Tlen (O, łac. oxygenium) – pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 8, niemetal z grupy tlenowców w układzie okresowym.

Stabilnymi izotopami tlenu są ¹⁶O (stanowi ponad 99% tlenu naturalnego), ¹⁷O oraz ¹⁸O.

Tlen w stanie wolnym występuje w postaci cząsteczek dwuatomowych O₂ oraz trójatomowych – ozonu O₃ (głównie w ozonosferze). Szczególną jego odmianą jest odkryty w latach 90. XX w. „czerwony tlen” o wzorze O₄.

Tlen jest paramagnetykiem. Ciekły tlen ma barwę niebieską. Stały tlen znany jest w sześciu odmianach alotropowych.

Występowanie

Tlen jest najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem na Ziemi – zawartość tlenu w jej skorupie wynosi 46,4%. Stanowi też 20,95% objętości atmosfery ziemskiej (23,25% wagowych). W postaci związków z innymi pierwiastkami wchodzi w skład hydrosfery (gdzie jego zawartość wynosi około 89% – woda) i litosfery jako tlenki (np. krzemionka (piasek) zawiera ok. 53% tlenu). W przyrodzie obieg tlenu odbywa się w cyklu zamkniętym. Rozpuszczalność tlenu w wodzie słodkiej wynosi 8,3 mg/l, a w wodzie słonej (3,5% soli) 6,6 mg/l (25 °C, 1 atm.)^[7]. Tlen jest około dwa razy lepiej rozpuszczalny w wodzie niż azot^[8]. Rozpuszczalność powietrza w wodzie wynosi 23 mg/l (25 °C, 1 atm.)^[9]; powietrze rozpuszczone w wodzie zawiera 35,6% tlenu^[7].

Historia

Odkrywcą tlenu jest polski alchemik Michał Sędziwój^[10], który nazwał go „pokarmem żywota” (łac. cibus vitae)^[10]. Sędziwój wiedział, że „pokarm żywota, ukryty w powietrzu” jest niezbędny do życia (ludzi, zwierząt i roślin) i że przedostaje się on z powietrza do krwi^[10]. Sędziwój otrzymał tlen w drodze doświadczalnego rozkładu saletry potasowej podczas jej prażenia; swoje doświadczenie opisał w dziele Dwanaście traktatów o kamieniu filozofów (1604). Stwierdzał, że saletra jest ciałem złożonym, zawierającym „ducha świata” (tak nazwał tlen, uznając go za kamień filozoficzny), umożliwiającym życie ludzi i zwierząt. Wiedział więc, że gaz jest składnikiem powietrza i jest niezbędny do życia.

Tlen został odkryty ponownie przez Carla Sheele przed 1773, ale odkrycie nie zostało opublikowane do 1777. W tym czasie za odkrywcę tlenu od dwóch lat uznawany był Joseph Priestley, który otrzymał tlen ogrzewając tlenek rtęci(II) i zbierając wydzielający się gaz.

Ciekły tlen po raz pierwszy otrzymali profesorowie Uniwersytetu Jagiellońskiego, Zygmunt Wróblewski i Karol Olszewski, 5 kwietnia 1883 roku. Wcześniej, w 1877, mgłę skroplonego tlenu zaobserwowali niezależnie Szwed Raoul Pictet^[11] i Francuz Louis-Paul Cailletet^[12].

Łacińska nazwa tlenu oxygenium (z gr. oksy – kwaśny, gennao – rodzę), wprowadzona została przez Antoine Lavoisiera.

Polską nazwą „tlen” (od słowa „tlić”) zaproponował Jan Oczapowski przed rokiem 1851 i została ona zaakceptowana przez większość polskiego środowiska chemicznego w ciągu ok. 10 lat. Wcześniejsza polska nazwa „kwasoród” była dosłownym tłumaczeniem łacińskiej, a wprowadził ją Jędrzej Śniadecki^[13][14].

W przyrodzie

Tlen jest pierwiastkiem biogennym.

Jest niezbędny organizmom tlenowym do przeprowadzenia fosforylacji oksydacyjnej będącej najważniejszym etapem oddychania. Niektóre organizmy beztlenowe giną w obecności niewielkich ilości wolnego tlenu. Organizm przeciętnego dorosłego człowieka zużywa w ciągu minuty ok. 200 ml (0,3 g) tlenu. Oddychanie czystym tlenem jest dość niebezpieczne, ponieważ podnosi on ciśnienie krwi i wywołuje kwasicę. Niedobór tlenu staje się niebezpieczny dla życia, gdy jego zawartość w powietrzu spada poniżej 10-12%.

Zwierzęta wykorzystują go w procesie oddychania tlenowego w celu otrzymania energii:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + ADP + H₃PO₄ → 6CO₂ + 7H₂O + ATP

Otrzymywanie w warunkach laboratoryjnych

• poprzez podgrzewanie nadmanganianu potasu w temp. pow. 230 °C:

2KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂↑

• poprzez termiczny rozkład azotanu potasu w temp. powyżej 400 °C, ale nie większej niż 440 °C:

2KNO₃ → 2KNO₂ + O₂↑

• poprzez termiczny rozkład chloranu potasu w temp. powyżej 550 °C:

2KClO₃ → 2KCl + 3O₂↑

• poprzez ogrzewanie tlenku rtęci(II):

2HgO → 2Hg + O₂↑

• poprzez rozkład wodnego roztworu nadtlenku wodoru (wody utlenionej lub perhydrolu) pod wpływem ciepła lub katalizatora, np. dwutlenku manganu:

2H₂O₂ → 2H₂O + O₂↑

• w wyniku reakcji nadmanganianu potasu z nadtlenkiem wodoru:

2KMnO₄ + 3H₂O₂ → 3O₂ + 2KOH + 2MnO₂ + 2H₂O

• w wyniku elektrolizy wody:

2H₂O → 2H₂↑ + O₂↑

Zastosowanie

Tlen jest stosowany w medycynie, do sporządzania mieszanek oddechowych do nurkowania, w przemyśle jako utleniacz, np. w palnikach acetylenowo-tlenowych.

Związki tlenu

Tlen wchodzi w skład wielu związków chemicznych o dużym znaczeniu przemysłowym: tlenków (w szczególności wody oraz dwutlenku węgla), nadtlenków (w szczególności nadtlenku wodoru), kwasów tlenowych, zasad. Jest też składnikiem większości związków organicznych o znaczeniu biologicznym np. białka, tłuszcze.

Oprócz anionów takich jak tlenki, ozonki, podtlenki, ponadtlenki i nadtlenki, znane są związki, w których tlen występuje w podsieci kationowej. Jest to kation oksygenylowy O+2 w związku O₂PtF₆ (heksafluoroplatynian oksygenylowy). Kation ten może być stabilizowany przeciwjonem anionowym o silniejszych właściwościach ox-bas od tlenu lub red-ac od kationu oksygenylowego^[15].

Zobacz też