ऑक्सीजन

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ऑक्सीजन एक रासायनिक तत्व है; इसका प्रतीक O है और इसकी परमाणु संख्या 8 है। यह आवर्त सारणी में चाल्कोजन समूह का एक सदस्य है। यह अत्यधिक अभिक्रियाशील, एक अधातु, और एक शक्तिशाली ऑक्सीकारक है जो अधिकांश तत्वों के साथ-साथ अन्य यौगिकों के साथ आसानी से ऑक्साइड बनाता है। ऑक्सीजन पृथ्वी की पपड़ी में सबसे प्रचुर मात्रा में पाया जाने वाला तत्व है, जो पृथ्वी की पपड़ी का लगभग आधा हिस्सा विभिन्न ऑक्साइडों जैसे जल, कार्बन डाइऑक्साइड, आयरन ऑक्साइड और सिलिकेट के रूप में बनाता है।[1] यह हाइड्रोजन और हीलियम के बाद ब्रह्मांड में तीसरा सबसे प्रचुर तत्व भी है।

मानक तापमान और दबाव पर, दो ऑक्सीजन परमाणु सहसंयोजक रूप से बंधकर डाइऑक्सीजन बनाते हैं, जो रासायनिक सूत्र O2 वाली एक रंगहीन और गंधहीन द्विपरमाणुक गैस है। डाइऑक्सीजन गैस वर्तमान में पृथ्वी के वायुमंडल का लगभग 20.95% मोलर अंश बनाती है, हालाँकि पृथ्वी के इतिहास में लंबी समयावधि में इसमें काफी बदलाव आया है। ऑक्सीजन का बहुत दुर्लभ अपरूप, ओजोन (O3), UVB और UVC तरंग दैर्ध्य को मजबूती से अवशोषित करता है और निचले समताप मंडल में एक सुरक्षात्मक ओजोन परत बनाता है, जो जीवमंडल को आयनीकरण पराबैंगनी विकिरण से बचाता है। हालाँकि, सतह पर मौजूद ओजोन स्मॉग का एक संक्षारक उपोत्पाद है और इस प्रकार यह एक वायु प्रदूषक है।

सभी यूकेरियोटिक जीवों, जिनमें पौधे, जानवर, कवक, शैवाल और अधिकांश प्रोटिस्ट शामिल हैं, को कोशिकीय श्वसन के लिए ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है, यह एक ऐसी प्रक्रिया है जो भोजन से प्राप्त कार्बनिक अणुओं के साथ ऑक्सीजन की प्रतिक्रिया द्वारा रासायनिक ऊर्जा निकालती है और अपशिष्ट उत्पाद के रूप में कार्बन डाइऑक्साइड छोड़ती है। जीवित जीवों में कार्बनिक अणुओं के कई प्रमुख वर्गों में ऑक्सीजन परमाणु होते हैं, जैसे प्रोटीन, न्यूक्लिक एसिड, कार्बोहाइड्रेट और वसा, साथ ही जानवरों के गोले, दांत और हड्डियों के प्रमुख घटक अकार्बनिक यौगिक भी। जीवित जीवों का अधिकांश द्रव्यमान जल के घटक के रूप में ऑक्सीजन है, जो जीवन का प्रमुख घटक है। पृथ्वी के वायुमंडल में ऑक्सीजन जैविक प्रकाश संश्लेषण द्वारा उत्पन्न होती है, जिसमें सूर्य के प्रकाश में फोटॉन ऊर्जा को क्लोरोफिल द्वारा कैप्चर किया जाता है ताकि जल के अणुओं को विभाजित किया जा सके और फिर कार्बोहाइड्रेट का उत्पादन करने के लिए कार्बन डाइऑक्साइड के साथ प्रतिक्रिया की जा सके, जिसमें ऑक्सीजन एक उपोत्पाद के रूप में निकलती है। ऑक्सीजन इतनी रासायनिक रूप से अभिक्रियाशील है कि यह साइनोबैक्टीरिया, क्लोरोप्लास्ट-युक्त शैवाल और भूमि के पौधों जैसे स्वपोषी की प्रकाश संश्लेषक गतिविधियों द्वारा लगातार पुनःपूर्ति के बिना हवा में एक मुक्त तत्व के रूप में नहीं रह सकती है।

ऑक्सीजन को 1604 से पहले माइकल सेंडिवोगियस द्वारा अलग किया गया था, लेकिन आमतौर पर यह माना जाता है कि इस तत्व की खोज स्वतंत्र रूप से कार्ल विल्हेम शेले ने 1773 या उससे पहले उप्साला में, और जोसेफ प्रीस्टली ने 1774 में विल्टशायर में की थी। प्रीस्टली को अक्सर प्राथमिकता दी जाती है क्योंकि उनका काम पहले प्रकाशित हुआ था। हालाँकि, प्रीस्टली ने ऑक्सीजन को "डीफ्लॉजिस्टिकेटेड एयर" कहा और इसे एक रासायनिक तत्व के रूप में नहीं पहचाना। 1777 में, एंटोनी लेवोज़ियर ने पहली बार ऑक्सीजन को एक रासायनिक तत्व के रूप में पहचाना और दहन में इसकी भूमिका को सही ढंग से वर्णित किया।

ऑक्सीजन के सामान्य औद्योगिक उपयोगों में स्टील, प्लास्टिक और कपड़ा उत्पादन, स्टील और अन्य धातुओं की ब्रेज़िंग, वेल्डिंग और कटिंग, रॉकेट प्रणोदक, ऑक्सीजन थेरेपी, और विमान, पनडुब्बी, अंतरिक्ष उड़ान और डाइविंग में जीवन रक्षक प्रणाली शामिल हैं।

अध्ययन का इतिहास

तत्व ऑक्सीजन की आधुनिक अवधारणा पांच शताब्दियों में विकसित हुई और इसमें कई संबंधित खोजें और असफल सिद्धांत शामिल थे। कई लोगों ने इस अवधारणा में अलग-अलग योगदान दिया। किसी एक व्यक्ति ने ऑक्सीजन की खोज नहीं की।[2][3]

प्रारंभिक प्रयोग

दहन और वायु के बीच संबंध पर ज्ञात पहले प्रयोगों में से एक दूसरी शताब्दी ईसा पूर्व के यांत्रिकी पर ग्रीक लेखक, बाइज़ेंटियम के फिलो द्वारा किया गया था। अपने काम Pneumatica में, फिलो ने देखा कि जलती हुई मोमबत्ती के ऊपर एक बर्तन को उल्टा करने और बर्तन की गर्दन को पानी से घेरने के परिणामस्वरूप कुछ पानी गर्दन में ऊपर उठ गया।[4] फिलो ने गलत अनुमान लगाया कि बर्तन में हवा के कुछ हिस्से शास्त्रीय तत्व अग्नि में परिवर्तित हो गए थे और इसलिए वे कांच के छिद्रों से बाहर निकलने में सक्षम थे। कई शताब्दियों बाद इब्न अल-नफीस ने 1250 ईस्वी में लिखते हुए, संचार प्रणाली में रक्त के ऑक्सीजनीकरण का सही वर्णन किया; माइकल सर्वेटस ने 1553 में इस अवधारणा को फिर से खोजा लेकिन उनकी पुस्तकों को व्यवस्थित रूप से नष्ट कर दिया गया।[2] एक वैज्ञानिक रूप से आधारित और प्रभावशाली विवरण विलियम हार्वे द्वारा 1628 में प्रकाशित किया गया था।[5]

लियोनार्दो दा विंची ने देखा कि दहन और श्वसन के दौरान हवा का एक हिस्सा उपभोग हो जाता है।[6] पोलिश कीमियागर, दार्शनिक और चिकित्सक माइकल सेंडिवोगियस (Michał Sędziwój), 1604 में लिखते हुए,[7] ने हवा में निहित एक पदार्थ का वर्णन किया, जिसे उन्होंने cibus vitae ('जीवन का भोजन') के रूप में संदर्भित किया;[2] यह पदार्थ ऑक्सीजन के समान है।[8] 1598 और 1604 के बीच किए गए अपने प्रयोगों के दौरान, सेंडिवोगियस ने ठीक से पहचाना कि यह पदार्थ पोटेशियम नाइट्रेट के तापीय अपघटन द्वारा जारी गैसीय उपोत्पाद के बराबर है। हालाँकि, यह महत्वपूर्ण संबंध रॉबर्ट बॉयल जैसे समकालीन वैज्ञानिकों द्वारा नहीं समझा गया था।[2][8]

सेंडिवोगियस के काम से अनजान, जॉन मेयो ने हवा के एक ऐसे हिस्से के बारे में लिखा जो आग और मानव शरीर में गर्मी प्रदान करता था। इस काम को नजरअंदाज कर दिया गया क्योंकि यह हवा और आग के प्रचलित फ्लॉजिस्टन सिद्धांत के साथ संरेखित होने में विफल रहा। मेयो ने देखा कि गर्म करने पर एंटीमनी का वजन बढ़ जाता है, और निष्कर्ष निकाला कि nitroaereus को इसके साथ जुड़ना चाहिए था।[9] उन्होंने यह भी सोचा कि फेफड़े हवा से nitroaereus को अलग करते हैं और इसे रक्त में भेजते हैं और यह कि पशु की गर्मी और मांसपेशियों की गति शरीर में कुछ पदार्थों के साथ nitroaereus की प्रतिक्रिया का परिणाम है।[9] इन और अन्य प्रयोगों और विचारों का विवरण 1668 में उनके काम Tractatus duo में "De respiratione" खंड में प्रकाशित किया गया था।[10]

रॉबर्ट बॉयल द्वारा यह साबित करने के बाद कि 17वीं शताब्दी के अंत में दहन के लिए हवा आवश्यक है, अंग्रेजी रसायनज्ञ जॉन मेयो ने यह दिखाकर इस काम को परिष्कृत किया कि आग को केवल हवा के उस हिस्से की आवश्यकता होती है जिसे उन्होंने spiritus nitroaereus कहा था।[9] एक प्रयोग में, उन्होंने पाया कि पानी के ऊपर एक बंद कंटेनर में चूहा या जलती हुई मोमबत्ती रखने से पानी ऊपर उठ गया और विषयों को बुझाने से पहले हवा की मात्रा का चौदहवां हिस्सा बदल दिया।[10] इससे, उन्होंने अनुमान लगाया कि nitroaereus का श्वसन और दहन दोनों में उपभोग होता है।[11]

फ्लॉजिस्टन सिद्धांत

मुख्य लेख: Phlogiston theory

रॉबर्ट हुक, ओले बोर्च, मिखाइल लोमोनोसोव और पियरे बेयेन सभी ने 17वीं और 18वीं शताब्दी में प्रयोगों में ऑक्सीजन का उत्पादन किया लेकिन उनमें से किसी ने भी इसे रासायनिक तत्व के रूप में नहीं पहचाना।[12] यह आंशिक रूप से दहन और संक्षारण के दर्शन के प्रसार के कारण हो सकता है जिसे 'फ्लॉजिस्टन सिद्धांत' कहा जाता है, जो तब उन प्रक्रियाओं की पसंदीदा व्याख्या थी।[13]

1667 में जर्मन कीमियागर जे. जे. बेचर द्वारा स्थापित और 1731 तक रसायनज्ञ जॉर्ज अर्न्स्ट स्टाल द्वारा संशोधित,[14] फ्लॉजिस्टन सिद्धांत ने कहा कि सभी दहनशील पदार्थ दो भागों से बने थे। एक हिस्सा, जिसे फ्लॉजिस्टन कहा जाता है, तब निकल जाता था जब इसे धारण करने वाला पदार्थ जलता था, जबकि डीफ्लॉजिस्टिकेटेड हिस्से को उसका वास्तविक रूप, या कैल्क्स माना जाता था।[6]

