Oksigen adalah unsur kimia dengan simbol O dan nomor atom 8. Dalam tabel periodik, oksigen terletak di golongan 16 (kelompok kalkogen) dan periode 2. Oksigen adalah unsur non-logam yang sangat penting bagi kehidupan di Bumi, karena merupakan komponen utama dalam proses respirasi pada makhluk hidup dan pembakaran dalam reaksi kimia. Oksigen adalah unsur yang sangat reaktif dan membentuk senyawa dengan hampir semua unsur lainnya.
Oksigen adalah unsur paling melimpah ketiga di alam semesta berdasarkan massa, setelah hidrogen dan helium, dan merupakan unsur paling melimpah di kerak Bumi, menyusun sekitar 46% dari total massa kerak Bumi. Oksigen juga ditemukan dalam bentuk molekul di atmosfer Bumi, di mana ia menyusun sekitar 21% dari udara yang kita hirup.
Dalam artikel ini, kita akan membahas secara rinci sifat fisika dan kimia oksigen, sejarah penemuannya, peran pentingnya dalam kehidupan, serta berbagai aplikasi oksigen dalam kehidupan sehari-hari dan industri.
Fakta Dasar tentang Oksigen
| Sifat | Detail |
|---|---|
| Simbol | O |
| Nomor Atom | 8 |
| Golongan | 16 (kelompok kalkogen) |
| Periode | 2 |
| Massa Atom Relatif | 15,999 u |
| Konfigurasi Elektron | 1s² 2s² 2p⁴ |
| Titik Leleh | −218,79 °C |
| Titik Didih | −182,96 °C |
| Fase pada Suhu Ruang | Gas |
| Warna | Tidak berwarna (gas); biru pucat (cair) |
| Sifat Reaktif | Sangat reaktif |
| Kelimpahan di Atmosfer | 21% |
| Kelimpahan di Alam | Unsur paling melimpah di kerak Bumi |
Sejarah Penemuan Oksigen
Oksigen sebagai unsur kimia pertama kali ditemukan oleh Carl Wilhelm Scheele, seorang ahli kimia Swedia, pada sekitar tahun 1772. Namun, penemuannya tidak dipublikasikan hingga beberapa tahun kemudian. Pada waktu yang hampir bersamaan, Joseph Priestley, seorang ahli kimia asal Inggris, juga berhasil mengisolasi dan mengenali unsur ini pada tahun 1774. Priestley menggunakan lensa pembesar untuk memfokuskan sinar matahari ke atas merkuri oksida (HgO), yang memecahnya menjadi merkuri logam dan gas yang kemudian dikenal sebagai oksigen. Priestley menemukan bahwa gas ini memungkinkan pembakaran terjadi dengan lebih cepat dan mendukung kehidupan, yang akhirnya membuatnya dikenal sebagai “udara yang dipermurnikan.”
Namun, istilah “oksigen” pertama kali diperkenalkan oleh Antoine Lavoisier, seorang ahli kimia Prancis, yang juga berperan penting dalam mengidentifikasi bahwa oksigen adalah unsur yang diperlukan untuk pembakaran. Nama “oksigen” berasal dari bahasa Yunani “oxys” yang berarti asam dan “genes” yang berarti pembentuk, karena pada awalnya Lavoisier salah berasumsi bahwa oksigen adalah komponen utama dalam pembentukan semua asam.
Sifat Fisika Oksigen
Oksigen memiliki beberapa sifat fisika yang unik, yang menjadikannya unsur penting dalam berbagai proses alamiah dan industri.
1. Fase Gas pada Suhu Ruang
Pada suhu dan tekanan standar (STP), oksigen adalah gas diatomik (O₂), yang berarti bahwa dua atom oksigen terikat secara kovalen untuk membentuk molekul oksigen. Dalam keadaan gas, oksigen tidak berwarna, tidak berbau, dan tidak berasa.
2. Warna Biru Pucat dalam Fase Cair
Ketika didinginkan hingga titik titik didihnya di −182.96 °C, oksigen berubah menjadi cairan dengan warna biru pucat yang khas. Oksigen cair digunakan dalam berbagai aplikasi kriogenik, terutama dalam industri medis dan dirgantara.
3. Kelimpahan Oksigen dalam Alam
Oksigen adalah unsur yang sangat melimpah di alam:
- Di atmosfer, oksigen menyusun sekitar 21% dari udara yang kita hirup.
- Di kerak Bumi, oksigen adalah unsur paling melimpah, menyusun sekitar 46% dari total massa kerak Bumi, sebagian besar dalam bentuk senyawa oksida dan mineral.
- Di lautan, oksigen terlarut penting untuk kehidupan akuatik, sementara oksigen juga membentuk air (H₂O), yang merupakan senyawa penting bagi semua makhluk hidup.
