گاز اکسیژن و کاربرد و مصارف آن در دنیای امروز

گاز اکسیژن یکی از فراوان‌ترین عناصر موجود روی کره زمین است و در این لیست، جایگاه سوم را به خود اختصاص داده است. با این حال، به علت برخی از واکنش‌های شیمیایی، این گاز در جو زمین تا حدی دست نیافتنی است. برخلاف باور عموم که فکر می‌کنند این گاز هیچ خطری ندارد، باید بگوییم که مصرف زیاد گاز اکسیژن خالص می‌تواند بشدت سمی و خطرناک باشد و آسیب‌های جدی به سلامتی، از جمله سلامت ریه وارد کند.

بنابراین، همواره افرادی که بیش از بقیه در معرض این گاز، به خصوص در درجه خلوص بالا قرار دارند، باید سلامت ریه خود را مورد بررسی و آزمایش قرار دهند و همچنین از لباس‌های مخصوص برای محافظت از خود در برابر خطر استفاده نمایند. البته به جز در موارد خاص استفاده از کپسول اکسیژن پیشنهاد نمی‌شود.

خوب است بدانید که گاز اکسیژن، طبق تحقیقات ملی شخصی به نام توماس جفرسون، در دسته عناصر فراوان، رتبه سوم را به خود اختصاص داده است. اما، با وجود این فراوانی، این عنصر بنابر دلایلی، از جمله واکنش پذیری بالایش، نسبتا نادر است؛ به خصوص در در اوایل جو زمین. همان‌طور که خودتان نیز می‌دانید، زندگی امروزه ما تا حد خیلی زیادی به اکسیژن وابسته است و حتی می‌توان گفت که زندگی برای ما بدون این عنصر میسر نیست.

خوب است در این بخش، کمی نیز به تاریخچه گاز اکسیژن بپردازیم. این گاز برای بار نخست، توسط شخصی به نام کارل ویلهلم، داروساز سوئدی، در سال ۱۷۷۱ کشف شد. البته، ناگفته نماند که این کشف بسیار به طول انجامید، تا زمانی که بالاخره در سال ۱۷۷۴، توسط آنتوان لورن لاووزیه، این کشف کامل و در نهایت نام‌گذاری شد. خب بعد از این آشنایی جزیی با این عنصر حیاتی در ادامه این مقاله از نشریه علمی جهان شیمی فیزیک به آشنایی بیشتر با آن خواهیم پرداخت.

 تحلیل اثرات گاز اکسیژن بر بدن انسان:

 

بدیهی است که برای تنفس و زنده ماندن انسان‌ها و سایر موجودات زنده، وجود اکسیژن یک ضرورت است و زندگی موجودات به آن وابسته است. اما برخی نکات درباره این گاز و واکنش بدن انسان وجود دارند، که اکثر ما از آن‌ها بی اطلاع هستیم.

برای مثال، جالب است بدانید که اگر شخصی، برای مدت طولانی، اکسیژن زیادی تنفس کند، نه‌تنها این امر به سلامتی‌اش کمک نخواهد کرد، بلکه به مرور شش‌های او را درگیر خواهد کرد و باعث آسیب دیدگی شش‌های او می‌گردد. متاسفانه، باید بگوییم در معرض اکسیژن با خلوص بالا بودن، می‌تواند تهدید برای سلامتی به حساب آید. بنابراین، اگر شخصی، مدت زیادی در معرض اکسیژن خالص قرار گرفت، باید تحت هر شرایطی ریه‌های خود را تحت نظارت و آزمایش قرار دهد. پیشنهاد می‌شود افرادی که با اکسیژن خالص سر و کار دارند، برای حفظ سلامتی‌شان و نیز جلوگیری از یخ زدگی (چراکه اکسیژن در دمای بسیار کم ذخیره می‌گردد)، از لباس‌های مخصوص استفاده نمایند.

تولید اکسیژن با دستگاه اکسیژن ساز

 

یکی دیگر از روش‌هایی که امروز با پیشرفت تکنولوژی در بیمارستان‌ها مرسوم شده است استفاده از دستگاه‌های اکسیژن ساز در اتاق مخصوص بیماران ریوی و اختلال تنفسی است، در واقع در این دستگاه به کمک پودرهای زئولیت‌ اکسیژن ساز که در ساختار خود دارند هوا را تفکیک کرده و درصد خالصی از اکسیژن را از هوای موجود در اتاق تامین می‌کنند و در اختیار بیماران قرار می‌دهند در این فرآیند نه گازی تولید نه از بین می‌رود بلکه تنها گازهای اکسیژن تمام فضا توسط دستگاه منتقل می‌شود.

