Oksigen atau zat asam adalah unsur kimia dalam sistem tabel periodik yang mempunyai lambang O dan nomor atom 8. Ia merupakan unsur golongan kalkogen dan dapat dengan mudah bereaksi dengan hampir semua unsur lainnya (utamanya menjadi oksida). Pada Temperatur dan tekanan standar, dua atom unsur ini berikatan menjadi dioksigen, yaitu senyawa gas diatomik dengan rumus O2 yang tidak berwarna, tidak berasa, dan tidak berbau. Oksigen merupakan unsur paling melimpah ketiga di alam semesta berdasarkan massa[1] dan unsur paling melimpah di kerak Bumi.[2] Gas oksigen diatomik mengisi 20,9% volume atmosfer bumi..[3]
Semua kelompok molekul struktural yang terdapat pada organisme hidup, seperti protein, karbohidrat, dan lemak, mengandung oksigen. Demikian pula senyawa anorganik yang terdapat pada cangkang, gigi, dan tulang hewan. Oksigen dalam bentuk O2 dihasilkan dari air oleh sianobakteri, ganggang, dan tumbuhan selama fotosintesis, dan digunakan pada respirasi sel oleh hampir semua makhluk hidup. Oksigen beracun bagi organisme anaerob, yang merupakan bentuk kehidupan paling dominan pada masa-masa awal evolusi kehidupan. O2 kemudian mulai berakumulasi pada atomsfer sekitar 2,5 miliar tahun yang lalu.[4] Terdapat pula alotrop oksigen lainnya, yaitu ozon (O3). Lapisan ozon pada atomsfer membantu melindungi biosfer dari radiasi ultraviolet, namun pada permukaan bumi ia adalah polutan yang merupakan produk samping dari asbut.
Oksigen secara terpisah ditemukan oleh Carl Wilhelm Scheele di Uppsala pada tahun 1773 dan Joseph Priestley di Wiltshire pada tahun 1774. Temuan Priestley lebih terkenal oleh karena publikasinya merupakan yang pertama kali dicetak. Istilah oxygen diciptakan oleh Antoine Lavoisier pada tahun 1777,[5] yang eksperimennya dengan oksigen berhasil meruntuhkan teori flogiston pembakaran dan korosi yang terkenal. Oksigen secara industri dihasilkan dengan distilasi bertingkat udara cair, dengan munggunakan zeolit untuk memisahkan karbon dioksida dan nitrogen dari udara, ataupun elektrolisis air, dll. Oksigen digunakan dalam produksi baja, plastik, dan tekstil, ia juga digunakan sebagai propelan roket, untuk terapi oksigen, dan sebagai penyokong kehidupan pada pesawat terbang, kapal selam, penerbangan luar angkasa, dan penyelaman.
Karakteristik
Struktur
Pada temperatur dan tekanan standar, oksigen berupa gas tak berwarna dan tak berasa dengan rumus kimia O2, di mana dua atom oksigen secara kimiawi berikatan dengan konfigurasi elektron triplet spin. Ikatan ini memiliki orde ikatan dua dan sering dijelaskan secara sederhana sebagai ikatan ganda[6] ataupun sebagai kombinasi satu ikatan dua elektron dengan dua ikatan tiga elektron.[7]
Oksigen triplet merupakan keadaan dasar molekul O2.[8] Konfigurasi elektron molekul ini memiliki dua elektron tak berpasangan yang menduduki dua orbital molekul yang berdegenerasi.[9] Kedua orbital ini dikelompokkan sebagai antiikat
(melemahkan orde ikatan dari tiga menjadi dua), sehingga ikatan oksigen
diatomik adalah lebih lemah daripada ikatan rangkap tiga nitrogen.[8]
Dalam bentuk triplet yang normal, molekul O2 bersifat paramagnetik oleh karena spin momen magnetik elektron tak berpasangan molekul tersebut dan energi pertukaran negatif antara molekul O2 yang bersebelahan. Oksigen cair akan tertarik kepada magnet, sedemikiannya pada percobaan laboratorium, jembatan oksigen cair akan terbentuk di antara dua kutub magnet kuat.[10][11]
Oksigen singlet, adalah nama molekul oksigen O2 yang kesemuaan spin elektronnya berpasangan. Ia lebih reaktif terhadap molekul organik pada umumnya. Secara alami, oksigen singlet umumnya dihasilkan dari air selama fotosintesis.[12] Ia juga dihasilkan di troposfer melalui fotolisis ozon oleh sinar berpanjang gelombang pendek,[13] dan oleh sistem kekebalan tubuh sebagai sumber oksigen aktif.[14] Karotenoid
pada organisme yang berfotosintesis (kemungkinan juga ada pada hewan)
memainkan peran yang penting dalam menyerap oksigen singlet dan
mengubahnya menjadi berkeadaan dasar tak tereksitasi sebelum ia
menyebabkan kerusakan pada jaringan.[15]
Alotrop
Artikel utama untuk bagian ini adalah: Alotrop oksigen
Alotrop oksigen elementer yang umumnya ditemukan di bumi adalah dioksigen O2. Ia memiliki panjang ikat 121 pm dan energi ikat 498 kJ·mol-1.[16] Altrop oksigen ini digunakan oleh makhluk hidup dalam respirasi sel dan merupakan komponen utama atmosfer bumi.
