التّنفس

تحتاج الكائنات الحيّة بكافة أنواعها إلى الطّاقة للتمكّن من القيام بالعمليات الحيويّة المختلفة، لذلك فهي تحتاج إلى التّنفس، ويمكن تعريف التّنفس بأنّه عملية تحويل الطّاقة المُخزّنة في الغذاء إلى طاقة يمكن الاستفادة منها على شكل ATP، وتتضمّن عملية التّنفس دخول الأكسجين إلى الجسم وخروج ثاني أكسيد الكربون. يبدأ تننفس البشر على سبيل المثال بالشّهيق الذي يسمح بدخول الأكسجين إلى الرّئتين، ثم ينتشر الأكسجين من الحويصلات الهوائيّة في الرّئتين إلى الشّعيرات الدمويّة التي تحيط بها، فيصبح الدّم فيها غنياََ بالأكسجين، ينتقل الدم الغني بالأكسجين عبر الدّورة الدّموية ليصل إلى كل خلية من خلايا الجسم حيث يحدث التّنفس الخلوي أو أكسدة الغذاء الذي يُنتج الطّاقة، وثاني أكسيد الكربون الذي ينتقل من الخلايا إلى الرّئتين ليخرج من الجسم عن طريق الزّفير.^[١]

تنفس النّبات الأكسجين

تحتاج النّباتات كغيرها من الكائنات الحيّة للطاقة للقيام بالأنشطة الحيويّة المختلفة، لذلك فهي تتنفس الأكسجين الجوي اللازم لأكسدة الكربوهيدرات في الخلايا، ولكن من أين تحصل النّباتات على الكربوهيدرات؟ الجواب يكمن في العمليّة الحيويّة التي تقوم بها النّباتات نهاراََ وهي البناء الضّوئي إذ تحوّل النّباتات طاقة الضّوء باستخدام ثاني أكسيد الكربون والماء إلى طاقة مخزّنة في الرّوابط الكيميائيّة للكربوهيدرات، وينتج عن عملية البناء الضّوئي الكثير من الأكسجين الذي ينتشر في الجو، أما في اللّيل فتحدث العمليّة العكسيّة وهي التّنفس، فتستخدم النّباتات ما يقرب من عُشر الأكسجين الذي تنتجه لأكسدة الكربوهيدرات وتكسير الرّوابط بين جزيئاتها لتحرير الطّاقة المخزّنة فيها، وينتج عن تنفس النّباتات ثاني أكسيد الكربون، وماء.^[٢]

الأكسجين

الأكسجين عنصر كيميائي واسع الانتشار، إذ إنّه ثاني أكثر العناصر انتشاراََ على الأرض، وثالث أكثر العناصر انتشاراََ في الكون، ويكون الأكسجين في الشّروط العاديّة من درجة الحرارة والضّغط على شكل غاز عديم اللون والرّائحة. للأكسجين أهميّة حيويّة كبيرة جداََ، فهو ضروري لتنفس البشر، والحيوانات، والنّباتات، وبعض أنواع البكتيريا، ويؤدي نقصه لأكثر من عدة دقائق لفقدان الوعي والموت، في المقابل فإنّ تنفس هواء يحتوي على تركيز مرتفع من الأكسجين نسبياََ في ظروف فيها ضغط مرتفع نسبياً، أو لفترات طويلة، يمكن أن يكون له تأثير سام، والأكسجين ضروري جداََ لعملية الاحتراق، ويتم استخدام الهواء المخصب بالأكسجين في تصنيع منتجات مثل، الفولاذ والميثانول، كما أنّ الأكسجين السّائل يُستخدم في دفع الصّواريخ.^[٣]

اكتشاف الأكسجين

اكتشف العالم البولندي ميخال سيدزيفوي ( Michał Sędziwój) أنّ الهواء يتكوّن من خليط من المواد، أحدها هو مادة ضروريّة للحياة أسماها إكسير الحياة، وهو بذلك أول من أشار إلى العنصر الذي نعرفه اليوم باسم الأكسجين، ثم أُعيد اكتشاف الأكسجين على يد كارل فلهلم شيله (Carl Wilhelm Scheele) قبل عام 1773، إلا أنّه لم ينشر أبحاثه إلا متأخراََ في عام 1777، وفي تلك الأثناء كان العالم جوزيف بريستلي (Joseph Priestley) قد نشر أبحاثه عن الأكسجين في عام 1775، أما العالم أنطوان لافوازييه (Antoine Lavoisier) فهو الذي سمّى الأكسجين بهذا الاسم ( بالإنجليزيّة: oxygen) الذي يتكوّن من كلمتين إغريقيتين: الكلمة الأولى οξυς أو oxys وتعني حمض أو لاذع، وكلمة γεινομαι أو geinomai بمعنى مولّد، أي أنّ كلمة أكسجين تعني مولّد الحمض، ذلك أنّ لافوازييه كان يعتقد خاطئاً أنّ جميع الأحماض تتشكّل من الأكسجين، وقد عُرف فيما بعد أنّ هناك أحماضاً لا تحتوي على الأكسجين.^[٣]

