Oksijenin sembolü “O”, atom ya da element numarası 8 ve atom ağırlığı 15,9994’tür. Standart koşullar altında dioksijen (O2) oluşturan ametal bir gazdır. Bu gaz renksiz, kokusuz ve tatsızdır. Oksijen, yaşamın sürdürülmesinde oynadığı büyük rol nedeniyle halk arasında yaygın olarak bilinen bir elementtir. Oksijen olmadan insanlar ve hayvanlar gibi birçok canlı nefes alamaz ve sonuç olarak ölürler. Oksijen yalnızca yaşamı desteklemek için önemli olmakla kalmaz, aynı zamanda yanma süreçleri gibi birçok kimyasal reaksiyonda da önemli bir rol oynar. Oksijen, insan vücudunda kütle olarak en bol bulunan elementtir. Vücut ağırlığının neredeyse yaklaşık üçte ikisi oksijendir. Örneğin 80 Kg ağırlığındaki bir insanda 48800 gram oksijen bulunmaktadır.
Oksijen, evrendeki en bol bulunan üçüncü, yer kabuğundaki en yaygın (%46 miktar ile 3. element) elementtir. Yer kabuğu esas olarak silisyum-oksijen (veya silikon oksijen) minerallerinden oluşur ve birçok başka element de oksitleri halinde bulunur. Oksijen dünya atmosferinin hacminin yaklaşık %21’ini (% 20,9476) oluşturur. Dünya, atmosferinde bu kadar yüksek konsantrasyonda serbest oksijene sahip olması bakımından sıra dışıdır. Atmosferin kütlesinin% 23,14’ü ( yaklaşık beşte birine, bir milyon milyar tonun üzerinde bir miktara tekabül eder, atmosferdeki en yaygın 2. elementidir) oksijen gazı içerir. Dünya’daki alışılmadık derecede yüksek elementel oksijen konsantrasyonu, oksijen döngüsünün bir sonucudur. Bu biyojeokimyasal döngü, oksijenin Dünya’daki üç ana rezervuarı olan atmosfer, biyosfer ve litosfer içinde ve arasında hareketini tanımlar. Oksijen döngüsünün temel itici gücü, modern Dünya atmosferinden sorumlu olan fotosentezdir. Bilim insanları, yaklaşık bir milyar yıl içinde dünyanın oksijeninin biteceğini tahmin etmektedir. Fazla endişelenmeye gerek yoktur çünkü atmosferdeki muazzam miktardaki oksijen nedeniyle, tüm fotosentez dursa bile, neredeyse tamamının yok olması en az 5.000 yıl sürer.
Hacimce %0,15 oksijen ile Mars’ın atmosferi, güneş sistemindeki herhangi bir gezegenin hacimce en bol ikinci konsantrasyonuna sahipken, Venüs üçüncü sırada yer almaktadır. Ancak, oksijenleri yalnızca karbondioksit gibi oksijen içeren moleküllere çarpan ultraviyole radyasyon tarafından üretilir. Oksijen, Güneş’te bulunan en bol üçüncü elementtir (kütlesinin yaklaşık % 0,87’si oksijen formundadır) ve yıldızların enerji üretiminden sorumlu bir süreç olan karbon-azot döngüsünde rol oynar. Dış elektronları uyarılmış haldeki oksijen (ve azot), Aurora Borealis’in (kuzey ışıklarının) parlak kırmızı ve sarı-yeşil renklerinden sorumludur.
Oksijenin Kaynağı
Dünyanın atmosferindeki oksijen çeşitli yollarla üretilir. Su moleküllerinin ultraviyole ışınlarla parçalandığı fotokimyasal ayrışma süreci, havadaki oksijenin yaklaşık %1-2’sini üretir. Oksijen üreten bir diğer süreç ise bitkiler ve fotosentetik bakteriler tarafından gerçekleştirilen fotosentezdir. Serbest oksijen oksijenik fotosentez sırasında suyun ışıkla parçalanmasıyla üretilir. Bu işlem neredeyse tüm yüksek yaşam formlarının hayatta kalmasının temelini oluşturur. İlk tek hücreli organizmaların ortaya çıkmasından önce, serbest oksijen gazı yeryüzünde son derece nadir iken fotosentetik bakteriler ve arkeler 3,5 milyar yıl önce evrimleşmiş ve atmosferdeki oksijen konsantrasyonunu artırmaya başlamışlardır. Ancak, aerobik (oksijenli solunum yapan) organizmaların yeryüzünde baskın yaşam formu haline gelmesi ve atmosferdeki oksijen hacmini önemli ölçüde artırmaya başlaması bir milyar yıldan fazla sürmüştür. Son 500 milyon yıldır, atmosferdeki oksijen seviyeleri %15-30 arasında dalgalanmıştır. Yaklaşık 350 milyon yıl önce Karbonifer döneminin (kömür çağı) sonuna doğru, atmosferik oksijen seviyeleri hacimce maksimum % 35’e ulaşmış ve bu da sınırlı solunum sistemine sahip böceklerin ve amfibilerin günümüz türlerinden çok daha büyük boyutlara ulaşmasına (böceklerin bugünkü boyutlarının neredeyse 10 katı kadar büyümesine ) olanak sağlamıştır.
Günümüzde hacimce yaklaşık %21 civarında seyreden oksijen dünya atmosferinin en bol bulunan ikinci (%78,084 ile havanın ana bileşeni azot gazıdır) bileşenidir. Her yıl 7 milyar ton fosil yakıtın yakılması da dahil olmak üzere insan faaliyetleri, atmosferdeki serbest oksijen miktarı üzerinde çok az etkiye sahiptir. Mevcut fotosentez hızıyla, günümüz atmosferindeki tüm oksijenin yenilenmesi için yaklaşık 2.000 yıl gerekeceği tahmin edilmektedir. Deniz ortamlarındaki algler ve siyanobakteriler, dünyada üretilen serbest oksijenin yaklaşık %70’ini sağlar. Geri kalanı karasal bitkiler tarafından üretilir, ancak tropikal ormanlarda üretilen oksijenin neredeyse tamamı bu ormanlardaki organizmalar tarafından tüketilir.
Fotosentezin genel formülü şudur:
6 CO2 + 6 H2O + güneş ışığı > C6 H12 O6 + 6 O2
Basitçe aşağıdaki gibi yazılabilir:
Karbondioksit + su + güneş ışığı > glikoz + oksijen
Fotolitik oksijen evrimi, fotosentezin bir kısmı olup, suyun ışığa bağlı olarak moleküler oksijene oksidasyonu yoluyla gerçekleşir ve aşağıdaki basitleştirilmiş kimyasal reaksiyon olarak yazılabilir:
2 H2O > 4e (-) + 4H (+) + O2
Oksijen açısından zengin bir atmosferin gelişimi, Dünya’daki yaşam tarihinin en önemli olaylardan biridir. Okyanuslarda ve atmosferde büyük miktarda çözünmüş ve serbest oksijenin varlığı, yaklaşık 2,4 milyar yıl önce meydana gelen oksijen felaketi sırasında o dönemde yaşayan anaerobik organizmaların çoğunun yok olmasına neden olmuş olabilir. Bununla birlikte, O2’nin yüksek elektronegatifliği, hücresel solunum için büyük bir potansiyel enerji düşüşü yaratır ve böylece aerobik (oksijenli) solunum kullanan organizmaların anaerobik (oksijensiz solunum yapan) organizmalardan çok daha fazla ATP üretmesini sağlar. Bu, onları o kadar verimli hale getirir ki, Dünya’nın biyosferini domine eder hale gelmişlerdir. Fotosentez ve oksijenin hücresel solunumu, ökaryotik hücrelerin ve nihayetinde bitkiler ve hayvanlar gibi karmaşık çok hücreli organizmaların evrimine olanak sağlamıştır.
