位于氧(Oxygen)、元素符號O、元素周期表2周期 A族。1774年，英國科學(xué)家約瑟夫普里斯特利(J.Joseph Priestley)發(fā)現(xiàn)了用鏡片將太陽光集中在氧化汞上，可以強(qiáng)烈?guī)椭紵臍怏w。

安托萬-洛朗·拉瓦錫（Antoine-Laurent de Lavoisier）研究了此種氣體，并正確解釋了這種氣體在燃燒中的作用。氧是地殼中最豐富、分布最廣的元素，也是構(gòu)成生物界與非生物界最重要的元素，在地殼的含量為48.6%。單質(zhì)氧在大氣中占20.9%。

元素介紹

氧（Oxygen）是一種化學(xué)元素，其原子序數(shù)為8，相對原子質(zhì)量為15.9994。在元素周期表中，氧是氧族元素的一員，它也是一個高反應(yīng)性的第二周期非金屬元素，很容易與幾乎所有其他元素形成化合物（主要為氧化物）。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，兩個氧原子結(jié)合形成氧氣，是一種無色無臭無味的雙原子氣體，化學(xué)式為O2。如果按質(zhì)量計(jì)算，氧在宇宙中的含量僅次于氫和氦，在地殼中，氧則是含量最豐富的元素。氧不僅占了水質(zhì)量的89%，也占了空氣體積的20.9%。

構(gòu)成有機(jī)體的所有主要化合物都含有氧，包括蛋白質(zhì)、碳水化合物和脂肪。構(gòu)成動物殼、牙齒及骨骼的主要無機(jī)化合物也含有氧。由藍(lán)藻、藻類和植物經(jīng)過光合作用所產(chǎn)生的氧氣化學(xué)式為O2，幾乎所有復(fù)雜生物的細(xì)胞呼吸作用都需要用到氧氣。動物中，除了極少數(shù)之外，皆無法終身脫離氧氣生存。但是對于厭氧性生物比如破傷風(fēng)桿菌來說，氧氣是有毒的。這類厭氧型生物曾經(jīng)是早期地球上的主要生物，直到25億年前氧氣開始在大氣層中逐漸積累。氧元素的另一個同素異形體是臭氧。在高海拔形成的臭氧層能夠隔離來自太陽的紫外線輻射。但是接近地表的臭氧則是一種污染，這些臭氧主要存在于光化學(xué)煙霧中。

發(fā)現(xiàn)歷史

氧元素是由英國化學(xué)家約瑟夫·普利斯特里與瑞典藥劑師及化學(xué)家舍勒于1774年分別發(fā)現(xiàn)。但是普利斯特里卻支持燃素學(xué)說。 另有說法認(rèn)為氧氣首先由中國人馬和首先發(fā)現(xiàn)。

舍勒

1777年，法國化學(xué)家拉瓦錫提出燃燒的氧化學(xué)說，指出物質(zhì)只能在含氧的空氣中進(jìn)行燃燒，燃燒物重量的增加與空氣中失去的氧相等，從而推翻了全部的燃素說，并正式確立質(zhì)量守恒定律。從嚴(yán)格意義上講，發(fā)現(xiàn)氧元素的為瑞典化學(xué)家舍勒，而確定氧元素化學(xué)性質(zhì)的為法國化學(xué)家拉瓦錫。

在1608年，Cornelius Drebbel證明了加熱硝石（硝酸鉀，KNO?）能釋放氣體。這就是氧氣，然而并沒有對它進(jìn)行鑒定。

因發(fā)現(xiàn)氧而獲得的榮譽(yù)由3位化學(xué)家分享：一個英國人，一個瑞典人，還有一個法國人。約瑟夫·普里斯特利是第一位發(fā)布氧元素聲明的人，在1774年由聚焦陽光到氧化汞（HgO），然后收集釋放出的氣體實(shí)現(xiàn)。他注意到蠟燭在這里燃燒的更明亮了，而且能使呼吸變得更簡單。普里斯特利不知道的是，卡爾·威爾海姆·舍勒（Carl Wilhelm Scheele）在1771年6月就制取了氧。他寫下了他的發(fā)現(xiàn)說明，但直到1777年才發(fā)布。拉瓦錫也聲稱發(fā)現(xiàn)了氧，并且他提議這種新的氣體叫做oxy-gène，意思是形成酸的，因?yàn)樗J(rèn)為這種元素是所有酸性物質(zhì)的基礎(chǔ)。

2018年5月16日，大阪產(chǎn)業(yè)大學(xué)、日本國立天文臺及名古屋大學(xué)等組成的團(tuán)隊(duì)宣布，使用南美智利的ALMA射電望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)距地球132.8億光年的獅子座方向銀河中存在氧。