अत्यधिक दहनशील पदार्थ जो बहुत कम अवशेष छोड़ते हैं, जैसे लकड़ी या कोयला, को मुख्य रूप से फ्लॉजिस्टन से बना माना जाता था, जबकि गैर-दहनशील पदार्थ जो संक्षारित होते हैं, जैसे लोहा, में बहुत कम फ्लॉजिस्टन होता था। फ्लॉजिस्टन सिद्धांत में हवा की कोई भूमिका नहीं थी, और न ही इस विचार का परीक्षण करने के लिए कोई प्रारंभिक मात्रात्मक प्रयोग किए गए थे; इसके बजाय, यह इस बात के अवलोकनों पर आधारित था कि जब कुछ जलता है तो क्या होता है, कि अधिकांश सामान्य वस्तुएं हल्की हो जाती हैं और प्रक्रिया में कुछ खोती हुई प्रतीत होती हैं।[6]

वैज्ञानिक युग

स्वीडिश फार्मासिस्ट कार्ल विल्हेम शेले ने 1770-1775 के आसपास ऑक्सीजन का उत्पादन किया और उसके कुछ गुणों का वर्णन किया, लेकिन उन्होंने अपना काम कुछ वर्षों बाद तक प्रकाशित नहीं किया क्योंकि वे फ्लॉजिस्टन सिद्धांत के ढांचे में अपने काम की व्याख्या करने में असमर्थ थे।[2][15] शेले ने 1771-1772 में मर्क्यूरिक ऑक्साइड (HgO) और विभिन्न नाइट्रेट को गर्म करके ऑक्सीजन गैस का उत्पादन किया था।[16][17][6] 1775 में प्रीस्टली के काम के बारे में पढ़ने के बाद, शेले ने 1777 में प्रकाशित किया, और गैस को "फायर एयर" कहा क्योंकि यह तब दहन का समर्थन करने वाला एकमात्र ज्ञात ऑक्सीकारक था।[18]

इस बीच, 1 अगस्त, 1774 को, ब्रिटिश पादरी जोसेफ प्रीस्टली द्वारा किए गए एक प्रयोग ने कांच की नली में निहित मर्क्यूरिक ऑक्साइड पर सूर्य के प्रकाश को केंद्रित किया, जिसने एक गैस मुक्त की जिसे उन्होंने "डीफ्लॉजिस्टिकेटेड एयर" नाम दिया।[17] उन्होंने नोट किया कि गैस में मोमबत्तियाँ अधिक चमकीली जलती थीं और एक चूहा अधिक सक्रिय था और इसे साँस लेने के दौरान अधिक समय तक जीवित रहा। गैस को खुद सांस लेने के बाद, प्रीस्टली ने लिखा: "मेरे फेफड़ों के लिए इसका अहसास सामान्य हवा से अलग नहीं था, लेकिन मुझे लगा कि मेरी छाती कुछ समय बाद विशेष रूप से हल्की और आसान महसूस हुई।"[12] प्रीस्टली ने 1775 में "एन अकाउंट ऑफ फर्दर डिस्कवरीज इन एयर" नामक एक पेपर में अपने निष्कर्ष प्रकाशित किए, जिसे उनकी पुस्तक एक्सपेरिमेंटस एंड ऑब्जर्वेशन्स ऑन डिफरेंट काइंड्स ऑफ एयर के दूसरे खंड में शामिल किया गया था।[6][19]

फ्रांसीसी रसायनज्ञ एंटोनी लेवोज़ियर ने बाद में स्वतंत्र रूप से नए पदार्थ की खोज करने का दावा किया। प्रीस्टली ने अक्टूबर 1774 में लेवोज़ियर का दौरा किया और उन्हें अपने प्रयोग के बारे में बताया और यह भी बताया कि उन्होंने नई गैस को कैसे मुक्त किया। शेले ने 30 सितंबर, 1774 को लेवोज़ियर को एक पत्र भी भेजा था, जिसमें उन्होंने पहले अज्ञात पदार्थ की अपनी खोज का वर्णन किया था, लेकिन लेवोज़ियर ने इसे प्राप्त करने की कभी पुष्टि नहीं की (शेले की मृत्यु के बाद उनके सामान में पत्र की एक प्रति मिली थी)।[18]

फ्लॉजिस्टन सिद्धांत को खारिज करना

लेवोज़ियर ने ऑक्सीकरण पर पहले पर्याप्त मात्रात्मक प्रयोग किए और दहन कैसे काम करता है, इसकी पहली सही व्याख्या दी। उन्होंने 1774 में शुरू हुए इन और समान प्रयोगों का उपयोग फ्लॉजिस्टन सिद्धांत को खारिज करने और यह साबित करने के लिए किया कि प्रीस्टली और शेले द्वारा खोजा गया पदार्थ एक रासायनिक तत्व था।[17]

एक प्रयोग में, लेवोज़ियर ने देखा कि जब टिन और हवा को एक बंद कंटेनर में गर्म किया गया तो वजन में कोई समग्र वृद्धि नहीं हुई।[17] उन्होंने नोट किया कि जब उन्होंने कंटेनर खोला तो हवा अंदर आ गई, जिससे पता चला कि फंसी हुई हवा का हिस्सा उपभोग हो गया था। उन्होंने यह भी नोट किया कि टिन का वजन बढ़ गया था और वह वृद्धि उतनी ही थी जितनी कि अंदर आने वाली हवा का वजन। दहन पर यह और अन्य प्रयोग उनकी पुस्तक "ऑन जनरल कम्बशन" (Sur la combustion en général) में प्रलेखित थे, जो 1777 में प्रकाशित हुई थी। उस काम में, उन्होंने साबित किया कि हवा दो गैसों का मिश्रण है: 'वाइटल एयर', जो दहन और श्वसन के लिए आवश्यक है, और एज़ोट (ग्रीक ἄζωτον 'निर्जीव' से), जो किसी का समर्थन नहीं करती थी। एज़ोट बाद में अंग्रेजी में नाइट्रोजन बन गया, हालांकि इसने फ्रेंच और कई अन्य यूरोपीय भाषाओं में अपना पुराना नाम बनाए रखा है।[17]

व्युत्पत्ति

लेवोज़ियर ने 1777 में "वाइटल एयर" का नाम बदलकर ऑक्सीजन कर दिया, जो ग्रीक मूल ऑक्सिस (ὀξύς; "अम्ल", शाब्दिक रूप से 'तीखा', अम्लों के स्वाद से) और -जेनेस (-γενής; "उत्पादक", शाब्दिक रूप से 'जनक') से लिया गया है क्योंकि उनका गलत मानना था कि ऑक्सीजन सभी अम्लों का एक घटक है।[20] रसायनज्ञों (जैसे 1812 में सर हम्फ्री डेवी) ने अंततः निर्धारित किया कि लेवोज़ियर इस संबंध में गलत थे (उदाहरण के लिए हाइड्रोजन क्लोराइड (HCl) एक मजबूत अम्ल है जिसमें ऑक्सीजन नहीं होती है), लेकिन तब तक नाम बहुत अच्छी तरह से स्थापित हो चुका था।:793

अंग्रेजी वैज्ञानिकों के विरोध और इस तथ्य के बावजूद कि अंग्रेज प्रीस्टली ने सबसे पहले गैस को अलग किया था और इसके बारे में लिखा था, ऑक्सीजन अंग्रेजी भाषा में प्रवेश कर गया। यह आंशिक रूप से इरास्मस डार्विन (चार्ल्स डार्विन के दादा) द्वारा लोकप्रिय पुस्तक द बोटेनिक गार्डन (1791) में "ऑक्सीजन" नामक गैस की प्रशंसा करने वाली एक कविता के कारण है।[18]

बाद का इतिहास

जॉन डाल्टन की मूल परमाणु परिकल्पना ने माना कि सभी तत्व मोनोएटोमिक थे और यौगिकों में परमाणुओं का एक-दूसरे के संबंध में सामान्यतः सबसे सरल परमाणु अनुपात होगा। उदाहरण के लिए, डाल्टन ने माना कि पानी का सूत्र HO था, जिससे यह निष्कर्ष निकला कि ऑक्सीजन का परमाणु द्रव्यमान हाइड्रोजन का 8 गुना था, न कि लगभग 16 का आधुनिक मान।[21] 1805 में, जोसेफ लुई गे-लुसाक और अलेक्जेंडर वॉन हम्बोल्ट ने दिखाया कि पानी हाइड्रोजन के दो आयतन और ऑक्सीजन के एक आयतन से बनता है, और 1811 तक, अमेदेओ अवोगाद्रो ने पानी की संरचना की सही व्याख्या पर पहुंच गए थे, जो अब अवोगाद्रो के नियम और उन गैसों में द्विपरमाणुक मौलिक अणुओं के रूप में जाना जाता है।[22]

1879 में फ्रांसीसी भाइयों क्वेंटिन और आर्थर ब्रिन ने ऑक्सीजन बनाने के लिए एक व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य प्रतिक्रिया की खोज की। उन्होंने महसूस किया कि ज्ञात प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया 2BaO(s) + O2(g) ↔ 2BaO2(s) हवा में कार्बन डाइऑक्साइड से बेरियम कार्बोनेट के गठन से निष्क्रिय हो गई थी; कार्बन डाइऑक्साइड को हटाने के लिए हवा का उपचार करने से प्रतिक्रिया को अनिश्चित काल तक उलट दिया गया। उनकी कंपनी ने 1886 और 1906 के बीच इस प्रक्रिया का उपयोग किया, जिस बिंदु पर अधिक किफायती आंशिक आसवन का उपयोग किया जाने लगा।[23]

19वीं शताब्दी के अंत तक, वैज्ञानिकों ने महसूस किया कि हवा को द्रवीकृत किया जा सकता है और इसके घटकों को संपीड़ित और ठंडा करके अलग किया जा सकता है। एक कैस्केड विधि का उपयोग करते हुए, स्विस रसायनज्ञ और भौतिक विज्ञानी राउल पियरे पिक्ते ने कार्बन डाइऑक्साइड को द्रवीकृत करने के लिए तरल सल्फर डाइऑक्साइड को वाष्पित किया, जिसे बदले में ऑक्सीजन गैस को द्रवीकृत करने के लिए पर्याप्त ठंडा करने के लिए वाष्पित किया गया। 22 दिसंबर, 1877 को, उन्होंने पेरिस में फ्रेंच एकेडमी ऑफ साइंसेज को एक टेलीग्राम भेजा जिसमें तरल ऑक्सीजन की अपनी खोज की घोषणा की गई।[24] केवल दो दिन बाद, फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी लुई पॉल कैलेटेट ने आणविक ऑक्सीजन को द्रवीकृत करने की अपनी विधि की घोषणा की।[24] प्रत्येक मामले में तरल की केवल कुछ बूंदें ही उत्पादित की गईं और कोई सार्थक विश्लेषण नहीं किया जा सका। ऑक्सीजन को पहली बार 29 मार्च, 1883 को जैगिएलोनियन विश्वविद्यालय के पोलिश वैज्ञानिकों ज़िग्मुंट व्रोब्लेव्स्की और करोल ओल्ज़ेव्स्की द्वारा स्थिर अवस्था में द्रवीकृत किया गया था।[25]

1891 में स्कॉटिश रसायनज्ञ जेम्स डेवर अध्ययन के लिए पर्याप्त तरल ऑक्सीजन का उत्पादन करने में सक्षम थे।[26] तरल ऑक्सीजन के उत्पादन के लिए पहली व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य प्रक्रिया 1895 में जर्मन इंजीनियर कार्ल वॉन लिंडे और ब्रिटिश इंजीनियर विलियम हैम्पसन द्वारा स्वतंत्र रूप से विकसित की गई थी। दोनों पुरुषों ने हवा के तापमान को तब तक कम किया जब तक कि वह द्रवीकृत नहीं हो गई और फिर घटक गैसों को एक-एक करके उबालकर और उन्हें अलग से पकड़कर आसवित किया।[27] बाद में, 1901 में, एसिटिलीन और संपीड़ित O2 के मिश्रण को जलाकर पहली बार ऑक्सीएसिटिलीन वेल्डिंग का प्रदर्शन किया गया। धातु को वेल्डिंग और काटने की यह विधि बाद में आम हो गई।[27]

