Syre

Den här artikeln handlar om det kemiska elementet. För annan användning, se Oxygen (disambiguation) .

Syre, ₈ O

Flytande syre som kokar (O 2 )
Syre
Allotroper	O 2 , O 3 ( ozon ) och mer (se Allotropes of oxygen )
Utseende	gas: färglös vätska och fast: ljusblått
Standard atomvikt A r °(O)
	[ 15.999 03 , 15.999 77 ] 15,999 ± 0,001 (förkortat)
Överflöd
i jordskorpan	461000 ppm
Syre i det periodiska systemet
Väte Helium Litium Beryllium Bor Kol Kväve Syre Fluor Neon Natrium Magnesium Aluminium Kisel Fosfor Svavel Klor Argon Kalium Kalcium Skandium Titan Vanadin Krom Mangan Järn Kobolt Nickel Koppar Zink Gallium Germanium Arsenik Selen Brom Krypton Rubidium Strontium Yttrium Zirkonium Niob Molybden Teknetium Rutenium Rodium Palladium Silver Kadmium Indium Tenn Antimon Tellur Jod Xenon Cesium Barium Lantan Cerium Praseodym Neodym Prometium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium Hafnium Tantal Volfram Renium Osmium Iridium Platina Guld Kvicksilver (element) Tallium Leda Vismut Polonium Astat Radon Francium Radium Aktinium Torium Protaktinium Uran Neptunium Plutonium Americium Curium Berkelium Kalifornien Einsteinium Fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Hassium Meitnerium Darmstadtium Röntgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson – ↑ O ↓ S kväve ← syre → fluor
Atomnummer ( Z )	8
Grupp	grupp 16 (kalkogener)
Period	period 2
Blockera	p-block
Elektronkonfiguration	[ Han ] 2s 2 2p 4
Elektroner per skal	2, 6
Fysikaliska egenskaper
Fas vid STP	gas
Smältpunkt	(O 2 ) 54,36 K (−218,79 °C, −361,82 °F)
Kokpunkt	(O 2 ) 90.188 K ​(−182.962 °C, ​−297.332 °F)
Densitet (vid STP)	1,429 g/L
när flytande (vid bp )	1,141 g/cm 3
Trippelpunkt	54,361 K, ​0,1463 kPa
Kritisk punkt	154.581 K, 5.043 MPa
Värme av fusion	( 02 ) 0,444 kJ/mol
Förångningsvärme	( 02 ) 6,82 kJ/mol
Molär värmekapacitet	( 02 ) 29,378 J/(mol·K)
Ångtryck   P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k   vid T (K)       61 73 90
Atomegenskaper
Oxidationstillstånd	0 −2 , −1 , , +1 , +2
Elektronnegativitet	Pauling-skala: 3,44
Joniseringsenergier	1:a: 1313,9 kJ/mol 2:a: 3388,3 kJ/mol 3:e: 5300,5 kJ/mol ( mer )
Kovalent radie	66±2 pm
Van der Waals radie	152 pm
Spektrala syrelinjer Andra
egenskaper
Naturlig förekomst	ursprunglig
Kristallstruktur	<a i=1>kubisk cubic
Ljudhastighet	330 m/s (gas, vid 27 °C)
Värmeledningsförmåga	26,58×10 −3 W/(m⋅K)
Magnetisk beställning	paramagnetisk
Molär magnetisk känslighet	+3 449 ,0 × 10 −6 cm 3 /mol (293 K)
CAS-nummer	7782-44-7
Historia
Upptäckt	Michael Sendivogius Carl Wilhelm Scheele (1604, 1771)
Namngiven av	Antoine Lavoisier (1777)
Isotoper av syre
Huvudisotoper _ Förfall överflöd halveringstid ( t 1/2 ) läge produkt 15 O syn 122.266 s β + 15 N 16 O 99,757 % stabil 17 O 0,038 % stabil 18 O 0,205 % stabil

  Syre är det kemiska elementet med symbolen O och atomnummer 8. Det är en medlem av kalkogengruppen i det periodiska systemet , en mycket reaktiv icke-metall och ett oxidationsmedel som lätt bildar oxider med de flesta grundämnen såväl som med andra föreningar . Syre är jordens mest förekommande grundämne , och efter väte och helium är det det tredje vanligaste grundämnet i universum. Vid standardtemperatur och standardtryck binder två atomer av grundämnet till dioxygen , en färglös och luktlös diatomisk gas med formeln O
₂ . Diatomisk syrgas utgör för närvarande 20,95% av jordens atmosfär , även om detta har förändrats avsevärt under långa tidsperioder. Syre utgör nästan hälften av jordskorpan i form av oxider.

Alla växter , djur och svampar behöver syre för cellandning , som utvinner energi genom reaktion av syre med molekyler som härrör från mat och producerar koldioxid som en avfallsprodukt. Hos tetrapoder för andning syre in i lungorna där gasutbyte äger rum, koldioxid diffunderar ut ur blodet och syre diffunderar in i blodet. Kroppens cirkulationssystem transporterar syret till cellerna, där cellandningen sker.

Många ha som huvudämneklasser av organiska molekyler i levande organismer innehåller syreatomer, såsom proteiner , nukleinsyror , kolhydrater och fetter , liksom de oorganiska sammansättningarna av djurskal, tänder och ben. Det mesta av massan av levande organismer är syre som en komponent i vatten , den huvudsakliga beståndsdelen av livsformer. Syre fylls kontinuerligt på i jordens atmosfär genom fotosyntes , som använder energin från solljus för att producera syre från vatten och koldioxid. Syre är för kemiskt reaktivt för att förbli ett fritt element i luften utan att kontinuerligt fyllas på av levande organismers fotosyntetiska verkan. En annan form ( allotrop ) av syre, ozon ( O
₃ ), absorberar starkt ultraviolett UVB- strålning och ozonskiktet på hög höjd hjälper till att skydda biosfären från ultraviolett strålning . Men ozon som finns på ytan är en biprodukt av smog och därmed en förorening.

Syre isolerades av Michael Sendivogius före 1604, men det är allmänt ansett att grundämnet upptäcktes oberoende av Carl Wilhelm Scheele , i Uppsala , 1773 eller tidigare, och Joseph Priestley i Wiltshire , 1774. Priestley ges ofta prioritet eftersom hans verk publicerades först. Priestley, men kallade syre "dephlogisticated air", och kände inte igen det som ett kemiskt element. Namnet syre myntades 1777 av Antoine Lavoisier , som först kände igen syre som ett kemiskt element och korrekt karakteriserade den roll det spelar i förbränning.

Vanliga användningar av syre inkluderar produktion av stål , plast och textilier , lödning, svetsning och skärning av stål och andra metaller , raketdrivmedel , syrgasterapi och livstödssystem i flygplan , ubåtar , rymdfärder och dykning .

Studiens historia

Tidiga experiment

Ett av de första kända experimenten om förhållandet mellan förbränning och luft utfördes av den grekiska författaren om mekanik på 200-talet f.Kr., Philo av Bysans . I sitt arbete Pneumatica observerade Philo att om man vänder ett kärl över ett brinnande ljus och omger kärlets hals med vatten resulterade det i att en del vatten stiger upp i halsen. Philo anade felaktigt att delar av luften i kärlet omvandlades till det klassiska elementet eld och därmed kunde fly genom porerna i glaset. Många århundraden senare Leonardo da Vinci på Philos arbete genom att observera att en del av luften förbrukas under förbränning och andning .

