Feiten Over Zuurstof

{h1}

Eigenschappen en toepassingen van het element zuurstof.

Adem in Adem Uit. Ahh. Hoera voor zuurstof, het element dat veel van het leven op aarde zoemt.

Element nr. 8 op het periodiek systeem der elementen is een kleurloos gas dat 21 procent van de atmosfeer van de aarde uitmaakt. Omdat het overal om is, is zuurstof gemakkelijk te verwijderen als saai en inert; in feite is het de meest reactieve van de niet-metalen elementen.

De aarde is voor ongeveer 2,3 miljard tot 2,4 miljard jaar geoxygeneerd en de niveaus begonnen minstens 2,5 miljard jaar geleden omhoog te kruipen, volgens een door NASA gefinancierd onderzoek uit 2007. Niemand weet precies waarom dit longvriendelijke gas plotseling een belangrijk deel van de atmosfeer werd, maar het is mogelijk dat geologische veranderingen op aarde geleid hebben tot zuurstof geproduceerd door fotosynthetiserende organismen die rondhangen, in plaats van te worden geconsumeerd in geologische reacties, volgens de studieonderzoekers..

Gewoon de feiten

  • Atoomnummer (aantal protonen in de kern): 8
  • Atomic Symbol (op het Periodiek Systeem der Elementen): O
  • Atoomgewicht (gemiddelde massa van het atoom): 15.9994
  • Dichtheid: 0,001429 gram per kubieke centimeter
  • Fase bij kamertemperatuur: gas
  • Smeltpunt: minus 361,82 graden Fahrenheit (minus 218,79 graden Celsius)
  • Kookpunt: minus 297,31 graden F (minus 182,95 graden C)
  • Aantal isotopen (atomen van hetzelfde element met een verschillend aantal neutronen): 11; drie stabiel
  • Meest voorkomende isotopen: O-16 (99,757 procent natuurlijke abundantie)

Levensadem

Zuurstof is het derde meest voorkomende element in het universum, volgens de Thomas Jefferson National Accelerator Facility. De reactiviteit maakte het echter relatief zeldzaam in de vroege atmosfeer van de aarde.

Cyanobacteriën, organismen die "ademen" met behulp van fotosynthese, nemen kooldioxide op en ademen zuurstof uit, net als moderne planten. Cyanobacteriën waren waarschijnlijk verantwoordelijk voor de eerste zuurstof op aarde, een evenement dat bekend staat als het Great Oxidation-evenement.

Fotosynthese door cyanobacteriën was waarschijnlijk aan de gang voordat er significante niveaus van zuurstof werden opgebouwd in de atmosfeer van de aarde; een in maart 2014 gepubliceerde studie in het tijdschrift Nature Geoscience wees uit dat 2,95 miljard jaar oude gesteenten die in Zuid-Afrika werden aangetroffen oxiden bevatten waarvoor vrije zuurstof nodig was. Deze rotsen bevonden zich aanvankelijk in ondiepe zeeën, wat suggereert dat zuurstof uit fotosynthese zich ongeveer een half miljard jaar geleden begon te accumuleren in mariene omgevingen voordat het ongeveer 2,5 miljard jaar geleden in de atmosfeer begon te accumuleren.

Het leven hangt tegenwoordig sterk af van zuurstof, maar de aanvankelijke opbouw van dit element in de atmosfeer was niets minder dan een ramp. De nieuwe atmosfeer veroorzaakte een massale uitsterving van anaëroben, organismen die geen zuurstof nodig hebben. Anaeroben die zich niet konden aanpassen of overleven in de aanwezigheid van zuurstof stierven weg in deze nieuwe wereld. [Infographic: atmosfeer van de aarde van boven naar beneden]

Snel vooruit - vooruit. Het eerste idee dat de mens had over het bestaan ​​van zuurstof als element was in 1608, toen de Nederlandse uitvinder Cornelius Drebbel meldde dat de verwarming van salpeter (kaliumnitraat) een gas afgeeft, volgens de Royal Society of Chemistry (RSC). De identiteit van dat gas bleef een mysterie tot in de jaren 1770, toen drie chemici min of meer gelijktijdig op ontdekking naderden. Engelse chemicus en predikant Joseph Priestly isoleerde zuurstof door zonlicht op kwikoxide te laten schijnen en het gas uit de reactie te verzamelen. Hij merkte op dat een kaars meer helder verbrandt in dit gas, volgens de RSC, dankzij de rol van zuurstof bij verbranding.

Priestly publiceerde zijn bevindingen in 1774 en versloeg de Zwitserse wetenschapper Carl Wilhelm Steele, die in 1771 daadwerkelijk zuurstof had geïsoleerd en erover schreef, maar het werk niet publiceerde. De derde ontdekker van Oxygen was Antoine-Laurent de Lavoisier, een Franse chemicus die het element zijn naam gaf. Het woord komt van de Griekse 'oxy' en 'genen', wat 'zuurvorming' betekent.

