Happi
| |||||
| Yleistä | |||||
| Nimi | Happi | ||||
| Tunnus | O | ||||
| Järjestysluku | 8 | ||||
| Luokka | epämetalli | ||||
| Lohko | p | ||||
| Ryhmä | 16,happiryhmä | ||||
| Jakso | 2 | ||||
| Tiheys | 0,00143 · 103kg/m3 | ||||
| Väri | väritön, nestemäisenä sinertävää | ||||
| Löytövuosi, löytäjä | 1774,Joseph Priestley,Carl Wilhelm Scheele (Michał Sędziwój) | ||||
| Atomiominaisuudet | |||||
| Atomipaino(Ar) | 15,9994 | ||||
| Atomisäde,mitattu (laskennallinen) | 60 (48)pm | ||||
| Kovalenttisäde | 73 pm | ||||
| Van der Waalsin säde | 152 pm | ||||
| Orbitaalirakenne | [He] 2s22p4 | ||||
| Elektronejaelektronikuorilla | 2, 6 | ||||
| Hapetusluvut | -II,-I | ||||
| Kiderakenne | kuutiollinen | ||||
| Fysikaaliset ominaisuudet | |||||
| Olomuoto | kaasu | ||||
| Sulamispiste | 54,36K(−218,79°C) | ||||
| Kiehumispiste | 90,20 K (−182,962 °C) | ||||
| Moolitilavuus | (25 °C) 17,36 · 10−3m3/mol | ||||
| Höyrystymislämpö | (O2) 6,82 kJ/mol | ||||
| Sulamislämpö | (O2) 0,444 kJ/mol | ||||
| Höyrynpaine | 1 000Pa61 K:ssa | ||||
| Äänen nopeus | 330m/s295 K:ssa | ||||
| Muuta | |||||
| Elektronegatiivisuus | 3,44 (Paulingin asteikko) | ||||
| Ominaislämpökapasiteetti | 0,918 (O2) kJ/(kg K) | ||||
| Lämmönjohtavuus | (300 K) 0,02658W/(m·K) | ||||
| CAS-numero | 7782-44-7 | ||||
| Tiedotnormaalilämpötilassa ja -paineessa | |||||
Happionalkuaine,jonkakemiallinen merkkionO(lat.oxygenium),järjestysluku8 jaatomimassaIUPACinstandardin mukaisesti [15,99903;15,99977]amu[1].Esiintyessään vapaana alkuaineena se on tavallisissa lämpötiloissakaasuna,ja sitä on Maanilmakehässänoin 21 %. Luonnossa sitä on runsaasti myös erilaisissayhdisteissä,muun muassavedessä,joka onvedynja hapen yhdiste, sekä lukuisissa maa- ja kallioperänmineraaleissa,joista monet ovat erilaisia hapen ja muiden alkuaineiden muodostamia yhdisteitä. Happi on yleisin alkuaine maankuoressa, jossa sitä on noin 47 %.[2]
Vapaa happi reagoi herkästi monien muiden aineiden kanssa. Se ylläpitääpalamista,ja se on myös useimpieneliöidenelämälle välttämätöntä. Sitä vapautuu kasvienyhteyttämisessäja kuluusoluhengityksessä.[2]
Ominaisuudet
[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]Happimolekyyli (O2) muodostuu kahden happiatomin liitoksesta, ja esiintyy kaasumaisena huoneenlämpötilassa. Happi on tärkeä ainesosailmakehässä,jossa sitä on 21 %.[2]Nestehappi ja kiinteä happi ovat vaaleansinisiä, ja molemmat ovat hyvinparamagneettisiaaineita. Happimolekyylin elektronikonfiguraatio on epätavallinen: happi on perustilassaan tripletti, jolloin sen kahdella uloimmalla molekyyliorbitaalilla on yksi elektroni, joiden spinit ovat samansuuntaiset. Nämä orbitaalit eivät pysty muodostamaan sidoksia, jonka vuoksi happi ondiradikaalija siitä käytetään nimitystätriplettihappi(tripletti tarkoittaa multiplisiteettia eli kvanttiluvun arvojen lukumäärää, joka on 3). Perustilan happi (triplettihappi) voi reagoida virittyneessä triplettitilassa olevan molekyylin kanssa, jolloin muodostuu reaktiivinen singlettihappimolekyyli.[3]
Otsoni(O3) on hapen ns.allotrooppinenmuoto, jossa yhdessämolekyylissäon kolme happiatomiakahden sijasta. Korkealla ilmakehässäotsonikerroson välttämätön elämän säilymiseksi maapallolla, mutta alempana ilmakehässä esiintyessään otsoni on erittäin pahaympäristömyrkkyja suurina pitoisuuksina tappava.