I slutet av 1600-talet bevisade Robert Boyle att luft är nödvändigt för förbränning. Den engelske kemisten John Mayow (1641–1679) förfinade detta arbete genom att visa att eld bara kräver en del av luften som han kallade spiritus nitroaereus . I ett experiment fann han att placera antingen en mus eller ett tänt ljus i en stängd behållare över vatten fick vattnet att stiga och ersätta en fjortondel av luftens volym innan försökspersonerna släcktes. Av detta antog han att nitroaereus konsumeras i både andning och förbränning.

Mayow observerade att antimon ökade i vikt vid upphettning och drog slutsatsen att nitroaereus måste ha kombinerats med det. Han trodde också att lungorna separerar nitroaereus från luft och skickar den in i blodet och att djurvärme och muskelrörelser är resultatet av reaktionen av nitroaereus med vissa ämnen i kroppen. Berättelser om dessa och andra experiment och idéer publicerades 1668 i hans verk Tractatus duo i traktatet "De respiratione".

Phlogiston teori

Huvudartikel: Phlogiston-teori

Robert Hooke , Ole Borch , Mikhail Lomonosov och Pierre Bayen producerade alla syre i experiment på 1600- och 1700-talet men ingen av dem kände igen det som ett kemiskt element . Detta kan delvis ha varit på grund av förekomsten av filosofin om förbränning och korrosion som kallas flogistonteorin , som då var den föredragna förklaringen av dessa processer.

Flogistonteorin grundades 1667 av den tyske alkemisten JJ Becher och modifierades av kemisten Georg Ernst Stahl 1731 och att alla brännbara material var gjorda av två delar. En del, kallad flogiston, avgavs när ämnet som innehöll den brändes, medan den deflogistikerade delen ansågs vara dess verkliga form, eller calx .

Mycket brännbara material som lämnar lite rester , såsom trä eller kol, ansågs vara gjorda mestadels av flogiston; obrännbara ämnen som korroderar, som järn, innehöll väldigt lite. Luft spelade ingen roll i flogistonteorin, inte heller genomfördes några initiala kvantitativa experiment för att testa idén; istället baserades det på observationer av vad som händer när något brinner, att de flesta vanliga föremål ser ut att bli lättare och verkar tappa något i processen.

Upptäckt

Joseph Priestley brukar prioriteras i upptäckten.

Den polske alkemisten , filosofen och läkaren Michael Sendivogius (Michał Sędziwój) beskrev i sitt verk De Lapide Philosophorum Tractatus duodecim e naturae fonte et manuali experientia depromti ( 1604) ett ämne som finns i luften och hänvisade till det som "livsmedelsmat" ,) och enligt den polske historikern Roman Bugaj är detta ämne identiskt med syre. Sendivogius, under sina experiment utförda mellan 1598 och 1604, erkände ordentligt att ämnet är likvärdigt med den gasformiga biprodukt som frigörs vid termisk nedbrytning av kaliumnitrat . Enligt Bugajs åsikt ger isoleringen av syre och den korrekta associeringen av ämnet till den del av luften som krävs för livet, tillräckliga bevis för att Sendivogius upptäckt syre. Denna upptäckt av Sendivogius förnekades dock ofta av de generationer av vetenskapsmän och kemister som efterträdde honom.

Det är också vanligt att påstå att syre först upptäcktes av den svenske apotekaren Carl Wilhelm Scheele . Han hade producerat syrgas genom att värma upp kvicksilveroxid (HgO) och olika nitrater 1771–72. Scheele kallade gasen "eldluft" eftersom det då var det enda kända medlet som stödde förbränning. Han skrev en redogörelse för denna upptäckt i ett manuskript med titeln Treatise on Air and Fire, som han skickade till sin förläggare 1775. Det dokumentet publicerades 1777.

Under tiden, den 1 augusti 1774, fokuserade ett experiment utfört av den brittiske prästen Joseph Priestley solljus på kvicksilveroxid i ett glasrör, vilket frigjorde en gas som han kallade "dephlogisticated air". Han noterade att ljus brann starkare i gasen och att en mus var mer aktiv och levde längre medan andades den. Efter att ha andats gasen själv, skrev Priestley: "Känslan av det i mina lungor var inte märkbart annorlunda än den för vanlig luft , men jag insåg att mitt bröst kändes speciellt lätt och lätt ett tag efteråt." Priestley publicerade sina upptäckter 1775 i en tidning med titeln "An Account of Further Discoveries in Air", som ingick i den andra volymen av hans bok med titeln Experiment and Observations on Different Kinds of Air . Eftersom han publicerade sina fynd först, brukar Priestley prioriteras i upptäckten.

Den franske kemisten Antoine Laurent Lavoisier hävdade senare att han självständigt upptäckt det nya ämnet. Priestley besökte Lavoisier i oktober 1774 och berättade för honom om sitt experiment och hur han befriade den nya gasen. Scheele hade också skickat ett brev till Lavoisier den 30 september 1774, som beskrev hans upptäckt av det tidigare okända ämnet, men Lavoisier erkände aldrig att han tagit emot det. (En kopia av brevet hittades i Scheeles tillhörigheter efter hans död.)

Lavoisiers bidrag

Antoine Lavoisier misskrediterade flogistonteorin.

Lavoisier genomförde de första adekvata kvantitativa experimenten på oxidation och gav den första korrekta förklaringen av hur förbränning fungerar. Han använde dessa och liknande experiment, alla startade 1774, för att misskreditera flogistonteorin och för att bevisa att ämnet som upptäcktes av Priestley och Scheele var ett kemiskt element .

I ett experiment observerade Lavoisier att det inte fanns någon total viktökning när tenn och luft värmdes upp i en sluten behållare. Han noterade att luft forsade in när han öppnade behållaren, vilket tydde på att en del av den instängda luften hade förbrukats. Han noterade också att tennet hade ökat i vikt och att ökningen var densamma som vikten av luften som rusade in igen. Detta och andra experiment om förbränning dokumenterades i hans bok Sur la combustion en général , som publicerades 1777. I det arbetet bevisade han att luft är en blandning av två gaser; 'vital luft', som är väsentlig för förbränning och andning, och azote (Gk. ἄζωτον "livlös"), som inte heller stödde. Azote blev senare kväve på engelska, även om det har behållit det tidigare namnet på franska och flera andra europeiska språk.

Etymologi

Lavoisier döpte om "vital air" till oxygène 1777 från de grekiska rötterna ὀξύς (oxys) ( syra , bokstavligen "skarp", från smaken av syror) och -γενής (-genēs) (producent, bokstavligen födde), eftersom han felaktigt trodde att syre var en beståndsdel i alla syror. Kemister (som Sir Humphry Davy 1812) fastställde så småningom att Lavoisier hade fel i detta avseende, men då var namnet för väl etablerat.

Oxygen kom in i det engelska språket trots motstånd från engelska vetenskapsmän och det faktum att engelsmannen Priestley först hade isolerat gasen och skrivit om den. Detta beror delvis på en dikt som hyllar gasen med titeln "Oxygen" i den populära boken The Botanic Garden (1791) av Erasmus Darwin , farfar till Charles Darwin .

Senare historia

Robert H. Goddard och en raket med flytande syre och bensin

John Daltons ursprungliga atomhypotes förutsatte att alla element var monoatomiska och att atomerna i föreningar normalt skulle ha de enklaste atomförhållandena i förhållande till varandra. Till exempel antog Dalton att vattnets formel var H2O, vilket ledde till slutsatsen att atommassan för syre var 8 gånger den för väte, istället för det moderna värdet på cirka 16. 1805 visade Joseph Louis Gay-Lussac och Alexander von Humboldt att vatten bildas av två volymer väte och en volym syre; och 1811 Amedeo Avogadro kommit fram till den korrekta tolkningen av vattnets sammansättning, baserat på vad som nu kallas Avogadros lag och de diatomiska elementarmolekylerna i dessa gaser.