Oksijenin Keşfi
Hava, ilk olarak 2500 yıldan fazla bir süre önce antik Yunanlılar tarafından bir “element” olarak tanımlanmıştır. Hava, ateş, rüzgar ve su ile birlikte sınıflandırılmıştır. Leonardo da Vinci, havanın en az iki farklı gazdan oluştuğunu öne sürmüştür. O zamana kadar havanın kendi başına bir element olduğu düşünülmüştür. Ayrıca, bu gazlardan birinin hem alevleri hem de yaşamı desteklediğinin farkına varmıştır. Oksijenin keşfi, üç kimyagerin ortak başarısıdır: İngiliz Joseph Priestley, İsveçli Carl Wilhelm Scheele ve ünlü Fransız Antoine Lavoisier.
Joseph Priestley, oksijen hakkında ilk yayın yapan kişidir ve 1774 yılında cam tüpün içindeki cıva oksit (HgO) üzerine güneş ışığını odaklamış ve ortaya çıkan gazı toplayarak oksijeni izole etmiştir. Priestley, mumların bu gazda daha parlak yandığını ve bir farenin bu gazı solurken daha aktif olduğunu ve daha uzun yaşadığını fark etmiştir. Gazı kendisi de soluduktan sonra akciğerlerinde hissettiği duygunun, sıradan havadan hissedilir derecede farklı olmadığını, ancak bir süre sonra göğsünün tuhaf bir şekilde hafif ve rahat hissettiğini düşündüğünü not etmiştir. Priestley’in bulguları 1775’te yayınlanmıştır. Priestley’nin bilmediği şey, İsveçli eczacı Carl Wilhelm Scheele’nin 1772 civarında civa oksit, manganez oksit ve çeşitli nitratları ısıtarak oksijen üretmiş olmasıdır. Scheele, bu keşfini “Hava ve Ateş Üzerine İnceleme” başlıklı bir el yazmasında anlatmış ve 1775’te yayıncısına göndermiştir, ancak bu belge 1777 yılına kadar yayınlanmamıştır. Scheele, o zamanlar yanmayı destekleyen tek madde olarak bilindiği için bu gaza ‘ateş havası’ adını vermiştir. Ayrıca, bu gazın kömürle temas ettiğinde güzel ve parlak kıvılcımlar çıkardığını da keşfetmiştir. Diğer tüm elementler de aynı gazı üretmiştir. Isaac Newton ve Gottfried Wilhelm Leibniz’in analizin (kalkülüsün) temellerini keşfetmesine benzer şekilde, her iki bilim insanının da elementi (oksijeni) aynı anda bağımsız olarak keşfetmiş olması mümkündür. Bu nedenle oksijeni birbirinden bağımsız olarak keşfeden iki bilim insanının olduğu ve bu onuru paylaşmaları gerektiği kabul edilmektedir.
Not: Kalkülüs, fonksiyonlar, limitler, türevler ve integrallerin analizi yoluyla değişim ve hareketi inceleyen bir matematik disiplinidir.
Ünlü Fransız kimyager Antoine Laurent Lavoisier daha sonra oksijeni bağımsız olarak keşfettiğini iddia etmiş ve keşfettiği yeni gazın, tüm asitlerin temel bileşeni olduğunu düşündüğü için asit oluşturucu anlamına gelen Yunanca kökenli kelimelerden yola çıkarak “oxy-gene” olarak adlandırılmasını önermiştir.
Oksijen, 1961 yılında Uluslararası Temel ve Uygulamalı Kimya Birliği’nin karbon 12’yi yeni bir temel olarak kabul etmesine kadar diğer elementlerin her biri için bir atom ağırlığı karşılaştırma standardı olarak kullanılmıştır.
Daha Sonraki Tarihler
Bilim insanları 19. yüzyılın sonlarına doğru havayı sıkıştırıp soğutmanın, bileşenlerini sıvılaştırmak ve izole etmek için kullanılabileceğini fark etmişlerdir. İsviçreli kimyager ve fizikçi Raoul Pierre Pictet, kademeli bir yöntem kullanarak sıvı kükürt dioksiti buharlaştırarak karbondioksiti sıvılaştırmış ve ardından bu karbondioksiti buharlaştırarak oksijeni sıvılaştırmak için yeterince soğutmuştur. 22 Aralık 1877’de Paris’teki Fransız Bilimler Akademisi’ne bir telgraf göndererek sıvı oksijenin keşfini duyurmuştur. Sadece iki gün sonra, Fransız fizikçi Louis Paul Cailletet kendi oksijen sıvılaştırma yöntemini duyurmuştur. Her iki durumda da sadece birkaç damla sıvı oksijen üretildiğinden, anlamlı bir analiz yapılamamıştır. 1891’de İskoç kimyager James Dewar, üzerinde çalışılabilecek kadar sıvı oksijen üretmeyi başarmıştır. Sıvı oksijen üretmenin ilk ticari olarak uygulanabilir süreci, 1895’te Alman mühendis Carl von Linde ve İngiliz mühendis William Hampson tarafından bağımsız olarak geliştirilmiştir. Her iki adam da havanın sıcaklığını sıvılaşana kadar düşürdükten sonra, bileşen gazları tek tek kaynatarak ve yakalayarak damıtmıştır. Daha sonra, 1901’de, asetilen ve sıkıştırılmış oksijen karışımı yakılarak oksiasetilen kaynağı ilk kez gösterilmiştir. Bu metal kaynak ve kesme yöntemi daha sonra yaygın hale gelmiştir. 1923 yılında Amerikalı bilim insanı Robert H. Goddard, bir roket motoru geliştiren ilk kişi olmuştur; motor yakıtı olarak benzin, oksitleyici olarak da sıvı oksijen kullanmıştır. Goddard, 16 Mart 1926’da Massachusetts’in Auburn kentinde sıvı yakıtlı küçük bir roketi saatte yaklaşık 97 km hızla 56 m uçurmayı başarmıştır.
