أشكال الأكسجين المتآصلة

توجد عدة أشكال متآصلة معروفة للأكسجين . وأكثرها شيوعًا هو الأكسجين الجزيئي ( O₂ ₎ ، الموجود بنسب كبيرة في الغلاف الجوي للأرض ، ويُعرف أيضًا باسم الأكسجين الثنائي أو الأكسجين الثلاثي . ومنها أيضًا الأوزون شديد التفاعل ( O₃ ₎ . ومن الأشكال الأخرى:

• الأكسجين الذري ( O ₁ )، وهو جذر حر .
• الأكسجين الأحادي ( O ^* ₂ )، أحد حالتين شبه مستقرتين للأكسجين الجزيئي.
• الأكسجين الرباعي ( O4 )، _وهو شكل آخر غير مستقر.
• الأكسجين الصلب ، الموجود في ستة أطوار مختلفة الألوان، أحدها هو الأكسجين الثماني ( O ₈ ، الأكسجين الأحمر) والآخر معدني (ζ-الأكسجين).

الأكسجين الذري، الذي يُرمز له بـ O أو O ₁ ، شديد التفاعل، إذ تميل ذرات الأكسجين إلى الارتباط بسرعة مع الجزيئات المجاورة. أدنى حالة طاقة إلكترونية له هي حالة ثلاثية الدوران ، ويُرمز لها بالرمز ^3P . يوجد الأكسجين بشكل طبيعي على سطح الأرض لفترة قصيرة جدًا. أما في الفضاء الخارجي ، فيؤدي وجود كميات وفيرة من الأشعة فوق البنفسجية إلى تكوين غلاف جوي في مدار أرضي منخفض ، حيث يوجد 96% من الأكسجين في صورة ذرية. ^{[ 7 ]}

تم رصد الأكسجين الذري على سطح المريخ بواسطة مارينر وفايكينغ ومرصد SOFIA . ^{[ 8 ]}

يُعرف الشكل التآصلي الشائع للأكسجين العنصري على الأرض، O₂ _، عمومًا باسم الأكسجين، ولكن قد يُطلق عليه أيضًا اسم ثنائي الأكسجين ، أو الأكسجين ثنائي الذرة ، أو الأكسجين الجزيئي ، أو ثاني أكسيدون ، أو غاز الأكسجين، وذلك لتمييزه عن العنصر نفسه وعن الشكل التآصلي ثلاثي الذرات _، الأوزون ، O₃ . ^{[ 9 ] [ 10 ]} وباعتباره مكونًا رئيسيًا (حوالي 21% من الحجم) للغلاف الجوي للأرض ، يُصادف الأكسجين العنصري غالبًا في صورته ثنائية الذرة. تستخدم الكائنات الهوائية ثنائي الأكسجين الجوي كمؤكسد نهائي في التنفس الخلوي للحصول على الطاقة الكيميائية . تُعرف الحالة الأرضية لثنائي الأكسجين باسم الأكسجين الثلاثي ، ^³ [ O₂ ] ، لاحتوائه على إلكترونين منفردين. أما الحالة المثارة الأولى، وهي _{الأكسجين} الأحادي ، ^¹ [ O₂ _] ، فلا تحتوي على إلكترونات منفردة وهي حالة شبه مستقرة . تتطلب حالة الثنائي عددًا فرديًا من الإلكترونات، وبالتالي لا يمكن أن تحدث في الأكسجين الجزيئي دون اكتساب أو فقدان الإلكترونات، كما هو الحال في أيون فوق الأكسيد ( O − 2 ) أو أيون ثنائي الأكسجينيل ( O + 2 ).

يبلغ طول الرابطة في الحالة الأرضية لجزيء الأكسجين (O₂ ₎ 121 بيكومتر ، وطاقة الرابطة 498 كيلوجول/مول. ^{[ 11 ]} وهو غاز عديم اللون، درجة غليانه -183 درجة مئوية (90 كلفن؛ -297 درجة فهرنهايت) . ^{[ 12 ]} ويمكن تكثيفه من الهواء بتبريده باستخدام النيتروجين السائل ، الذي تبلغ درجة غليانه -196 درجة مئوية (77 كلفن؛ -321 درجة فهرنهايت) . يتميز الأكسجين السائل بلونه الأزرق الباهت، وهو بارامغناطيسي بشكل ملحوظ بسبب الإلكترونات غير المزدوجة؛ إذ ينجذب الأكسجين السائل الموجود في قارورة معلقة بخيط إلى المغناطيس.        