Den första kommersiella metoden för att producera syre var kemisk, den så kallade Brin-processen som involverade en reversibel reaktion av bariumoxid . Den uppfanns 1852 och kommersialiserades 1884, men fördrevs med nyare metoder i början av 1900-talet.

I slutet av 1800-talet insåg forskare att luft kunde göras flytande och dess komponenter isoleras genom att komprimera och kyla den. Med hjälp av en kaskadmetod indunstade den schweiziska kemisten och fysikern Raoul Pierre Pictet flytande svaveldioxid för att göra koldioxiden flytande, som i sin tur avdunstades för att kyla tillräckligt med syrgas för att göra den flytande. Han skickade ett telegram den 22 december 1877 till den franska vetenskapsakademin i Paris där han tillkännagav sin upptäckt av flytande syre . Bara två dagar senare tillkännagav den franske fysikern Louis Paul Cailletet sin egen metod för att göra molekylärt syre flytande. Endast några droppar av vätskan producerades i varje fall och ingen meningsfull analys kunde utföras. Syre flytande i ett stabilt tillstånd för första gången den 29 mars 1883 av polska forskare från Jagiellonian University , Zygmunt Wróblewski och Karol Olszewski .

En experimentuppställning för beredning av syre i akademiska laboratorier

kunde den skotske kemisten James Dewar producera tillräckligt med flytande syre för studier. Den första kommersiellt gångbara processen för att producera flytande syre utvecklades oberoende 1895 av den tyske ingenjören Carl von Linde och den brittiske ingenjören William Hampson. Båda männen sänkte temperaturen på luften tills den blev flytande och destillerade sedan komponentgaserna genom att koka bort dem en i taget och fånga upp dem separat. Senare, 1901, demonstrerades oxyacetylensvetsning för första gången genom att bränna en blandning av acetylen och komprimerad O
₂ . Denna metod att svetsa och skära metall blev senare vanlig.

1923 blev den amerikanske vetenskapsmannen Robert H. Goddard den första personen att utveckla en raketmotor som brände flytande bränsle; motorn använde bensin för bränsle och flytande syre som oxidationsmedel . Goddard flög framgångsrikt en liten flytande raket 56 m i 97 km/h den 16 mars 1926 i Auburn, Massachusetts , USA.

I akademiska laboratorier kan syre framställas genom att värma ihop kaliumklorat blandat med en liten andel mangandioxid.

Syrenivåerna i atmosfären trendar något nedåt globalt, möjligen på grund av förbränning av fossila bränslen.

Egenskaper

Egenskaper och molekylstruktur

Orbitaldiagram, efter Barrett (2002), som visar de deltagande atomorbitalerna från varje syreatom, de molekylära orbitaler som är resultatet av deras överlappning och aufbaufyllningen av orbitalerna med de 12 elektronerna, 6 från varje O-atom, med början från den lägsta -energiorbitaler, och resulterar i kovalent dubbelbindningskaraktär från fyllda orbitaler (och annullering av bidragen från paren av σ och σ * ^och π och π ^* orbitalpar).

Vid standardtemperatur och -tryck är syre en färglös, luktfri och smaklös gas med molekylformeln O 2
_, kallad dioxygen.

Som dioxygen är två syreatomer kemiskt bundna till varandra. Bindningen kan beskrivas på olika sätt baserat på teorinivå, men beskrivs rimligt och enkelt som en kovalent dubbelbindning som är ett resultat av fyllningen av molekylära orbitaler som bildas från de enskilda syreatomernas atomära orbitaler , vars fyllning resulterar i en bindning ordning av två. Mer specifikt är dubbelbindningen resultatet av sekventiell, låg-till-hög energi, eller Aufbau , fyllning av orbitaler, och den resulterande annulleringen av bidrag från 2s-elektronerna, efter sekventiell fyllning av de låga σ- och σ* ^-orbitalerna ; σ överlappning av de två atomära 2p-orbitaler som ligger längs O-O-molekylaxeln och π-överlappning av två par atomära 2p-orbitaler vinkelräta mot O-O-molekylaxeln, och sedan annullering av bidrag från de återstående två 2p-elektronerna efter deras partiella fyllning av π ^* orbitaler.

Denna kombination av annulleringar och σ- och π-överlappningar resulterar i dioxygens dubbelbindningskaraktär och reaktivitet, och ett elektroniskt tripletttillstånd . En elektronkonfiguration med två oparade elektroner, som finns i dioxygenorbitaler (se de fyllda π*-orbitalerna i diagrammet) som har lika energi – dvs. degenererade – är en konfiguration som kallas ett spintripletttillstånd . Därför kallas grundtillståndet för O
_{2 -molekylen} triplettsyre . De delvis fyllda orbitalerna med högst energi är antibindande , och därför försvagar deras fyllning bindningsordningen från tre till två. På grund av dess oparade elektroner, reagerar triplettsyre endast långsamt med de flesta organiska molekyler, som har parade elektronsnurr; detta förhindrar spontan förbränning.

Flytande syre, tillfälligt suspenderat i en magnet på grund av dess paramagnetism

I triplettform är O
₂ -molekyler paramagnetiska . Det vill säga, de ger magnetisk karaktär till syre när det är i närvaro av ett magnetfält, på grund av de magnetiska spinnmomenten hos de oparade elektronerna i molekylen och den negativa utbytesenergin mellan angränsande O
₂ -molekyler. Flytande syre är så magnetiskt att i laboratoriedemonstrationer kan en bro av flytande syre stödjas mot sin egen vikt mellan polerna på en kraftfull magnet.

Singlet oxygen är ett namn som ges till flera arter med högre energi av molekylär O
₂ där alla elektronsnurr är parade. Det är mycket mer reaktivt med vanliga organiska molekyler än normalt (triplett) molekylärt syre. I naturen bildas vanligen singlettsyre från vatten under fotosyntesen, med hjälp av solljusets energi. Det produceras också i troposfären genom fotolys av ozon genom ljus med kort våglängd och av immunsystemet som en källa till aktivt syre. Karotenoider i fotosyntetiska organismer (och möjligen djur) spelar en stor roll för att absorbera energi från singlettsyre och omvandla det till det oexciterade grundtillståndet innan det kan skada vävnader.

Allotroper

Huvudartikel: Allotropes of oxygen

Utrymmesfyllande modellrepresentation av dioxygen (O ₂ ) molekyl

Den vanliga allotropen av elementärt syre på jorden kallas dioxygen , O
₂ , huvuddelen av jordens atmosfäriska syre (se Förekomst ). O ₂ har en bindningslängd på 121 pm och en bindningsenergi på 498 kJ/mol . O ₂ används av komplexa livsformer, såsom djur, i cellandning . Andra aspekter av O
₂ behandlas i resten av denna artikel.

Trioxygen ( O
₃ ) är vanligtvis känt som ozon och är en mycket reaktiv allotrop av syre som är skadlig för lungvävnaden. Ozon bildas i den övre atmosfären när O
_{2 kombineras med atomärt syre som bildas genom att} O
₂ spjälkas av ultraviolett (UV) strålning. Eftersom ozon absorberar starkt i UV-området av spektrumet , fungerar ozonskiktet i den övre atmosfären som en skyddande strålningssköld för planeten . Nära jordens yta är det en förorening som bildas som en biprodukt av bilavgaser . På låga höjder i jordens omloppsbana finns tillräckligt med atomärt syre för att orsaka korrosion av rymdfarkoster .

