Tlen
Tlen (O, łac. oxygenium) – pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 8, niemetal z grupy tlenowców w układzie okresowym.
| azot ← tlen → fluor | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Wygląd | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| bezbarwny w stanie gazowym niebieski w stanie ciekłym | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 Widmo emisyjne tlenu | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ogólne informacje | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Nazwa, symbol, l.a. |
tlen, O, 8 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Grupa, okres, blok | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Stopień utlenienia |
−II, −I, I, II | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Właściwości metaliczne | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Masa atomowa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Stan skupienia |
gazowy | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Gęstość |
1,429 kg/m³ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Temperatura topnienia |
−218,79 °C[1] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Temperatura wrzenia |
−182,962 °C[1] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Numer CAS | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| PubChem | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą warunków normalnych (0 °C, 1013,25 hPa) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Stabilnymi izotopami tlenu są 16
O (stanowi ponad 99% tlenu naturalnego), 17
O oraz 18
O.
Tlen w stanie wolnym występuje w postaci cząsteczek dwuatomowych O
2 oraz trójatomowych – ozonu O
3 (głównie w ozonosferze). Wykryto jednak także cząsteczki cztero- i ośmioatomowe.
Tlen jest paramagnetykiem. Ciekły tlen ma barwę niebieską. Stały tlen znany jest w sześciu odmianach alotropowych, do których należy tzw. „czerwony tlen” i tlen metaliczny, stabilne w warunkach bardzo wysokich ciśnień.
Występowanie
edytujTlen jest najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem na Ziemi – zawartość tlenu w jej skorupie wynosi 46,4%. Stanowi też 20,95% objętości atmosfery ziemskiej (23,25% wagowych). W postaci związków z innymi pierwiastkami wchodzi w skład hydrosfery (gdzie jego zawartość wynosi około 89% – woda) i litosfery jako tlenki (np. krzemionka (piasek) zawiera ok. 53% tlenu). W przyrodzie obieg tlenu odbywa się w cyklu zamkniętym. Rozpuszczalność tlenu w wodzie słodkiej wynosi 8,3 mg/l, a w wodzie słonej (3,5% soli) 6,6 mg/l (25 °C, 1 atm.)[7]. Tlen jest około dwa razy lepiej rozpuszczalny w wodzie niż azot[8]. Rozpuszczalność powietrza w wodzie wynosi 23 mg/l (25 °C, 1 atm.)[9]; powietrze rozpuszczone w wodzie zawiera 35,6% tlenu[7].
Historia
edytujUznaje się, że tlen został odkryty przez Carla Scheelego przed 1773, ale odkrycie nie zostało opublikowane do 1777. W tym czasie za odkrywcę tlenu od dwóch lat uznawany był Joseph Priestley, który ogłosił jego odkrycie w Royal Society 23 marca 1775[10]. Otrzymał on tlen 1 sierpnia 1774, ogrzewając tlenek rtęci(II) i zbierając wydzielający się gaz[11].
Historyk alchemii Roman Bugaj wskazał, że tlen został odkryty już w XVII wieku przez Michała Sędziwoja, który nazywał go, między innymi, „pokarmem żywota” (łac. cibus vitae) i „duchem świata” (łac. spiritus mundi)[12]. Sędziwój wiedział, że „pokarm żywota, ukryty w powietrzu” jest niezbędny do życia i że przedostaje się z powietrza do krwi. Otrzymał go w drodze rozkładu saletry potasowej, który zachodził podczas jej prażenia; swoje doświadczenie opisał w dziele Dwanaście traktatów o kamieniu filozofów (1604). Stwierdził, że saletra jest ciałem złożonym, zawierającym „duch świata” (tak nazwał tlen, uznając go za kamień filozoficzny), umożliwiającym życie ludzi i zwierząt[13].
Ciekły tlen po raz pierwszy otrzymali profesorowie Uniwersytetu Jagiellońskiego Zygmunt Wróblewski i Karol Olszewski 5 kwietnia 1883. Wcześniej, w 1877, mgłę skroplonego tlenu zaobserwowali niezależnie Szwed Raoul Pictet[14] i Francuz Louis-Paul Cailletet[15].
