Deguonis

Istorija

Ankstyvieji eksperimentai

Vieną iš pirmųjų žinomų eksperimentų, kaip degimui reikia oro, atliko graikas Filonas iš Bizantijos II a. pr. m. e. Savo veikale "Pneumatica" jis rašė, kad apvertus indą virš degančios žvakės ir apipylus jį vandeniu, dalis vandens pateko į indą. Filonas manė, kad taip atsitiko dėl to, kad oras virto klasikiniu ugnies elementu. Tai buvo klaidinga. Po ilgo laiko Leonardas da Vinčis (Leonardo da Vinci) teisingai išsiaiškino, kad degimo metu sunaudojamas oras, todėl į indą patenka vanduo.

XVII a. pabaigoje Robertas Boilas nustatė, kad degimui reikalingas oras. Anglų chemikas Johnas Mayow papildė šį teiginį parodydamas, kad ugniai reikia tik dalies oro. Dabar tai vadiname deguonimi (dioksido pavidalu). Atlikdamas vieną iš savo eksperimentų, jis nustatė, kad į uždarą indą įstačius žvakę, vanduo pakyla taip, kad prieš užgesdamas pakeičia ketvirtadalį inde esančio oro tūrio. Tas pats atsitiko ir į dėžę įdėjus pelę. Iš to jis nustatė, kad deguonis naudojamas kvėpavimui ir degimui.

Flogistono teorija

Robertas Hukas, Ole Borchas, Michailas Lomonosovas ir Pjeras Bajenas XVII ir XVIII a. eksperimentavo su deguonimi. Nė vienas iš jų nemanė, kad tai cheminis elementas. Taip tikriausiai buvo dėl flogistono teorijos idėjos. Dauguma žmonių manė, kad būtent jis sukelia degimą ir koroziją.

J. J. J. Becheris jį sukūrė 1667 m., o Georgas Ernstas Stahlis jį papildė 1731 m. Flogistono teorija teigė, kad visos degiosios medžiagos sudarytos iš dviejų dalių. Viena dalis, vadinama flogistonu, išsiskyrė degant jo turinčiai medžiagai.

Buvo manoma, kad iš flogistono gaminamos labai degios medžiagos, kurios palieka tik nedidelį kiekį likučių, pavyzdžiui, mediena ar anglis. Buvo manoma, kad koroduojančios medžiagos, pavyzdžiui, geležis, turi tik nedidelį kiekį floglasto. Oras nebuvo šios teorijos dalis.

Atradimas

Lenkų alchemikas, filosofas ir gydytojas Mykolas Sendivogius kalbėjo apie ore esančią medžiagą, vadindamas ją "gyvybės maistu", ir ši medžiaga yra deguonis. 1598-1604 m. Sendivogius nustatė, kad ši medžiaga yra ta pati, kuri susidaro termiškai skaidant kalio nitratą. Kai kurie žmonės mano, kad tai buvo deguonies atradimas, o kiti su tuo nesutinka.

Taip pat dažnai sakoma, kad deguonį pirmasis atrado švedų vaistininkas Carlas Wilhelmas Scheele. 1771 m. jis pagamino deguonį kaitindamas gyvsidabrio oksidą ir kai kuriuos nitratus. Šelė pagamintas dujas pavadino "ugnies oru", nes tai buvo vienintelės žinomos dujos, leidžiančios degti. Savo atradimą jis paskelbė 1777 m.

1774 m. rugpjūčio 1 d. britų dvasininkas Josephas Priestley atliko eksperimentą, kurio metu saulės šviesa buvo nukreipta į gyvsidabrio oksidą stikliniame mėgintuvėlyje. Taip susidarė dujos, kurias jis pavadino "deflogistiniu oru". Jis taip pat nustatė, kad šiose dujose žvakės degė ryškiau, o jomis kvėpuodamos pelės gyveno ilgiau. Kvėpuodamas dujomis jis sakė (supaprastintai): "Jausmas buvo kaip įprasto oro, bet po to plaučiai pasidarė lengvesni ir lengvesni". Jo išvados buvo paskelbtos 1775 m. Kadangi jo atradimai buvo paskelbti pirmieji, jis paprastai laikomas deguonies atradėju.

Vėliau prancūzų chemikas Antuanas Lavoazjė (Antoine Lavoisier) teigė taip pat atradęs šią medžiagą. Priestly aplankė jį 1774 m. ir papasakojo apie savo eksperimentą. Tais pačiais metais Scheele taip pat nusiuntė laišką Lavoisier, kuriame pasakojo apie savo atradimą.

Lavoisier indėlis

Lavoisier atliko pirmuosius pagrindinius oksidacijos eksperimentus ir pirmą kartą teisingai paaiškino, kaip veikia degimas. Šiais ir kitais eksperimentais jis įrodė, kad flogistono teorija yra klaidinga. Jis taip pat bandė įrodyti, kad Priestley ir Scheele'io atrasta medžiaga yra cheminis elementas.