Trioksigen (O3), dikenal sebagai ozon, merupakan alotrop oksigen yang sangat reaktif dan dapat merusak jaringan paru-paru.[17] Ozon diproduksi di atmosfer bumi ketika O2 bergabung dengan oksigen atomik yang dihasilkan dari pemisahan O2 oleh radiasi ultraviolet (UV).[5] Oleh karena ozon menyerap gelombang UV dengan sangat kuat, lapisan ozon yang berada di atmosfer berfungsi sebagai perisai radiasi yang melindungi planet.[5] Namun, dekat permukaan bumi, ozon merupakan polutan udara yang dibentuk dari produk sampingan pembakaran otomobil.[18]
Molekul metastabil tetraoksigen (O4) ditemukan pada tahun 2001,[19][20] dan diasumsikan terdapat pada salah satu enam fase oksigen padat. Hal ini dibuktikan pada tahun 2006, dengan menekan O2 sampai dengan 20 GPa, dan ditemukan struktur gerombol rombohedral O8.[21] Gerombol ini berpotensi sebagai oksidator yang lebih kuat daripada O2 maupun O3, dan dapat digunakan dalam bahan bakar roket.[19][20] Fase logam oksigen ditemukan pada tahun 1990 ketika oksigen padat ditekan sampai di atas 96 GPa[22]. Ditemukan pula pada tahun 1998 bahwa pada suhu yang sangat rendah, fase ini menjadi superkonduktor.[23]
Sifat fisik
Oksigen lebih larut dalam air daripada nitrogen. Air mengandung sekitar satu molekul O2 untuk setiap dua molekul N2,
bandingkan dengan rasio atmosferik yang sekitar 1:4. Kelarutan oksigen
dalam air bergantung pada suhu. Pada suhu 0 °C, konsentrasi oksigen
dalam air adalah 14,6 mg·L−1, manakala pada suhu 20 °C oksigen yang larut adalah sekitar 7,6 mg·L−1.[24][25] Pada suhu 25 °C dan 1 atm udara, air tawar mengandung 6,04 mililiter (mL) oksigen per liter, manakala dalam air laut mengandung sekitar 4,95 mL per liter.[26]
Pada suhu 5 °C, kelarutannya bertambah menjadi 9,0 mL (50% lebih banyak
daripada 25 °C) per liter untuk air murni dan 7,2 mL (45% lebih) per
liter untuk air laut.
Oksigen mengembun pada 90,20 K (−182,95 °C, −297,31 °F), dan membeku pada 54.36 K (−218,79 °C, −361,82 °F).[27]
Baik oksigen cair dan oksigen padat berwarna biru langit. Hal ini
dikarenakan oleh penyerapan warna merah. Oksigen cair dengan kadar
kemurnian yang tinggi biasanya didapatkan dengan distilasi bertingkat udara cair;[28]
Oksigen cair juga dapat dihasilkan dari pengembunan udara, menggunakan
nitrogen cair dengan pendingin. Oksigen merupakan zat yang sangat
reaktif dan harus dipisahkan dari bahan-bahan yang mudah terbakar.[29]
Isotop
Oksigen yang dapat ditemukan secara alami adalah 16O, 17O, dan 18O, dengan 16O merupakan yang paling melimpah (99,762%).[30] Isotop oksigen dapat berkisar dari yang bernomor massa 12 sampai dengan 28.[30]
Kebanyakan 16O di disintesis pada akhir proses fusi helium pada bintang, namun ada juga beberapa yang dihasilkan pada proses pembakaran neon.[31] 17O utamanya dihasilkan dari pembakaran hidrogen menjadi helium semasa siklus CNO, membuatnya menjadi isotop yang paling umum pada zona pembakaran hidrogen bintang.[31] Kebanyakan 18O diproduksi ketika 14N (berasal dari pembakaran CNO) menangkap inti 4He, menjadikannya bentuk isotop yang paling umum di zona kaya helium bintang.[31]
Empat belas radioisotop telah berhasil dikarakterisasi, yang paling stabil adalah 15O dengan umur paruh 122,24 detik dan 14O dengan umur paruh 70,606 detik.[30]
Isotop radioaktif sisanya memiliki umur paruh yang lebih pendek
daripada 27 detik, dan mayoritas memiliki umur paruh kurang dari 83
milidetik.[30] Modus peluruhan yang paling umum untuk isotop yang lebih ringan dari 16O adalah penangkapan elektron, menghasilkan nitrogen, sedangkan modus peluruhan yang paling umum untuk isotop yang lebih berat daripada 18O adalah peluruhan beta, menghasilkan fluorin.[30]
Keberadaan
