اكتشاف غاز الأكسجين وأهميته وتحضيره وخصائصه

اكتشاف الأكسجين
أهمية الأكسجين
تحضير الأكسجين في المختبر
خواص الأكسجين الفيزيائية والكيمائية
أنواع عمليات التأكسد
وقاية الحديد من الصدأ

من المعروف أن غاز الأكسجين ضروري لحياة الكائنات الحية وبدونه لا يمكن أن تستمر حياة الإنسان أكثر من دقيقتين . وهو غاز ضروري لعمليات الاحتراق ، ويدخل في تركيب أنسجة الكائنات الحية (نباتات و حیوانات ) ، وغاز الأكسجين يدخل في تركيب الماء إذ يمثل ثمانية اتساع و وزن الماء والباقي عبارة عن غاز الهيدروجين .

ويشكل غاز الأكسجين حوالي خمس حجم الهواء الجوي ضمانا لاستمرار الحياة على سطح الأرض ، كما يدخل في تركيب معظم الخامات المعدنية ، ويؤلف حوالي نصف وزن صخور القشرة الأرضية .

اكتشاف الأكسجين

اكتشف عنصر الأوكسجين في عام 1771 من قبل كارل فلهلم شيلة ، وفي عام 1774 تمت تسمية هذا الغاز من قبل العالم جوزيف بریستلي ، الذي حضر الأوكسجين بتسخين عينة من أكسيد الزئبق ، وذلك بتركيز أشعة الشمس عليها وهي داخل أنبوبة منكسة فوق الزئبق ، فتجمع لديه مقدار من الأكسجين . وبدراسة خواص الغاز وجد أن الشمعة تشتعل فيه بشدة .

أهمية الأكسجين

لغاز الأوكسجين أهمية في كثير من العمليات الحيوية والصناعية، ومن أهمها :

1- ضروري لتنفس معظم الكائنات الحية.
2- يضغط غاز الكسجين في أسطوانات ويستخدم في المستشفيات لإنقاذ المرضى المصابين بضيق في التنفس . كما يستخدمه الطيارون ومتسلقو الجبال وكذلك الغواصون تحت الماء ورواد الفضاء حيث يقل أو ينعدم الأكسجين .
3 – يشتعل مخلوطه مع الأسيتيلين أو الهيدروجين للحصول على لهب شديد الحرارة يستخدم في عمليات لحام وقطع الألواح المعدنية السميكة .
4 – ضروري لاحتراق الوقود بأنواعه المختلفة ولهذا كان أكسجين الهواء أساسيا في عمليات التدفئة وتحريك السيارات والطائرات والقطارات والسفن .

تحضير الأكسجين في المختبر

يحضر غاز الأكسجين بعدة طرق من أهمها مخبريا من كلورات البوتاسيوم ، حيث تسخن كلورات البوتاسيوم في دورق متصل بأنبوب موصول في حوض به ماء ومخبار جمع الغازات ، ويجمع الغاز الناتج عن عملية التسخين من خلال عملية إزاحة الماء الى اسفل من المخبار، ولتسريع عملية تحلل كلورات البوتاسيوم يتم إضافة ثاني أكسيد المنجنيز الذي يعتبر عاملا مساعدا ( وهي تلك المادة التي تعمل على تغيير سرعة التفاعل دون أن يطرأ على تركيبها أي تغيير ).

خواص الأكسجين الفيزيائية والكيمائية

الأكسجين غاز عديم اللون والطعم والرائحة ، قليل الذوبان في الماء ، لا يشتعل ولكنه يساعد على الاشتعال ، وهو أثقل من الهواء ولا يؤثر على عباد الشمس بلونيه ، كذلك لا يؤثر في ماء الجير .

وتحترق العناصر اللافلزية في الأكسجين وينتج عن احتراقها أكاسيد ، وعندما تذوب في الماء تكون أحماضا .