 

ایزوتوپ های  اکسیژن

اکسیژن دارای ایزوتوپ یا دگرشکل‌های مهمی است که از لحاظ خواص فیزیکی باهم متفاوت هستند و هر کدام نیمه عمر‌ها و درصد فرآوانی متفاوتی دارند، سه مورد از این ایزوتوپ های ساختار یافته و پایدار اکسیژن۱۶, اکسیژن۱۷ و اکسیژن ۱۸ است که در این میان از اکسیژن ۱۸ در دنیای پزسکی مدرن برای تشخیص سلول‌های سرطانی به روش برش نگاری در مراحل ابتدایی تولید سلول‌های سرطانی استفاده می‌شود که بسیار سودمند بوده و بسیاری از بیماران سرطانی را از پیشرفت بیماری نجات داده است، همچنین از این دگرشکل اکسیژن در انجام مطالعات هیدرولوژی آب‌ها زیر زمینی و چشمه‌ها برای یافتن قدمت و نوع حرکت و نحوه توزیع انشعابات آب‌های زیرزمینی استفاده می‌گردد.

 

آلدهیدهای اکسیژن

 

اما نوع دیگری از مشابهات این عنصر آلدهیدها هستند که یکی از آن‌ها O2بوده که از اتصال دو عنصر اکسیژن باهم تولید می‌شود و دیگری با فرمول شیمیاییO3  یا ازون وجود دارد که تابش اشعه ی ماورای بنفش UBV را به شدت جذب می کند و وظیفه ی آن این است که در ارتفاع زیاد، از اتمسفر در برابر اشعه ی ماوراء بنفش محافظت کند، ازون  موجود در اتمسفر  می‌تواند یک محصول فرعی برای تبدیل گازهای آلاینده و دودی به فراوردهای غیر مضر اکسیژنی باشد، همچنین از O3 در کارخانه‌های بزرگ صنایع نساجی برای بی خطر کردن سموم پسماندهای آبی حاصل از مواد شیمیایی رنگرزی و بازیافت آب برای استفاده مجدد نیز استفاده زیادی می‌شود.

کاربرد های گاز اکسیژن:

 

گاز اکسیژن، مصارف و کاربردهای بسیار زیادی دارد و به همین علت نیز، از بازار خرید و فروش فعالی بهره‌مند می‌باشد. این گاز در حیطه‌های پزشکی، ورزشی، صنعت فولاد، هوافضا، پتروشیمی، آب و فاضلاب و حتی حمل و نقل کاربرد دارد. در ادامه به بررسی جزئی‌تر کاربرد گاز اکسیژن در این حیطه‌ها خواهیم پرداخت.

کاربرد گاز اکسیژن در حیطه پزشکی

لازم است بدانید که گاز اکسیژن، از پراستفاده‌ترین و ضروری‌ترین گازهای مصرفی در بیمارستان‌ها می‌باشد. این گاز، در بخش‌های مختلف بیمارستان‌ها، نظیر اتاق‌های بستری، بخش مراقبت از بیماران قلبی، بخش نوزادان، اتاق عمل، اتاق مراقبت‌های بعد از عمل، بخش زایمان و اورژانس کاربرد دارد. می‌توان گفت هدفت از استفاده از این گاز در محیط بیمارستانی، حفظ جان و حیات بیماران می‌باشد. البته، کاربرد این گاز در بیمارستان‌ها بسیار گسترده است و ما در ادامه می‌خواهیم موارد مصرف این گاز را در بیمارستان‌ها مورد بررسی قرار دهیم.

مورد اول: کاربردهای حیاتی و بالینی

در بسیاری از موارد، از گاز اکسیژن برای حفظ جان بیمار استفاده می‌شود. این گاز قادر است متابولیسم بدن را بالا ببرد و درنتیجه می‌تواند در زنده نگه داشتن بیمار نقش پررنگی ایفا کند. به علاوه، استفاده از این گاز برای بیماران و مصدومانی که مشکلات تنفسی دارند بسیار ضروری‌ست و می توان گفت در برخی موارد، این دسته از بیماران تنها به کمک این گاز توانسته‌اند تا زمان انتقال یافتن به بیمارستان، زنده بمانند.

مورد دوم: اکسیژن، یک ضدعفونی‌کننده قدرتمند

این گاز در کاستن تجمع باکتری‌ها در بدن نقش بسیار پررنگی دارد. از همین جهت در بیمارستان‌ها، از این گاز برای کشتن باکتری‌ها و از بین بردن آلودگی‌های بدن بیمار استفاده می‌شود. کاربرد گاز اکسیژن، به عنوان یک ضدعفونی‌کننده در بیمارستان‌ها بسیار زیاد است.