1923 में, अमेरिकी वैज्ञानिक रॉबर्ट एच. गोडार्ड तरल ईंधन जलाने वाला रॉकेट इंजन विकसित करने वाले पहले व्यक्ति बने; इंजन ईंधन के लिए गैसोलीन और ऑक्सीकारक के रूप में तरल ऑक्सीजन का उपयोग करता था। गोडार्ड ने 16 मार्च, 1926 को ऑबर्न, मैसाचुसेट्स में 97 किमी/घंटा की गति से 56 मीटर का एक छोटा तरल-ईंधन वाला रॉकेट सफलतापूर्वक उड़ाया।[27][28]

विशेषताएं

गुण और आणविक संरचना

[29] मानक तापमान और दबाव पर, ऑक्सीजन आणविक सूत्र O2 वाली एक रंगहीन, गंधहीन और स्वादहीन गैस है, जिसे डाइऑक्सीजन कहा जाता है।[30]

डाइऑक्सीजन के रूप में, दो ऑक्सीजन परमाणु एक-दूसरे से रासायनिक रूप से बंधे होते हैं। बंधन को सिद्धांत के स्तर के आधार पर विभिन्न रूप से वर्णित किया जा सकता है, लेकिन इसे उचित और सरलता से एक सहसंयोजक डबल बॉन्ड के रूप में वर्णित किया गया है जो व्यक्तिगत ऑक्सीजन परमाणुओं के परमाणु ऑर्बिटल से बने आणविक ऑर्बिटल्स के भरने से उत्पन्न होता है, जिसके भरने से दो का बॉन्ड ऑर्डर प्राप्त होता है। अधिक विशेष रूप से, डबल बॉन्ड क्रमिक, निम्न-से-उच्च ऊर्जा, या ऑफ़बाऊ, ऑर्बिटल्स के भरने का परिणाम है, और 2s इलेक्ट्रॉनों से योगदान का परिणामी रद्दीकरण, निम्न σ और σ* ऑर्बिटल्स के क्रमिक भरने के बाद; दो परमाणु 2p ऑर्बिटल्स का σ ओवरलैप जो O-O आणविक अक्ष के साथ स्थित हैं और O-O आणविक अक्ष के लंबवत परमाणु 2p ऑर्बिटल्स के दो जोड़े का π ओवरलैप, और फिर π* ऑर्बिटल्स के उनके आंशिक भरने के बाद शेष दो 2p इलेक्ट्रॉनों से योगदान का रद्दीकरण।[29]

रद्दीकरण और σ और π ओवरलैप का यह संयोजन डाइऑक्सीजन के डबल-बॉन्ड चरित्र और अभिक्रियाशीलता का परिणाम है, साथ ही एक ट्रिपलेट इलेक्ट्रॉनिक ग्राउंड स्टेट की उपस्थिति भी है। दो अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों के साथ एक इलेक्ट्रॉन विन्यास, जैसा कि डाइऑक्सीजन ऑर्बिटल्स में पाया जाता है (आरेख में भरे हुए π* ऑर्बिटल्स देखें), जो समान ऊर्जा के हैं—अर्थात, अपभ्रष्ट—एक विन्यास है जिसे स्पिन ट्रिपलेट अवस्था कहा जाता है। इसलिए, O2 अणु की ग्राउंड स्टेट को ट्रिपलेट ऑक्सीजन कहा जाता है।[31] उच्चतम-ऊर्जा, आंशिक रूप से भरे हुए ऑर्बिटल्स एंटीबॉन्डिंग हैं, और इसलिए उनका भरना बॉन्ड ऑर्डर को तीन से दो तक कमजोर कर देता है। अपने अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों के कारण, ट्रिपलेट ऑक्सीजन अधिकांश कार्बनिक अणुओं के साथ केवल धीरे-धीरे प्रतिक्रिया करता है, जिनमें युग्मित इलेक्ट्रॉन स्पिन होते हैं; यह स्वतःस्फूर्त दहन को रोकता है।[32]

ट्रिपलेट रूप में, O2 अणु अनुचुंबकीय (paramagnetic) होते हैं। अर्थात, वे चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति में ऑक्सीजन में चुंबकीय गुण उत्पन्न करते हैं, जिसका कारण अणु में अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों का चक्रण (spin) और पड़ोसी O2 अणुओं के बीच नकारात्मक विनिमय ऊर्जा (exchange energy) है।[26] द्रव ऑक्सीजन इतनी चुंबकीय होती है कि प्रयोगशाला प्रदर्शनों में, द्रव ऑक्सीजन का एक पुल एक शक्तिशाली चुंबक के ध्रुवों के बीच अपने स्वयं के भार के विरुद्ध टिकाया जा सकता है।[33] ऑक्सीजन के अनुचुंबकत्व का उपयोग अनुचुंबकीय ऑक्सीजन गैस विश्लेषकों (paramagnetic oxygen gas analysers) में किया जा सकता है, जो गैसीय ऑक्सीजन सांद्रता निर्धारित करते हैं, विशेष रूप से औद्योगिक प्रक्रिया नियंत्रण और चिकित्सा में।[34][35]

सिंगलेट ऑक्सीजन आणविक O2 की कई उच्च-ऊर्जा प्रजातियों को दिया गया नाम है जिसमें सभी इलेक्ट्रॉन चक्रण युग्मित होते हैं। यह सामान्य (ट्रिपलेट) आणविक ऑक्सीजन की तुलना में सामान्य कार्बनिक यौगिकों (organic molecules) के साथ कहीं अधिक प्रतिक्रियाशील है। प्रकृति में, सिंगलेट ऑक्सीजन आमतौर पर प्रकाश संश्लेषण के दौरान सूर्य के प्रकाश की ऊर्जा का उपयोग करके पानी से बनता है।[36] यह क्षोभमंडल (troposphere) में कम तरंग दैर्ध्य के प्रकाश द्वारा ओजोन के प्रकाश-अपघटन (photolysis) से[37] और प्रतिरक्षा प्रणाली द्वारा सक्रिय ऑक्सीजन के स्रोत के रूप में भी उत्पन्न होता है।[38] प्रकाश संश्लेषक जीवों (और संभवतः जानवरों) में कैरोटीनॉयड सिंगलेट ऑक्सीजन से ऊर्जा को अवशोषित करने और ऊतकों को नुकसान पहुँचाने से पहले इसे उत्तेजित न होने वाली मूल अवस्था (ground state) में बदलने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।[39]

अपरूप (Allotropes)

मुख्य लेख: Allotropes of oxygen

पृथ्वी पर मौलिक ऑक्सीजन का सामान्य अपरूप (Allotrope) डाइऑक्सीजन, O2 कहलाता है, जो अपरूप पृथ्वी की वायुमंडलीय ऑक्सीजन का मुख्य हिस्सा है (देखें घटना)। O2 की बंध लंबाई 121 पिकोमीटर (pm) है और बंध ऊर्जा 498 जूल प्रति मोल (kJ/mol) है।[40] ट्राइऑक्सीजन (O3) को आमतौर पर ओजोन के रूप में जाना जाता है और यह ऑक्सीजन का एक बहुत ही प्रतिक्रियाशील अपरूप है जो फेफड़ों के ऊतकों के लिए हानिकारक है।[41] ओजोन ऊपरी वायुमंडल में तब उत्पन्न होती है जब O2, पराबैंगनी (UV) विकिरण द्वारा O2 के विभाजन से बनी परमाणु ऑक्सीजन के साथ जुड़ता है।[20] चूंकि ओजोन विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम के UV क्षेत्र में मजबूती से अवशोषित होती है, इसलिए ऊपरी वायुमंडल की ओजोन परत ग्रह के लिए एक सुरक्षात्मक विकिरण ढाल के रूप में कार्य करती है।[20] पृथ्वी की सतह के निकट, ओजोन ऑटोमोबाइल निकास के उप-उत्पाद के रूप में बनने वाला एक प्रदूषक है।[41] निम्न पृथ्वी कक्षा (low Earth orbit) की ऊंचाइयों पर, पर्याप्त परमाणु ऑक्सीजन मौजूद होती है जो अंतरिक्ष में क्षरण (corrosion in space) का कारण बनती है।[42]

मेटास्टेबल अणु टेट्राऑक्सीजन (O4) की खोज 2001 में हुई थी और यह माना गया था कि यह ठोस ऑक्सीजन के छह चरणों में से एक में मौजूद है।[43][44] 2006 में, O2 को 20 GPa तक दबाव डालकर बनाए गए इस चरण को एक रॉम्बिक (rhombohedral) O8 क्लस्टर बनाने के लिए दिखाया गया था।[45] इस क्लस्टर में O2 या O3 की तुलना में कहीं अधिक शक्तिशाली ऑक्सीकरण एजेंट (oxidizer) होने की क्षमता है और इसलिए इसका उपयोग रॉकेट ईंधन में किया जा सकता है।[43][44] 1990 में एक धात्विक चरण की खोज की गई थी जब ठोस ऑक्सीजन को 96 GPa से ऊपर के दबाव के अधीन किया जाता है; 1998 में यह दिखाया गया था कि बहुत कम तापमान पर, यह चरण अतिचालकता (superconductivity) बन जाता है।[46][47]

भौतिक गुण

यह भी देखें: Liquid oxygen, solid oxygen

ऑक्सीजन नाइट्रोजन की तुलना में पानी में अधिक आसानी से विलेय (dissolves) होती है। हवा के साथ संतुलन में पानी में घुली हुई O2 का लगभग 1 अणु प्रति 2 अणु N2 (1:2) होता है, जबकि वायुमंडलीय अनुपात लगभग 1:4 है। पानी में ऑक्सीजन की घुलनशीलता तापमान पर निर्भर करती है, और 0 °C पर 20 °C (7.6 mg/L) की तुलना में लगभग दोगुनी (14.6 mg/L) घुल जाती है।[12][48]

25 °C और 1 atm पर हवा में, मीठा पानी प्रति लीटर लगभग 6.04 मिलीलीटर (mL) ऑक्सीजन घोल सकता है, जबकि समुद्री जल में प्रति लीटर लगभग 4.95 mL होता है। 5 °C पर घुलनशीलता मीठे पानी के लिए प्रति लीटर 9.0 mL (25 °C पर 50% अधिक) और समुद्री जल के लिए प्रति लीटर 7.2 mL (45% अधिक) तक बढ़ जाती है।[49]

समुद्र-स्तर पर पानी में घुली ऑक्सीजन गैस
(मिलीलीटर प्रति लीटर)
5 °C 25 °C
मीठा पानी 9.00 6.04
समुद्री जल 7.20 4.95

ऑक्सीजन 90.20 केल्विन (K) (−182.95 °C, −297.31 °F) पर संघनित होती है और 54.36 K (−218.79 °C, −361.82 °F) पर जम जाती है।[50] द्रव और ठोस दोनों O2 लाल रंग में अवशोषण के कारण हल्के आकाश-नीले (sky-blue) रंग के स्पष्ट पदार्थ हैं (आकाश के नीले रंग के विपरीत, जो नीले प्रकाश के रेले प्रकीर्णन (Rayleigh scattering) के कारण होता है)। उच्च-शुद्धता वाली द्रव O2 आमतौर पर द्रवीकृत हवा के आंशिक आसवन (fractional distillation) द्वारा प्राप्त की जाती है।[51] द्रव ऑक्सीजन को शीतलक के रूप में द्रव नाइट्रोजन का उपयोग करके हवा से भी संघनित किया जा सकता है।[52] द्रव ऑक्सीजन एक अत्यधिक प्रतिक्रियाशील पदार्थ है और इसे दहनशील पदार्थों से अलग रखा जाना चाहिए।[52]

