Suurstof

Vroeë eksperimente

Een van die eerste bekende eksperimente oor die verband tussen verbranding en lug is uitgevoer deur die 2de eeu v.G.J. Griekse skrywer oor meganika, Philo van Bisantium . In sy werk Pneumatica merk Philo op dat die omkeer van 'n vaatjie oor 'n brandende kers en die omhulsel van die vaartuig met water daartoe gelei het dat water in die nek opgekom het. ^[5] Philo het verkeerdelik vermoed dat dele van die lug in die vaartuig omgeskakel is in die klassieke element vuur en sodoende deur porieë in die glas kon ontsnap. Baie eeue later het Leonardo da Vinci op die werk van Philo voortgebou deur op te let dat 'n deel lug tydens verbranding en asemhaling verbruik word . ^[6]

In die laat 17de eeu het Robert Boyle bewys dat lug nodig is vir verbranding. Die Engelse chemikus John Mayow (1641–1679) verfyn hierdie werk deur aan te toon dat vuur slegs 'n deel van die lug benodig wat hy spiritus nitroaereus genoem het . ^[7] In een eksperiment het hy gevind dat die plasing van 'n muis of 'n brandende kers in 'n geslote houer oor water die water laat styg het en een veertiende van die lug se volume vervang het voordat die proefpersone geblus is. ^[8] Hieruit het hy geglo dat nitroaereus sowel as asemhaling as verbranding verbruik word.

Mayow het opgemerk dat antimoon in gewig toegeneem het toe dit verhit is, en het afgelei dat die nitroaereus daarmee moes gekombineer het. ^[7] Hy het ook gedink dat die longe nitroereus van lug skei en dit in die bloed deurlaat en dat dierhitte en spierbeweging die gevolg is van die reaksie van nitrooreus met sekere stowwe in die liggaam. ^[7] Verslae van hierdie en ander eksperimente en idees is in 1668 in sy werk Tractatus duo in die traktaat "De respiratione" gepubliseer. ^[8]

Phlogiston teorie

Robert Hooke , Ole Borch , Mikhail Lomonosov en Pierre Bayen het almal in die 17de en 18de eeu suurstof geproduseer, maar nie een van hulle het dit as 'n chemiese element erken nie . ^[9] Dit kan deels te wyte wees aan die voorkoms van die filosofie van verbranding en korrosie wat die phlogiston-teorie genoem word , wat dan die gunstige verklaring van daardie prosesse was. ^[10]

Gestig in 1667 deur die Duitse alchemis JJ Becher , en teen 1731 deur die chemikus Georg Ernst Stahl aangepas , ^{[11] het die} logistieke teorie gesê dat alle brandbare materiale uit twee dele gemaak is. Een deel, genaamd phlogiston, is afgegee toe die stof wat dit bevat verbrand word, terwyl die gedeflogistiseerde deel as die ware vorm, of kalks, beskou word . ^[6]

Daar word gedink dat hoogs brandbare materiale wat min oorbly , soos hout of steenkool, meestal uit phlogiston bestaan; onbrandbare stowwe wat korrodeer, soos yster, bevat baie min. Lug het nie 'n rol in die logistieke teorie gespeel nie, en daar is ook nie kwantitatiewe aanvanklike eksperimente gedoen om die idee te toets nie; in plaas daarvan was dit gebaseer op waarnemings van wat gebeur as iets brand, dat die meeste algemene voorwerpe lyk asof dit ligter word en in die proses iets verloor. ^[6]

Ontdekking

Joseph Priestley kry gewoonlik voorkeur in die ontdekking.

Die Poolse alkemis , filosoof en geneesheer Michael Sendivogius (Michał Sędziwój) het in sy werk De Lapide Philosophorum Tractatus duodecim e naturae fonte et manuali experientia depromti (1604) 'n stof in lug beskryf en daarna verwys as 'cibus vitae' (voedsel van die lewe) , ^[12] ) en volgens die Poolse historikus Roman Bugaj is hierdie stof identies met suurstof. ^[13] Sendivogius het tydens sy eksperimente tussen 1598 en 1604 behoorlik erken dat die stof gelykstaande is aan die gasvormige neweproduk wat vrygestel word deur die termiese ontbinding van kaliumnitraat . Volgens Bugaj is die isolasie van suurstof en die regte assosiasie van die stof met die deel van die lug wat lewenslank benodig word, voldoende bewyse vir die ontdekking van suurstof deur Sendivogius. ^[13] Hierdie ontdekking van Sendivogius word egter gereeld ontken deur die generasies wetenskaplikes en chemici wat hom opgevolg het. ^[12]

Daar word ook algemeen beweer dat suurstof die eerste keer deur die Sweedse apteker Carl Wilhelm Scheele ontdek is . Hy het suurstofgas vervaardig deur kwikoksied (HgO) en verskillende nitrate in 1771–72 te verhit. ^{[14] [15] [6]} Scheele het die gas 'vuurlug' genoem omdat dit toe die enigste bekende agent was wat verbranding ondersteun. Hy het 'n verslag van hierdie ontdekking in 'n manuskrip getiteld Treatise on Air and Fire , wat hy in 1775 aan sy uitgewer gestuur het. Die dokument is in 1777 gepubliseer. ^[16]

Intussen het 'n eksperiment wat deur die Britse predikant Joseph Priestley gedoen is, op 1 Augustus 1774 sonlig toegespits op kwikoksied wat in 'n glasbuis vervat is, wat 'n gas bevry wat hy 'ontluisterde lug' genoem het. ^[15] Hy het opgemerk dat kerse helderder in die gas gebrand het en dat 'n muis meer aktief was en langer geleef het terwyl hy dit asemhaal . Nadat Priestley self die gas ingeasem het, het hy geskryf: "Die gevoel daarvan in my longe was nie sinvol anders as dié van gewone lug nie , maar ek het gedink dat my bors 'n geruime tyd daarna eienaardig lig en maklik sou voel." ^[9] Priestley publiseer sy bevindinge in 1775 in 'n artikel met die titel 'An Account of Further Discoveries in Air', wat opgeneem is in die tweede bundel van sy boek getiteld Experiments and Observations on Different Sinds of Air . ^{[6] [17]} Omdat hy sy bevindings eers gepubliseer het, word Priestley gewoonlik voorkeur gegee in die ontdekking.

Die Franse chemikus Antoine Laurent Lavoisier beweer dat hy die nuwe stof onafhanklik ontdek het. Priestley het Lavoisier in Oktober 1774 besoek en hom vertel van sy eksperiment en hoe hy die nuwe gas bevry het. Scheele het ook op 30 September 1774 'n brief aan Lavoisier gestuur wat sy ontdekking van die voorheen onbekende stof beskryf, maar Lavoisier het nooit erken dat hy dit ontvang het nie. ('N Afskrif van die brief is in Scheele se besittings na sy dood gevind.) ^[16]

Lavoisier se bydrae

Antoine Lavoisier het die phlogiston-teorie in diskrediet gebring.

Lavoisier het die eerste voldoende kwantitatiewe eksperimente oor oksidasie gedoen en die eerste korrekte uiteensetting gegee van hoe verbranding werk. ^[15] Hy gebruik hierdie en soortgelyke eksperimente, wat almal in 1774 begin is, om die phlogiston-teorie in diskrediet te bring en om te bewys dat die stof wat deur Priestley en Scheele ontdek is, 'n chemiese element is .

