گاز اکسیژن

تاریخچه کشف گاز اکسیژن

پیش‌زمینه‌های علمی

پیش از آنکه گاز اکسیژن به‌عنوان یک عنصر شیمیایی مستقل شناخته شود، دیدگاه غالب درباره هوا و احتراق، بر اساس نظریه‌ای به نام نظریه فلوژیستون (Phlogiston Theory) شکل گرفته بود؛ نظریه‌ای که بیش از یک قرن بر اندیشه‌ شیمیدانان اروپایی سیطره داشت. بر اساس این نظریه، اجسام قابل اشتعال هنگام سوختن، ماده‌ای به نام "فلوژیستون" آزاد می‌کردند که مسئول پدیده احتراق تلقی می‌شد. به‌عنوان مثال، در نگاه طرفداران این نظریه، زغال‌سنگ حاوی فلوژیستون فراوانی بود و با سوختن، آن را به هوا منتقل می‌کرد. در نتیجه هوا باید ظرفیتی برای دریافت این فلوژیستون داشته باشد؛ و زمانی که این ظرفیت پر می‌شد، احتراق متوقف می‌گردید.

در اواخر قرن هفدهم، پژوهش‌هایی در زمینه ترکیب شیمیایی هوا آغاز شد. جان مایو (John Mayow)، فیزیولوژیست انگلیسی، از نخستین کسانی بود که به تفکیک اجزای مختلف هوا پرداخت. او در آثار خود – که سال‌ها پیش از کشفیات ویلهلم شیله یا جوزف پریستلی نوشته شده بود – به این موضوع اشاره کرد که تنها بخشی از هوا در تنفس و احتراق نقش دارد. مایو این جزء فعال را «نیترو-آئر» (Nitro-Aere) یا هوای نیتروژن‌دار می‌نامید که بعدها مشخص شد همان اکسیژن است. او همچنین متوجه شد حیوانات هنگام تنفس این جزء خاص را مصرف می‌کنند و در غیاب آن، زندگی دوام نمی‌آورد.

در همین دوران، پیشرفت‌هایی در طراحی ابزارهای آزمایشگاهی از جمله شیشه‌آلات دقیق‌تر، ترازوی حساس و تلمبه‌های مکنده صورت گرفت. این ابزارها زمینه را برای آزمایش‌های کمی درباره گازها فراهم کردند. این نکته بسیار مهم بود؛ چرا که پیش از آن، مطالعات شیمی بیشتر کیفی و مشاهده‌محور بودند و هنوز روش‌های عددی دقیق برای سنجش ترکیب شیمیایی اجسام وجود نداشت.

در مجموع، قبل از کشف علمی گاز اکسیژن، بذرهای تردید نسبت به نظریه‌های سنتی درباره هوا و احتراق کاشته شده بود. این زمینه‌ی ذهنی در کنار پیشرفت‌های ابزاری، بستر را برای انقلاب علمی قرن هجدهم آماده کرد؛ انقلابی که با کشف گاز اکسیژن، نه‌تنها نظریه فلوژیستون را باطل کرد، بلکه شیمی مدرن را به‌عنوان یک علم تجربی مستقل بنیان نهاد.

کشف‌های موازی

ویلهلم شیله (۱۷۷۲)

شیمیدان سوئدی، ویلهلم شیله، در سال ۱۷۷۲ با حرارت دادن اکسید جیوه و نمک‌های نیترات، گازی بی‌رنگ و بی‌بو تولید کرد که آن را "هوای آتش" نامید. اگرچه او یافته‌های خود را در سال ۱۷۷۵ به ناشر ارسال کرد، اما این نتایج تا سال ۱۷۷۷ منتشر نشدند.

جوزف پریستلی (۱۷۷۴)

در ۱ آگوست ۱۷۷۴، جوزف پریستلی، با تمرکز نور خورشید بر روی اکسید جیوه، گازی تولید کرد که آن را "هوای بدون فلوژیستون" نامید. او مشاهده کرد که این گاز باعث سوختن روشن‌تر شمع‌ها و افزایش طول عمر موش‌ها در آزمایش‌ها می‌شود.

آنتوان لاوازیه (۱۷۷۵–۱۷۷۷)

آنتوان لاوازیه، شیمیدان فرانسوی، پس از آشنایی با آزمایش‌های پریستلی، تحقیقات گسترده‌ای انجام داد. او به این نتیجه رسید که گاز مورد نظر یک عنصر شیمیایی مستقل است و نقش اساسی در احتراق و تنفس دارد. لاوازیه این گاز را "اکسیژن" نامید که از یونانی به‌معنای "تولیدکننده اسید" است، اگرچه بعدها مشخص شد که همه اسیدها حاوی اکسیژن نیستند.

تولید صنعتی گاز اکسیژن

برای تولید اکسیژن در مقیاس صنعتی، از فرآیند تقطیر جزء به جزء هوای مایع استفاده می‌شود. در این فرآیند، هوا فشرده و خنک می‌شود تا به حالت مایع درآید. سپس با افزایش تدریجی دما، اجزای مختلف هوا بر اساس نقاط جوش متفاوت‌شان جدا می‌شوند. اکسیژن به‌عنوان یکی از اجزای اصلی، با خلوص بالا استخراج می‌شود.

اهمیت زیستی گاز اکسیژن

• تنفس سلولی
  اکسیژن در فرآیند تنفس سلولی نقش کلیدی دارد، جایی که گلوکز به انرژی (ATP) تبدیل می‌شود.
• عملکرد مغز
  مغز برای عملکرد صحیح به میزان قابل‌توجهی اکسیژن نیاز دارد؛ حدود ۲۰٪ از اکسیژن مصرفی بدن توسط مغز استفاده می‌شود.

گاز اکسیژن، با ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی منحصر به‌فرد، نقش حیاتی در فرآیندهای زیستی و صنعتی ایفا می‌کند. از کشف‌های تاریخی تا کاربردهای گسترده امروزی، اکسیژن همچنان یکی از عناصر کلیدی در پیشرفت‌های علمی و فناوری محسوب می‌شود.