Den metastabila molekylen tetraoxygen ( O
₄ ) upptäcktes 2001 och antogs existera i en av de sex faserna av fast syre . Det bevisades 2006 att denna fas, skapad genom att trycksätta O
₂ till 20 GPa , i själva verket är ett romboedriskt O
_{8 -} kluster . Detta kluster har potential att bli en mycket kraftfullare oxidator än antingen O
₂ eller O
₃ och kan därför användas i raketbränsle . En metallisk fas upptäcktes 1990 när fast syre utsätts för ett tryck på över 96 GPa och det visades 1998 att vid mycket låga temperaturer blir denna fas supraledande .

Fysikaliska egenskaper

Syreurladdningsrör (spektrum).

Se även: Flytande syre och fast syre

Syre löser sig lättare i vatten än i kväve, och i sötvatten lättare än i havsvatten. Vatten i jämvikt med luft innehåller ungefär 1 molekyl löst O
₂ för varje två molekyler N
₂ (1:2), jämfört med ett atmosfäriskt förhållande på ungefär 1:4. Syrets löslighet i vatten är temperaturberoende och ungefär dubbelt så mycket ( 14,6 mg/L ) löser sig vid 0 °C än vid 20 °C ( 7,6 mg/L ). Vid 25 °C och 1 standardatmosfär (101,3 kPa ) luft kan sötvatten lösa upp cirka 6,04 milliliter (ml) syre per liter och havsvatten innehåller cirka 4,95 ml per liter. Vid 5 °C ökar lösligheten till 9,0 ml (50 % mer än vid 25 °C) per liter för sötvatten och 7,2 ml (45 % mer) per liter för havsvatten.

Syrgas löst i vatten vid havsnivå (milliliter per liter)

	5°C	25°C
Sötvatten	9.00	6.04
Havsvatten	7.20	4,95

Syre kondenserar vid 90,20 K (−182,95 °C, −297,31 °F) och fryser vid 54,36 K (−218,79 °C, −361,82 °F). Både flytande och fast O
₂ är klara ämnen med en ljus himmelsblå färg orsakad av absorption i det röda (i kontrast till himlens blå färg, vilket beror på Rayleighs spridning av blått ljus). Flytande O
₂ med hög renhet erhålls vanligtvis genom fraktionerad destillation av flytande luft. Flytande syre kan också kondenseras från luft med flytande kväve som kylmedel.

Flytande syre är ett mycket reaktivt ämne och måste separeras från brännbara material.

Spektroskopin av molekylärt syre är förknippat med atmosfäriska processer av norrsken och luftglöd . Absorptionen i Herzberg-kontinuumet och Schumann-Runge-banden i ultraviolett ljus producerar atomärt syre som är viktigt i kemin i mellanatmosfären. Singlet molekylärt syre i exciterat tillstånd är ansvarigt för röd kemiluminescens i lösning.

Tabell över termiska och fysikaliska egenskaper hos syre (O ₂ ) vid atmosfärstryck:

Temperatur (K)	Densitet (kg/m^3)	Specifik värme (kJ/kg °C)	Dynamisk viskositet (kg/ms)	Kinematisk viskositet (m^2/s)	Värmeledningsförmåga (W/m °C)	Termisk diffusivitet (m^2/s)	Prandtl nummer
100	3,945	0,962	7.64E-06	1.94E-06	0,00925	2.44E-06	0,796
150	2,585	0,921	1.15E-05	4.44E-06	0,0138	5.80E-06	0,766
200	1,93	0,915	1.48E-05	7.64E-06	0,0183	1.04E-05	0,737
250	1,542	0,915	1.79E-05	1.16E-05	0,0226	1.60E-05	0,723
300	1,284	0,92	2.07E-05	1.61E-05	0,0268	2.27E-05	0,711
350	1.1	0,929	2.34E-05	2.12E-05	0,0296	2.90E-05	0,733
400	0,962	1,0408	2.58E-05	2.68E-05	0,033	3.64E-05	0,737
450	0,8554	0,956	2.81E-05	3.29E-05	0,0363	4.44E-05	0,741
500	0,7698	0,972	3.03E-05	3.94E-05	0,0412	5.51E-05	0,716
550	0,6998	0,988	3.24E-05	4.63E-05	0,0441	6.38E-05	0,726
600	0,6414	1,003	3.44E-05	5.36E-05	0,0473	7.35E-05	0,729
700	0,5498	1,031	3.81E-05	6.93E-05	0,0528	9.31E-05	0,744
800	0,481	1,054	4.15E-05	8.63E-05	0,0589	1.16E-04	0,743
900	0,4275	1,074	4.47E-05	1.05E-04	0,0649	1.41E-04	0,74
1000	0,3848	1,09	4.77E-05	1.24E-04	0,071	1.69E-04	0,733
1100	0,3498	1,103	5.06E-05	1.45E-04	0,0758	1.96E-04	0,736
1200	0,3206	1,0408	5.33E-05	1.661E-04	0,0819	2.29E-04	0,725
1300	0,296	1,125	5.88E-05	1.99E-04	0,0871	2.62E-04	0,721

Isotoper och stjärnursprung

Huvudartikel: Isotoper av syre

Sent i en massiv stjärnas liv koncentreras ¹⁶ O i O-skalet, ¹⁷ O i H-skalet och ¹⁸ O i He-skalet.

Naturligt förekommande syre är sammansatt av tre stabila isotoper , ¹⁶ O , ¹⁷ O och ¹⁸ O , där ¹⁶ O är det vanligaste (99,762 % naturligt överflöd ).

Det mesta av ¹⁶ O syntetiseras i slutet av heliumfusionsprocessen i massiva stjärnor , men en del framställs i neonförbränningsprocessen . ¹⁷ O bildas främst genom att väte förbränns till helium under CNO-cykeln , vilket gör det till en vanlig isotop i stjärnornas vätebränningszoner. Mest ¹⁸ O produceras när ¹⁴ N (som görs rikligt från CNO-bränning) fångar en ⁴ He- kärna, vilket gör ¹⁸ O vanligt i de heliumrika zonerna av utvecklade, massiva stjärnor .

Tretton radioisotoper har karakteriserats, från ¹¹ O till ²⁶ O. De mest stabila är ¹⁵ O med en halveringstid på 122,24 sekunder och ¹⁴ O med en halveringstid på 70,606 sekunder. Alla återstående radioaktiva isotoper har halveringstider som är mindre än 27 s och majoriteten av dessa har halveringstider som är mindre än 83 millisekunder. Det vanligaste sönderfallssättet för isotoper som är lättare än ¹⁶ O är β ⁺ sönderfall för att ge kväve, och det vanligaste sättet för isotoper som är tyngre än ¹⁸ O är beta-sönderfall för att ge fluor .

Förekomst

Se även: Silikatmineraler , Kategori:Oxidmineraler , Stjärnpopulation , Kosmokemi och Astrokemi

Tio vanligaste grundämnena i Vintergatans galax uppskattade spektroskopiskt

Z	Element	Massfraktion i miljondelar
1	Väte	739 000	71 × syremassa (röd stapel)
2	Helium	240 000	23 × syremassa (röd stapel)
8	Syre	10 400	10400
6	Kol	4 600	4600
10	Neon	1 340	1340
26	Järn	1 090	1090
7	Kväve	960	960
14	Kisel	650	650
12	Magnesium	580	580
16	Svavel	440	440

Syre är det mest förekommande kemiska elementet i massan i jordens biosfär , luft, hav och land. Syre är det tredje vanligaste kemiska elementet i universum, efter väte och helium. Cirka 0,9 % av solens massa är syre. Syre utgör 49,2% av jordskorpan i massa som en del av oxidföreningar som kiseldioxid och är det vanligaste grundämnet i massan i jordskorpan . Det är också huvudkomponenten i världshaven (88,8 % av massan). Syrgas är den näst vanligaste beståndsdelen i jordens atmosfär och tar upp 20,8 % av dess volym och 23,1 % av dess massa (ungefär 10 ¹⁵ ton). Jorden är ovanlig bland solsystemets planeter eftersom den har en så hög koncentration av syrgas i atmosfären: Mars (med 0,1 volymprocent O 2) och Venus
_har mycket mindre. O
_{2 som omger dessa} planeter produceras enbart genom inverkan av ultraviolett strålning på syrehaltiga molekyler som koldioxid.

