Syre

Syre eller oxygen (latin: Oxygenium) är ett grundämne med tecknet O och atomnummer 8. För att minska risken för förväxling på svenska med syra och som en internationell anpassning kallar man ibland, till exempel på gastuber, ämnet för oxygen. Syre är vid standardtryck och -temperatur (STP) en gas, syrgas, O₂, som förekommer i atmosfären i en halt av cirka 21 volymprocent. O₂ benämns ofta "molekylärt syre". En mindre andel finns i formen O₃, ozon.

Med en pulsoximeter kan man mäta pulsen och syremättnaden i blodet med hjälp av ljus. En normal saturation hos en lungfrisk vuxen person ska ligga på mellan 96 och 100% (på bilden visar mätaren ett värde på 97% syremättnad).

Syre
Nummer 8 Tecken O Grupp 16 Period 2 Block p
O ↓ S Kväve ← Syre → Fluor     [He] 2s2 2p4             8O                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         Urladdningsrör Emissionsspektrum
Generella egenskaper
Relativ atommassa	15,999 (15,99903–15,99977) u
Utseende	Färglös i gasform Svagt blå i vätskeform
Allotroper	Syrgas (O2) Ozon (O3) Oxozon (O4)
Fysikaliska egenskaper
Densitet vid 0 °C och 101,325 kPa	1,429 g/L
– flytande, vid kokpunkten	1,141 g/cm3
Aggregationstillstånd	Gas
Smältpunkt	54,36 K (−218,79 °C)
Kokpunkt	90,188 K (−182,962 °C)
Trippelpunkt	54,361 K (−218,789 °C) 0,1463 kPa
Kritisk punkt	154,581 K (−118,569 °C) 5,043 MPa
Molvolym	17,36 × 10−6 m³/mol
Smältvärme	0,444 kJ/mol
Ångbildningsvärme	5,58 kJ/mol
Specifik värmekapacitet	920 J/(kg × K)
Molär värmekapacitet	29,378 J/(mol × K)
Ångtryck Tr. (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k Te. (K) 61 73 90
Atomära egenskaper
Atomradie	60 pm
Kovalent radie	66 pm
van der Waalsradie	152 pm
Elektronaffinitet	141 kJ/mol
Jonisationspotential	Första: 1 313,9 kJ/mol Andra: 3 388,3 kJ/mol Tredje: 5 300,5 kJ/mol Fjärde: 7 469,2 kJ/mol (Lista)
Elektronkonfiguration
Elektronkonfiguration	[He] 2s2 2p4
e− per skal	2, 6
Kemiska egenskaper
Oxidationstillstånd	2, 1, −1, −2
Elektronegativitet	3,44 (Paulingskalan) 3,61 (Allenskalan)
Normalpotential	1,23 V
Diverse
Kristallstruktur	Kubisk
Ljudhastighet	317,5 m/s
Värmeledningsförmåga	0,02658 W/(m × K)
Magnetism	Paramagnetisk
Magnetisk susceptibilitet	1,9 × 10−6
Brytningsindex	1,000271
Identifikation
CAS-nummer	7782-44-7
EG-nummer	231-956-9
Pubchem	977
ATC-kod	V03AN01
RTECS-nummer	RS2060000
Historia
Namnursprung	Från grekiska oxy-, både 'form' och 'syra', och -gen, vilket betyder ”syrabildande”.
Upptäckt	Carl Wilhelm Scheele (1772)
Namngivare	Antoine Lavoisier (1777)
Stabilaste isotoper
Nuklid NF t1/2 ST SE (MeV) SP 15O {syn.} 122,24 s β+ 2,754 15N 16O 99,762 % Stabil 17O 0,038 % Stabil 18O 0,2 % Stabil 19O {syn.} 26,464 s β− 4,821 19F
Säkerhetsinformation
Säkerhetsdatablad: Sigma-Aldrich
Globalt harmoniserat system för klassifikation och märkning av kemikalier GHS-märkning av farliga ämnen enligt EU:s förordning 1272/2008 (CLP) på grundval av följande källa: Oxiderande Gasflaska
H-fraser	H270, H280
P-fraser	P244, P220, P370+376, P403
EU-märkning av farliga ämnen EU-märkning av farliga ämnen enligt EU:s förordning 1272/2008 (CLP) på grundval av följande källa: Oxiderande (O)
R-fraser	R8
S-fraser	S(2), S17
NFPA 704 0 3 2 ox
SI-enheter och STP används om inget annat anges.

Egenskaper

Tvåatomigt syre, O₂

Molekylorbitaler för tvåatomigt syre. Bilden visar elektronkonfigurationen för grundtillståndet; elektronerna i π*-orbitalerna har parallella spinn så molekylen är i triplettillstånd.

Syre förekommer vid standardtryck och -temperatur som en tvåatomig gas, O₂ (syrgas), där bindningen förenklat kan beskrivas som en kovalent dubbelbindning.

