O

Oksygen

atomnummer: 8
gruppe: 16
periode: 2
atomvekt: 15,999

I mennesket
43 kg

I jordskorpen
46,4 %

I havet
880 g/liter

På solen
0,90 %

Fra giftig forurensning til en livsbetingelse

Visste du at...

for tre til fire tusen millioner år siden inneholdt jordens atmosfære nesten ikke fritt oksygen.

For tre til fire milliarder år siden inneholdt jordens atmosfære nesten ingenting fritt oksygen. Under slike forhold var de første livsformer på vår klode anaerobe, dvs. de levde og utviklet seg i et miljø uten fritt oksygen, men der svovelforbindelser var viktige for stoffskiftet. På et tidspunkt utviklet imidlertid enkelte livsformer evnen til å utnytte solenergien til å danne energirike karbohydrater fra vann og karbondioksid (fotosyntese), med oksygen som biprodukt.

Vann + karbondioksid => oksygen + karbohydrat

[Foto: superphysics.netfirms.com]

Flytende oksygen, som er paramagnetisk, tiltrekkes av sterke magnetiske felt
Foto: superphysics.netfirms.com

Dermed ble atmosfæren forandret, og dette fikk dramatiske konsekvenser for de livsformene som den gang eksisterte. For slike organismer er oksygen en dødelig gift og mange av dem forsvant. Nye organismer, som kunne leve av oksygen og karbohydrater, utviklet seg. Etter hvert oppstod et dyreliv som er helt avhengig av oksygen.

Tre milliarder år senere var atmosfærens oksygeninnhold ca 20 volum%, og i dag ca 21 volum%. Med oksygen i atmosfæren ble det også dannet ozon (O3) som skjermet jordoverflaten mot UV-strålingen fra solen. Dermed kunne dyrelivet, som hittil stort sett hadde holdt til under vann for å skjerme seg mot denne UV-strålingen, krype på land. Hadde ikke kjemien i levende systemer vært så tilpasningsdyktig ville livet hatt en relativt kort eksistens på vår klode, og utryddet seg selv gjennom forurensing.

Oksygen (O2) er en fargeløs gass uten lukt og smak. Evolusjonsmessig er dette rimelig siden vi ikke har bruk for å kunne lukte eller smake det allestedsnærværende oksygen. Dette ville bare ha kommet i veien for annen smak og lukt vi har bruk for å registrere.

I væskeform og fast fase, der oksygenmolekylene ligger meget nær hverandre, har oksygen derimot et svakt blålig skjær.

O2 er unik blant alle diatomære gasser som har et like antall elektroner ved at molekylet er paramagnetisk. Dette ble oppdaget av Michael Faraday i 1848. Denne egenskapen forklares godt ut fra molekylorbitalteorien som viser at bindingen mellom to oksygenatomer resulterer i to uparede elektroner. Formelt kan vi si at molekylet holdes sammen av en dobbeltbinding.

Atomært oksygen er en uhyre reaktiv substans som ikke kan isoleres fra andre stoffer.

Historie

[Illustrasjon]

Joseph Priestley

Hvem som ”oppdaget” oksygen er uklart. Oftest angis Joseph Priestley som oppdageren (1774), mens noen gir æren til svenske Carl Scheele (1772). Uenigheten skyldes at mens Priestley hadde publisert sin oppdagelse i 1774, hadde Scheele skrevet et upublisert arbeide om ”vitriol luft” (oksygen) allerede i 1772. Imidlertid gikk det slik at redaktøren som skulle publisere arbeidet glemte det eller av en eller annen grunn lot det ligge.

Scheele fremstilte gassen ved å varme opp forskjellige salter som nitrater (KNO3), karbonater (AgCO3) og oksider (MnO2), mens Priestly varmet opp HgO med sollys og et brennglass, og samlet gassen opp over kvikksølv.

Det var imidlertid Antoine Lavoisier som forstod at den nye gassen var et grunnstoff. Han ga det navnet ”oksygen” som betyr ”syredanner”. (fra gresk: Oksys = syre, geinomai = produsere.) Dette gjorde han fordi han trodde at oksygen var nødvendig i alle syrer, men på det punktet tok han feil. Det er også mulig at oksygen ble fremstilt av en engelsk kjemiker, John Mayow, allerede på midten av 1600-tallet ved å varme opp kaliumnitrat slik som også Scheele gjorde.

