ઑક્સિજન (O)

ઑક્સિજન (O) : આવર્તક કોષ્ટકના 16મા (અગાઉ VI) સમૂહનું જીવનપોષક તથા ઉદ્યોગમાં ઉપયોગી ઋણવિદ્યુતીય તત્વ. કાર્લ વિલ્હેલ્મ શીલે નામના સ્વીડિશ રસાયણજ્ઞે 1772ના અરસામાં પોટૅશિયમ નાઇટ્રેટ તથા મર્ક્યુરી(II) ઑક્સાઇડને ગરમ કરીને સૌપ્રથમ ઑક્સિજન મેળવ્યો. અંગ્રેજ રસાયણજ્ઞ જૉસેફ પ્રિસ્ટલીએ મર્ક્યુરી(II) ઑક્સાઇડને ગરમ કરીને ઑક્સિજન મેળવ્યો અને આ શોધ 1774માં (શીલેથી પહેલાં) પ્રકાશિત કરી. શીલે અને પ્રિસ્ટલી તેમની આ શોધની અગત્ય પારખી શક્યા ન હતા, કારણ તેઓ ફ્લોજિસ્ટનવાદના હિમાયતી હતા. આ વાદ પ્રમાણે પદાર્થની દહનશીલતાનું કારણ તેમાં રહેલો ફ્લોજિસ્ટન માનવામાં આવતું હતું. ફ્રેન્ચ રસાયણજ્ઞ લાવાઝ્યએ પ્રિસ્ટલીના પ્રયોગોમાં સુધારો કરીને ઑક્સિજનની તત્ત્વ તરીકે ઓળખ આપી અને દહનશીલ પદાર્થનું ઑક્સિજન સાથે જોડાણ એટલે દહન (combustion) એમ દહનની સમજ આપી અને દ્રવ્ય-સંચયનો નિયમ સ્થાપ્યો. દહનમાં દહનશીલ પદાર્થમાંથી ફ્લોજિસ્ટન દૂર થાય છે એ તર્કને તેમણે પ્રયોગ મારફત ખોટો સાબિત કર્યો. દહનમાં ફ્લોજિસ્ટન જતો રહે તો અવશેષનું વજન ઓછું થાય; જ્યારે લાવાઝ્યએ દર્શાવ્યું કે દહનમાં વજનનો વધારો (ઑક્સિજન જોડાવાને કારણે) થાય છે. આમ રસાયણના વિકાસ આડેનો મોટો અંતરાય દૂર થયો. આથી તેને આધુનિક રસાયણશાસ્ત્રના પિતા ગણવામાં આવે છે. ઍસિડ આપનાર એવા અર્થના ગ્રીક શબ્દ (Oxys = ઍસિડ, gen = જન્માવનાર) ઉપરથી ‘ઑક્સિજન’ નામ યોજવામાં આવ્યું હતું. બધા જ ઍસિડમાં ઑક્સિજન હોતો નથી (દા. ત., HCl) અને બધા જ ઑક્સાઇડ ઍસિડ આપતા નથી (દા. ત., CaO બેઝ આપે છે). એ ર્દષ્ટિએ આ નામ ઉચિત ન ગણાય.

વજનની ર્દષ્ટિએ જોતાં ઑક્સિજનનું વાતાવરણમાં 23 %, પાણીમાં 88.8 % અને પૃથ્વીના પોપડામાં 46.6 % પ્રમાણ છે. ઑક્સિજન, સિલિકેટ, ઑક્સાઇડ અને કાર્બોનેટ ખનિજોમાં રહેલો છે.

ઑક્સિજન પ્રયોગશાળામાં પાણીના વિદ્યુતવિભાજનથી (i), અથવા નીચા ઇલેક્ટ્રૉડ વિભવવાળી ધાતુઓના ઑક્સાઇડ (ii), ઉચ્ચ ઑક્સાઇડ (iii), પેરૉક્સાઇડ (iv), કે વધુ ઑક્સિજનયુક્ત ઋણાયનવાળા ક્ષારો(v)ના ઉષ્મીય વિઘટનથી મેળવી શકાય છે.