Oksijenin Özellikleri
Oksijen, periyodik tablonun 8. elementidir, kütle numarası veya atom ağırlığı 15,9994 (16 olarak kabul edilir) akb (atomik kütle birimi)’dir. Oksijen, “O” sembolüyle gösterilir. Periyodik tabloda 2. periyotta bulunan bir kalkojendir yani periyodik tablonun 16. grubuna (6 A grubu) aittir. Kalkojenler bazı elementler diğer elementlerle cevher veya metal içeren kayaçlar oluşturabilir. Bir atomdaki elektron sayısı, atom numarasına bağlıdır. Daha yüksek atom numarasına sahip diğer elementlerin daha fazla elektronu varken, daha düşük atom numarasına sahip elementlerin daha az elektronu vardır. Oksijenin atom numarası 8’dir, dolayısıyla 8 elektronu vardır. Nötr oksijenin temel hal elektron konfigürasyonu ya da dizilimi 1s[2] 2s[2] 2p[4]’tür; bu, 1s alt kabuğunda iki, 2s alt kabuğunda iki ve 2p alt kabuğunda dört elektronu olduğu anlamına gelir. Nötr (eşit sayıda elektron ve proton içeren) bir oksijen atomunun değerlik ya da valans kabuğu altı elektron içerir. Bunların ikisi 2s alt kabuğunda, dördü ise 2p alt kabuğundadır. Oksijenin değerlik elektronlarının dizilimi 2s[2] 2p[4] olarak yazılabilir. Oksijen birden fazla oksidasyon durumu sergileyebilir, ancak en yaygın olarak -2 oksidasyon durumu sergiler. Normalde -2 oksidasyon durumuna sahip olan oksijen -2, -1, -1/2, 0, +1 ve +2 oksidasyon durumlarına da sahip olabilir. -1 oksidasyon durumu peroksitlerde ve persülfatlarda bulunur. +1 ve +2 oksidasyon durumları oksijen için çok nadirdir ve flor ile birleştiğinde ortaya çıkar.
Elektronegatiflik, bir atomun bağlayıcı bir elektron çiftini çekme eğiliminin bir ölçüsüdür. Flor, en elektronegatif elementtir. Elektronegatifliği 3,98’dir ( 4 kabul edilir)ve değerler, en az elektronegatif olan sezyum ve fransiyuma kadar 0,7’ye kadar düşer. Oksijen, Pauling ölçeğinde 3,44 ile flordan sonra en elektronegatif ikinci elementtir. Klor, elektronegatiflik değerleri açısından oksijenin hemen gerisindedir. Bunun birkaç sonucu vardır. Birincisi, florun diğer elementlerle birleştiğinde her zaman negatif yüklü olduğu anlamına gelir. İkincisi, oksijenin, florla bileşik oluşturduğu çok nadir durumlar dışında, her zaman negatif bir oksidasyon durumuna sahip olduğu anlamına gelir. Bu aynı zamanda flor, klor ve oksijenin yüksek reaktivitesini de açıklar. Flor o kadar elektronegatiftir ki, dokunduğu her şeyden bir elektron koparmak ister.
Oksijen Suda Çözünebilir
Oksijen normal koşullar altında kendisiyle, azotla veya suyla reaksiyona girmez, ancak suda çözünebilir. Hemen hemen tüm sucul organizmalar yaşamak için oksijene ihtiyaç duyar (bazı bakteri türleri ihtiyaç duymaz), ancak birçoğu atmosferik oksijeni soluyamaz ve suda çözünmüş oksijene bağımlıdır. Su molekülleri ( H2O) bir oksijen atomu içerse de, bu oksijen bağlıdır ve sucul organizmalar tarafından kullanılamaz. Çözünmüş oksijen, suda bulunan ancak diğer elementlere bağlı olmayan serbest oksijendir. Bu, su ve atmosfer arasındaki oksijen alışverişinden, bitkiler ve algler tarafından fotosentez yoluyla oksijen üretiminden kaynaklanır. Birçok kaynakta, suyun uzun süre yer altında kalması ve fotosentezin gerçekleşememesi nedeniyle doğal olarak düşük oksijen seviyesi bulunur. Kaynak ağzından çıktıktan sonra, atmosferle gaz alışverişi, bitkiler ve alglerden gelen fotosentez, su kaynak akıntısından aşağı doğru akarken oksijen seviyesini artırır.
Sıcaklık, tuzluluk, basınç gibi çeşitli faktörler, suda çözünebilen oksijen miktarını kontrol eder. Su ısındıkça, suda çözünebilen oksijen miktarı azalır yani soğuk su daha fazla O2 tutabilir. Sudaki oksijen, miligram/litre (mg/L) veya yüzde doygunluk olarak ölçülür. Örneğin, 5 santigrat derecedeki soğuk su (12,8 mg/L), 25°C’deki sıcak suya (8,3 mg/L) göre yaklaşık %55 daha fazla çözünmüş oksijen bulunur. Sıcaklıktaki doğal mevsimsel değişiklikler ve fotosentetik üretimdeki günlük değişiklikler nedeniyle, çözünmüş oksijen genellikle hem günlük hem de mevsimsel dalgalanmalar gösterir. Tuzluluk da bir su kütlesinin tutabileceği oksijen miktarını belirleyen önemli bir faktördür; tatlı su, tuzlu sudan daha fazla oksijen emebilir, bu durum nehirlerde, göllerde ve okyanuslarda yaşamı mümkün kılar. Su hayvanlarının farklı türlerinin farklı çözünmüş oksijen sınırları vardır. Çoğu balık, 5 mg/L veya daha yüksek çözünmüş oksijen konsantrasyonlarında hayatta kalabilir ve büyüyebilir, ancak yumurtlama ve optimum büyüme daha yüksek konsantrasyonlar gerektirebilir. Bir tür için çözünmüş oksijen seviyeleri çok düşük olduğunda, hayvan uyuşuk hale gelebilir veya ölebilir. Hipoksi, çözünmüş oksijenin su hayvanı türlerini tehdit edecek kadar düşük olduğu bir durumdur. 1-2 mg/L’den düşük bir çözünmüş oksijenin seviyesi genellikle hipoksik olarak kabul edilir ve 3 mg/L’den düşük bir seviyeden endişe duyulmaz. Bu değerler, çoğu balığın üremesi ve büyümenin altındadır. Tam tersi durumda ise, suyun O2 ile aşırı doygunluğu balıklarda sağlık sorunlarına yol açabilir. O2 ile aşırı doygunluk, balıklarda gaz (hava) kabarcığı hastalığı adı verilen bir sağlık sorununa neden olabilir.
Kirlenmiş su, çürüyen algler ve diğer biyomalzemeler nedeniyle azalan oksijen miktarına sahip olabilir. Bilim insanları, su kalitesinin bu yönünü, suyun biyokimyasal oksijen ihtiyacını (BOİ) veya normal oksijen konsantrasyonunu yeniden sağlamak için gereken oksijen miktarını ölçerek değerlendirir.
