اکسیژن، یک عنصر شیمیایی نافلز با عدد اتمی 8 در جدول تناوبی عناصر است که آن را با نماد O نمایش می دهند. این عنصر هم در زمین و هم در سایر سیارات وجود دارد و نشانه مهمی از وجود حیات به شمار می رود. این عنصر قابلیت ترکیب با تمام عناصر، به غیر از برخی گازهای نجیب، را دارد. در فرایندهای فیزیولوژیکی تقریبا تمام موجودات شناخته شده حیاتی است و نقش پررنگی در فرایند سوختن و احتراق ایفا می کند.

بیش از 46% از جرم زمین را گاز اکسیژن تشکیل داده و به همین علت به عنوان فراوان ترین عنصر در پوسته زمین شناخته شده است. نسبت حجمی اکسیژن در جو 21% (تقریبا یک پنجم) و نسبت وزنی آن در آب دریا 89% است. حدودا 60% از جرم بدن انسان ها نیز از عنصر اکسیژن تشکیل شده است.

اکسیژن یعنی زندگی

اکسیژن برای زندگی حیاتی است و بیشتر موجودات زنده از اکسیژن برای تنفس سلولی استفاده می کنند. انسان و سایر حیوانات خشکی، اکسیژن را به ریه ها تنفس می کنند، سپس این گاز جذب خون شده و به سلول های بدن منتقل می شود. ماهی ها نیز از آبشش ها برای بدست آوردن اکسیژن محلول در آب استفاده می کنند. اگر اکسیژن وجود نداشته باشد، زندگی هم در زمین جریان نخواهد داشت.

تاریخچه گاز اکسیژن چیست؟

گفتیم که حدود 21% از جو زمین را اکسیژن تشکیل می دهد؛ اما همیشه اینطور نبوده است. در اوایل تاریخ سیاره ما، جو تقریباً هیچ اکسیژنی نداشت. میکروب هایی که غذای خود را از طریق فتوسنتز تولید می کنند، اکسیژن را به عنوان یک محصول جانبی تولید می کنند. اکسیژن حاصل از میکروب های فتوسنتزی در نهایت در اتمسفر ایجاد شد و محیط سیاره ما و تاریخ حیات در این فرآیند را به شدت تغییر داد.

اولین بار یک شیمیدان سوئدی به نام کارل ویلهلم شیله در حدود سال 1772 گاز اکسیژن را کشف کرد. این اتفاق در نتیجه گرم کردن نیترات پتاسیم، اکسید جیوه و بسیاری از مواد دیگر به دست آمد.

از طرف دیگر، در سال 1774 یک شیمیدان انگلیسی به نام جوزف پریستلی به طور مستقل با تجزیه حرارتی اکسید جیوه، گاز اکسیژن را کشف کرد و یافته های خود را در همان سال منتشر کرد.

در سال های 1775-1780، یک شیمیدان فرانسوی به نام آنتوان لوران لاووازیه با بینش قابل توجهی نقش اکسیژن در تنفس و احتراق را تفسیر کرد و نظریه فلوژیستون را که تا آن زمان پذیرفته شده بود، کنار گذاشت. او به تمایل آن به تشکیل اسید از طریق ترکیب با بسیاری از مواد مختلف اشاره کرد و بر این اساس نام عنصر اکسیژن را از واژه های یونانی به معنای «اسید تشکیل دهنده» انتخاب کرد.

فرمول مولکول اکسیژن چیست؟

این عنصر در طبیعت به صورت مولکول های O2 موجود است و به عنوان یک گاز ضروری برای تداوم حیات موجودات زنده شناخته می شود. در واقع موجودات زنده (شامل انسان ها، حیوانات و گیاهان) برای ادامه حیات خود به گاز اکسیژن نیاز دارند، این گاز را از هوای اطراف خود دریافت کرده و پس از تبدیل به دی اکسید کربن، به اتمسفر و محیط اطراف خود باز می گردانند.