In een eksperiment het Lavoisier opgemerk dat daar geen algehele toename in gewig was wanneer tin en lug in 'n geslote houer verhit word nie. ^[15] Hy het opgemerk dat lug ingestroom het toe hy die houer oopgemaak het, wat daarop dui dat 'n deel van die vasgekeerde lug verbruik is. Hy het ook opgemerk dat die blik in gewig toegeneem het en dat die toename dieselfde was as die gewig van die lug wat teruggestorm het. Hierdie en ander eksperimente oor verbranding is gedokumenteer in sy boek Sur la combustion en général , wat in 1777 gepubliseer is. ^[15] In die werk het hy bewys dat lug 'n mengsel van twee gasse is; 'vitale lug', wat noodsaaklik is vir verbranding en asemhaling, en azote (Gk. ἄζωτον "leweloos"), wat ook nie ondersteun het nie. Azote het later stikstof in Engels geword, hoewel dit die vroeëre naam in Frans en verskeie ander Europese tale behou het. ^[15]

Lavoisier herdoop in 1777 'vital air' na oxygène van die Griekse wortels ὀξύς (oxys) ( suur , letterlik "skerp", van die smaak van sure) en -γενής (-genēs) (produsent, letterlik kweek), omdat hy verkeerdelik geglo het dat suurstof 'n bestanddeel van alle sure was. ^[18] Chemici (soos Sir Humphry Davy in 1812) het uiteindelik vasgestel dat Lavoisier verkeerd was in hierdie verband (waterstof vorm die basis vir suurchemie), maar toe was die naam te goed gevestig. ^[19]

Suurstof het die Engelse taal betree ondanks teenstand deur Engelse wetenskaplikes en die feit dat die Engelsman Priestley eers die gas geïsoleer het en daaroor geskryf het. Dit is deels te danke aan 'n gedig wat die gas met die titel "Oxygen" in die gewilde boek The Botanic Garden (1791) van Erasmus Darwin , oupa van Charles Darwin, prys . ^[16]

Latere geskiedenis

Robert H. Goddard en 'n vloeibare suurstof-petrol vuurpyl

John Dalton se oorspronklike atoomhipotese het veronderstel dat alle elemente monatomies was en dat die atome in verbindings normaalweg die eenvoudigste atoomverhoudings ten opsigte van mekaar sou hê. Dalton het byvoorbeeld aangeneem dat water se formule HO was, wat gelei het tot die gevolgtrekking dat die atoommassa van suurstof 8 keer die van waterstof was, in plaas van die moderne waarde van ongeveer 16. ^[20] In 1805 het Joseph Louis Gay-Lussac en Alexander von Humboldt het getoon dat water gevorm word uit twee volumes waterstof en een volume suurstof; en teen 1811 het Amedeo Avogadro tot die korrekte interpretasie van die watersamestelling gekom, gebaseer op wat nou die wet van Avogadro genoem word en die diatomiese elementêre molekules in daardie gasse. ^{[21] [a]}

Teen die laat 19de eeu het wetenskaplikes besef dat lug vloeibaar kon word en die komponente daarvan geïsoleer kon word deur dit saam te pers en af ​​te koel. Met behulp van 'n kaskademetode het die Switserse chemikus en fisikus Raoul Pierre Pictet vloeibare swaeldioksied ingedamp om koolstofdioksied vloeibaar te maak, wat weer verdamp is om suurstofgas genoeg af te koel om dit te vloeibaar te maak. Hy stuur op 22 Desember 1877 'n telegram na die Franse Akademie vir Wetenskap in Parys waarin hy sy ontdekking van vloeibare suurstof aankondig . ^[22] Slegs twee dae later het die Franse fisikus Louis Paul Cailletet sy eie metode aangekondig om molekulêre suurstof te vloeibaar te maak. ^[22] Slegs enkele druppels vloeistof is in elk geval geproduseer en geen sinvolle ontleding kon gedoen word nie. Suurstof is op 29 Maart 1883 vir die eerste keer in 'n stabiele toestand vervloei deur Poolse wetenskaplikes van die Jagiellonian Universiteit , Zygmunt Wróblewski en Karol Olszewski . ^[23]

'N Eksperimentopstelling vir die bereiding van suurstof in akademiese laboratoriums

In 1891 kon die Skotse chemikus James Dewar genoeg vloeibare suurstof produseer vir studie. ^[24] Die eerste kommersieel lewensvatbare proses vir die vervaardiging van vloeibare suurstof is in 1895 onafhanklik ontwikkel deur die Duitse ingenieur Carl von Linde en die Britse ingenieur William Hampson. Albei mans het die temperatuur van die lug verlaag totdat dit vloeibaar geword het en dan die komponentgasse gedistilleer deur dit een vir een af ​​te kook en afsonderlik vas te vang. ^[25] Later, in 1901, oksi-asetileen sweiswerk is gedemonstreer vir die eerste keer deur 'n mengsel van asetileen en saamgeperste O
₂. Hierdie metode om metaal te sweis en te sny, het later algemeen geword. ^[25]

In 1923 word die Amerikaanse wetenskaplike Robert H. Goddard die eerste persoon wat 'n vuurpylmotor ontwikkel wat vloeibare brandstof verbrand; die enjin het petrol gebruik vir brandstof en vloeibare suurstof as die oksideermiddel . Goddard het op 16 Maart 1926 in Auburn, Massachusetts , VS suksesvol 'n klein raket met 'n vloeistofaangedrewe 56 m teen 97 km / h gevlieg . ^{[25] [26]}

In akademiese laboratoriums kan suurstof berei word deur kaliumchloraat gemeng met 'n klein hoeveelheid mangaandioksied te verhit. ^[27]

Suurstofvlakke in die atmosfeer neig wêreldwyd effens afwaarts, moontlik as gevolg van verbranding van fossielbrandstof. ^[28]

Eienskappe en molekulêre struktuur

Orbitale diagram, na Barrett (2002), ^[29] wat die deelnemende atoomorbitale van elke suurstofatoom toon, die molekulêre orbitale wat voortspruit uit hul oorvleueling, en die aufbau- vulling van die orbitale met die 12 elektrone, 6 van elke O-atoom, begin van die laagste energie-orbitale, en wat lei tot kovalente dubbelbindingkarakter van gevulde orbitale (en die kansellasie van die bydraes van die pare σ en σ ^* en π en π ^* orbitale pare).

