آشنایی با اهمیت گاز اکسیژن و کاربردهای آن

گاز اکسیژن گازی بی رنگ و بی بو است که وجود آن برای موجودات زنده ضروری است . اکسیژن توسط بسیاری از جانداران روی زمین جذب شده و پس از تبدیل به دی اکسید کربن دفع می شود. گیاهان  به نوبه خود ، از دی اکسید کربن به عنوان منبع کربن استفاده می کنند و اکسیژن را به جو باز می گردانند. در ادامه مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک توضیحات بیشتری در این رابطه ارائه می شود.

فراوان ترین عنصر شیمیایی در زیست کره زمین ، هوا ، دریا و خشکی است. اکسیژن بعد از هیدروژن و هلیوم سومین عنصر شیمیایی فراوان در جهان است. همه ما در درس کلاس علوم پایه سوم و هشتم و نهم با این گاز آشنا شده ایم و از مزایای آن برای ادامه حیات مطلع هستیم.

شایان ذکر است که غلظت زیاد و غیرمعمول این گاز در زمین نتیجه چرخه اکسیژن است. این چرخه بیوشیمیایی حرکت اکسیژن را در داخل و بین سه مخزن اصلی آن در زمین توصیف می کند که شامل جو ، زیست کره و لیتوسفر است. عامل اصلی محرکه چرخه اکسیژن ، فتوسنتز است در حالی که تنفس ، پوسیدگی و احتراق آن را از جو خارج می کند. تعادل موجود در این چرخه مقدار این گاز را در حد متعادل حفظ می کند.

تهیه و کاربرد گاز اکسیژن

علاوه بر فتوسنتز که مهمترین فرآیند تولید این گاز در جهان است در حال حاضر روش های تجاری نیز برای تولید این گاز وجود دارد که شامل جداسازی هوا با استفاده از فرایند تقطیر کرایوژنیک است.

علاوه بر این گاز اکسیژن می تواند در نتیجه واکنش های شیمیایی که در آن ااین گاز به صورت گاز از یک ترکیب شیمیایی آزاد می شود، تولید شود. این روش برای تولید مقادیر محدود مورد استفاده در زیر دریایی ها ، هواپیماها و فضاپیماها کاربرد دارد.

این گاز در مقادیر زیاد و در خلوص بالا به عنوان گاز یا مایع توسط تقطیر برودتی و به عنوان گازی با خلوص پایین (به طور معمول حدود ۹۳٪) توسط تکنولوژی جذب تولید می شود.

این گاز برای واکنش پذیری آن ارزش گذاری می شود و معمولاً همراه یا به جای هوا برای افزایش میزان اکسیژن موجود جهت احتراق یا فعالیت های بیولوژیکی استفاده می شود. این گاز شدت واکنش را افزایش می دهد و منجر به توان عملیاتی بیشتر در تجهیزات موجود خواهد شد.

تولید و کاربرد تجاری گاز اکسیژن

در صورت نیاز به مقدار زیاد اکسیژن می توان با تقطیر فرکشنال هوای مایع آنرا تهیه کرد. از بین اجزای اصلی هوا ، این گاز بالاترین نقطه جوش را دارد بنابراین نسبت به نیتروژن و آرگون کمتر فرار است و می توان آنرا به راحتی از سایر اجزا جداسازی کرد.

اکسیژن تجاری یا هوای غنی شده با اکسیژن در صنایع شیمیایی برای تولید اکسیداسیون کنترل شده مواد شیمیایی توسط مانند استیلن ، اکسید اتیلن و متانول جایگزین هوای معمولی شده است. کاربردهای پزشکی این گاز شامل استفاده در چادرهای اکسیژن ، دستگاه های استنشاقی و دستگاه نگهداری کودکان است. علاوه بر این داروهای بیهوشی غنی شده با این گاز از زندگی بیماران در حین بیهوشی عمومی حمایت می کنند. اکسیژن همچنین کاربرد گسترده ای در صنایعی دارد که از کوره استفاده می کنند.

روش های آزمایشگاهی تولید گاز اکسیژن

روشهای تولید این گاز به مقدار و حجم مورد نیاز آن بستگی دارد. روش های آزمایشگاهی شامل تجزیه حرارتی نمک های خاص مانند کلرات پتاسیم یا نیترات پتاسیم توسط اکسیدهای فلزات انتقالی ، تجزیه حرارتی اکسیدهای فلزات سنگین و تجزیه حرارتی پراکسیدهای فلز یا پراکسید هیدروژن است.

راههای شناسایی

از آنجاییکه که ااین گاز یکی از ارکان اصلی احتراق می باشد از این ویژگی برای شناسایی آن استفاده می شود. به عنوان مثال گاز اکسیژنی که در درون لوله آزمایش جمع شده است باید بتواند  شعله کبریت نیمه افروخته را شعله ورتر کند. با این آزمایش به راحتی می توان وجود این گاز را تشخیص داد.

خطرات استفاده از گاز اکسیژن

منابع این گاز بسیار غلیظ باعث احتراق سریع می شوند و خطرات آتش سوزی و انفجار زمانی وجود دارد که اکسیدانها و سوخت های غلیظ به هم نزدیک شوند. برای ایجاد احتراق در این شرایط یک رویداد اشتعال زا مانند گرما یا جرقه لازم است. اگرچه اکسیژن یک ماده اکسید کننده است  نه سوخت ولی با این وجود منبع بیشتر انرژی شیمیایی آزاد شده در حین احتراق است و اجازه می دهد تا احتراق به سرعت و با انرژی ادامه یابد.