Başlıca Oksijenli Bileşikler
Oksijen oldukça reaktif bir elementtir, helyum, neon, argon ve kripton (soygazlar kendi başlarına inanılmaz derecede kararlıdır) hariç diğer elementlerin çoğuyla kolayca bileşik oluşturur. Oksijen normalde bazlar veya asitlerle de reaksiyona girmez. 1. grup metalleri (alkali metaller) oksijenle oldukça reaktiftir ve oksitlenmelerini önlemek için oksijenden uzakta depolanmalıdır. Grubun alt kısmındaki metaller, üst kısmındakilere göre daha reaktiftir. Dünya’da oksijen genellikle diğer elementlere kovalent veya iyonik olarak bağlanır. Oksijen güçlü bir oksitleyici maddedir, yanma ve solunum gibi süreçlerde rol oynar. Oksijen, kükürt dioksit (SO2) ve solunum ürünü olan karbondioksit (CO2) gibi asidik oksitler oluşturur ve bunlar suda çözünerek asit oluşturabilir. Üst atmosferde oksijen, Dünya’yı zararlı ultraviyole radyasyondan korumada kritik bir rol oynayan ozonu (O3) oluşturur. Yaşam için gerekli olan su (H2O) ve kumun ana bileşeni olan silika ya da diğer adıyla silisyum dioksit (SiO2), en bol bulunan oksijen bileşikleri arasındadır. Doğada bol miktarda bulunan diğer oksijen bileşikleri diş ve kemiklerde de bulunan kalsiyum fosfat, bazı hayvanların kabuğunda da bulunan kalsiyum karbonat (kireçtaşı veya mermer taşı), kalsiyum sülfat (alçıtaşı), alüminyum oksit (boksit) ve metal kaynağı olarak kullanılan çeşitli demir oksitlerdir. Alkoller, nükleik asitler ve canlı organizmalardaki tüm ana yapısal molekül sınıfları, proteinler, polisakkaritler ve yağlar da oksijen içerir,
Sıvı Oksijen
Standart koşullar altında (298 K’da) gaz halinde bulunan dioksijen (O2) molekülleri, birbirine kovalent bağla bağlı iki oksijen atomundan oluşur, renksiz, kokusuz ve tatsız. Ancak oksijen her zaman gaz halinde bulunmaz. Çoğu kimyasal bileşik gibi, belirli koşullar altında, maddenin farklı hallerine de dönüşebilir. Oksijen, -182,96 santigrat dereceden ((90.15 K, -297,4 F) daha düşük sıcaklıklarda sıvı hale geçer ve sıvı oksijen olarak bilinir. Sıvı oksijen, dioksijenin yoğunlaştırılmış halidir. Oksijen gazının yoğunluğu 0 santigrat derece ve 1 atmosfer basınç altında 1.429 g/L’dir. Günümüzde sıvı oksijen, denizaltı, havacılık ve uzay sanayi gibi birçok sektörde ve tıpta kullanılmaktadır. 1877’de sıvı oksijen ilk kez Louis Paul Cailletet (Fransa) ve Raoul Pictet (İsviçre) tarafından keşfedilmiştir. Bu, Michael Faraday’ın 1845’e kadar bilinen gazların çoğunu sıvılaştırmasının ardından gerçekleşmiştir; ancak Faraday, o zamanlar “kalıcı gazlar” olarak bilinen 6 gazı (oksijen de bu gazlardan biriydi ) sıvılaştırmayı başaramamıştır. Sıvı haldeki sudan biraz daha yoğun olan sıvı O2’nin yoğunluğu tam olarak 1,141 g/cm³ (1.141 kg/L veya 1141 kg/m³)’tür. 54,36 K (-361,82 °F veya -218,79 °C) donma noktasında katı hale gelir. Ayrıca, sıvılaştırılmış oksijen eşleşmemiş elektronların paralel spini nedeniyle paramanyetiktir. Paramanyetik maddeler (sıvı oksijen gibi) dış manyetik alana zayıf bir şekilde çekilirler. Gaz halindeki oksijen renksizdir, ancak sıvı haldeyken açık gök mavisi (soluk mavi) bir renktedir. Suya (ki o da mavidir) benzer şekilde, oksijendeki elektronların enerjik geçişleri (bu aynı zamanda paramanyetizminin de nedenidir) kırmızı spektrumdaki ışığı emer. Bu nedenle kırmızı ışık bir dereceye kadar emilir ve maddeye tamamlayıcı rengi olan maviyi verir.
Sıvı oksijen, gaz halindeki oksijene göre nispeten çok daha güçlü bir oksitleyici ajandır; ayrıca daha reaktiftir. Sıvı haldeki oksijen, organik moleküllerin varlığında, genellikle yanma veya patlama reaksiyonları şeklinde, yüksek enerjili reaksiyonlar oluşturma eğilimindedir, yanıcı maddelerden ayrılmalıdır. Sıvı oksijen, son derece dikkatli kullanılmadığında insan vücuduyla temas ettiğinde, ciltte ve gözlerde kriyojenik yanıklara (soğuk yanığı, soğuk ısırması) da neden olabilir. Yüksek saflıktaki sıvı O2 genellikle sıvılaştırılmış havanın fraksiyonel damıtılmasıyla elde edilir. Sıvı oksijen, soğutucu olarak sıvı nitrojen kullanılarak havadan yoğunlaşma yoluyla da üretilebilir. Büyük miktarlarda sıvı oksijenin (2001) fiyatı yaklaşık 0,21 ABD dolarıdır/kg’dır. Üretimin birincil maliyeti havayı sıvılaştırmanın enerji maliyeti olduğundan, enerji maliyeti değiştikçe üretim maliyeti de değişecektir.
Katı Oksijen
Katı oksijenin üretilmesi çok zordur çünkü erime noktası (54.36 K ya da -218,79 santigrat derece) çok düşüktür. Sıvıların katıya dönüştüğü, donma noktası olarak bilinen karakteristik bir sıcaklıkları vardır. Teoride, bir katının erime noktası, sıvının donma noktasıyla aynı olmalıdır. Pratikte, bu miktarlar arasında küçük farklılıklar gözlemlenebilir. Standart atmosfer basıncı altında (1 atmosfer basınçta) ve 54,36 K’nin (-361,82 F, -218,79 santigrat derece) altındaki sıcaklıklarda, oksijen gaz halinden katı hale geçerek spin kafesli bir kristal oluşturur. Ayrıca bu halde, iki atomlu oksijen, manyetik dipol momenti taşıyan az sayıdaki küçük molekülden biridir. Temelde katı oksijen 6 farklı fazda bulunabilir. Katı oksijenin rengi bu 6 farklı olası fazda açık maviden, pembe-soluk maviye, soluk maviye, turuncuya, koyu kırmızı-siyaha ve metalik renge kadar değişir. Katı oksijenin kendine özgü fiziksel özellikleri vardır ve davranışı gaz veya sıvı formlarından farklıdır. Katı oksijen, kaynama noktasının üzerindeki sıcaklıklarda kararlı değildir ve normal atmosferik koşullar altında gaz haline geri döner. Katı oksijen de sıvı oksijen gibi güçlü bir şekilde paramanyetiktir. Katı oksijenin yoğunluğu –252,5 santigrat derecede 1,426 g/cm³’tür.