元素分布

編輯 語音

氧元素占整個地殼質(zhì)量的48.6%，是地殼中含量最多的元素，它在地殼中基本上是以氧化合物的形式存在的。每一千克的海水中溶解有2.8毫克的氧氣，而海水中的氧元素差不多達(dá)到了89%。就整個地球而言，氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15.2%。無論是人、動物還是植物，他們的細(xì)胞都有類似的組成，其中氧元素占到65%的質(zhì)量。 在空氣中，氧的體積占20.9%。

理化性質(zhì)

物理性質(zhì)

基本信息

液態(tài)氧

氧（Oxygen）是一種化學(xué)元素，其原子序數(shù)為8，相對原子質(zhì)量為15.9994，氧原子半徑是0.074nm。。由符號“O”表示。在元素周期表中，氧是氧族元素的一員，它也是一個高反應(yīng)性的第2周期非金屬元素，很容易與幾乎所有其它元素形成化合物（主要為氧化物）。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，兩個氧原子結(jié)合形成氧氣，是一種無色無臭無味的雙原子氣體，化學(xué)式為O2。如果按質(zhì)量計(jì)算，氧在宇宙中的含量僅次于氫和氦，在地殼中，氧則是含量最豐富的元素。氧元素占了水質(zhì)量的89%，氧氣占了空氣體積的20.9%。

同位素

氧的同位素已知的有十七種，包括氧-12至氧-28，其中氧-16、氧-17和氧-18三種屬于穩(wěn)定型，其他已知的同位素都帶有放射性，其半衰期全部均少于三分鐘。利用醫(yī)用回旋加速器產(chǎn)生的質(zhì)子，轟擊重氧水之中的氧-18，通過(p,n)核反應(yīng)，從而獲得可以發(fā)射正電子的放射性同位素氟-18離子，用于合成正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描檢查所需的示蹤劑氟代脫氧葡萄糖。

符號	質(zhì)子	中子	質(zhì)量(u)	半衰期	原子核自旋	相對豐度	相對豐度變化量
12O	8	4	12.034405(20)	580(30)E-24 s [0.40(25) MeV]	0+
13O	8	5	13.024812(10)	8.58(5) ms	(3/2-)
14O	8	6	14.00859625(12)	70.598(18) s	0+
15O	8	7	15.0030656(5)	122.24(16) s	1/2-
16O	8	8	15.9949146 1956(16)	穩(wěn)定	0+	0.99757(16)	0.99738-0.99776
17O	8	9	16.99913170(12)	穩(wěn)定	5/2+	0.00038(1)	0.00037-0.00040
18O	8	10	17.9991610(7)	穩(wěn)定	0+	0.00205(14)	0.00188-0.00222
19O	8	11	19.003580(3)	26.464(9) s	5/2+
20O	8	12	20.0040767(12)	13.51(5) s	0+
21O	8	13	21.008656(13)	3.42(10) s	(1/2,3/2,5/2)+
22O	8	14	22.00997(6)	2.25(15) s	0+
23O	8	15	23.01569(13)	82(37) ms	1/2+#
24O	8	16	24.02047(25)	65(5) ms	0+
25O	8	17	25.02946(28)#	<50 ns	(3/2+)#
26O	8	18	26.03834(28)#	<40 ns	0+
27O	8	19	27.04826(54)#	<260 ns	3/2+#
28O	8	20	28.05781(64)#	<100 ns	0+

備注:畫上#號的數(shù)據(jù)代表沒有經(jīng)過實(shí)驗(yàn)的證明，只是理論推測而已，而用括號括起來的代表數(shù)據(jù)不確定性。

化學(xué)性質(zhì)

氧的非金屬性和電負(fù)性僅次于氟，除了氦、氖、氬、氪，所有元素都能與氧起反應(yīng)。一般而言，絕大多數(shù)非金屬氧化物的水溶液呈酸性，而堿金屬或堿土金屬氧化物則為堿性。此外，大多數(shù)有機(jī)化合物，可在氧氣中燃燒生成二氧化碳與水蒸氣，如酒精，甲烷。部分有機(jī)物不可燃，但也能和氧氣等氧化劑發(fā)生氧化反應(yīng)。

