ออกซิเจน

ออกซิเจน, ₈O

ออกซิเจนเหลว (O2 ที่อุณหภูมิต่ำกว่า −183 °C)
ออกซิเจน
อัญรูป	O2, O3 (ozone) and more (see Allotropes of oxygen)
ลักษณะปรากฏ	ก๊าซ: ไม่มีสี ของเหลวและของแข็ง: สีฟ้าอ่อน
น้ำหนักอะตอมมาตรฐาน Ar°(O)
	[15.99903, 15.99977] 15.999±0.001 (ฉบับย่อ)
ความอุดมสมบูรณ์
ในเปลือกโลก	461000 ppm
ออกซิเจนในตารางธาตุ
Hydrogen Helium Lithium Beryllium Boron Carbon Nitrogen Oxygen Fluorine Neon Sodium Magnesium Aluminium Silicon Phosphorus Sulfur Chlorine Argon Potassium Calcium Scandium Titanium Vanadium Chromium Manganese Iron Cobalt Nickel Copper Zinc Gallium Germanium Arsenic Selenium Bromine Krypton Rubidium Strontium Yttrium Zirconium Niobium Molybdenum Technetium Ruthenium Rhodium Palladium Silver Cadmium Indium Tin Antimony Tellurium Iodine Xenon Caesium Barium Lanthanum Cerium Praseodymium Neodymium Promethium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium Hafnium Tantalum Tungsten Rhenium Osmium Iridium Platinum Gold Mercury (element) Thallium Lead Bismuth Polonium Astatine Radon Francium Radium Actinium Thorium Protactinium Uranium Neptunium Plutonium Americium Curium Berkelium Californium Einsteinium Fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Hassium Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson – ↑ O ↓ S ไนโตรเจน ← ออกซิเจน → ฟลูออรีน
เลขอะตอม (Z)	8
หมู่	16
คาบ	คาบที่ 2
บล็อก	บล็อก-p
การจัดเรียงอิเล็กตรอน	[He] 2s2 2p4
อิเล็กตรอนต่อระดับพลังงาน	2, 6
สมบัติทางกายภาพ
สถานะ ที่ STP	ก๊าซ
จุดหลอมเหลว	(O2) 54.36 K ​(−218.79 °C, ​−361.82 °F)
จุดเดือด	(O2) 90.188 K ​(−182.962 °C, ​−297.332 °F)
ความหนาแน่น (ที่ STP)	1.429 g/L
ขณะเป็นของเหลว (ที่จุดเดือด)	1.141 g/cm3
จุดร่วมสาม	54.361 K, ​0.1463 kPa
จุดวิกฤต	154.581 K, 5.043 MPa
ความร้อนของการหลอมเหลว	(O2) 0.444 kJ/mol
ความร้อนของการกลายเป็นไอ	(O2) 6.82 kJ/mol
ความจุความร้อนจำเพาะเชิงโมล	14.689 J/(mol·K) (O) 29.378 J/(mol·K) (O2)
ความดันไอ P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k at T (K)       61 73 90
สมบัติของอะตอม
สถานะออกซิเดชัน	ทั่วไป: −2 −1, 0, +1, +2
อิเล็กโทรเนกาติวิตี	สเกลเพาลิง: 3.44
พลังงานไอออไนเซชัน	ลำดับที่ 1: 1313.9 kJ/mol ลำดับที่ 2: 3388.3 kJ/mol ลำดับที่ 3: 5300.5 kJ/mol (เพิ่มเติม)
รัศมีโควาเลนต์	66±2 pm
รัศมีแวนเดอร์วาลส์	152 pm
เส้นสเปกตรัมของออกซิเจน
สมบัติอื่น ๆ
โครงสร้างผลึก	​คิวบิก (cP16)
ค่าคงที่แลตทิซ	คิวบิก (cP16) a = 678.28 pm (ที่ t.p.)
การนำความร้อน	26.58×10−3  W/(m⋅K)
สมบัติแม่เหล็ก	พาราแมกเนติก
สภาพรับไว้ได้ทางแม่เหล็กเชิงโมล	+3449.0×10−6 cm3/mol (293 K)
ความเร็วเสียง	330 m/s (ก๊าซ, ที่ 27 °C)
เลขทะเบียน CAS	7782-44-7
ประวัติ
การตั้งชื่อ	จากภาษากรีก ὀξύς (กรด, แปลตรงตัวว่า 'แหลมคม' จากรสชาติของกรด) และ -γενής (ผู้ผลิต)
การค้นพบ	ไมเคิล เซนดิโวเจียส คาร์ล วิลเฮล์ม เชเลอ (ค.ศ. 1604, ค.ศ. 1771)
ตั้งชื่อโดย	อ็องตวน ลาวัวซีเย (ค.ศ. 1777)
ไอโซโทปของออกซิเจน
ไอโซโทปหลัก การสลายตัว ไอโซโทป ความอุดมสมบูรณ์ ครึ่งชีวิต (t1/2) รูปแบบ ผลิตภัณฑ์ 15O trace 122.27 s β+ 15N 16O 99.8% stable 17O 0.0384% stable 18O 0.205% stable