By standaardtemperatuur en -druk is suurstof 'n kleurlose, reuklose en smaaklose gas met die molekulêre formule O
₂, wat dioxygen genoem word. ^[30]

As dioxygen is twee suurstofatome chemies aan mekaar gebind . Die binding kan op verskillende teorieë beskryf word, maar word redelik en eenvoudig beskryf as 'n kovalente dubbelbinding wat die gevolg is van die vulling van molekulêre orbitale gevorm uit die atoomorbitale van die individuele suurstofatome, waarvan die vulling 'n binding tot gevolg het orde van twee. Meer spesifiek, die dubbele binding is die resultaat van opeenvolgende, lae-tot-hoë-energie of Aufbau , vulling van orbitale, en die gevolglike kansellasie van bydraes van die 2s-elektrone, na opeenvolgende vulling van die lae σ- en σ ^* -orbitale; σ oorvleueling van die twee atoom 2p orbitale wat langs die OO molekulêre as lê en π oorvleueling van twee pare atoom 2p orbitale loodreg op die OO molekulêre as, en dan kansellasie van bydraes van die oorblywende twee van die ses 2p elektrone na hul gedeeltelike vulling van die laagste π en π ^* orbitale. ^[29]

Hierdie kombinasie van kansellasies en σ- en π- oorvleueling lei tot dioxygen se dubbelbindingkarakter en reaktiwiteit en 'n drieling elektroniese grondtoestand . 'N Elektronekonfigurasie met twee ongepaarde elektrone, soos aangetref in dioxygen-orbitale (sien die gevulde π * -orbitale in die diagram) wat ewe veel energie het - dws degenereer - is 'n konfigurasie wat 'n spin-drielingtoestand genoem word. Vandaar dat die grondtoestand van die O
₂molekule word drieling suurstof genoem . ^{[31] [b]} Orbitale met die hoogste energie, gedeeltelik gevul, is antibondend , en dus verswak die vulling daarvan die bindingsvolgorde van drie na twee. Vanweë sy ongepaarde elektrone reageer drieling suurstof net stadig met die meeste organiese molekules, wat elektronespinings gekoppel het; dit voorkom spontane verbranding. ^[3]

Vloeibare suurstof, tydelik opgeskort in 'n magneet as gevolg van die paramagnetisme

In die drielingvorm, O
₂molekules is paramagneties . Dit wil sê, hulle dra magnetiese karakter om suurstof wanneer dit in die teenwoordigheid van 'n magneetveld, as gevolg van die spin magnetiese oomblikke van die ongepaarde elektrone in die molekule, en die negatiewe ruil energie tussen naburige O
₂molekules. ^[24] Vloeibare suurstof is so magneties dat 'n brug van vloeibare suurstof tydens laboratoriumdemonstrasies teen sy eie gewig tussen die pole van 'n kragtige magneet ondersteun kan word. ^{[32] [c]}

Singlet suurstof is 'n naam wat gegee word aan 'n aantal hoër-energie spesies van molekulêre O
₂waarin al die elektronspin gekoppel is. Dit is baie reaktiewer met gewone organiese molekules as wat normale (drieling) molekulêre suurstof is. In die natuur word enkel suurstof tydens fotosintese uit water gevorm deur die energie van sonlig te gebruik. ^[33] Dit word ook in die troposfeer geproduseer deur die fotolise van osoon deur lig met 'n kort golflengte ^[34] en deur die immuunstelsel as 'n bron van aktiewe suurstof. ^[35] Karotenoïede in fotosintetiese organismes (en moontlik diere) speel 'n belangrike rol in die opname van energie uit enkelzuurstof en omskakel dit na die onopgewekte grondtoestand voordat dit weefsels kan beskadig. ^[36]

Allotropes

Ruimtevullende modelvoorstelling van dioxygen (O ₂ ) molekule

Die algemene allotroop van basiese suurstof op aarde genoem dioxygen , O
₂, die grootste deel van die Aarde se atmosferiese suurstof (sien Voorkoms ). O ₂ het 'n bindingslengte van 121  pm en 'n bindingsenergie van 498  kJ / mol , ^[37] wat kleiner is as die energie van ander dubbelbindings of pare enkele bindings in die biosfeer en verantwoordelik is vir die eksotermiese reaksie van O ₂ met enige organiese molekule. ^{[3] [38]} Vanweë sy energie-inhoud word O ₂ deur sellulêre asemhaling deur komplekse lewensvorme, soos diere, gebruik . Ander aspekte van O
₂ word in die res van hierdie artikel behandel.

Trioxygen ( O
₃) staan ​​gewoonlik bekend as osoon en is 'n baie reaktiewe suurstof wat skadelik is vir longweefsel. ^[39] Osoon word in die boonste atmosfeer geproduseer wanneer O
₂kombineer met atoom suurstof gemaak deur die splitsing van O
₂deur ultraviolet (UV) bestraling. ^[18] Aangesien osoon sterk absorbeer in die UV-streek van die spektrum , funksioneer die osoonlaag van die boonste atmosfeer as 'n beskermende stralingsskerm vir die planeet. ^[18] Naby die aardoppervlak is dit 'n besoedeling wat gevorm word as 'n neweproduk van motoruitlaatgasse . ^[39] Op lae hoogtes rondom die aarde is voldoende atoom suurstof teenwoordig om korrosie van ruimtetuie te veroorsaak . ^[40]

Die metastabiele molekule tetraoksigen ( O
₄) is in 2001 ontdek, ^{[41] [42]} en is aanvaar dat dit in een van die ses fases van vaste suurstof bestaan . In 2006 is bewys dat hierdie fase, wat geskep is deur druk op O te plaas
₂tot 20  GPa , is in werklikheid 'n rombohedrale O
₈ kluster . ^[43] Hierdie groep het die potensiaal om 'n baie kragtiger oksideermiddel as O te wees
₂of O
₃en kan dus in vuurpylbrandstof gebruik word . ^{[41] [42] '} n Metaalfase is in 1990 ontdek toe vaste suurstof onder 'n druk van meer as 96 GPa is ^[44] en daar is in 1998 getoon dat hierdie fase supergeleidend is by baie lae temperature . ^[45]

Fisiese eienskappe

Suurstofafvoer (spektrum) buis

Suurstof los makliker op in water as stikstof, en in varswater makliker as seewater. Water in ewewig met lug bevat ongeveer 1 molekule opgeloste O
₂vir elke 2 molekules N
₂(1: 2), vergeleke met 'n atmosferiese verhouding van ongeveer 1: 4. Die oplosbaarheid van suurstof in water is temperatuurafhanklik en ongeveer twee keer soveel (14,6 mg · L ^-1 ) los op by 0 ° C as by 20 ° C (7,6 mg · L ⁻¹ ). ^{[9] [46]} By 25 ° C en 1 standaard atmosfeer (101,3  kPa ) lug bevat varswater ongeveer 6,04  milliliter  (ml) suurstof per liter , en seewater bevat ongeveer 4,95 ml per liter. ^[47] By 5 ° C neem die oplosbaarheid toe tot 9,0 ml (50% meer as by 25 ° C) per liter water en 7,2 ml (45% meer) per liter seewater.

Suurstof kondenseer by 90,20  K (-182,95 ° C, -297,31 ° F) en vries by 54,36 K (-218,79 ° C, -361,82 ° F). ^[48] Beide vloeibare en vaste stof O
₂is helder stowwe met 'n ligte hemelsblou kleur wat veroorsaak word deur die opname in die rooi (in teenstelling met die blou kleur van die lug, wat te wyte is aan die verspreiding van blou lig deur Rayleigh ). Vloeistof met hoë suiwerheid O
₂word gewoonlik verkry deur die fraksionele distillasie van vloeibare lug. ^[49] Vloeibare suurstof kan ook uit die lug gekondenseer word deur vloeibare stikstof as koelmiddel te gebruik. ^[50]

Vloeibare suurstof is 'n baie reaktiewe stof en moet van brandbare materiale geskei word. ^[50]

Die spektroskopie van molekulêre suurstof word geassosieer met die atmosferiese prosesse van aurora en luggloed . ^[51] Die absorpsie in die Herzberg-kontinuum en Schumann-Runge-bande in die ultraviolet produseer atoomsuurstof wat belangrik is in die chemie van die middelste atmosfeer. ^[52] Molekulêre suurstof in opgewekte toestand is verantwoordelik vir rooi chemiluminesensie in oplossing. ^[53]

Isotope en sterre oorsprong

Laat in 'n massiewe ster se lewe konsentreer ¹⁶ O in die O-dop, ¹⁷ O in die H-dop en ¹⁸ O in die He-dop.