氧的化合價(jià)：氧的化合價(jià)很特殊一般為-2價(jià)和0價(jià)。而氧在過氧化物中通常為-1價(jià)。在超氧化物中為-1/2，臭氧化物中氧為-1/3，這里的化合價(jià)被稱為表觀化合價(jià)，就是表面上看出來的化合價(jià)沒有實(shí)際的含義，超氧化物中氧的化合價(jià)只能說是超氧根離子，不能單獨(dú)的看每個原子，因?yàn)殡娮邮橇孔踊?，即不連續(xù)的，不存在1/2個電子，自然化合價(jià)也就沒有0.5的說法，臭氧化物也一樣，在過氧根中相當(dāng)于是有兩個電子組成了電子對，所以這兩個電子不表現(xiàn)出化合價(jià)，所以過氧根離子整體呈-2價(jià)。而氧的正價(jià)很少出現(xiàn)，只有在和氟的化合物二氟化氧，二氟化二氧和氟鉑酸氧（O?PtF?)中顯示+2價(jià)和+1價(jià)以及+0.5價(jià)。

氧氣瓶

實(shí)驗(yàn)證明，除黃金外的所有金屬都能和氧發(fā)生反應(yīng)生成金屬氧化物，比如鉑在高溫下在純氧中被氧化生成二氧化鉑，黃金一般認(rèn)為不能和氧發(fā)生反應(yīng)，但是有三氧化二金和氫氧化金等化合物，其中金為+3價(jià)；氧氣不能和氯，溴，碘發(fā)生反應(yīng)，但是臭氧可以氧化它們。

在元素周期表中屬于ⅥA族元素，化合價(jià)一般為0和-2。大多數(shù)元素在含氧的氣氛中加熱時(shí)可生成氧化物。有許多元素可形成一種以上的氧化物。氧分子在低溫下可形成水合晶體O?·H?O和O?·H?O?，后者較不穩(wěn)定。氧氣在水中的溶解度是4.89毫升/100毫升水（0℃），是水中生命體的基礎(chǔ)。氧在地殼中豐度占第一位。干燥空氣中含有20.946%體積的氧；水有88.81%重量的氧組成。除了16O外，還有17O和18O等同位素。 常見氧化態(tài)有-1，-2，0。共價(jià)半徑66 pm，第一電離勢1314kJ/mol，電負(fù)性3.44。

與金屬的反應(yīng)
	化學(xué)方程式	現(xiàn)象
與鉀的反應(yīng)		鉀的表面變暗
與鈉的反應(yīng)		鈉的表面變暗
		產(chǎn)生黃色火焰，放出大量的熱，生成淡黃色粉末
與鎂的反應(yīng)		劇烈燃燒發(fā)出耀眼的強(qiáng)光，放出大量熱，生成白色粉末狀固體。
與鋁的反應(yīng)		發(fā)出明亮的光，放出熱量，生成白色固體。
與鐵的反應(yīng)	（鐵銹的形成）
		紅熱的鐵絲劇烈燃燒，火星四射，放出大量熱，生成黑色固體。
與鋅的反應(yīng)
與銅的反應(yīng)		加熱后亮紅色的銅絲表面生成一層黑色物質(zhì)。
與汞的反應(yīng)		加熱后銀白色液體變成紅色固體

與非金屬的反應(yīng)
	化學(xué)方程式	現(xiàn)象
與氫氣的反應(yīng)		安靜地燃燒，產(chǎn)生淡藍(lán)色的火焰，生成水并放出大量的熱。
與碳的反應(yīng)		劇烈燃燒，發(fā)出白光，放出熱量，生成使澄清石灰水變渾濁氣體。
	（氧氣不充足時(shí)）
與硫的反應(yīng)		在空氣中燃燒，發(fā)出微弱的淡藍(lán)色火焰；在純氧中燃燒得更旺，發(fā)出藍(lán)紫色火焰，放出熱量，生成有刺激性氣味的氣體[。該氣體能使澄清石灰水變渾濁，且能使酸性高錳酸鉀溶液或品紅溶液褪色，褪色的品紅溶液加熱后顏色又恢復(fù)為紅色。
與紅磷的反應(yīng)		發(fā)出耀眼白光，放熱，生成大量白煙。
與白磷的反應(yīng)		白磷在高于44攝氏度時(shí)會在氧氣中自燃，發(fā)光發(fā)熱，生成白煙。
與氮?dú)獾姆磻?yīng)

與有機(jī)物的反應(yīng)
如甲烷、乙炔、酒精、石蠟等能在氧氣中燃燒生成水和二氧化碳。 氣態(tài)烴類的燃燒通常發(fā)出明亮的藍(lán)色火焰，放出大量的熱，生成水和能使澄清石灰水變渾濁的氣體。
甲烷
乙烯
乙炔
苯
甲醇
乙醇
甲醛
乙酸
氯仿

其他有氧氣參加的化學(xué)反應(yīng)
硫化氫的燃燒
煅燒黃鐵礦
二氧化硫的催化氧化
空氣中硫酸酸雨的形成
氨在純氧中的燃燒
氨的催化氧化	（催化劑一般用銅）
一氧化氮與氧氣的反應(yīng)
轉(zhuǎn)化為臭氧的反應(yīng)

