Tlen

Tlen, oxygenium, O, pierwiastek chemiczny należący do grupy VI A w układzie okresowym, liczba atomowa 8, masa atomowa 16,0.
Znanych jest 10 izotopów tlenu, w tym 3 trwałe: (16O, 17O, 18O).

W przyrodzie występuje w stanie wolnym w atmosferze oraz w formie związanej w wodzie, minerałach, w organizmach roślinnych i zwierzęcych. Jest najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem na Ziemi.

Bezbarwny, bezwonny gaz, o własnościach paramagnetycznych, gęstość 1,43 g/dm3, temperatura krytyczna -118C, ciśnienie krytyczne 49,7 atm (stan krytyczny).

Tlen otrzymuje się przez destylację frakcjonowaną ciekłego powietrza lub elektrolizę wody.
Skroplony tlen jest cieczą o niebieskawym zabarwieniu, gęstość 1,13 g/cm3.

Tworzy cząsteczki dwuatomowe, trójatomowe (diamagnetyczny ozon) lub przybiera postać pojedynczych atomów (tlen atomowy, znacznie bardziej aktywny chemicznie).

W ogromnej większości związków chemicznych tlen występuje na -2 stopniu utlenienia. Reaguje z większością metali, łatwo utlenia substancje organiczne i fosfor, na gorąco łączy się z wodorem i siarką. W specjalnych warunkach może reagować z azotem i fluorem. Jest dobrze absorbowany przez czerń platynową, stopione metale szlachetne, węgiel drzewny.

Tlen opisuje się zwykle jako gaz bezbarwny, bezwonny i pozbawiony smaku, niezbędny dla żywych organizmów. W odpowiednich warunkach tlen reaguje z praktycznie wszystkimi znanymi pierwiastkami, tworząc tlenki.

Tlen rozpoczyna grupę VIA (16) układu okresowego pierwiastków.

Istnieją dwie odmiany alotropowe tlenu: zwykły tlen złożony z cząsteczek dwuatomowych (O2) i ozon, o cząsteczkach trójatomowych (O3).
Ozon jest bardzo silnym utleniaczem, powodującym przyłączenie cząsteczki tlenu do trwałych jonów; przekształca on siarczki w siarczany, dwutlenki w trójtlenki itp. Ze względu na tę właściwość ozon jest używany jako środek odkażający i bielący.

Ozon występuje w górnych warstwach atmosfery ziemskiej i chroni życie na ziemi przed działaniem szkodliwego promieniowania słonecznego. W przemyśle otrzymuje się ozon w wyniku wyładowań elektrycznych w tlenie.

Niewielkie ilości tlenu można otrzymać przez ogrzewanie chloranu potasu (KClO3) z dwutlenkiem manganu (MnO2) jako katalizatorem. Chloran potasu rozkłada się na chlorek potasu (KCl) i tlen. Ogrzewanie samego chloranu potasu lub jego zmieszanie z dwutlenkiem manganu nie zapewnia szybkiego przebiegu reakcji. Tlen powstaje natomiast w dużych ilościach w procesie ogrzewania mieszaniny dwóch wspomnianych związków.

Tlen produkuje się na skalę przemysłową przez frakcyjną destylację ciekłego powietrza.

Największe ilości produkowanego przemysłowo tlenu zużywa przemysł stalowy. Czysty tlen wdmuchuje się do stopionej stali, co powoduje przekształcenie nadmiaru węgla w dwutlenek węgla i utlenienie innych domieszek, usuwanych później wraz z żużlem.

W organizmie człowieka podczas oddychania tlen jest pobierany w płucach, ulegając związaniu przez hemoglobinę krwinek czerwonych, po czym zostaje oddany (z włosowatych naczyń krwionośnych) do tkanek, gdzie bierze udział w procesach przemiany materii.

Stosowany w hutnictwie, gazownictwie, medycynie, technologii chemicznej, w okrętach podwodnych, palnikach.

Dziesięć najpospolitszych związków występuje w skorupie ziemskiej w postaci tlenków.

Prawie połowa materiału skorupy ziemskiej stanowi dwutlenek krzemu (SiO2), około 1/3 tlenek magnezu (MgO), a nieco mniej niż 1/4 stanowi tlenek żelaza (II), czyli FeO. Dalsze pospolite tlenki to: tlenek glinu (Al2O3), tlenek wapnia (CaO) i tlenek żelaza (III), Fe2O3. Wszystkie aktywne metale grupy IA (1) układu okresowego, czyli litowce, reagują energicznie z tlenem w temperaturze pokojowej i pod ciśnieniem atmosferycznym.

Ogólne równanie reakcji między tlenem a tymi metalami jest następujące:
4M O2 ---> 2M2O
Reakcje między tlenem a metalami grupy IIA (2), czyli berylowcami, nie przebiegają tak energicznie:
2M O2 ---> 2MO
Ważną grupę tlenków tworzą lantanowce, czyli metale ziem rzadkich:
4M 3O2 ---> 2M2O3
Tlen wiąże się łatwo z większością niemetali, tworząc powszechnie znane tlenki: dwutlenek węgla (CO2), tlenek dwuazotu, czyli podtlenek azotu (N2O) i dwutlenek siarki (SO2).
W atmosferze występuje tlen-16 oraz śladowe ilości tlenu-17 i tlenu-18. Pozostałe izotopy, wytworzone sztucznie, są promieniotwórcze.

Izotop Rozpowszechnienie w przyrodzie Okres połowicznego zaniku Typ rozpadu
13O _____ 8,9ms , p
14O _____ 70,6s
15O _____ 122s
16O 99,76% _____ _____
17O 0,038% _____ _____
18O 0,200% _____ _____
19O _____ 26,9s -
20O _____ 13,5s -
21O _____ 3,14s -