta oksijen, dioksijen olarak adlandırılan O
2 moleküler formülüne sahip renksiz, kokusuz ve tatsız bir gazdır.

Dioksijen olarak, iki oksijen atomu kimyasal olarak birbirine bağlanır. Bağ, teorinin seviyesine göre çeşitli şekilde tanımlanabilir, ancak makul ve basitçe, ayrı ayrı oksijen atomlarının atomik orbitallerinden oluşturulan moleküler orbitallerin doldurulmasından kaynaklanan, doldurulması iki bağ sırasıyla sonuçlanan bir kovalent çift bağ olarak tarif edilir. Daha spesifik olarak, çift bağ, sıralı, düşük ila yüksek enerjinin veya Aufbau'nun, orbitallerin doldurulmasının ve düşük σ ve σ^* orbitallerinin sırayla doldurulmasından sonra 2s elektronlarından katkıların iptali; σ O-O moleküler ekseni boyunca uzanan iki atom 2p orbitalinin üst üste binmesi ve O O-O moleküler eksenine dik iki atomik 2p orbital çiftinin üst üste binmesi, ve sonra en düşük π ve π^* orbitalleri kısmi doldurduktan sonra altı 2p elektronun geri kalan ikisinden katkıların iptali ile gerçekleşir.

Bu iptal ve σ ve π çakışmaları kombinasyonu, dioksijenin çift bağ karakteri ve reaktivitesi ve üçlü elektronik zemin durumu ile sonuçlanır. Eşit enerjiye (yani dejenere) sahip dioksijen orbitallerinde (şemadaki dolu π^* orbitallere bakınız) bulunan iki eşlenmemiş elektronlu bir elektron konfigürasyonu, spin üçlüsü durumu olarak adlandırılan bir konfigürasyondur. Bu nedenle, O₂ molekülünün taban durumuna üçlü oksijen denir. En yüksek enerji, kısmen doldurulmuş orbitaller antikor oluşturuyor ve bu nedenle bunların doldurulması bağ sırasını üçten ikiye zayıflatıyor. Eşleşmemiş elektronları nedeniyle, üçlü oksijen, eşleştirilmiş elektron spinleri olan çoğu organik molekülle sadece yavaş reaksiyona girer; bu kendiliğinden yanmayı önler.

Üçlü formda, O₂ molekülleri paramanyetiktir. Yani, bir manyetik alanın varlığında, moleküldeki eşleştirilmemiş elektronların spin manyetik momentleri ve komşu O₂ molekülleri arasındaki negatif değişim enerjisi nedeniyle, oksijene manyetik karakter kazandırırlar. Sıvı oksijen o kadar manyetiktir ki, laboratuvar gösterilerinde, güçlü bir mıknatısın kutupları arasındaki kendi ağırlığına karşı bir sıvı oksijen köprüsü desteklenebilir.

Tekli oksijen, tüm elektron spinlerinin eşleştirildiği birkaç yüksek enerjili moleküler O₂ türüne verilen bir isimdir. Yaygın organik moleküller ile kendi başına moleküler oksijenden çok daha reaktiftir. Doğada, tekli oksijen genellikle güneş ışığı enerjisi kullanılarak fotosentez sırasında sudan oluşur. Ayrıca troposferde kısa dalga boylu ışıkla ozonun fotolizi ve aktif oksijen kaynağı olarak bağışıklık sistemi tarafından üretilir. Fotosentetik organizmalarda (ve muhtemelen hayvanlarda) bulunan karotenoidler, tekli oksijenden enerjiyi emmede ve dokulara zarar vermeden önce topraklanmamış duruma dönüştürmede önemli bir rol oynar.

Allotropları

Dünyadaki elemental oksijenin ortak allotropuna, Dünya'nın atmosferik oksijeninin büyük kısmı olan dioksijen, O₂ denir (bakınız Oluşum). O₂, 121 pm'lik bir bağ uzunluğuna ve biyosferdeki diğer çift bağların veya tekli bağ çiftlerinin enerjisinden daha küçük olan ve O₂'nin herhangi bir organik molekülle ekzotermik reaksiyonundan sorumlu olan 498 kJ/mol bağ enerjisine sahiptir. Enerji içeriği nedeniyle O₂, hücresel solunumda hayvanlar gibi karmaşık yaşam formları tarafından kullanılır. O₂'nin diğer yönleri bu makalenin geri kalanında ele alınmaktadır.

Trioksijen (O₃) genellikle ozon olarak bilinir ve akciğer dokusuna zarar veren çok reaktif bir oksijen allotropudur. Ozon, O₂'nin ultraviyole (UV) radyasyonu ile bölünmesiyle üretilen atomik oksijen ile birleştiğinde üst atmosferde üretilir. Ozon spektrumun UV bölgesinde güçlü bir şekilde emildiğinden, üst atmosferin ozon tabakası gezegen için koruyucu bir radyasyon kalkanı olarak işlev görür. Dünya yüzeyinin yakınında, otomobil egzozunun bir yan ürünü olarak oluşan bir kirleticidir. Düşük dünya yörünge rakımlarında, uzay aracının korozyonuna neden olmak için yeterli atomik oksijen bulunur.