كما تحترق كثير من العناصر الفلزية ( المعادن ) في الأكسجين وتعطي أكاسيد ، بعض هذه الأكاسيد يذوب في الماء مكونا ما يسمى بالهيدروكسيدات ( القلويات ) . وهي تحول ورق عباد الشمس الى اللون الأزرق . ومن أمثلة هذه العناصر : الصوديوم والماغنسيوم . والبعض الآخر من هذه الأكاسيد لا يذوب في الماء ومن أمثلتها : الحديد والنحاس .

وتسمى أكاسيد الفلزات بنوعيها ( التي تذوب أو لا تذوب في الماء ) أكاسيد قاعدية أو أسس وسبب ذلك أنها تمثل الأساس في تحضير كثير من الأملاح بتفاعلها مع الأحماض .

إن عملية الاحتراق عملية تأكسد حاد سریع مصحوبة بانبعاث حرارة شديدة وضوء . تمييزا لها عن التأكسد البطي الذي لا يكون مصحوبا بانبعاث حرارة ظاهرة ولا ضوء . ومثال ذلك ما يحدث للصوديوم عندما يتعرض للهواء وتأكسد الأغذية في جسم الإنسان والحديد عندما يصدأ ويشترط لحدوث الصدأ تعرض الحديد للهواء والماء لحدوث صدأ الحديد وعملية الصدأ تغيير كيميائي ينشأ عنه مركب كيميائي هو أكسيد الحديد المائي ولا يصحب تكون هذا الأكسيد انبعاث حرارة.

أنواع عمليات التأكسد

التأكسد نوعان هما :

1- تأكسد سریع حاد : يسمى احتراق وهو عملية اتحاد مادة بالأكسجين مصحوبة بانبعاث حرارة شديدة وضوء مثل احتراق الفحم والكبريت والماغنسيوم .
2- تأكسد بطئ : عملية اتحاد المادة بالأكسجين وتكون غير مصحوبة بانبعاث حرارة ظاهرة وضوء ، مثل أكسيد الألومنيوم الذي ينتج على سطح أواني الألومنيوم عند تعرضها للجو مدة طويلة فيفقدها لمعانها . وكذلك مايحدث عندما يصدأ الحديد . وكذلك ما يحدث لقطعة الصوديوم عند تعرضها للجو إذ تتغطى بطبقة أكسيد الصوديوم .

وقاية الحديد من الصدأ

يعتبر الحديد من أهم ركائز الصناعة في العصر الحديث إذ يعتبر المادة الرئيسة في صناعة الآلات التي يعتمد عليها الإنتاج في كافة الحالات لهذا كان من الضروري حماية الحديد
من الصدأ الذي يؤدي تكونه إلى تحول الحديد إلى مادة هشة سهلة الكسر وخصوصا وأن الحديد مادة مسامية لا يؤدي تكونها على الطبقة السطحية من الحديد إلى حماية باقي الحديد تحتها من الصدأ .

ويتلخص الأساس العلمي لوقاية الحديد من الصدأ في منع وصول الهواء الرطب إليه بإحدى الطرق الآتية :

1- تغطية سطح الحديد بمادة لا تؤثر فيه كالشحوم أو الفازلين ويحدث ذلك عند وقاية أجزاء الآلات من الصدأ .
2 – طلاء الحديد بالدهان أو بورنیش خاص ونلجأ إلى ذلك في حالة الأبواب والأسوار والنوافذ الحديدية والسيارات .
3 – تغطية الحديد بطبقة من معدن لا يصدأ . كالقصدير عند صناعة الصفيح . أو الخارصين عند صناعة الحديد المجلفن . أو النيكل عند صناعة بعض أجزاء السيارات والدراجات .
4 – تغطية الحديد بطبقة من المينا كما في الصاج .
5- مزج الحديد ببعض المعادن کالكروم والنيكل بنسبة معينة لعمل سبيكة لا تصدأ تستخدم في عمل الملاعق والسكاكين وكثير من الأدوات المعدنية شائعة الاستعمال .

الصورة pixabay