اکسیژن توسط مایکل سندی‌ووجیس قبل از سال ۱۶۰۴ جداسازی شد با این‌حال، باور عمومی رایج این است که اکسیژن توسط کارل ویلهلم شیله در اوپسالا و در سال ۱۷۷۳ یا توسط جوزف پریستلی در ویلتشر در سال ۱۷۷۴ کشف شده‌است. در میان این دو نیز به‌طور معمول تقدم کشف اکسیژن به پریستلی نسبت داده می‌شود، چرا که مقاله او زودتر از شیله چاپ شد. پریستلی اکسیژن را هوای فلوژیستون‌زدایی شده نامید و آن را به‌عنوان یک عنصر شیمیایی به‌حساب نیاورد. واژه اکسیژن در سال ۱۷۷۷ و توسط آنتوان لاووازیه رواج داده شد. لاوازیه اولین کسی بود که اکسیژن را به‌عنوان یک عنصر شیمیایی مستقل به‌شمار آورد و به‌درستی به نقش آن در سوختن اشاره کرد.
اکسیژن به صورت متداول در تولید فولاد، پلاستیک، پارچه، برشکاری اکسیژنی فولاد، پیشران راکت، اکسیژن‌درمانی و سامانه پشتیبان حیات در هواپیما، زیردریایی‌ها، پروازهای فضایی و غواصی استفاده می‌شود.
در شرایط استاندارد دما و فشار، اکسیژن، گازی بدون بو، رنگ و مزه، با فرمول شیمیایی O2 است که خود از دو اتم اکسیژن تشکیل شده‌است.
در جو زمین در حال حاضر شامل ۲۱ درصد از این گاز است. اکسیژن از راه‌های مختلفی به تولید می‌رسد. فرآیند تجزیه فوتوشیمیای (Photochemical Dissociation) که در آن مولکول‌های آب توسط اشعه ماورا بنفش شکسته می‌شوند در حدود ۱-۲ درصد از اکسیژن ما را تولید می‌کند. فرآیند دیگری که موجب تولید اکسیژن می‌شود، فوتوسنتز است که توسط گیاهان و باکتری‌های فوتوسنتزی به تولید می‌رسد.
کاربرد ها:
صنعتی
ذوب سنگ آهن برای تولید فولاد، ۵۵٪ از اکسیژن تولید شده تجاری را در دنیا مصرف می‌کند. در این فرایند، اکسیژن با کمک فشار زیاد به آهن مذاب تزریق می‌شود که موجب می‌شود ناخالصی‌های گوگرد و کربن اضافی را به‌صورت گوگرد دی‌اکسید و کربن دی‌اکسید خارج می‌کند. این واکنش‌ها گرماده هستند، بنابراین درجه حرارت آن به ۱۷۰۰ درجه سانتی‌گراد افزایش می‌یابد.
۲۵ درصد دیگر از اکسیژن تولید شده، توسط صنایع شیمیایی استفاده می‌شود. از واکنش اتیلن با اکسیژن برای ایجاد اتیلن اکساید استفاده می‌شود، که آن نیز به نوبه خود، به اتیلن گلیکول تبدیل می‌شود که مواد اولیه مورد استفاده برای تولید انبوهی از محصولات، از جمله پلیمرهای ضدیخ و پلی استر (پیش‌سازهای بسیاری از پلاستیک‌ها و پارچه‌ها) می‌باشد.
بیشتر از ۲۰٪ باقیمانده اکسیژن تولید شده تجاری در کاربردهای پزشکی، برش و جوش فلز، به‌عنوان اکسید کننده در پیشران راکت و در تصفیه آب مورد استفاده قرار می‌گیرد. در برشکاری اکسیژنی شعله بسیار داغ حاصل سوختن استیلن به همراه اکسیژن است. در این فرایند، فلزی تا ضخامت ۶۰ سانتی‌متر ابتدا با یک شعله کوچک اکسی‌استیلن گرم می‌شود و سپس به سرعت توسط یک جریان بزرگ از اکسیژن بریده می‌شود.
پزشکی
جذب اکسیژن از هوا هدف اساسی تنفس است، بنابراین از مکمل‌های اکسیژن در پزشکی استفاده می‌شود. این روش درمانی نه تنها سطح اکسیژن خون را افزایش می‌دهد، بلکه اثر جانبی مقاومت در برابر جریان خون در بسیاری از انواع بیماری های ریوی را کاهش می‌دهد و باعث می‌شود که پمپاژ قلب راحت تر شود. از اکسیژن‌درمانی برای درمان آمفیزم، سینه‌پهلو، برخی از اختلالات قلبی وبرخی از اختلالات ناشی از افزایش فشار سرخرگ ریوی و هر بیماری که بر توانایی بدن در مصرف و استفاده از اکسیژن تأثیر بگذارد استفاده می‌شود.