En ovanlighet med syremolekylen är att dess grundtillstånd är vad man kallar triplett, då den har två oparade elektroner med parallella spinn (de är annars vanligen ordnade som elektronpar med antiparallella spinn). Detta medför att syre under normala förhållanden i rumstemperatur är mindre reaktivt med de flesta andra ämnen än det annars hade varit, på grund av den mängd aktiveringsenergi som krävs.

Syremolekylen har tre spinn-isomerer; förutom grundtillståndets triplettillstånd, finns det två isomerer som istället har parade elektroner och därmed är i så kallat singlettillstånd. Redan vid den första exciterade nivån, alltså efter ett första energiupptag, är syremolekylen i ett singlettillstånd, som gör den mycket reaktiv med andra ämnen (det blir nu möjligt då de flesta andra molekyler är i singlettillstånd).

O₂ bildar stabila kemiska föreningar med de flesta andra grundämnen. Syre är ett starkt oxidationsmedel och förbränning i luft är vanligen oxidering av brännbara material under stark värmeutveckling. Korrosion innebär i vissa fall en långsam oxidering med bildning av ett oxidskikt på metallen i fråga. Järnets korrosionsprodukter kallas rost.

En liten mängd syre kan lösa sig i vatten, tillräckligt för djurlivet i vattnet (se nedan). Syre i fast och vätskeform har en blekt blå färg. Himlens blåa färg beror dock inte på detta, utan på Rayleigh-spridning.

Syrgas är luktfritt.

Allotropa former

På jorden är den vanligaste allotropa formen av syre O₂, syrgas eller dioxygen.

Ozon, O₃

Den mindre vanliga formen är ozon (O₃), en gas som har en frän lukt och är giftig för människor (se marknära ozon). Den treatomiga ozonmolekylen är termodynamiskt instabil gentemot den vanliga tvåatomiga formen. Ozon bildas dock kontinuerligt i övre delen av jordens atmosfär med hjälp av kortvågig ultraviolett strålning från solen. Ozon skyddar i sin tur livet på jorden genom att blockera en stor del av UV-strålningen (särskilt det farliga ultraviolett typ C våglängd 100–280 nm).

Rött syre, O₈

1924 upptäckte Gilbert Newton Lewis magnetiska anomalier i flytande syre som verkade komma från en tredje allotrop som han trodde var O₄. 80 år senare kunde man fastställa att det berodde på att par av O₂-molekyler med antiparallella spinn tillfälligt parade ihop sig till O₄, som alltså inte är stabil.

Fast syre som normalt är blått blir vid högt tryck rött, vilket beror på allotropen O₈.

Isotoper

Syre har sjutton kända isotoper med massor från 12,03 u till 28,06 u. Tre av dem är stabila, ¹⁶O, ¹⁷O och ¹⁸O, av vilka ¹⁶O är den allmänt förekommande (mer än 99,7 %). De radioaktiva isotoperna har alla halveringstider på mindre än tre minuter.

Innan atommassenheten u definierades (baserat på ¹²C) hade syre getts atommassan 16. Eftersom fysiker ofta endast syftade på ¹⁶O medan kemister talade om den naturliga blandningen av isotoper så förekom det olika viktskalor.

Förekomst

Syre är universums tredje vanligaste grundämne, endast överträffat av väte och helium. Syre bildas främst i tunga stjärnor genom alfaprocessen, fusion av en kolkärna och en heliumkärna.

Syre är den största grundämneskomponenten i jordskorpan, 49 % av dess massa utgörs av syre. Syre är även den näst största komponenten av hela jorden (28 % av massan), den största komponenten i oceanerna (86 % av massan) samt den näst största komponenten av atmosfären (20,947 % av volymen), efter kväve. Som grundämne förekommer syre i atmosfären och löst i haven. Vid temperaturen 25 °C och trycket 1 atm (av luft) kommer en liter vatten att lösa upp ungefär 6,04 kubikcentimeter (8,63 mg, 0,270 mmol) syre. Havsvatten kan lösa upp cirka 4,9 cm³ (7,0 mg, 0,22 mmol). Vid 0 °C kommer lösligheten att öka till 10,29 cm³ för vatten och 8,0 cm³ för havsvatten. Denna skillnad är mycket viktigt för livet i haven, eftersom vatten nära polerna kan försörja mycket mera liv per volymenhet på grund av det höga innehållet syre.

Biologisk betydelse

Trots syrets reaktivitet förekommer det i jordatmosfären i en unikt hög halt. Andra himlakroppar i solsystemet kan ha en låg syrehalt i sina atmosfärer – denna bildas då av kemisk fotodissociation på grund av solens UV-ljus. Jordatmosfärens syre produceras nästan enbart genom biologisk fotosyntes. Rent syre tros ha dykt upp i stora mängder redan under tidiga proterozoikum, för cirka 2 miljarder år sedan. Syret löstes i haven och reagerade med järn, men för omkring 2,7 miljarder år sedan började syret frigöras till atmosfären, eftersom det från denna tid och framåt förekommer rostiga järnrika mineraler.