Natuurlik voorkomende suurstof bestaan ​​uit drie stabiele isotope , 16 O , 17 O en 18 O , met ¹⁶ O die meeste (99,762% natuurlike oorvloed ). ^[54]

Die meeste ¹⁶ O word aan die einde van die heliumfusieproses in massiewe sterre gesintetiseer, maar sommige word in die neonverbrandingsproses gemaak . ^{[55] 17} O word hoofsaaklik gemaak deur die verbranding van waterstof in helium tydens die CNO-siklus , wat dit 'n algemene isotoop in die waterstofverbrandingsones van sterre maak. ^[55] Die meeste ¹⁸ O word geproduseer wanneer 14 N (oorvloedig gemaak deur CNO-verbranding) 'n 4 He- kern vang , wat ¹⁸ O algemeen in die heliumryke sones van ontwikkelde, massiewe sterre maak . ^[55]

Veertien radio-isotope is gekenmerk. Die stabielste is ¹⁵ O met 'n halfleeftyd van 122,24 sekondes en ¹⁴ O met 'n halfleeftyd van 70,606 sekondes. ^[54] Al die oorblywende radioaktiewe isotope het 'n halfleeftyd van minder as 27 s, en die meeste hiervan het 'n halfleeftyd van minder as 83 millisekondes. ^[54] Die algemeenste vervalmodus van die isotope wat ligter is as ¹⁶ O is β + verval ^{[56] [57] [58]} om stikstof op te lewer, en die algemeenste modus vir die isotope wat swaarder is as ¹⁸ O is beta-verval om fluoor op te lewer. . ^[54]

Voorkoms

Suurstof is die grootste chemiese element in massa in die aarde se biosfeer , lug, see en land. Suurstof is die derde grootste chemiese element in die heelal, naas waterstof en helium. ^[60] Ongeveer 0,9% van die son se massa is suurstof. ^[15] Suurstof vorm 49,2% van die aardkors volgens massa ^[61] as deel van oksiedverbindings soos silikondioksied en is die grootste massa-element in die aardkors . Dit is ook die belangrikste komponent van die wêreld se oseane (88,8% volgens massa). ^[15] Suurstofgas is die tweede mees algemene komponent van die Aarde se atmosfeer , met 20,8% van sy volume en 23,1% van sy massa (ongeveer 10 ¹⁵ ton). ^{[15] [62] [d]} Aarde is ongewoon onder die planete van die Sonnestelsel dat dit so 'n hoë konsentrasie suurstofgas in sy atmosfeer het: Mars (met 0,1% O
₂per volume) en Venus het baie minder. Die O
₂ omring van daardie planete word slegs vervaardig deur die werking van ultravioletstraling op suurstofbevattende molekules soos koolstofdioksied.

Koue water bevat meer opgeloste O
₂.

Die buitengewone hoë konsentrasie suurstofgas op aarde is die gevolg van die suurstofsiklus . Hierdie biogeochemiese siklus beskryf die beweging van suurstof binne en tussen die drie belangrikste reservoirs op aarde: die atmosfeer, die biosfeer en die litosfeer . Die belangrikste dryfkrag van die suurstofsiklus is fotosintese , wat verantwoordelik is vir die moderne aarde se atmosfeer. Fotosintese stel suurstof in die atmosfeer vry, terwyl asemhaling , verval en verbranding dit uit die atmosfeer verwyder. In die huidige ewewig vind produksie en verbruik in dieselfde tempo plaas. ^[63]

Gratis suurstof kom ook in oplossing in die wêreld se waterliggame voor. Die verhoogde oplosbaarheid van O
₂by laer temperature (sien Fisiese eienskappe ) het belangrike implikasies vir die oseaanlewe, aangesien pool oseane 'n baie hoër lewensdigtheid ondersteun as gevolg van hul hoër suurstofinhoud. ^[64] Water wat besoedel word met plantvoedingstowwe soos nitrate of fosfate, kan die groei van alge stimuleer deur 'n proses genaamd eutrofikasie, en die verval van hierdie organismes en ander biomateriaal kan die O verminder .
₂inhoud in eutrofiese waterliggame. Wetenskaplikes beoordeel hierdie aspek van die waterkwaliteit deur die water se biochemiese suurstofbehoefte , of die hoeveelheid O, te meet
₂nodig om dit in 'n normale konsentrasie te herstel. ^[65]

Analise

500 miljoen jaar van klimaatsverandering teenoor ¹⁸ O

Paleoklimatoloë meet die verhouding van suurstof-18 en suurstof-16 in die skulpe en geraamtes van mariene organismes om miljoene jare gelede die klimaat te bepaal (sien siklus-isotoopverhoudingsiklus ). Seewatermolekules wat die ligter isotoop , suurstof-16, bevat, verdamp effens vinniger as watermolekules wat die 12% swaarder suurstof-18 bevat, en hierdie verskil neem toe by laer temperature. ^[66] Gedurende periodes van laer globale temperature, is sneeu en reën vanaf die verdampte water geneig om hoër te wees in suurstof-16, en die seewater wat agterbly, is geneig om hoër te wees in suurstof-18. Mariene organismes neem dan meer suurstof-18 in hul geraamtes en skulpe in as in 'n warmer klimaat. ^[66] Paleoclimatologists ook direk hierdie verhouding in die watermolekules van meet ys kern monsters so oud soos honderde duisende jare.

Planetêre geoloë het die relatiewe hoeveelhede suurstofisotope in monsters van die Aarde , die Maan , Mars en meteoriete gemeet , maar kon lankal nie verwysingswaardes vir die isotoopverhoudings in die son verkry nie , vermoedelik dieselfde as dié van die oer son newel . Analise van 'n silikon wafer blootgestel aan die sonwind in ruimte en teruggekeer met die neergestort Genesis ruimtetuig het getoon dat die Son het 'n hoër proporsie van suurstof-16 as wel die Aarde. Die meting impliseer dat 'n onbekende proses suurstof-16 van die son se skyf van protoplanetêre materiaal uitgeput het voor die samesmelting van stofkorrels wat die aarde gevorm het. ^[67]

Suurstof bied twee spektrofotometriese absorpsiebande met 'n hoogtepunt van die golflengtes 687 en 760  nm . Sommige wetenskaplikes vir afstandwaarneming het voorgestel dat die meting van die uitstraling van plantegroei in die bande gebruik word om die plantgesondheidstatus vanaf 'n satellietplatform te kenmerk . ^[68] Hierdie benadering benut die feit dat dit in daardie bande moontlik is om die weerkaatsing van die plantegroei te onderskei van die fluoressensie , wat baie swakker is. Die meting is tegnies moeilik as gevolg van die lae sein-ruis-verhouding en die fisiese struktuur van plantegroei; maar dit is voorgestel as 'n moontlike metode om die koolstofsiklus vanaf satelliete op globale skaal te monitor .