Kallt vatten håller mer löst O
₂ .

Den ovanligt höga koncentrationen av syrgas på jorden är resultatet av syrgascykeln . Detta biogeokemiska kretslopp beskriver rörelsen av syre inom och mellan dess tre huvudsakliga reservoarer på jorden: atmosfären, biosfären och litosfären . Den huvudsakliga drivfaktorn för syrecykeln är fotosyntesen , som är ansvarig för den moderna jordens atmosfär. Fotosyntes frigör syre i atmosfären, medan andning , sönderfall och förbränning tar bort det från atmosfären. I den nuvarande jämvikten sker produktion och konsumtion i samma takt.

Fritt syre förekommer också i lösning i världens vattendrag. Den ökade lösligheten av O
₂ vid lägre temperaturer (se Fysiska egenskaper ) har viktiga konsekvenser för havets liv, eftersom polarhaven stödjer en mycket högre livstäthet på grund av deras högre syrehalt. Vatten förorenat med växtnäringsämnen som nitrater eller fosfater kan stimulera tillväxt av alger genom en process som kallas övergödning och sönderfallet av dessa organismer och andra biomaterial kan minska O
₂ -halten i eutrofa vattendrag. Forskare bedömer denna aspekt av vattenkvaliteten genom att mäta vattnets biokemiska syrebehov , eller mängden O
₂ som behövs för att återställa den till en normal koncentration.

Analys

500 miljoner år av klimatförändringar kontra ¹⁸ O

Paleoklimatologer mäter förhållandet mellan syre-18 och syre-16 i skal och skelett av marina organismer för att bestämma klimatet för miljoner år sedan (se cykel för syreisotopförhållande ) . Havsvattenmolekyler som innehåller den lättare isotopen oxygen-16 avdunstar i en något snabbare hastighet än vattenmolekyler som innehåller den 12 % tyngre oxygen-18, och denna skillnad ökar vid lägre temperaturer. Under perioder med lägre globala temperaturer tenderar snö och regn från det förångade vattnet att vara högre i syre-16, och havsvattnet som lämnas efter tenderar att vara högre i syre-18. Marina organismer införlivar sedan mer syre-18 i sina skelett och skal än de skulle göra i ett varmare klimat. Paleoklimatologer mäter också direkt detta förhållande i vattenmolekylerna i iskärnprover så gamla som hundratusentals år.

Planetgeologer har mätt de relativa kvantiteterna av syreisotoper i prover från jorden , månen , Mars och meteoriter , men var länge oförmögna att erhålla referensvärden för isotopförhållandena i solen, som tros vara desamma som i urtiden . solnebulosa . Analys av en kiselskiva utsatt för solvinden i rymden och returnerad av den kraschade Genesis-rymdfarkosten har visat att solen har en högre andel syre-16 än jorden. Mätningen antyder att en okänd process tömde syre-16 från solens skiva av protoplanetärt material innan koalescensen av dammkorn som bildade jorden.

Syre presenterar två spektrofotometriska absorptionsband som toppar vid våglängderna 687 och 760 nm . Vissa fjärranalysforskare har föreslagit att man använder mätningen av strålningen som kommer från vegetationstak i dessa band för att karakterisera växthälsostatus från en satellitplattform . Detta tillvägagångssätt utnyttjar det faktum att det i dessa band är möjligt att skilja vegetationens reflektans från dess fluorescens , som är mycket svagare. Mätningen är tekniskt svår på grund av det låga signal-brusförhållandet och vegetationens fysiska struktur; men det har föreslagits som en möjlig metod för att övervaka kolets kretslopp från satelliter i global skala.

Biologisk produktion och roll för O ₂

Huvudartikel: Dioxygen i biologiska reaktioner

Fotosyntes och andning

Fotosyntesen klyver vatten för att frigöra O
₂ och fixerar CO
₂ till socker i vad som kallas en Calvin-cykel .

I naturen produceras fritt syre genom ljusdriven delning av vatten under syrehaltig fotosyntes . Enligt vissa uppskattningar gröna alger och cyanobakterier i marina miljöer cirka 70 % av det fria syre som produceras på jorden, och resten produceras av landväxter. Andra uppskattningar av oceanernas bidrag till atmosfäriskt syre är högre, medan vissa uppskattningar är lägre, vilket tyder på att oceaner producerar ~45% av jordens atmosfäriska syre varje år.

En förenklad övergripande formel för fotosyntes är

6 CO ₂ + 6 H
₂ O + fotoner → C
₆ H
₁₂ O
₆ + 6 O
₂

eller bara

koldioxid + vatten + solljus → glukos + dioxygen

Fotolytisk syreutveckling sker i tylakoidmembranen hos fotosyntetiska organismer och kräver energi från fyra fotoner . Många steg är involverade, men resultatet är bildandet av en protongradient över tylakoidmembranet, som används för att syntetisera adenosintrifosfat (ATP) via fotofosforylering . Den O
₂ (efter produktion av vattenmolekylen) släpps ut i atmosfären.

Syre används i mitokondrier vid generering av ATP under oxidativ fosforylering . Reaktionen för aerob andning är i huvudsak motsatsen till fotosyntes och är förenklad som

C
₆ H
₁₂ O
₆ + 6 O
₂ → 6 CO ₂ + 6 H
₂ O + 2880 kJ/mol

Hos ryggradsdjur diffunderar O
₂ genom membran i lungorna och in i röda blodkroppar . Hemoglobin binder O
₂ och ändrar färg från blåröd till klarröd ( CO
₂ frigörs från en annan del av hemoglobinet genom Bohr-effekten ). Andra djur använder hemocyanin ( mollusker och vissa leddjur ) eller hemerytrin ( spindlar och hummer ). En liter blod kan lösa upp 200 cm ³ O
₂ .

Fram till upptäckten av anaeroba metazoer ansågs syre vara ett krav för allt komplext liv.

Reaktiva syrearter , såsom superoxidjoner ( O
⁻ ₂ ) och väteperoxid ( H
₂ O
₂ ), är reaktiva biprodukter av syreanvändning i organismer. Delar av immunsystemet hos högre organismer skapar peroxid, superoxid och singlettsyre för att förstöra invaderande mikrober. Reaktiva syrearter spelar också en viktig roll i det överkänsliga svaret hos växter mot patogenangrepp. Syre är skadligt för obligatoriskt anaeroba organismer , som var den dominerande formen av tidigt liv på jorden tills O
₂ började ackumuleras i atmosfären för cirka 2,5 miljarder år sedan under den stora syresättningshändelsen, cirka en miljard år efter det första uppträdandet av dessa organismer.

En vuxen människa i vila andas in 1,8 till 2,4 gram syre per minut. Detta uppgår till mer än 6 miljarder ton syre som inandas av mänskligheten per år.

