اکسیژن یکی از عناصر شیمیایی در جدول تناوبی است که نماد آن O و عدد اتمی آن ۸ می‌باشد. این ماده ، یک عنصر حیاتی بوده و همه جا چه در زمین و چه در کل جهان هستی یافت می‌شود. مولکول اکسیژن (O₂ )در زمین از نظر ترمو دینامیکی ، ناپایدار است، ولی توسط عمل فتوسنتز باکتریهای بی‌هوازی و در مرحله بعدی توسط عمل فتوسنتز گیاهان زمینی بوجود می‌آید.

تاریخچه

اکسیژن در سال ۱۷۷۱ توسط داروساز سوئدی “Karl Wilhelm Scheele” کشف شد، ولی این کشف خیلی سریع شناخته نشد و با اکتشاف مستقل “Joseph Priestley” بطور گسترده تری شناخته شد و توسط “Antoine Laurent lavoisier” در سال ۱۷۷۴ نام‌گذاری شد.

پیدایش

اکسیژن ، فراوانترین عنصر در پوسته کره زمین است و تخمینهایی در این زمینه وجود دارد که مقدار آن را ۴۶٫۷% ذکر می‌کنند. اکسیژن ۸۷% اقیانوسها (به‌صورت آب) و ۲۰% درصد جو زمین (به‌صورت اکسیژن مولکولی O₂ یا ازن) را به خود اختصاص می‌دهد. ترکیبات اکسیژن مخصوصا اکسید فلزات و سیلیکات‌ها و کربناتها معمولا در خاک و صخره‌ها یافت می‌شوند.

آب یخ‌زده یک جسم سخت متداول بر روی سیارات دیگر و ستاره‌های دنباله‌دار می‌باشد. کلاهک‌های یخ کره مریخ از دی‌اکسید کربن منجمد تولید شده‌اند. ترکیبات اکسیژن در تمام کهکشان یافت می‌شوند و طیف نور اکسیژن اغلب در ستاره‌ها دیده می‌شود.

ریشه لغوی

واژه اکسیژن در دو واژه یونانی Oxus ( اسید ) و Gennan ( تولید ) ، ساخته شده است؛ (یک اسم بی‌مسما ، چون خیلی از اسیدها اکسیژن ندارند.)

خصوصیات قابل توجه

اکسیژن در دما و فشار استاندارد به‌صورت گاز است که حاوی دو اتم اکسیژن به فرمول شیمیایی O₂می‌باشد. اکسیژن عنصر مهم هواست و از طریق عمل فتوسنتز گیاهان تولید شده و برای دم و بازدم حیوانات لازم است. اکسیژن مایع و جامد یک رنگ آبی کمرنگ داشته و هر دو بسیار پارامگنتیک می‌باشند. اکسیژن مایع معمولا با عمل تقطیر جزئی هوای مایع بدست می‌آید.

کاربردها

اکسیژن به‌عنوان اکسید کننده کاربرد بسیار زیادی داشته ، فقط فلوئور از آن الکترونگاتیوتر است. اکسیژن مایع به‌عنوان اکسید کننده در نیروی حرکتی موشکها استفاده می‌شود. از آنجا که اکسیژن برای دم و بازدم ضروری است، در پزشکی کاربرد دارد. گاهی اوقات کسانی که از کوه نوردی می‌کنند یا در هواپیما پرواز می‌کنند، مخازن اکسیژن همراه دارند (به‌عنوان هوا). همچنین اکسیژن در جوشکاری و ساخت فولاد و همچنین متانول کاربرد دارد.

اکسیژن به‌عنوان یک ماده آرامش‌بخش ، سابقه استفاده دارد که تا زمان حال نیز ادامه دارد و بارهای اکسیژن در مهمانی‌ها و مجالس امروزی وجود دارد. در قرن ۱۹ اکسیژن معمولا با اکسید نیترات ترکیب می‌شد که اثر تسکین دهنده دارد.