ออกซิเจน (อังกฤษ: oxygen) เป็นธาตุเคมีที่มีสัญลักษณ์คือ O และมีเลขอะตอม 8 ออกซิเจนจัดอยู่ในกลุ่มแชลโคเจน (chalcogen) ในตารางธาตุ เป็นธาตุอโลหะที่มีความไวต่อการเกิดปฏิกิริยาสูง และเป็นตัวออกซิไดซ์ที่รุนแรง ซึ่งสามารถเกิดออกไซด์กับธาตุเกือบทุกชนิดและสารประกอบอื่น ๆ ได้อย่างง่ายดาย ออกซิเจนเป็นธาตุที่มีความอุดมสมบูรณ์มากที่สุดในเปลือกโลก โดยมีสัดส่วนเกือบครึ่งหนึ่งของมวลเปลือกโลกในรูปของออกไซด์ต่าง ๆ เช่น น้ำ, คาร์บอนไดออกไซด์, เหล็กออกไซด์ และซิลิเกต นอกจากนี้ยังเป็นธาตุที่มีความอุดมสมบูรณ์เป็นอันดับที่ 3 ในเอกภพ รองจากไฮโดรเจนและฮีเลียม

ภายใต้สภาวะมาตรฐานของอุณหภูมิและความดัน อะตอมของออกซิเจนสองอะตอมจะสร้างพันธะโคเวเลนต์กันเป็นก๊าซโมเลกุลคู่ที่ไม่มีสีและไม่มีกลิ่น มีสูตรเคมีคือ O
₂ (ไดออกซิเจน) ก๊าซชนิดนี้ประกอบเป็นสัดส่วนประมาณ 20.95% ของชั้นบรรยากาศของโลก แม้ว่าสัดส่วนนี้จะเปลี่ยนแปลงไปอย่างมากตามระยะเวลาอันยาวนานในประวัติศาสตร์โลก นอกจากนี้ยังมีอัญรูปของออกซิเจนที่พบได้ยากกว่าคือ โอโซน (O
₃) ซึ่งช่วยดูดซับรังสี UVB และ UVC ในชั้นสตราโตสเฟียร์ตอนล่าง ทำหน้าที่เป็นชั้นโอโซนที่ปกป้องชีวภาคจากรังสีอัลตราไวโอเลตชนิดก่อไอออน อย่างไรก็ตาม โอโซนที่อยู่บริเวณพื้นผิวถือเป็นมลพิษทางอากาศที่เป็นผลพลอยได้จากการเกิดหมอกควันและมีฤทธิ์กัดกร่อน

สิ่งมีชีวิตพวกยูแคริโอตทั้งหมด ซึ่งรวมถึงพืช สัตว์ เห็ดรา สาหร่าย และโพรทิสต์ส่วนใหญ่ จำเป็นต้องใช้ออกซิเจนในกระบวนการการหายใจระดับเซลล์ เพื่อดึงพลังงานเคมีออกมาผ่านปฏิกิริยาระหว่างออกซิเจนกับโมเลกุลอินทรีย์ที่ได้จากอาหาร สารประกอบอินทรีย์หลักในสิ่งมีชีวิตเกือบทุกชนิด เช่น โปรตีน, กรดนิวคลิอิก, คาร์โบไฮเดรต และไขมัน ล้วนมีออกซิเจนเป็นส่วนประกอบ มวลส่วนใหญ่ของสิ่งมีชีวิตคือออกซิเจนเนื่องจากเป็นองค์ประกอบหลักของน้ำ ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญของเซลล์ ออกซิเจนในชั้นบรรยากาศถูกผลิตขึ้นผ่านกระบวนการการสังเคราะห์ด้วยแสงโดยปล่อยออกซิเจนออกมาเป็นผลพลอยได้ และจำเป็นต้องได้รับการเติมเต็มอย่างต่อเนื่องผ่านกิจกรรมการสังเคราะห์แสงของผู้ผลิต เช่น ไซยาโนแบคทีเรีย สาหร่าย และพืชบก