مورد سوم: درمان بیماری‌های ناشی از کمبود اکسیژن

کمبود اکسیژن در بدن می‌تواند بسیار خطرناک باشد و درنهایت نیز منجر به بروز بیماری در بدن شخص شود. این امر می‌تواند علائمی از خود به جا بگذارد، نظیر کم‌خونی، بیماری‌های ریوی، بیماری‌های قلبی، مشکلات کلیوی، و حتی آسیب‌دیدگی‌های کبدی. در صورت بروز این علائم، لازم است که پزشک متخصص، به بررسی وضعیت میزان اکسیژن در بدن بیمار بپردازد.

.کاربرد گاز اکسیژن در حیطه صنعت فولاد:

این گاز در فرآیند تولید فولاد نیز مورد نیاز است. درواقع، از این گاز، برای واکنش دادن با کربن و تولید گاز کربن دی اکسید استفاده می‌شود، که در نهایت موجب تولید فولاد برای امور مربوطه خو اهد شد.

کاربرد گاز اکسیژن در حیطه هوافضا:

لازم به ذکر است که برای مصرف اکسیژن در این حیطه، ابتدا باید آن را به شکل مایع درآورد. از اکسیژن مایع که از روش تقطیر شیمیایی به دست می‌آید در حیطه هوافضا، به عنوان یک اکسیدکننده یا تغییر دهنده استفاده می‌شود.

این مایع، با هیدروژن واکنش می‌دهند، و این امر باعث تولید انرژی کافی برای روی دادن یک فرآیند قوی برای موشک می‌گردد و موجب تامین انرژی لازمه موشک در طول مسیر خواهد شد. به علاوه، درون لباس فضانوردان نیز به طور کامل برای تامین تنفس و جلوگیری از خطر اکسیژن زیادی به صورت مبحوس وجود دارد که در مواقع حساس در کنار کپسول اکسیژن برای فضانورد کارآیی دارد.

کاربرد گاز اکسیژن در حیطه پتروشیمی:

به طور معمول، استفاده از اکسیژن در این حیطه با هدف ایجاد احتراق صورت می‌گیرد.

با ایجاد سوخت، آب و دی اکسید کربن آزاد می‌شود که همین امر هدف این صنعت استفاده از گاز اکسیژن است. با این حال، کاربردهای اکسیژن در این حیطه به این امر محدود نمی‌شود و کاربردی های دیگری نیز دارد که مجالی برای گفتن ندارد.

کاربرد گاز اکسیژن در حیطه آب و فاضلاب:

همان‌طور که خودتان نیز می‌دانید، در گیاهان نیز اکسیژن موجود می‌باشد، چرا که برای زنده ماندن و رشد و نمو آن‌ها لازم است. در حیطه آب و فاضلاب نیز، از اکسیژن موجود در گیاهان استفاده می‌شود. با قرار دادن گیاهان در آب، باکتری‌هایی تولید می‌شوند که آب را متابولیزه و تصفیه می‌کنند. درنتیجه، آب تصفیه شده به راحتی و با زحمت کم به دست می‌آید، البته استفاده از واکنش یافته اکسیژن یعنی ازون نیز در فاضلاب‌های صنعتی و سمی را قبلا ذکر کردیم که نباید آن را نادیده گرفت.

کاربرد گاز اکسیژن در حیطه حمل و نقل و راه ها:

کاربرد اکسیژن در این حیطه، بیشتر به مواردی باز می‌گردد که وسیله‌ای، برای تولید انرژی خود، به منبع تغذیه متصل نباشد. این مورد برای وسایل حمل و نقل عمومی مانند اتومبیل و متور سیکلت صدق نمیکند اما درصورتی که، از گاز اکسیژن برای تولید انرژی استفاده شود. مانند  ژنراتورها و برخی از وسایل نقلیه، مثل کشتی‌ها و هواپیماها می‌تواند حائز اهمیت باشد.

کاربرد گاز اکسیژن در ورزش:

شاید برای تمامی کوهنوردانی  که به ارتفاعات بالاتر از ۲۰۰۰ صعود کرده باشند، کوه گرفتگی یا کمبود اکسیژن پیشآمده باشد، در این حالت کوهنورد به دلیل کم شدن فشار بارومتریک دچار سندروم هیپوکسی یا کم شدن ملوکول‌های تنفسی در ارتفاعات می‌شوند، که در این زمینه هم وجود کپسول اکسیژن برای کوهنوردانی که قصد صعود به ارتفاعات بالا را دارند بسیار کمک کننده است.