Menurut massanya, oksigen merupakan unsur kimia paling melimpah di
biosfer, udara, laut, dan tanah bumi. Oksigen merupakan unsur kimia
paling melimpah ketiga di alam semesta, setelah hidrogen dan helium.[1] Sekitar 0,9% massa Matahari adalah oksigen.[3] Oksigen mengisi sekitar 49,2% massa kerak bumi[2] dan merupakan komponen utama dalam samudera (88,8% berdasarkan massa).[3] Gas oksigen merupakan komponen paling umum kedua dalam atmosfer bumi, menduduki 21,0% volume dan 23,1% massa (sekitar 1015 ton) atmosfer.[32][3][33] Bumi memiliki ketidaklaziman pada atmosfernya dibandingkan planet-planet lainnya dalam sistem tata surya karena ia memiliki konsentrasi gas oksigen yang tinggi di atmosfernya. Bandingkan dengan Mars yang hanya memiliki 0,1% O2 berdasarkan volume dan Venus yang bahkan memiliki kadar konsentrasi yang lebih rendah. Namun, O2
yang berada di planet-planet selain bumi hanya dihasilkan dari radiasi
ultraviolet yang menimpa molekul-molekul beratom oksigen, misalnya karbon dioksida.
Konsentrasi gas oksigen di Bumi yang tidak lazim ini merupakan akibat dari siklus oksigen. Siklus biogeokimia ini menjelaskan pergerakan oksigen di dalam dan di antara tiga reservoir utama bumi: atmosfer, biosfer, dan litosfer. Faktor utama yang mendorong siklus oksigen ini adalah fotosintesis. Fotosintesis melepaskan oksigen ke atmosfer, manakala respirasi dan proses pembusukan menghilangkannya dari atmosfer. Dalam keadaan kesetimbangan, laju produksi dan konsumsi oksigen adalah sekitar 1/2000 keseluruhan oksigen yang ada di atmosfer setiap tahunnya.
Oksigen bebas juga terdapat dalam air sebagai larutan. Peningkatan kelarutan O2
pada temperatur yang rendah memiliki implikasi yang besar pada
kehidupan laut. Lautan di sekitar kutub bumi dapat menyokong kehidupan
laut yang lebih banyak oleh karena kandungan oksigen yang lebih tinggi.[34] Air yang terkena polusi dapat mengurangi jumlah O2 dalam air tersebut. Para ilmuwan menaksir kualitas air dengan mengukur kebutuhan oksigen biologis atau jumlah O2 yang diperlukan untuk mengembalikan konsentrasi oksigen dalam air itu seperti semula.[35]
Peranan biologis
Fotosintesis dan respirasi
Di alam, oksigen bebas dihasilkan dari fotolisis air selama fotosintesis oksigenik. Ganggang hijau dan sianobakteri
di lingkungan lautan menghasilkan sekitar 70% oksigen bebas yang
dihasilkan di bumi, sedangkan sisanya dihasilkan oleh tumbuhan daratan.[36]
Persamaan kimia yang sederhana untuk fotosintesis adalah:[37]
-
- 6CO2 + 6H2O + foton → C6H12O6 + 6O2
Evolusi oksigen fotolitik terjadi di membran tilakoid organisme dan memerlukan energi empat foton.[38] Terdapat banyak langkah proses yang terlibat, namun hasilnya merupakan pembentukan gradien proton di seluruh permukaan tilakod. Ini digunakan untuk mensintesis ATP via fotofosforilasi.[39] O2 yang dihasilkan sebagai produk sampingan kemudian dilepaskan ke atmosfer.[40]
Dioksigen molekuler, O2, sangatlah penting untuk respirasi sel organisme aerob. Oksigen digunakan di mitokondria untuk membantu menghasilkan adenosina trifosfat (ATP) selama fosforilasi oksidatif. Reaksi respirasi aerob ini secara garis besar merupakan kebalikan dari fotosintesis, secara sederhana:
-
- C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 2880 kJ·mol-1
Pada vertebrata, O2 berdifusi melalui membran paru-paru dan dibawa oleh sel darah merah. Hemoglobin mengikat O2, mengubah warnanya dari merah kebiruan menjadi merah cerah.[41][17] Terdapat pula hewan lainnya yang menggunakan hemosianin (hewan moluska dan beberapa artropoda) ataupun hemeritrin (laba-laba dan lobster).[32] Satu liter darah dapat melarutkan 200 cc O2.[32]
