氧氣

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氧氣(英文是Oxygen gasDioxygen分子式O2)是氧元素最常見的單質形態,在標準狀況下是無色無味無臭的氣體

分布[編輯]

相對地冷的海洋有比較多的O2

地球空氣中大約含有體積為20.947%的以單質形式存在的氧氣。

結構[編輯]

氧氣是雙原子分子,兩個氧原子進行sp2軌道雜化,一個單電子填充進sp2雜化軌道,成σ鍵,另一個單電子填充進p軌道,成π鍵。氧氣是奇電子分子,具有順磁性。分子軌道式:(σ1s)21s*)22s)22s*)22p)22p)42p*)2

大氣層氧氣的歷史[編輯]

地球的大氣層形成初期是不含氧氣的。原始大氣是還原性的,充滿了甲烷等氣體。[來源請求]

大氣層氧氣的出現源於兩種作用,一個是非生物參與的水的光解,一個是例如藍綠菌等生物參與的光合作用

生物的光合作用對大氣層的影響巨大。它造成了大氣層由還原氛圍向氧化氛圍的轉變。使得水光解產生的氣能重新被氧化為水回到地球而不至於擴散到外太空去,從而防止了地球上的水的流失。同時光合作用也加速了大氣層氧氣的積累,深刻地改變了地球上物種的代謝方式和形態。大氣層含氧量在石炭紀的時候一度上升到了35%! 氧氣含量的增加造成了依賴於滲透方式輸氧的昆蟲在形態上的巨型化。在石炭紀曾出現過翼展達一米的巨脈蜻蜓

製備[編輯]

實驗室小規模製氧一般會加熱氯酸鉀和催化劑二氧化錳的混合物,生成氣和氯化鉀

\text{2KCl}{{\text{O}}_{\text{3}}}\xrightarrow[\Delta ]{\text{Mn}{{\text{O}}_{2}}}\text{2KCl+3}{{\text{O}}_{\text{2}}}\uparrow 用此方法製得的氧氣通常混有少量刺激性氣味的氣體:氯氣

或者直接加熱高錳酸鉀來製備:

\rm2KMnO_4\xrightarrow{\Delta} K_2MnO_4+MnO_2+O_2 \uparrow

也可以用過氧化氫溶液加二氧化錳催化劑的方法,製得氧氣,同時產生

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

這種方法簡單易操作,節約能源,且生成物沒有污染,是實驗室製取氧氣的常用方法之一。


工業上普遍利用氮氣、氧氣沸點的不同,用低溫分餾的方法大量製備氧氣。中國國家標準規定[1],氧氣氣瓶為淡藍色,黑字;而美國則用橙色。

單線態氧和三線態氧[編輯]

普通氧氣含有兩個未配對的電子,等同於一個雙游離基。兩個未配對電子的自旋狀態相同,自旋量子數之和S = 1,2S + 1 = 3,因而基態的氧分子自旋多重性為3,稱為三線態氧。

在受激發下,氧氣分子的兩個未配對電子發生配對,自旋量子數的代數和 S = 0,2S + 1 = 1,稱為單線態氧

空氣中的氧氣絕大多數為三線態氧。紫外線的照射及一些有機分子對氧氣的能量傳遞是形成單線態氧的主要原因。單線態氧的氧化能力高於三線態氧。

單線態氧的分子類似烯烴分子,因而可以和雙烯發生狄爾斯-阿爾德反應

毒性[編輯]

雖然呼吸需要氧氣,但是人和動物長期待在高壓氧艙中,或者呼吸純氧會發生氧氣中毒,造成神經中毒的現象。其毒理過程為肺部毛細管屏障被破壞,導致肺水腫、肺淤血和出血,嚴重影響呼吸功能,進而使各臟器缺氧而發生損害。[2]

用途[編輯]

  • 生物呼吸
  • 應用於冶金和化工中
  • 和乙炔混合,可切割或焊接鋼材

參見[編輯]

注釋[編輯]

  1. ^ GB 7144-1999,《氣瓶顏色標誌》
  2. ^ 氧氣危害表現