Metastabil molekül tetraoksijen (O₄) 2001 yılında keşfedildi ve katı oksijenin altı fazından birinde var olduğu varsayıldı. 2006 yılında, O₂ ila 20 GPa'da basınçlandırılarak oluşturulan bu aşamanın aslında bir eşkenar dörtgen O₈ kümesi olduğu kanıtlanmıştır. Bu küme, O₂ veya O₃'ten çok daha güçlü bir oksitleyici olma potansiyeline sahiptir ve bu nedenle roket yakıtında kullanılabilir. 1990 yılında Katı oksijenin 96 GPa'nın üzerindeki bir basınca maruz kaldığında metalik bir faz keşfedildi ve 1998'de çok düşük sıcaklıklarda bu fazın süper iletken hale geldiği gösterilmiştir.

Fiziki ozellikleri

Oksijen suda azottan daha kolay, tatlı suda deniz suyundan daha kolay çözünür. Hava ile dengedeki su, N₂'nin her 2 molekülü için (1:2) yaklaşık 1:4'lük bir atmosferik oranla karşılaştırıldığında yaklaşık 1 çözünmüş O₂ molekülü içerir. Oksijenin su içindeki çözünürlüğü sıcaklığa bağlıdır ve yaklaşık 14.6 mg (L=1) 0 °C'de 20 °C'de (7.6 mg · L=1) çözünür. 25 °C ve 1 standart atmosferde (101.3 kPa) hava, tatlı su litre başına yaklaşık 6.04 mililitre (mL) oksijen içerir ve deniz suyu litre başına yaklaşık 4.95 mL içerir. 5 °C'de çözünürlük, su için litre başına 9.0 mL'ye (25 °C'den %50 daha fazla) ve deniz suyu için litre başına 7.2 mL'ye (%45 daha fazla) yükselir.

Oksijen 90.20 K'de (−182.95 °C, −297.31 °F) yoğunlaşır ve 54.36 K'da (−218.79 °C, −361.82 °F) donar. Hem sıvı hem de katı O₂, kırmızıdaki emilimin neden olduğu açık gök mavisi rengine sahip berrak maddelerdir (gökyüzünün mavi renginin aksine, mavi ışığın Rayleigh saçılmasından kaynaklanmaktadır). Yüksek saflıkta sıvı O₂ genellikle sıvılaştırılmış havanın fraksiyonel damıtılmasıyla elde edilir. Sıvı oksijen ayrıca bir soğutucu olarak sıvı azot kullanılarak havadan yoğunlaştırılabilir.

Oksijen oldukça reaktif bir maddedir ve yanıcı maddelerden ayrılmalıdır.

Moleküler oksijenin spektroskopisi, aurora ve airglow'un atmosferik süreçleriyle ilişkilidir. Ultraviyole içindeki Herzberg sürekliliği ve Schumann-Runge bantlarındaki emilim, orta atmosferin kimyasında önemli olan atomik oksijen üretir. Uyarılmış durum tekli moleküler oksijen, çözeltideki kırmızı kemilüminesanstan sorumludur.

İzotoplar ve yıldız kökenli

Doğal olarak oluşan oksijen, ¹⁶O, ¹⁷O ve ¹⁸O olmak üzere üç kararlı izotoptan oluşur; ¹⁶O en bol olanıdır (%99.762 doğal bolluk oranı).

Çoğu ¹⁶O, büyük yıldızlarda helyum füzyon işleminin sonunda sentezlenir, ancak bazıları neon yakma işleminde yapılır. ¹⁷O, öncelikle CNO döngüsü sırasında hidrojenin helyuma yakılmasıyla yapılır, bu da yıldızların hidrojen yakma bölgelerinde ortak bir izotop haline gelir. Çoğu ¹⁸O, ¹⁴N (CNO yanmasından bol miktarda üretilir) bir ⁴He çekirdeği yakaladığında üretilir ve ¹⁸O, evrimleşmiş, büyük yıldızların helyum açısından zengin bölgelerinde yaygın hale gelir.

On dört radyoizotop karakterize edilmiştir. En kararlı olanı 122.24 saniyelik yarılanma ömrüne sahip ¹⁵O ve 70.606 saniyelik yarılanma ömrüne sahip ¹⁴O'dur. Kalan tüm radyoaktif izotopların yarı ömürleri 27 saniyeden azdır ve bunların çoğu 83 milisaniyeden düşük yarı ömürlere sahiptir. ¹⁶O'dan daha hafif izotopların en yaygın bozunma modu, nitrojen elde etmek için β⁺ bozunmasıdır ve ¹⁸O'dan daha ağır izotoplar için en yaygın mod, flor vermek için beta bozunmasıdır.

Oluşum

Samanyolu Galaksisindeki en yaygın on element spektroskopik olarak tahmin edildi

Z	Element	Milyon başına parça cinsinden kütle payı
1	Hidrojen	739,000	71 × oksijen kütlesi (kırmızı çubuk)
2	Helyum	240,000	23 × oksijen kütlesi (kırmızı çubuk)
8	Oksijen	10.400	10400
6	Karbon	4.600	4600
10	Neon	1.340	1340
26	Demir	1.090	1090
7	Azot	960	960
14	Silikon	650	650
12	Magnezyum	580	580
16	Sülfür	440	440