ترکیبات

به خاطر وجود الکترونگاتیویتی ، اکسیژن تقریبا با تمام عناصر دیگر شیمیاپی تشکیل می‌‌دهد ( که این مطلب منشاء تعریف اصلی اکسید شدن می‌باشد ). تنها عناصری که تحت عمل اکسیداسیون قرار نمی‌گیرند، گازهای اصیل هستند. یکی از معروفترین این اکسیدها ، اکسید هیدروژن یا آب است H₂O. سایر اکسیدهای معروف دیگر ترکیبات کربن و اکسیژن هستند، مانند دی‌اکسید کربن ( CO₂ ) ، الکلها ( R-OH ) ، آلدئیدها ( R-CHO ) و کربوکسیلیک اسیدها ( R-COOH ).

رادیکالهای اکسیژن مانند کلراتها ، پرکلراتها ، کروماتها ، دی‌کروماتها ، پر منگناتها ، نیتراتها ، اکسید کننده های قوی می‌باشند. خیلی از فلزات مانند آهن با اتم اکسژن پیوند برقرار می‌کنند: اکسید آهن(Fe₂O₃). ازن (O₃) ، با عمل تخلیه الکترواستاتیکی در حضور مولکول اکسیژن شکل می‌گیرد. مولکول اکسیژن دو تائی O₂² نیز شناخته شده ، که جزء کمی از اکسیژن مایع را تشکیل می‌دهد. اپوکسیدها و اترها موادی هستند که در آن اتم اکسیژن قسمتی از یک حلقه سه‌اتمی هستند.

ایزوتوپها

اکسیژن سه ایزوتوپ پایدار و ده ایزوتوپ رادیو اکتیو دارد. ایزوتوپهای رادیو اکتیوی ، همه نیمه عمری کمتر از سه دقیقه دارند.

هشدارها

اکسیژن در فشارهای نسبی بالا می‌تواند سمی باشد. قرارگرفتن طولانی در معرض اکسیژن خالص می‌تواند برای ریه و سیستم عصبی ، سمی باشد. تاثیرات ریوی شامل آماس (ورم ریه) ، کاهش ظرفیت ریه و آسیب به بافتهای ریوی می‌باشد. تاثیرات بر سیستم عصبی شامل کاهش بینایی تشنج و اغما می‌شود.

همچنین مشتقات خاصی از اکسیژن ، مانند ازن ( O₃ ) ، پروکسید هیدوژن و رادیکالهای هیدروکسیل و سوپراکسیدها بسیار سمی می‌باشند. بدن ، مکانیزمهائی را برای مقابله با این گونه‌ها توسعه داده است. به‌عنوان مثال ، عامل طبیعی glutathione و بیلی‌روبین که حاصل تقسیم طبیعی هموگلوبین است، می‌تواند به‌عنوان یک ضد اکسید عمل کنند. منابع تمرکز یافته اکسیژن باعث احتراق سریع شده و بنابراین در کنار فراورده‌های سوختی ، خطر گسترش سریع آتش سوزی و انفجار وجود دارد.

آتشی که خدمه آپولو ۱۱ را کشت، به این دلیل سریع گسترش پیدا کرد که فشار جوی اکسیژن در حالت معمولی بود، در حالی که هنگام عملیات پرتاب این فشار بایدغریزه به همه ما این آگاهی را داده است که باید تنفس کنیم. 
اما این‌که برای چه همه حیوانات و گیاهان باید تنفس کنند، دلیلش روشن است؛ چرا که با تنفس می‌توان هوایی را وارد بدن کرد که دارای اکسیژن است.

بدون گاز اکسیژن، زندگی تحقق نخواهد یافت. 
بر اثر بازدم، هوای درون دمیده را بار دیگر از بدن بیرون می‌رانیم. در این حال، هوا تغییر وضع داده است. هوا در لحظاتی که در بدن ما به سر می‌برد،‌ مقداری از «اکسیژن» خود را به آن داده بود؛ در برابر، اکنون مقداری «گاز کربونیک» و «آب» از بدن برگرفته است. 
میزان ذخیره اکسیژن در طبیعت تقریبا همیشه ثابت است. ثابت است تا در کار تنفس جانداران، نابسامانی رخ ندهد. به سخن دیگر، در مقدار اکسیژن و گازکربونیک موجود در هوا سالانه تغییر ناچیزی رخ می‌دهد. گازکربونیکی که از بازدم ما در هوا پراکنده می‌شود، به وسیله گیاهان جذب می‌گردد. 