Oksijenin Allotropları
Tekil oksijen atomları doğada çok nadir bulunur; aslında diatomiktirler. Oksijen atomları neredeyse her zaman başka bir oksijen atomuna veya başka bir elemente bağlıdır. Oksijen, dioksijen ve trioksijen (ozon) olmak üzere iki allotrop halinde bulunur. Oksijen, standart sıcaklık ve basınçta renksiz ve kokusuz bir gaz halinde iki atomlu moleküller (dioksijen, O2)oluşturur. Çoğu organizma solunum için oksijen kullanır. Oksijen (O2) yaşam için gerekliyken, ozon (O3) formundaki oksijen oldukça toksiktir, maruziyet 0,2 mg/m3’ü (8 saatlik zaman ağırlıklı ortalama, 40 saatlik çalışma haftası) geçmemelidir. Ozon, oksijen üzerinde etkili olan elektriksel deşarj veya ultraviyole ışık nedeniyle oluşur. Dioksijenin ozona dönüşme reaksiyonu oldukça endotermiktir ve bu da nadiren ve yalnızca alt atmosferde meydana gelmesine neden olur. Reaksiyon aşağıda gösterilmiştir:
3 O2(g) > 2 O3(g) = + 285 kJ
Ozon kararsızdır ve hızla oksijene ayrışır, ancak mükemmel bir oksitleyici maddedir. Ozon veya trioksijen (O3), O2’den çok daha reaktiftir. Ozon, keskin bir “elektriksel” kokuya sahip, oldukça reaktif mavi bir gazdır (ozon adı Yunanca koku anlamına gelen “ozo” veya “ozein” kelimesinden gelir). Ozon molekülleri gaz fazında yaklaşık 117 derecelik bir bağ açısıyla bükülür. Ozon, mavi-siyah bir sıvıya (kaynama noktası -111,9 santigrat derece) yoğunlaşır ve daha fazla soğutulduğunda koyu mor-siyah bir katıya (erime noktası -192,5 santigrat derece) dönüşür. Stratosferik ozon, Dünya yüzeyini zararlı ultraviyole radyasyondan koruyan üst atmosferde bulunur. Günümüzde çeşitli faktörler üst atmosferdeki ozon tabakasını inceltir, kuzey ve güney kutup bölgelerindeki “ozon delikleri” özellikle endişe vericidir. Sera gazları zamanla ozonu yok ettikçe, daha fazla UV radyasyonu dünya atmosferine girerek küresel ısınmaya neden olur. Atmosferin alt kısmında da ozon bulunur. Bu yer seviyesi ozon, insan yapımı kirleticiler (örneğin araba emisyonları) ve güneş ışığı arasındaki kimyasal reaksiyonlar sonucu oluşur. Tehlikeli bir kirleticidir; yani bir şeyin içinde oksijen olması, mutlaka iyi olduğu anlamına gelmez.
Oksijen izotopları
Oksijen, yıldızların çekirdeğinde oluşabilir. Doğal olarak oluşan oksijen, O 16, O 17 ve O 18 olmak üzere 3 kararlı izotoptan oluşur ve O 16 en bol (% 99,762 ) olanıdır. Oksijen izotoplarının kütle numarası 12 ile 28 arasındadır. O 16’nın göreceli ve mutlak bolluğu, yıldız evriminin başlıca ürünü olmasından ve birincil bir izotop olmasından kaynaklanır; bu, başlangıçta yalnızca hidrojenden oluşan yıldızlar tarafından yapılabileceği anlamına gelir. O 16’nın çoğu, yıldızlardaki helyum (He) füzyon sürecinin sonunda sentezlenir; üçlü alfa reaksiyonu, O 16 yapmak için ek 4 He yakalayan C 12’yi oluşturur. Neonun yanma süreci ek O 16 yaratır. Hem O 17 hem de O 18 ikincil izotoplardır, yani nükleosentezleri için tohum çekirdekleri gerektirir. O 17, öncelikle CNO döngüsü sırasında hidrojenin helyuma dönüşmesiyle oluşur ve bu da onu yıldızların hidrojen yakma bölgelerinde yaygın bir izotop haline getirir. O 18’in çoğu, N 14’ün (CNO yanmasından bol miktarda elde edilir) 4 He çekirdeğini yakalamasıyla üretilir ve bu da O 18’i yıldızların helyum açısından zengin bölgelerinde yaygın hale getirir. İki oksijen çekirdeğinin nükleer füzyona uğrayarak daha ağır kükürt çekirdeğini oluşturması için bir milyar santigrat derece gerekir.
On dört radyoizotop karakterize edilmiştir, en kararlı olanı 122,24 saniyelik yarı ömre sahip O 15 ve 70,606 saniyelik yarı ömre sahip O 14’tür. Geriye kalan tüm radyoaktif izotopların yarı ömürleri 27 saniyeden azdır ve bunların çoğunun yarı ömürleri 83 milisaniyeden azdır. Kararlı izotoplardan önceki en yaygın bozunma modu elektron yakalama ve sonrasındaki en yaygın mod beta bozunmasıdır. Kararlı izotoplardan önceki bozunma ürünleri atom no’su 7 olan elementin ( azot ) izotoplarıdır ve sonrasındaki ürünler atom no’su 9 olan elemenin ( flor ) izotoplarıdır. C 12’ye dayalı birleşik atom kütlesi biriminin tanımı yapılmadan önce oksijene 16 atom kütlesi atanmıştır. Fizikçiler yalnızca O 16’dan bahsederken, kimyacılar doğal olarak bol miktarda bulunan izotop karışımını kastettiğinden, bu durum biraz farklı atom kütlesi ölçeklerine yol açmıştır.
Dünya atmosferindeki oksijen atomlarının izotopik bileşimi % 99,759 O-16, % 0,037 O-17 ve % 0,204 O-18’dir. Daha hafif izotop içeren su moleküllerinin buharlaşma ve yağış olarak düşme olasılığı biraz daha yüksek olduğundan, dünyadaki tatlı su ve kutup buzları havadan (% 0,204) veya deniz suyundan (% 0,1995) biraz daha az (% 0,1981) ağır izotop O 18 içerir. Deniz kalsiyum karbonatındaki O 18 / O 16 izotop oranı atmosferdekiyle dengelendiğinden, foraminiferlerdeki oksijen izotop oranındaki dalgalanmalar iklim göstergesi olarak kullanılabilir; kutup buzunun birikmesi sırasında artar ve daha sıcak dönemlerde azalır. Doğal olarak bulunan O -18 stabildir ve ticari olarak temin edilebilir, su da (H2O ile %15 O -18 ) öyledir.
Oksijen Elde Etme Yöntemleri
Oksijen çeşitli yöntemlerle elde edilebilir:
Havanın Fraksiyonel(Ayrımsal)Damıtılması: En yaygın yöntemdir. Sıvı hava ısıtılır ve oksijen, farklı kaynama noktalarına göre azottan ayrılır.
Suyun Elektrolizi: Suyun içerisinden elektrik geçirilerek (elektroliz) oksijen ve hidrojen gazları üretilir.