Oksijen, Dünya'nın biyosfer, hava, deniz ve topraklarında kütle olarak en bol bulunan kimyasal elementtir. Oksijen, hidrojen ve helyumdan sonra evrende en çok bulunan üçüncü kimyasal elementtir. Güneş'in kütlesinin yaklaşık %0.9'u oksijendir. Oksijen, silikon dioksit gibi oksit bileşiklerinin bir parçası olarak Dünya kabuğunun kütlesine göre %49,2'sini oluşturur ve Dünya kabuğunda kütle olarak en bol bulunan elementtir. Aynı zamanda dünya okyanuslarının ana bileşenidir (kütle olarak %88.8). Oksijen gazı, hacminin %20.8'ini ve kütlesinin %23.1'ini (yaklaşık 10¹⁵ ton) alarak Dünya atmosferinin en yaygın ikinci bileşenidir. Dünya, Güneş Sisteminin gezegenleri arasında atmosferinde böyle yüksek bir oksijen gazı konsantrasyonuna sahip olması alışılmadık bir durumdur: Mars (hacimce %0.1 O2 ile) ve Venüs çok daha azdır. Bu gezegenleri çevreleyen O₂ sadece ultraviyole radyasyonun karbon dioksit gibi oksijen içeren moleküller üzerindeki etkisiyle üretilir.

Soğuk su daha çözünmüş O2 dağılımı

Dünyadaki alışılmadık derecede yüksek oksijen gazı konsantrasyonu, oksijen döngüsünün sonucudur. Bu biyojeokimyasal döngü, yeryüzündeki üç ana rezervuarın içindeki oksijenin hareketini tanımlar: atmosfer, biyosfer ve litosfer. Oksijen döngüsünün ana itici faktörü, modern Dünya atmosferinden sorumlu olan fotosentezdir. Fotosentez oksijeni atmosfere salar, solunum, çürüme ve yanma onu atmosferden uzaklaştırır. Mevcut dengede, üretim ve tüketim aynı oranda gerçekleşmektedir.

Serbest oksijen ayrıca dünyanın su kütlelerindeki çözeltide ortaya çıkar. O₂'nin düşük sıcaklıklarda artan çözünürlüğü (bkz. Fiziksel özellikler) okyanus yaşamı için önemli etkiler yaratmaktadır, çünkü kutup okyanusları daha yüksek oksijen içeriği nedeniyle çok daha yüksek bir yaşam yoğunluğunu desteklemektedir. Nitratlar veya fosfatlar gibi bitki besinleri ile kirlenen su, ötrofikasyon adı verilen bir işlemle alg büyümesini uyarabilir ve bu organizmaların ve diğer biyomateryallerin bozulması ötrofik su kütlelerindeki O₂ içeriğini azaltabilir. Bilim adamları, su kalitesinin bu yönünü, suyun biyokimyasal oksijen ihtiyacını veya normal konsantrasyona geri döndürmek için gereken O₂ miktarını ölçerek değerlendiriyorlar.

Analiz

500 milyon yıllık iklim değişikliği 18O'ya karşı

Paleoklimatologlar, milyonlarca yıl önce iklimin belirlenmesi için deniz organizmalarının kabuklarında ve iskeletlerindeki oksijen-18 ve oksijen-16 oranını ölçer (bkz. Oksijen izotop oranı döngüsü). Daha hafif izotop olan oksijen-16 içeren deniz suyu molekülleri, %12 daha ağır oksijen-18 içeren su moleküllerinden biraz daha hızlı bir şekilde buharlaşır ve bu eşitsizlik düşük sıcaklıklarda artar. Düşük küresel sıcaklık dönemlerinde, buharlaşan sudan kar ve yağmur oksijen-16'da daha yüksek olma eğilimindedir ve geride kalan deniz suyu oksijen-18'de daha yüksek olma eğilimindedir. Deniz organizmaları daha sonra iskeletlerine ve kabuklarına daha sıcak bir iklimde olduğundan daha fazla oksijen-18 katmaktadır. Paleoklimatologlar, yüz binlerce yıl kadar eski buz çekirdeği örneklerinin su moleküllerindeki bu oranı doğrudan ölçer.

Gezegensel jeologlar, Dünya, Ay, Mars, güneş bulutsusu ve meteoritlerden alınan numunelerde nispi oksijen izotoplarını ölçtüler, ancak Güneş'teki izotop oranları için primordial ile aynı olduğuna inanılan uzun süre referans değerleri elde edemediler. Uzayda güneş rüzgara maruz kalan ve çökmüş Genesis uzay aracı tarafından iade edilen bir silikon gofret analizi, Güneş'in Dünya'dan daha yüksek bir oksijen-16 oranına sahip olduğunu göstermiştir. Ölçüm, bilinmeyen bir sürecin Dünya'yı oluşturan toz tanelerinin birleşmesinden önce oksijen-16'yı Güneş'in protoplantary malzeme diskinden tükettiğini ima eder.

Oksijen, 687 ve 760 nm dalga boylarında zirve yapan iki spektrofotometrik emme bandı sunar. Bazı uzaktan algılamada bilim adamları, bir uydu platformundan bitki sağlığı durumunu karakterize etmek için bu bantlardaki bitki örtüsü kanopilerinden gelen radyasyonun ölçülmesini önerdi. Bu yaklaşım, bu bantlarda bitki örtüsünün yansıtma oranını çok daha zayıf olan flüoresansından ayırt etmek mümkün olduğu gerçeğini kullanır. Düşük sinyal-gürültü oranı ve vejetasyonun fiziksel yapısı nedeniyle ölçüm teknik olarak zordur; ancak uydulardan gelen karbon döngüsünü küresel ölçekte izlemenin olası bir yöntemi olarak önerilmiştir.