الأكسجين ثلاثي الذرات (الأوزون، O3 ) هو أحد أشكال الأكسجين شديدة التفاعل _، وهو غاز أزرق باهت في الظروف القياسية من درجة الحرارة والضغط . يتميز الأوزون السائل والصلب بلون أزرق أغمق من الأكسجين العادي ₍ O2 ₎ ، وهما غير مستقرين وقابلين للانفجار. ^{[ 13 ] [ 14 ]} في حالته الغازية، يُعد الأوزون مُدمرًا لمواد مثل المطاط والأقمشة ، كما أنه يُلحق الضرر بأنسجة الرئة . ^{[ 15 ]} يمكن الكشف عن آثاره من خلال رائحة نفاذة تُشبه رائحة الكلور ، ^{[ 12 ]} تنبعث من المحركات الكهربائية وطابعات الليزر وآلات التصوير ، حيث يتكون عند تعرض الهواء لتفريغ كهربائي. أطلق عليه اسم "أوزون" في عام 1840 من قبل كريستيان فريدريش شونباين ، ^{[ 16 ]} من اليونانية القديمة ὄζειν (ozein: "يشم") بالإضافة إلى اللاحقة -on ، والتي كانت شائعة الاستخدام في ذلك الوقت للدلالة على مركب مشتق وتم تحريفها إلى الإنجليزية لتصبح -one . ^{[ 17 ]}

الأوزون غير مستقر ديناميكيًا حراريًا ويميل إلى التفاعل نحو شكل الأكسجين الأكثر شيوعًا. يتكون الأوزون من تفاعل جزيء الأكسجين (O₂ ₎ مع الأكسجين الذري الناتج عن تحلل جزيء الأكسجين (O₂ ₎ بفعل الأشعة فوق البنفسجية في طبقات الجو العليا . ^{[ 13 ]} يمتص الأوزون الأشعة فوق البنفسجية بقوة، وفي طبقة الستراتوسفير يعمل كدرع واقٍ للغلاف الحيوي ضد التأثيرات المطفرة وغيرها من التأثيرات الضارة للأشعة فوق البنفسجية الشمسية (انظر طبقة الأوزون ). ^{[ 13 ]} يتكون أوزون التروبوسفير بالقرب من سطح الأرض نتيجة التحلل الكيميائي الضوئي لثاني أكسيد النيتروجين في عوادم السيارات . ^{[ 18 ]} يُعد الأوزون على مستوى سطح الأرض ملوثًا للهواء ، وهو ضار بشكل خاص لكبار السن والأطفال والأشخاص الذين يعانون من أمراض القلب والرئة مثل انتفاخ الرئة والتهاب الشعب الهوائية والربو . [ ^{19 ] ينتج} الجهاز المناعي الأوزون كمضاد للميكروبات (انظر أدناه). ^{[ 20 ]}

كان يُشتبه بوجود الأكسجين الرباعي منذ أوائل القرن العشرين، حين كان يُعرف باسم الأوكسوزون. وقد تم التعرف عليه عام ٢٠٠١ من قِبل فريق بقيادة فولفيو كاكاس في جامعة روما. ^{[ ٢١ ]} كان يُعتقد أن جزيء O₄ موجود في إحدى حالات الأكسجين الصلب التي تم تحديدها لاحقًا باسم O₈ . اقترح _فريق كاكاس أن O₄ يتكون على الأرجح من جزيئين _من O₂ على شكل دمبل، _{مرتبطين} معًا بشكل ضعيف بقوى تشتت ثنائي القطب المستحث _.

تشير التحليلات الحسابية للشكل المتآصل ذي الخمسة ذرات أكسجين إلى أنه سيكون له بنية تشبه بنية السيكلوبنتان مع شكل غلاف . ^{[ 22 ]}

تشير التحليلات الحاسوبية للشكل المتآصل ذي الست ذرات أكسجين إلى أنه سيكون له بنية تشبه بنية السيكلوهكسان مع أشكال الكرسي والالتواء . ^{[ 22 ]}

توجد ستة أطوار متميزة معروفة للأكسجين الصلب. أحدها عبارة عن عنقود O8 _ذي لون أحمر داكن . عندما يتعرض الأكسجين لضغط 96 جيجا باسكال، يصبح فلزيًا ، على غرار الهيدروجين ، ^{[ 23 ]} ويصبح أقرب إلى عناصر الكالكوجين الأثقل ، مثل السيلينيوم (الذي يظهر لونًا ورديًا محمرًا في حالته العنصرية)، والتيلوريوم، والبولونيوم ، وكلاهما يُظهر خصائص فلزية ملحوظة. عند درجات حرارة منخفضة جدًا، يصبح هذا الطور أيضًا فائق التوصيل . 

• باركس، جي دي؛ ميلور، جي دبليو (1939). كيمياء ميلور اللاعضوية الحديثة (  الطبعة السادسة). لندن: لونجمانز، جرين وشركاه.
• ستويرتكا، ألبرت (1998). دليل العناصر (  طبعة منقحة). مطبعة جامعة أكسفورد. ISBN 0-19-508083-1.
• تحليل نظري لبعضها، ومراجع أساسية لبعضها الآخر: غادجييف، أوليغ ب.؛ إغناتوف، ستانيسلاف ك.؛ كوليكوف، ميخائيل يو.؛ فيجين، ألكسندر م.؛ رازوفاييف، أليكسي ج.؛ سينيكوف، بيتر ج.؛ شريمز، أوتو (2013). "بنية وطاقة وترددات اهتزاز متآصلات الأكسجين O _n ( n ≤ 6) في الأشكال المرتبطة تساهميًا وفان دير فالس: دراسة من المبادئ الأولى على مستوى CCSD(T)" (ملف PDF) . مجلة الكيمياء النظرية والحسابية . 9 (1): 247-262 . doi : 10.1021/ct3006584 . PMID 26589027 .