ออกซิเจนถูกแยกสกัดได้โดย ไมเคิล เซนดิโวเจียส ก่อน ค.ศ. 1604 แต่เป็นที่เชื่อกันทั่วไปว่าธาตุนี้ถูกค้นพบโดยแยกกันโดย คาร์ล วิลเฮล์ม เชเลอ ใน ค.ศ. 1773 และ โจเซฟ พรีสต์ลีย์ ใน ค.ศ. 1774 โดยมักจะให้เกียรติพรีสต์ลีย์เป็นผู้ค้นพบหลักเนื่องจากงานของเขาได้รับการตีพิมพ์ก่อน ใน ค.ศ. 1777 อ็องตวน ลาวัวซีเย เป็นคนแรกที่ระบุว่าออกซิเจนเป็นธาตุเคมีและอธิบายบทบาทของมันในกระบวนการเผาไหม้ได้อย่างถูกต้อง

การใช้งานในเชิงอุตสาหกรรมที่พบบ่อยของออกซิเจน ได้แก่ การผลิตเหล็กกล้า พลาสติกและสิ่งทอ การเชื่อมและการตัดโลหะด้วยก๊าซ ใช้เป็นเชื้อเพลิงจรวด รวมถึงใช้ในการแพทย์แบบการบำบัดด้วยออกซิเจน และระบบสนับสนุนชีวิตในอากาศยาน เรือดำน้ำ ยานอวกาศ และการดำน้ำ

ประวัติ

การทดลองในยุคแรก

ในช่วงปลายศตวรรษที่ 17 โรเบิร์ต บอยล์ ได้พิสูจน์ว่าออกซิเจนเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการเผาไหม้ โดยนักเคมีชาวอังกฤษ จอห์น มาร์โยว์ (1541–1679) ได้ปรับปรุงการทดลองนี้โดยผลการทดลองพบว่า ไฟต้องการอากาศเพียงบางส่วนเท่านั้น ซึ่งเรียกว่า ไนโตรออเรียส (อังกฤษ: nitroaereus)ซึ่งในการทดลองหนึ่ง เขาพบว่าออกซิเจนแทรกเข้าไปในภาชนะปิดบนน้ำ ที่มีหนูและเทียนไขอยู่ในภาชนะดังกล่าว ทำให้ระดับน้ำสูงขึ้น และแทนที่ 1 ใน 4 ของปริมาตรอากาศก่อนดับเทียน ซึ่งจากการทดลองดังกล่าว สันนิษฐานได้ว่า ไนโตรออเรียสถูกใช้ในกระบวนการหายใจ และการเผาไหม้

มาร์โยว์พบว่า น้ำหนักของพลวงจะเพิ่มขึ้นเมื่อให้ความร้อน และอนุมานได้ว่า ไนโตรออเรียสต้องการรวมตัวกับสารดังกล่าวซึ่งเขาคิดว่า ปอดสามารถแยกไนโตรออเรียสจากอากาศ และเข้าสู่เลือด อีกทั้งมีผลต่อความอบอุ่นของสัตว์และการเคลื่อนไหวของกล้ามเนื้อ โดยเป็นผลจากปฏิกิริยาของไนโตรออเรียสกับสารบางชนิดในร่างกาย ซึ่งรายงานการทดลองเหล่านี้ และแนวคิดดังกล่าวได้รับการตีพิมพ์ในปี ค.ศ. 1668 เรื่อง "แทรคทาทุส ดูโอ" (อังกฤษ: Tractatus duo) ในหนังสือ "ดี เรสไพราติโอน" (อังกฤษ: De respiratione)

แหล่งกำเนิด

ออกซิเจน เป็นส่วนประกอบที่สำคัญและมีปริมาณเป็นอันดับ 2 ในส่วนประกอบของบรรยากาศโลกคือมีประมาณ 20.947% โดยปริมาตร