O₂'nin biyolojik rolü

Fotosentez ve solunum

Fotosentez suyu O2'yi serbest bırakmak için böler ve Calvin döngüsü olarak adlandırılan CO2'yi şekere sabitler.

Doğada, serbest oksijen, oksijenli fotosentez sırasında suyun ışıkla çalışan ayrılmasıyla üretilir. Bazı tahminlere göre, deniz ortamlarındaki yeşil algler ve siyanobakteriler Dünya'da üretilen serbest oksijenin yaklaşık %70'ini sağlar ve geri kalanı karasal bitkiler tarafından üretilir. Atmosferik oksijene okyanusun katkısının diğer tahminleri daha yüksekken, bazı tahminler daha düşüktür, bu da okyanusların her yıl Dünya'nın atmosferik oksijeninin ~%45'ini ürettiğini göstermektedir.

Fotosentez için basitleştirilmiş bir genel formül:

6 CO₂ + 6 H
2O + photons → C
6H
12O
6 + 6 O
2

ya da sadece karbondioksit + su + güneş ışığı → glikoz + dioksijen

Fotolitik oksijen evrimi, fotosentetik organizmaların tilakoid membranlarında meydana gelir ve dört fotonun enerjisini gerektirir. Birçok adım söz konusudur, ancak sonuç, fotofosforilasyon yoluyla adenosin trifosfatın (ATP) sentezlenmesi için kullanılan tilakoid membran boyunca bir proton gradyanının oluşmasıdır. Kalan O₂ (su molekülünün üretiminden sonra) atmosfere salınır.

Oksijenin kimyasal enerjisi, oksidatif fosforilasyon sırasında ATP üretmek için mitokondride salınır. Aerobik solunum için reaksiyon esasen fotosentezin tersidir ve aşağıdaki gibi basitleştirilmiştir:

C
6H
12O
6 + 6 O
2 → 6 CO₂ + 6 H
2O + 2880 kJ/mol

Omurgalılarda, O₂ akciğerlerdeki zarlardan ve kırmızı kan hücrelerine yayılır. Hemoglobin, O₂'yi bağlar, rengi mavimsi kırmızıdan parlak kırmızıya değiştirir (CO₂, Boog etkisi yoluyla hemoglobinin başka bir kısmından salınır). Diğer hayvanlar hemosiyanin (yumuşakçalar ve bazı eklembacaklılar) veya hemeritrin (örümcekler ve ıstakozlar) kullanır. Bir litre kan 200 cm₃ O₂'yi çözebilir.

Anaerobik metazoanın keşfine kadar, oksijenin tüm karmaşık yaşam için bir gereklilik olduğu düşünülüyordu.

Süperoksit iyonu (O−
2) ve hidrojen peroksit (H
2O
2) gibi reaktif oksijen türleri, organizmalarda oksijen kullanımının reaktif yan ürünleridir. Yüksek organizmaların bağışıklık sisteminin parçaları, istilacı mikropları yok etmek için peroksit, süperoksit ve tekli oksijen oluşturur. Reaktif oksijen türleri ayrıca bitkilerin patojen saldırısına karşı aşırı duyarlı tepkilerinde önemli bir rol oynar. Oksijen, büyük oksijenlenme olayı sırasında yaklaşık 2.5 milyar yıl önce, bu organizmaların ilk ortaya çıkışından yaklaşık bir milyar yıl sonra atmosferde birikmeye başlayana kadar yeryüzünde erken yaşamın baskın formu olan zorunlu olarak anaerobik organizmalara zarar veriyor.

Dinlenirken yetişkin bir insan dakikada 1.8 ila 2.4 gram oksijen solur. Bu, insanlığın yılda soluduğu 6 milyar tondan fazla oksijene karşılık geliyor.

Canlı organizmalar

İnsan vücudundaki kısmi oksijen basınçları (PO₂)

Birim	Alveoler pulmoner gaz basınçları	Arteriyel kan oksijeni	Venöz kan gazı
kPa	14.2	11-13	4.0-5.3
mmHg	107	75-100	30-40

Canlı bir omurgalı organizmasının vücudundaki serbest oksijen kısmi basıncı, solunum sisteminde en yüksektir ve sırasıyla herhangi bir arteriyel sistem, periferik doku ve venöz sistem boyunca azalır. Kısmi basınç, oksijenin tek başına hacmi işgal etmesi durumunda sahip olacağı basınçtır.

Atmosferde birikme

Serbest oksijen gazı, fotosentetik arkea ve bakteriler evrimleşmeden önce, muhtemelen yaklaşık 3,5 milyar yıl önce Dünya atmosferinde neredeyse yoktu. Serbest oksijen ilk olarak Paleoproterozoik eon sırasında (3.0 ila 2.3 milyar yıl önce) önemli miktarlarda ortaya çıktı. Oksijenik fotosentez daha yaygın hale geldiğinde okyanuslarda çok fazla çözünmüş demir olsa bile, bantlı demir oluşumlarının anoksilenik tarafından oluşturulduğu görülmektedir veya fotik bölgenin daha derin bölgelerine egemen olan mikro-aerofilik demir oksitleyici bakteriler, oksijen üreten siyanobakteriler sığlıkları kapladı. 3–2,7 milyar yıl önce okyanuslardan serbest oksijen çıkmaya başladı ve bugünkü seviyesinin% 10'una 1.7 milyar yıl önce ulaştı.

