Tlen – co to? Informacje, charakterystyka, historia pierwiastka chemicznego

Tlen – co to? Charakterystyka

Tlen (łac. oxygenium) to pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 8, oznaczany symbolem O, należący do grupy tlenowców. Jest pierwszym pierwiastkiem w 16 (VI) grupie układu okresowego. W stanie wolnym występuje w dwóch odmianach alotropowych:

• Tlen – tworzy cząsteczkę dwuatomową O2 (zwany także dwutlenem i ditlenem). Jest odmianą stabilniejszą i dużo bardziej rozpowszechnioną w przyrodzie. Nie posiada zapachu.
• Ozon – tworzy trzyatomową cząsteczkę O3. Jest bardziej reaktywny i rzadszy. Ma silny zapach i powstaje z tlenu dwuatomowego pod wpływem wyładowań elektrycznych (w czasie burzy). Znajduje się w wyższych partiach ziemskiej atmosfery w postaci tzw. warstwy ozonowej i chroni atmosferę przed promieniowaniem UV. Działa szkodliwie na układ oddechowy nawet w małym stężeniu.

Właściwości tlenu:

• gaz w warunkach normalnych,
• bezbarwny w stanie gazowym,
• błękitny w stanie ciekłym,
• bezwonny,
• niemetal,
• trudno rozpuszcza się w wodzie (0,03 obj. w 1 obj. wody w temp. 20 °C),
• podtrzymuje palenie, ale jest zaliczany do gazów niepalnych,
• skrapla się w temperaturze -1900C oraz przy zwiększonym ciśnieniu,
• aktywny chemicznie, szczególnie w podwyższonej temperaturze,
• tworzy związki niemal ze wszystkimi pierwiastkami, a także z wieloma związkami organicznymi i nieorganicznymi.

Ogólne informacje:

Tlen – historia pierwiastka chemicznego

Powszechnie uznaje się, że tlen odkrył Carl Scheele przed 1773 rokiem, ale odkrycie to zostało dopiero opublikowane po 1777. W tym czasie za odkrywcę uznawano Josepha Priestley, który odkrył go 1 sierpnia 1774, ogrzewając tlenek rtęci(II) i zbierając wydzielający się gaz, a swoje odkrycie ogłosił 23 marca 1775. Jednakże badania przeprowadzone przez polskiego historyka chemii Romana Bugaja wykazały, że najprawdopodobniej pierwszym odkrywcą tlenu był Michał Sędziwój. W 1598 r. otrzymał tlen w wyniku termicznego rozkładu azotanu potasu: 2KNO3→2KNO2+O2↑. Ciekły tlen jako pierwsi otrzymali w 1883 roku profesorowie Uniwersytetu Jagiellońskiego: Karol Olszewski i Zygmunt Wróblewski. W 1775 nazwę tlenu „oxygenium” nadał Antoine Lavoisier, który badał składniki powietrza.

Tlen – występowanie w przyrodzie

Tlen stanowi najbardziej rozpowszechniony pierwiastek na Ziemi. Znajduje się w atmosferze w formie wolnej, a także stanowi istotny składnik skorupy ziemskiej w postaci różnorodnych minerałów, które zawierają tlen i inne związki. Jednak przede wszystkim występuje w morzach i oceanach, gdzie przybiera formę wody, czyli H₂O. Tlen odgrywa kluczową rolę jako główny budulec dla organizmów żywych, występując zarówno w wodzie, jak i w szeregu związków organicznych, takich jak białka, aminokwasy, tłuszcze, węglowodany, a także w nieorganicznych substancjach, na przykład fosforanach i węglanach. To zróżnicowane wykorzystanie tlenu jest fundamentalne dla istnienia i funkcji życiowych na Ziemi.

Tlen – zastosowanie

Zastosowanie tlenu w przemyśle, nauce, technice oraz medycynie jest następujące:

• podtrzymywanie spalania w urządzeniach grzewczych, silnikach spalinowych, rakietowych, spawarkach, w wielu przemysłowych procesach,
• wspomaganie oddychania chorych w szpitalach dzięki aparatom tlenowym,
• środek utleniający,
• dezynfekcja wody pitnej i powietrza w szpitalach (ozon),
• odtruwania ścieków przemysłowych (ozon).

Tlen – otrzymywanie w laboratorium

Tlen w warunkach laboratoryjnych można otrzymać w następujący sposób:

• Elektroliza wody, czyli proces, w którym woda (H2O) jest rozkładana na wodór (H2) i tlen (O2) za pomocą prądu elektrycznego: 2H2O -> 2H2 + O2.
• Rozkład nadtlenku wodoru (H2O2), który może zostać rozłożony na wodę (H2O) i tlen (O2) za pomocą katalizatora, na przykład jodku potasu (KI) lub siarczanu manganu (MnSO4): 2H2O2 -> 2H2O + O2.

Tlen – otrzymywanie w przemyśle

Otrzymywanie tlenu w przemyśle może przebiegać w następujący sposób:

• Destylacja frakcyjna powietrza, która polega na schłodzeniu powietrza do bardzo niskich temperatur, aż stanie się ciekłe, a następnie powolnym podgrzewaniu go, co pozwala na oddzielenie różnych składników na podstawie ich punktów wrzenia.
• Adsorpcja różnicowa ciśnienia (PSA), w której powietrze jest przepuszczane przez złoże porowatych materiałów, adsorbujących azot z powietrza i pozostawiających tlen.