Vuonna 2001 löytyi neljäs allotrooppinen muoto O4,syvänpunainen yhdiste, joka syntyy paineistamalla O220 GPa:n paineeseen. Sitä tutkitaan rakettipolttoainekäyttöä varten, koska se on voimakkaampihapetinkuin O2tai O3.
Avaruudessa happea esiintyy Maan lähiavaruudessa suhteellisen runsaasti myös atomaarisena (O). Atomaarinen happi on aina 900 km korkeillesatelliittienkiertoradoilleasti ongelma, koska se reagoidessaan satelliitin pintamateriaalien kanssa muuttaa niiden säteily- ja absorbointi-ominaisuuksia, ja sitä kautta satelliitin lämpötilaa.
Happea voidaan valmistaa laboratoriossavetyperoksidista(H2O2). Teollisuus valmistaa happea ilmakehästä alhaisessa lämpötilassa tislaamalla.[2]
Happi reagoi helposti monien aineiden kanssa. Korkeissa lämpötiloissa monet aineet reagoivat hapen kanssa kiivaasti ja runsaasti lämpöä vapauttaen; tällöin nepalavat.
Suuremmissa paineissa happi voi olla myrkyllistä. Tietyt johdokset ja yhdisteet kuten otsoni, vetyperoksidi,hydroksyyliradikaalitovat myös hyvin myrkyllisiä. Tiettyjä kemiallisesti reaktiivisia hapen muotoja tai happea sisältäviä yhdisteitä kutsutaan reaktiivisiksi happiyhdisteiksi (engl.reactive oxygen species,ROS). Reaktiivisista happiyhdisteistä tärkeimmät ovat superoksidiradikaali (O2-), vetyperoksidi (H2O2), singlettihappi (1O2) ja hydroksyyliradikaali. Joillakin reaktiivisilla happiyhdisteillä on yksi tai useampi pariton elektroni, jolloin ne luokitellaan vapaiksi radikaaleiksi (·OH, O2-). Toiset taas eivät ole vapaita radikaaleja (H2O2,1O2). Useimmat reaktiiviset happiyhdisteet ovat hapettavia, ja tyypillinen reaktiivisen happiyhdisteen aiheuttama vaurio on proteiinin tai lipidin hapettuminen. Hapettavuutensa perusteella reaktiivisista happiyhdisteistä haitallisimmat ovat hydroksyyliradikaali ja singlettihappi, joka reagoi erityisen helposti kaksoissidoksia sisältävien yhdisteiden kanssa.[3]
Korkea happipitoisuus muodostaa tulipalo- ja räjähdysvaaran palavien aineiden kanssa. Esimerkiksi nestehappeen sekoitettuna hieno sahajauho muodostaa räjähdysaineen.
Käyttö
[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]Teollisuudessa hapella on käyttöä voimakkaana hapettimena. Sitä käytetään varsinkinteräs- jakemianteollisuudessa.[2]Nestehappeakäytetään nestemäistäajoainettakäyttävissäraketeissahapettimena. Hapella on myös lääketieteellistä käyttöä sairaaloissa, etenkin anestesiassa ja hengityselinsairaiden hengitykseen. Lisäksi happea käytetään hitsauksessa.
Happi on elämän kannalta tärkeä alkuaine. Happikaasu on monille eliöille elinehto. Happi muodostaa vedyn kanssavettä,joka on välttämätöntä tuntemamme elämän muodostumiselle. Elämän syntyhistoriassa otsonikerroksen muodostuminen oli tärkeä vaihe, joka mahdollisti elämän levittäytymisen maalle, koska ilman otsonikerroksen suojaa eliöt altistuisivat liialliselle ultraviolettisäteilylle.