گیاهان نیز اکسیژن تولید می‌کنند که مورد نیاز ما است. 
تنفس دو بخش دارد: دم و بازدم؛ یعنی «دم‌فروبردن» و «دم برون آوردن». 
معمولا از واژه تنفس فقط دم فرو بردن به ذهن می‌آید؛ در حالی که تنفس از دم و بازدم،‌ هر دو،‌ تشکیل می‌شود. 
دم یعنی فرو بردن هوا از راه دهان،‌ یا بینی و یا هر دو. 
بازدم یعنی بیرون آوردن هوا از همین مجاری. 
هوا در این مسیر، حدود یک‌پنجم اکسیژن خود را با مقداری همسان از گازکربونیک مبادله می‌کند. این بده و بستان در شش‌ها روی می‌دهد. 

دم فرو بردن حالت عکس بازدم است. در شش‌ها اکسیژن هوا به وسیله «گویچه‌های قرمز» خون به بافت‌های بدن منتقل می‌شود. آن‌گاه این اکسیژن برخی از مواد غذایی بافت‌ها را می‌سوزاند تا قابل جذب و مصرف برای بدن شوند. سپس خون،‌ مواد زائد را با آب و گازکربونیک به شش‌ها می‌آورد تا از را بازدم به بیرون از بدن رانده شوند. 
پس می‌بینید چگونه مبادله گازها (گاز اکسیژن و گازکربونیک)، هم در شش‌ها و هم در لابه‌لای بافت‌های بدن،‌ صورت می‌گیرد. بنابراین به سطح وسیعی نیاز هست تا صحنه انجام این کارها باشد. اگر سطح داخلی شش‌های یک انسان بالغ را بگستریم، حدود سه‌ متر مربع جا را اشغال خواهد کرد. البته همیشه قسمت عمده این سطح به‌کار گرفته نمی‌شود؛ بلکه به عنوان ذخیره باقی می‌ماند تا به هنگام فعالیت ـ که انسان هشت تا ده برابر حالت، استراحت، به اکسیژن نیاز دارد ـ، به‌کار آید؛ چرا که هرگاه ما به اکسیژن بیشتری نیاز داشته باشیم، نفس‌های تندتر و عمیق‌تری می‌زنیم. 

تنفس در جانداران مختلف با توجه به حجم نیازشان به اکسیژن،‌ فرق می‌کند. کودک نوزاد، در هر ثانیه یک‌بار تنفس می‌کند؛ ولی در سن ۱۵ سالگی در هر دقیقه فقط ۲۰ بار به تنفس نیاز دارد. فیل دقیقه‌ای ده‌بار و سگ بیست و پنج بار تنفس می‌کند.  یک سوم دید کلی

می‌دانیم انسان و بیشتر موجودات زنده ، اکسیژن هوا را جذب کرده و صرف سوخت و سازهای داخلی می‌کنند و در عوض دی اکسید کربن به هوا بر می‌گرداند. این فرایند تولید دی اکسید کربن ، تنفس نام دارد. تنفس در زندگی انسان و موجودات دیگری که مصرف کننده اکسیژن هستند، نقش اساسی ایفا می‌کنند. به گونه‌ای که اگر برای چند لحظه مانع تنفس شویم، موجود زنده از هستی ساقط می‌شود.

تنفس چیست؟

تنفس فرایندی است در جهت گردش عقربه‌های ساعت. در جنگل ، می‌توان تغییرات مشخص غلظت دی‌اکسیدکربن را اندازه‌ گیری کرد. توزیع متوسط دی اکسید کربن در جو ، در حدود ۳۲۰ قسمت در میلیون است. هنگامی‌ که با طلوع خورشید ، عمل فتوسنتز آغاز می‌شود و دی اکسید کربن موجود را درختان مصرف و به ترکیبات آلی تبدیل می‌کنند، مقدار آن شدیدا کاهش می‌یابد. 