Spesi oksigen yang reaktif, misalnya ion superoksida (O2−) dan hidrogen peroksida (H2O2), adalah produk sampingan penggunaan oksigen dalam tubuh organisme.[32] Namun, bagian sistem kekebalan
organisme tingkat tinggi pula menghasilkan peroksida, superoksida, dan
oksigen singlet untuk menghancurkan mikroba. Spesi oksigen reaktif juga
memainkan peran yang penting pada respon hipersensitif tumbuhan melawan serangan patogen.[39]
Dalam keadaan istirahat, manusia dewasa menghirup 1,8 sampai 2,4 gram oksigen per menit.[42] Jumlah ini setara dengan 6 miliar ton oksigen yang dihirup oleh seluruh manusia per tahun. [43]
Penumpukan oksigen di atmosfer
Gas oksigen bebas hampir tidak terdapat pada atmosfer bumi sebelum munculnya arkaea dan bakteri fotosintetik. Oksigen bebas pertama kali muncul dalam kadar yang signifikan semasa masa Paleoproterozoikum (antara 2,5 sampai dengan 1,6 miliar tahun yang lalu). Pertama-tama, oksigen bersamaan dengan besi yang larut dalam samudera, membentuk formasi pita besi (Banded iron formation).
Oksigen mulai melepaskan diri dari samudera 2,7 miliar tahun lalu, dan
mencapai 10% kadar sekarang sekitar 1,7 miliar tahun lalu.[44]
Keberadaan oksigen dalam jumlah besar di atmosfer dan samudera kemungkinan membuat kebanyakan organisme anaerob hampir punah semasa bencana oksigen sekitar 2,4 miliar tahun yang lalu. Namun, respirasi sel yang menggunakan O2 mengijinkan organisme aerob untuk memproduksi lebih banyak ATP daripada organisme anaerob, sehingga organisme aerob mendominasi biosfer bumi.[45] Fotosintesis dan respirasi seluler O2 mengijinkan berevolusinya sel eukariota dan akhirnya berevolusi menjadi organisme multisel seperti tumbuhan dan hewan.
Sejak permulaan era Kambrium 540 juta tahun yang lalu, kadar O2 berfluktuasi antara 15% sampai 30% berdasarkan volume.[46] Pada akhir masa Karbon, kadar O2 atmosfer mencapai maksimum dengan 35% berdasarkan volume,[46] mengijinkan serangga dan amfibi tumbuh lebih besar daripada ukuran sekarang. Aktivitas manusia, meliputi pembakaran 7 miliar ton bahan bakar fosil
per tahun hanya memiliki pengaruh yang sangat kecil terhadap penurunan
kadar oksigen di atmosfer. Dengan laju fotosintesis sekarang ini,
diperlukan sekitar 2.000 tahun untuk memproduksi ulang seluruh O2 yang ada di atmosfer sekarang.[47]
Sejarah
Percobaan awal
Salah satu percobaan pertama yang menginvestigasi hubungan antara pembakaran dengan udara dilakukan oleh seorang penulis Yunani abad ke-2, Philo dari Bizantium. Dalam karyanya Pneumatica,
Philo mengamati bahwa dengan membalikkan labu yang di dalamnnya
terdapat lilin yang menyala dan kemudian menutup leher labu dengan air
akan mengakibatkan permukaan air yang terdapat dalam leher labu tersebut
meningkat.[48] Philo menyimpulkan bahwa sebagian udara dalam labu tersebut diubah menjadi unsur api, sehingga dapat melepaskan diri dari labu melalui pori-pori kaca. Beberapa abad kemudian, Leonardo da Vinci merancang eksperimen yang sama dan mengamati bahwa udara dikonsumsi selama pembakaran dan respirasi.[49]
Pada akhir abad ke-17, Robert Boyle membuktikan bahwa udara diperlukan dalam proses pembakaran. Kimiawan Inggris, John Mayow, melengkapi hasil kerja Boyle dengan menunjukkan bahwa hanya sebagian komponen udara yang ia sebut sebagai spiritus nitroaereus atau nitroaereus yang diperlukan dalam pembakaran.[50]
Pada satu eksperimen, ia menemukan bahwa dengan memasukkan seekor tikus
ataupun sebatang lilin ke dalam wadah penampung yang tertutup oleh
permukaan air akan mengakibatkan permukaan air tersebut naik dan
menggantikan seperempatbelas volume udara yang hilang.[51] Dari percobaan ini, ia menyimpulkan bahwa nitroaereus digunakan dalam proses respirasi dan pembakaran.
