Tlen jest najpospolitszym pierwiastkiem na Ziemi. Jego zawartość w skorupie ziemskiej wynosi 47,2% i jest największa ze wszystkich pierwiastków (pod względem wagowym). W oceanach zawartość tlenu sięga 88%. Po azocie jest drugim składnikiem powietrza stanowiąc 20,9% jego objętości i 23,2% masy, choć w wielu aglomeracjach ze względu na zanieczyszczenie powietrza wartość ta może oscylować w zakresie 12÷19% objętości.
Jest gazem bezbarwnym, bezwonnym i dobrze rozpuszczalnym w wodzie. Dlatego stosuje się go w licznych procesach uzdatniania wody i ochronie środowiska. W fazie płynnej i stałej posiada bladoniebieskie zabarwienie.
Tlen jest niezbędny do oddychania, spalania oraz metabolizmu dla ogromnej ilości organizmów. W odpowiednich warunkach reaguje praktycznie ze wszystkimi znanymi pierwiastkami tworząc tlenki – z wyjątkiem fluorowców, helowców i platyny.
W naturze, w wolnej postaci, występuje jako paramagnetyczny gaz o dwuatomowej cząsteczce O2. Tworzy także alotropową odmianę – ozon, czyli tritlen, o cząsteczce trójatomowej O3. Powstaje z tlenu dwuatomowego przede wszystkim pod wpływem wyładowań elektrycznych w czasie burz. Właśnie dlatego powietrze po burzy wydaje nam się takie rześkie i łatwo się nim oddycha. W większych stężeniach ozon jest trujący. Stosuje się go do dezynfekcji wody pitnej w procesach jej uzdatniania, wykorzystując jego zdolność do łatwego rozpuszczania się w wodzie (15 razy łatwiej rozpuszcza się w wodzie niż zwykły tlen dwucząsteczkowy).
W 1920 r. przewidywano istnienie trzeciej, czteroatomowej odmiany tlenu – O4, tetratlenu, inaczej: czerwonego tlenu (oksozonu). Więcej dowodów na istnienie tetratlenu dostarczyła spektroskopia masowa. Nazwa „czerwony tlen” pochodzi od barwy, jaką przybiera tlen tworząc czteroatomowe cząsteczki O4. Czteroatomowa postać tlenu O4 powstaje z cząsteczek O2 przy ciśnieniu ok. 20 GPa (gigapaskali). Występuje także przy niskich temperaturach w tlenie gazowym oraz ciekłym.
Tlen posiada sześć izotopów: naturalne i stabilne O16, O17, O18 oraz radioaktywne О14, О15 i О19. Warto zwrócić na ten fakt uwagę, ponieważ nie jest to bez znaczenia dla właściwości wody. w skład której mogą wchodzić różne odmiany tlenu. Izotopy naturalne znajdują się we wszystkich wodach obecnych w przyrodzie w proporcjach: na 1000 części О16 przypada 20 części О18 oraz 4 części О17.
Oficjalnie przyj
m uje się, że tlen o symbolu chemicznym „O” – oxygenium (łac. oxus – kwas, gennao – tworzyć, z gr. oksys – kwaśny, genos – ród), „rodzący kwas”, odkrył w 1771 r. (1772 r.?) Karl Wilhelm Scheele (1742-1786), szwedzki aptekarz i chemik, członek Szwedzkiej Królewskiej Akademii Nauk i – niezależnie – w 1774 Joseph Priestley, angielski, chemik, fizyk i filozof, członek The Royal Society w Londynie i członek dwóch Akademii Nauk: Petersburskiej i Francuskiej. Jednak Scheele wyniki swoich badań opublikował dopiero w sześć lat po swoim odkryciu i trzy lata po Priestley’u, w związku z czym to Anglik zebrał wszelkie honory należne odkrywcy.