Łacińska nazwa tlenu oxygenium (z greckiego oksy, kwaśny, i gennao, rodzę), wprowadzona została przez Antoine’a Lavoisiera[16]. Jako pierwszy uznał on tlen za pierwiastek chemiczny[10].
Polską nazwę „tlen” (od słowa „tlić”) zaproponował Jan Oczapowski przed rokiem 1851 i została ona zaakceptowana przez większość polskiego środowiska chemicznego w ciągu ok. 10 lat. Wcześniejsza polska nazwa „kwasoród” była dosłownym tłumaczeniem łacińskiej, a wprowadził ją Jędrzej Śniadecki[17][18].
W przyrodzie
edytujTlen jest pierwiastkiem biogennym.
Jest niezbędny organizmom tlenowym do przeprowadzenia fosforylacji oksydacyjnej będącej najważniejszym etapem oddychania. Niektóre organizmy beztlenowe giną w obecności niewielkich ilości wolnego tlenu. Organizm przeciętnego dorosłego człowieka zużywa w ciągu minuty około 200 ml (0,3 g) tlenu. Oddychanie czystym tlenem jest dość niebezpieczne, ponieważ podnosi on ciśnienie krwi i wywołuje kwasicę. Niedobór tlenu staje się niebezpieczny dla życia, gdy jego zawartość w powietrzu spada poniżej 10–12%.
Zwierzęta wykorzystują go w procesie oddychania tlenowego w celu otrzymania energii:
Otrzymywanie w warunkach laboratoryjnych
edytuj- poprzez podgrzewanie nadmanganianu potasu w temperaturze powyżej 230 °C:
- 2KMnO
4 → K
2MnO
4 + MnO
2 + O
2↑
- 2KMnO
- poprzez termiczny rozkład azotanu potasu w temperaturze powyżej 400 °C, ale nie większej niż 440 °C:
- 2KNO
3 → 2KNO
2 + O
2↑
- 2KNO
- poprzez termiczny rozkład chloranu potasu w temperaturze powyżej 550 °C:
- 2KClO
3 → 2KCl + 3O
2↑
- 2KClO
- poprzez ogrzewanie tlenku rtęci(II):
- 2HgO → 2Hg + O
2↑
- 2HgO → 2Hg + O
- poprzez rozkład wodnego roztworu nadtlenku wodoru (wody utlenionej lub perhydrolu) pod wpływem ciepła lub katalizatora, na przykład dwutlenku manganu:
- 2H
2O
2 → 2H
2O + O
2↑
- 2H
- w wyniku reakcji nadmanganianu potasu z nadtlenkiem wodoru:
- 2KMnO
4 + 3H
2O
2 → 3O
2 + 2KOH + 2MnO
2 + 2H
2O
- 2KMnO
- w wyniku elektrolizy wody:
- 2H
2O → 2H
2↑ + O
2↑
- 2H
Zastosowanie
edytujTlen jest stosowany w medycynie, do sporządzania mieszanek oddechowych do nurkowania, w przemyśle jako utleniacz (na przykład w palnikach acetylenowo-tlenowych).
Związki tlenu
edytujTlen wchodzi w skład wielu związków chemicznych o dużym znaczeniu przemysłowym: tlenków (w szczególności tlenku wodoru (wody) oraz dwutlenku węgla), nadtlenków (w szczególności nadtlenku wodoru), kwasów tlenowych, zasad. Jest też składnikiem większości związków organicznych o znaczeniu biologicznym, przykładowo białek i tłuszczów.
Oprócz anionów tlenkowych (występujących też w tzw. podtlenkach), ozonkowych, ponadtlenkowych i nadtlenkowych znane są związki, w których tlen występuje w podsieci kationowej. Jest to kation dioksygenylowy O+
2 w związku O
2PtF
6 (heksafluoroplatynian dioksygenylu). Kation ten może być stabilizowany przeciwjonem anionowym o silniejszych właściwościach ox-bas od tlenu lub red-ac od kationu oksygenylowego[19].
