ऑक्सिजन

आवर्त सारणीच्या (मूलद्रव्यांच्या विशिष्ट पद्धतीने केलेल्या कोष्टकरूप मांडणीच्या) ६ अ गटातील वायुरूप मूलद्रव्य; चिन्ह O; अणुक्रमांक (अणुकेंद्रातील प्रोटॉनांची संख्या) ८; अणुभार १६; याचे १६, १७ व १८ अशा तीन अणुभारांचे समस्थानिक (अणुक्रमांक तोच पण भिन्न अणुभार असलेले त्याच मूलद्रव्याचे प्रकार) आहेत. द्रवांक (वितळबिंदू) -२१८·८° से.; क्वथनांक (उकळबिंदू) – १८२·९७° से.; वि. गु. १·४२९ (o° से. ला व १ वातावरण दाब असताना); संयुजा २ [संयुजा]; विद्युत् विन्यास (अणूतील इलेक्ट्रॉनांची मांडणी) २, ६; वर्णहीन, गंधहीन व रुचिहीन वायू; पाण्यात किंचित विद्राव्य (विरघळणारा); द्रव ऑक्सिजन फिकट निळसर. ओझोन (O3) हा वायू ऑक्सिजनाचेच बहुरूप आहे [→ ओझोन; बहुरूपता].

वातावरणात एकंदर घनफळाच्या जवळजवळ २१% भाग ऑक्सिजन असतो. जीवांच्या श्वसनात व निरनिराळ्या पदार्थांच्या ज्वलनात हवेतील जेवढा ऑक्सिजन एकूण खर्ची पडतो तेवढा ऑक्सिजन वनस्पतींच्या प्रकाशसंश्लेषण  प्रक्रियेत निर्माण होत असल्यामुळे वातावरणातील ऑक्सिजनाचे प्रमाण टिकून राहते. पृथ्वीच्या कवचाची जी घटक मूलद्रव्ये आहेत त्या सर्वांत विपुल असणारे मूलद्रव्य म्हणजे ऑक्सिजन होय. कवचाच्या वजनाच्या जवळजवळ ४७% इतका ऑक्सिजन असून बहुसंख्य खनिजांचा तो एक घटक असलेला आढळतो. ऑक्सिजन हा निसर्गात मूलद्रव्याच्या व संयुगांच्या अशा दोन्ही स्वरूपात सापडतो.

या मूलद्रव्याचा शोध १७७४ साली शेले व प्रिस्टले यांनी स्वतंत्ररीत्या लावला. हवेतील सक्रिय असणारा वायू ऑक्सिजन असतो व हवेच्या घनफळाच्या सु. २१% इतका तो असतो, असे लव्हॉयझर यंनी दाखवून दिले. कार्बन या मूलद्रव्याचा अणुभार १२ हे प्रमाण मानून तयार केलेली आधुनिक अणुभार-सारणी प्रचारात येण्यापूर्वी O = १६ हे प्रमाण मानून केलेली सारणी वापरली जात असे [→ अणुभार].

उत्पादन : ऑक्सिजनाचे मोठ्या प्रमाणावर उत्पादन पुढील पद्धतींनी करतात:

(१) मोठ्या प्रमाणावरील उत्पादनासाठी मुख्यत्वे द्रवीकृत हवेचे भागात्मक ऊर्ध्वपातन करून ऑक्सिजन मिळविला जातो. एक वातावरण दाबाखाली नायट्रोजन व ऑक्सिजन यांचे क्वथनांक अनुक्रमे -१९६° से. व -१८३° से. आहेत. नायट्रोजन अधिक बाष्पनशील आहे. द्रवीकृत हवेचे नियंत्रित परिस्थितीत बाष्पन करून ९८ टक्क्यांहून अधिक ऑक्सिजन असलेला द्रव मिळतो. तो योग्य अशा भांड्यात किंवा त्याच्यावर दाब घालून सिलिंडरात साठवितात. त्यात जी थोडी अशुद्धी असते ती मुख्यत: आर्‌गॉनाची (क्वथनांक – १८६० से.) असते [→ वायूंचे द्रवीकरण].