Potasyum Kloratın Ayrışması: Potasyum kloratın (KClO3) bir katalizör varlığında (manganez dioksit ) ısıtılarak oksijen gazının açığa çıkarılması.
Oksijen genellikle özel yalıtımlı tankerlerde sıvı olarak toplu halde taşınır, çünkü bir litre sıvılaştırılmış oksijen, atmosferik basınçta ve 20 santigrat derecede 840 litre gaz halindeki oksijene eşdeğerdir. Bu tür tankerler, büyük miktarda saf oksijene ihtiyaç duyan hastanelerin ve diğer kurumların dışında bulunan toplu sıvı oksijen depolama konteynerlerini yeniden doldurmak için kullanılır. Sıvı oksijen, binaya girmeden önce kriyojenik sıvıyı gaza dönüştüren ısı eşanjörlerinden geçirilir. Oksijen ayrıca, sıkıştırılmış gaz içeren daha küçük silindirlerde depolanır ve nakledilir; bu form, belirli taşınabilir tıbbi uygulamalarda ve oksijen yakıtlı kaynak ve kesme işlemlerinde kullanışlıdır.
Oksijenin Önemi ve Yaygın Kullanım Alanları
Yaşamın devam etmesi için önemli ve gerekli olan oksijen birçok alanda kullanılmaktadır. Aşağıda neden bu kadar önemli olduğu ve hangi alanlarda kullanıldığı açıklanmıştır.
Solunum İçin Önemi
Oksijen çoğu yaşam formunun hayatta kalması için hayati önem taşır. Oksijen, vücuttaki besin metabolizmasında rol oynar. Omurgalı hayvanlar, oksijeni akciğerlerinden dokularına taşımak için kanlarındaki hemoglobini (yumuşakçalar ve bazı eklembacaklılar gibi hayvanlar hemosiyanini, örümcekler ve ıstakozlar ise hemoeritrini ) kullanırlar. İki atomlu oksijen akciğerlerdeki zarlardan geçerek kırmızı kan hücrelerine ulaşır ve hemoglobine bağlanarak kana kendine özgü kırmızı rengini verir. Ortalama bir insan, dinlenme halindeyken dakikada yaklaşık 2 gram oksijen solur. Bir litre kan, 200 cc oksijen gazını çözebilir; bu, suyun çözebileceğinden çok daha fazladır. Kan yoluyla oksijene ihtiyaç duyan bir vücut dokusuna taşındıktan sonra hücrelerde enerji üretimi için kullanılır. Hücresel solunum olarak bilinen süreçte, vücuttaki hücrelerde bulunan mitokondriler glikozu (şekeri) kullanılabilir bir yakıt kaynağına (ATP’ye) dönüştürmek için oksijen kullanır. Bu da yaşamak için gereken enerjiyi sağlar. Bir atık ürün olan karbondioksit hücreden salınır ve kana karışır; burada bikarbonat ve hemoglobin ile birleşerek akciğerlere taşınır. Kan akciğerlere geri döner ve süreç tekrarlanır. Vücut ağırlığının sadece %2’sini oluştursa da vücuttaki toplam oksijen tüketiminin %20’si beyindedir, çünkü çok fazla enerjiye, yani çok fazla hücresel solunuma ihtiyacı vardır. Sadece hayatta kalmak için bile beyin dakikada yaklaşık 0,1 kaloriye, yoğun düşünme sırasında ise dakikada 1,5 kaloriye ihtiyaç duyar. Bu enerjiyi üretmek için beyin çok fazla oksijene ihtiyaç duyar. Sadece beş dakika oksijensiz kalınırsa, beyin hücreleri ölmeye başlar, bu da ciddi beyin hasarı anlamına gelir.
Bağışıklık Sistemi İçin Önemi
Bağışıklık sistemi vücudu tehlikeli istilacılara (virüsler ve bakteriler gibi) karşı korur. Oksijen, bağışıklık sisteminin hücrelerini besler, sağlıklı ve güçlü tutar. Hava temizleyici gibi bir cihazla arıtılmış oksijen solumak, bağışıklık sisteminin oksijeni kullanmasını kolaylaştırır. Düşük oksijen seviyeleri bağışıklık sisteminin bazı kısımlarını baskılar, ancak düşük oksijenin diğer işlevleri de aktive edebileceğine dair kanıtlar vardır. Bu, kanser tedavilerini araştırırken faydalı olabilir.
Yanma İçin Önemi
Yanma, ısıtma, pişirme ve enerji üretimi için kullanılan bir süreçtir. Odun, kömür ve hidrokarbonlar gibi birçok yakıtın yanması için mutlaka oksijene ihtiyaç vardır. Oksijen, dünya çapında endüstrilerde kullanılan ekzotermik yanma reaksiyonlarında birincil reaktif maddedir. Özellikle “LOX” olarak adlandırılan sıvı oksijenin en ünlü kullanım alanlarından biri, 1926 yılında NASA bilim insanı Robert Goddard tarafından ilk kez kullanılan roket yakıtı üretiminde oksitleyici olarak kullanılmasıdır. Günümüzde hala roket yakıtında birincil yanıcı maddedir. Roket itki sistemi bir yakıt ve bir oksitleyici gerektirir. Daha büyük roketler, itki için yakıtla karıştırılan ve ateşlenen oksitleyici olarak sıvı oksijen kullanır.
Tıp ve Sağlık Hizmetleri İçin Önemi
Tıp ve sağlık hizmetleri sektörü, solunum terapisi ve yaşam destek sistemleri için oksijen gazına büyük ölçüde bağımlıdır. Oksijen, solunum güçlüğü çeken hastalara (amfizem, zatürre, bazı kalp rahatsızlıklarda ) gerekli oksijen tedarikini sağlayarak yardımcı olmak için kullanılır çünkü yeterli oksijen olmadığında vücutta hipoksemi gelişir. Bu, kandaki oksijen seviyesinin düşük olması durumunda ortaya çıkar. Bu durum hızla hipoksiye, yani dokulardaki oksijen seviyesinin düşük olmasına dönüşür. Belirtileri arasında kafa karışıklığı, hızlı kalp atışı, hızlı nefes alma, nefes darlığı, terleme ve cilt renginde değişiklikler bulunur. Tedavi edilmezse, hipoksi organlara zarar verir ve ölüme yol açar. Ayrıca, oksijen açısından zengin ortamlar ameliyatlar ve yoğun bakım tedavileri sırasında hayati önem taşır. Akciğerlerdeki artan oksijen konsantrasyonu, karbon monoksitin hemoglobinin hem grubundan uzaklaştırılmasına yardımcı olur. Oksijen, gazlı kangrene neden olan anaerobik bakteriler için zehirlidir, bu nedenle kısmi basıncının artırılması bu bakterileri öldürmeye yardımcı olur. Dekompresyon (vurgun) hastalığı, dalıştan sonra çok hızlı dekompresyon yapan (basıncı çok hızlı bir şekilde düşüren) dalgıçlarda görülür ve bunun sonucunda kanlarında çoğunlukla nitrojen ve argon olmak üzere inert gaz ( atıl, reaksiyona girmeyen) kabarcıkları oluşur. Oksijen basıncını mümkün olan en kısa sürede artırmak tedavinin bir parçasıdır. Saflığı ve kontrollü dağıtımı, tıbbi tesislerdeki hastaların iyiliğini ve iyileşmesini sağlar.
