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8O
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外觀
無色氣體;淡藍色液體。在這張照片中,氧氣氣泡從液態氧中上升
A glass bottle half-filled with a bluish bubbling liquid

氧的原子光譜
概況
名稱·符號·序數 氧(oxygen)·O·8
元素類別 非金屬氧族元素
·週期· 16·2·p
標準原子質量 15.999(4)
電子排布

[氦] 2s2 2p4
2, 6

氧的电子層(2, 6)
歷史
發現 卡爾·威廉·舍勒(1772年)
命名 拉瓦節(1777年)
物理性質
物態 氣態
密度 (0 °C, 101.325 kPa
1.429 g/L
沸點時液體密度 1.141 g·cm−3
熔點 54.36 K,-218.79 °C,-361.82 °F
沸點 90.20 K,-182.95 °C,-297.31 °F
臨界點 154.59 K,5.043 MPa
熔化熱 (O2) 0.444 kJ·mol−1
汽化熱 (O2) 6.82 kJ·mol−1
比熱容 (O2)
29.378 J·mol−1·K−1

蒸汽壓

壓(Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
溫(K)       61 73 90
原子性質
氧化態 2, 1, −1, −2
電負性 3.44(鲍林标度)
電離能

第一:1313.9 kJ·mol−1
第二:3388.3 kJ·mol−1
第三:5300.5 kJ·mol−1

更多
共價半徑 66±2 pm
范德華半徑 152 pm
雜項
晶體結構

簡單立方

氧具有簡單立方晶體結構
磁序 順磁性
熱導率 26.58x10-3  W·m−1·K−1
聲速 (gas, 27 °C) 330 m·s−1
CAS號 7782-44-7
最穩定同位素

主条目:氧的同位素

同位素 豐度 半衰期 方式 能量MeV 產物
16O 99.76% 穩定,带8个中子
17O 0.039% 穩定,带9个中子
18O 0.201% 穩定,带10个中子

Oxygen,舊譯作)是一种化学元素,其原子序数为8,相对原子质量为15.9994。由符号“O”表示。在元素周期表中,氧是氧族元素的一员,它也是一个高反应性的第2周期非金属元素,很容易与几乎所有其它元素形成化合物(主要为氧化物)。在标准状况下,两个氧原子结合形成氧气,是一种无色无嗅无味的双原子气体,化学式为O2。如果按质量计算,氧在宇宙中的含量仅次于,在地壳中,氧则是含量最丰富的元素。氧不仅占了质量的89%,也占了空气体积的20.9%。

构成有机体的所有主要化合物都含有氧,包括蛋白质碳水化合物脂肪。构成动物牙齿骨骼的主要无机化合物也含有氧。由蓝藻藻类和植物经过光合作用所产生的氧气化学式为O2,几乎所有复杂生物的细胞呼吸作用都需要用到氧气。動物中,除了極少數之外,皆無法終身脫離氧氣生存[1]。对于厌氧性生物来说,氧气是有毒的。这类生物曾经是早期地球上的主要生物,直到25亿年前氧氣(O2)开始在大气层中逐渐积累。[2]目前大氣中氧氣主要來源有約九成來自水域中的植物所行之光合作用。氧元素的另一个同素异形体臭氧。在高海拔形成的臭氧层能够隔离来自太阳的紫外线辐射。但是接近地表的臭氧则是一种污染,这些臭氧主要存在于光化学烟雾中。

氧气是由约瑟夫·普利斯特里卡尔·威廉·舍勒独立发现的。虽然卡尔比约瑟夫早发现一年,但由于约瑟夫首先发表论文,所以很多人仍然认为是约瑟夫首先发现的。氧气的英文名是“Dioxygen”,由拉瓦锡定名于1777年,拉瓦烯利用氧气所进行的试验在燃烧腐蚀的方面打败了当时流行的燃素说。在工业上,氧气是通过分馏液态空气制备的,同时使用分子筛除去二氧化碳氮气。也可以通过电解水等其他方式制备氧气。氧气的运用包括钢铁的冶炼、塑料纺织品的制造以及作为火箭推进剂与进行氧气疗法,也用来在飞机潜艇太空船潜水中维持生命。

性質[编辑]

在自然界中,氧的单质形态一般为双原子分子的氧气(O2),在臭氧层中经紫外线的作用也可以生成三个氧原子组成的臭氧(O3)。除此之外,意大利一所大学的科学家于2001年11月制得了亚稳态的的四氧分子(O4)。[來源請求]氧气在标准状况下是无色无味无臭,能帮助燃烧的的气体。液氧呈淡蓝色,具有顺磁性。氧能跟化合成。臭氧在标准状况下是一种有特殊臭味的蓝色气体。

化學性質[编辑]

氧的活性很大,除了稀有氣體、活性小的金屬元素如之外,大部分的元素都能與氧起反應,這些反應稱為氧化反應,而反應產生的化合物稱為氧化物。一般而言,非金屬氧化物的水溶液呈酸性,而鹼金屬鹼土金屬氧化物則為鹼性。此外,幾乎所有的有機化合物CCl4和氫原子數目小於鹵原子數目的鹵代烴除外),可在氧氣中劇烈燃烧生成二氧化碳蒸汽。

製備[编辑]

拉瓦錫曾以在空氣中加熱,產生紅色的氧化汞粉末,再加熱氧化汞取得純氧。

\rm 2Hg + O_2 \longrightarrow 2HgO
\rm 2HgO \longrightarrow 2Hg + O_2 \uparrow

實驗室中常用氯酸鉀晶體與二氧化錳(催化劑)混合加熱製取,並以排水集氣法向上排空气法收集

\rm 2KClO_3 \xrightarrow[\Delta]{MnO_2} 2KCl + 3O_2\uparrow

或利用二氧化錳催化雙氧水分解產生氧:

\rm 2H_2O_2 \xrightarrow{MnO_2} 2H_2O + O_2\uparrow

再或者用高锰酸钾加热分解生成锰酸钾、二氧化锰和氧气:

\rm 2KMnO_4 \xrightarrow{\Delta} K_2MnO_4 +MnO_2+ O_2\uparrow

工業上則是利用分离液態空氣和電解水製取氧氣:

\rm 2H_2O \xrightarrow{galvanize} O_2\uparrow + 2H_2\uparrow

(電解水,"+"極產生\rm O_2,"-"極產生\rm H_2。)

发现[编辑]

氧元素是由英国化学家约瑟夫·普利斯特里瑞典药剂师及化学家舍勒于1774年分别发现。但是普利斯特里却支持燃素学说。

另有说法认为氧气首先由中国马和发现。[3]

1777年,法国化学家拉瓦锡提出燃烧的氧化学说,指出物质只能在含氧的空气中进行燃烧,燃烧物重量的增加与空气中失去的氧相等,从而推翻了全部的燃素说,并正式确立质量守恒定律。从严格意义上讲,发现氧元素的为瑞典化学家舍勒,而确定氧元素化学性质的为法国化学家拉瓦锡。

名稱由來[编辑]

氧氣(Oxygen)希臘文的意思是「酸素」,該名稱是由法國化學家拉瓦錫所起,原因是拉瓦錫錯誤地認為,所有的酸都含有這種新氣體。現在日文裡氧氣的名稱仍然是「酸素」。而台語受到台灣日治時期的影響,也以「酸素」之日語發音稱呼氧氣。

氧氣的中文名稱是清朝徐壽命名的。他認為人的生存離不開氧氣,所以就命名為「養氣」即「養氣之質」,後來為了統一就用「氧」代替了「養」字,便叫這「氧氣」。

同位素[编辑]

A concentric-sphere diagram, showing, from the core to the outer shell, iron, silicon, oxygen, neon, carbon, helium and hydrogen layers.
在大质量恒星的晚期,16O集中在O层,17O在H层,18O在He层。

已经测定的氧的同位素有13个,包括12O24O。其中,自然产生的氧有三种稳定的同位素16O, 17O, 18O,其中16O最丰富(占99.762%的自然丰度)。[4]其余的10种氧同位素为放射性同位素。

大多数的16O是在大质量恒星的氦聚变过程的末期被合成的。但也有一些是由氖燃燒過程产生的。[5]17O则主要是在碳氮氧循環中经由燃烧至的过程产生,这使得它在恒星的氢燃烧区中很常见。[5] 大多数的18O是当14N捕获了一个4He原子核时产生,因而在进化的大质量恒星的氦燃烧区中很常见。[5]

氧的10种放射性同位素已经被探测过了。最稳定的15O的半衰期为122.24,而14O的半衰期为70.606秒。[4]其余的放射性同位素的半衰期都少于27秒,其中大部分甚至少于83毫秒[4]轻于16O的氧同位素的常见衰变类型β+衰变[6][7][8]并产生氮,而重于18O的同位素的衰变模式是β衰变并产生[4]

利用医用回旋加速器产生的质子,轰击重氧水之中的氧-18,通过(p,n)核反应,从而获得可以发射正电子放射性同位素氟-18离子,用于合成正电子发射计算机断层扫描检查所需的示踪剂氟代脱氧葡萄糖

用途[编辑]

氧氣的運用包括鋼鐵的冶煉、塑料紡織品的製造以及作為火箭推進劑與進行氧氣療法,也用來在飛機潛艇太空船潛水中維持生命。

在地球上的分布[编辑]

元素占整个地壳质量的48.6%,它在地壳中基本上是以氧化物的形式存在的。每一千克的海水中溶解有2.8毫克的氧气,而海水中的氧元素差不多达到了88%.就整个地球而言,氧的质量分数为15.2%。无论是人、动物还是植物,他们的生物细胞都有类似的组成,其中氧元素占到了65%的质量。而在地球大氣層中,氧的含量佔第二多,有20.946%。

危險性[编辑]

高濃度的氧氣能促進火迅速燃燒。氧化劑,如過氧化物、氯酸鹽硝酸鹽高氯酸鹽重鉻酸鹽被火接近時亦可能促进燃烧甚至引发爆炸。 另外阿波羅1號火災引致三名太空人喪生的事件,就是因為指揮艙中含百分之百濃度的氧,迅速引起大火,三名太空人短短在17秒被大火燒死。 而且,长时间吸入高浓度的氧氣会引起氧中毒

参考[编辑]

  1. ^ 科學家發現海底無氧環境下生存的動物
  2. ^ NASA Research Indicates Oxygen on Earth 2.5 Billion Years Ago, 新聞稿. NASA. 2007-09-27 [2008-03-13]. 
  3. ^ 袁翰青,“马和”发现氧气的问题,《化学通报》,1954年04期
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 4.3 Oxygen Nuclides / Isotopes. EnvironmentalChemistry.com. [2007-12-17]. 
  5. ^ 5.0 5.1 5.2 Meyer, B.S.. Nucleosynthesis and Galactic Chemical Evolution of the Isotopes of Oxygen. Proceedings of the NASA Cosmochemistry Program and the Lunar and Planetary Institute (PDF), Workgroup on Oxygen in the Earliest Solar System. Gatlinburg, Tennessee. September 19–21, 2005 [2007-01-22]. 9022. 
  6. ^ NUDAT 13O. [2009-07-06]. 
  7. ^ NUDAT 14O. [2009-07-06]. 
  8. ^ NUDAT 15O. [2009-07-06].