Okyanuslarda ve atmosferde büyük miktarlarda çözünmüş ve serbest oksijenin bulunması, mevcut anaerobik organizmaların çoğunun 2,4 milyar yıl önce Büyük Oksijenlenme Olayı (oksijen felaketi) sırasında yok olmasına neden olmuş olabilir. O₂ kullanarak hücresel solunum, aerobik organizmaların anaerobik organizmalardan çok daha fazla ATP üretmesini sağlar. O₂'nin hücresel solunumu, bitkiler ve hayvanlar gibi tüm karmaşık çok hücreli organizmalar dahil olmak üzere tüm ökaryotlarda ortaya çıkar.

Kambriyen döneminin başlangıcından bu yana 540 milyon yıl önce, atmosferik O₂ seviyeleri hacimce %15 ila %30 arasında dalgalandı. Karbonifer döneminin sonuna doğru (yaklaşık 300 milyon yıl önce) atmosferik O₂ seviyeleri hacimce maksimum %35'e ulaştı, bu da büyük miktarda böcek ve amfibiye katkıda bulunmuş olabilir.

Atmosferik oksijen konsantrasyonundaki değişiklikler geçmiş iklimleri şekillendirmiştir. Oksijen azaldığında, atmosferik yoğunluk düştü, bu da yüzey buharlaşmasını arttırdı, bu da yağış artışlarına ve daha sıcak sıcaklıklara neden oldu.

Mevcut fotosentez hızında, mevcut atmosferdeki tüm O₂'nin yenilenmesi yaklaşık 2.000 yıl alacaktır.

Endüstriyel üretim

Suyun elektrolizinde kullanılan Hofmann elektroliz cihazı.

Yüz milyon ton O₂, endüstriyel kullanımlar için yılda iki ana yöntemle havadan çıkarılmaktadır. En yaygın yöntem sıvılaştırılmış havanın fraksiyonel damıtılmasıdır, N₂ bir buhar olarak damıtılırken O₂ bir sıvı olarak bırakılır.

O₂ üretmenin diğer birincil yöntemi, azotu emen ve %90 ila %93 O₂ olan bir gaz akışı sağlayan bir çift özdeş zeolit moleküler elekten bir yataktan temiz, kuru hava akışını geçirmektir. Aynı zamanda, azot gazı diğer azotla doymuş zeolit yatağından, hazne çalışma basıncını düşürerek ve oksijen gazının bir kısmını üretici yatağından akış yönünün tersine yönlendirerek serbest bırakılır. Belirli bir döngü süresinden sonra, iki katmanın çalışması değiştirilir, böylece edinme yolu boyunca sürekli gaz halinde oksijen tedarikine izin verilir. Bu, basınç salınımı adsorpsiyonu olarak bilinir. Oksijen gazı bu kriyojenik olmayan teknolojiler tarafından giderek daha fazla elde edilmektedir (ayrıca ilgili vakumlu salınım adsorpsiyonu).

Oksijen gazı suyun moleküler oksijen ve hidrojene elektrolizi yoluyla da üretilebilir. DC elektrik kullanılmalıdır: AC kullanılıyorsa, her uzuvdaki gazlar patlama oranı 2:1 olan hidrojen ve oksijenden oluşur. Benzer bir yöntem, oksitlerden ve oksoasitlerden elektrokatalitik O₂ evrimidir. Denizaltılar üzerinde yaşam destek ekipmanının bir parçası olarak kullanılan ve basınçsızlaştırma acil durumlarda ticari uçaklar üzerindeki standart ekipmanın bir parçası olan kimyasal oksijen jeneratörleri veya oksijen mumları gibi kimyasal katalizörler de kullanılabilir. Başka bir hava ayırma yöntemi, havanın zirkonyum dioksite dayalı seramik membranlardan yüksek basınç veya elektrik akımı ile çözünmesini ve neredeyse saf O₂ gazı üretmesini sağlamaktır.

Depolama

Regülatörlü oksijen ve MAPP gaz sıkıştırılmış gaz tüpleri

Oksijen depolama yöntemleri arasında yüksek basınçlı oksijen tankları, kriyojenikler ve kimyasal bileşikler bulunur. Ekonomi nedenleriyle, oksijen genellikle özel olarak yalıtılmış tankerlerde dökme halde sıvı olarak taşınır, çünkü bir litre sıvılaştırılmış oksijen, atmosferik basınçta ve 20 °C (68 °F) 'de 840 litre gaz oksijene eşdeğerdir. Bu tankerler, büyük hacimlerde saf oksijen gazına ihtiyaç duyan hastanelerin ve diğer kurumların dışında duran dökme sıvı oksijen saklama kaplarını doldurmak için kullanılır. Sıvı oksijen, kriyojenik sıvıyı binaya girmeden önce gaza dönüştüren ısı eşanjörlerinden geçirilir. Oksijen ayrıca sıkıştırılmış gaz içeren daha küçük silindirlerde depolanır ve gönderilir; bazı portatif tıbbi uygulamalarda ve oksi-yakıt kaynağı ve kesiminde faydalı olan bir formdur.