Eğlence Amaçlı Kullanımı
Tüplü dalgıçlar ve denizaltı mürettebatı da yapay olarak verilen oksijene güvenmektedir, ancak çoğu zaman normal basınç ve/veya oksijen ve hava karışımları kullanmaktadır. Deniz seviyesinden daha yüksek basınçlarda yapılan dalışlarda saf veya neredeyse saf oksijen kullanımı, genellikle nispeten sığ derinliklerde (yaklaşık 6 metre veya daha az derinlik) kapalı devre dalış aparatı (soluma cihazı), basıncı kaldırma veya acil durum tedavisi ile sınırlıdır. Daha derin dalışlar, oksijen toksisitesini önlemek için oksijenin azot veya helyum gibi diğer gazlarla önemli ölçüde seyreltilmesini gerektirir. Dağlara tırmanan veya basınçsız sabit kanatlı uçaklarla uçan kişiler bazen ek oksijen kaynaklarına sahiptir.
Hafif bir öforik madde (yoğun heyecan, keyif, mutluluk, sevinç hissi veren) olduğu varsayılan oksijenin, oksijen barlarında ve sporda eğlence amaçlı kullanım geçmişine sahiptir. Oksijen barları, 1990’ların sonlarından beri Japonya, Kaliforniya ve Nevada’nın Las Vegas kentinde bulunan ve ücret karşılığında normalden daha yüksek oksijen maruziyeti sunan işletmelerdir. Profesyonel sporcular, özellikle Amerikan futbolu oyuncuları, performanslarını “artırmak” için bazen oyunlar arasında sahadan çıkıp oksijen maskesi takarlar. Ancak, farmakolojik etkinin gerçekliği şüphelidir; en makul açıklama, plasebo veya psikolojik bir artış olmasıdır. Mevcut çalışmalar, zenginleştirilmiş oksijen karışımlarının yalnızca gerçek aerobik egzersiz sırasında solunduğunda performans artışı sağladığını desteklemektedir.
Havacılık ve Uzay Sanayiinde Kullanımı
Havacılık ve uzay sanayileri, çeşitli kritik uygulamalar için oksijen gazına bağımlıdır. Yüksek irtifalarda solunabilir bir ortam sağlamak için uçak kabinlerinde kullanılır. Oksijen sistemleri ve acil durum solunum cihazları, uçuşlar sırasında pilotların ve yolcuların güvenliğini ve sağlığını sağlar. Dahası, uzay araştırmalarında oksijen, uzay araçlarında ve dünya dışı ortamlarda yaşam destek sistemleri için temel bir bileşendir.
Su ve Atık Su Arıtımında Kullanımı
Oksijen gazı, su ve atık su arıtma süreçlerinde çok önemli bir rol oynar. Suya çözünmüş oksijen kazandırmak ve faydalı aerobik bakterilerin büyümesini desteklemek için havalandırma sistemlerinde kullanılır. Bu, organik madde ve kirleticilerin parçalanmasına yardımcı olarak etkili bir arıtma sağlar. Oksijenleme ayrıca balık çiftliklerinde ve su ürünleri yetiştiriciliğinde sucul yaşam için optimum oksijen seviyelerini sağlamak amacıyla da kullanılır.
Kimya ve İlaç Üretim Sektöründe Kullanımı
Ticari olarak üretilen oksijenin %25’i kimya endüstrisi tarafından kullanılır. Kimya ve ilaç üretim sektörlerinde oksijen gazı hayati bir reaktif ve katalizör görevi görür. Oksidasyon reaksiyonları ve kimyasallar, gübreler ve ilaç bileşiklerinin üretimi de dahil olmak üzere çeşitli kimyasal süreçlerde kullanılır. Oksijen gazı, reaksiyon hızlarını artırmada, verimliliği iyileştirmede ve istenen ürün sonuçlarına ulaşmada önemli bir rol oynar.
Metal İmalatı ve Kesiminde Kullanımı
Endüstriyel oksijen, proses verimliliğini artırmak ve normal hava kullanılarak mümkün olmayan özel uygulamaları mümkün kılmak için çok sayıda endüstride kullanılmaktadır. Metal imalatında endüstriyel oksijen hem kesme hem de kaynak işlemleri için gereklidir. Spesifik olarak, oksijenle kesme, kalın malzemelerde hassas kesimler oluşturmak için yüksek sıcaklıklarda oksijen ve metal arasındaki reaksiyonu kullanır. İşlem, saf oksijen akımı ısıtılmış noktaya yönlendirilmeden önce metalin tutuşma sıcaklığına kadar ön ısıtılmasıyla başlar ve bu, malzemeyi kesen hızlı oksidasyona neden olur. Bu teknik, imalatçıların birkaç inç kalınlığındaki çelik levhaları nispeten kolay ve hassas bir şekilde kesmesine olanak tanır. Kaynak uygulamalarında, asetilen veya diğer yakıt gazlarıyla karıştırılan oksijen, metalleri eritmek ve birleştirmek için gereken yoğun ısıyı oluşturur. Konsantre oksijen, ortam havası kullanımına kıyasla alev sıcaklığını önemli ölçüde artırır. Metal üretim atölyeleri, hacim gereksinimlerine bağlı olarak genellikle küçük taşınabilir ünitelerden büyük manifoldlu sistemlere kadar değişen silindirlerde oksijen kullanır. Havada yalnızca %21 civarında oksijen bulunurken, saf endüstriyel oksijen, oksi-yakıtlı kaynak torçlarının 6.000°F (3.300°C) sıcaklığa ulaşmasını sağlar; bu sıcaklık, endüstriyel uygulamalarda kullanılan neredeyse tüm metalleri eritmeye yetecek kadardır.
Çelik İmalatında Kullanımı
Çelik üretimi dünya çapında endüstriyel oksijenin en büyük tüketicilerinden biridir. Demir cevherinin çeliğe dönüştürülmesi, ticari olarak üretilen oksijenin %55’ini tüketir. Modern çelik fabrikaları, erimiş demiri karbon, silisyum ( silikon), fosfor gibi yabancı maddelerden hızla arındırmak için bazik oksijen fırınlarında oksijen enjeksiyonu kullanır. Bu oksijenle zenginleştirilmiş işlem, büyük ölçüde eski hava bazlı yöntemlerin yerini almıştır. Oksijen erimiş demire üflendiğinde, karbon ve diğer yabancı maddelerle reaksiyona girerek eriyikten kaçan gazlar ve uzaklaştırılabilen cüruf oluşturur. Bu saflaştırma işlemi ham demirin yüksek kaliteli çeliğe dönüştürülmesi için gereklidir. Çelik fabrikalarında oksijen kullanımı günde yüzlerce veya binlerce ton olarak ölçülür, bu nedenle kriyojenik hava ayırma yoluyla yerinde üretim, büyük tesisler için en ekonomik seçenektir.