Fotosintese en asemhaling

Fotosintese verdeel water om O te bevry
₂en maak CO reg
₂in suiker in wat 'n Calvyn-siklus genoem word .

In die natuur word vrye suurstof geproduseer deur die liggedrewe splitsing van water tydens suurstofagtige fotosintese . Volgens sommige beramings lewer groen alge en sianobakterieë in mariene omgewings ongeveer 70% van die vrye suurstof wat op Aarde geproduseer word, en die res word geproduseer deur aardse plante. ^[69] Ander ramings van die oseaniese bydrae tot atmosferiese suurstof is hoër, terwyl sommige ramings laer is, wat daarop dui dat oseane jaarliks ​​~ 45% van die aarde se atmosferiese suurstof produseer. ^[70]

'N Vereenvoudigde algehele formule vir fotosintese is: ^[71]

6 CO
2+ 6 H
₂O + fotone → C
₆H
₁₂O
₆+ 6 O
₂

of eenvoudig

koolstofdioksied + water + sonlig → glukose + dioxygen

Photolytic suurstof evolusie plaasvind in die tilakoïed membrane van fotosintetiese organismes en vereis dat die energie van vier fotone . ^[e] Daar is baie stappe betrokke, maar die resultaat is die vorming van 'n protongradiënt oor die tylakoïedmembraan, wat gebruik word om adenosientrifosfaat (ATP) te sintetiseer via fotofosforylering . ^[72] Die O
₂oorblywende (na produksie van die watermolekule) word in die atmosfeer vrygestel. ^[f]

Die chemiese energie van suurstof word in mitochondria vrygestel om ATP tydens oksidatiewe fosforilering op te wek . ^[4] Die reaksie vir aërobiese asemhaling is in wese die omgekeerde van fotosintese en word vereenvoudig as:

C
₆H
₁₂O
₆+ 6 O
₂→ 6 CO
2+ 6 H
₂O + 2880 kJ / mol

By gewerwelde diere , O
₂ versprei deur membrane in die longe en in rooibloedselle . Hemoglobien bind O
₂, verander die kleur van blourooi na helderrooi ^[39] ( CO
₂word vrygestel van 'n ander deel van hemoglobien deur die Bohr-effek ). Ander diere gebruik hemosianien ( weekdiere en sommige geleedpotiges ) of hemeritrien ( spinnekoppe en krewe ). ^[62] 'n liter bloed kan 200 cm ontbind ³ van O
₂. ^[62]

Totdat die ontdekking van anaërobiese Metazoa , ^[73] suurstof is vermoedelik 'n vereiste vir alle komplekse lewe wees. ^[74]

Reaktiewe suurstofspesies , soos superoksiedioon ( O^-
₂) en waterstofperoksied ( H
₂O
₂), is reaktiewe neweprodukte wat suurstof in organismes gebruik. ^[62] Dele van die immuunstelsel van hoër organismes skep peroksied, superoksied en enkelsuurstof om indringende mikrobes te vernietig. Reaktiewe suurstofspesies speel ook 'n belangrike rol in die hipersensitiewe reaksie van plante teen patogeenaanval. ^[72] Suurstof is skadelik vir verpligte anaërobiese organismes , wat die dominante vorm van vroeë lewe op aarde was tot O
₂het ongeveer 2,5 miljard jaar gelede in die atmosfeer begin ophoop tydens die Great Oxygenation Event , ongeveer 'n miljard jaar na die eerste verskyning van hierdie organismes. ^{[75] [76]}

'N Volwasse mens wat in rus is, inasem 1,8 tot 2,4 gram suurstof per minuut. ^[77] Dit beloop meer as 6 miljard ton suurstof wat per jaar deur die mensdom ingeasem word. ^[g]

Lewende organismes

Die vrye suurstof gedeeltelike druk in die liggaam van 'n lewende gewerwelde organisme is die hoogste in die asemhalingstelsel , en neem af onderskeidelik langs enige arteriële stelsel , perifere weefsel en veneuse stelsel . Deeldruk is die druk wat suurstof sou hê as dit alleen die volume inneem. ^[81]

Opbou in die atmosfeer

O
₂opbou in die Aarde se atmosfeer: 1) nee O
₂geproduseer; 2) O
₂geproduseer, maar opgeneem in oseane en seebodensrots; 3) O
₂begin uit die oseane vergas, maar word opgeneem deur landoppervlaktes en die vorming van osoonlaag; 4–5) O
₂ wasbakke gevul en die gas hoop op

Gratis suurstofgas was byna onbestaanbaar in die Aarde se atmosfeer voordat fotosintetiese argeë en bakterieë ontwikkel het, waarskynlik ongeveer 3,5 miljard jaar gelede. Gratis suurstof het die eerste keer in aansienlike hoeveelhede verskyn tydens die Paleoproterozoïese eon (tussen 3,0 en 2,3 miljard jaar gelede). ^[82] Selfs al was daar baie opgeloste yster in die oseane toe suurstof-fotosintese meer algemeen geword het, blyk dit dat die gebande ysterformasies geskep is deur anoksiese of mikro-aërofiele ysteroksiderende bakterieë wat die dieper gebiede van die fotiese sone oorheers het , terwyl suurstofproduserende sianobakterieë het die vlak bedek. ^[83] Free suurstof begin outgas van die oseane 3-2700000000 jaar gelede, die bereiking van 10% van sy huidige vlak rondom 1,7 miljard jaar gelede. ^{[82] [84]}

Die teenwoordigheid van groot hoeveelhede opgeloste en vrye suurstof in die oseane en atmosfeer kan die meeste van die bestaande verdryf anaërobiese organismes te uitwissing tydens die Groot Oxygenatie Event ( suurstof katastrofe ) oor 2400000000 jaar gelede. Sellulêre asemhaling met behulp van O
₂stel aërobiese organismes in staat om baie meer ATP te produseer as anaërobiese organismes. ^[85] Sellulêre asemhaling van O
₂kom in alle eukariote voor , insluitend alle komplekse meersellige organismes soos plante en diere.

Sedert die begin van die Kambriese periode 540 miljoen jaar gelede, het atmosferiese O
₂vlakke het tussen 15% en 30% per volume gewissel. ^[86] Teen die einde van die koolstofhoudende periode (ongeveer 300 miljoen jaar gelede) het atmosferiese O
₂vlakke bereik 'n maksimum van 35% per volume, ^[86] wat moontlik bygedra het tot die groot grootte van insekte en amfibieë. ^[87]

Variasies in atmosferiese suurstofkonsentrasie het die klimaat in die verlede gevorm. Toe die suurstof afgeneem het, het die atmosferiese digtheid gedaal, wat weer die verdamping van die oppervlak laat toeneem het, wat neerslae en warmer temperature veroorsaak. ^[88]

Teen die huidige tempo van fotosintese sal dit ongeveer 2000 jaar neem om die hele O te regenereer
₂in die huidige atmosfeer. ^[89]

Buite-aardse vrye suurstof

Op die gebied van astrobiologie en op soek na buiteaardse lewe is suurstof 'n sterk biosignatuur . Dit is gesê dat dit miskien nie 'n definitiewe biosignatuur is nie, en moontlik abioties geproduseer word op hemelliggame met prosesse en toestande (soos 'n eiesoortige hidrosfeer ) wat vrye suurstof toelaat, ^{[90] [91] [92]} soos met Europa en Ganymedes se dun suurstofatmosfeer. . ^[93]

Hofmann elektrolise apparaat wat gebruik word vir die elektrolise van water.