در اواسط روز ، شدت تنفس بالا می‌رود و مصرف دی‌ اکسید کربن‌ کاهش می‌یابد و به ۱۰ تا ۱۵ قسمت در میلیون ، کمتر از متوسط روزانه اندازه گیری شده در ناحیه تاج درخت ، می‌رسد. با غروب خورشید ، عمل فتوسنتز هم متوقف می‌شود، اما تنفس ادامه می‌یابد و مقدار دی اکسید کربن‌ در نزدیکی سطح زمین ممکن است به ۴۰۰ قسمت در میلیون هم برسد.

تعادل حیاتی

طبق یک برآورد قابل قبول ، هر سال ۲۰ تا ۳۰ میلیارد تن کربن ، در خشکیهای زمین به ترکیبات آلی تبدیل می‌شود. مقدار کربنی که سالانه به صورت دی‌اکسیدکربن‌ توسط فیتوپلانکتون (Phytoplankton) اقیانوسها مصرف می‌شود، در حدود ۴۰ میلیارد تن است. هم دی اکسید کربن‌ مصرفی و هم اکسیژن آزاد شده از طریق عمل فتوسنتز فیتوپلانکتون ، بیشتر به صورت گاز است و در آب سطحی اقیانوس به حالت محلول در می‌آید. در داخل اقیانوس ، اکسیژن رها شده توسط موجودات دریایی به مصرف می‌رسد و تجزیه نهایی این موجودات باعث رها شدن دی اکسید کربن‌ و برگشت آن به داخل محلول اولیه می‌شود. 

در هر لحظه معین ، مقدار دی اکسید کربن‌ محلول در لایه‌های سطحی دریا با غلظت دی‌اکسیدکربن موجود در جو در حالت تعادل کامل است. نکته جالب توجه این است که همواره بین اکسیژن و دی اکسید کربن‌ موجود در جو زمین تعادل برقرار است و این تعادل در زندگی و حیات موجودات زنده چنان نقش حیاتی دارد که اگر روزی این تعادل به هم بخورد، حیات 

اکسیژن عنصر گازی است که در سال ۱۷۷۴ توسط Joseph Priestley, Carl Wilhelm Scheele از کشورانگلستان و سوئد کشف گردید . این گاز از مایع سازی و فشرده سازی هوا بدست می آید . ۲۱% از حجم هوا را این گاز تشکیل می دهد . 
وزن اتمی این عنصر برای دیگر عناصر تا سال ۱۹۶۱ به عنوان پایه شناخته شده بود قبل از اینکه کربن ۱۲ از سوی اتحادیه بین المللی شیمی کاربردی و محض به عنوان وزن اتمی استاندارد شناخته شد. 
اکسیژن سومین عنصر از نظر فراوانی در طبیعت است که این عنصر درخورشید و سیکلهای کربن و نیتروژن وجود دارد. 
در اتمسفر سیاره مریخ ۱۵ درصد اکسیژن وجود دارد. این عنصر و ترکیبات آن ۴۹٫۲ درصد وزن پوسته زمین را اختصاص می دهند. حدود دو سوم حجم بدن ما و نه دهم آب از اکسیژن تشکیل شده است. در آزمایشگاه اکسیژن از الکترولیز آب یا از گرما دادن کلرات پتاسیم با دی اکسید منگنز به دست می آید.
اکسیژن گازی بی بو بی رنگ و بی مزه است به فرمهای گاز و مایع وجود دارد خاصیت پارا مغناطیسی نیز دارد. 
ازون از ترکیبات اکسیژن است که به صورت خیلی فعال وجود دارد و این ترکیب توسط تخلیه الکتریکی یا نور ماورا بنفش اکسیژن تولید می شود. 
ازن از اشعه های ماورابنفش خورشید که مضر هستند جلوگیری می کند تا این اشعه ها از خورشید به زمین نرسد. آلوده کننده های اتمسفر تاثیر خیلی بدی روی لایه ازون می گذارند. ازون گازی سمی است. ازون گازی رنگ آبی است و ازون مایع به سیاه و ازون جامد بنفش تیره می باشد. قطر این لایه سه میلیمتراست. 