ایزوتوپ های عنصر اکسیژن طبیعی

اکسیژن طبیعی مخلوطی از سه ایزوتوپ پایدار است؛ اکسیژن-16 (99.759 درصد)، اکسیژن-17 (0.037 درصد) و اکسیژن-18 (0.204 درصد). چندین ایزوتوپ رادیواکتیو به طور مصنوعی تهیه شده و شناخته شده است. طولانی ترین عمر، اکسیژن 15 با نیمه عمر 124 ثانیه است که برای مطالعه تنفس در پستانداران استفاده شده است.

آلوتروپی اکسیژن

اکسیژن دو شکل آلوتروپیک دارد؛ دو اتمی (O2) و سه اتمی (O3 یا ازن). ویژگی های شکل دو اتمی نشان می دهد که شش الکترون اتم ها را پیوند می دهند و دو الکترون جفت نشده باقی می مانند که علت پارامغناطیس اکسیژن است. سه اتم در مولکول ازن در امتداد یک خط مستقیم قرار ندارند.

ازن ممکن است از اکسیژن و بر اساس معادله زیر تولید شود:

3 O2 → 2 O3

این فرآیند گرماگیر است و برای ادامه آن باید انرژی فراهم شود. تبدیل دوباره ازن به اکسیژن دو اتمی با حضور فلزات واسطه یا اکسیدهای آن ها تقویت می شود. اکسیژن خالص با یک تخلیه الکتریکی خاموش تا حدی به ازن تبدیل می شود.

همچنین این واکنش با جذب نور فرابنفش با طول موج های حدود 250 نانومتر ایجاد می شود. وقوع این فرآیند در اتمسفر فوقانی تشعشعاتی را که برای حیات در سطح زمین مضر است حذف می کند. بوی تند ازن در مناطق محدودی که در آن جرقه تجهیزات الکتریکی وجود دارد، مانند اتاق های ژنراتور، قابل توجه است. اوزون آبی روشن است. چگالی آن 1.658 برابر هوا است و نقطه جوش آن 112- درجه سانتیگراد (170- درجه فارنهایت) در فشار اتمسفر است.

ازن یک عامل اکسید کننده قوی است که قادر به تبدیل دی اکسید گوگرد به تری اکسید گوگرد، سولفیدها به سولفات، یدیدها به ید و بسیاری از ترکیبات آلی به مشتقات اکسیژن دار مانند آلدئیدها و اسیدها است. تبدیل هیدروکربن های ازن از گازهای خروجی خودرو به این اسیدها و آلدئیدها به ماهیت تحریک کننده مه دود کمک می کند. در صنعت، ازن به عنوان یک معرف شیمیایی، به عنوان یک ضد عفونی کننده، در تصفیه فاضلاب، تصفیه آب و سفید کردن منسوجات استفاده می شود.

جرم مولکولی اکسیژن

عدد جرمی یا همان جرم اتمی عنصر اکسیژن، 15.9994 است. با توجه به این که مولکول اکسیژن از دو اتم تشکیل شده، جرم مولکولی آن به راحتی قابل محاسبه است.

اکسیژن خالص است یا مخلوط؟

این گاز از دو اتم یکسان اکسیژن تشکیل شده و به صورت مولکول های O2 در طبیعت یافت می شود. از این رو در دسته گازهای خالص جای دارد.