आणविक ऑक्सीजन की स्पेक्ट्रोस्कोपी ऑरोरा और एयरग्लो की वायुमंडलीय प्रक्रियाओं से जुड़ी है।[53] पराबैंगनी में हर्ज़बर्ग निरंतरता (Herzberg continuum) और शुमन-रंगे बैंड (Schumann–Runge bands) में अवशोषण परमाणु ऑक्सीजन उत्पन्न करता है जो मध्य वायुमंडल के रसायन विज्ञान में महत्वपूर्ण है।[54] उत्तेजित-अवस्था सिंगलेट आणविक ऑक्सीजन समाधान में लाल केमिलुमिनेसिसेंस (chemiluminescence) के लिए जिम्मेदार है।[55]

वायुमंडलीय दबाव पर ऑक्सीजन (O2) के तापीय और भौतिक गुणों की तालिका:[56][57]

तापमान (K) घनत्व (kg/m3) विशिष्ट ऊष्मा (kJ/(kg·K)) गतिक श्यानता (Dynamic viscosity) (kg/(m·s)) शुद्धगतिक श्यानता (Kinematic viscosity) (m2/s) तापीय चालकता (W/(m·K)) तापीय विसरणशीलता (Thermal diffusivity) (m2/s) प्रांटल संख्या (Prandtl Number)
100 3.945 0.962 7.64E-06 1.94E-06 0.00925 2.44E-06 0.796
150 2.585 0.921 1.15E-05 4.44E-06 0.0138 5.80E-06 0.766
200 1.93 0.915 1.48E-05 7.64E-06 0.0183 1.04E-05 0.737
250 1.542 0.915 1.79E-05 1.16E-05 0.0226 1.60E-05 0.723
300 1.284 0.92 2.07E-05 1.61E-05 0.0268 2.27E-05 0.711
350 1.1 0.929 2.34E-05 2.12E-05 0.0296 2.90E-05 0.733
400 0.962 1.0408 2.58E-05 2.68E-05 0.033 3.64E-05 0.737
450 0.8554 0.956 2.81E-05 3.29E-05 0.0363 4.44E-05 0.741
500 0.7698 0.972 3.03E-05 3.94E-05 0.0412 5.51E-05 0.716
550 0.6998 0.988 3.24E-05 4.63E-05 0.0441 6.38E-05 0.726
600 0.6414 1.003 3.44E-05 5.36E-05 0.0473 7.35E-05 0.729
700 0.5498 1.031 3.81E-05 6.93E-05 0.0528 9.31E-05 0.744
800 0.481 1.054 4.15E-05 8.63E-05 0.0589 1.16E-04 0.743
900 0.4275 1.074 4.47E-05 1.05E-04 0.0649 1.41E-04 0.74
1000 0.3848 1.09 4.77E-05 1.24E-04 0.071 1.69E-04 0.733
1100 0.3498 1.103 5.06E-05 1.45E-04 0.0758 1.96E-04 0.736
1200 0.3206 1.0408 5.33E-05 1.661E-04 0.0819 2.29E-04 0.725
1300 0.296 1.125 5.88E-05 1.99E-04 0.0871 2.62E-04 0.721

समस्थानिक और तारकीय उत्पत्ति

मुख्य लेख: Isotopes of oxygen

प्राकृतिक रूप से पाई जाने वाली ऑक्सीजन तीन स्थिर समस्थानिक (isotope)ों, 16O, 17O, और 18O से बनी है, जिसमें 16O सबसे प्रचुर मात्रा में (99.762% प्राकृतिक प्रचुरता) है।[58]

16O विशाल तारों में प्रमुख संलयन उत्पादों में से एक है। यह ट्रिपल-अल्फा प्रक्रिया के अंत में नियॉन बर्निंग प्रक्रिया में कुछ संश्लेषण के साथ नाभिकीय संश्लेषण (nucleosynthesis) होता है।[59] 17O और 18O दोनों को बीज नाभिक की आवश्यकता होती है। 17O मुख्य रूप से CNO चक्र के दौरान हाइड्रोजन के हीलियम में जलने से बनता है, जो इसे तारों के हाइड्रोजन जलने वाले क्षेत्रों में एक सामान्य समस्थानिक बनाता है।[59] अधिकांश 18O तब उत्पन्न होता है जब 14N (CNO बर्निंग से प्रचुर मात्रा में बना) एक 4He नाभिक को पकड़ता है, जिससे 18O विकसित, विशाल तारों के हीलियम-समृद्ध क्षेत्रों में सामान्य हो जाता है।[59]

पंद्रह रेडियोआइसोटोपों को पहचाना गया है, जो 11O से 28O तक हैं।ref[60] सबसे स्थिर 15O है जिसका अर्ध-आयु (half-life) 122.24 सेकंड है और 14O है जिसका अर्ध-आयु 70.606 सेकंड है।[58] शेष सभी रेडियोधर्मी समस्थानिकों की अर्ध-आयु 27 सेकंड से कम है, और उनमें से अधिकांश की अर्ध-आयु 83 मिलीसेकंड से कम है।[58] 16O से हल्के समस्थानिकों का सबसे सामान्य क्षय मोड (decay mode) नाइट्रोजन देने के लिए β+ क्षय है, और 18O से भारी समस्थानिकों के लिए सबसे सामान्य मोड फ्लोरीन देने के लिए बीटा क्षय है।[58][61][62][63]

घटना

आकाशगंगा (Milky Way Galaxy) में दस सबसे सामान्य तत्व, स्पेक्ट्रोस्कोपिक रूप से अनुमानित[64]
Z तत्व द्रव्यमान अंश (प्रति मिलियन भाग)
1 हाइड्रोजन 0.001
2 हीलियम 0.001
8 ऑक्सीजन background:red;
6 कार्बन 0.001
10 नियॉन 0.001
26 लोहा 0.001
7 नाइट्रोजन 0.001
14 सिलिकॉन 0.001
12 मैग्नीशियम 0.001
16 सल्फर 0.001

ऑक्सीजन ब्रह्मांड में हाइड्रोजन और हीलियम के बाद तीसरा सबसे प्रचुर रासायनिक तत्व है।[65] सूर्य के द्रव्यमान का लगभग 0.9% ऑक्सीजन है।[17] ऑक्सीजन पृथ्वी की पपड़ी (Earth's crust) के द्रव्यमान का 49.2% हिस्सा है, जो सिलिकॉन डाइऑक्साइड जैसे ऑक्साइड यौगिकों के रूप में है और पृथ्वी की पपड़ी में द्रव्यमान के अनुसार सबसे प्रचुर तत्व है।[66] यह दुनिया के महासागरों का भी मुख्य घटक है (द्रव्यमान के अनुसार 88.8%)।[17] ऑक्सीजन गैस पृथ्वी के वायुमंडल का दूसरा सबसे सामान्य घटक है, जो इसके आयतन का 20.8% और द्रव्यमान का 23.1% (लगभग 1015 टन) है।[17][67][lower-alpha 1]

पृथ्वी सौर मंडल के ग्रहों के बीच असामान्य है क्योंकि इसके वायुमंडल में ऑक्सीजन गैस की इतनी उच्च सांद्रता है। मंगल (आयतन के अनुसार 0.1% O2 के साथ) और शुक्र में बहुत कम है। उन ग्रहों के चारों ओर O2, कार्बन डाइऑक्साइड जैसे ऑक्सीजन युक्त अणुओं पर पराबैंगनी विकिरण की क्रिया द्वारा विशेष रूप से उत्पन्न होती है।[68] पृथ्वी पर ऑक्सीजन गैस की असामान्य रूप से उच्च सांद्रता ऑक्सीजन चक्र का परिणाम है। यह जैव-भू-रासायनिक चक्र पृथ्वी पर इसके तीन मुख्य जलाशयों: वायुमंडल, जीवमंडल और स्थलमंडल (lithosphere) के भीतर और बीच ऑक्सीजन की गति का वर्णन करता है। ऑक्सीजन चक्र का मुख्य प्रेरक कारक प्रकाश संश्लेषण है, जो आधुनिक पृथ्वी के वायुमंडल के लिए जिम्मेदार है। प्रकाश संश्लेषण वायुमंडल में ऑक्सीजन छोड़ता है, जबकि कोशिकीय श्वसन, अपघटन, और दहन इसे वायुमंडल से हटा देते हैं। वर्तमान संतुलन में, उत्पादन और खपत समान दर पर होती है।:602

वायुमंडल में ऑक्सीजन का स्तर वैश्विक स्तर पर थोड़ा नीचे की ओर बढ़ रहा है, संभवतः जीवाश्म-ईंधन जलने के कारण।[69]

मुक्त ऑक्सीजन दुनिया के जल निकायों में घोल के रूप में भी होती है। कम तापमान पर O2 की बढ़ी हुई घुलनशीलता (देखें भौतिक गुण) के महासागर के जीवन के लिए महत्वपूर्ण निहितार्थ हैं, क्योंकि ध्रुवीय महासागर अपनी उच्च ऑक्सीजन सामग्री के कारण जीवन के बहुत उच्च घनत्व का समर्थन करते हैं।[70] वैज्ञानिक पानी की गुणवत्ता के इस पहलू का आकलन पानी की जैव रासायनिक ऑक्सीजन मांग (biochemical oxygen demand), या इसे सामान्य सांद्रता में बहाल करने के लिए आवश्यक O2 की मात्रा को मापकर करते हैं।[71] उष्णकटिबंधीय महासागरों में महत्वपूर्ण डीऑक्सीजनेशन देखा गया है। गर्म होते महासागरों के पानी से अगली सदी में और भविष्य में एक हजार वर्षों तक ऑक्सीजन खोने की उम्मीद है; संभावित परिणामों में न्यूनतम ऑक्सीजन क्षेत्र शामिल हैं जो मैक्रोफौना का समर्थन करने में असमर्थ हैं।[72]

विश्लेषण

पुराजलवायु विज्ञानी (Paleoclimatologists) लाखों साल पहले की जलवायु निर्धारित करने के लिए समुद्री जीवों के बाह्यकंकाल (shells) और कंकाल में ऑक्सीजन-18 और ऑक्सीजन-16 के अनुपात को मापते हैं (देखें ऑक्सीजन समस्थानिक अनुपात चक्र)। समुद्री जल के अणु जिनमें हल्का समस्थानिक, ऑक्सीजन-16 होता है, वे 12% भारी ऑक्सीजन-18 वाले पानी के अणुओं की तुलना में थोड़ी तेज दर से वाष्पित होते हैं, और यह असमानता कम तापमान पर बढ़ जाती है।[73] कम वैश्विक तापमान की अवधि के दौरान, उस वाष्पित पानी से बर्फ और बारिश में ऑक्सीजन-16 अधिक होने की प्रवृत्ति होती है, और पीछे छूटे समुद्री जल में ऑक्सीजन-18 अधिक होने की प्रवृत्ति होती है। समुद्री जीव तब अपने कंकालों और गोले में ऑक्सीजन-18 को गर्म जलवायु की तुलना में अधिक शामिल करते हैं।[73] पुराजलवायु विज्ञानी आइस कोर नमूनों के पानी के अणुओं में भी इस अनुपात को सीधे मापते हैं जो सैकड़ों हजारों साल पुराने हैं।[74][75]