Syre är ett livsviktigt ämne för alla flercelliga organismer, eftersom det ingår både som byggmaterial och som energibuffert i cellandningens energiomvandling. Brist på syre leder till kvävning. Ren syrgas är dock mycket giftigt, då den orsakar massiv bildning av fria radikaler i den biologiska organismen. Det biologiska livet var i begynnelsen inte anpassat till syrets giftighet, men vissa grupper av mikrober anpassade sig till högre syrgashalt i atmosfären. Några grupper av bakterier och arkéer lever under syrefria förhållanden, t.ex. havsbottnar och dyiga sjöbottnar, och dessa har ofta bevarat sin ursprungliga känslighet för det giftiga syret.

Föreningar

På grund av sin höga elektronegativitet kan syre bilda föreningar med nästan alla andra grundämnen, av detta har fenomenet oxidation fått sitt namn. De enda grundämnen som inte kan oxideras är fluor samt några av ädelgaserna. Många av ädelmetallerna (till exempel guld och platina) är dock mycket motståndskraftiga mot direkta reaktioner med syre.

Biologiskt viktiga syreföreningar är bland annat vatten och koldioxid (CO₂). Organiska föreningar innehåller ofta syre i form av hydroxyl-radikaler -OH, bland annat alkoholer och socker, organiska syragrupper -COOH och aldehyder -CHO. Eftersom syre är det tredje vanligaste grundämnet i universum är också OH-radikalen och vattenmolekylen H₂O universums vanligaste fleratomiga molekyler. Åtskilliga syror, såväl oorganiska som organiska innehåller syre.

Framställning

Syre framställs industriellt vanligen genom destillation av luft. Först rengörs luften som sedan kondenseras och leds in i en kolonn. I kolonnen värms luften långsamt och syre, jämte argon och kväve, avkokas och utvinns vid respektive kokpunkt.

För exempelvis laboratoriebruk kan syrgas framställas genom elektrolys av vatten.

Användningsområden

Eftersom målet med människors andning är att uppta syre används syre inom sjukvården för att underlätta andning. Vid bestigning av berg på så hög höjd att lufttrycket blir för lågt för att människan ska kunna tillgodogöra sig tillräckligt med syre utnyttjas ofta medhavda syrgastuber. I rymddräkter används oftast rent syre vid ett reducerat tryck, omkring en tredjedel av trycket vid jordytan. Rymddräktens bärare får då ungefär normalt deltryck av syre i blodet, samtidigt som dräkten inte blir så styv som en dräkt fylld med gas vid normalt lufttryck skulle bli.

Syrgas blandad med vätgas i proportionen 1:2 bildar knallgas. Precis som namnet antyder så blir det en stor knall när gasen antänds och restprodukten från den våldsamma reaktionen är vattenånga. I verkstadsindustrin används syre vid gassvetsning, skärning, lödning, tillämpningar av plasma och laser och vid tillverkning av stål och metanol. Syre kan också användas som oxideringsmedel i en raketmotor.

I pappersindustrin används syre för att bleka pappersmassa.

Syre har E-nummer E 948.

Historia

Carl Wilhelm Scheele

Syre beskrevs första gången vetenskapligt av den polske alkemisten Michael Sendivogius under slutet av 1500-talet. Han kallade gasen som avges av uppvärmt salpeter för "livets elixir".

Syre upptäcktes mer kvantitativt av den svenske apotekaren Carl Wilhelm Scheele någon gång före 1773, men upptäckten publicerades inte förrän efter att Joseph Priestley den 1 augusti 1774 upptäckte vad han kallade deflogistoniserad luft (se flogiston). Priestley publicerade sina upptäckter 1775 och Scheele 1777, varför Priestley ofta ges äran för upptäckten. Både Scheele och Priestley producerade syre genom att värma upp kvicksilver(II)oxid.

Scheele kallade gasen 'eldluft' eftersom den var den enda kända gasen som kunde upprätthålla förbränning. Senare upptäcktes att gasen är nödvändig för allt djurliv och den kallades även "livsviktig luft". Slutligen gav Antoine Laurent Lavoisier gasen namnet oxygen, vilket betyder "syra-bildare" på grekiska. Man trodde då felaktigt att alla syror innehåller syre. Det svenska namnet syre härstammar även från detta.

Se även

• Aerob – en process eller organism som kräver syre
• Fotosyntes – en process på jorden som producerar syre
• Förbränning – en process där ett bränsle reagerar med ett oxidationsmedel, vanligtvis syrgas

Referenser

Den här artikeln är helt eller delvis baserad på material från engelskspråkiga Wikipedia, tidigare version.

Källförteckning

• Steven Zumdahl: Chemistry

Externa länkar

• Wikimedia Commons har media som rör Syre.
  Bilder & media
• Slå upp syre i ordlistan Wiktionary.
  Ordbok