Cam İmalatında Kullanımı
Cam üretimi, hem verimliliği hem de ürün kalitesini artırmak için onlarca yıldır oksijenle güçlendirilmiş yanmaya dayanmıştır. Cam üreticileri, fırınlarda ortam havasını endüstriyel oksijenle değiştirerek daha yüksek alev sıcaklıkları ve daha tam yanma elde ederler. Bu, geleneksel hava-yakıt sistemlerine kıyasla %20-45 oranında yakıt tasarrufu sağlar. Daha yüksek sıcaklık aynı zamanda kusurları azaltarak ve erimiş cam boyunca daha iyi ısı dağılımı sağlayarak cam kalitesini de artırır.
Sonuç olarak, oksijen gazı sağlık hizmetlerinden metal işlemeye, kimya üretiminden havacılığa kadar birçok endüstrinin enerji ihtiyacını karşılamada çok önemli bir rol oynar. Uygulamalar, insan solunumunu desteklemekten kritik endüstriyel süreçleri mümkün kılmaya kadar uzanır.
Oksijenle İlişkili Tehlikeler ve Riskler
Saf oksijenle çalışmak tehlikelidir. Bu gaz yaşam için elzemdir ve havada normal konsantrasyonlarda bulunduğunda genellikle güvenlidir, ancak yüksek oksijen seviyeleri veya saf oksijen ortamlarına maruz kalmak ciddi riskler oluşturabilir.
Saf oksijenle çalışmayla ilgili en önemli risk türleri şunlardır:
Artan Yangın Tehlikesi
Oksijenin kendisi yakıt değil, bir oksitleyicidir. Konsantre oksijen, yanmanın hızlı ve enerjik bir şekilde ilerlemesini sağlar. Oksijen konsantrasyonunun yüksek olduğu ortamlarda yanıcı maddeler daha kolay tutuşabilir ve yangınlar daha şiddetli yanabilir. Normalde yanıcı olmayan maddeler bile yüksek oksijen konsantrasyonlarının varlığında yanıcı hale gelebilir. Yanma tehlikeleri ayrıca peroksitler, kloratlar, nitratlar, perkloratlar ve dikromatlar gibi yüksek oksidatif potansiyele sahip oksijen bileşikleri için de geçerlidir çünkü bunlar yangına oksijen verebilir.
Patlayıcı Atmosferler
Yüksek oksijen konsantrasyonları patlayıcı ortamlar yaratabilir. Oksijenin kendisi yanmaz, ancak diğer maddelerin yanmasını hızlandırabilir. Yakıt, yağ veya yanıcı gazların bulunduğu ortamlarda, oksijen bakımından zengin bir ortam patlamalara neden olabilir.
Hızlı Yanma
Giysiler ve saçlar da dahil olmak üzere yanıcı malzemeler, oksijen açısından zengin bir ortamda daha kolay alev alabilir. Kıvılcımlar veya alevler hızlı yanmaya neden olabilir. Hem gaz hem de sıvı oksijeni depolamak ve iletmek için kullanılan çelik borular ve depolama kapları yakıt görevi görür; bu nedenle oksijen sistemlerinin tasarımı ve üretimi, tutuşturma kaynaklarının en aza indirilmesini sağlamak için özel eğitim gerektirir. Apollo 1 mürettebatını bir test fırlatma rampasında öldüren yangının bu kadar hızlı yayılması, kapsülün gerçek bir uçuşun başlangıcında olağan olduğu gibi, atmosfer basıncının biraz üzerinde saf oksijenle basınçlandırılmasından kaynaklanmıştır; bu basınç, üst atmosferde ve uzayda kullanılacak olan 1/3 normal basınçtan farklıdır. (Yangının tek bir tutuşma kaynağı kesin olarak tespit edilemese de bazı deliller elektrik kıvılcımından kaynaklandığına işaret etmektedir.)
Artan Oksidasyon
Yüksek seviyede oksijene maruz kalmak, malzemelerin oksidasyonunu hızlandırarak bozulmalarına veya kırılgan hale gelmelerine neden olabilir. Bu durum, özellikle oksidasyona duyarlı malzemelerin kullanıldığı endüstriyel ortamlarda sorun teşkil eder.
Toksik Etkiler
Yüksek seviyede oksijene uzun süre maruz kalmak zararlıdır. Vücut belirli bir miktarda oksijeni işleyebilir. Çok yüksek oksijen konsantrasyonuna sahip hava solunursa, vücut aşırı yüklenir. Bu oksijen merkezi sinir sistemini zehirleyerek görme kaybı, nöbetler ve öksürük gibi belirtilere yol açar. Sonunda akciğerler çok fazla hasar görür ve ölüme neden olur. Bu riskler nedeniyle, çeşitli endüstrilerde oksijenle çalışırken önlemler alınır. Oksijen açısından zengin ortamlarda çalışmanın getirdiği tehlikeleri en aza indirmek için uygun havalandırma, kontrol önlemleri ve güvenlik kurallarına uyum şarttır. Tıbbi oksijen tedavisi ve havacılık gibi uygulamalarda saf oksijenin güvenli bir şekilde kullanılması için özel ekipman ve prosedürler de kullanılır. Ozon (O3 ), singlet (tekli) oksijen ve hidrojen peroksit, hidroksil radikalleri ve süperoksit gibi bazı oksijen türevleri de oldukça toksiktir.
Özet
Oksijen ilk olarak Carl Scheele tarafından izole edilmiş, resmi olarak Joseph Priestley tarafından keşfedilmiştir (çünkü ilk yayımlanandır) ve Antoine Lavoisier tarafından isimlendirilmiştir. Sembolü O ve atom numarası 8 olan, Dünya atmosferinde hayati önem taşıyan, yaşam süreçleri ve çeşitli endüstriyel uygulamalar için kritik öneme sahip bir elementtir. Tıpta, imalatta ve kimyasal proseslerde yaygın olarak kullanılır. Kumda, suda ve hatta alkolde bile bulunabilir. Saf oksijen atmosferden çıkarılabilir ve çok düşük sıcaklıklarda katılaştırılabilir. Ancak bu işlem, özel laboratuvar ekipmanlarının kullanılmasını gerektirir ve aynı zamanda tehlikelidir, çünkü saf oksijen çok güçlü bir oksitleyici maddedir ve yangın tehlikesi riskini, yanma oranlarını büyük ölçüde artırır.
Kaynakça:
https://www.chemeurope.com/en/encyclopedia/Oxygen.html
https://chemistrytalk.org/oxygen-element/
https://www.webelements.com/oxygen/
https://periodic-table.rsc.org/element/8/oxygen
https://theimportantsite.com/10-reasons-why-oxygen-is-important/
https://yuzbasiticaret.com/oksijen-gazi-ve-ozellikleri/
https://songaz.com.tr/service/oksijen/
https://evrenatlasi.com.tr/kultur/oksijen-hakkinda-bilgiler/
Yazar: YerelHaber
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]