ग्रहीय भूवैज्ञानिकों ने पृथ्वी, चंद्रमा, मंगल और उल्कापिंडों के नमूनों में ऑक्सीजन समस्थानिकों (isotopes) की सापेक्ष मात्रा को मापा है, लेकिन वे लंबे समय तक सूर्य में समस्थानिक अनुपात के संदर्भ मान प्राप्त करने में असमर्थ थे, जिसे आदिम सौर निहारिका के समान माना जाता है। अंतरिक्ष में सौर पवन के संपर्क में आए और दुर्घटनाग्रस्त 'जेनेसिस' अंतरिक्ष यान द्वारा वापस लाए गए सिलिकॉन वेफर के विश्लेषण से पता चला है कि सूर्य में पृथ्वी की तुलना में ऑक्सीजन-16 का अनुपात अधिक है। यह माप इंगित करता है कि पृथ्वी का निर्माण करने वाले धूल के कणों के जुड़ने से पहले, एक अज्ञात प्रक्रिया ने सूर्य की प्रोटोप्लेनेटरी सामग्री की डिस्क से ऑक्सीजन-16 को कम कर दिया था।[76][77]

ऑक्सीजन 687 और 760 nm की तरंग दैर्ध्य पर चरम दो स्पेक्ट्रोफोटोमेट्रिक अवशोषण बैंड प्रदर्शित करती है। कुछ सुदूर संवेदन वैज्ञानिकों ने उपग्रह प्लेटफॉर्म से पौधों के स्वास्थ्य की स्थिति को चिह्नित करने के लिए उन बैंडों में वनस्पति वितान (canopy) से आने वाली चमक (radiance) के मापन का उपयोग करने का प्रस्ताव दिया है।[78] यह दृष्टिकोण इस तथ्य का लाभ उठाता है कि उन बैंडों में वनस्पति के परावर्तन (reflectance) को उसकी प्रतिदीप्ति (fluorescence) से अलग करना संभव है, जो बहुत कमजोर होती है। कम सिग्नल-टू-नॉइज़ अनुपात और वनस्पति की भौतिक संरचना के कारण यह मापन तकनीकी रूप से कठिन है; लेकिन इसे वैश्विक स्तर पर उपग्रहों से कार्बन चक्र की निगरानी करने की एक संभावित विधि के रूप में प्रस्तावित किया गया है।[79]

जैविक उत्पादन और O2 की भूमिका

मुख्य लेख: Dioxygen in biological reactions

प्रकाश संश्लेषण और श्वसन

प्रकृति में, मुक्त ऑक्सीजन क्लोरोफिलिक प्रकाश संश्लेषण के दौरान पानी के प्रकाश-संचालित विभाजन (photolysis) के उप-उत्पाद के रूप में उत्पन्न होती है। कुछ अनुमानों के अनुसार, समुद्री प्रकाश-स्वपोषी (photoautotrophs) जैसे लाल/हरे शैवाल और साइनोबैक्टीरिया पृथ्वी पर उत्पादित मुक्त ऑक्सीजन का लगभग 70% प्रदान करते हैं, और शेष स्थलीय वातावरण में पौधों द्वारा उत्पादित किया जाता है।[80] वायुमंडलीय ऑक्सीजन में समुद्री योगदान के अन्य अनुमान अधिक हैं, जबकि कुछ अनुमान कम हैं, जो बताते हैं कि महासागर हर साल पृथ्वी की वायुमंडलीय ऑक्सीजन का ~45% उत्पादन करते हैं।[81]

प्रकाश संश्लेषण के लिए एक सरलीकृत समग्र सूत्र है[82]

6 CO2 + 6 H2O + फोटॉन → C6H12O6 + 6 O2

या सरल शब्दों में

कार्बन डाइऑक्साइड + पानी + सूर्य का प्रकाश → ग्लूकोज + डाइऑक्सीजन

प्रकाश-अपघटनी ऑक्सीजन विकास (oxygen evolution) प्रकाश संश्लेषक जीवों की थाइलाकोइड झिल्ली में होता है और इसके लिए चार फोटॉन की ऊर्जा की आवश्यकता होती है।[lower-alpha 2] इसमें कई चरण शामिल हैं, लेकिन परिणाम थाइलाकोइड झिल्ली के पार एक प्रोटॉन प्रवणता का निर्माण होता है, जिसका उपयोग फोटोफॉस्फोराइलेशन के माध्यम से एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट (ATP) को संश्लेषित करने के लिए किया जाता है।[83] शेष O2 (पानी के अणु के उत्पादन के बाद) वायुमंडल में छोड़ दिया जाता है।[lower-alpha 3]

ऑक्सीजन का उपयोग यूकेरियोट्स के माइटोकॉन्ड्रिया में ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन के दौरान एटीपी उत्पन्न करने के लिए किया जाता है। एरोबिक श्वसन के लिए प्रतिक्रिया अनिवार्य रूप से प्रकाश संश्लेषण का उल्टा है और इसे इस प्रकार सरलीकृत किया गया है

C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + 2880 kJ/mol

जलीय जंतुओं में, पानी में घुलित ऑक्सीजन को गलफड़ों (gills), त्वचा के माध्यम से, या आंत के माध्यम से अवशोषित किया जाता है; टेट्रापोड्स जैसे स्थलीय जानवरों में, हवा में मौजूद ऑक्सीजन को फेफड़ों के माध्यम से सक्रिय रूप से शरीर में लिया जाता है, जहाँ गैस विनिमय होता है ताकि ऑक्सीजन रक्त में और कार्बन डाइऑक्साइड बाहर निकल सके, और फिर शरीर का परिसंचरण तंत्र ऑक्सीजन को अन्य ऊतकों तक पहुँचाता है जहाँ कोशिकीय श्वसन होता है।[84][85] हालाँकि, कीड़ों में, जो सबसे सफल और जैव विविधता वाले स्थलीय क्लेड हैं, ऑक्सीजन को वायुमार्गों के एक गहरे नेटवर्क के माध्यम से सीधे आंतरिक ऊतकों तक पहुँचाया जाता है। लाल रक्त कोशिकाओं में हीमोग्लोबिन O2 को बांधता है, जिससे रंग नीले-लाल से चमकीले लाल में बदल जाता है[41] (CO2 हीमोग्लोबिन के दूसरे हिस्से से बोर प्रभाव के माध्यम से जारी होता है)। अन्य स्थलीय अकशेरुकी इसके बजाय हेमोसायनिन (मोलस्क और कुछ आर्थ्रोपोड) या हेमेरिथ्रिन (मकड़ियों और लॉबस्टर) का उपयोग करते हैं।[67] एक लीटर रक्त 200 cm3 तक O2 घोल सकता है।[67]

अवायवीय जीवों (anaerobic organisms) की खोज तक, यह माना जाता था कि ऑक्सीजन सभी जटिल जीवन के लिए एक आवश्यकता है।[86][87]

प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियां (Reactive oxygen species), जैसे सुपरऑक्साइड आयन (O2-) और हाइड्रोजन पेरोक्साइड (H2O2), जीवों में ऑक्सीजन के उपयोग के प्रतिक्रियाशील उप-उत्पाद हैं।[67] उच्च जीवों की प्रतिरक्षा प्रणाली के कुछ हिस्से आक्रमणकारी रोगाणुओं को नष्ट करने के लिए पेरोक्साइड, सुपरऑक्साइड और सिंगलेट ऑक्सीजन बनाते हैं। प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियां रोगजनकों के हमले के खिलाफ पौधों की अतिसंवेदनशील प्रतिक्रिया (hypersensitive response) में भी महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं।[83] ऑक्सीजन अनिवार्य अवायवीय जीवों (obligately anaerobic organisms) के लिए हानिकारक है, जो लगभग 2.5 अरब साल पहले ग्रेट ऑक्सीजनेशन इवेंट के दौरान वायुमंडल में O2 के जमा होने तक पृथ्वी पर प्रारंभिक जीवन का प्रमुख रूप थे, जो इन जीवों के पहली बार प्रकट होने के लगभग एक अरब साल बाद हुआ था।[88][89]

एक वयस्क मानव आराम की स्थिति में प्रति मिनट 1.8 से 2.4 ग्राम ऑक्सीजन अंदर लेता है।[90] यह मानवता द्वारा प्रति वर्ष 6 अरब टन से अधिक ऑक्सीजन के अंतःश्वसन के बराबर है।[lower-alpha 4]

जीवित जीव

मानव शरीर में ऑक्सीजन का आंशिक दबाव (PO2)
इकाई एल्वोलर पल्मोनरी
गैस दबाव		 धमनी रक्त ऑक्सीजन शिरापरक रक्त गैस
kPa 14.2 11[note 1]-13[note 1] 4.0[note 1]-5.3[note 1]
mmHg 107 75[91]-100[91] 30[92]-40[92]

एक जीवित कशेरुकी जीव के शरीर में मुक्त ऑक्सीजन का आंशिक दबाव (partial pressure) श्वसन तंत्र में सबसे अधिक होता है, और क्रमशः किसी भी धमनी प्रणाली, परिधीय ऊतकों और शिरापरक प्रणाली के साथ घटता जाता है। आंशिक दबाव वह दबाव है जो ऑक्सीजन का होता यदि वह अकेले उस आयतन पर कब्जा करती।[93]

वायुमंडल में संचय

मुख्य लेख: Geological history of oxygen

[94]

प्रकाश संश्लेषण के विकसित होने से पहले, पृथ्वी के वायुमंडल में बहुत कम मुक्त द्विपरमाणुक मौलिक ऑक्सीजन (O2) थी।[95][89] ऑक्सीजन नियोआर्कियन-पैलियोप्रोटेरोज़ोइक सीमा पर लगभग 2.45 Ga (अरब वर्ष पूर्व) प्रीबायोटिक वायुमंडल में जमा होने लगी, जिसे ग्रेट ऑक्सीजनेशन इवेंट (GOE) के रूप में जाना जाने वाला एक पुरा-भूवैज्ञानिक घटना माना जाता है।[96] प्राप्त O2 की सांद्रता आज की तुलना में 10% से कम थी और संभवतः इसमें बहुत अधिक उतार-चढ़ाव आया। लगभग 500 मिलियन वर्ष पूर्व नियोप्रोटेरोज़ोइक ऑक्सीजनेशन इवेंट नामक एक दूसरी घटना के कारण ऑक्सीजन का स्तर वर्तमान के समान या उससे भी अधिक हो गया।[97]

ऑक्सीजन जैविक गतिविधि का परिणाम और एक प्रमुख उत्प्रेरक दोनों है। प्रकाश संश्लेषण ऑक्सीजन का उत्पादन करता है जबकि एरोबिक श्वसन का उपयोग करने वाले पौधे और जानवर इसका उपभोग करते हैं। नतीजतन, जीवन का विकास उपलब्ध ऑक्सीजन की सांद्रता से निकटता से संबंधित है। ऑक्सीजन और विकास के बीच संबंधों को समझने से एक्सोप्लैनेट डेटा में बाह्यग्रहीय जीवन के प्रमाण खोजने में मदद मिलेगी।[97]:252 ऑक्सीजन सांद्रता तलछटी चट्टानों की भू-रासायनिक संरचना में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है, जिससे भूविज्ञान के लिए ऑक्सीजन सांद्रता महत्वपूर्ण हो जाती है और भूवैज्ञानिक समय के दौरान ऑक्सीजन सांद्रता को समझने के लिए तलछटी चट्टानें महत्वपूर्ण हो जाती हैं।[98] ऑक्सीजन सांद्रता में वृद्धि का पृथ्वी के भू-रसायन और जीवमंडल पर व्यापक और महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ा। हालाँकि, ऑक्सीजन और विकास के बीच विस्तृत संबंध अभी भी अस्पष्ट हैं।[99]

वायुमंडलीय ऑक्सीजन सांद्रता में भिन्नता ने अतीत की जलवायु को आकार दिया होगा। जब ऑक्सीजन कम हुई, तो वायुमंडलीय घनत्व गिर गया, जिससे सतह का वाष्पीकरण बढ़ गया, जिससे वर्षा में वृद्धि हुई और तापमान गर्म हो गया।[100]