Mayow mengamati bahwa berat antimon akan meningkat ketika dipanaskan. Ia menyimpulkan bahwa nitroaereus haruslah telah bergabung dengan antimon.[50] Ia juga mengira bahwa paru-para memisahkan nitroaereus dari udara dan menghantarkannya ke dalam darah, dan panas tubuh hewan serta pergerakan otot akan mengakibatkan reaksi nitroaereus dengan zat-zat tertentu dalam tubuh.[50] Laporan seperti ini dan pemikiran-pemikiran serta percobaan-percobaan lainnya dipublikasikan pada tahun 1668 dalam karyanya Tractatus duo pada bagian "De respiratione".[51]
Teori flogiston
Dalam percobaan Robert Hooke, Ole Borch, Mikhail Lomonosov,
dan Pierre Bayen, percobaan mereka semuanya menghasilkan oksigen, namun
tiada satupun dari mereka yang mengenalinya sebagai unsur.[24] Hal ini kemungkinan besar disebabkan oleh prevalensi filosofi pembakaran dan korosi yang dikenal sebagai teori flogiston.
Teori flogiston dikemukakan oleh alkimiawan Jerman, J. J. Becher pada tahun 1667, dan dimodifikasi oleh kimiawan Georg Ernst Stahl pada tahun 1731.[52]
Teori flogiston menyatakan bahwa semua bahan yang dapat terbakar
terbuat dari dua bagian komponen. Salah satunya adalah flogiston, yang
dilepaskan ketika bahan tersebut dibakar, sedangkan bagian yang tersisa
setelah terbakar merupakan bentuk asli materi tersebut.[49]
Bahan-bahan yang terbakar dengan hebat dan meninggalkan sedikit
residu (misalnya kayu dan batu bara), dianggap memiliki kadar flogiston
yang sangat tinggi, sedangkan bahan-bahan yang tidak mudah terbakar dan
berkorosi (misalnya besi), mengandung sangat sedikit flogiston. Udara
tidak memiliki peranan dalam teori flogiston. Tiada eksperimen
kuantitatif yang pernah dilakukan untuk menguji keabsahan teori
flogiston ini, melainkan teori ini hanya didasarkan pada pengamatan
bahwa ketika sesuatu terbakar, kebanyakan objek tampaknya menjadi lebih
ringan dan sepertinya kehilangan sesuatu selama proses pembakaran
tersebut.[49] Fakta bahwa materi seperti kayu sebenarnya bertambah
berat dalam proses pembakaran tertutup oleh gaya apung yang dimiliki
oleh produk pembakaran yang berupa gas tersebut. Sebenarnya pun, fakta
bahwa logam akan bertambah berat ketika berkarat menjadi petunjuk awal
bahwa teori flogiston tidaklah benar (yang mana menurut teori flogiston,
logam tersebut akan menjadi lebih ringan).
Penemuan
Oksigen pertama kali ditemukan oleh seorang ahli obat Carl Wilhelm Scheele. Ia menghasilkan gas oksigen dengan mamanaskan raksa oksida dan berbagai nitrat sekitar tahun 1772.[49][3]
Scheele menyebut gas ini 'udara api' karena ia murupakan satu-satunya
gas yang diketahui mendukung pembakaran. Ia menuliskan pengamatannya ke
dalam sebuah manuskrip yang berjudul Treatise on Air and Fire, yang kemudian ia kirimkan ke penerbitnya pada tahun 1775. Namun, dokumen ini tidak dipublikasikan sampai dengan tahun 1777.[53]
Pada saat yang sama, seorang pastor Britania, Joseph Priestley, melakukan percobaan yang memfokuskan cahaya matahari ke raksa oksida (HgO) dalam tabung gelas pada tanggal 1 Augustus 1774. Percobaan ini menghasilkan gas yang ia namakan 'dephlogisticated air'.[3]
Ia mencatat bahwa lilin akan menyala lebih terang di dalam gas tersebut
dan seekor tikus akan menjadi lebih aktif dan hidup lebih lama ketika
menghirup udara tersebut. Setelah mencoba menghirup gas itu sendiri, ia
menulis: "The feeling of it to my lungs was not sensibly different from
that of common air, but I fancied that my breast felt peculiarly light
and easy for some time afterwards."[24]
Priestley mempublikasikan penemuannya pada tahun 1775 dalam sebuah
laporan yang berjudul "An Account of Further Discoveries in Air".