Dessuten fortelles det en historie om en nederlandsk oppfinner, Cornelius Drebbel, som i 1624 laget en undervannsbåt som foretok en reise på to timer under vann. Det ble fortalt at når luften ble dårlig, ble den fornyet med gass fra en beholder som Drebbel hadde med ombord! Det kan ha vært oksygen.

Forekomst

Visste du at...

ozon er en ustabil, blå, diamagnetisk gass med en metallisk lukt som kan merkes ned til en konsentrasjon på bare 0,01 ppm?

Dette grunnstoffet, som vi nå er så avhengige av, forekommer hovedsakelig i tre isotoper: 16O, 17O og 18O.

[Foto: Harald Fjeld, KI, UiO]

Mye av Jordas oksygen foreligger som vann, både i fast form og væskeform
Foto: Harald Fjeld, KI, UiO

Oksygen er på vektbasis det vanligste grunnstoffet på jorden og utgjør ca halvparten av jordens masse (45,5 %). Dette skyldes det høye oksygeninnholdet i de forskjellige silikatmineralene, og i vann. 86 % av havvannets masse skyldes oksygen, og det samme gjør ca. 66 % av vår egen masse. Fritt oksygen stammer i alt vesentlig fra fotosyntesen og finnes stort sett som et toatomig molekyl (dioksygen), men kan også danne et treatomig molekyl: O3 (ozon).

Atmosfæren inneholder nå ca 3.1019 mol O2 (21 volum%). For noen hundre millioner år siden flatet økningen av O2 i atmosfæren ut. Årsaken til dette er at selv om grønne planter og alger produserer ca. 4.1015 mol O2/år, så forbrukes 99,998 % av dette til respirasjon, forråtnelse og forbrenning (dannelse av CO2 og H2O). Dette skulle bety en fortsatt svak økning av O2 i atmosfæren, men siden det i dag ser ut til at CO2-innholdet i atmosfæren øker, så peker det på at vi bruker mer O2 enn det produseres.

[Illustrasjon]

Ozon har en enkel- og en dobbelbinding.

Norske forskere har også påvist at ”solvind” sender ca 300 tonn oksygen i døgnet ut i verdensrommet, men dette er likevel beskjedent i dette regnskapet. [Les mer i Appollon nr. 2, 2006 ]

Tilstandsformen ozon ble ikke oppdaget før i 1840 da den tyske kjemikeren Christian Schønbein la merke til at det oppsto en eiendommelig lukt sammen med elektriske utladninger. Hans forklaring på lukten var at det ble dannet en gass som han kalte ozon, ut fra det greske ordet ozein som betyr å lukte (vi bruker jo det samme ordet når vi sier at noe oser av ett eller annet). Det tok likevel enda 25 år før J. L. Soret kunne identifisere ozon som O-O-O, eller O3.

[Foto: Claus Nielsen, KI, UiO.]

Ozon fanget på silika ved tørris-temperatur.
Foto: Claus Nielsen, KI, UiO.

Ozonmolekylet består av tre oksygenatomer i en vinklet struktur. De to terminale oksygenatomene kommer da så nær hverandre at det blir en sterk spenning i molekylet og dette forklarer forbindelsens ustabile karakter.

Ozon er en ustabil, blå, diamagnetisk gass med en metallisk lukt som kan merkes ned til en konsentrasjon på bare 0,01 ppm. I sterkt tordenvær kan man faktisk lukte ozon i naturen. Gassen kan kondenseres til en dyp blå væske og til et sort-fiolett fast stoff. Både i form av væske og fast stoff er ozon eksplosivt og må håndteres meget forsiktig.

I kroppen

Visste du at...

ozon ble for bare 60-70 år siden betraktet som sunn og helsebringende? Store mengder ble pumpet inn i lokaler der mange mennesker var samlet; teatre, sykehus o.l.

Oksygen er livsnødvendig for de fleste levende organismer, og som nevnt er ca. 2/3 av vår kroppsmasse oksygen. All nødvendig energi oppstår ved oksidasjon av næringsstoffer. Hos oss føres oksygen fra lungene og ut til cellene i organismen ved hjelp av blodomløpet, der hemoglobin er oksygenbæreren.

