เราหายใจเข้าไปทุกวินาที พืชสร้างมันขึ้นมา และถ้าไม่มีมัน ชีวิตที่เรารู้จักก็คงอยู่ไม่ได้ “ก๊าซออกซิเจน” เป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดสำหรับชีวิตบนโลก แต่ “ก๊าซออกซิเจน” คืออะไรกันแน่ และทำไมจึงมีความสำคัญมาก ในบทความนี้เราจะอธิบายว่าก๊าซออกซิเจนคืออะไร คุณสมบัติทางเคมี มาจากไหน ใช้ไปอย่างไร และบทบาทของก๊าซออกซิเจนในทุกสิ่งตั้งแต่ชีววิทยาไปจนถึงอุตสาหกรรม
ก๊าซออกซิเจนคืออะไร
ก๊าซออกซิเจน มักเรียกสั้นๆ ว่า ออกซิเจน (Oxygen) เป็นธาตุเคมีที่มีสัญลักษณ์ O และเลขอะตอม 8 ออกซิเจนมีอยู่ทั่วไปในบรรยากาศในรูปของโมเลกุลไดอะตอมิก เขียนเป็น O2 ซึ่งหมายความว่าอะตอมออกซิเจนสองอะตอมจะเชื่อมติดกันเพื่อสร้างก๊าซที่เสถียร
ออกซิเจนไม่มีสี ไม่มีกลิ่น และไม่มีรส แต่มีความสำคัญต่อการดำรงชีวิต ออกซิเจนประกอบเป็น 21% ของชั้นบรรยากาศโลก ส่วนที่เหลือส่วนใหญ่เป็นไนโตรเจน แม้ว่าออกซิเจนจะมีความจำเป็นต่อการหายใจของสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ แต่ยังมีบทบาทสำคัญในการเผาไหม้ กระบวนการทางอุตสาหกรรม และปฏิกิริยาเคมีอีกด้วย
การค้นพบออกซิเจน
ออกซิเจนถูกค้นพบโดยนักวิทยาศาสตร์ 2 คนโดยอิสระในศตวรรษที่ 18:
- Carl Wilhelm Scheele (สวีเดน) ราวปี ค.ศ. 1772
- Joseph Priestley (อังกฤษ) ในปี ค.ศ. 1774
แม้ว่า Scheele จะค้นพบออกซิเจนเป็นคนแรก แต่ Priestley ได้เผยแพร่ผลการค้นพบของเขาก่อนหน้านี้ ต่อมา “อองตวน ลาวัวซีเย” นักเคมีชาวฝรั่งเศส ได้ตั้งชื่อธาตุนี้และอธิบายบทบาทของธาตุดังกล่าวในปฏิกิริยาออกซิเดชันและการเผาไหม้โดยหักล้างทฤษฎีก่อนหน้านี้
คุณสมบัติทางเคมีของก๊าซออกซิเจน
ต่อไปนี้คือคุณสมบัติทางเคมีและทางกายภาพที่สำคัญบางประการของก๊าซออกซิเจน:
- สูตรทางเคมี: O2
- เลขอะตอม: 8
- น้ำหนักโมเลกุล: 32 กรัม/โมล
- สถานะที่อุณหภูมิห้อง: ก๊าซ
- สี/กลิ่น: ไม่มี
- การละลาย: ละลายได้เล็กน้อยในน้ำ
- การเกิดปฏิกิริยา: ทำปฏิกิริยาได้สูง ก่อตัวเป็นออกไซด์กับธาตุส่วนใหญ่
ออกซิเจนเป็นธาตุที่ไม่ใช่โลหะและอยู่ในกลุ่มแคลโคเจนในตารางธาตุ ออกซิเจนช่วยการเผาไหม้แม้ว่าตัวมันเองจะไม่ติดไฟก็ตาม
ในกระบวนการนี้ สิ่งมีชีวิตสีเขียวใช้ แสงแดด น้ำ และคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) เพื่อผลิต กลูโคสและออกซิเจนสมการคือ:
6CO2 + 6H2O + แสงแดด → C6H12O6 + 6O2
จากนั้นออกซิเจนจะถูกปล่อยสู่บรรยากาศเป็นผลพลอยได้ นี่คือเหตุผลที่บางครั้งป่า โดยเฉพาะป่าฝน มักถูกเรียกว่า “ปอดของโลก”
ออกซิเจนในร่างกายมนุษย์