Laporan ini pula dimasukkan ke dalam jilid kedua bukunya yang berjudul Experiments and Observations on Different Kinds of Air.[54][49]
Oleh karena ia mempublikasikan penemuannya terlebih dahulu, Priestley
biasanya diberikan prioritas terlebih dahulu dalam penemuan oksigen.
Seorang kimiawan Perancis, Antoine Laurent Lavoisier
kemudian mengklaim bahwa ia telah menemukan zat baru secara independen.
Namun, Priestley mengunjungi Lavoisier pada Oktober 1774 dan
memberitahukan Lavoisier mengenai eksperimennya serta bagaimana ia
menghasilkan gas baru tersebut. Scheele juga mengirimkan sebuah surat
kepada Lavoisier pada 30 September 1774 yang menjelaskan penemuannya
mengenai zat yang tak diketahui, tetapi Lavoisier tidak pernah mengakui
menerima surat tersebut (sebuah kopian surat ini ditemukan dalam
barang-barang pribadi Scheele setelah kematiannya).[53]
Kontribusi Lavoisier
Apa yang Lavoisier tidak terbantahkan pernah lakukan (walaupun pada
saat itu dipertentangkan) adalah percobaan kuantitatif pertama mengenai oksidasi yang mengantarkannya kepada penjelasan bagaimana proses pembakaran bekerja.[3]
Ia menggunakan percobaan ini beserta percobaan yang mirip lainnya untuk
meruntuhkan teori flogiston dan membuktikan bahwa zat yang ditemukan
oleh Priestley dan Scheele adalah unsur kimia.
Pada satu eksperimen, Lavoisier mengamati bahwa tidak terdapat keseluruhan peningkatan berat ketika timah dan udara dipanaskan di dalam wadah tertutup.[3]
Ia mencatat bahwa udara segera masuk ke dalam wadah seketika ia membuka
wadah tersebut. Hal ini mengindikasikan bahwa sebagian udara yang
berada dalam wadah tersebut telah dikonsumsi. Ia juga mencatat bahwa
berat timah tersebut juga telah meningkat dan jumlah peningkatan ini
adalah sama beratnya dengan udara yang masuk ke dalam wadah tersebut.
Percobaan ini beserta percobaan mengenai pembakaran lainnya
didokumentasikan ke dalam bukunya Sur la combustion en général yang dipublikasikan pada tahun 1777.[3]
Hasil kerjanya membuktikan bahwa udara merupakan campuran dua gas,
'udara vital', yang diperlukan dalam pembakaran dan respirasi, serta azote (Bahasa Yunani ἄζωτον "tak bernyawa"), yang tidak mendukung pembakaran maupun respirasi. Azote kemudian menjadi apa yang dinamakan sebagai nitrogen, walaupun dalam Bahasa Perancis dan beberapa bahasa Eropa lainnya masih menggunakan nama Azote.[3]
Lavoisier menamai ulang 'udara vital' tersebut menjadi oxygène pada tahun 1777. Nama tersebut berasal dari akar kata Yunani ὀξύς (oxys) (asam, secara harfiah "tajam") dan -γενής (-genēs)
(penghasil, secara harfiah penghasil keturunan). Ia menamainya demikian
karena ia percaya bahwa oksigen merupakan komponen dari semua asam.[5] Ini tidaklah benar, namun pada saat para kimiawan menemukan kesalahan ini, nama oxygène
telah digunakan secara luas dan sudah terlambat untuk menggantinya.
Sebenarnya gas yang lebih tepat untuk disebut sebagai "penghasil asam"
adalah hidrogen.