هشدار: موارد خطرناکی که درباره گاز اکسیژن باید بدانید:

میزان عادی و طبیعی اکسیژن مورد نیاز انسان بدای انجام فعالیت‌های روزمره طبق آزمایشات ABG برای یک فرد سالم چیزی حدود ۸۰ تا ۱۰۰ میلی متر جیوه است و همانطور که در بالا گفتیم اکسیژن دریافتی زیاد در درجه خلوص بالا می‌تواند خطرناک و سمی باشد و به اعضای بدن که با تنفس درگیر هستند، آسیب وارد کند. این عارضه می‌تواند باعث ورم ریه، یا همان آماس شش‌ها گردد که در این حالت بافت های ششی آسیب دیده  و فرد دچار مسمومیت و خطر خفگی می‌شود. به علاوه، می‌تواند بر سامانه عصبی نیز اثر بگذارد و سبب کاهش بینایی، تشنج و یا حتی در موارد خیلی وخیم، ایجاد شدن حالت مرگ جسمی یا اغما گردد.

نکته:

باید بدانید که نه تنها اکسیژن، بلکه مشتقات آن نیز، نظیر ازون و پروکسید هیدروژن، بسیار سمی و خطرناک هستند. توجه داشته باشید که این گاز در ایجاد آتش سوزی نیز می‌تواند بسیار تاثیرگذار باشد و باعث ایجاد آتش‌سوزی و خطر و یا حتی متاسفانه، انفجار شود حتی ممکن است غلتیدن کپسول حاوی اکسیژن یا ضربه خوردن آن نیز خطراتی به همراه داشته باشد. از این رو، رعایت نکات امنیتی برای افرادی که با این گاز سر و کار دارند،  بسیار ضروری است و بهتر است در مکانی کاملا مخصوص به دور از خطرات احتمالی نگهداری شود.

گاز اکسیژن از دید شیمی:

 

نماد شیمیایی گاز اکسیژن، O2 می‌باشد. عدد اتمی آن، ۸ است. وزن اتمی آن، ۱۵/۹۹۹۴ gr/mol می‌باشد. خوب است بدانید که گاز اکسیژن، کوچک‌ترین عضو از گروه شانزدهم جدول تناوبی و جز سه عنصر اصلی حیات است. برای تبدیل کردن این گاز به مایع، باید آن را حدود ۱۵۰ درجه سیلیسیوس به زیر صفر رساند و تقطیر کرد.

گاز اکسیژن از نظر معنای لغوی:

اکسیژن، از دو واژه یونانی تشکیل شده است. واژه اول Oxus، به معنای اسید و واژه دوم، Gennan می‌باشد که معنای تولید گرفته شده می‌دهد.

 

نکات بسیار جالب درباره گاز اکسیژن:

 

اکسیژن، یک گاز بدون رنگ و بدون بو می‌باشد، و بدون دستگاه‌های مجهز آزمایشگاهی قابل روئیت نیست البته این گاز شگفت انگیز، در فرایند  تبدیل به حالت مایع به رنگ آبی روشن در می‌آید.

برای غنی‌سازی هوا در طول فرآیند تخمیر، از گاز اکسیژن بهره برده می‌شود.

با این که اکسیژن از احتراق و آتش‌سوزی پشتیبانی می‌کند، اما خود اکسیژن خالص بدون ترکیب شدن، هرگز نمی‌سوزد.

علت به وجود آمدن رنگ‌های قرمز روشن و زرد و سبز در شفق‌های قطبی، وجود گاز اکسیژن برانگیخته است که میتواند پدیده دیدنی باشد.

 

جمع بندی:

گاز اکسیژن، علاوه بر یکی از فراوان ترین عنصرها بودن، یکی از پرکاربردترین عناصر نیز هست. از کاربردهای این گاز می‌توانیم به کاربرد در حیطه پزشکی، ورزشی، هوافضا و صنعت فولاد اشاره کنیم. از همین رو، افراد و شرکت‌های زیادی امروزه به تولید این گاز و خرید و فروش آن مشغول هستند. گاز اکسیژن به طور معمول در سیلندرهای ۵۰ لیتری تولید می‌شود و فشار ۱۸۰-۲۰۰ بار دارد. در ضمن، لازم به ذکر است که به طور معمول، خلوص این گاز ها ۹۹.۹۹۹% است.