Oksigen

Eksperimen awal

Salah satu eksperimen pertama yang diketahui tentang bagaimana pembakaran membutuhkan udara dilakukan oleh Philo dari Byzantium Yunani pada abad ke-2 SM. Dia menulis dalam karyanya Pneumatica bahwa dengan membalikkan sebuah bejana di atas lilin yang menyala dan menaruh air di sekitar bejana ini, berarti sebagian air masuk ke dalam bejana. Philo mengira hal ini karena udara berubah menjadi elemen klasik api. Ini salah. Lama setelah itu, Leonardo da Vinci dengan benar mengetahui bahwa udara habis ketika pembakaran terjadi, yang memaksa air masuk ke dalam bejana.

Pada akhir abad ke-17, Robert Boyle menemukan bahwa udara dibutuhkan untuk pembakaran. Ahli kimia Inggris, John Mayow, menambahkan hal ini dengan menunjukkan bahwa api hanya membutuhkan sebagian udara. Kita sekarang menyebutnya oksigen (dalam bentuk dioksigen). Dalam salah satu eksperimennya, dia menemukan bahwa meletakkan lilin dalam wadah tertutup membuat air naik untuk menggantikan seperempat belas volume udara dalam wadah, sebelum padam. Hal yang sama terjadi ketika seekor tikus dimasukkan ke dalam kotak. Dari sini, ia mengetahui bahwa oksigen digunakan untuk respirasi dan pembakaran.

Teori Phlogiston

Robert Hooke, Ole Borch, Mikhail Lomonosov, dan Pierre Bayen, semuanya membuat oksigen dalam eksperimen pada abad ke-17 dan ke-18. Tak satu pun dari mereka yang mengira itu adalah unsur kimia. Ini mungkin karena gagasan teori phlogiston. Inilah yang diyakini kebanyakan orang menyebabkan pembakaran dan korosi.

J. J. Becher mengemukakannya pada tahun 1667, dan Georg Ernst Stahl menambahkannya pada tahun 1731. Teori phlogiston menyatakan bahwa semua bahan yang mudah terbakar terbuat dari dua bagian. Satu bagian, yang disebut phlogiston, dilepaskan ketika zat yang mengandungnya dibakar.

Bahan-bahan yang sangat mudah terbakar yang hanya meninggalkan sedikit residu, seperti kayu atau batu bara, dianggap terbuat dari phlogiston. Benda-benda yang menimbulkan korosi, seperti besi, dianggap hanya mengandung sejumlah kecil. Udara bukan bagian dari teori ini.

Penemuan

Alkemis Polandia, filsuf dan dokter Michael Sendivogius berbicara tentang suatu zat di udara, menyebutnya sebagai "makanan kehidupan", dan zat ini adalah oksigen. Sendivogius menemukan, antara tahun 1598 dan 1604, bahwa zat tersebut sama dengan apa yang dibuat selama dekomposisi termal kalium nitrat. Beberapa orang percaya ini adalah penemuan oksigen sementara yang lain tidak setuju.

Sering juga dikatakan bahwa oksigen pertama kali ditemukan oleh apoteker Swedia Carl Wilhelm Scheele. Dia membuat oksigen dengan memanaskan oksida merkuri dan beberapa nitrat pada tahun 1771. Scheele menyebut gas yang dibuatnya sebagai "udara api", karena itu adalah satu-satunya gas yang diketahui memungkinkan pembakaran. Dia menerbitkan penemuannya pada tahun 1777.

Pada tanggal 1 Agustus 1774, sebuah eksperimen yang dilakukan oleh pendeta Inggris Joseph Priestley memusatkan sinar matahari pada oksida merkuri dalam tabung kaca. Hal ini menghasilkan gas yang disebutnya "udara yang tidak canggih". Dia juga menemukan bahwa lilin menyala lebih terang di dalam gas dan tikus hidup lebih lama saat menghirupnya. Ketika dia menghirup gas tersebut, dia berkata (disederhanakan) "Rasanya seperti udara normal, tetapi paru-paru saya terasa lebih ringan dan mudah setelahnya." Temuannya dipublikasikan pada tahun 1775. Karena temuannya dipublikasikan lebih dulu, dia biasanya dikatakan sebagai penemu oksigen.

Ahli kimia Prancis Antoine Lavoisier kemudian mengatakan bahwa dia juga telah menemukan zat tersebut. Priestly mengunjunginya pada tahun 1774 dan menceritakan tentang eksperimennya. Scheele juga mengirim surat kepada Lavoisier pada tahun itu yang berbicara tentang penemuannya.