(२) विजेचा भरपूर व स्वस्त  पुरवठा असलेल्या देशांत निकेलाची विद्युत् अग्रे वापरून सोडियम हायड्रॉक्साइडाच्या विरल विद्रावाचे विद्युत् विच्छेदन (विजेच्या साहाय्याने रेणू फोडून) करून काही थोडा ऑक्सिजन तयार केला जातो. धनाग्राशी ऑक्सिजन व ऋणाग्राशी हायड्रोजन विमुक्त (तयार) होतो.

प्रयोगशाळेमध्ये ऑक्सिजन मिळविण्याची कृती : (१) योग्य अशी ऑक्साइडे किंवा ऑक्सि-लवणे तापवून व त्यांचे अपघटन करून (घटक पदार्थ सुटे करून). उदा., पोटॅशियम क्लोरेटामध्ये मँगॅनीज डाय-ऑक्साइड मिसळून ते मिश्रण तापविल्यावर, ३००° से. तापमान होण्याच्या आतच मँगॅनीज डाय-ऑक्साइडाची उत्प्रेरक क्रिया (स्वत: विक्रियेत भाग न घेता विक्रियेची गती वाढविण्याची क्रिया) होऊन ऑक्सिजन निर्माण होतो. यात पोटॅशियम क्लोरेट पुढे दाखविल्याप्रमाणे अपघटित होते :

2KCIO3 ⇌   2KCI+        3O2

पोटॅशियम      पोटॅशियम      ऑक्सिजन

क्लोरेट        क्लोराइड

(२) पोटॅशियम परमँगॅनेटाचे स्फटिक तापविल्यावर त्यांचे अपघटन होऊनही ऑक्सिजन मुक्त होतो.

2KMnO4=       K2MnO2+      MnO2+      O2

गुणधर्म : ऑक्सिजन अतिशय क्रियाशील असून इतर कित्येक मूलद्रव्यांशी व संयुगांशी त्याचे संयोग होतात. विशेषतः ऑक्सिजन व ते पदार्थ एकत्र तापविल्यावर संयोग सुलभतेने होतात. कित्येक पदार्थ व ऑक्सिजन यांचा संयोग होण्याची विक्रिया अतिशय ऊष्मादायी असते. उद्योगधंद्यातील कित्येक प्रक्रियांत दगडी कोळसा, खनिज तेले व वायू यांच्या ज्वलनाने उत्पन्न होणाऱ्या उष्णतेचा उपयोग करून घेतला जातो. जीवांच्या श्वसनात, लोखंडाच्या गंजण्यात व इतर नैसर्गिक प्रक्रियांत ऑक्सिजनाच्या विक्रियेमुळे उत्पन्न होणारी उष्णता ताबडतोब भोवताली विसरण पावते (विखुरली जाते), त्यामुळे प्रत्यक्ष ज्वलन दिसून येत नाही. वायूंच्या मिश्रणातील ऑक्सिजन काढून घ्यावयाचा असेल तर ते मिश्रण पायरोगॅलिक अम्‍लाच्या क्षारीय म्हणजे अल्कलाइन विद्रावात विरघळवितात किंवा तापवून लाल केलेल्या तांब्यावरून ते मिश्रण जाऊ देतात. तांब्याचे ऑक्साइड तयार होऊन मिश्रणातला ऑक्सिजन खर्ची पडतो. प्लॅटिनम व इतर उत्प्रेरकांमुळे ऑक्सिजनाचा संयोग वेगाने घडून येतो. उदा., प्लॅटिनमाच्या सान्निध्यात हायड्रोजन व ऑक्सिजन यांचा सामान्य तापमानातही संयोग होतो.

2h2 +     O2=      2H2O

हायड्रोजन   ऑक्सिजन   पाणी

प्लॅटिनमाच्या उत्प्रेरक क्रियेमुळे सल्फर डाय-ऑक्साइड, अमोनिया व मिथिल अल्कोहॉल यांचेही ऑक्सिडीकरण होते.