موارد استفاده از گاز اکسیژن چیست؟

کاربرد گاز اکسیژن در صنایع و زندگی بسیار گسترده است و برخی از کاربردهای گاز اکسیژن در صنایع مختلف عبارت است از:

• در صنایع غذایی برای حمل و نقل ماهی زنده و غذاهای دریایی
• در صنایع دارویی و شیمیایی برای ایجاد شعله جهت مهر و موم کردن آمپول های شیشه ای
• در فرایند تولید فیبر نوری با درجه خلوص بالا
• برای غنی سازی هوا طی مدت زمان تخمیر
• به صورت گاز طبی و خالص در پزشکی
• تولید انواع گاز کالیبراسیون
• اکسیژن مایع به عنوان نیروی پیش رانش احتراقی در مواد منفجره
• در دستگاه های لیزر، برش و جوشکاری
• اکسییژن مایع به عنوان سوخت های اکسید کننده موشک (وابسته به به فعالیت برنامه های فضایی)
• اکسیژن خالص در زیردریایی ها و زنگ های غواصی
• در برخی از صنایعی که از کوره استفاده می کنند

اکسیژن تجاری یا هوای غنی شده با اکسیژن جایگزین هوای معمولی در صنایع شیمیایی برای تولید مواد شیمیایی کنترل شده با اکسیداسیون مانند استیلن، اتیلن اکسید و متانول شده است.

فولاد سازی

صنعت فولاد بزرگترین مصرف کننده اکسیژن خالص در «دمیدن» فولاد پر کربن است. این اصطلاح به معنای تبخیر دی اکسید کربن و سایر ناخالصی های نافلزی در فرآیندی سریع تر و آسان تر نسبت به زمان استفاده از هوا است.

حمل و نقل و راه ها

زمانی که وسیله ای برای عملکرد خود به انرژی نیاز دارد، اما به منبع تغذیه متصل نباشد، از گاز اکسیژن استفاده می شود. لازم به ذکر است که این نکته در رابطه با وسایل نقلیه مثل اتومبیل و موتور سیکلت صادق نبوده و شامل مواردی مثل ژنراتورها، کشتی ها، هواپیماها و مواردی از این دست می شود.

کوهنوردی و ورزش

کوه گرفتگی یا کمبود اکسیژن از جمله مشکلاتی است که کوهنوردان در ارتفاعات بالای 2000 متر به آن دچار می شوند. در چنین شرایطی به همراه داشتن یک سیلندر گاز اکسیژن می تواند تا حد زیادی کمک کننده باشد.

تصفیه آب و فاضلاب

تصفیه فاضلاب توسط اکسیژن نویدبخش تصفیه موثرتر پساب های مایع نسبت به سایر فرآیندهای شیمیایی است. سوزاندن زباله ها در سیستم های بسته با استفاده از اکسیژن خالص اهمیت پیدا کرده است.

کاربرد در پزشکی

کاربردهای پزشکی اکسیژن شامل استفاده در چادرهای اکسیژن، استنشاق ها و انکوباتورهای کودکان است. بی حس کننده های گازی غنی شده با اکسیژن، در طول بیهوشی عمومی، از علائم حیاتی پشتیبانی می کنند.

اکسیژن پزشکی یکی از مهمترین کاربردهای این گاز را در بر می گیرد. این گاز قابلیت افزایش متابولیسم بدن و در نتیجه حفظ جان بیماران را دارد. استفاده از آن برای بیماران و مصدومان دارای مشکلات تنفسی ضروری است و حتی در برخی از موارد می توان گفت که بدون گاز اکسیژن امکان زنده رسیدن آن ها به بیمارستان و مراکز درمانی وجود نداشته است.

ضدعفونی کننده قوی

این گاز یک ضدعفونی کننده قوی است که می تواند از تجمع باکتری ها در بدن بکاهد. همین نکته موجب شده است تا در پزشکی برای کشتن باتری ها و از بین بردن آلودگی ها در بدن بیماران از گاز اکسیژن استفاده شود.

گاز اکسیژن در هوافضا

در صنعت هوا و فضا اغلب از اکسیژن مایع به عنوان یک اکسیدکننده یا تغییردهنده استفاده می شود. از واکنش این مایع با هیدروژن، انرژی لازم برای حرکت موشک تامین می شود. از این رو بسیاری از افراد آن را سوخت موشکی می نامند.