Oxygène kemudian diserap menjadi oxygen dalam bahasa
Inggris walaupun terdapat penentangan dari ilmuwan-ilmuwan Inggris
dikarenakan bahwa adalah seorang Inggris, Priestley, yang pertama kali
mengisolasi serta menuliskan keterangan mengenai gas ini. Penyerapan ini
secara sebagian didorong oleh sebuah puisi berjudul "Oxygen" yang
memuji gas ini dalam sebuah buku populer The Botanic Garden (1791) oleh Erasmus Darwin, kakek Charles Darwin.[53]
Sejarah selanjutnya
Hipotesis atom awal John Dalton
berasumsi bahwa semua unsur berupa monoatomik dan atom-atom dalam suatu
senyawa akan memiliki rasio atom paling sederhana terhadap satu sama
lainnya. Sebagai contoh, Dalton berasumsi bahwa rumus air adalah HO,
sehingga massa atom oksigen adalah 8 kali massa hidrogen (nilai yang sebenarnya adalah 16).[55] Pada tahun 1805, Joseph Louis Gay-Lussac dan Alexander von Humboldt
menunjukkan bahwa air terbentuk dari dua volume hidrogen dengan satu
volume oksigen; dan pada tahun 1811, berdasarkan apa yang sekarang
disebut hukum Avogadro dan asumsi molekul unsur diatomik, Amedeo Avogadro memperkirakan komposisi air dengan benar.[56][57]
Pada akhir abad ke-19, para ilmuwan menyadari bahwa udara dapat
dicairkan dan komponen-komponennya dapat dipisahkan dengan mengkompres
dan mendinginkannya. Kimiawan dan fisikawan Swiss, Raoul Pierre Pictet, menguapkan cairan sulfur dioksida untuk mencairkan karbon dioksida,
yang mana pada akhirnya diuapkan untuk mendinginkan gas oksigen menjadi
cairan. Ia mengirim sebuah telegram pada 22 Desember 1877 kepada
Akademi Sains Prancis di Paris dan mengumumkan penemuan oksigen cairnya.[58] Dua hari kemudian, fisikawan Perancis Louis Paul Cailletet mengumumkan metodenya untuk mencairkan oksigen molekuler.[58]
Hanya beberapa tetes cairan yang dihasilkan sehingga tidak ada analisis
berarti yang dapat dilaksanakan. Oksigen berhasil dicairkan ke dalam
keadaan stabil untuk pertama kalinya pada 29 Maret 1877 oleh ilmuwan
Polandia dari Universitas Jagiellonian, Zygmunt Wróblewski dan Karol Olszewski.[59]
Pada tahun 1891, kimiawan Skotlandia James Dewar berhasil memproduksi oksigen cair dalam jumlah yang cukup banyak untuk dipelajari.[60] Proses produksi oksigen cair secara komersial dikembangkan secara terpisah pada tahun 1895 oleh insinyur Jerman Carl von Linde
dan insinyur Britania William Hampson. Kedua insinyur tersebut
menurunkan suhu udara sampai ia mencair dan kemudian mendistilasi udara
cair tersebut.[61] Pada tahun 1901, pengelasan oksiasetilena didemonstrasikan untuk pertama kalinya dengan membakar campuran asetilena dan O2 yang dimampatkan. Metode pengelasan dan pemotongan logam ini pada akhirnya digunakan secara meluas.[61]
Pada tahun 1923, ilmuwan Amerika Robert H. Goddard menjadi orang pertama yang mengembangkan mesin roket; mesin ini menggunakan bensin sebagai bahan bakar dan oksigen cair sebagai oksidator. Goddard berhasil menerbangkan roket kecil sejauh 56 m dengan kecepatan 97 km/jam pada 16 Maret 1926 di Auburn, Massachusetts, USA.[61][62]
Senyawa oksigen
Keadaan oksidasi
okesigen adalah -2 untuk hampir semua senyawa oksigen yang diketahui.
Keadaan oksidasi -1 ditemukan pada beberapa senyawa seperti peroksida.[63] Senyawa oksigen dengan keadaan oksidasi lainnya sangat jarang ditemukan, yakni -1/2 (superoksida), -1/3 (ozonida), 0 (asam hipofluorit), +1/2 (dioksigenil), +1 (dioksigen difluorida), dan +2 (oksigen difluorida).