پزشکی با اکسیژن پرفشار یک درمان پزشکی است که از اتاق‌های اکسیژن مخصوص برای افزایش فشار نسبی اکسیژن در اطراف بیمار و در صورت نیاز کادر پزشکی استفاده می‌شود. این درمان شامل اکسیژن درمانی با فشار بیش از حد ، استفاده از اکسیژن در فشار بالاتر از فشار اتمسفر، و تسریع درمانی برای بیماری کاهش فشار با هدف کاهش اثرات مضر حباب‌های گاز با کاهش اندازه آنها و فراهم کردن شرایط بهبودی بیمار است. مسمومیت با مونوکسید کربن، گانگرن گازی و بیماری ناشی از کاهش ناگهانی فشار با این روش درمان می‌شوند. افزایش غلظت اکسیژن در ریه‌ها به جابجایی کربن مونوکسید از گروه هموگلوبین کمک می‌کند. گاز اکسیژن برای باکتری‌های بی هوازی گازی سمی است، بنابراین افزایش فشار جزئی آن باعث از بین رفتن آنها می‌شود.
بیماری فشارکاهی (DCS) در غواصی رخ می‌دهد که موجب ورود حباب‌های گاز بی‌اثر، اکثر نیتروژن و هلیوم در خون می‌شود که افزایش فشار اکسیژن در اسرع وقت به حل مجدد حباب‌ها در خون کمک می‌کند تا این گازهای اضافی از طریق ریه‌ها خارج گردند. تجویز اکسیژن نورموباریک[y] با بالاترین غلظت موجود اغلب به عنوان اولین کمک برای هرگونه صدمه غواصی که ممکن است باعث ایجاد حباب گاز بی‌اثر در بافت‌ها شود، استفاده می‌شود.
اکسیژن مایع
برای مصارف گسترده تر و در حجم‌های بیشتر بهتر است از اکسیژن مایع استفاده گردد که در مخازن کرایوژنیک حمل می‌شوند و به همراه یک وپورایزر در محل ثابتی قرار داده می‌شوند. اکسیژن مایع امکان ذخیره سازی در حجم بیشتر و حمل و نقل راحت تر را فراهم می‌کند. اکسیژن مایع جایگزین سیلندرهای اکسیژن گازی برای تأمین مطمئن و پایدارتر به بیمارستان‌ها عرضه شد. این مخازن اکسیژن مایع با طیف گسترده ای از تجهیزات که برای استفاده در بیمارستان و صنایع مناسب است مانند سیستم تامین اکسیژن مایع، تنظیم فشار و خط لوله ارائه می‌گردد.
اکسیژن گازی در فشارهای نسبی می‌تواند سمی باشد و منجر به تشنج و سایر مشکلات سلامتی شود. مسمومیت با اکسیژن معمولاً در فشارهای جزئی بیش از ۵۰ کیلو پاسکال یا ۲٫۵ برابر فشار جزئی اکسیژن در سطح دریا (۲۱ کیلو پاسکال؛ برابر با حدود ۵۰٪ از ترکیب اکسیژن در فشار عادی) رخ می‌دهد که می‌تواند برای بیمارانی که از دستگاه تنفس مصنوعی استفاده می‌کنند مشکل ایجاد کند. در ماسک اکسیژن معمولاً فقط شامل ۳۰٪ تا ۵۰٪ حجمشان را اکسیژن تشکیل می‌دهد که حدود ۳۰ کیلوپاسکال در فشار عادی یا استاندارد است.زمانی، نوزادان نارس در انکوباتورهای حاوی هوای سرشار و مملو از اکسیژن قرار می‌گرفتند، اما این عمل بعد از اینکه برخی از نوزادان با توجه به میزان اکسیژن زیاد، نابینا شدند، متوقف شد.
اکسیژن خالص در مجاورت برخی مواد سبب آتش‌سوزی سریع می‌شود. خطر آتش‌سوزی و انفجار هنگامی وجود دارد که اکسیژن و سوخت‌ها در نزدیکی یکدیگر قرار بگیرند. در هر صورت، برای شروع آتش‌سوزی یک اتفاق، مانند گرما یا جرقه، مورد نیاز است.[ اکسیژن یک سوخت نیست و اکسیدکننده محسوب می‌شود اما با این وجود، منبع اکثر انرژی شیمیایی آزاد شده در آتش‌سوزی است. ترکیبات حاوی اکسیژن و دارای پتانسیل اکسیدکنندگی زیاد مانند پراکسیدها، کلرات‌ها، نیترات‌ها، پرکلرات‌ها و دی‌کرومات‌ها به‌عنوان ترکیبات دارای خطر ایجاد آتش‌سوزی در نظر گرفته می‌شود، زیرا این ترکیبات می‌توانند منبعی مناسب برای تأمین اکسیژن مورد نیاز برای آتش باشند. اکسیژن با غلظت و تراکم بالا اجازه احتراق با سرعت و پرانرژی را می دهد. اگر اکسیژن مایع نشت شده در تماس با مواد آلی مانند چوب، فراورده‌های پتروشیمی و آسفالت قرار بگیرد، می‌تواند با بروز اولین تنش مکانیکی موجب انفجار ناگهانی این مواد شود. همچنین اکسیژن مانند سایر مایعات فوق سرد، در صورت تماس با بدن انسان، می‌تواند باعث سرمازدگی در پوست و چشم شود.