Vieno eksperimento metu Lavoisier nustatė, kad masė nedidėja, kai alavas ir oras šildomi uždarame inde. Jis taip pat nustatė, kad atidarius indą oras veržėsi į vidų. Po to jis nustatė, kad alavo masė padidėjo tiek pat, kiek padidėjo į vidų patekusio oro masė. Savo išvadas jis paskelbė 1777 m. Jis rašė, kad orą sudaro dvi dujos. Vienas dujas jis pavadino gyvybiškai svarbiu oru (deguonimi), kuris reikalingas degimui ir kvėpavimui. Kitas jis pavadino azotu (azotas), kuris graikų kalba reiškia "negyvas". Taip azotas iki šiol vadinamas kai kuriose kalbose, tarp jų ir prancūzų.

Lavoisier pervadino "gyvybinį orą" į "oxygène", graikiškai reiškiantį "gamintoją iš rūgščių". Jis taip pavadino deguonį, nes manė, kad deguonies yra visose rūgštyse, o tai buvo klaidinga. Daugelis chemikų suprato, kad Lavoizeris klydo įvardydamas, tačiau pavadinimas iki tol buvo per daug paplitęs, kad jį būtų galima pakeisti.

"Oxygen" (deguonis) tapo pavadinimu anglų kalboje, nors anglų mokslininkai tam prieštaravo.

Vėlesnė istorija

Džono Daltono atomų teorija teigė, kad visi elementai turi po vieną atomą, o junginiuose esantys atomai paprastai būna pavieniai. Pavyzdžiui, jis klaidingai manė, kad vandens (_H2O) formulė yra tik HO. 1805 m. Josephas Louis Gay-Lussacas ir Alexanderis von Humboldtas įrodė, kad vandenį sudaro du vandenilio ir vienas deguonies atomas. 1811 m. Amedeo Avogadro, remdamasis Avogadro dėsniu, teisingai nustatė, iš ko sudarytas vanduo.

XIX a. pabaigoje mokslininkai nustatė, kad orą galima paversti skysčiu ir išskirti jame esančius junginius jį suspaudžiant ir atšaldant. Šveicarų chemikas ir fizikas Raulis Piktetas (Raoul Pictet) skystąjį deguonį atrado garindamas sieros dioksidą ir taip paversdamas anglies dioksidą skysčiu. Po to jį taip pat išgarino, kad atvėsintų deguonies dujas ir paverstų jas skysčiu. 1877 m. gruodžio 22 d. jis nusiuntė telegramą Prancūzijos mokslų akademijai, kurioje pranešė apie savo atradimą.

Lavoisier akademijoje - Louis Ernest Barrias


Lavoisier skilimo oras

Charakteristikos

Savybės ir molekulinė struktūra

Esant standartinei temperatūrai ir slėgiui, deguonis neturi spalvos, kvapo ar skonio ir yra dujos, kurių cheminė formulė yra O
_2, vadinama dioksidu.

Kaip dioksideguonis, du deguonies atomai yra chemiškai susijungę vienas su kitu. Šį ryšį galima vadinti įvairiai, bet paprasčiausiai - kovalentiniu dvigubu ryšiu. Deguonis yra labai reaktyvus ir gali reaguoti su daugeliu kitų elementų. Oksidai susidaro metaliniams elementams reaguojant su dioksidu, pavyzdžiui, geležies oksidas, kuris vadinamas rūdimis. Žemėje yra daug oksidų junginių.

Alotropai

Žemėje paplitęs deguonies alotropas (rūšis) vadinamas dioksidu (O2). Tai antroji pagal dydį Žemės atmosferos dalis po dinatrogeno (N2). O2 jungties ilgis yra 121 pm, o jungties energija - 498 kJ/mol Dėl savo energijos O2 naudoja sudėtinga gyvybė, pavyzdžiui, gyvūnai.

Ozonas (O3) yra labai reaktyvus ir kvėpuojant pažeidžia plaučius. Ozonas susidaro viršutiniuose atmosferos sluoksniuose, kai O2 jungiasi su grynu deguonimi, susidarančiu O2 suskilus ultravioletiniams spinduliams. Ozonas sugeria daug elektromagnetinio spektro ultravioletinės dalies spinduliuotės, todėl ozono sluoksnis viršutiniuose atmosferos sluoksniuose saugo Žemę nuo radiacijos.

Tetraoksigenas (O4) buvo atrastas 2001 m. Jis egzistuoja tik ekstremaliomis sąlygomis, kai O2 veikiamas didelio slėgio.