برای تنفس بهتر و جلوگیری از خطرات احتمالی، داخل لباس فضانوردان نیز با گاز اکسیژن پر شده است. از این رو در مواقع حساس و شرایط اضطراری می توانند به جای کپسول گاز اکسیژن، از اکسیژن محبوس در لباس خود استفاده کنند.

کاربرد گاز اکسیژن در صنایع پتروشیمی

اکسیژن در این صنعت اغلب برای ایجاد احتراق و سوختن مواد مورد استفاده قرار می گیرد. این کار اغلب با هدف تولید آب و دی اکسید کربن انجام می شود. همچنین تامین انرژی یکی دیگر از اهداف این کار است.

کاربرد اکسیژن در صنعت شیشه سازی

اکسیژن به عنوان یکی از مهم ترین گازهای صنعتی، نقش کلیدی در بهبود کیفیت، افزایش بهره وری و کاهش هزینه های تولید شیشه ایفا می کند. در فرآیندهای سنتی شیشه سازی، هوای فشرده برای احتراق کوره ها استفاده می شود، اما با جایگزینی بخشی یا تمام هوای احتراق با اکسیژن خالص، تحولی چشمگیر در راندمان و کیفیت محصول ایجاد می شود. این روش که به نام اکسی فایرینگ (Oxy-fuel firing)  شناخته می شود، مزایای قابل توجهی برای تولیدکنندگان شیشه دارد. در ادامه با اصلی ترین مزایای استفاده از این گاز در صنعت شیشه سازی بیشتر آشنا می شویم:

بهبود راندمان حرارتی کوره ها

هوای معمولی حاوی حدود ۷۸ درصد نیتروژن است که در فرآیند احتراق شرکت نمی کند و صرفاً گرم می شود و از دودکش خارج می گردد. جایگزینی اکسیژن خالص باعث می شود انرژی سوخت به طور کامل صرف ذوب مواد اولیه شود. این موضوع دمای شعله را افزایش داده و زمان ذوب را کوتاه می کند.

کاهش مصرف سوخت

با استفاده از اکسیژن، مقدار حرارت هدررفته از طریق نیتروژن کاهش می یابد، بنابراین سوخت کمتری برای رسیدن به دمای مورد نیاز مصرف می شود. در بسیاری از خطوط شیشه سازی، این تغییر می تواند کاهش مصرف انرژی تا ۲۰ الی ۳۰ درصد را به همراه داشته باشد.

افزایش کیفیت شیشه تولیدی

دمای بالاتر و یکنواختی حرارت باعث ذوب کامل تر مواد اولیه و کاهش حباب های ناخواسته در شیشه می شود. این امر شفافیت، استحکام و خواص اپتیکی شیشه را بهبود می بخشد. به همین دلیل، کارخانه های تولید شیشه های خاص مانند شیشه اپتیکی یا کریستال از اکسیژن استفاده بیشتری دارند.

کاهش آلاینده های محیطی

استفاده از اکسیژن خالص، حجم گازهای خروجی از دودکش را کاهش داده و انتشار اکسیدهای نیتروژن (NOx) را به حداقل می رساند، زیرا نیتروژن کمتری وارد کوره می شود. این موضوع علاوه بر رعایت استانداردهای زیست محیطی، هزینه سیستم های فیلتراسیون و کنترل آلاینده ها را نیز کاهش می دهد.

امکان استفاده در کوره های کوچک تر و با طراحی بهینه

به دلیل راندمان بالای احتراق با اکسیژن، می توان از کوره های کوچک تر یا با ظرفیت بیشتر در همان فضای قبلی استفاده کرد. این انعطاف پذیری در طراحی خطوط تولید، برای کارخانه هایی که فضای محدود دارند بسیار ارزشمند است.