बाह्यग्रहीय मुक्त ऑक्सीजन

मुख्य लेख: Extraterrestrial atmosphere

यूरोपा और गैनिमेड के पतले ऑक्सीजन वायुमंडल में, विशेष रूप से ध्रुवों के आसपास, ऑक्सीजन की थोड़ी मात्रा का पता चला है। माना जाता है कि यह ऑक्सीजन पानी के फोटोडिसोसिएशन (photodissociation) का परिणाम है।[101]

खगोल जीवविज्ञान (astrobiology) के क्षेत्र में और बाह्यग्रहीय जीवन की खोज में, ऑक्सीजन को सबसे मजबूत बायोसिग्नेचर या जैविक गतिविधि का संकेत माना जाता है। ऑक्सीजन बायोसिग्नेचर के लिए तीन मानदंडों को पूरा करती है। इसकी उपस्थिति जीवन का एक विश्वसनीय संकेतक है, जो इस अवलोकन पर आधारित है कि पृथ्वी की लगभग सभी ऑक्सीजन की उत्पत्ति जैविक है। दूसरा, ऑक्सीजन लंबे समय तक, लगभग एक अरब वर्षों तक वायुमंडल में बनी रहती है। तीसरा, ऑक्सीजन वायुमंडल में अच्छी तरह से मिश्रित होती है और इसमें मजबूत विशिष्ट अवशोषण रेखाएं होती हैं जिन्हें दूरस्थ दूरबीनों द्वारा पता लगाया जा सकता है।[102] एक संभावित समस्या यह है कि ऑक्सीजन खगोलीय पिंडों पर उन प्रक्रियाओं और स्थितियों (जैसे एक अजीब जलमंडल) के साथ अजैविक रूप से उत्पादित हो सकती है जो मुक्त ऑक्सीजन के संचय की अनुमति देते हैं।[103][104][105]

औद्योगिक उत्पादन

हर साल, औद्योगिक उपयोग के लिए हवा से सौ मिलियन टन O2 निकाला जाता है।[18] निष्कर्षण की सबसे आम विधि द्रवीकृत हवा का आंशिक आसवन (fractional distillation) है, जिसमें N2 वाष्प के रूप में आसवित होता है जबकि O2 तरल के रूप में रह जाता है।[18] O2 के उत्पादन की दूसरी प्राथमिक विधि स्वच्छ, शुष्क हवा की एक धारा को समान जिओलाइट आणविक छलनी (molecular sieves) के एक जोड़े के माध्यम से गुजारना है, जो नाइट्रोजन को अवशोषित करती है और 90% से 93% O2 वाली गैस धारा प्रदान करती है।[18] साथ ही, नाइट्रोजन गैस को दूसरे नाइट्रोजन-संतृप्त जिओलाइट बेड से चैंबर के ऑपरेटिंग दबाव को कम करके और उत्पादक बेड से ऑक्सीजन गैस के हिस्से को प्रवाह की विपरीत दिशा में मोड़कर छोड़ा जाता है। एक निर्धारित चक्र समय के बाद दोनों बेड के संचालन को आपस में बदल दिया जाता है, जिससे पाइपलाइन के माध्यम से गैसीय ऑक्सीजन की निरंतर आपूर्ति पंप की जा सकती है। इसे प्रेशर स्विंग सोखना (pressure swing adsorption) के रूप में जाना जाता है। ऑक्सीजन गैस तेजी से इन गैर-क्रायोजेनिक तकनीकों द्वारा प्राप्त की जा रही है (संबंधित वैक्यूम स्विंग सोखना भी देखें)।[106]

अकादमिक प्रयोगशालाओं में, ऑक्सीजन को मैंगनीज डाइऑक्साइड के एक छोटे अनुपात के साथ मिश्रित पोटेशियम क्लोरेट को गर्म करके तैयार किया जा सकता है।[107]

ऑक्सीजन गैस का उत्पादन पानी के इलेक्ट्रोलिसिस के माध्यम से आणविक ऑक्सीजन और हाइड्रोजन में भी किया जा सकता है। डीसी बिजली का उपयोग किया जाना चाहिए: यदि एसी का उपयोग किया जाता है, तो प्रत्येक अंग में गैसें 2:1 के विस्फोटक अनुपात में हाइड्रोजन और ऑक्सीजन से बनी होती हैं। एक समान विधि ऑक्साइड और ऑक्सोएसिड से इलेक्ट्रोकैटेलिटिक O2 विकास है। रासायनिक उत्प्रेरकों का भी उपयोग किया जा सकता है, जैसे कि रासायनिक ऑक्सीजन जनरेटर या ऑक्सीजन मोमबत्तियों में, जिनका उपयोग पनडुब्बियों पर जीवन-समर्थन उपकरण के हिस्से के रूप में किया जाता है, और ये अभी भी वाणिज्यिक एयरलाइनरों पर दबाव कम होने की आपात स्थिति के मामले में मानक उपकरण का हिस्सा हैं। एक अन्य वायु पृथक्करण विधि ज़िरकोनियम डाइऑक्साइड पर आधारित सिरेमिक झिल्लियों के माध्यम से हवा को उच्च दबाव या विद्युत प्रवाह द्वारा घोलने के लिए मजबूर करना है ताकि लगभग शुद्ध O2 गैस का उत्पादन किया जा सके।[71]

भंडारण

ऑक्सीजन भंडारण विधियों में उच्च-दबाव वाले ऑक्सीजन टैंक, क्रायोजेनिक्स और रासायनिक यौगिक शामिल हैं। आर्थिक कारणों से, ऑक्सीजन को अक्सर विशेष रूप से इंसुलेटेड टैंकरों में तरल के रूप में थोक में ले जाया जाता है, क्योंकि द्रवीकृत ऑक्सीजन का एक लीटर वायुमंडलीय दबाव और 20 C पर 840 लीटर गैसीय ऑक्सीजन के बराबर होता है।[18] ऐसे टैंकरों का उपयोग थोक तरल-ऑक्सीजन भंडारण कंटेनरों को फिर से भरने के लिए किया जाता है, जो अस्पतालों और अन्य संस्थानों के बाहर खड़े होते हैं जिन्हें बड़ी मात्रा में शुद्ध ऑक्सीजन गैस की आवश्यकता होती है। तरल ऑक्सीजन को हीट एक्सचेंजर के माध्यम से पारित किया जाता है, जो भवन में प्रवेश करने से पहले क्रायोजेनिक तरल को गैस में परिवर्तित कर देता है। ऑक्सीजन को संपीड़ित गैस वाले छोटे सिलेंडरों में भी संग्रहीत और भेजा जाता है; एक ऐसा रूप जो कुछ पोर्टेबल चिकित्सा अनुप्रयोगों और ऑक्सी-ईंधन वेल्डिंग और कटिंग में उपयोगी है।[18]

अनुप्रयोग

यह भी देखें: Breathing gas, Redox, Combustion

चिकित्सा

मुख्य लेख: Oxygen therapy

हवा से O2 का अंतर्ग्रहण श्वसन का आवश्यक उद्देश्य है, इसलिए चिकित्सा में ऑक्सीजन पूरकता का उपयोग किया जाता है। उपचार न केवल रोगी के रक्त में ऑक्सीजन के स्तर को बढ़ाता है, बल्कि इसका द्वितीयक प्रभाव कई प्रकार के बीमार फेफड़ों में रक्त के प्रवाह के प्रतिरोध को कम करना है, जिससे हृदय पर कार्यभार कम हो जाता है। ऑक्सीजन थेरेपी का उपयोग एम्फिसीमा, निमोनिया, कुछ हृदय विकारों (कंजेस्टिव हार्ट फेल्योर), कुछ विकारों जो फुफ्फुसीय धमनी दबाव में वृद्धि का कारण बनते हैं, और किसी भी बीमारी का इलाज करने के लिए किया जाता है जो गैसीय ऑक्सीजन को लेने और उपयोग करने की शरीर की क्षमता को बाधित करती है।[108]

उपचार इतने लचीले हैं कि इनका उपयोग अस्पतालों, रोगी के घर, या तेजी से पोर्टेबल उपकरणों द्वारा किया जा सकता है। ऑक्सीजन टेंट का उपयोग कभी ऑक्सीजन पूरकता में आमतौर पर किया जाता था, लेकिन तब से इन्हें ज्यादातर ऑक्सीजन मास्क या नेज़ल कैनुला के उपयोग से बदल दिया गया है।[109]

हाइपरबेरिक (उच्च-दाब) चिकित्सा में, रोगी और आवश्यकता पड़ने पर चिकित्सा कर्मचारियों के चारों ओर O2 के आंशिक दाब (partial pressure) को बढ़ाने के लिए विशेष हाइपरबेरिक ऑक्सीजन चैंबर का उपयोग किया जाता है।[110] कार्बन मोनोऑक्साइड विषाक्तता, गैस गैंग्रीन, और डीकम्प्रेसन सिकनेस (जिसे 'बेंड्स' भी कहा जाता है) का उपचार कभी-कभी इस चिकित्सा से किया जाता है।[111] फेफड़ों में O2 की बढ़ी हुई सांद्रता, हीमोग्लोबिन के हीम समूह से कार्बन मोनोऑक्साइड को विस्थापित करने में मदद करती है।[112][113] ऑक्सीजन गैस उन अवायवीय बैक्टीरिया (anaerobic bacteria) के लिए जहरीली होती है जो गैस गैंग्रीन का कारण बनते हैं, इसलिए इसका आंशिक दाब बढ़ाने से बैक्टीरिया को मारने और गैस गैंग्रीन को कम करने में मदद मिलती है।[114][115] डीकम्प्रेसन सिकनेस उन गोताखोरों में होती है जो गोता लगाने के बाद बहुत तेजी से डीकम्प्रेस होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप रक्त में अक्रिय गैसों, मुख्य रूप से नाइट्रोजन और हीलियम के बुलबुले बन जाते हैं। जितनी जल्दी हो सके O2 का दाब बढ़ाने से बुलबुलों को वापस रक्त में घोलने में मदद मिलती है ताकि इन अतिरिक्त गैसों को फेफड़ों के माध्यम से स्वाभाविक रूप से बाहर निकाला जा सके।[108][116][117] किसी भी ऐसी गोताखोरी चोट के लिए, जिसमें ऊतकों में अक्रिय गैस के बुलबुले बनने की संभावना हो, प्राथमिक चिकित्सा के रूप में उपलब्ध उच्चतम सांद्रता पर नॉर्मोबेरिक ऑक्सीजन का प्रशासन अक्सर किया जाता है। एक दीर्घकालिक डेटाबेस में दर्ज मामलों के सांख्यिकीय अध्ययन से इसके उपयोग के लिए महामारी विज्ञान संबंधी समर्थन प्राप्त है।[118][119][120]

जीवन रक्षक और मनोरंजक उपयोग

आधुनिक स्पेस सूट में, जो अपने पहनने वाले के शरीर को घेरे रहते हैं, ऑक्सीजन गैस का उपयोग निम्न-दाब वाली श्वसन गैस के रूप में किया जाता है। ये उपकरण सामान्य दाब के लगभग एक-तिहाई पर लगभग शुद्ध ऑक्सीजन का उपयोग करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप रक्त में O2 का सामान्य आंशिक दाब बना रहता है। सूट के लचीलेपन को बनाए रखने के लिए उच्च ऑक्सीजन सांद्रता और निम्न दाब के इस संतुलन की आवश्यकता होती है।[121][122]