2H₂O → O₂ + 2H₂ ……………………….(i)

2HgO → 2Hg + O₂ ……………………. (ii)

2PbO₂ → 2PbO + O₂ ………………… (iii)

2H2O₂ → 2H₂O + O₂ ………………… (iv)

2KClO₃ → 2KCl + 3O₂ ………………. (v)

પોટૅશિયમ ક્લોરેટ(KClO₃)નું વિઘટન લગભગ 400⁰ સે. થાય છે. મગેનીઝ ડાયૉક્સાઇડની હાજરીમાં આ વિઘટન 200⁰ સે. થાય છે. આ પ્રક્રિયામાં મૅંગેનીઝ ડાયૉક્સાઇડ (MnO₂) ઉદ્દીપક (catalyst) તરીકે કાર્ય કરે છે. MnO₂માં કોલસાની ભેળસેળની શક્યતા હોઈ અગાઉથી ચકાસણી કર્યા વગર આ પ્રક્રિયા કરવામાં ધડાકો થવાનું જોખમ રહેલું છે. પોટૅશિયમ પરમૅંગેનેટને ગરમ કરીને ઑક્સિજન મેળવવાનું ઘણું સરળ છે.

2KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂

ઑક્સિજનનું વ્યાપારી ધોરણે ઉત્પાદન પ્રવાહી હવાના વિભાગીય નિસ્યંદનથી કરવામાં આવે છે. પ્રવાહી હવામાંથી પ્રથમ ઉમદા વાયુઓ અને પછી નાઇટ્રોજનનું બાષ્પીભવન થાય છે અને ઑક્સિજન પ્રવાહી રૂપે અવશેષ તરીકે રહે છે. (જુઓ ઔદ્યોગિક વાયુઓ.)

ગુણધર્મો : સંજ્ઞા O; પ. ક્રમાંક 8; પ. ભાર 15.9994; રંગ, સ્વાદ અને ગંધરહિત વાયુ; ગ. બિં. – 218.4⁰ સે.; ઉ.બિં. – 183.0⁰ સે. ઘનતા (0⁰ સે.) 1.429 ગ્રા./લિ.; ઘનતા (હવાની સરખામણીમાં) 1.105; ક્રાંતિક તાપમાન – 118.8⁰ સે., ક્રાંતિક દબાણ 49.7 વાતાવરણ; જલદ્રાવ્યતા (20⁰ સે.) કદથી 3 % અને વજનથી 45 ppm; ખારા પાણીમાં દ્રાવ્યતા સહેજ ઓછી. કુદરતી ઑક્સિજનમાં ત્રણ સમસ્થાનિકો છે. O-16 (99.759 %), O-17 (0.037 %) અને O-18 (0.204 %). 14, 15, 19 અને 20 દ્રવ્યમાન સંખ્યા (mass number) ધરાવતા વિકિરણધર્મી (radioactive) સમસ્થાનિકો પણ બનાવવામાં આવ્યા છે. પ્રવાહી અને ઘન ઑક્સિજનનો રંગ આછો વાદળી છે. તે અનુચુંબકતા (paramagnetism) દર્શાવે છે. તેનું ઇલેક્ટ્રૉનિક બંધારણ :Ö: :Ö: અને પ્રમાણે દર્શાવાય છે. બીજા સૂત્રમાં ત્રણ ઇલેક્ટ્રૉન બંધ છે; જે પ્રણાલીમાં બે યુગ્મિત ઇલેક્ટ્રૉનની હાજરી દર્શાવે છે. આ અનુચુંબકતાના ગુણનું કારણ છે.

રાસાયણિક રીતે તે ક્રિયાશીલ તત્વ છે. તેનું અણુ દ્વિપરમાણુક (diatomic) છે અને સ્થાયી છે. તેના વિયોજન માટે 493.6 કિ.કે./મોલ ઊર્જા જરૂરી છે. 2,300⁰ સે. તાપમાને ફક્ત 1 ટકા ઑક્સિજન અણુનું પરમાણુમાં વિયોજન થાય છે. આથી કોલસા અને પેટ્રોલિયમ જેવા પદાર્થો ઑક્સિજનની હાજરીમાં સામાન્ય તાપમાને સંગ્રહી શકાય છે. ઊંચા તાપમાને તેમની વચ્ચે ઉષ્માક્ષેપક પ્રક્રિયા થાય છે, જે એક વાર શરૂ થયા પછી ચાલુ જ રહે છે. આમ અતિક્રિયાશીલ તત્વો (દા. ત., સોડિયમ, કૅલ્શિયમ) સાથે આણ્વિક ઑક્સિજન પ્રક્રિયા કરે છે, પણ બીજાં તત્વો માટે ગરમીની જરૂર પડે છે. ઉમદા વાયુઓ, હેલોજન તથા પ્લૅટિનમ અને સુવર્ણ જેવા નિષ્ક્રિય ધાતુઓ સિવાયનાં બધાં જ તત્વો ઑક્સિજન સાથે સીધી પ્રક્રિયા કરીને ઑક્સાઇડ બનાવે છે. ઑક્સિજનની વિદ્યુતઋણતા 3.5 છે. તેનો પ્રથમ આયનીકરણ વિભવ 13.614 વોલ્ટ છે.