Zuurstof heeft acht totale elektronen - twee banen om de kern in de binnenste schil van het atoom en zes banen in de buitenste schil. De buitenste schaal kan in totaal acht elektronen bevatten, wat de neiging van zuurstof verklaart om met andere elementen te reageren: de buitenste schil is onvolledig en elektronen zijn dus vrij om te nemen (en te geven).

Wie weet?

  • Als een gas is zuurstof helder. Maar als een vloeistof is het lichtblauw.
  • Als je je ooit hebt afgevraagd hoe zwemmen in een plas vloeibare zuurstof zou zijn, is het antwoord: heel erg koud, volgens Carl Zorn van de Thomas Jefferson National Accelerator Facility. Zuurstof moet dalen tot minus 297,3 F (minus 183,0 C) om vloeibaar te worden, dus bevriezing zou een probleem zijn.
  • Te weinig zuurstof is problematisch. Dus is teveel. 80% zuurstof ademen gedurende meer dan 12 uur irriteert de luchtwegen en kan uiteindelijk dodelijke vochtophoping of oedeem veroorzaken, volgens de Universiteit van Florida en het bedrijf Air Products.
  • Zuurstof is een moeilijk koekje: een onderzoek uit 2012 gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review Letters dat gevonden wordt dan dat een zuurstofmolecuul (O2) 19 miljoen keer hoger kan zijn dan de atmosferische druk.
  • De laagste niveaus van zuurstof ooit opgenomen in menselijk bloed werden gemeten in de buurt van de top van Mount Everest in 2009. Klimmers hadden arteriële zuurstofwaarden van gemiddeld 3,28 kilopascal. Vergelijk dat met de normale waarde van 12 tot 14 kilopascal, en de bergbeklimmingstermijn "doodszone" is logisch. De bevindingen werden gepubliceerd in het New England Journal of Medicine.
  • Godzijdank voor een atmosfeer van 21 procent zuurstof.Ongeveer 300 miljoen jaar geleden, toen zuurstofgehaltes 35 procent bereikten, konden insecten supergroot groeien: denk libellen met de vleugelspoten van haviken.

Huidig ​​onderzoek

Zuurstof vormt zich in de harten van sterren, met de fusie van een koolstof-12-kern en een helium-4-kern (ook bekend als een alfadeeltje). Het is echter nog maar kortgeleden dat wetenschappers in staat zijn geweest om in de kern van zuurstof te kijken en de structuur ervan te ontrafelen.

In maart 2014 meldden de fysicus van de North Carolina State University, Dean Lee en zijn collega's, dat ze de nucleaire structuur van zuurstof-16, de meest voorkomende isotoop van zuurstof, in de grondtoestand (de toestand waarin alle elektronen zich bevinden laagst mogelijke energieniveaus) en in de eerste geëxciteerde toestand (het volgende energieniveau hoger).

Waarom zou zoiets ertoe doen? Nou, om te begrijpen hoe kernen in sterren ontstaan ​​- van koolstof tot zuurstof tot zwaardere elementen - is te begrijpen hoe de bouwstenen van het universum precies in elkaar grijpen. Lee en zijn team ontdekten oorspronkelijk dat de kern van een koolstof-12 molecuul, met zijn zes protonen en zes neutronen, in feite bestaat uit drie deeltje clusters, elk met twee protonen en twee neutronen. Als koolstof-12 drie van deze zogenaamde alpha-clusters had, redeneerden de onderzoekers, zuurstof-16 zou er waarschijnlijk vier hebben, aangezien het acht protonen en acht neutronen bevat.

Met behulp van supercomputersimulaties en een numeriek rooster konden de onderzoekers zien hoe de deeltjes in een zuurstof-16-kern zich zouden rangschikken. Ze ontdekten dat er in de grondtoestand van zuurstof-16 inderdaad vier alfa-clusters zijn, netjes gerangschikt in een tetraëder.

"Deze alfa-clusters zijn een soort van kleine fuzzy sferen van deze vier deeltjes, of deze nucleonen, en deze fuzzy sferen raken elkaar graag door een oppervlakkige interactie," vertelde Lee WordsSideKick.com. Dankzij de tetraëderconfiguratie kunnen ze mooi en knus worden.

Maar er wachtte nog een ander quantummysterie om ontrafeld te worden. De grondtoestand van zuurstof-16 en de eerste aangeslagen toestand delen een ongebruikelijke functie. Ze hebben allebei dezelfde spin - een waarde die aangeeft hoe de deeltjes roteren. Ze hebben ook allebei een positieve pariteit, een manier om symmetrie aan te geven. Stel je voor dat links en rechts in het hele universum worden omgekeerd, maar subatomaire deeltjes in dezelfde vorm moeten blijven. Deeltjes met positieve pariteit zouden in dit spiegeluniversum kunnen kijken en zichzelf zien zoals ze zijn. Deeltjes met een negatieve pariteit zouden flip-flop moeten hebben, opdat ze niet achterstevoren eindigen als een regel tekst die in een spiegel wordt gelezen.

