Oxygen

Mọi người đếu biết rằng lúc khởi thủy, không có oxygen trên trái đất. Khí quyển chỉ gồm các hợp chất nitrogen, hơi nước và  khí carbonic được phóng thích ra từ các  núi lửa, nhưng  không có oxygen nguyên tố.

Cách đây hai tỉ năm, sự ngưng tụ hơi nước  và sự hình thành đại dương đã cho phép các vi sinh vật có thể tổng hợp diệp lục tố (rong, vi khuẩn), dùng khí carbonic và thải ra khí oxygen.

Oxygen nhờ đó mà xuất hiện từ từ trong  khí quyển, lúc đầu chỉ có 0,2%. Sau đó oxygen tạo thành tầng  ozon, sẽ làm màn chắn bớt các  tia tử ngoại (ultraviolet) tới mặt đất. Nhờ đó mà có được sự sống tập thể trên mặt đất. Sự phát triển  mạnh mẽ của thực  vật tạo lớp khí quyển càng  ngày càng có nhiều oxygen

Nhờ sự sản xuất oxygen mà trái đất ta đã qua một bước ngoặc mới trong  lịch sử của nó. Trong  một tì năm, cây dưới nước tiếp tục thải ra khí oxygen, và  dần dần tụ lên  bầu khí quyển

Khám phá khí oxygen:

Nhà hóa học Thụy Điển Carl Wilhelm Scheele (1742-1786) nghiên cứu các chất khí vào những  năm 1768-1770, đã quan sát một chất khí không  mùi, khi đốt thì cho ra ngọn  lửa sáng. Ông cho nó đặc điểm là "không  khí của lửa".

Tháng 4 năm 1774 Pierre Bayen thí nghiệm khi đốt oxyd thủy ngân (đá vôi thủy ngân, (chaux mercurielle ou mercure précipité per se), sẽ tỏa ra một chất khí và khối lượng bị mất. Ông hứng  khí đó và ghi nhận rằng nó hơi đặc hơn không khí. Bayen cho rằng công bố quan sát này không  ích lợi gì, ông  muốn thực hiện những  thí nghiệm tỉ mỉ hơn, cẩn thận hơn mà không  xem xét chất khí thoát ra đó. Có phải ông cho rằng chất khí đó bình thường như mọi chất khác?

Ngày 1 tháng 8 1774, Joseph Priestley làm thí nghiệm y hệt như Pierre Bayen tại khà ông gần Calne, Anh quốc. Ông thu được cùng chất khí trên và đặt tên  là khí để đốt (air déphlogistiqué). Ông còn nhận thấy rằng chất khí này khi hít vô sẽ cảm thấy khoẻ và cây cối có thể làm tái sinh một phần chất khí mà chuột và ngọn lửa thải ra. Từ các  thí nghiệm trên, ông  kết luận  trên là không  khí quanh ta gồm hai hợp chất, một chất làm hoạt động sự đốt và  một cặn bã.

Nói về chất khí này, ông viết: "cái làm cho tôi ngạc nhiên nhất là đèn cầy cháy bằng chất khí này có độ sáng  rất mãnh liệt..."  Ông  cũng diễn tả một cách tỉ mỉ các thí nghiệm của ông và cho in  ra các kết quả. Nhân dịp bữa ăn tối, khi Priestley được mời qua Pháp tháng  10 năm 1774 thì Lavoisier mới biết được  sự khám phá ra chất khí đặc biệt mà ông  gọi là "khí để hô hấp tốt hết sức" (air éminemment respirable)

 Lavoisier biết các công trình của Bayen nhưng cũng  như Bayen, không để ý độ quan trọng của chất khí này. Sự gặp gỡ với Priestley  là một phát hiện mới đối với Lavoisier: ông bị thu hút bởi các "khí" mới này và  quyết định nghiên cứu  các  chất khí và những hiện tượng của sự đốt cháy.   Bảy tháng sau, ông lập lại thí nghiệm của các nhà hóa học trên và thấy rằng  "chất nhiên  khí" đó là một nguyên tố mới, quan trọng  hơn, là nguyên tố dùng để đốt. Ngoài ra  ông  thấy ngay sự gia tăng khối lượng của các kim loại khi bị nung khô (calcination).