સહસંયોજક સંયોજનો કે આયનિક સંયોજનોમાં તેનો ઉપચયન આંક-2 હોય છે; દા. ત., અધાતુઓના ઑક્સાઇડ (H₂O, CO₂ SO₂) આલ્કોહૉલ ROH, ઈથર R-O-R, સ્ફટિકરૂપ ઑક્સાઇડ (CaO). સુપર ઑક્સાઇડમાં  આયન (દા.ત., KO₂), જ્યારે ધાત્વિક પેરૉક્સાઇડમાં  આયન હોય છે. ડાયઑક્સિજિનાઇલ ધનાયન  શક્ય છે; દા.ત., O₂ MF₆ (જ્યાં M = P, As અને Sb). સામાન્ય રીતે ઑક્સિજનનો ઉપસહસંયોજનાંક 2 છે પણ 3, 4 અને 6 આંકવાળાં સંયોજનો પણ જાણીતાં છે. પાણીમાં H-O-H ખૂણો 104⁰ 30’ છે. O − O બંધ અસામાન્ય ગણાય પણ તે O₂, O₃ (ઓઝોન) અને પેરૉક્સાઇડમાં હાજર હોય છે.

કાટ લાગવાની ક્રિયામાં ઑક્સિજન અગત્યનો ભાગ ભજવે છે. લોખંડ કટાવાને કારણે અબજો રૂપિયાનું નુકસાન થાય છે. ઍલ્યુમિનિયમ જેવી ધાતુ ઉપર ઑક્સાઇડનું રક્ષણાત્મક અસ્તર અંદરની ધાતુને ખવાતી અટકાવે છે.

ઑક્સિજન જીવંત સૃષ્ટિમાં અગત્યનો ભાગ ભજવે છે. વનસ્પતિ અને પ્રાણીઓ ઑક્સિજન શ્વાસમાં લે છે અને કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ વાતાવરણ અને પાણીમાં છોડે છે. આ ઉપચયનક્રિયા મારફત આ સૃષ્ટિ જરૂરી ઊર્જા મેળવે છે. પાણીમાંની વનસ્પતિ અને પૃથ્વી ઉપરની લીલી વનસ્પતિ સૂર્યપ્રકાશમાંથી ઊર્જા મેળવીને તેની મદદથી કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ અને પાણી વચ્ચે પ્રક્રિયા કરીને કાર્બોહાઇડ્રેટ બનાવે છે અને વાતાવરણમાં ઑક્સિજન મુક્ત કરે છે. વાતાવરણના ઑક્સિજનના 90 % ઑક્સિજન જલસૃષ્ટિ મારફત મળે છે. લગભગ 3.5 × 10″ ટન કાર્બનડાયૉક્સાઇડનું ચક્ર ચાલે છે. જીવાશ્મ ઇંધનનો વપરાશ ઝડપથી વધવા છતાં કૃષિક્ષેત્રના વિકાસને કારણે વનસ્પતિનો ઉતાર વધતાં આ પ્રમાણમાં મોટો ફેરફાર થતો નથી. મૃત પ્રાણીઓ અને વનસ્પતિના અવશેષોનું પણ ઑક્સિજન વડે ઉપચયન થઈ પૂર્ણ વિઘટન થાય છે. આ માટે પાણીના નમૂનાનો બાયૉલૉજિકલ ઑક્સિજન ડિમાન્ડ (BOD) નક્કી કરવામાં આવે છે. જળમાંના ઑક્સિજન કરતાં આ આંકડો વધુ હોય તો આ જળમાં જીવસૃષ્ટિ, માછલાં વગેરે જીવી ન શકે. આમ ઑક્સિજન અને ઉપચયનક્રિયા સજીવસૃષ્ટિમાં અત્યંત અગત્યનું સ્થાન ધરાવે છે.

પોલાદની બનાવટમાં નાઇટ્રિક ઍસિડ, સલ્ફ્યુરિક ઍસિડ અને ઇથિલીન ઑક્સાઇડ જેવાં સંયોજનોના સંશ્ર્લેષણ ઉપરાંત ધાતુસંધાન (welding), ખનન (mining) અને વિસ્ફોટનમાં, રૉકેટમાં ઇંધન તરીકે, ગટરના પાણીના શુદ્ધીકરણમાં, કૃત્રિમ શ્વાસોચ્છવાસનાં સાધનોમાં અને સર્વ પ્રકારની દહનક્રિયામાં ઑક્સિજન વપરાય છે.

જયંતિલાલ જટાશંકર ત્રિવેદી