स्कूबा और सतह-आपूर्ति वाले पानी के नीचे के गोताखोर और पनडुब्बियां भी कृत्रिम रूप से वितरित O2 पर निर्भर करती हैं। पनडुब्बियां, सबमर्सिबल और वायुमंडलीय डाइविंग सूट आमतौर पर सामान्य वायुमंडलीय दाब पर काम करते हैं। सांस लेने वाली हवा से रासायनिक निष्कर्षण द्वारा कार्बन डाइऑक्साइड को साफ किया जाता है और एक स्थिर आंशिक दाब बनाए रखने के लिए ऑक्सीजन को प्रतिस्थापित किया जाता है। परिवेश दाब (ambient pressure) वाले गोताखोर हवा या गैस मिश्रणों में ऐसी ऑक्सीजन सांद्रता के साथ सांस लेते हैं जो उनकी गहराई के अनुकूल हो। वायुमंडलीय दाब से अधिक दाब पर डाइविंग में शुद्ध या लगभग शुद्ध O2 का उपयोग आमतौर पर रीब्रीदर तक सीमित होता है, या अपेक्षाकृत उथली गहराई (~6 मीटर या उससे कम) पर डीकम्प्रेसन तक सीमित होता है,[123][118] या 2.8 बार तक के दाब पर रीकम्प्रेसन चैंबर में चिकित्सा उपचार के लिए, जहाँ तीव्र ऑक्सीजन विषाक्तता को डूबने के जोखिम के बिना प्रबंधित किया जा सकता है। गहरी डाइविंग के लिए ऑक्सीजन विषाक्तता को रोकने हेतु नाइट्रोजन या हीलियम जैसी अन्य गैसों के साथ O2 के महत्वपूर्ण तनुकरण (dilution) की आवश्यकता होती है।[123]

पर्वतारोहण करने वाले या बिना-दाब वाले फिक्स्ड-विंग विमान में उड़ान भरने वाले लोगों के पास कभी-कभी पूरक O2 की आपूर्ति होती है।[lower-alpha 5] दबावयुक्त वाणिज्यिक हवाई जहाजों में केबिन का दाब कम होने की स्थिति में यात्रियों को स्वचालित रूप से O2 की आपातकालीन आपूर्ति दी जाती है। अचानक केबिन का दाब कम होने पर प्रत्येक सीट के ऊपर रासायनिक ऑक्सीजन जनरेटर सक्रिय हो जाते हैं, जिससे ऑक्सीजन मास्क नीचे गिर जाते हैं। केबिन सुरक्षा निर्देशों के अनुसार मास्क को "ऑक्सीजन का प्रवाह शुरू करने के लिए" खींचने से कनस्तर के अंदर मौजूद सोडियम क्लोरेट में लोहे का बुरादा चला जाता है।[71] इसके बाद ऊष्माक्षेपी (exothermic) अभिक्रिया द्वारा ऑक्सीजन गैस की एक स्थिर धारा उत्पन्न होती है।

एक हल्के उत्साहवर्धक (euphoric) के रूप में, ऑक्सीजन का ऑक्सीजन बार और खेल में मनोरंजक उपयोग का इतिहास रहा है। ऑक्सीजन बार ऐसे प्रतिष्ठान हैं जो 1990 के दशक के अंत से संयुक्त राज्य अमेरिका में पाए जाते हैं और मामूली शुल्क पर सामान्य से अधिक O2 के संपर्क की पेशकश करते हैं।[124] पेशेवर एथलीट, विशेष रूप से अमेरिकन फुटबॉल में, कभी-कभी प्रदर्शन को बढ़ावा देने के लिए खेल के बीच में मैदान से बाहर आकर ऑक्सीजन मास्क पहनते हैं। इसके औषधीय प्रभाव पर संदेह है; प्लेसबो प्रभाव इसका अधिक संभावित स्पष्टीकरण है।[124] उपलब्ध अध्ययन केवल तभी ऑक्सीजन-समृद्ध मिश्रणों से प्रदर्शन में वृद्धि का समर्थन करते हैं यदि इसे वायवीय व्यायाम (aerobic exercise) के *दौरान* अंदर लिया जाए।[125]

अन्य मनोरंजक उपयोगों में, जिनमें सांस लेना शामिल नहीं है, पायरोटेक्निक अनुप्रयोग शामिल हैं, जैसे जॉर्ज गोबल द्वारा बारबेक्यू ग्रिल को पांच सेकंड में प्रज्वलित करना।[126]

औद्योगिक

लौह अयस्क को इस्पात में प्रगलन करने में वाणिज्यिक रूप से उत्पादित ऑक्सीजन का 55% हिस्सा खर्च होता है।[71] इस प्रक्रिया में, O2 को उच्च-दाब वाले लांस के माध्यम से पिघले हुए लोहे में इंजेक्ट किया जाता है, जो सल्फर की अशुद्धियों और अतिरिक्त कार्बन को संबंधित ऑक्साइड, SO2 और CO2 के रूप में हटा देता है। ये अभिक्रियाएं ऊष्माक्षेपी होती हैं, इसलिए तापमान 1,700 °C तक बढ़ जाता है।[71]

वाणिज्यिक रूप से उत्पादित ऑक्सीजन का अन्य 25% रासायनिक उद्योग द्वारा उपयोग किया जाता है।[71] एथिलीन को O2 के साथ अभिक्रिया कराकर एथिलीन ऑक्साइड बनाया जाता है, जिसे बाद में एथिलीन ग्लाइकॉल में परिवर्तित किया जाता है; यह एंटीफ्रीज और पॉलिएस्टर पॉलिमर (कई प्लास्टिक और कपड़े के अग्रदूत) सहित कई उत्पादों के निर्माण के लिए उपयोग की जाने वाली प्राथमिक सामग्री है।[71]

वाणिज्यिक रूप से उत्पादित ऑक्सीजन का शेष 20% हिस्सा चिकित्सा अनुप्रयोगों, धातु काटने और वेल्डिंग, रॉकेट ईंधन में ऑक्सीकारक के रूप में, और जल उपचार में उपयोग किया जाता है।[71] ऑक्सीजन का उपयोग ऑक्सीएसिटिलीन वेल्डिंग में किया जाता है, जहाँ बहुत गर्म लौ उत्पन्न करने के लिए O2 के साथ एसिटिलीन को जलाया जाता है। इस प्रक्रिया में, 60 cm तक मोटी धातु को पहले एक छोटी ऑक्सी-एसिटिलीन लौ से गर्म किया जाता है और फिर O2 की एक बड़ी धारा द्वारा तेजी से काटा जाता है।[127]

यौगिक

मुख्य लेख: Oxygen compounds

ऑक्सीजन के लगभग सभी ज्ञात यौगिकों में ऑक्सीजन की ऑक्सीकरण अवस्था -2 होती है। ऑक्सीकरण अवस्था -1 कुछ यौगिकों जैसे पेरोक्साइड में पाई जाती है।:28 अन्य ऑक्सीकरण अवस्थाओं में ऑक्सीजन वाले यौगिक बहुत असामान्य हैं: -1/2 (सुपरऑक्साइड), -1/3 (ओजोनाइड), 0 (तत्व, हाइपोफ्लुओरस एसिड), +1/2 (डाइऑक्सीजेनिल), +1 (डाइऑक्सीजन डाइफ्लोराइड), और +2 (ऑक्सीजन डाइफ्लोराइड)।[128]

ऑक्साइड और अन्य अकार्बनिक यौगिक

जल (H2O) हाइड्रोजन का एक ऑक्साइड है और सबसे परिचित ऑक्सीजन यौगिक है। जल के अणु में हाइड्रोजन परमाणु ऑक्सीजन के साथ सहसंयोजक रूप से बंधे होते हैं, लेकिन एक अलग अणु में एक निकटवर्ती ऑक्सीजन परमाणु के साथ उनका अतिरिक्त आकर्षण (लगभग 23.3 kJ/mol प्रति हाइड्रोजन परमाणु) भी होता है।[129] जल के अणुओं के बीच ये हाइड्रोजन बंधन उन्हें उस दूरी से लगभग 15% करीब रखते हैं जो केवल वैन डेर वाल्स बलों वाले एक साधारण तरल में अपेक्षित होती।[130][lower-alpha 6]

अपनी विद्युत ऋणात्मकता के कारण, ऑक्सीजन लगभग सभी अन्य तत्वों के साथ रासायनिक बंधन बनाती है जिससे संबंधित ऑक्साइड प्राप्त होते हैं। अधिकांश धातुओं की सतह, जैसे एल्युमीनियम और टाइटेनियम, हवा की उपस्थिति में ऑक्सीकृत हो जाती हैं और ऑक्साइड की एक पतली परत से ढंक जाती हैं जो धातु को निष्क्रिय (passivate) कर देती है और आगे के संक्षारण (corrosion) को धीमा कर देती है। संक्रमण धातुओं के कई ऑक्साइड गैर-स्टोइकियोमेट्रिक यौगिक होते हैं, जिनमें रासायनिक सूत्र द्वारा दिखाए गए धातु की तुलना में थोड़ी कम धातु होती है। उदाहरण के लिए, खनिज FeO (वुस्टाइट) को Fe1−xO के रूप में लिखा जाता है, जहाँ x आमतौर पर लगभग 0.05 होता है।[131]

ऑक्सीजन वायुमंडल में कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) के रूप में सूक्ष्म मात्रा में मौजूद है। पृथ्वी की पपड़ी की चट्टान का एक बड़ा हिस्सा सिलिकॉन के ऑक्साइड (सिलिका SiO2, जैसा कि ग्रेनाइट और क्वार्ट्ज में पाया जाता है), एल्युमीनियम (एल्युमीनियम ऑक्साइड Al2O3, बॉक्साइट और कोरंडम में), लोहा (आयरन(III) ऑक्साइड Fe2O3, हेमेटाइट और जंग में), और कैल्शियम कार्बोनेट (चूना पत्थर में) से बना है। पृथ्वी की पपड़ी का शेष भाग भी ऑक्सीजन यौगिकों से बना है, विशेष रूप से विभिन्न जटिल सिलिकेट (सिलिकेट खनिजों में)। पृथ्वी का मेंटल, जिसका द्रव्यमान पपड़ी से बहुत अधिक है, मुख्य रूप से मैग्नीशियम और लोहे के सिलिकेट से बना है।[132]

Na4SiO4, Na2SiO3, और Na2Si2O5 के रूप में जल-विलेय सिलिकेट का उपयोग डिटर्जेंट और चिपकने वाले पदार्थों (adhesives) के रूप में किया जाता है।[133]

ऑक्सीजन संक्रमण धातुओं के लिए एक लिगैंड के रूप में भी कार्य करती है, जो संक्रमण धातु डाइऑक्सीजन कॉम्प्लेक्स बनाती है, जिसमें धातु–O2 होता है। यौगिकों के इस वर्ग में हीम प्रोटीन हीमोग्लोबिन और मायोग्लोबिन शामिल हैं।[134] PtF6 के साथ एक विदेशी और असामान्य अभिक्रिया होती है, जो ऑक्सीजन को ऑक्सीकृत करके O2+PtF6−, डाइऑक्सीजेनिल हेक्साफ्लोरोप्लेटिनेट देती है।[135]

कार्बनिक यौगिक

|alt=एक अणु की गेंद संरचना। इसकी रीढ़ तीन कार्बन परमाणुओं की एक ज़िग-ज़ैग श्रृंखला है जो केंद्र में एक ऑक्सीजन परमाणु से और अंत में 6 हाइड्रोजनों से जुड़ी है।]]