خصائص الأكسجين

فيما يأتي يعض الخصائص التي تميّز الأاكسجين:^[٣]

توجد ثلاثة نظائر للأكسجين الطّبيعي وهي: أكسجين 16، وأكسجين17، وأكسجين18، إلا أنّ أكثرها وفرة هو أكسجين 16 الذي تبلغ نسبته في الطّبيعة أكثر من 99.7 ٪.
يقع الأكسجين في المجموعة السّادسة عشر من الجدول الدّوري والتي تُعرف باسم مجموعة الكالكوجين، أما الدّورة التي ينتمي إليها فهي الدّورة الثّانية.
يتحوّل الأكسجين من الحالة الغازيّة إلى حالة السّيولة عند درجات حرارة أقل -183 درجة مئويّة، ويتصلب عند حرارة تصل إلى -219 درجة مئويّة.
يتصف الأكسجين بأن كثافته عند درجة حرارة 0 °س، وضغط جوي 101.325 كيلوباسكال تساوي 1.429 غرام / لتر.
يتميّز الأكسجين بأنه نشيط كيميائياََ، فهو يتفاعل مع اللافلزات ويكوّن معها روابط تساهميّة، ويتفاعل مع الفلزات ويكوّن معها روابط أيونيّة، وقد اكتشف العالم نيل بارتليت (Neil Bartlett) مركباََ نادراََ يدخل في تركيبه الأكسجين يُسمى ثنائي أكسجينيل (بالإنجليزيّة: Dioxygenyl) أثناء دراسته لخصائص سداسي فلورايد البلاتين.

معلومات عامة عن الأكسجين

في ما يلي بعض الحقائق والمعلومات عن الأكسجين:^[٤]

يظهر الأكسجين الصّلب، والسّائل بلون أزرق باهت، ومن الممكن الحصول على أكسجين بعدة ألوان بما في ذلك الأحمر، والوردي، والبرتقالي، والأسود.
الأكسجين عنصر لا فلزي، وهو يساعد على الاحتراق، ولا يحترق بنفسه.
يكون الأكسجين في الوضع الطّبيعي على شكل غاز ثنائي الذَّرة O2، بالإضافة إلى وجود شكل نقي آخر منه وهو الأوزون (O3).
يتصف الأكسجين بأنه مغناطيسي مساير (بالإنجليزيّة: paramagnetic) أي أن مغناطيسيته تظهر فقط في وجود مجال مغناطيسي خارجي وتزول بزواله.
يشكّل الأكسجين ما يقرب من ثلثيّ كتلة الجسم البشريّ، وذلك لأنّه يدخل في تركيب الماء الذي يوجد بوفرة في أجسامنا، ومن الجدير بالذكر أنّ ذرات الهيدروجين الذي يدخل أيضاََ في تركيب الماء توجد بوفرة أكثر من ذرات الأكسجين، إلا أنّ كتلتها ضئيلة مقارنةً بالأكسجين.
يُعد الأكسجين المثار هو المسؤول عن ظهور مزيج من اللّونين الأصفر والأخضر الذي يميّز ظاهرة الشفق القطبي (الأورورا) التي تتشكل على القطبين الشّماليّ والجنوبيّ للكرة الأرضيّة.
يؤدي وجود تركيز مرتفع من الأكسجين في خلايا الجسم إلى تكسّره إلى أيون سالب يمكن أن يتفاعل مع الحديد، الأمر الذي قد يؤدي إلى تكوّن جذر الهيدروكسيل (بالإنجليزية: Hydroxyl radical) الذي يدمّر الدهون في أغشية الخلايا.
يتكوّن الهواء الجوي الجاف من 21٪ من الأكسجين، و78٪ من النّيتروجين، و1٪ من الغازات الأخرى.
يعتقد العلماء أنّ 70% من الأكسجين الحر ينتج عن البناء الضوئيّ للطحالب الخضراء والبكتيريا الزّرقاء، وهو يفنّد الظّن الشّائع بأنّ الأشجار هي المنتج الرئيسيّ للأكسجين الحر.
يُعتقد أنّ الكائنات الحيّة كانت أكبر حجماً في عصور ما قبل التّاريخ لأنّ الأكسجين كان متوفراََ بتركيز أعلى في ذلك الوقت.

المراجع

↑ Regina Bailey (13-3-2017), “Types of Respiration”، www.thoughtco.com, Retrieved 17-4-2018. Edited.
↑ “How come plants produce oxygen even though they need oxygen for respiration?”, scienceline.ucsb.edu,8-3-2012، Retrieved 17-4-2018. Edited.
^ ^أ ^ب ^ت “Oxygen”, www.newworldencyclopedia.org,10-3-2015، Retrieved 17-4-2018. Edited.
↑ y Anne Helmenstine (2-2-2018), “Fun Oxygen Facts for Kids”، www.thoughtco.com, Retrieved 17-4-2018. Edited.