Honderd miljoen ton O
₂word jaarliks ​​met twee primêre metodes uit lug gehaal vir industriële gebruike. ^[16] Die mees algemene metode is fraksionele distillasie van vloeibare lug, met N
₂ destilleer as 'n damp terwyl O
₂word as vloeistof agtergelaat. ^[16]

Die ander primêre metode om O te produseer
₂lei 'n stroom skoon, droë lug deur een bed van 'n paar identiese zeolitmolekulêre siwwe, wat die stikstof absorbeer en 'n gasstroom van 90% tot 93% O lewer
₂. ^[16] Gelyktydig word stikstofgas vrygestel van die ander stikstofversadigde zeolietbed, deur die kamer se werkdruk te verlaag en 'n deel van die suurstofgas daaruit in die omgekeerde stroomrigting af te lei. Na 'n vasgestelde siklustyd word die werking van die twee beddings omgeruil, wat 'n deurlopende toevoer van gasagtige suurstof deur 'n pypleiding kan pomp. Dit staan ​​bekend as drukswaai-adsorpsie . Suurstofgas word toenemend verkry deur hierdie nie- kriogeniese tegnologieë (sien ook die verwante vakuumswaai-adsorpsie ). ^[94]

Suurstofgas kan ook geproduseer word deur elektrolise van water in molekulêre suurstof en waterstof. GS-elektrisiteit moet gebruik word: as AC gebruik word, bestaan ​​die gasse in elke ledemaat uit waterstof en suurstof in die plofbare verhouding 2: 1. 'N Soortgelyke metode is die elektrokatalitiese O
₂evolusie van oksiede en oksure . Chemiese katalisators kan ook gebruik word, soos in chemiese suurstofopwekkers of suurstofkerse wat gebruik word as onderdeel van die lewensondersteunende toerusting op duikbote, en wat nog steeds deel uitmaak van standaardtoerusting op kommersiële vliegtuie in geval van drukvermindering. 'N Ander lugskeidingsmetode is om lug deur keramiekmembrane op grond van sirkoondioksied deur middel van hoë druk of 'n elektriese stroom op te los om byna suiwer O te produseer .
₂gas. ^[65]

Suurstof- en MAPP-gassilinders met saamgeperste gasse met reguleerders

Suurstof stoor metodes sluit in 'n hoë druk suurstof tenks , cryogenics en chemiese verbindings. Om besparingsredes word suurstof dikwels in groot hoeveelhede as vloeistof in spesiaal geïsoleerde tenkskepe vervoer, aangesien een liter vloeibare suurstof gelyk is aan 840 liter gasagtige suurstof by atmosferiese druk en 20 ° C (68 ° F). ^[16] Sulke tenkwaens word gebruik om houers vir vloeibare suurstof op te vul, wat buite hospitale en ander instansies staan ​​wat groot hoeveelhede suurstofgas benodig. Vloeibare suurstof word deur warmtewisselaars gelei , wat die kriogeniese vloeistof in gas omskakel voordat dit die gebou binnedring. Suurstof word ook gestoor en versend in kleiner silinders wat die saamgeperste gas bevat; 'n vorm wat nuttig is in sekere draagbare mediese toepassings en oxy-fuel sweis en sny . ^[16]

Medies

'N Suurstofkonsentrator in die huis van 'n emfiseem- pasiënt

Opname van O
₂uit die lug is die wesenlike doel van asemhaling , dus word suurstofaanvulling in die medisyne gebruik . Behandeling verhoog nie net die suurstofvlakke in die bloed van die pasiënt nie, maar het ook die sekondêre effek dat die weerstand teen bloedvloei in baie soorte siek longe verminder, wat die werkslading op die hart verlig. Suurstofterapie word gebruik vir emfiseem , longontsteking , sommige hartsiektes ( kongestiewe hartversaking ), sommige siektes wat verhoogde pulmonale arteriedruk veroorsaak , en enige siekte wat die liggaam se vermoë om gasagtige suurstof op te neem, benadeel. ^[95]

Behandelings is soepel dat dit in hospitale, die pasiënt se huis of toenemend deur draagbare toestelle gebruik kan word. Suurstentente is vroeër gereeld gebruik vir suurstofaanvulling, maar is sedertdien meestal vervang deur die gebruik van suurstofmaskers of neuskanale . ^[96]

Hiperbariese (hoëdruk) medisyne gebruik spesiale suurstofkamers om die gedeeltelike druk van O te verhoog
₂rondom die pasiënt en, indien nodig, die mediese personeel. ^[97] Koolstofmonoksiedvergiftiging , gasgangreen en dekompressie (die 'buigings') word soms met hierdie terapie aangespreek. ^[98] Verhoogde O
₂konsentrasie in die longe help om koolstofmonoksied uit die hemogroep hemoglobien te verplaas . ^{[99] [100]} Suurstofgas is giftig vir die anaërobiese bakterieë wat gasgangreen veroorsaak, dus verhoog die gedeeltelike druk daarvan om hulle dood te maak. ^{[101] [102]} Dekompressie-siekte kom voor by duikers wat na 'n duik te vinnig dekomprimeer, wat lei tot borrels van inerte gas, meestal stikstof en helium, wat in die bloed vorm. Verhoog die druk van O
₂help so gou as moontlik om die borrels weer in die bloed op te los sodat hierdie oortollige gasse natuurlik deur die longe uitgeasem kan word. ^{[95] [103] [104]} Normobariese suurstofadministrasie by die hoogste beskikbare konsentrasie word gereeld gebruik as noodhulp vir enige duikbesering wat inerte weefselvorming kan veroorsaak. Daar is epidemiologiese ondersteuning vir die gebruik daarvan uit 'n statistiese studie van gevalle wat in 'n langtermyn databasis aangeteken is. ^{[105] [106] [107]}

Lewensondersteuning en ontspanningsgebruik

Laedruk suiwer O
₂word in ruimtepakke gebruik .