ऑक्सीजन युक्त कार्बनिक यौगिकों के सबसे महत्वपूर्ण वर्गों में (जहाँ "R" एक कार्बनिक समूह है): अल्कोहल (R-OH); ईथर (R-O-R); कीटोन (R-CO-R); एल्डिहाइड (R-CO-H); कार्बोक्सिलिक एसिड (R-COOH); एस्टर (R-COO-R); एसिड एनहाइड्राइड (R-CO-O-CO-R); और एमाइड (R-CO-NR2) शामिल हैं। ऑक्सीजन युक्त कई महत्वपूर्ण कार्बनिक विलायक (solvents) हैं, जिनमें शामिल हैं: एसीटोन, मेथनॉल, एथेनॉल, आइसोप्रोपानॉल, फ्यूरान, THF, डाइएथिल ईथर, डाइऑक्सेन, एथिल एसीटेट, DMF, DMSO, एसिटिक एसिड, और फॉर्मिक एसिड। एसीटोन ((CH3)2CO) और फिनोल (C6H5OH) का उपयोग कई अलग-अलग पदार्थों के संश्लेषण में फीडर सामग्री के रूप में किया जाता है। ऑक्सीजन युक्त अन्य महत्वपूर्ण कार्बनिक यौगिक हैं: ग्लिसरॉल, फॉर्मेल्डिहाइड, ग्लूटरएल्डिहाइड, साइट्रिक एसिड, एसिटिक एनहाइड्राइड, और एसिटामाइड। एपॉक्साइड ऐसे ईथर हैं जिनमें ऑक्सीजन परमाणु तीन परमाणुओं की एक वलय (ring) का हिस्सा होता है। यह तत्व जीवन के लिए महत्वपूर्ण (या जीवन द्वारा उत्पन्न) लगभग सभी जैव-अणुओं (biomolecules) में समान रूप से पाया जाता है।[136] ऑक्सीजन कमरे के तापमान पर या उससे नीचे कई कार्बनिक यौगिकों के साथ सहजता से अभिक्रिया करती है, जिसे ऑटो-ऑक्सीकरण (autoxidation) कहा जाता है।[137] ऑक्सीजन युक्त अधिकांश कार्बनिक यौगिक O2 की सीधी क्रिया से नहीं बनते हैं। उद्योग और वाणिज्य में महत्वपूर्ण कार्बनिक यौगिक जो एक अग्रदूत (precursor) के सीधे ऑक्सीकरण द्वारा बनाए जाते हैं, उनमें एथिलीन ऑक्साइड और पेरासिटिक एसिड शामिल हैं।[133]

सुरक्षा और सावधानियां

ज्ञानसन्दूक
Container only yes
Hazards
Ghspictograms GHS03
Hphrases 272
Pphrases 403
Nfpa-h 0
Nfpa-f 0
Nfpa-r 1
Nfpa-s OX

NFPA 704 मानक संपीड़ित ऑक्सीजन गैस को स्वास्थ्य के लिए गैर-खतरनाक, गैर-ज्वलनशील और गैर-अभिक्रियाशील मानता है, लेकिन यह एक ऑक्सीकारक है। प्रशीतित तरल ऑक्सीजन (LOX) को स्वास्थ्य जोखिम रेटिंग 3 दी गई है (संघनित वाष्प से हाइपरॉक्सिया के बढ़ते जोखिम के लिए, और क्रायोजेनिक तरल पदार्थों के लिए सामान्य खतरों जैसे कि फ्रॉस्टबाइट के लिए), और अन्य सभी रेटिंग संपीड़ित गैस रूप के समान हैं।[138]

विषाक्तता

मुख्य लेख: Oxygen toxicity

[139]

ऑक्सीजन गैस (O2) उच्च आंशिक दाब पर विषाक्त हो सकती है, जिससे दौरे और अन्य स्वास्थ्य समस्याएं हो सकती हैं।[123][lower-alpha 7][140] ऑक्सीजन विषाक्तता आमतौर पर 50 किलोपास्कल (kPa) से अधिक आंशिक दाब पर शुरू होती है, जो मानक दाब पर 50% ऑक्सीजन संरचना या लगभग 21 kPa के सामान्य समुद्र-स्तर O2 आंशिक दाब के 2.5 गुना के बराबर है। यह मैकेनिकल वेंटिलेटर पर रोगियों को छोड़कर कोई समस्या नहीं है, क्योंकि चिकित्सा अनुप्रयोगों में ऑक्सीजन मास्क के माध्यम से आपूर्ति की जाने वाली गैस आमतौर पर आयतन के अनुसार केवल 30-50% O2 से बनी होती है (मानक दाब पर लगभग 30 kPa)।[12]

एक समय पर, समय से पहले जन्मे शिशुओं को O2-युक्त हवा वाले इनक्यूबेटर में रखा जाता था, लेकिन कुछ शिशुओं के ऑक्सीजन की मात्रा बहुत अधिक होने के कारण अंधे हो जाने के बाद इस प्रथा को बंद कर दिया गया था।[12]

अंतरिक्ष अनुप्रयोगों में शुद्ध O2 में सांस लेना, जैसे कि कुछ आधुनिक स्पेस सूट में या अपोलो जैसे शुरुआती अंतरिक्ष यान में, उपयोग किए जाने वाले कम कुल दाब के कारण कोई नुकसान नहीं पहुंचाता है।[121][141] स्पेससूट के मामले में, श्वसन गैस में O2 का आंशिक दाब सामान्यतः लगभग 30 kPa (सामान्य से 1.4 गुना) होता है, और अंतरिक्ष यात्री के धमनी रक्त में परिणामी O2 आंशिक दाब सामान्य समुद्र-स्तर O2 आंशिक दाब से केवल मामूली अधिक होता है।[142]

फेफड़ों और केंद्रीय तंत्रिका तंत्र के लिए ऑक्सीजन विषाक्तता गहरी स्कूबा डाइविंग और सतह-आपूर्ति डाइविंग में भी हो सकती है।[12][123] 60 kPa से अधिक O2 आंशिक दाब वाले हवा के मिश्रण में लंबे समय तक सांस लेने से अंततः स्थायी पल्मोनरी फाइब्रोसिस हो सकता है।[143] 160 kPa (लगभग 1.6 atm) से अधिक O2 आंशिक दाब के संपर्क में आने से दौरे पड़ सकते हैं (जो गोताखोरों के लिए आमतौर पर घातक होते हैं)। तीव्र ऑक्सीजन विषाक्तता (दौरे पैदा करना, गोताखोरों के लिए इसका सबसे भयावह प्रभाव) 66 m या उससे अधिक गहराई पर 21% O2 वाले हवा के मिश्रण में सांस लेने से हो सकती है; यही स्थिति केवल 6 m पर 100% O2 में सांस लेने से हो सकती है।[143][144][145][146]

दहन और अन्य खतरे

जब तक गैर-ज्वलनशील कंटेनरों का उपयोग नहीं किया जाता है या प्रज्वलन के सभी स्रोतों को समाप्त नहीं किया जाता है, तब तक ऑक्सीजन युक्त वातावरण अत्यंत खतरनाक होते हैं। ऑक्सीजन युक्त वातावरण में अधिकांश धातुएं तेजी से जलती हैं और कम तापमान पर प्रज्वलित होती हैं।[147] सांद्रित O2 दहन को तेजी से और ऊर्जावान रूप से आगे बढ़ने की अनुमति देगा।[32] गैसीय और तरल ऑक्सीजन दोनों को संग्रहीत और संचारित करने के लिए उपयोग किए जाने वाले स्टील के पाइप और भंडारण पोत ईंधन के रूप में कार्य करेंगे; और इसलिए O2 प्रणालियों के डिजाइन और निर्माण के लिए विशेष प्रशिक्षण की आवश्यकता होती है ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि प्रज्वलन स्रोतों को कम से कम किया गया है।[32]

1967 की वह आग जिसमें Apollo 1 के चालक दल की मृत्यु हुई थी, वह लॉन्च पैड परीक्षण के दौरान इतनी तेजी से इसलिए फैली क्योंकि कैप्सूल को वायुमंडलीय दबाव से थोड़ा अधिक दबाव पर शुद्ध O2 से प्रेशराइज़ किया गया था, ताकि दरवाजों को उनकी सील के विरुद्ध मजबूती से बंद रखा जा सके। अंतरिक्ष में जाने के बाद बाहरी दबाव न्यूनतम हो जाता और आग के खतरे को कम करने के लिए ऑक्सीजन के दबाव को 5psi तक कम कर दिया जाता। आग का स्रोत अंतरिक्ष यात्रियों में से एक की सीट के नीचे एक विद्युत सर्ज (electrical surge) पाया गया, जो संभवतः घिसे हुए तारों के कारण हुआ था।[148]

तरल ऑक्सीजन का रिसाव, यदि इसे लकड़ी, पेट्रोकेमिकल्स, और डामर जैसे कार्बनिक पदार्थों में सोखने दिया जाए, तो ये पदार्थ बाद में किसी भी यांत्रिक प्रभाव (mechanical impact) पर अप्रत्याशित रूप से विस्फोट कर सकते हैं।[32]

इन्हें भी देखें

नोट्स

  1. ↑ 1.0 1.1 1.2 1.3 0.133322 kPa/mmHg का उपयोग करके mmHg मानों से व्युत्पन्न
  1. ↑ दिए गए आंकड़े सतह से 80 km ऊपर तक के मानों के लिए हैं
  2. ↑ थाइलाकोइड झिल्लियाँ शैवाल और पौधों में क्लोरोप्लास्ट का हिस्सा होती हैं, जबकि साइनोबैक्टीरिया में वे कई झिल्ली संरचनाओं में से केवल एक होती हैं। वास्तव में, माना जाता है कि क्लोरोप्लास्ट का विकास उन साइनोबैक्टीरिया से हुआ है जो कभी पौधों और शैवाल के पूर्वजों के साथ सहजीवी भागीदार थे।
  3. ↑ पानी का ऑक्सीकरण एक मैंगनीज-युक्त एंजाइम कॉम्प्लेक्स द्वारा उत्प्रेरित होता है जिसे ऑक्सीजन इवॉल्विंग कॉम्प्लेक्स (OEC) या जल-विभाजन कॉम्प्लेक्स के रूप में जाना जाता है, जो थाइलाकोइड झिल्लियों के ल्यूमेन पक्ष से जुड़ा होता है। मैंगनीज एक महत्वपूर्ण कोफैक्टर है, और प्रतिक्रिया होने के लिए कैल्शियम और क्लोराइड की भी आवश्यकता होती है। (Raven 2005)
  4. ↑ (1.8 ग्राम/मिनट/व्यक्ति)×(60 मिनट/घंटा)×(24 घंटे/दिन)×(365 दिन/वर्ष)×(6.6 अरब लोग)/1,000,000 ग्राम/टन=6.24 अरब टन
  5. ↑ इसका कारण यह है कि कम दाब पर श्वसन गैस में ऑक्सीजन के अनुपात को बढ़ाने से प्रेरित O2 आंशिक दाब समुद्र-स्तर पर पाए जाने वाले दाब के करीब पहुंच जाता है।
  6. ↑ साथ ही, चूंकि ऑक्सीजन की विद्युत ऋणात्मकता हाइड्रोजन से अधिक होती है, इसलिए आवेश का अंतर इसे एक ध्रुवीय अणु (polar molecule) बनाता है। प्रत्येक अणु के विभिन्न द्विध्रुवों (dipoles) के बीच की परस्पर क्रिया एक शुद्ध आकर्षण बल का कारण बनती है।
  7. ↑ चूंकि O2 का आंशिक दाब श्वसन गैस में O2 के अंश और कुल दाब का गुणनफल है, इसलिए उच्च आंशिक दाब या तो श्वसन गैस में उच्च O2 अंश से या उच्च श्वसन गैस दाब से, या दोनों के संयोजन से हो सकता है।

संदर्भ

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सामान्य संदर्भ

बाहरी कड़ियाँ

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स्रोत: अंग्रेज़ी विकिपीडिया के "Oxygen" लेख पर आधारित। मूल लेख: https://en.wikipedia.org/wiki/Oxygen यह लेख स्वचालित रूप से तैयार किया गया है।

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