مسمویت با اکسیژن در غواصی می تواند ریه و دستگاه عصبی مرکزی را تحت تاثیر قرار دهد. تنفس طولانی مدت یک مخلوط هوا با فشار جزئی اکسیژن بیشتر از ۶۰ کیلو پاسکال می‌تواند منجر به فیبروز دائمی ریوی شود. قرار گرفتن در معرض فشارهای جزئی بیشتر از ۱۶۰ کیلو پاسکال (اتمسفر ۱٫۶ ~) می‌تواند باعث تشنج شود و معمولاً برای غواصان کشنده است. مسمومیت حاد اکسیژن (ایجاد تشنج، ترسناکترین اثر آن برای غواصان) با تنفس مخلوط هوای دارای ۲۱ درصد اکسیژن، می‌تواند در عمق ۶۶ متری یا بیشتر رخ دهد. این نوع مسمویت می‌تواند با تنفس هوایی که به‌طور ۱۰۰ درصد از اکسیژن تشکیل شده‌است، تنها در عمق شش متری رخ بدهد.
تولید اکسیژن
گاز اکسیژن خالص را می‌توان ابتدا با خنک کردن هوا از مایع کردن هوا و سپس تقطیر اجزا در دماهای مختلف بدست آورد. این فرایند می‌تواند گاز با خلوص بالا تولید کند اما انرژی بر است. این فرایند در اوایل قرن ۲۰ توسط کارل فن لینده اختراع شد و امروزه نیز برای تولید گازهای با خلوص بالای اکسیژن، نیتروژن و آرگون استفاده می‌شود. او این روش را در سال ۱۸۹۵ توسعه داد. فرایند جداسازی سرمایشی برای دستیابی به بازدهی خوب به یکپارچه سازی مبدل‌های حرارتی و ستون‌های جداسازی احتیاج دارد و تمام انرژی سردخانه از طریق فشرده سازی هوا در ورودی واحد تأمین می‌شود.
روش اصلی دیگر برای به‌دست آوردن اکسیژن، عبور جریانی از هوای تمیز و خشک از طریق بستر غربال‌های مولکولی زئولیت است که نیتروژن را جذب می‌کند و اجازه می‌دهد جریانی از گاز شامل ۹۰ تا ۹۳ درصد اکسیژن از آن عبور کند. به‌طور همزمان، با کاهش فشار محفظه و وارد کردن بخشی از اکسیژن جدا شده در بستر تولیدکننده در خلاف جهت بستر دیگر زئولیت اشباع شده با نیتروژن این گاز را آزاد می‌کند. پس از هر چرخه کامل، بسترها جابه‌جا می‌شوند، بنابراین امکان تأمین مداوم اکسیژن گازی از طریق خط لوله فراهم می‌شود.. این امر به عنوان جذب نوسان فشار[x] شناخته شده‌است و برای تولید اکسیژن در مقیاس کوچک استفاده می‌شود. گاز اکسیژن به‌طور فزاینده ای توسط این فناوری‌های غیر کریوژن حاصل می‌شود.
همچنین گاز اکسیژن از طریق الکترولیز آب تولید می‌شود، برای این کار از جریان مستقیم (DC) استفاده شود. در صورت استفاده از جریان متناوب (AC)، گازهای موجود در هر شاخه شامل هیدروژن و اکسیژن به نسبت ۲ به ۱ انفجاری تشکیل می‌شوند. برای امکان هدایت جریان الکتریکی از نسبت کمی نمک یا اسید استفاده می‌شود. در این روش اغلب از اسیدهای قوی مانند سولفوریک اسید ، و بازهای قوی مانند پتاسیم هیدروکسید و سدیم هیدروکسید به دلیل توانایی هدایت قوی به عنوان الکترولیت استفاده می‌شود. یکی دیگر از فناوری جداسازی هوا، وارد کردن نیرو برای انحلال هوا از طریق غشاهای سرامیکی مبتنی بر دی‌اکسید زیرکونیوم است که با فشار زیاد یا با جریان الکتریکی صورت می‌گیرد تا اکسیژن خالص تولید گردد.
تهیه گاز اکسیژن در آزمایشگاه
روشهای تولید برای اکسیژن به مقدار عنصر مورد نظر بستگی دارد. روشهای آزمایشگاهی شامل موارد زیر است:
1- تجزیه حرارتی نمک‌های خاص مانند کلرات پتاسیم یا نیترات پتاسیم
2- تجزیه حرارتی اکسیدهای فلزات سنگین
3- تجزیه حرارتی پراکسیدهای فلز یا پراکسید هیدروژن
الکترولیز آب حاوی نسبت کمی نمک یا اسید برای امکان هدایت جریان الکتریکی