'N Toepassing van O
₂as 'n lae-druk asemhalingsgas is dit in moderne ruimtepakke , wat die liggaam van hul insittende met die asemgas omring. Hierdie toestelle gebruik byna suiwer suurstof teen ongeveer een derde normale druk, wat 'n normale bloeddruk van O tot gevolg het
₂. Hierdie kompromie van hoër suurstofkonsentrasie vir laer druk is nodig om buigsaamheid te handhaaf. ^{[108] [109]}

Duikers en duikers en duikbote wat op die oppervlak voorsien word, maak ook staat op kunsmatig gelewer O
₂. Duikbote, duikbote en atmosferiese duikpakke werk gewoonlik onder normale atmosferiese druk. Asemhalingslug word deur chemiese onttrekking van koolstofdioksied geskrop en suurstof word vervang om 'n konstante deeldruk te handhaaf. Omgewingsdrukduikers asem lug- of gasmengsels in met 'n suurstoffraksie wat by die werkdiepte pas. Suiwer of amper suiwer O
₂gebruik in duike by druk hoër as atmosferies, is gewoonlik beperk tot herverskeuring , of dekompressie op relatief vlak dieptes (~ 6 meter diepte, of minder), ^{[110] [111]} of mediese behandeling in kompressiekamers by druk tot 2,8 bar, waar akute suurstoftoksisiteit kan bestuur word sonder die risiko van verdrinking. Dieper duik vereis aansienlike verdunning van O
₂met ander gasse, soos stikstof of helium, om suurstoftoksisiteit te voorkom . ^[110]

Mense wat berge klim of vlieg in 'n nie-druk vastevlerkvliegtuie soms aanvullende O
₂voorrade. ^[h] Kommersiële vliegtuie onder druk het 'n noodtoevoer van O
₂outomaties aan die passasiers voorsien in geval van 'n drukverlies in die kajuit. Skielike drukverlies in die kajuit aktiveer chemiese suurstofopwekkers bo elke sitplek, wat veroorsaak dat suurstofmasker daal. Deur die maskers aan te trek "om die suurstofvloei te begin", soos die veiligheidsinstruksies in die kajuit bepaal, word ystervylsels in die natriumchloraat in die houer gedwing. ^{[65] '} n Bestendige stroom suurstofgas word dan geproduseer deur die eksotermiese reaksie.

Suurstof, as 'n ligte euforie , het 'n geskiedenis van ontspanning in suurstofstawe en in sport . Suurstofstawe is ondernemings wat sedert die laat 1990's in die Verenigde State gevind is en wat hoër is as normale O
₂blootstelling teen 'n minimale bedrag. ^[112] Professionele atlete, veral in die Amerikaanse voetbal , gaan soms tussen die toneelstukke van die veld af om suurstofmaskers aan te trek om die prestasie te verhoog. Die farmakologiese effek word betwyfel; 'n placebo- effek is 'n meer waarskynlike verklaring. ^[112] Beskikbare studies ondersteun slegs die prestasieverbetering van mengsels wat met suurstof verryk word as dit asemhaal tydens aërobiese oefeninge . ^[113]

Ander ontspanningsgeriewe gebruike wat nie asemhaal nie betrek sluit vuurwerk programme, soos George Goble vyf-sekonde ontsteking van se barbecue grills. ^[114]

Industrieel

Die meeste kommersieel vervaardigde O
₂word gebruik om yster te smelt en / of te ontkool .

Die smelt van ystererts in staal verbruik 55% van die kommersiële suurstof. ^[65] In hierdie proses het O
₂word deur 'n hoëdruklans in gesmelte yster ingespuit, wat swael onsuiwerhede en oortollige koolstof verwyder, aangesien die onderskeie oksiede, SO
₂en CO
₂. Die reaksies is eksotermies , so die temperatuur styg tot 1700 ° C . ^[65]

Nog 25% van die kommersiële suurstof word deur die chemiese industrie gebruik. ^[65] Etileen word met O gereageer
₂om etileenoksied te skep , wat weer in etileenglikol omgeskakel word ; die primêre toevoermateriaal wat gebruik word om 'n magdom produkte te vervaardig, insluitend antivries- en poliësterpolymeer (die voorgangers van baie plastiek en materiaal ). ^[65] Groot hoeveelhede suurstof of lug word gebruik in oksieskeuringsproses ^[115] en vir die produksie van akrielsuur, ^[116] diformiel-furaan, ^[117] en bensielsuur. ^[118] Aan die ander kant is die elektrochemiese sintese van waterstofperoksied uit suurstof 'n belowende tegnologie om die hidrokinoonproses te vervang. Laastens, maar nie die minste nie, word katalitiese oksidasie by naverbranders gebruik om van gevaarlike gasse ontslae te raak. ^{[119] [120]}

Die meeste van die oorblywende 20% van die kommersiële suurstof word in mediese toepassings, metaalbewerking en sweiswerk , as oksideermiddel in vuurpylbrandstof en waterbehandeling gebruik . ^[65] Suurstof word gebruik in oksiasetileen-sweiswerk , en asetileen met O verbrand
₂om 'n baie warm vlam te lewer. In hierdie proses word metaal tot 60 cm (24 duim) dik eers verhit met 'n klein oksi-asetileen vlam en dan vinnig gesny deur 'n groot stroom O
₂. ^[121]

Water ( H
₂O ) is die bekendste suurstofverbinding.

Die oksidasietoestand van suurstof is -2 in byna alle bekende suurstofverbindings. Die oksidasietoestand −1 kom voor in enkele verbindings soos peroksiede . ^[122] Verbindings wat suurstof in ander oksidasietoestande bevat, is baie ongewoon: −1/2 ( superoksiede ), −1/3 ( ozoniede ), 0 ( elementêre , fluoragtige suur ), +1/2 ( dioxygenyl ), +1 ( dioxygen difluoried ), en +2 ( suurstofdifluoried ). ^[123]

Oksiede en ander anorganiese verbindings

Water ( H
₂O ) is 'n oksied van waterstof en die bekendste suurstofverbinding. Waterstofatome is kovalent gebind aan suurstof in 'n watermolekule, maar het ook 'n addisionele aantrekking (ongeveer 23,3 kJ / mol per waterstofatoom) tot 'n aangrensende suurstofatoom in 'n aparte molekule. ^[124] Hierdie waterstofbindings tussen watermolekules hou hulle ongeveer 15% nader as wat verwag sou word in 'n eenvoudige vloeistof met net van der Waals-kragte . ^{[125] [i]}

Oksiede, soos ysteroksied of roes , vorm wanneer suurstof met ander elemente verbind word.

As gevolg van sy elektronegatiwiteit vorm suurstof chemiese bindings met byna alle ander elemente om ooreenstemmende oksiede te gee . Die oppervlak van die meeste metale, soos aluminium en titaan , word geoksideer in die teenwoordigheid van lug en word bedek met 'n dun laag oksied wat die metaal passiveer en verdere korrosie vertraag . Baie oksiede van die oorgangsmetale is nie-stoïgiometriese verbindings , met effens minder metaal as wat die chemiese formule sou toon. Die mineraal FeO ( wüstite ) word byvoorbeeld geskryf as${\ displaystyle {\ ce {Fe}} _ {1-x} {\ ce {O}}}$, waar x gewoonlik ongeveer 0,05 is. ^[126]

Suurstof is in die atmosfeer in spoorhoeveelhede in die vorm van koolstofdioksied ( CO
₂). Die kors Aarde se rock bestaan 'n groot deel van oksiede van silikon ( silika SiO
₂, soos aangetref in graniet en kwarts ), aluminium ( aluminiumoksied Al
₂O
₃, in bauxiet en korund ), yster ( yster (III) oksied Fe
₂O
₃, in hematiet en roes ), en kalsiumkarbonaat (in kalksteen ). Die res van die aardkors bestaan ​​ook uit suurstofverbindings, veral verskillende komplekse silikate (in silikaatminerale ). Die aardmantel, met veel groter massa as die kors, bestaan ​​grotendeels uit silikate van magnesium en yster.