Levande organismer

Partialtryck av syre i människokroppen (PO ₂ )

Enhet	Alveolära lunggastryck	Arteriellt blodsyre	Venös blodgas
kPa	14.2	11-13	4,0-5,3
mmHg	107	75-100	30-40

Det fria syrepartialtrycket i kroppen av en levande ryggradsdjursorganism är högst i andningssystemet och minskar längs alla artärsystem , perifera vävnader respektive vensystem . Partialtryck är det tryck som syre skulle ha om det ensamt upptog volymen.

Uppbyggnad i atmosfären

Huvudartikel: Syrets geologiska historia

O
₂ -uppbyggnad i jordens atmosfär: 1) ingen O
₂ producerad; 2) O
₂ produceras, men absorberas i oceaner och havsbotten; 3) O
₂ börjar gasa ut ur haven, men absorberas av landytor och bildar ozonskikt; 4–5) O
₂ sjunker fylld och gasen ackumuleras

Fri syrgas var nästan obefintlig i jordens atmosfär innan fotosyntetiska arkéer och bakterier utvecklades, förmodligen för cirka 3,5 miljarder år sedan. Fritt syre uppträdde först i betydande mängder under den paleoproterozoiska eonen (mellan 3,0 och 2,3 miljarder år sedan). Även om det fanns mycket löst järn i haven när syrehaltig fotosyntes blev allt vanligare, verkar det som om de bandformade järnformationerna skapades av anoxyeniska eller mikroaerofila järnoxiderande bakterier som dominerade de djupare områdena i den fotografiska zonen , medan de producerade syre. cyanobakterier täckte grundarna. Fritt syre började avgas från haven för 3–2,7 miljarder år sedan och nådde 10 % av sin nuvarande nivå för cirka 1,7 miljarder år sedan.

Förekomsten av stora mängder löst och fritt syre i haven och atmosfären kan ha drivit de flesta av de befintliga anaeroba organismerna till utrotning under den stora syrekatastrofen ( syrekatastrofen ) för cirka 2,4 miljarder år sedan. Cellulär andning med O
₂ gör det möjligt för aeroba organismer att producera mycket mer ATP än anaeroba organismer. Cellulär andning av O
₂ förekommer i alla eukaryoter , inklusive alla komplexa flercelliga organismer såsom växter och djur.

Sedan början av den kambriska perioden för 540 miljoner år sedan har atmosfärens O
₂ -nivåer fluktuerat mellan 15 % och 30 % i volym. Mot slutet av karbonperioden (för cirka 300 miljoner år sedan) nådde atmosfärens O
₂ -nivåer maximalt 35 volymprocent, vilket kan ha bidragit till den stora storleken på insekter och groddjur vid denna tid.

Variationer i atmosfärens syrekoncentration har format tidigare klimat. När syre minskade sjönk atmosfärens densitet, vilket i sin tur ökade ytavdunstning, vilket orsakade ökningar av nederbörd och varmare temperaturer.

Med dagens fotosyntestakt skulle det ta cirka 2 000 år att regenerera hela O
₂ i den nuvarande atmosfären.

Utomjordiskt fritt syre

Huvudartikel: Utomjordisk atmosfär

Inom området astrobiologi och i sökandet efter utomjordiskt liv är syre en stark biosignatur . Som sagt, det kanske inte är en bestämd biosignatur, som möjligen produceras abiotiskt på himlakroppar med processer och förhållanden (som en speciell hydrosfär ) som tillåter fritt syre, som med Europas och Ganymedes tunna syreatmosfärer.

Industriell produktion

Se även: Luftseparation , Syreutveckling och Fraktionerad destillation

Hofmann elektrolysapparat som används vid elektrolys av vatten.

Etthundra miljoner ton O
₂ utvinns ur luft för industriellt bruk årligen genom två primära metoder. Den vanligaste metoden är fraktionerad destillation av flytande luft, där N
₂ destillerar som en ånga medan O
₂ lämnas som vätska.

Den andra primära metoden för att producera O
₂ är att passera en ström av ren, torr luft genom en bädd av ett par identiska zeolitmolekylsilar , som absorberar kvävet och levererar en gasström som är 90 % till 93 % O
₂ . Samtidigt frigörs kvävgas från den andra kvävemättade zeolitbädden genom att reducera kammarens arbetstryck och avleda en del av syrgasen från produktionsbädden genom den, i omvänd flödesriktning. Efter en inställd cykeltid byts driften av de två bäddarna om, vilket möjliggör en kontinuerlig tillförsel av gasformigt syre som kan pumpas genom en rörledning. Detta är känt som trycksvängningsadsorption . Syregas erhålls i allt högre grad med dessa icke- kryogena teknologier (se även den relaterade vakuumsvingadsorptionen) .

Syrgas kan också produceras genom elektrolys av vatten till molekylärt syre och väte. DC-elektricitet måste användas: om AC används består gaserna i varje lem av väte och syre i explosivförhållandet 2:1. En liknande metod är den elektrokatalytiska O
₂ -utvecklingen från oxider och oxosyror . Kemiska katalysatorer kan också användas, till exempel i kemiska syregeneratorer eller syrgasljus som används som en del av livsuppehållande utrustning på ubåtar, och som fortfarande är en del av standardutrustningen på kommersiella flygplan i nödsituationer med tryckavlastning. En annan luftseparationsmetod är att tvinga luft att lösas genom keramiska membran baserade på zirkoniumdioxid genom antingen högt tryck eller en elektrisk ström, för att producera nästan ren O
₂ -gas.

Lagring

Syre- och MAPP- gasflaskor med komprimerad gas med regulatorer

Syrelagringsmetoder inkluderar högtryckssyretankar, kryogenik och kemiska föreningar. Av ekonomiska skäl transporteras syre ofta i bulk som vätska i specialisolerade tankfartyg, eftersom en liter flytande syre motsvarar 840 liter gasformigt syre vid atmosfärstryck och 20 °C (68 °F). Sådana tankbilar används för att fylla på bulkbehållare för flytande syre, som står utanför sjukhus och andra institutioner som behöver stora volymer ren syrgas. Flytande syre leds genom värmeväxlare , som omvandlar den kryogena vätskan till gas innan den kommer in i byggnaden. Syre lagras och transporteras också i mindre cylindrar som innehåller den komprimerade gasen; en form som är användbar i vissa bärbara medicinska tillämpningar och oxy-fuel svetsning och skärning .

Ansökningar

Se även: Andningsgas , Redox , och förbränning

Medicinsk

En syrekoncentrator i en emfysempatients hus

Huvudartikel: Syreterapi

Upptag av O
₂ från luften är det väsentliga syftet med andningen , så syrgastillskott används inom medicinen . Behandling ökar inte bara syrehalten i patientens blod, utan har den sekundära effekten att den minskar motståndet mot blodflödet i många typer av sjuka lungor, vilket minskar arbetsbelastningen på hjärtat. Syreterapi används för att behandla emfysem , lunginflammation , vissa hjärtsjukdomar ( kongestiv hjärtsvikt ), vissa störningar som orsakar ökat lungartärtryck och alla sjukdomar som försämrar kroppens förmåga att ta upp och använda gasformigt syre.

Behandlingarna är tillräckligt flexibla för att användas på sjukhus, patientens hem eller i allt högre grad av bärbara enheter. Syrgastält användes en gång ofta i syrgastillskott, men har sedan dess ersatts mest av syrgasmasker eller näskanyler .