4. Titik Leleh dan Titik Didih Rendah
Oksigen memiliki titik leleh yang sangat rendah, yaitu −218,79 °C, dan titik didih sekitar −182,96 °C. Ini menjadikan oksigen sangat mudah didinginkan menjadi cairan, yang memiliki aplikasi signifikan dalam teknologi kriogenik.
5. Paramagnetisme
Oksigen molekuler (O₂) memiliki sifat paramagnetik, yang berarti bahwa ia tertarik ke medan magnet. Ini terjadi karena oksigen memiliki elektron yang tidak berpasangan dalam orbital molekulnya, yang menghasilkan momen magnetik.
Sifat Kimia Oksigen
Oksigen adalah unsur yang sangat reaktif. Sebagai salah satu unsur dengan elektronegativitas tertinggi (3,44 pada skala Pauling), oksigen memiliki kecenderungan kuat untuk menarik elektron dari unsur lain, yang menjadikannya elemen penting dalam proses oksidasi.
1. Reaksi Oksidasi
Oksigen adalah agen pengoksidasi yang sangat kuat. Dalam reaksi oksidasi, oksigen menerima elektron dari unsur atau senyawa lain, mengakibatkan terjadinya reaksi pembakaran atau korosi. Proses oksidasi menghasilkan berbagai senyawa oksida, seperti:
- Pembakaran karbon menghasilkan karbon dioksida (CO₂):
C+O2→CO2
- Pembakaran logam seperti magnesium menghasilkan oksida logam:
2Mg+O2→2MgO
2. Pembentukan Senyawa Oksida
Oksigen membentuk senyawa oksida dengan hampir semua unsur di alam. Oksida ini bisa berupa:
- Oksida asam: Seperti karbon dioksida (CO₂) dan sulfur dioksida (SO₂), yang bereaksi dengan air untuk membentuk asam.
- Oksida basa: Seperti kalsium oksida (CaO), yang bereaksi dengan air untuk membentuk basa.
- Oksida netral: Seperti air (H₂O), yang tidak bersifat asam atau basa.
3. Reaksi dengan Hidrogen
Oksigen bereaksi dengan hidrogen untuk membentuk air (H₂O) melalui reaksi yang sangat eksotermik:
Reaksi ini adalah dasar dari banyak proses pembakaran dan digunakan dalam berbagai aplikasi energi, termasuk dalam sel bahan bakar hidrogen.
4. Ozon (O₃)
Oksigen juga dapat membentuk ozon (O₃), sebuah alotrop oksigen yang terdiri dari tiga atom oksigen. Ozon terbentuk di atmosfer bagian atas melalui reaksi antara oksigen dan radiasi ultraviolet dari matahari. Meskipun ozon sangat penting untuk melindungi Bumi dari radiasi UV, ozon di dekat permukaan bumi dapat menjadi polutan udara yang berbahaya bagi kesehatan manusia.
Siklus Oksigen
Siklus oksigen menggambarkan pergerakan oksigen melalui atmosfer, biosfer, hidrosfer, dan litosfer. Siklus ini sangat penting untuk menjaga keseimbangan oksigen di atmosfer dan mendukung kehidupan di Bumi.
1. Fotosintesis
Dalam fotosintesis, tumbuhan, alga, dan beberapa bakteri menggunakan energi matahari untuk mengubah karbon dioksida (CO₂) dan air (H₂O) menjadi glukosa (C₆H₁₂O₆) dan oksigen (O₂). Oksigen yang dihasilkan dilepaskan ke atmosfer sebagai produk sampingan, yang kemudian digunakan oleh makhluk hidup dalam respirasi.
2. Respirasi
Dalam respirasi, makhluk hidup menggunakan oksigen untuk memecah glukosa menjadi energi, air, dan karbon dioksida. Proses ini merupakan kebalikan dari fotosintesis dan merupakan bagian penting dari siklus energi di biosfer.
3. Penguraian
Ketika makhluk hidup mati, mikroorganisme menguraikan bahan organik dan melepaskan karbon dioksida dan air kembali ke lingkungan. Proses ini juga mengonsumsi oksigen dan melepaskan karbon dioksida, melengkapi siklus oksigen.
Sumber Oksigen
Oksigen di alam dapat ditemukan dalam berbagai bentuk dan sumber, baik dalam bentuk unsur bebas maupun dalam senyawa kimia.
1. Atmosfer
Sebagian besar oksigen di Bumi berada dalam bentuk gas diatomik (O₂) di atmosfer, di mana ia menyusun sekitar 21% dari total volume udara. Oksigen ini sangat penting bagi semua organisme yang bernapas.
2. Air (H₂O)
Oksigen juga merupakan komponen utama dalam air (H₂O), yang merupakan senyawa esensial bagi semua bentuk kehidupan.
3. Senyawa Oksida di Bumi
Oksigen adalah unsur paling melimpah di kerak Bumi, ditemukan dalam berbagai senyawa oksida. Contoh senyawa oksida termasuk silika (SiO₂) dalam pasir dan alumina (Al₂O₃) dalam bauksit.