اکسیژن در صنعت شیشه سازی نه تنها یک گاز کمکی بلکه یک عامل استراتژیک برای افزایش کیفیت، کاهش هزینه و حرکت به سمت تولید پایدار محسوب می شود. با رشد تقاضا برای شیشه های با کیفیت بالا و رعایت استانداردهای زیست محیطی، استفاده از فناوری های مبتنی بر اکسیژن بیش از پیش در این صنعت گسترش یافته است.

اکسیژن در طبیعت

انسان ها، حیوانات و برخی از باکتری ها در طول تنفس، اکسیژن را از جو می گیرند و دی اکسید کربن را به آن باز می گردانند، در حالی که گیاهان سبز با فتوسنتز، دی اکسید کربن را در حضور نور خورشید جذب کرده و اکسیژن آزاد تولید می کنند. تقریباً تمام اکسیژن آزاد موجود در جو به دلیل فتوسنتز است. حدود 3 قسمت حجمی اکسیژن در 100 قسمت آب شیرین در دمای 20 درجه سانتیگراد (68 درجه فارنهایت) حل می شود که کمی کمتر در آب دریا است. اکسیژن محلول برای تنفس ماهی ها و دیگر جانداران دریایی ضروری است.

همچنین اکسیژن می تواند مولکولی از سه اتم را تشکیل دهد که به اوزون (O3) معروف است. ازن در استراتوسفر زمین با مسدود کردن بیشتر تشعشعات مضر UV خورشید نقش مفیدی دارد. این در حالی است که در تروپوسفر یک آلاینده خطرناک است.

کپسول و سیلندر گاز O2 گرید 5 تهران ، کپسول و سیلندر گاز O2 گرید 5 اصفهان ، کپسول و سیلندر گاز O2 گرید 5 یزد ، کپسول و سیلندر گاز O2 گرید 5 همدان ، کپسول و سیلندر گاز O2 گرید 5 بندر عباس هرمزگان ، کپسول و سیلندر گاز O2 گرید 5 اراک مرکزی ، کپسول و سیلندر گاز O2 گرید 5 ساری مازندران ، کپسول و سیلندر گاز O2 گرید 5 خرم آباد لرستان ، کپسول و سیلندر گاز O2 گرید 5 رشت گیلان ، کپسول و سیلندر گاز O2 گرید 5 گرگان گلستان ، کپسول و سیلندر گاز O2 گرید 5 یاسوج کهگیلویه و بویراحمد ، کپسول و سیلندر گاز O2 گرید 5 کرمانشاه ، کپسول و سیلندر گاز O2 گرید 5 کرمان ، کپسول و سیلندر گاز O2 گرید 5 سنندج کردستان ، کپسول و سیلندر گاز O2 گرید 5 قم ، کپسول و سیلندر گاز O2 گرید 5 قزوین ، کپسول و سیلندر گاز O2 گرید 5 شیراز فارس ، کپسول و سیلندر گاز O2 گرید 5 زاهدان سیستان و بلوچستان ، کپسول و سیلندر گاز O2 گرید 5 سمنان ، کپسول و سیلندر گاز O2 گرید 5 زنجان ، کپسول و سیلندر گاز O2 گرید 5 اهواز خوزستان ، کپسول و سیلندر گاز O2 گرید 5 بجنورد خراسان شمالی ، کپسول و سیلندر گاز O2 گرید 5 مشهد خراسان رضوی ، کپسول و سیلندر گاز O2 گرید 5 بیرجند خراسان جنوبی ، کپسول و سیلندر گاز O2 گرید 5 شهرکرد چهارمحال و بختیاری ، کپسول و سیلندر گاز O2 گرید 5 بوشهر ، کپسول و سیلندر گاز O2 گرید 5 ایلام ، کپسول و سیلندر گاز O2 گرید 5 کرج البرز ، کپسول و سیلندر گاز O2 گرید 5 اردبیل ، کپسول و سیلندر گاز O2 گرید 5 ارومیه آذربایجان غربی ، کپسول و سیلندر گاز O2 گرید 5 تبریز آذربایجان شرقی