Hyperbarisk (högtrycks)medicin använder speciella syrgaskammare för att öka partialtrycket av O
₂ runt patienten och, vid behov, den medicinska personalen. Kolmonoxidförgiftning , gasgangrän och tryckfallssjuka (”böjningarna”) behandlas ibland med denna terapi. Ökad O
₂ - koncentration i lungorna hjälper till att tränga undan kolmonoxid från hemgruppen av hemoglobin . Syrgas är giftigt för de anaeroba bakterierna som orsakar gas kallbrand, så att öka dess partialtryck hjälper till att döda dem. Tryckfallssjuka uppstår hos dykare som dekomprimerar för snabbt efter ett dyk, vilket resulterar i att bubblor av inert gas, mestadels kväve och helium, bildas i blodet. Att öka trycket av O
₂ så snart som möjligt hjälper till att återupplösa bubblorna i blodet så att dessa överskottsgaser kan andas ut naturligt genom lungorna. Normobarisk syretillförsel vid högsta tillgängliga koncentration används ofta som första hjälpen vid dykskador som kan involvera bildning av inert gasbubbla i vävnaderna. Det finns epidemiologiskt stöd för användningen från en statistisk studie av fall registrerade i en långtidsdatabas.

Livsstöd och rekreationsanvändning

Lågtrycks ren O
₂ används i rymddräkter .

En applicering av O
₂ som lågtrycksandningsgas är i moderna rymddräkter , som omger passagerarens kropp med andningsgasen. Dessa enheter använder nästan rent syre vid ungefär en tredjedel normalt tryck, vilket resulterar i ett normalt blodpartialtryck av O
₂ . Denna avvägning av högre syrekoncentration för lägre tryck behövs för att upprätthålla passformens flexibilitet.

Dykare och undervattensdykare och ubåtsfartyg som försörjs på ytan förlitar sig också på artificiellt levererad O
₂ . Ubåtar, undervattensbåtar och atmosfäriska dykardräkter fungerar vanligtvis vid normalt atmosfärstryck. Andningsluft skrubbas från koldioxid genom kemisk extraktion och syre ersätts för att bibehålla ett konstant partialtryck. omgivande tryck andas luft eller gasblandningar med en syrefraktion som är anpassad till arbetsdjupet. Användning av ren eller nästan ren O
₂ vid dykning vid tryck som är högre än atmosfäriskt är vanligtvis begränsad till rebreathers eller dekompression på relativt grunt djup (~6 meters djup eller mindre), eller medicinsk behandling i rekompressionskammare vid tryck upp till 2,8 bar, där akut syretoxicitet kan hanteras utan risk för drunkning. Djupare dykning kräver betydande utspädning av O
₂ med andra gaser, såsom kväve eller helium, för att förhindra syretoxicitet .

Människor som klättrar i berg eller flyger i icke-trycksatta fastvingade flygplan har ibland extra O
₂ -förråd. Trycksatta kommersiella flygplan har en nödtillförsel av O
₂ som automatiskt tillförs passagerarna i händelse av tryckavlastning i kabinen. Plötsligt tryckförlust i kabinen aktiverar kemiska syrgasgeneratorer ovanför varje säte, vilket gör att syrgasmaskerna faller. Genom att dra på maskerna "för att starta flödet av syre" som kabinens säkerhetsinstruktioner föreskriver, tvingar järnspån in i natriumklorat inuti kapseln. En stadig ström av syrgas produceras sedan av den exoterma reaktionen.

Syre, som en mild euforisk , har en historia av rekreationsanvändning i syrgasbarer och inom sport . Syrgasbarer är anläggningar som finns i USA sedan slutet av 1990-talet som erbjuder högre än normal O
₂ -exponering för en minimal avgift. Professionella idrottare, särskilt inom amerikansk fotboll , går ibland utanför planen mellan spelen för att ta på sig syrgasmasker för att öka prestandan. Den farmakologiska effekten är tveksam; en placeboeffekt är en mer trolig förklaring. Tillgängliga studier stöder en prestationshöjning från syreberikade blandningar endast om det andas in under aerob träning .

Andra rekreationsanvändningar som inte involverar andning inkluderar pyrotekniska tillämpningar, som George Gobles fem sekunders tändning av grillgrillar .

Industriell

Mest kommersiellt producerad O
₂ används för att smälta och/eller avkola järn .

Smältning av järnmalm till stål förbrukar 55 % av kommersiellt producerat syre. I denna process O
₂ genom en högtryckslans i smält järn, vilket tar bort svavelföroreningar och överskott av kol som respektive oxider, SO
₂ och CO
₂ . Reaktionerna är exotermiska , så temperaturen stiger till 1 700° C .

Ytterligare 25 % av det kommersiellt producerade syret används av den kemiska industrin. Etylen reageras med O
₂ för att skapa etylenoxid, som i sin tur omvandlas till etylenglykol ; det primära matarmaterialet som används för att tillverka en mängd produkter, inklusive frostskyddsmedel och polyesterpolymerer (föregångarna till många plaster och tyger ).

De flesta av de återstående 20 % av kommersiellt producerat syre används i medicinska tillämpningar, metallskärning och svetsning , som oxidationsmedel i raketbränsle och i vattenbehandling . Syre används vid oxyacetylensvetsning , förbränning av acetylen med O
₂ för att producera en mycket het låga. I denna process värms metall upp till 60 cm (24 tum) tjock först med en liten oxi-acetylenlåga och skärs sedan snabbt av en stor ström av O
₂ .

Föreningar

Huvudartikel: Syrgasföreningar

Vatten ( H
₂ O ) är den mest kända syreföreningen.

Oxidationstillståndet för syre är −2 i nästan alla kända syreföreningar . Oxidationstillståndet −1 finns i ett fåtal föreningar som peroxider . Föreningar som innehåller syre i andra oxidationstillstånd är mycket ovanliga: −1/2 ( superoxider ), −1/3 ( ozonider ), 0 ( elementär , hypofluorsyra ), +1/2 ( dioxygenyl ), +1 ( dioxygen difluorid ), och +2 ( syredifluorid ).

Oxider och andra oorganiska föreningar

Vatten ( H
₂ O ) är en oxid av väte och den mest kända syreföreningen. Väteatomer är kovalent bundna till syre i en vattenmolekyl men har också en ytterligare attraktion (ca 23,3 kJ/mol per väteatom) till en intilliggande syreatom i en separat molekyl. Dessa vätebindningar mellan vattenmolekyler håller dem cirka 15 % närmare än vad som skulle förväntas i en enkel vätska med bara van der Waals-krafter .

Oxider, såsom järnoxid eller rost , bildas när syre kombineras med andra element.

På grund av sin elektronegativitet bildar syre kemiska bindningar med nästan alla andra grundämnen för att ge motsvarande oxider . Ytan på de flesta metaller, såsom aluminium och titan , oxideras i närvaro av luft och blir belagda med en tunn film av oxid som passiverar metallen och bromsar ytterligare korrosion . Många oxider av övergångsmetallerna är icke-stökiometriska föreningar , med något mindre metall än den kemiska formeln skulle visa. Till exempel skrivs mineralet FeO ( wüstite ) som ${\displaystyle {\ce {Fe}}_{1-x}{\ce {O}}} ,$ där x vanligtvis är runt 0,05.

Syre finns i atmosfären i spårmängder i form av koldioxid ( CO
₂ ). Jordskorpan består till stor del av oxider av kisel ( kiseldioxid SiO
₂ , som finns i granit och kvarts ) , aluminium ( aluminiumoxid Al
₂ O
₃ , i bauxit och korund ), järn ( järn(III ) oxid Fe
₂ O
₃ , i hematit och rost ), och kalciumkarbonat (i kalksten ). Resten av jordskorpan är också gjord av syreföreningar, i synnerhet olika komplexa silikater (i silikatmineraler) . Jordens mantel, med mycket större massa än skorpan, består till stor del av silikater av magnesium och järn.

Vattenlösliga silikater i form av Na
₄ SiO
₄ , Na
_och SiO
₃ 2 och Na
₂ Si
₂ O
₅ används som rengöringsmedel lim .

