Een van de meest voorkomende elementen op aarde is zuurstof Ongeveer een vijfde door volume van dit chemische element is aanwezig in de lucht, en het is kleurloos, smaakloos en geurloos. Het is even overvloedig in water en in de aardkorst. De meeste levende wezens en levende cellen hebben dit nodig zuurstof voor ademhaling.
Wat is zuurstof?
In het periodiek systeem, zuurstof wordt aangegeven door het symbool "O" en heeft het atoomnummer "8." Het komt meestal voor in verbindingen en als diatomisch en triatomisch moleculen Dit laatste wordt ook wel 'ozon' genoemd. Rotsen en mineralen zijn vaak zuurstofrijk, zoals kwarts, marmer of kalksteen. Vrije en enkele zuurstofatomen zijn daarentegen alleen onder extreme omstandigheden in stabiele vorm mogelijk. Dit is het geval in het vacuüm van de ruimte. Zuurstof kan door destillatie uit de lucht worden gescheiden en krijgt bij het vloeibaar maken een blauwachtige kleur. Dergelijke omstandigheden worden bijvoorbeeld gebruikt bij het raffineren van metalen, de extractie van chemicaliën of als medische toepassing om het leven in stand te houden. Zuurstof is onder normale omstandigheden altijd gasvormig en is, in combinatie met andere elementen, betrokken bij veel verbrandingsprocessen. Het werd in 1772 ontdekt en onderzocht door de chemicus en apotheker Carl Wilhelm Scheéle. Deze laatste isoleerde zuurstof als gas, een proces dat overeenkomsten vertoonde met het pasteurisatieproces, en ontdekte op deze manier ook andere elementen naast stikstof, bijvoorbeeld. Omdat hij zijn werk hierover echter pas enkele jaren later publiceerde, werd hij ondertussen voorafgegaan door de chemicus Josep Priestley, die onafhankelijk van hem dezelfde ontdekking deed, inclusief het effect van zuurstof op verbrandingsprocessen, hoewel de het werkelijke proces zelf was nog niet ontcijferd. Eerder werd vuur meer metafysisch beschouwd, als een basissubstantie van de vier elementen waaruit het bestaan bestond. Behalve vuur waren dit aarde, lucht en water In de 17e eeuw werd warmte in verband gebracht met vuur, en door ontdekking in de 18e eeuw werd de substantie het element. Maar alleen door de privégeleerde Antoine Laurent de Lavoisier was het toen mogelijk om verbranding en ademhaling correct te interpreteren. Hij deed experimenten met zuivere zuurstof en bepaalde de samenstelling van lucht.
Functie, effect en taken
In de atmosfeer komt zuurstof altijd in gasvorm voor en opgelost uit water. Het element is daarbij zeer reactief en wordt voornamelijk door planten geproduceerd door middel van fotosynthese, weer opgenomen door ademhaling en andere verbrandingsprocessen. Blauwgroene algen of cyanobacteriën hebben ook een aandeel in deze processen, die meer dan drie miljard jaar geleden begonnen om zonlicht op te slaan en te gebruiken voor de synthese van organische verbindingen. Zuurstof was en is daarom een zeer effectief afvalproduct. Mensen, planten en bacteriën zuurstof nodig om te leven en om in deze vorm energie op te wekken. De verwerking vindt plaats in het mitochondria, waar de zuurstof vervolgens weer in wordt omgezet water in de ademhalingsketen. Enzymenbreken op hun beurt stoffen in het organisme af door middel van oxygenatie.
Vorming, voorkomen, eigenschappen en optimale waarden
De goede reactiviteit van zuurstof en zijn verbindingen kan echter ook leiden tot gevaarlijkere vernietiging van celstructuren. Hoewel mensen zuurstof nodig hebben om te ademen, is te veel zuurstof giftig en kan het zelfs veroorzaken long schade in grotere hoeveelheden over een lange periode. Het menselijk organisme functioneert met zuurstof concentratie van ongeveer 21 procent in de lucht. Rood bloed cellen transporteren de zuurstof van de longen naar de organen. Als dit te hoog is, is er zwelling van de longblaasjes en necrose van de wandcellen in de longen, schade aan de pneumocyten en afzetting van eiwitmassa's op de binnenwand. Het resultaat is een sterk verminderde gasuitwisseling tijdens ademhaling en in de bloedbaan. Evenzo kan een gasmengsel met verhoogde zuurstof de centrale beschadigen zenuwstelsel en veroorzaken symptomen van het centrale zenuwstelsel. Dit wordt het Paul Bert-effect genoemd, dat zich kan uiten in oorsuizen, duizeligheid, misselijkheid, braken, en ook ingrijpende omstandigheden zoals persoonlijkheidsveranderingen en mentale verwarring. Dit is een veel voorkomende begeleiding, vooral bij het duiken, zodat rekening moet worden gehouden met het zuurstofgehalte en de maximale duikdiepte.
Ziekten en aandoeningen
De meeste organismen hebben beschermend enzymen zoals peroxidase en catalase om zuurstof te ontgiften. Zuurstofdepletie in het lichaam produceert vrije radicalen die het mitochondriaal DNA beschadigen, wat kan worden tegengegaan door antioxidanten. Dergelijke worden ingenomen met voedsel en omvatten vitaminen C, A en E, mineralen en sporenelementen Een onbalans tussen reducerende en oxiderende stoffen in de cellen leidt tot een verstoring van het lichaam ontgifting functioneren en beschadigt de cel. Dit wordt oxidatief genoemd spanning, wat weer leidt tot verouderingsprocessen. Zuurstofgebrek komt vaak voor bij hart- en long ziekten. Dit heeft op zijn beurt schadelijke effecten op de slagaders en het weefsel van alle vitale organen. In dergelijke gevallen moet extra zuurstof worden toegediend en kunstmatige beademing moet worden geïnduceerd. Evenzo dient zuurstof de wond genezen proces zelf. Na operaties, infecties van de wonden kan optreden, waardoor de zuurstofspanning van het weefsel en de afweercellen in de bloed spelen een rol, die vechten tegen de bacteriën in het lichaam met vrije radicalen. Daarom wordt zuurstof meestal zelfs daarna gegeven anesthesie om het risico op infectie te verminderen. Ziekten die verband houden met chronisch zuurstoftekort, hebben langdurige zuurstof nodig therapie Oorzaken kunnen zijn: vernauwing van de luchtwegen, longembolieën, schade aan long weefsel of ernstig hart- defecten.