ترکیبات: اکسیژن که عنصری با واکنش پذیری خیلی بالا است بیش از صدها و هزارها ترکیبات آلی و غیر آلی را دارد. 
زندگی و تنفس گیاهان و حیوانات وابسته به این عنصر است. 
اکسیژن دارای نه ایزوتوپ است. اکسیژن طبیعی ترکیبی از سه ایزوتوپ است. اکسیژن ۱۸ اکسیژن پایدار که در ترکیب آب یافت می شود. از اکسیژن غنی شده برای سوخت کوره فولاد استفاده می شود. استفاده مهم دیگر این گاز در ساخت گازهای آمونیاک و متانول اکسید اتیلن و هیدروکربن اشباع نشده است. 
قیمت این گاز ۵ سنت در فوت مکعب در مقیاس کوچک و در مقیاسهای بزرگ حدود ۱۵ دلار در تن است. 

ساختاربلوری عنصر اکسیژن

اثرات اکسیژن بر سلامتی انسان
همه انسانها برای نفس کشیدن به اکسیژن نیازمند هستند، اما مانند بسیاری موارد ممکن است اکسیژن مناسب نباشد. اگر فردی مقدار زیادی اکسیژن برای مدت زمان طولانی تنفس کند، به ششهایش آسیب میرسد. تنفس ۵۰ تا ۱۰۰ درصد اکسیژن در فشار نرمال در مدت زمان طولانی سبب مشکلاتی در ریه میشود. افرادی که به طور مداوم یا گه گاه در معرض اکسیژن خالص قرار میگیرند، باید قبل و پس از انجام کار تحت آزمایشهای ریوی قرار بگیرند. اکسیژن در دماهای پایین ذخیره میشود و بنابراین افرادی که در محیط پر اکسیژن فعالیت میکنند باید لباسهای مخصوص بپوشند تا بافتهای بدن آنها از یخزدگی برحذر باشد. 

اثرات زیست محیطی اکسیژن
هیچ اثر منفی از اکسیژن در محیط زیست گزارش نشده است. 

تجهیزات آزمایشگاهی مورد استفاده در تجزیه 
اسپکترومتر جرمی ، میکروسکوپ ، کرماتوگرافی مایع و گازی ، اشعه x ، جذب اتمی ، مادون قرمز ، کروماتوگرافی مایع با عملکرد بالا و اسپکترومتر نشری 

آنچه باید در مورد مسمومیت با گاز اکسیژن بدانید!

نویسنده: دکتر سینا

مسمومیت با اکسیژن یکی از مهم ترین مسمومیت ها برای بدن است که در صورت شدید بودن می تواند عوارض جبران ناپذیری را به دنبال داشته باشد. اکسیژن تراپی همانند یک شمشیر دو لبه است. در یک لبهاکسیژن برای حیات انسان ضروری است و در لبه دیگر در یک فشار جزئی بالاتر ممکن است منجر به مسمومیت با اکسیژن شود. این مسئله ممکن است خطرآفرین باشد مخصوصا در واحدهای مراقبت ویژه که در آن اکسیژن تراپی ممکن است برای مدت زمان طولانی تری تجویز شود.

مسمومیت با اکسیژن معمولا سیستم اعصاب، ریه و چشم را به خصوص در نوزادان نارس تحت تاثیر قرار می دهد. مهم ترین عوامل شروع و شدت مسمومیت با اکسیژن غلظت اکسیژن استفاده شده، مدت زمان استفاده و میزان حساسیت خود فرد به اکسیژن است. به دلیل اینکه درمان تنها با ظهور علائم آغاز می شود، پیشگیری و تشخیص زود هنگام مسمومیت با اکسیژن از اهمیت ویژه ای برخوردار است.

اکسیژن تراپی معمولا در موارد زیر استفاده می شود:

·         مراقبت های ویژه از بیماران بی هوش

·         افزایش غلظت اکسیژن خون در هنگام کم اکسیژنی

·         در کمک به بهبود زخم های مزمن پیچیده، صدمات حاد بافت نرم پس از سانحه و عفونت های شدید زخم های پوستی استفاده می شود.