Kontribusi Lavoisier

Lavoisier melakukan eksperimen utama pertama tentang oksidasi dan memberikan penjelasan pertama yang benar tentang cara kerja pembakaran. Dia menggunakan eksperimen ini dan eksperimen lainnya untuk membuktikan teori phlogiston salah. Dia juga mencoba membuktikan bahwa zat yang ditemukan oleh Priestley dan Scheele adalah unsur kimia.

Dalam satu percobaan, Lavoisier menemukan bahwa tidak ada peningkatan massa ketika timah dan udara dipanaskan dalam wadah tertutup. Dia juga menemukan bahwa udara mengalir masuk ketika wadah dibuka. Setelah itu, ia menemukan bahwa timah telah meningkat massanya dengan jumlah yang sama dengan udara yang masuk. Dia menerbitkan temuannya pada tahun 1777. Dia menulis bahwa udara terdiri dari dua gas. Yang satu ia sebut "udara vital" (oksigen), yang dibutuhkan untuk pembakaran dan respirasi. Yang lainnya ia sebut "azote" (nitrogen), yang berarti "tak bernyawa" dalam bahasa Yunani. Ini masih menjadi nama nitrogen dalam beberapa bahasa, termasuk bahasa Prancis.

Lavoisier mengganti nama "udara vital" menjadi "oxygène", yang berarti "penghasil dari asam" dalam bahasa Yunani. Dia menyebutnya demikian karena dia mengira oksigen ada di semua asam, yang mana itu salah. Banyak ahli kimia yang menyadari bahwa Lavoiser salah dalam penamaannya, tetapi nama itu terlalu umum untuk diubah.

"Oksigen" menjadi nama dalam bahasa Inggris, meskipun para ilmuwan Inggris menentangnya.

Sejarah selanjutnya

Teori atom John Dalton mengatakan bahwa semua unsur memiliki satu atom dan atom dalam senyawa biasanya sendirian. Misalnya, dia salah mengira bahwa air (H₂ O) memiliki rumus HO saja. Pada tahun 1805, Joseph Louis Gay-Lussac dan Alexander von Humboldt menunjukkan bahwa air terdiri dari dua atom hidrogen dan satu atom oksigen. Pada tahun 1811, Amedeo Avogadro dengan benar mengetahui terbuat dari apa air berdasarkan hukum Avogadro.

Pada akhir abad ke-19, para ilmuwan menemukan bahwa udara dapat diubah menjadi cairan dan senyawa di dalamnya dapat diisolasi dengan mengompresi dan mendinginkannya. Ahli kimia dan fisikawan Swiss, Raoul Pictet menemukan oksigen cair dengan menguapkan sulfur dioksida untuk mengubah karbon dioksida menjadi cairan. Ini kemudian juga diuapkan untuk mendinginkan gas oksigen untuk mengubahnya menjadi cairan. Dia mengirim telegram ke Akademi Ilmu Pengetahuan Prancis pada tanggal 22 Desember 1877 yang memberi tahu mereka tentang penemuannya.

Sifat dan struktur molekul

Pada suhu dan tekanan standar, oksigen tidak memiliki warna, bau, atau rasa, dan merupakan gas dengan rumus kimia O
₂ yang disebut dioksigen.

Sebagai dioksigen, dua atom oksigen secara kimiawi terikat satu sama lain. Ikatan ini bisa disebut banyak hal, tetapi secara sederhana disebut ikatan rangkap kovalen. Dioksigen sangat reaktif dan dapat bereaksi dengan banyak unsur lainnya. Oksida dibuat ketika unsur logam bereaksi dengan dioksigen, seperti besi oksida, yang dikenal sebagai karat. Ada banyak senyawa oksida di Bumi.

Alotrop

Alotrop (jenis) umum oksigen di Bumi disebut dioksigen (O₂ ). Ini adalah bagian terbesar kedua dari atmosfer Bumi, setelah dinitrogen (N₂ ). O₂ memiliki panjang ikatan 121 pm dan energi ikatan 498 kJ/mol Karena energinya, O₂ digunakan oleh kehidupan yang kompleks seperti hewan.

Ozon (O₃ ) sangat reaktif dan merusak paru-paru ketika dihirup. Ozon dibuat di atmosfer atas ketika O₂ bergabung dengan oksigen murni yang dibuat ketika O₂ terpecah oleh radiasi ultraviolet. Ozon menyerap banyak radiasi di bagian UV dari spektrum elektromagnetik sehingga lapisan ozon di atmosfer atas melindungi Bumi dari radiasi.

Tetraoksigen (O₄ ) ditemukan pada tahun 2001. Tetraoksigen hanya ada dalam kondisi ekstrem ketika banyak tekanan diberikan pada O₂ .