สำหรับมนุษย์และสัตว์ส่วนใหญ่ ออกซิเจนมีความสำคัญต่อการหายใจระดับเซลล์ซึ่งเป็นกระบวนการที่เซลล์สกัดพลังงานจากกลูโคส ภายในเซลล์ออกซิเจนจะช่วยย่อยสารอาหารเพื่อปลดปล่อย ATP (อะดีโนซีนไตรฟอสเฟต) ซึ่งเป็นสกุลเงินพลังงานของเซลล์
เมื่อคุณหายใจเข้า ออกซิเจนจะเดินทางจากปอดของคุณเข้าสู่กระแสเลือด ซึ่งเซลล์เม็ดเลือดแดงจะพาออกซิเจนไปยังเนื้อเยื่อต่างๆ ทั่วร่างกาย ก๊าซเสียคาร์บอนไดออกไซด์ จะถูกส่งกลับไปยังปอดและหายใจออก
หากไม่มีออกซิเจนอย่างต่อเนื่อง:
- สมองอาจได้รับความเสียหายได้ภายในไม่กี่นาที
- อวัยวะต่างๆ เริ่มล้มเหลว
- ชีวิตไม่สามารถดำรงอยู่ได้
การใช้ก๊าซออกซิเจนในอุตสาหกรรม
ก๊าซออกซิเจนไม่เพียงแต่มีความสำคัญต่อชีวิตเท่านั้น แต่ยังถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ:
- การใช้ทางการแพทย์
- การบำบัดด้วยออกซิเจน ช่วยเหลือผู้ป่วยที่มีอาการทางระบบทางเดินหายใจ เช่น หอบหืด โรคปอดอุดกั้นเรื้อรัง หรือ COVID-19
- การดมยาสลบมักเกี่ยวข้องกับการใช้ออกซิเจนผสมกันระหว่างการผ่าตัด
- อุตสาหกรรมเหล็กและโลหะ
- ใช้ก๊าซออกซิเจนในการ เพิ่มอุณหภูมิของเตาหลอม ให้ร้อนมากพอที่จะหลอมโลหะได้รวดเร็วและประหยัดพลังงาน
- ช่วยในการ เผาไหม้คาร์บอนและสิ่งเจือปน ในกระบวนการผลิตเหล็กกล้า (Steel) และโลหะอื่น ๆ
- ใช้ในกระบวนการ ตัดโลหะด้วยไฟ (Oxy-fuel cutting) โดยผสมกับก๊าซเชื้อเพลิง เช่น อะเซทิลีน
- อุตสาหกรรมเคมีและปิโตรเคมี
- ใช้ในกระบวนการ เผาไหม้ (Oxidation) เพื่อผลิตสารเคมี เช่น กรดไนตริก (HNO₃), กรดซัลฟิวริก (H₂SO₄), ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H₂O₂)
- ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในกระบวนการ แครกกิ้งน้ำมันดิบ (Cracking) และการรีฟอร์มก๊าซธรรมชาติ
- อุตสาหกรรมบำบัดน้ำเสีย
- ก๊าซออกซิเจนใช้ใน ระบบเติมอากาศ (Aeration) เพื่อส่งเสริมการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ที่ย่อยสลายของเสียในน้ำ
- ช่วยลดกลิ่นและเพิ่มคุณภาพของน้ำที่ผ่านการบำบัด
- อุตสาหกรรมการบินและอวกาศ
- ใช้เป็น ตัวออกซิไดซ์ในเชื้อเพลิงจรวด เช่น Liquid Oxygen (LOX) ที่ทำงานร่วมกับเชื้อเพลิงเหลวในการขับดันจรวด
- จำเป็นในสภาพแวดล้อมที่ไม่มีอากาศ เช่น อวกาศหรือที่สูงมาก
- อุตสาหกรรมแก้วและเซรามิก
- เพิ่มอุณหภูมิในเตาหลอมให้สูงขึ้นอย่างรวดเร็ว
- ช่วยลดการปล่อยคาร์บอนมอนอกไซด์ และเพิ่มความใสของผลิตภัณฑ์แก้ว
- อุตสาหกรรมยาและอาหาร
- ใช้ในกระบวนการผลิตยา เช่น การหมักและการสังเคราะห์สารบางชนิด
- ใช้รักษาคุณภาพของอาหาร เช่น การบรรจุแบบ MAP (Modified Atmosphere Packaging) เพื่อยืดอายุอาหาร