Năm 1775, ông  thực  hiện thí nghiệm đáng ghi nhớ trong  12 ngày và 12 đêm trên  oxyd thủy ngân đỏ.  Khí tỏa ra được nghiên cứu có đặc tình quan trọng: làm hoạt động sự cháy, giúp  sự hô hấp động vật. Lavoisier  kêu tên là "khí cho sự sống" (air vital). Lavoisier  khám phá  rằng  khí quyển là hỗn hợp của hai khí, air vital và mofette (nitrogen)

Bayen đã thấy sự sai lầm của mình khi không  công bố sự khám phá của mình, nhưng  đã trễ, ông đã bị  lịch sử quên tên

Chính Pristley là cha đẻ của oxygen, xác định đặc tính của nó

Lavoisier xác định nó là một nguyên tố

Oxygen:

Tên: Oxygen

Ký hiệu: O

Số nguyên tử: 8

Khối lượng nguyên tử: 15.9994 amu

Điểm nóng chảy: -218.4°C (54.750008°K, -361.12°F)

Điểm sôi: -183.0°C (90.15°K, -297.4°F)

Số Protons/Electrons: 8

Số Neutrons: 8

Phân loại: không kim loại

Cơ cấu tinh thể: khối lập phương

Tỷ trọng ở 293 K: 1.429 g/cm³

Màu: không  màu

Oxygen tượng trưng cho:

21% thể tích khí quyển

Nửa trọng  lượng lớp vỏ địa cầu

88,8 % trọng  lượng  nước

23,2 % không  khí (75,6 % nitrogen)

62,5 % cơ thể con người và cho tới 88 % ở một số sinh vật ở biển

Có thể sống sót lâu với không  khí chứa 14 % oxygen, rối loạn quan trọng  ở 7 % và nghẹt thở ở 3 %

Oxygen, nguyên  tố cần thiết cho đời sống

Là nguyên tố phổ biến, dồi dào nhất của vỏ trái đất trong  số đó có đất đá và sông biển với khí quyển. Nó tượng trưng cho 49,5% của khối lượng vỏ quả đất (53,3% tính theo số nguyên tử), đứng trước quá xa so với silicium (25,7% tính theo khối lượng). Trong  không  khí oxygen ở dưới dạng phân tử có hai nguyên tử oxygen (O₂). Kết hợp với hydrogen, cho ra nước H₂O

Trong đất đá, nó có trong  các khoáng chất có oxygen (oxyd, hydroxyd, silicat, carbonat, sulfat, phosphat..)

Nơi các sinh vật, oxygen  ở dưới dạng phân tử hữu cơ có oxygen và  những  hợp chất vô cơ như phosphat apatitic trong  xương  và răng, các carbonat trong vỏ sò.

Cơ cấu nguyên tử của oxygen:

Tầng điện tử hóa trị (tầng  2) gồm 6 điện tử và oxygen  được xếp hạng  ở cột thứ VIA của bảng  phân loại tuần hoàn. Đó là nguyên tố dầu tiên của nhóm tương đối đồng  nhất gồm 4 nguyên tố khác  là: lưu huỳnh (S), selenium (Se), tellurium (Te) và polonium (Po). Hai điện tử 2s tạo thành một cặp điện tử có spin nghịch chiều nhau và 4 điện tử 2p khác phải rải lên ba  quỹ đạo 2px, 2py và 2pz cùng  một mực  lăng  lượng: Hai trong số các điện tử sẽ tạo thành một cặp điện tử trên cùng  một quỹ đạo, nhưng  hai điện tử còn  lại bị bó buộc  phải ở trên  hai quỹ đạo còn lại (Luật Hund), nên là những điện tử độc thân. Cấu hình điện tử của oxygen làm cho nó có tính chất đặc biệt.

Theo luật tám điện tử, nguyên tử oxygen có khuynh hướng  thu thêm hai điện tử để tạo ra cấu trúc  của neon (Ne) là khí hiếm đứng sát bên nó (1s², 2s², 2p⁶) nghĩa là tạo ra ion O^2-

Do đó oxygen là nguyên tố có tính âm điện  mạnh (3,44 theo thang Pauling),   tính âm điện của nó chỉ bị fluor (F) qua mặt (3,98). Đó là một nguyên tố không  kim loại điển hình.

 

Võ Thị Diệu Hằng