Isotop Oksigen
Oksigen memiliki tiga isotop stabil, yaitu Oksigen-16 (O-16), Oksigen-17 (O-17), dan Oksigen-18 (O-18).
1. Oksigen-16 (O-16)
- Oksigen-16 adalah isotop paling melimpah, membentuk sekitar 99,76% dari total oksigen di alam. Isotop ini stabil dan tidak radioaktif.
2. Oksigen-17 (O-17)
- Oksigen-17 adalah isotop langka yang stabil dan membentuk sekitar 0,04% dari total oksigen di alam.
3. Oksigen-18 (O-18)
- Oksigen-18 adalah isotop stabil lainnya yang membentuk sekitar 0,2% dari total oksigen di alam. Isotop ini digunakan dalam studi klimatologi untuk mempelajari perubahan iklim di masa lalu, karena rasio O-16 dan O-18 dalam es dan fosil dapat memberikan informasi tentang suhu purbakala.
Aplikasi Oksigen
Oksigen memiliki berbagai aplikasi penting dalam kehidupan sehari-hari dan industri.
1. Respirasi dan Penggunaan Medis
Oksigen digunakan secara luas dalam pengobatan untuk pasien yang mengalami kesulitan bernapas atau yang memerlukan dukungan oksigen tambahan, seperti pada kondisi asma, emfisema, atau COVID-19. Oksigen juga digunakan dalam terapi oksigen hiperbarik, di mana pasien ditempatkan dalam ruang dengan tekanan oksigen tinggi untuk mengobati luka yang sulit sembuh, infeksi tertentu, dan keracunan karbon monoksida.
2. Pembakaran dan Energi
Oksigen digunakan dalam berbagai proses pembakaran, termasuk dalam mesin roket, di mana oksigen cair (LOX) digunakan sebagai oksidator untuk menghasilkan dorongan yang sangat besar. Selain itu, oksigen juga digunakan dalam pengelasan oksiasetilena, di mana oksigen digunakan untuk meningkatkan suhu pembakaran guna memotong dan mengelas logam.
3. Industri Kimia
Oksigen digunakan dalam produksi berbagai bahan kimia, termasuk asam sulfat (H₂SO₄) dan asam nitrat (HNO₃). Oksigen juga digunakan dalam pembuatan baja dalam proses konverter Bessemer, di mana oksigen ditiupkan ke dalam besi cair untuk menghilangkan kotoran melalui oksidasi.
4. Pengolahan Air dan Limbah
Oksigen digunakan dalam pengolahan air limbah untuk mendukung penguraian biologis oleh bakteri aerob. Proses ini membantu menghilangkan bahan organik dan polutan dari air sebelum dilepaskan kembali ke lingkungan.
5. Teknologi Kriogenik
Oksigen cair digunakan dalam teknologi kriogenik untuk berbagai aplikasi, termasuk dalam penyimpanan darah, sperma, dan jaringan untuk penelitian medis, serta dalam pembekuan makanan dalam industri makanan.
Dampak Lingkungan Oksigen
Meskipun oksigen sangat penting bagi kehidupan, kelebihan oksigen reaktif dalam lingkungan dapat menimbulkan bahaya. Ozon (O₃), yang terbentuk dari oksigen di lapisan stratosfer, memainkan peran penting dalam menyerap radiasi ultraviolet matahari. Namun, ozon di tingkat permukaan bumi adalah polutan berbahaya yang dapat menyebabkan masalah pernapasan dan merusak tanaman.
Selain itu, oksigen terlarut dalam air sangat penting bagi kehidupan akuatik. Jika terlalu banyak bahan organik di air akibat pencemaran, oksigen terlarut dapat habis, menyebabkan eutrofikasi dan kematian massal organisme akuatik karena hipoksia atau kekurangan oksigen.
Kesimpulan
Oksigen adalah unsur yang sangat penting dalam kehidupan di Bumi. Sebagai komponen utama dalam proses respirasi, oksigen memungkinkan makhluk hidup untuk menghasilkan energi dari makanan. Selain itu, oksigen memainkan peran kunci dalam proses pembakaran, korosi, dan berbagai reaksi kimia lainnya.
Dengan kelimpahannya di atmosfer, hidrosfer, dan litosfer, oksigen berperan dalam menjaga keseimbangan ekosistem Bumi. Oksigen juga digunakan secara luas dalam berbagai aplikasi industri, mulai dari pengobatan hingga pengolahan limbah dan teknologi kriogenik.
Namun, keberadaan oksigen yang berlebihan atau dalam bentuk reaktif, seperti ozon, dapat menimbulkan ancaman bagi lingkungan dan kesehatan manusia. Oleh karena itu, pengelolaan oksigen dan senyawa turunannya sangat penting untuk menjaga keseimbangan alam dan mendukung kehidupan di Bumi.