"Het mysterie was waarom de laagste twee staten van zuurstof-16 geen spin en positieve pariteit hebben," zei Lee, aangezien de toestanden anders zijn.

De simulaties gaven een antwoord: in zuurstoftoestand herschikt zuurstof-16 zijn kern om er helemaal niet meer uit te zien als de grondtoestand. In plaats van een tetraëdrische ordening, rangschikken de alfadeeltjes zich in een vierkant of bijna vierkant vlak.

"Hun onderliggende intrinsieke structuren waren anders," zei Lee. De totaal verschillende configuratie legt uit hoe spin en pariteit hetzelfde kunnen blijven - de kernen nemen verschillende paden naar hetzelfde resultaat.

Er zijn nog meer quantum-interacties in de zuurstof-16-kern om te ontklitten, zei Lee, en fijner gekorreld detail om te ontdekken.

"Er gaan eigenlijk best veel interessante dingen in kleine dingen zoals kernen", zei hij. "En er worden verhalen verteld over hoe ze worden gemaakt, waar we nu mee aan de slag kunnen."

Lee's werk kijkt naar de geboorte van zuurstof in de sterren; een andere lijn van zuurstofonderzoek richt zich op de rol van het element in het leven op aarde. Kort na het Grote Oxidatie-evenement, zo'n 2,4 miljard jaar geleden, hebben de zuurstofniveaus mogelijk de niveaus van vandaag bereikt of overschreden voordat ze zijn neergestort, zei Daniel Mills, een promovendus bij het Nordic Center for Earth Evolution aan de Universiteit van Zuid-Denemarken. Dierenleven kwam pas veel later opdagen, met de eenvoudigste dieren die ongeveer 600 miljoen jaar geleden verschenen.

Ondanks theorieën dat de opkomst van zuurstof de weg heeft geëffend voor het bestaan ​​van dieren, lijkt het verhaal veel ingewikkelder te zijn. Dieren kwamen niet voor tijdens de eerste significante hobbel in het zuurstofniveau van de aarde 2,4 miljard jaar geleden. En in februari 2014 meldden Mills en zijn collega's in het tijdschrift PNAS dat hedendaagse sponzen nog steeds kunnen ademen, eten en zelfs kunnen groeien in zuurstofniveaus van 0,5 procent tot 4 procent van wat tegenwoordig in de atmosfeer van de aarde wordt aangetroffen. Sponzen zijn waarschijnlijk het meest vergelijkbare levende dier voor de eerste dieren op aarde, vertelde Mills WordsSideKick.com.

De bevinding dat sponzen geen hoge zuurstof nodig hebben om te leven suggereert dat iets anders heeft bijgedragen aan de opkomst van het eerste dierlijk leven - hoewel stijgende zuurstof wellicht nodig was om de soort diversiteit en ecosystemen te bereiken die we vandaag zien, zei Mills. Zelfs in de moderne tijd gedijen dieren zoals aaltjeswormen in zuurstofarme gebieden van de oceaan, voegde hij eraan toe.

"Er is duidelijk meer aan dierlijke evolutie dan een ruime toevoer van zuurstof," zei Mills.

Extra middelen

  • Een interactieve afbeelding gemaakt door het Howard Hughes Medical Institute toont ook de geologische geschiedenis van zuurstof, beginnend ongeveer 3,8 miljard jaar geleden.
  • Kom meer te weten over wat vandaag de aardse atmosfeer is, alles over luchtdruk en -volume en weer op deze kids-site door het National Center for Atmospheric Research.

Volg WordsSideKick.com @wordssidekick, Facebook & Google+.


Video Supplement: Shelly zonder zuurstof - GALILEO.




Onderzoek


Zal Deze Winter De Koudste Zijn Sinds De Jaren Tachtig?
Zal Deze Winter De Koudste Zijn Sinds De Jaren Tachtig?

10 Misvattingen Over Ggo'S
10 Misvattingen Over Ggo'S

Science Nieuws


10 Gedenkwaardige Meteoor Crasht
10 Gedenkwaardige Meteoor Crasht

Muzikanten Lezen Emoties Beter
Muzikanten Lezen Emoties Beter

Waarom Botsende Continenten Trager Worden
Waarom Botsende Continenten Trager Worden

Waarom Sumatra Quake Unteas Giant Tsunami Heeft Geopend, Terwijl Anderen Dat Niet Doen
Waarom Sumatra Quake Unteas Giant Tsunami Heeft Geopend, Terwijl Anderen Dat Niet Doen

Doen Grote Witte Haaien Voor Eeuwig Groeien?
Doen Grote Witte Haaien Voor Eeuwig Groeien?


WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com