Sifat fisik

Oksigen lebih mudah larut dari udara ke dalam air daripada nitrogen. Apabila terdapat jumlah udara dan air yang sama, terdapat satu molekul O₂ untuk setiap 2 molekul N₂ (rasio 1:2). Ini berbeda dengan udara, di mana ada rasio 1:4 oksigen terhadap nitrogen. Juga lebih mudah bagi O₂ untuk larut dalam air tawar daripada dalam air laut. Oksigen mengembun pada 90,20 K (-182,95 °C, -297,31 °F) dan membeku pada 54,36 K (-218,79 °C, -361,82 °F). Baik O ₂cair maupun padat, keduanya tembus pandang dengan warna biru muda.

Oksigen sangat reaktif dan harus dijauhkan dari apa pun yang dapat terbakar.

Isotop

Ada tiga isotop oksigen yang stabil di alam. Isotop-isotop tersebut adalah¹⁶ O,¹⁷ O, dan¹⁸ O. Sekitar 99,7% oksigen adalah isotop¹⁶ O.

Kejadian

Oksigen adalah unsur yang paling umum berdasarkan massa di Bumi. Ini adalah unsur paling umum ketiga di alam semesta, setelah hidrogen dan helium. Sekitar 0,9% dari massa Matahari adalah oksigen. Oksigen membentuk 49,2% dari massa kerak Bumi sebagai bagian dari senyawa oksida seperti silikon dioksida. Oksigen juga merupakan bagian utama dari lautan Bumi, membentuk 88,8% massa. Gas oksigen adalah bagian kedua yang paling umum dari atmosfer, membentuk 20,8% dari massa dan 23,1% dari volumenya. Bumi aneh dibandingkan dengan planet-planet lain yang diketahui, karena sejumlah besar atmosfernya adalah gas oksigen. Mars memiliki 0,1% O₂ berdasarkan volume dengan planet-planet Tata Surya lainnya memiliki kurang dari itu.

Tingginya jumlah gas oksigen di Bumi disebabkan oleh siklus oksigen. Hal ini terutama dikendalikan oleh fotosintesis, yang membuat gas oksigen dari karbon dioksida, air dan energi Matahari. Respirasi kemudian mengambil gas oksigen dari atmosfer dan mengubahnya kembali menjadi karbon dioksida dan air. Hal ini terjadi pada laju yang sama, sehingga jumlah gas oksigen dan karbon dioksida tidak berubah karenanya.

Medis

O₂ adalah bagian yang sangat penting dari respirasi. Karena itu, digunakan dalam pengobatan. Ini digunakan untuk meningkatkan jumlah oksigen dalam darah seseorang sehingga lebih banyak respirasi dapat terjadi. Hal ini dapat membuat mereka menjadi sehat lebih cepat jika mereka sakit. Terapi oksigen digunakan untuk mengobati emfisema, pneumonia, beberapa masalah jantung, dan penyakit apa pun yang membuat seseorang lebih sulit untuk mengambil oksigen.

Penopang kehidupan

O₂ bertekanan rendah digunakan dalam pakaian ruang angkasa, mengelilingi tubuh dengan gas. Oksigen murni digunakan tetapi pada tekanan yang jauh lebih rendah. Jika tekanannya lebih tinggi, itu akan beracun.

Oksigen NFPA 704 mengatakan bahwa gas oksigen terkompresi tidak berbahaya bagi kesehatan dan tidak mudah terbakar.

Toksisitas

Pada tekanan tinggi, gas oksigen (O₂ ) bisa berbahaya bagi hewan, termasuk manusia. Hal ini dapat menyebabkan kejang-kejang dan masalah kesehatan lainnya. Toksisitas oksigen biasanya mulai terjadi pada tekanan lebih dari 50 kilopascal (kPa), sama dengan sekitar 50% oksigen di udara pada tekanan standar (udara di Bumi memiliki sekitar 20% oksigen).

Dulu, bayi prematur ditempatkan dalam kotak dengan udara dengan jumlah O₂ yang tinggi. Hal ini dihentikan ketika beberapa bayi menjadi buta karena oksigen.

Menghirup O murni₂ dalam pakaian ruang angkasa tidak menyebabkan kerusakan karena tekanan yang digunakan lebih rendah.

Pembakaran dan bahaya lainnya

Jumlah O murni yang terkonsentrasi₂ dapat menyebabkan kebakaran yang cepat. Ketika oksigen pekat dan bahan bakar didekatkan, sedikit penyalaan dapat menyebabkan kebakaran besar. Awak Apollo 1 semuanya tewas oleh api karena oksigen pekat yang digunakan di udara kapsul.

Jika oksigen cair tumpah ke senyawa organik, seperti kayu, maka oksigen bisa meledak.