Uygulamalar

Tıbbi

Amfizem hastasının evindeki oksijen konsantratörü

O₂'nin havadan alınması, solunumun temel amacıdır, bu nedenle tıpta oksijen takviyesi kullanılır. Tedavi sadece hastanın kanındaki oksijen seviyelerini arttırmakla kalmaz, aynı zamanda birçok hastalıklı akciğer türünde kan akışına karşı direnci azaltmanın ikincil etkisine sahiptir ve kalp üzerindeki iş yükünü kolaylaştırır. Oksijen tedavisi amfizem, pnömoni, bazı kalp rahatsızlıklarını (konjestif kalp yetmezliği), artmış pulmoner arter basıncına neden olan bazı bozuklukları ve vücudun gaz oksijen alma ve kullanma yeteneğini etkileyen herhangi bir hastalığı tedavi etmek için kullanılır.

Tedaviler hastanelerde, hastanın evinde veya giderek daha fazla taşınabilir cihazlarda kullanılacak kadar esnektir. Oksijen çadırları bir zamanlar oksijen takviyesinde yaygın olarak kullanıldı, ancak o zamandan beri çoğunlukla oksijen maskeleri veya burun kanülleri kullanılarak değiştirildi.

Hiperbarik (yüksek basınçlı) ilaç, hastanın çevresindeki O₂'nin kısmi basıncını ve gerektiğinde tıbbi personeli arttırmak için özel oksijen odaları kullanır. Karbon monoksit zehirlenmesi, gazlı kangren ve dekompresyon hastalığı ('vurgun') bazen bu terapi ile ele alınmaktadır. Akciğerlerdeki artan O₂ konsantrasyonu, karbon monoksitin hemoglobin hem grubundan yer değiştirmesine yardımcı olur. Oksijen gazı, gaz kangrene neden olan anaerobik bakteriler için zehirlidir, bu nedenle kısmi basıncını arttırmak onları öldürmeye yardımcı olur. Dekompresyon hastalığı, bir dalıştan sonra çok hızlı bir şekilde dekompresyon yapan dalgıçlarda meydana gelir ve kanda asal azot ve helyum olan inert gaz kabarcıkları oluşur. O₂'nin basıncını mümkün olan en kısa sürede arttırmak, kabarcıkların kana yeniden çözülmesine yardımcı olur, böylece bu fazla gazlar akciğerlerden doğal olarak solunabilir. Mevcut en yüksek konsantrasyonda normobarik oksijen uygulaması, dokularda inert gaz kabarcığı oluşumunu içerebilecek herhangi bir dalış yaralanmasına ilk yardım olarak sıklıkla kullanılır. Uzun süreli bir veritabanında kaydedilen vakaların istatistiksel bir çalışmasından kullanımı için epidemiyolojik destek vardır.

Yaşam desteği ve eğlence amaçlı kullanım

Uzay giysilerinde düşük basınçlı saf O2 kullanılır.

O₂'nin düşük basınçlı bir solunum gazı olarak uygulanması, yolcularının vücudunu solunum gazı ile çevreleyen modern uzay giysilerindedir. Bu cihazlar yaklaşık üçte bir normal basınçta neredeyse saf oksijen kullanır ve bu da normal kan kısmi O₂ basıncına neden olur. Uygun esnekliği korumak için, daha düşük basınç için daha yüksek oksijen konsantrasyonunun dengelenmesi gerekir.

Tüplü ve yüzeyden temin edilen sualtı dalgıçları ve denizaltıları da yapay olarak teslim edilen O₂'ye güvenmektedir. Denizaltılar, dalgıçlar ve atmosferik dalış kıyafetleri genellikle normal atmosfer basıncında çalışır. Solunum havası kimyasal ekstraksiyonla karbondioksitten temizlenir ve sabit kısmi basıncı korumak için oksijen değiştirilir. Ortam basıncı dalgıçları hava veya gaz karışımlarını çalışma derinliğine uygun bir oksijen fraksiyonu ile solur. Atmosferden daha yüksek basınçlarda dalışta saf veya neredeyse saf O₂ kullanımı, genellikle repertuarlarla veya nispeten sığ derinliklerde (~ 6 metre derinlik veya daha az) dekompresyon veya akut olduğunda 2,8 bar'a kadar basınçlarda yeniden sıkıştırma odalarında tıbbi tedavi ile sınırlıdır. oksijen toksisitesi boğulma riski olmadan yönetilebilir. Daha derin dalış, oksijen toksisitesini önlemek için O₂'nin azot veya helyum gibi diğer gazlarla önemli ölçüde seyreltilmesini gerektirir.

Dağlara tırmanan veya basınçsız sabit kanatlı uçaklarda uçan insanların bazen tamamlayıcı O₂ kaynakları vardır. Basınçlı ticari uçaklarda, kabinin basınçsız hale getirilmesi durumunda yolculara otomatik olarak tedarik edilen acil durum O₂ kaynağı vardır. Ani kabin basınç kaybı, her koltukun üzerindeki kimyasal oksijen jeneratörlerini harekete geçirerek oksijen maskelerinin düşmesine neden olur. Kabin güvenlik talimatları dikte ettiği gibi "oksijen akışını başlatmak için" maskeleri çekerek, demir tozu teneke kutu içindeki sodyum klorat içine zorlar. Daha sonra ekzotermik reaksiyon ile sabit bir oksijen gazı akışı üretilir.