Fizikinės savybės

Deguonis iš oro lengviau ištirpsta vandenyje nei azotas. Kai oro ir vandens yra tiek pat, kiekvienai iš 2 N2 molekulių tenka viena O2 molekulė (santykis 1:2). Tai skiriasi nuo oro, kuriame deguonies ir azoto santykis yra 1:4. Be to, O2 lengviau tirpsta gėlame nei jūros vandenyje. Deguonis kondensuojasi 90,20 K (-182,95 °C, -297,31 °F) temperatūroje ir užšąla 54,36 K (-218,79 °C, -361,82 °F) temperatūroje. Tiek skystas, tiek kietas O2 yra permatomas, šviesiai mėlynos spalvos.

Deguonis yra labai reaktyvus ir turi būti laikomas atokiau nuo visko, kas gali degti.

Izotopai

Gamtoje yra trys stabilūs deguonies izotopai. Tai ^16O, ^17O ir ^18O. Apie 99,7 % deguonies sudaro ^16O izotopas.

Įvykis

Dešimt labiausiai paplitusių elementų Pieno kelio galaktikoje, apskaičiuotų spektroskopiškai
Z	Elementas	Masės frakcija dalimis milijonui dalių
1	Vandenilis	739,000	71 × deguonies masė (raudona juosta)
2	Helis	240,000	23 × deguonies masė (raudona juosta)
8	Deguonis	10,400	10400
6	Anglis	4,600	4600
10	Neoninis	1,340	1340

Deguonis yra labiausiai paplitęs elementas pagal masę Žemėje. Tai trečias pagal paplitimą elementas Visatoje po vandenilio ir helio. Apie 0,9 % Saulės masės sudaro deguonis. Deguonis sudaro 49,2 % Žemės plutos masės pagal masę kaip oksidų junginių, pavyzdžiui, silicio dioksido, dalis. Jis taip pat sudaro pagrindinę Žemės vandenynų dalį - 88,8 % Žemės vandenynų masės. Deguonies dujos yra antroji pagal paplitimą atmosferos dalis, sudaranti 20,8 % jos masės ir 23,1 % tūrio. Žemė, palyginti su kitomis žinomomis planetomis, yra keista, nes didelę jos atmosferos dalį sudaro deguonies dujos. Marse O2 sudaro 0,1 % tūrio, o kitose Saulės sistemos planetose jo yra mažiau.

Didelį deguonies dujų kiekį Žemėje lemia deguonies ciklas. Jį daugiausia lemia fotosintezė, kurios metu deguonis gaminamas iš anglies dioksido, vandens ir Saulės energijos. Kvėpavimas paima deguonies dujas iš atmosferos ir paverčia jas atgal į anglies dioksidą ir vandenį. Tai vyksta tuo pačiu greičiu, todėl deguonies dujų ir anglies dioksido kiekis dėl to nesikeičia.

Naudoja

Medicinos

O2 yra labai svarbi kvėpavimo dalis. Todėl jis naudojamas medicinoje. Jis naudojamas deguonies kiekiui žmogaus kraujyje padidinti, kad būtų galima daugiau kvėpuoti. Dėl to sergantys žmonės gali greičiau pasveikti. Deguonies terapija taikoma emfizemai, plaučių uždegimui, kai kurioms širdies ligoms ir kitoms ligoms, dėl kurių žmogus sunkiau įsisavina deguonį, gydyti.

Gyvybės palaikymas

Žemo slėgio O2 naudojamas kosminiuose skafandruose, kuriuose kūnas apsupamas dujomis. Naudojamas grynas deguonis, tačiau jo slėgis daug mažesnis. Jei slėgis būtų didesnis, jis būtų nuodingas.

Deguonies koncentratorius emfizema sergančio paciento namuose

Sauga

Deguonies NFPA 704 teigiama, kad suslėgtos deguonies dujos nėra pavojingos sveikatai ir nėra degios.

Toksiškumas

Didelio slėgio deguonies dujos (O2) gali būti pavojingos gyvūnams, įskaitant žmones. Jis gali sukelti traukulius ir kitus sveikatos sutrikimus. Toksinis deguonies poveikis paprastai prasideda esant didesniam nei 50 kilopaskalių (kPa) slėgiui, kuris yra lygus maždaug 50 % deguonies, esančio standartinio slėgio ore (Žemės ore yra apie 20 % deguonies).

Neišnešioti kūdikiai būdavo dedami į dėžes su oru, kuriame yra daug O2. Tai buvo nutraukta, kai kai kurie kūdikiai nuo deguonies apako.

Kosminiuose skafandruose kvėpuojant grynu O2 žala nepadaryta, nes naudojamas mažesnis slėgis.

Degimo ir kiti pavojai

Koncentruotas gryno O2 kiekis gali sukelti greitą gaisrą. Kai koncentruotas deguonis ir kuras yra arti vienas kito, nedidelis užsidegimas gali sukelti didžiulį gaisrą. Visa "Apollo 1" įgula žuvo dėl gaisro, kilusio dėl koncentruoto deguonies, kuris buvo naudojamas kapsulės ore.

Jei skystas deguonis išsilieja ant organinių junginių, pavyzdžiui, medienos, jis gali sprogti.