ऑक्सिजन व पाणी किंवा क्षार (अल्कली) यांची विक्रिया होत नाही. हायड्रोब्रोमिक व हायड्रिऑडिक यांसारख्या प्रबल क्षपणकारक [→ क्षपण] अम्‍लांशी व हायड्रोजन सल्फाइडाच्या विद्रावाशी ऑक्सिजनाची विक्रिया होते. उदा.,

2H2S+    O2=       2H2O+    2S

हायड्रोजन   ऑक्सिजन    पाणी      गंधक

सल्फाइड

ऑक्सिजनाचा इतर बहुतेक मूलद्रव्यांशी संयोग होतो. एखादा धातू व ऑक्सिजन यांचा संयोग होण्याची सुलभता, त्या धातूचे ⇨विद्युत् रासायनिक श्रेणीतील स्थान कोणते आहे, यावर अवलंबून असते.

उपयोग :  शेकडो उद्योगधंद्यांत आवश्यक असलेली उष्णता, प्रकाश किंवा शक्ती यांची प्राप्ती खनिज तेले, दगडी कोळसा किंवा नैसर्गिक वायू (खनिज इंधन वायू) या इंधनांचे घटक ऑक्सिजनाशी संयोग पावल्यामुळे होते. ऑक्सिजनाचा याशिवाय प्रत्यक्ष वापरही उद्योगधंद्यात मोठ्या प्रमाणात होतो. पोलाद बनविणाऱ्या आधुनिक कारखान्यात दररोज कित्येक टन ऑक्सिजन लागतो.अशा कारखान्यात हवेपासून द्रव ऑक्सिजनाचे उत्पादन करणे श्रेयस्कर ठरते.

धातूचे वितळजोडकाम (वेल्डिंग) व कर्तन करण्यासाठी ऑक्सि-हायड्रोजन किंवा ऑक्सि-अ‍ॅसिटिलीन यांच्या ज्योतीचा उपयोग केला जातो. प्लॅटिनम, सिलिका व त्यांच्यासारखे पदार्थ वितळविण्यासाठीही या वायूचा उपयोग करतात. रॉकेटे व क्षेपणास्त्रे उडविण्यासाठीही कित्येकदा द्रव ऑक्सिजनाचा इंधन म्हणून उपयोग केला जातो.

संपूर्ण ज्वलन होण्याकरिता लागणाऱ्या ऑक्सिजनापेक्षा कमी ऑक्सिजन वापरून हायड्रोकार्बनांचे ज्वलन केले, तर कार्बन मोनॉक्साइड व हायड्रोजन यांचे मिश्रण मिळते. गॅसोलीन, मिथेनॉल किंवा अमोनिया यांच्या उत्पादनाकरिता त्याचा उपयोग करतात.

योग्य उत्प्रेरक आणि विक्रिया परिस्थिती देऊन ऑक्सिजनाशी संयोग घडवून आणून बेंझिनापासून फिनॉल व मॅलेइक अ‍ॅनहायड्राइड, टोल्युइनापासून बेंझाल्डिहाइड, नॅप्थॅलिनापासून थॅलिक अ‍ॅनहायड्राइड, सायक्लोहेक्झेनापासून अ‍ॅडिपिक अम्‍ल आणि प्रोपेन व प्रोपेन-ब्युटेन मिश्रणापासून अनेक अल्कोहॉले, कीटोने व अम्‍ले यांची निर्मिती केली जाते.

उंच ठिकाणी विरल हवेतील ऑक्सिजन श्वसनास कमी पडतो, म्हणून उंच पर्वतावर किंवा हवेत प्रवास करणाऱ्यांना ऑक्सिजनाचा पुरवठा करण्याची व्यवस्था असलेले मुखवटे वापरावे लागतात. पाण्याखाली काम करणाऱ्यांनाही असेच मुखवटे वापरावे लागतात. श्वसन नीट होत नसणाऱ्या रोग्यांना श्वसनासाठी ऑक्सिजन पुरविला जातो.

लेखक : ज्ञा. मो. देशपांडे

संदर्भ : Hicks, T. Comprehensive Chemistry, London,1963.

स्त्रोत : मराठी विश्वकोश