W badaniach nad tlenem mają swój znaczący udział Polacy. Wspomnijmy o tym, bo warto. Zacznijmy od prawdziwego odkrywcy tlenu. Był nim – wiele na to wskazuje – alchemik i lekarz, prekursor empiryzmu, Michał Sędziwój (1566-1636), znany powszechnie jako Michael Se ndivogius Polonus lub Cosmopolita (łac.), który swoim odkryciem wyprzedził Anglika o dwa wieki.
Sędziwój pojawił się na dworze króla Zygmunta III Wazy około 1600 r. i jak wiel
u ó wczesnych alchemików poszukiwał tzw. „kamienia filozoficznego”. Był bardzo zdolnym ówczesnym naukowcem. Żaden ze współczesnych mu Polaków nie mógł na początku XVII wieku równać się popularnością w Europie z Michałem Sędziwojem. Współcześni pisali o Sędziwoju z podziwem i zachwytem.
W jaki sposób Sędziwój odkrył tlen? Otóż prażył powszechnie występującą w przyrodzie saletrę potasową (azotan potasu), z której w trakcie rozkładu wydziela się tlen. Doświadczenie opisał w jednej ze swoich licznych rozpraw – dziele „De Lapide Philosophorum Tractatus Duodecim” („Dwanaście traktatów o kamieniu filozoficznym”) wydanym w Pradze w 1604 r., gdzie osiadł na dworze czeskiego cesarza Rudolfa II Habsburga. Był tam cenionym budowniczym kopalń rud i hut. W swoim dziele stwierdził, że saletra jest ciałem złożonym, zawierającym „ducha świata”, „lotną, niewidzialną saletrą filozofów" i „ukrytym w powietrzu pokarmem życia”, który umożliwia życie ludzi i zwierząt oraz istnienie całego świata przyrody. Chodziło, rzecz jasna, o tlen. Wiedział więc doskonale, że gaz jest zawarty w powietrzu i niezbędny do życia.
Innym szczególnie sławnym jego dziełem było wydane w 1605 r. „Novum Lumen Chymicum” („Nowe światło chemiczne”). Stało się w owym czasie najlepszym i najbardziej poszukiwanym podręcznikiem, doczekało się aż trzydziestu wydań i wielu tłumaczeń. Dzieło i przedstawiona w nim teoria Sędziwoja z czasem została zapomniana, ale wzbudziła na początku wśród zainteresowanych szerokie dyskusje – w Niemczech i Francji oraz w Anglii.
W 1771 r. eksperyment Sędziwoja ponownie powtórzył wspomniany Joseph Priestley uzyskując „powietrzną saletrę”. Priestley wykonywał później doświadczenia z tlenkiem rtęci uzyskując podobne rezultaty – produkt w postaci tlenu. Opierając się na pracy Sędziwoja i Priestley’a, francuski chemik Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794) w 1777 r. wyodrębnił substancję, którą nazwał oxygenium i opracował teorię spalania.
Polska nazwa „tlen” została wprowadzona przez lekarza Jana Oczapowskiego (1800-1871), ucznia Jędrzeja Śniadeckiego. Nawiązywała do wyrazu „tlić” i symbolicznego łuczywka, które rozżarzało się po wprowadzeniu tlenu do atmosfery. Wcześniej używano nazwy „kwasoród” zaproponowanej przez J. Śniadeckiego i będącej dosłownym tłumaczeniem nazwy łacińskiej pierwiastka (również ros. kisłorod).
W 1883 roku skroplenia tlenu dokonali inni Polacy – dwaj profesorowie Uniwersytetu JagiellońskiegoKarol Olszewski i Zygmunt Florian Wróblewski. Współcześnie ciekły tlen (ang. Liquid oxygen) jest stosowany w górniczych środkach wybuchowych poprzez nasycanie nim porowatych, palnych materiałów (antracen, węgiel aktywny) uzyskując silnie wybuchowe substancje (tzw. oksylikwity). Wykorzystuje się go również jako utleniacza paliwa rakietowego w silnikach statków kosmicznych.