Hafif bir öforik olan oksijen, oksijen barlarında ve sporda eğlence amaçlı bir geçmişe sahiptir. Oksijen barları, 1990'ların sonlarından beri ABD'de bulunan ve minimum bir ücret karşılığında normal O₂'den daha yüksek maruziyet sunan kuruluşlardır. Profesyonel sporcular, özellikle Amerikan futbolunda, bazen performansı artırmak için oksijen maskeleri takmak için oyunlar arasında saha dışına çıkarlar. Farmakolojik etki şüphelidir; plasebo etkisi daha olası bir açıklamadır. Mevcut çalışmalar oksijenle zenginleştirilmiş karışımlardan ancak aerobik egzersiz sırasında solunması halinde performans artışını desteklemektedir.

Sanayi

Demir cevherinin çeliğe eritilmesi, ticari olarak üretilen oksijenin %55'ini tüketir. Bu işlemde O₂, yüksek basınçlı bir borudan erimiş demire enjekte edilir; bu, ilgili oksitler, SO₂ ve CO₂ gibi sülfür safsızlıklarını ve fazla karbonu giderir. Reaksiyonlar ekzotermiktir, bu nedenle sıcaklık 1.700 °C'ye yükselir.

Ticari olarak üretilen oksijenin bir diğer %25'i kimya endüstrisi tarafından kullanılmaktadır. Etilen, etilen glikole dönüştürülen etilen oksit oluşturmak için O₂ ile reaksiyona sokulur; antifriz ve polyester polimerler (birçok plastik ve kumaşın öncüsü) dahil olmak üzere bir dizi ürünü üretmek için kullanılan birincil besleyici malzemedir.

Ticari olarak üretilen oksijenin geri kalan %20'sinin çoğu tıbbi uygulamalarda, metal kesme ve kaynakta, roket yakıtında oksitleyici olarak ve su arıtımında kullanılır. Oksijen, çok sıcak bir alev üretmek için O₂ ile birlikte yakılan asetileni O₂ ile birlikte kullanılır. Bu işlemde, 60 cm (24 inç) kalınlığa kadar olan metal önce küçük bir oksi-asetilen alevi ile ısıtılır ve daha sonra büyük bir O₂ akışı ile hızlı bir şekilde kesilir.

Oluşum

Su (H20) en bilinen oksijen bileşiğidir.

Oksijenin oksidasyon durumu, bilinen tüm oksijen bileşiklerinde −2'dir. Oksidasyon durumu −1, peroksitler gibi birkaç bileşikte bulunur. Diğer oksidasyon durumlarında oksijen içeren bileşikler çok nadirdir: −1/2 (süperoksit), −1/3 (ozonitler), 0 (elementel, hipofloresöz asit), +1/2 (dioksijenil), +1 (dioksijen diflorür), ve +2 (oksijen diflorür).

Oksitler ve diğer inorganik bileşikler

Su (H₂0) bir hidrojen oksit ve en çok bilinen oksijen bileşiğidir. Hidrojen atomları, bir su molekülündeki oksijene kovalent olarak bağlanır, fakat ayrıca ayrı bir molekülde bitişik bir oksijen atomuna ek bir çekime (hidrojen atomu başına yaklaşık 23.3 kJ/mol) sahiptir. Su molekülleri arasındaki bu hidrojen bağları, onları sadece van der Waals kuvvetleri ile basit bir sıvıda beklenenden yaklaşık %15 daha yakın tutar.

Elektronegatifliği nedeniyle oksijen, karşılık gelen oksitleri vermek için hemen hemen tüm diğer elementlerle kimyasal bağlar oluşturur. Alüminyum ve titanyum gibi çoğu metalin yüzeyi, hava varlığında oksitlenir ve metali pasifleştiren ve daha fazla korozyonu yavaşlatan ince bir oksit filmi ile kaplanır. Geçiş metallerinin birçok oksitleri, kimyasal formülün göstereceğinden biraz daha az metal içeren stokiyometrik olmayan bileşiklerdir. Örneğin, mineral FeO (wüstite) ${\ce {Fe}}_{1-x}{\ce {O}}$ olarak yazılır, burada x genellikle 0.05 civarındadır.

Oksijen atmosferde az miktarda karbon dioksit (CO₂) şeklinde bulunur. Dünya'nın kabuk kayası, silikon oksitlerin (granit ve kuvarsda bulunan silika SiO₂), alüminyumdan (alüminyum oksit Al₂O₃, boksit ve korindon), demir (demir (III) oksit Fe₂O₃, hematit ve pas) ve kalsiyum karbonat (kalker içinde) yer alır. Yerkabuğunun geri kalanı da oksijen bileşiklerinden, özellikle çeşitli karmaşık silikatlardan (silikat minerallerinde) bulunur. Kabuğunkinden çok daha büyük kütleye sahip olan Dünya'nın mantosu büyük ölçüde magnezyum ve demir silikatlarından oluşur.

Deterjan ve yapıştırıcı olarak Na
4SiO
4, Na
2SiO
3, ve Na
2Si
2O
5 formunda suda çözünür silikatlar kullanılır.

Oksijen aynı zamanda geçiş metalleri için bir ligand görevi görür ve metal – O₂ içeren geçiş metali dioksit kompleksleri oluşturur. Bu bileşik sınıfı, hemoglobin ve miyoglobin hem proteinlerini içerir. O₂⁺PtF₆⁻, dioksijenil heksafluoroplatinat vermek üzere oksijeni oksitleyen PtF
6 ile egzotik ve olağandışı bir reaksiyon meydana gelir.