Syre fungerar också som en ligand för övergångsmetaller och bildar dioxygenkomplex av övergångsmetall, som innehåller metall- O
₂ . Denna klass av föreningar inkluderar hemproteinerna hemoglobin och myoglobin . En exotisk och ovanlig reaktion inträffar med PtF
₆ , som oxiderar syre för att ge O ₂ ⁺ PtF ₆ ⁻ , dioxygenylhexafluorplatinat .

Organiska föreningar

Aceton är ett viktigt matarmaterial i den kemiska industrin.

 Syre

 Kol

 Väte

Bland de viktigaste klasserna av organiska föreningar som innehåller syre är (där "R" är en organisk grupp): alkoholer (R-OH); etrar (ROR); ketoner (R-CO-R); aldehyder (R-CO-H); karboxylsyror (R-COOH); estrar (R-COO-R); syraanhydrider (R-CO-O-CO-R); och amider ( RC(O)-NR2
₎ . Det finns många viktiga organiska lösningsmedel som innehåller syre, inklusive: aceton , metanol , etanol , isopropanol , furan , THF , dietyleter , dioxan , etylacetat , DMF , DMSO , ättiksyra och myrsyra . Aceton ( (CH
₃ )
₂ CO ) och fenol ( C
₆ H
₅ OH ) används som matarmaterial i syntesen av många olika ämnen. Andra viktiga organiska föreningar som innehåller syre är: glycerol , formaldehyd , glutaraldehyd , citronsyra , ättiksyraanhydrid och acetamid . Epoxider är etrar där syreatomen är en del av en ring med tre atomer. Grundämnet finns på liknande sätt i nästan alla biomolekyler som är viktiga för (eller genererade av) livet.

Syre reagerar spontant med många organiska föreningar vid eller under rumstemperatur i en process som kallas autooxidation . De flesta organiska föreningar som innehåller syre framställs inte genom direkt verkan av O
₂ . Organiska föreningar som är viktiga inom industri och handel som framställs genom direkt oxidation av en prekursor inkluderar etylenoxid och perättiksyra .

Säkerhet och försiktighetsåtgärder

Syre

Faror
GHS- märkning :
Piktogram
Faroangivelser	H272
Skyddsangivelser	P220 , P244 , P370+P376 , P403
NFPA 704 (branddiamant)	0 0 1 OXE

Standarden NFPA 704 klassar komprimerad syrgas som ofarlig för hälsan, icke brandfarlig och icke-reaktiv, men som oxidationsmedel. Kylt flytande syre (LOX) ges en hälsoriskklassificering på 3 (för ökad risk för hyperoxi från kondenserade ångor och för faror som är vanliga med kryogena vätskor som förfrysning), och alla andra klassificeringar är desamma som för komprimerad gasform.

Giftighet

Huvudartikel: Syretoxicitet

Huvudsakliga symtom på syretoxicitet

Syrgas ( O
₂ ) kan vara giftig vid förhöjda partialtryck , vilket leder till kramper och andra hälsoproblem. Syretoxicitet börjar vanligtvis uppstå vid partialtryck över 50 kilo pascal (kPa), lika med cirka 50 % syresammansättning vid standardtryck eller 2,5 gånger det normala O
₂ -partialtrycket vid havsnivå på cirka 21 kPa. Detta är inte ett problem förutom för patienter på mekaniska ventilatorer , eftersom gas som tillförs genom syrgasmasker i medicinska tillämpningar vanligtvis består av endast 30–50 volymprocent O
₂ (cirka 30 kPa vid standardtryck).

Vid ett tillfälle placerades för tidigt födda barn i inkubatorer som innehöll O
₂ -rik luft, men denna praxis avbröts efter att några barn blivit blinda av att syrehalten var för hög.

Att andas ren O
₂ i rymdtillämpningar, som i vissa moderna rymddräkter, eller i tidiga rymdfarkoster som Apollo , orsakar ingen skada på grund av det låga totala trycket som används. När det gäller rymddräkter O
₂ -partialtrycket i andningsgasen i allmänhet cirka 30 kPa (1,4 gånger det normala), och det resulterande O
₂ -partialtrycket i astronautens artärblod är endast marginellt högre än normal havsnivå O
₂ partialtryck.

Syretoxicitet för lungorna och centrala nervsystemet kan också förekomma vid djupdykning och dykning med yttillförsel . Långvarig andning av en luftblandning med ett O
₂ - partialtryck över 60 kPa kan så småningom leda till permanent lungfibros . Exponering för ett O
₂ partialtryck över 160 kPa (ca 1,6 atm) kan leda till kramper (normalt dödligt för dykare). Akut syretoxicitet (som orsakar anfall, dess mest fruktade effekt för dykare) kan uppstå genom att andas en luftblandning med 21 % O
₂ på 66 m (217 fot) eller mer djup; samma sak kan inträffa genom att andas 100 % O
₂ på endast 6 m (20 fot).

Förbränning och andra faror

Insidan av Apollo 1 Command Module. Ren O
₂ vid högre än normalt tryck och en gnista ledde till en brand och förlust av Apollo 1- besättningen.

Högkoncentrerade syrekällor främjar snabb förbränning. Brand- och explosionsrisker föreligger när koncentrerade oxidanter och bränslen förs in i närheten; en antändningshändelse, såsom värme eller en gnista, behövs för att utlösa förbränning. Syre är oxidanten, inte bränslet.

Koncentrerad O
₂ gör att förbränningen kan fortskrida snabbt och energiskt. Stålrör och lagringskärl som används för att lagra och överföra både gasformigt och flytande syre kommer att fungera som bränsle; och därför kräver konstruktion och tillverkning av O
₂ -system särskild utbildning för att säkerställa att antändningskällor minimeras. Elden som dödade Apollo 1- besättningen i ett avfyringsramptest spred sig så snabbt eftersom kapseln trycksattes med ren 1⁄3 normala O 2
_men vid något mer än atmosfärstrycket, istället för det trycket som skulle användas i ett uppdrag.

Utsläpp av flytande syre, om de tillåts tränga in i organiskt material, såsom trä , petrokemikalier och asfalt , kan få dessa material att detonera oförutsägbart vid efterföljande mekanisk påverkan.

Se även

• Syrets geologiska historia
• Hypoxi (miljömässig) för O
  ₂ -utarmning i akvatisk ekologi
• Ocean deoxygenation
• Hypoxi (medicinsk) , brist på syre
• Begränsande syrekoncentration
• Syreföreningar
• Syreväxt
• Syresensor

Anteckningar

Allmänna referenser

•   Cook, Gerhard A.; Lauer, Carol M. (1968). "Syre" . I Clifford A. Hampel (red.). The Encyclopedia of the Chemical Elements . New York: Reinhold Book Corporation. s. 499–512 . LCCN 68-29938 .
•   Emsley, John (2001). "Syre" . Naturens byggstenar: En A–Z-guide till elementen . Oxford, England: Oxford University Press. s. 297–304 . ISBN 978-0-19-850340-8 .
•   Raven, Peter H.; Evert, Ray F.; Eichhorn, Susan E. (2005). Biology of Plants (7:e upplagan). New York: WH Freeman and Company Publishers. s. 115–27 . ISBN 978-0-7167-1007-3 .

externa länkar

• Oxygen at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)
• Oxidationsmedel > Syre
• Syre (O ₂ ) Egenskaper, användningsområden, applikationer
• Roald Hoffmanns artikel om "The Story of O"
• WebElements.com – Oxygen
• Oxygen på In Our Time på BBC
• Scripps Institute: Atmospheric Oxygen har sjunkit i 20 år