Water- oplosbare silikate in die vorm van Na
₄SiO
₄, Na
₂SiO
₃, en Na
₂Si
₂O
₅word as skoonmaakmiddels en kleefmiddels gebruik . ^[127]

Suurstof dien ook as 'n ligand vir oorgangsmetale en vorm oorgangsmetaal-dioksuurkomplekse , met metaal - O
₂. Hierdie klas van verbindings sluit die heem proteïene hemoglobien en mioglobien . ^{[128] '} n Eksotiese en ongewone reaksie kom met PtF voor6, wat suurstof oksideer om O ₂ ⁺ PtF ₆ ^- , dioxygenylhexafluoroplatinaat te gee . ^[129]

Organiese verbindings

Asetoon is 'n belangrike voermateriaal in die chemiese industrie.

  Suurstof

  Koolstof

  Waterstof

Van die belangrikste klasse organiese verbindings wat suurstof bevat, is (waar "R" 'n organiese groep is): alkohole (R-OH); eters (ROR); ketone (R-CO-R); aldehiede (R-CO-H); karboksielsure (R-COOH); esters (R-COO-R); suuranhidriede (R-CO-O-CO-R); en amiede ( RC (O) -NR
₂). Daar is baie belangrike organiese oplosmiddels wat suurstof bevat, insluitend: asetoon , metanol , etanol , isopropanol , furaan , THF , dietyleter , dioksaan , etielasetaat , DMF , DMSO , asynsuur en mieresuur . Asetoon ( (CH
₃)
₂CO ) en fenol ( C
₆H
₅OH ) word as voermateriaal gebruik in die sintese van baie verskillende stowwe. Ander belangrike organiese verbindings wat suurstof bevat, is: gliserol , formaldehied , glutaraldehied , sitroensuur , asynsuuranhydride en asetamied . Epoksiede is eters waarin die suurstofatoom deel uitmaak van 'n ring van drie atome. Die element word ook aangetref in byna alle biomolekules wat belangrik is vir (of gegenereer word deur) die lewe.

Suurstof reageer spontaan met baie organiese verbindings by of onder kamertemperatuur in 'n proses genaamd outoksidasie . ^[130] Die meeste organiese verbindings wat suurstof bevat, word nie deur direkte werking van O gemaak nie
₂. Organiese verbindings wat belangrik is in die industrie en die handel, wat deur direkte oksidasie van 'n voorloper gemaak word, sluit in etileenoksied en perazynsuur . ^[127]

Die NFPA 704- standaard beoordeel saamgeperste suurstofgas as nie-gevaarlik vir die gesondheid, nie-vlambaar en nie-reaktief, maar as 'n oksideermiddel. Gekoelde vloeibare suurstof (LOX) het 'n gesondheidsgevaarstempo van 3 (vir verhoogde risiko van hiperoksie as gevolg van gekondenseerde dampe, en vir die gevare wat algemeen is vir kriogeniese vloeistowwe soos vriesbrand), en alle ander klassifikasies is dieselfde as die saamgestelde gasvorm. ^[131]

Toksisiteit

Belangrikste simptome van suurstoftoksisiteit ^[132]

Suurstofgas ( O
₂) kan giftig wees by verhoogde deeldruk , wat lei tot stuiptrekkings en ander gesondheidsprobleme. ^{[110] [j] [133]} Suurstoftoksisiteit begin gewoonlik voorkom by gedeeltelike druk van meer as 50 kilo pascal  (kPa), gelyk aan ongeveer 50% suurstofsamestelling by standaarddruk of 2,5 keer die normale seevlak O
₂gedeeltelike druk van ongeveer 21 kPa. Dit is nie 'n probleem nie, behalwe vir pasiënte wat op meganiese ventilators is , aangesien gas wat deur mediese toepassings deur suurstofmaskers voorsien word, gewoonlik slegs uit 30-50% bestaan .
₂volume (ongeveer 30 kPa by standaarddruk). ^[9]

Op 'n tydstip is premature babas in broeikaste geplaas wat O bevat
₂-ryke lug, maar hierdie praktyk is gestaak nadat sommige babas verblind is omdat die suurstofinhoud te hoog was. ^[9]

Asemhaling suiwer O
₂in ruimtetoepassings, soos in sommige moderne ruimtepakke, of vroeë ruimtetuie soos Apollo , veroorsaak geen skade as gevolg van die lae totale druk wat gebruik word nie. ^{[108] [134]} In die geval van ruimtepakke, is die O
₂gedeeltelike druk in die asemhalingsgas is oor die algemeen ongeveer 30 kPa (1,4 keer normaal) en die gevolglike O
₂gedeeltelike druk in die arteriële bloed van die ruimtevaarder is net effens meer as die normale seevlak O
₂gedeeltelike druk. ^[135]

Suurstoftoksisiteit vir die longe en die sentrale senuweestelsel kan ook voorkom by diep duik en duik op die oppervlak . ^{[9] [110]} Langdurige asemhaling van 'n lugmengsel met 'n O
₂gedeeltelike druk meer as 60 kPa kan uiteindelik lei tot permanente longfibrose . ^[136] Blootstelling aan 'n O
₂gedeeltelike druk groter as 160 kPa (ongeveer 1,6 atm) kan lei tot stuiptrekkings (gewoonlik dodelik vir duikers). Akute suurstoftoksisiteit (veroorsaak aanvalle, die mees gevreesde effek vir duikers) kan voorkom deur 'n lugmengsel met 21% O in te asem .
₂op 66 m of meer diepte; dieselfde kan voorkom deur 100% O in te asem
₂op slegs 6 m (20 voet). ^{[136] [137] [138] [139]}

Verbranding en ander gevare

Die binnekant van die Apollo 1 Command Module. Suiwer O
₂teen 'n hoër as normale druk en 'n vonk het gelei tot 'n brand en die verlies van die bemanning van Apollo 1 .

Hoogs gekonsentreerde bronne van suurstof bevorder vinnige verbranding. Brand- en ontploffingsgevare bestaan ​​wanneer gekonsentreerde oksidante en brandstowwe naby gekom word; 'n ontstekingsgebeurtenis, soos hitte of 'n vonk, is nodig om verbranding te veroorsaak. ^{[3] [140]} Suurstof is die oksidant, nie die brandstof nie, maar nietemin die bron van die meeste chemiese energie wat by die verbranding vrygestel word. ^{[3] [38]}

Gekonsentreerde O
₂sal verbranding vinnig en energiek laat verloop. ^[140] Staalpype en opbergvate wat gebruik word om gas sowel as vloeibare suurstof op te berg en te oordra, sal as brandstof dien; en dus die ontwerp en vervaardiging van O
₂stelsels benodig spesiale opleiding om te verseker dat ontstekingsbronne tot die minimum beperk word. ^[140] Die brand wat die bemanning van die Apollo 1 doodgemaak het tydens 'n wegspringtoets, het so vinnig versprei omdat die kapsel met suiwer O onder druk was .
₂maar by 'n bietjie meer as atmosferiese druk, in plaas van die 1 / 3 normale druk wat gebruik sou word in 'n missie. ^{[k] [142]}

Vloeibare suurstofstortings, indien dit toegelaat word om in organiese materiaal in te trek, soos hout , petrochemikalieë en asfalt, kan veroorsaak dat hierdie materiale onvoorspelbaar ontplof by die daaropvolgende meganiese impak. ^[140]