Senyawa oksida dan senyawa anorganik lainnya
Air (H2O) adalah oksida hidrogen dan merupakan senyawa oksigen yang paling dikenal. Atom hidrogen secara kovalen berikatan dengan oksigen. Selain itu, atom hidrogen juga berinteraksi dengan atom oksigen dari molekul air lainnya (sekitar 23,3 kJ·mol−1 per atom hidrogen).[64] Ikatan hidrogen antar molekul air ini menjaga kedua molekul 15% lebih dekat daripada yang diperkirakan apabila hanya memperhitungkan gaya Van der Waals.[65][66]
Oleh karena elektronegativitasnya, oksigen akan membentuk ikatan kimia dengan hampir semua unsur lainnya pada suhu tinggi dan menghasilkan senyawa oksida. Namun, terdapat pula beberapa unsur yang secara spontan akan membentuk oksida pada suhu dan tekanan standar. Perkaratan besi merupakan salah satu contohnya. Permukaan logam seperti aluminium dan titanium
teroksidasi dengan keberadaan udara dan membuat permukaan logam
tersebut tertutupi oleh lapisan tipis oksida. Lapisan oksida ini akan
mencegah korosi lebih lanjut. Beberapa senyawa oksida logam transisi
ditemukan secara alami sebagai senyawa non-stoikiometris. Sebagai
contohnya, FeO (wustit) sebenarnya berumus Fe1 − xO, dengan x biasanya sekitar 0,05.[67]
Di atmosfer pula, kita dapat menemukan sejumlah kecil oksida karbon, yaitu karbon dioksida (CO2). Pada kerak bumi pula dapat ditemukan berbagai senyawa oksida, yakni oksida silikon (Silika SO2) yang ditemukan pada granit dan pasir, oksida aluminium (aluminium oksida Al2O3 yang ditemukan pada bauksit dan korundum), dan oksida besi (besi(III) oksida Fe2O3) yang ditemukan pada hematit dan karat logam.
|
|||||||||||||||||||||||||
| Penampilan | |||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
gas tak berwarna, cairan berwarna biru pucat. Gambar ini adalah gambar oksigen cair.  Spectral lines of oxygen |
|||||||||||||||||||||||||
| Ciri-ciri umum | |||||||||||||||||||||||||
| Nama, lambang, Nomor atom | oksigen, O, 8 | ||||||||||||||||||||||||
| Dibaca | /ˈɒks |
||||||||||||||||||||||||
| Jenis unsur | nonlogam, kalkogen | ||||||||||||||||||||||||
| Golongan, periode, blok | 16, 2, p | ||||||||||||||||||||||||
| Massa atom standar | 15.9994(3) | ||||||||||||||||||||||||
| Konfigurasi elektron | 1s2 2s2 2p4 2, 6 |
||||||||||||||||||||||||
| Sifat fisika | |||||||||||||||||||||||||
| Fase | gas | ||||||||||||||||||||||||
| Massa jenis | (0 °C, 101.325 kPa) 1.429 g/L |
||||||||||||||||||||||||
| Massa jenis cairan pada t.d. | 1.141 g·cm−3 | ||||||||||||||||||||||||
| Titik lebur | 54.36 K, -218.79 °C, -361.82 °F | ||||||||||||||||||||||||
| Titik didih | 90.20 K, -182.95 °C, -297.31 °F | ||||||||||||||||||||||||
| Titik kritis | 154.59 K, 5.043 MPa | ||||||||||||||||||||||||
| Kalor peleburan | (O2) 0.444 kJ·mol−1 | ||||||||||||||||||||||||
| Kalor penguapan | (O2) 6.82 kJ·mol−1 | ||||||||||||||||||||||||
| Kapasitas kalor | (O2) 29.378 J·mol−1·K−1 |
||||||||||||||||||||||||
| Tekanan uap | |||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||
| Sifat atom | |||||||||||||||||||||||||
| Bilangan oksidasi | 2, 1, −1, −2 | ||||||||||||||||||||||||
| Elektronegativitas | 3.44 (skala Pauling) | ||||||||||||||||||||||||
| Energi ionisasi (lebih lanjut) |
pertama: 1313.9 kJ·mol−1 | ||||||||||||||||||||||||
| ke-2: 3388.3 kJ·mol−1 | |||||||||||||||||||||||||
| ke-3: 5300.5 kJ·mol−1 | |||||||||||||||||||||||||
| Jari-jari kovalen | 66±2 pm | ||||||||||||||||||||||||
| Jari-jari van der Waals | 152 pm | ||||||||||||||||||||||||
| Lain-lain | |||||||||||||||||||||||||
| Struktur kristal | cubic | ||||||||||||||||||||||||
| Pembenahan magnetik | paramagnetik | ||||||||||||||||||||||||
| Konduktivitas termal | 26.58x10-3 W·m−1·K−1 | ||||||||||||||||||||||||
| Kecepatan suara | (gas, 27 °C) 330 m·s−1 | ||||||||||||||||||||||||
| Nomor CAS | 7782-44-7 | ||||||||||||||||||||||||
| Isotop paling stabil | |||||||||||||||||||||||||
| Artikel utama: Isotop dari oksigen | |||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||
Tidak ada komentar:
Posting Komentar