اثرات مسمومیت با اکسیژن به واسطه تولید رادیکال های آزاد آشکار می شود. اگر یک انسان اکسیژن زیادی تنفس کند میزان تولید رادیکال های آزاد در بدنش افزایش می یابد. البته در حالت طبیعی ریه ها توانایی تولید آنتی اکسیدان (از بین برنده رادیکال های آزاد) زیادی را برای جلوگیری از اثرات مخرب مسمومیت با اکسیژن دارند اما با افزایش میزان اکسیژن و تولید افزایشی رادیکال های آزاد سیستم آنتی اکسیدانی داخلی با مشکل مواجه می شود. بسته به فشار اکسیژن تنفسی علائم مسمومیت با اکسیژن در ریه ها و اعصاب مرکزی بروز می کند. اگر مسمومیت با اکسیژن برطرف نشود رادیکال ها به سلول های بدن آسیب جدی وارد می کنند. درمان این مسمومیت با استفاده از آنتی اکسیدان هایی مثل ویتامین E و C امکان پذیر است.

علائم مسمومیت با اکسیژن

در سیستم عصبی مرکزی (CNS)

این مسمومیت معمولا در فشار اکسیژن بیشتر از ۳ اتمسفر اتفاق می افتد. اما اگر مدت زمان قرارگیری در معرض گاز اکسیژن طولانی تر باشد این فشار کمتر هم می شود. نشانه های اولیه مسمومیت با اکسیژن در سیستم عصبی عبارتند از: پرش اطراف دهان و ماهیچه های کوچک دست و در ادامه سرگیجه، حالت تهوع و در مسمومیت های اکسیژنی زیاد تشنج. CNS معمولا در اثر اکسیداسیون و پلیمریزاسیون گروه های SH آنزیم ها اتفاق می افتد که منجر به غیر فعال شدن آن ها و در نهایت آسیب سلولی می شود.

در ریه

مسمومیت اکسیژن ریوی معمولا بعد از قرار گرفتن طولانی مدت در معرض فشار اکسیژن ۰/۵ بار رخ می دهد و با افزایش فشار اکسیژن مدت زمان شروع مسمومیت کاهش می یابد. در انسان نرمال اولین نشانه مسمومیت بعد از ۱۰ ساعت قرارگیری در معرض فشار اکسیژن ۱ بار اتفاق می افتد. نشانه های مسمومیت اکسیژن ریوی ابتدا سرفه های شدید و غیر قابل کنترل و در ادامه درد قفسه سینه و تنگی نفس است. در اکثر بیماران این نشانه ها حدود ۴ ساعت بعد از قطع اکسیژن فروکش می کند.

در چشم ها

از نشانه های مسمومیت چشمی انقباش ماهیچه های محیطی چشم، نزدیک بینی پیش رونده اما برگشت پذیر و ایجاد آب مروارید در افراد مستعد به این بیماری هستند. برخی از این صدمات ممکن است بعد از رفع مسمومیت نیز در چشم ها ماندگار شوند.

در حالت کلی علائم ابتدایی مسمومیت با اکسیژن شامل احساس ناراحتی در زیر استخوان جناغ، تنگی نفس، خستگی، ضعف و سرفه می باشد. در صورت بروز این علائم باید سریعا اکسیژن تراپی را متوقف کرده و به پزشک مراجعه نمایید. مسمومیت جدی با گاز اکسیژن می تواند در نهایت منجر به از بین رفتن بافت های ریوی و کم بینایی شده و در صورت آسیب به سیستم عصبی مرکزی منجر به تشنج و مرگ شود.

جلوگیری از ایجاد مسمومیت با اکسیژن

·         به هیچ عنوان بدون تجویز پزشک از اکسیژن تراپی استفاده نکنید و همین طور نرخ و مدت زمان مصرف اکسیژن را به دلخواه خودتان تغییر ندهید.

·         ممکن است پزشک در طول دوره اکسیژن تراپی به خصوص در اکسیژن تراپی های طولانی مدت مکمل هایی را هم تجویز کند که باید استفاده از آن و همین طور دستور استفاده از آن را جدی بگیرید.