สารประกอบออกซิเจน

เนื่องด้วยค่าอิเล็กโตรเนกาติวิตี ของออกซิเจน จะเกิดพันธะเคมี กับธาตุอื่น ๆ ได้เกือบหมด (และนี่คือจุดเริ่มต้นของคำจำกัดความว่า ออกซิเดชัน) มีเพียงแก๊สมีสกุลเท่านั้นที่หนีรอดจากปฏิกิริยาออกซิเดชันไปได้ และออกไซด์ที่มีชื่อเสียงที่สุดก็คือ ไดไฮโดรเจนโมโนออกไซด์ หรือ น้ำ (H₂O)

สารประกอบออกซิเจนกับธาตุต่างๆ

• น้ำ (Water-H₂O)
• ไฮโดรเจนเพอร์ออกไซด์ (hydrogen peroxide-H₂O₂₎
• สนิม (iron oxide-Fe₂O₃)
• คาร์บอนไดออกไซด์ (carbon dioxide-CO₂),
• แอลกอฮอล์ (alcohol-R-OH),
• อัลดีไฮด์ (aldehyde-R-CHO),
• กรดคาร์บอกซิลิก (carboxylic acid-R-COOH).
• ซิลิเกต (SI₁O₁)
• คลอเรต (chlorate-ClO₃⁻),
• เปอร์คลอเรต (perchlorate-ClO₄⁻),
• โครเมต (chromate-CrO₄²⁻),
• ไดโครเมต (dichromate-Cr₂O₇²⁻),
• เปอร์แมงกาเนต (permanganate-MnO₄⁻), and
• ไนเตรต (nitrate-NO₃⁻) เป็นออกซิไดซิ่งเอเจนต์อย่างแรง
• โอโซน (Ozone-O₃) เกิดขึ้นโดยการปลดปล่อยไฟฟ้าสถิตที่อยู่ในโมเลกุลของออกซิเจน 2 โมเลกุลของออกซิเจน (O₂) ₂ ซึ่งพบในส่วนประกอบย่อยของออกซิเจนเหลว
• อีพอกไซด์ (Epoxide) เป็น อีเทอร์ ซึ่งออกซิเจนอะตอมเป็นส่วนหนึ่งของวงแหวน 3 อะตอม
• สารคอปเปอร์ซัลเฟต (CUSO₄)

การใช้

ทางการแพทย์

บทความหลัก: การรักษาด้วยออกซิเจน

ใช้ทางการแพทย์เมื่อผู้ป่วยมีออกซิเจนไม่เพียงพอต่อการดำรงชีวิตทำให้ต้องหยิบเครื่องช่วยหายใจมาช่วยผู้ป่วย

ดูเพิ่ม

• การทดสอบของวิงเคลอร์เพื่อหาออกซิเจนที่ละลายในน้ำ เป็นคำแนะนำเกี่ยวกับวิธีการตรวจสอบปริมาณออกซิเจนที่ละลายในน้ำจืด
• การเผาไหม้
• ออกซิเดชัน
• ความหายนะของออกซิเจนในทางธรณีวิทยา
• พืชออกซิเจน
• เครื่องตรวจจับออกซิเจน
• สารประกอบออกซิเจน
• เนบิวเลียม
• การสูญเสียออกซิเจนในระบบนิเวศของน้ำ
• ชั้นโอโซน

อ้างอิง

เอกสารอ้างอิงทั่วไป

• Cook, Gerhard A.; Lauer, Carol M. (1968). "Oxygen". ใน Clifford A. Hampel (บ.ก.). The Encyclopedia of the Chemical Elements. New York: Reinhold Book Corporation. pp. 499–512. LCCN 68-29938.
• Emsley, John (2001). "Oxygen". Nature's Building Blocks: An A–Z Guide to the Elements. Oxford, England: Oxford University Press. pp. 297–304. ISBN 978-0-19-850340-8.
• Raven, Peter H.; Evert, Ray F.; Eichhorn, Susan E. (2005). Biology of Plants (7th ed.). New York: W. H. Freeman and Company Publishers. pp. 115–27. ISBN 978-0-7167-1007-3.

แหล่งข้อมูลอื่น

• Oxygen at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)
• Oxidizing Agents > Oxygen
• Oxygen (O₂) Properties, Uses, Applications
• Roald Hoffmann article on "The Story of O" เก็บถาวร มิถุนายน 7, 2017 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน
• WebElements.com – Oxygen
• Oxygen on In Our Time at the BBC. (listen now)
• Scripps Institute: Atmospheric Oxygen has been dropping for 20 years