Historia ja nimeäminen
[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]Puhdasta happea erottisalpietaristaOlaus Borrichiusvuonna 1678, vuosisataa aiemmin saman menetelmän oli kuvannut Sendivogius, joka oli myös esittänyt, että tätä "elämää ruokkivaa" ainetta löytyy ilmasta. Jo 1600-luvulla tiedettiin, ettäsalpietaristairtoaa kuumennettaessa jotakin kaasua, mutta vanha käsitys, jonka mukaanilmaolisi alkuaine, vaikeutti pitkään tämän kaasun tunnistamista.[2]
Myöhemmin hapen löysi vuonna 1772 myösCarl Wilhelm Scheele,joka valmisti sitä kuumentamallaelohopeaoksidia,mutta tätä löytöä ei heti tunnustettu. Itsenäisesti sen löysiJoseph Priestleyvuonna 1774. Kansainvälisen nimenoxygeniumantoiAntoine Lavoisiervuonna 1774. Nimi merkitseehappoja muodostavaaja johtuu siitä, että Lavoisier arveli sen olevan oleellisena osana kaikissahapoissa.[2]Myöhemmin on kuitenkin osoittautunut, että esimerkiksifluorivetytaisuolahappoeli vetykloridi ei sisällä happea. Lavoisier selvitti myös hapen merkityksenpalamisessaja osoitti täten aikaisemmin yleisesti hyväksytynflogistonteorian vääräksi.[2]
Suomenkielinen nimityshappiesiintyi ensi kerranJulius Krohninvuonna 1862 julkaisemassa teoksessaKemiallisia tiedesanoja.Hieman aiemmin kehitettyä uudissanaahappooli käytetty hapen tai oksidin merkityksessä jo 1840-luvulla. Molemmat on johdettu vanhasta suomen kielen sanastahapan;vastaavasti ruotsin kielessä happea tarkoittava sanasyreon johdos hapanta tarkoittavasta sanastasur.[4]
Katso myös
[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]Lähteet
[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]- ↑Michael T. Wieser & Tyler B. Coplen: Atomic Weights of the Elements 2009 (IUPAC technical report).Pure and Applied Chemistry,2011, 83. vsk, nro 2. IUPAC.Artikkelin verkkoversio.Viitattu 15.6.2011.(englanniksi)
- ↑abcdefghMarko Hamilo:Tuntemamme elämä vaatii happeaHelsingin Sanomat, alkuainesarjan artikkeli hapesta.Arkistoitu10.2.2010. Viitattu 7.7.2010.
- ↑abElina Vapaavuori, Eva-Mari Aro & Esa Tyystjärvi:Fotosynteesi,s. 192. BoD – Books on Demand, 2017.
- ↑Kaisa Häkkinen:Nykysuomen etymologinen sanakirja,s. 170–171, 1561. Helsinki: WSOY, 2004.ISBN 951-0-27108-x.
Aiheesta muualla
[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]
- Hapen kansainvälinen kemikaalikortti
- Syväjäähdytetyn hapen kansainvälinen kemikaalikortti
- Turvallisuusohje (OVA-ohje): Happi(Arkistoitu– Internet Archive)
- Human Metabolome Database: Oxygen(englanniksi)
- KEGG: Oxygen(Arkistoitu– Internet Archive)(englanniksi)
- Periodictable: Technical data for Oxygen(englanniksi)
- Kokeita nestemäisellä hapella:http://koti.mbnet.fi/antitz/dime(Arkistoitu– Internet Archive).
- Luettelo hapen isotoopeistaThe Isotopes Project Home Page(englanniksi))
argon(E 398) | butaani(E 943a) | happi(E 948) | helium(E 939) | hiilidioksidi(E 290) | isobutaani(E 943b) | propaani(E 944) | typpi(E 941) | typpimonoksidi(E 942) | vety(E 949)
| ||||||||||||||