Organik bileşikler

Oksijen içeren organik bileşiklerin en önemli sınıfları arasında (burada "R" bir organik gruptur): alkoller (R-OH); eterler (R-O-R); ketonlar (R-CO-R); aldehitler (R-CO-H); karboksilik asitler (R-COOH); esterler (R-COO-R); asit anhidritler (R-CO-O-CO-R); ve amidler (R-C(O)-NR
2). Aseton, metanol, etanol, izopropanol, furan, THF, dietil eter, dioksan, etil asetat, DMF, DMSO, asetik asit ve formik asit dahil olmak üzere oksijen içeren birçok önemli organik çözücü vardır. Aseton ((CH
3)
2CO) ve fenol (C
6H
5OH), birçok farklı maddenin sentezinde besleyici maddeler olarak kullanılır. Oksijen içeren diğer önemli organik bileşikler şunlardır: gliserol, formaldehit, glutaraldehid, sitrik asit, asetik anhidrit ve asetamid. Epoksitler, oksijen atomunun üç atomlu bir halkanın bir parçası olduğu eterlerdir. Element benzer şekilde yaşam için önemli olan (ya da üretilen) biyomoleküllerde bulunur.

Oksijen, otoksidasyon adı verilen bir işlemde birçok organik bileşik ile oda sıcaklığında veya altında kendiliğinden reaksiyona girer. Oksijen içeren organik bileşiklerin çoğu, O₂'nin doğrudan etkisi ile yapılmaz. Bir öncünün doğrudan oksidasyonu ile sanayi ve ticarette önemli olan organik bileşikler arasında etilen oksit ve perasetik asit bulunur.

Güvenlik ve önlemler

NFPA 704 standardı, oksijen gazını sağlığa zararlı olmayan, yanıcı olmayan ve reaktif olmayan, ancak bir oksitleyici olarak derecelendirir. Soğutulmuş sıvı oksijene (LOX) 3'lük bir sağlık tehlikesi derecesi verilir (yoğunlaşmış buharlardan kaynaklanan hiperoksi riski için ve donma gibi kriyojenik sıvılar için ortak tehlikeler için) ve diğer tüm derecelendirmeler sıkıştırılmış gaz formuyla aynıdır.

Toksisite

Oksijen toksisitesinin ana belirtileri

Oksijen gazı (O₂) yüksek kısmi basınçlarda toksik olabilir, bu da konvülsiyonlara ve diğer sağlık sorunlarına yol açabilir. Oksijen toksisitesi genellikle standart basınçta yaklaşık %50 oksijen bileşimine veya yaklaşık 21 kPa normal deniz seviyesi O₂ kısmi basıncının 2.5 katına eşit olan 50 kilopaskaldan (kPa) daha fazla kısmi basınçlarda ortaya çıkmaya başlar. Tıbbi ventilatörlerde oksijen maskeleri yoluyla sağlanan gaz tipik olarak hacimce sadece %30 - %50 O₂'den oluşur (standart basınçta yaklaşık 30 kPa).

Bir zamanlar, O₂ açısından zengin hava içeren inkübatörlere prematüre bebekler yerleştirildi, ancak bazı bebekler oksijen içeriğinin çok yüksek olması nedeniyle körleştirildikten sonra bu uygulama kesildi.

Bazı modern uzay giysilerinde veya Apollo gibi erken uzay araçlarında olduğu gibi uzay uygulamalarında saf O₂'yi solumak, kullanılan toplam basınçların düşük olması nedeniyle hasara neden olmaz. Uzay giysileri söz konusu olduğunda, solunum gazındaki O₂ kısmi basıncı genel olarak yaklaşık 30 kPa'dır (normalde 1,4 kat) ve astronotun arteriyel kanında ortaya çıkan O₂ kısmi basıncı normal deniz seviyesi O₂ kısmi değerinden sadece çok azdır basınç.

Yanma ve diğer tehlikeler

Yüksek konsantrasyonlu oksijen kaynakları hızlı yanmayı teşvik eder. Konsantre oksidanlar ve yakıtlar yakınlaştığında yangın ve patlama tehlikeleri vardır; yanmayı tetiklemek için ısı veya kıvılcım gibi bir ateşleme olayı gereklidir. Oksijen oksidan, yakıt değil, yine de yanma sırasında salınan kimyasal enerjinin çoğunun kaynağıdır.

Konsantre O₂, yanmanın hızlı ve enerjik bir şekilde ilerlemesini sağlayacaktır. Hem gaz hem de sıvı oksijeni depolamak ve iletmek için kullanılan çelik borular ve depolama kapları yakıt görevi görür; bu nedenle O₂ sistemlerinin tasarımı ve üretimi, ateşleme kaynaklarının en aza indirilmesini sağlamak için özel eğitim gerektirir. Bir fırlatma rampası testinde Apollo 1 mürettebatını öldüren yangın, kapsül saf O₂ ile ancak bir görevde kullanılacak 1⁄3 normal basınç yerine atmosferik basınçtan biraz daha fazla basınç altında tutulduğu için çok hızlı yayıldı.

Sıvı oksijen dökülmeleri, odun, petrokimya ve asfalt gibi organik maddelere batırılmalarına izin verilirse, bu malzemelerin müteakip mekanik etki üzerinde beklenmedik bir şekilde patlamasına neden olabilir.