[Foto: Sensodome]

I denne kuppelen kan du få tilført ekstra oksygen. Dette vil kanskje føre til at du føler deg bedre?
Foto: Sensodome

Oksidasjon av næringsstoffene gir energi som i første rekke benyttes til dannelsen av adenosintrifosfat (ATP) som er organismens generelle energibærer. Uten denne dør cellene. Hjernen er særlig følsom for mangel på oksygen og dør i løpet av få minutter dersom tilførsel av O2 opphører (ved vanlig temperatur). For mye oksygen er også farlig for den samme hjernen. Mange dykkere har druknet på relativt grunt vann pga. kramper som kan utløses ved innånding av luft med for høy oksygenkonsentrasjon. Ved et oksygeninnhold på under 17 volum%, ved ellers normale forhold, vil de fleste av oss dø av oksygenmangel. På den andre siden, kommer oksygenkonsentrasjonen i luften omkring oss over 25 volum% er vi i fare for å brenne opp! Mange dødsfall kan tilbakeføres til for høyt oksygeninnhold i luft i et avgrenset område.

Også ozon ble for bare 60-70 år siden betraktet som sunn og helsebringende. Store mengder ble pumpet inn i lokaler der mange mennesker var samlet; teatre, sykehus o.l. Nå vet vi at gassen må betraktes som giftig. Siden konsentrasjonen av ozon normalt er økende oppover i atmosfæren, må fly som ofte flyr i høyder på ca 10 000 meter ha bestemte katalytiske luftfiltre for å fjerne O3. I slike høyder er ozon tilstede i store nok mengder til at det kan irritere passasjerenes lunger. I mindre konsentrasjoner kan denne irritasjonen føre til astma og lungeødem, og i større mengder være dødelig.

Fremstilling

Oksygen kan fremstilles på mange måter, for eksempel ved elektrolyse av vann. Alternativt kan oksygen framstilles ved oppvarming av stoffer som bariumperoksid, kaliumklorat og kvikksølvoksid.

I 1895 startet Carl von Linde produksjon av O2 i stor skala. Metoden var å avkjøle luft til væskeform og deretter skille ut de forskjellige stoffene ved fraksjonert destillasjon.

Til bruk for pasienter som trenger oksygentilførsel benyttes i dag oksygengeneratorer som benytter avanserte fysikalsk/kjemiske metoder for separasjon av luftens oksygen og nitrogen ved hjelp av molekylære filtere (molecular sieve).

Industrielt produseres det årlig 108 tonn oksygen.

Anvendelser

Oksygen er nødvendig for alle forbrenningsprosesser (forbrenningsmotorer). Industrielt brukes store mengder oksygen for stålproduksjon ved å forbrenne tilstedeværende karbon. Her går det hvert år med millioner av tonn oksygen; ett tonn oksygen til ett tonn jern.

For øvrig brukes en god del oksygen til sveising og lodding. Mer spesielt brukes oksygen til rakettmotorer, til dykkere, klatrere og flygere. Medisinsk brukes en del oksygen i kuvøser og til pasienter som av forskjellige grunner trenger oksygentilskudd.

Ozon er en sterkere oksidant enn O2 og kan brukes til å desinfisere for eksempel drikkevann og vann i badebassenger. Vannrensing med ozon har vært brukt i Frankrike i mange år.

Forfatter:  Arvid Mostad

Velg grunnstoff:  

Finn nabogrunnstoff

     
N O F
P S Cl

Vis alt om oksygen

Oksygen i periodesystemet

Visste du at...

Er

Lasere basert på erbium benyttes medisinsk siden den har en bølgelengde som absorberes godt av vann. Dette reduserer muligheten for overoppvarming.

Les mer om erbium

App

Periodic Puzzle

Noen har rotet det til i periodesystemet. Du må flytte grunnstoffene tilbake på riktig plass.

Les mer:
Om Periodic Puzzle appen

Samarbeidspartner

Naturhistorisk museum

 


Søk i periodesystemet

Les om periodesystemet (bakom-stoff, utdypende artikler)
Periodesystemet.no fra Kjemisk institutt, Universitetet i Oslo.   Idé: Dmitrij Ivanovitsj Mendelejev.
Prosjektledelse: Svein Stølen. Design: John Vedde.   Redaksjon     Rettigheter