Zobacz też
edytuj
Uwagi
edytuj- ↑ Podana wartość stanowi przybliżoną standardową względną masę atomową (ang. abridged standard atomic weight) publikowaną wraz ze standardową względną masą atomową, która wynosi [15,99903; 15,99977]. Z uwagi na zmienność abundancji izotopów pierwiastka w naturze, wartości w nawiasach klamrowych stanowią zakres wartości względnej masy atomowej dla naturalnych źródeł tego pierwiastka. W dostępnych komercyjnie produktach mogą występować znaczne odchylenia masy atomowej od podanej, z uwagi na zmianę składu izotopowego w rezultacie nieznanego bądź niezamierzonego frakcjonowania izotopowego. Zob. Prohaska i in. 2021 ↓, s. 584.
Przypisy
edytuj- ↑ a b CRC Handbook of Chemistry and Physics, William M. Haynes (red.), wyd. 97, Boca Raton: CRC Press, 2016, s. 4-77, ISBN 978-1-4987-5429-3 (ang.).
- ↑ oxygen, [w:] Classification and Labelling Inventory, Europejska Agencja Chemikaliów [dostęp 2016-09-08] (ang.).
- ↑ Oxygen (nr 00476) (ang.) – karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck) na obszar Stanów Zjednoczonych. [dostęp 2016-09-08]. (przeczytaj, jeśli nie wyświetla się prawidłowa wersja karty charakterystyki)
- ↑ Thomas Prohaska i inni, Standard atomic weights of the elements 2021 (IUPAC Technical Report), „Pure and Applied Chemistry”, 94 (5), 2021, s. 573–600, DOI: 10.1515/pac-2019-0603 (ang.).
- ↑ Wartość dla ciała stałego wg: Singman, Charles N. Atomic volume and allotropy of the elements. „Journal of Chemical Education”. 61 (2), s. 137–142, 1984. DOI: 10.1021/ed061p137.
- ↑ a b Tlen (nr 00476) – karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck) na obszar Polski. [dostęp 2016-09-08]. (przeczytaj, jeśli nie wyświetla się prawidłowa wersja karty charakterystyki)
- ↑ a b Oxygen Solubility in Fresh and Sea Water. The Engineering ToolBox. [dostęp 2011-01-20].
- ↑ CRC Handbook of Chemistry and Physics. Wyd. 83. Boca Raton: CRC Press, 2003, s. 8-86 – 8-89.
- ↑ Air Solubility in Water. The Engineering ToolBox. [dostęp 2011-01-20].
- ↑ a b Ignacy Eichstaedt: Księga pierwiastków. Warszawa: Wiedza Powszechna, 1973, s. 120. OCLC 839118859.
- ↑ Ignacy Eichstaedt: Księga pierwiastków. Warszawa: Wiedza Powszechna, 1973, s. 117. OCLC 839118859.
- ↑ Roman Bugaj, „Saletra filozofów” a odkrycie tlenu, „Kwartalnik Historii Nauki i Techniki”, 31 (3–4), 1986, s. 749–780 [dostęp 2018-06-01].
- ↑ Maciej Iłowiecki: Dzieje nauki polskiej. Warszawa: Wydawnictwo „Interpress”, 1981, s. 55. ISBN 83-223-1876-6.
- ↑ Sloan, T. O’Connor (1920). Liquid Air and the Liquefaction of Gases. New York: Norman W. Henley. (ang.).
- ↑ Cailletet L. The liquefaction of oxygen. „Science”. NS-6 (128), s. 51–52, 2007. DOI: 10.1126/science.ns-6.128.51. PMID: 17806947.
- ↑ Pierre Chaunu, Cywilizacja wieku oświecenia, Warszawa: PIW, 1993, s. 409–410.
- ↑ Jan Oczapowski: Projekt do słownictwa chemicznego. Warszawa: 1853. Przedruk: Uwagi o tlenie (oxygenium). Ogłoszone przez Jana Oczapowskiego. (1853), „Chemik Polski”, 12, Rok X, 15 czerwca 1910, s. 264–269 [zarchiwizowane z adresu 2014-02-26].
- ↑ Władysław Leppert, Jan Oczapowski, „Chemik Polski”, Rok X (12), 1910, s. 269–272 [zarchiwizowane z adresu 2014-02-26].
- ↑ Zygmunt Gontarz: Związki tlenowe pierwiastków bloku sp. Wyd. 3. Warszawa: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 2009. ISBN 978-83-7207-812-4.