制取方法

實(shí)驗(yàn)室制法

1．加熱高錳酸鉀或錳酸鉀：

2．二氧化錳與氯酸鉀共熱 ：

3．過氧化氫溶液催化分解（催化劑主要為二氧化錳，三氧化二鐵、氧化銅也可）：

工業(yè)制法

1、分離液態(tài)空氣法

在低溫條件下加壓，使空氣轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，然后蒸發(fā)，由于液態(tài)氮的沸點(diǎn)是‐196℃，比液態(tài)氧的沸點(diǎn)（‐183℃）低，因此氮?dú)馐紫葟囊簯B(tài)空氣中蒸發(fā)出來，剩下的主要是液態(tài)氧。

空氣中的主要成分是氧氣和氮?dú)?。利用氧氣和氮?dú)獾姆悬c(diǎn)不同，從空氣中制備氧氣稱空氣分離法。首先把空氣預(yù)冷、凈化（去除空氣中的少量水分、二氧化碳、乙炔、碳?xì)浠衔锏葰怏w和灰塵等雜質(zhì)）、然后進(jìn)行壓縮、冷卻，使之成為液態(tài)空氣。然后，利用氧和氮的沸點(diǎn)的不同，在精餾塔中把液態(tài)空氣多次蒸發(fā)和冷凝，將氧氣和氮?dú)夥蛛x開來，得到純氧（可以達(dá)到99.6%的純度）和純氮（可以達(dá)到99.9%的純度）。如果增加一些附加裝置，還可以提取出氬、氖、氦、氪、氙等在空氣中含量極少的稀有惰性氣體。由空氣分離裝置產(chǎn)出的氧氣，經(jīng)過壓縮機(jī)的壓縮，最后將壓縮氧氣裝入高壓鋼瓶貯存，或通過管道直接輸送到工廠、車間使用。使用這種方法生產(chǎn)氧氣，雖然需要大型的成套設(shè)備和嚴(yán)格的安全操作技術(shù)，但是產(chǎn)量高，每小時(shí)可以產(chǎn)出數(shù)千、萬立方米的氧氣，而且所耗用的原料僅僅是不用買、不用運(yùn)、不用倉庫儲存的空氣，所以從1903年研制出第一臺深冷空分制氧機(jī)以來，這種制氧方法一直得到最廣泛的應(yīng)用。

2、膜分離技術(shù)

膜分離技術(shù)得到迅速發(fā)展。利用這種技術(shù)，在一定壓力下，讓空氣通過具有富集氧氣功能的薄膜，可得到含氧量較高的富氧空氣。利用這種膜進(jìn)行多級分離，可以得到百分之九十以上氧氣的富氧空氣。

3、分子篩制氧法（吸附法）

利用氮分子大于氧分子的特性，使用特制的分子篩把空氣中的氧分離出來。首先，用壓縮機(jī)迫使干燥的空氣通過分子篩進(jìn)入抽成真空的吸附器中，空氣中的氮分子即被分子篩所吸附，氧氣進(jìn)入吸附器內(nèi)，當(dāng)吸附器內(nèi)氧氣達(dá)到一定量（壓力達(dá)到一定程度）時(shí)，即可打開出氧閥門放出氧氣。經(jīng)過一段時(shí)間，分子篩吸附的氮逐漸增多，吸附能力減弱，產(chǎn)出的氧氣純度下降，需要用真空泵抽出吸附在分子篩上面的氮，然后重復(fù)上述過程。這種制取氧的方法亦稱吸附法.利用吸附法制氧的小型制氧機(jī)已經(jīng)開發(fā)出來，便于家庭使用。

4、電解制氧法

把水放入電解槽中，加入氫氧化鈉或氫氧化鉀以提高水的電解度，然后通入直流電，水就分解為氧氣和氫氣。每制取一立方米氧氣，同時(shí)獲得兩立方米氫氣。用電解法制取一立方米氧氣要耗電12～15千瓦時(shí)，與上述兩種方法的耗電量（0.55～0.60千瓦時(shí)）相比，是很不經(jīng)濟(jì)的。所以，電解法不適用于大量制氧。另外同時(shí)產(chǎn)生的氫氣如果沒有妥善的方法收集，在空氣中聚集起來，如與氧氣混合，容易發(fā)生極其劇烈的爆炸。所以，電解法也不適用于家庭制氧。

存在形式

單質(zhì)

氧氣

氧氣，空氣主要組分之一，比空氣重，標(biāo)準(zhǔn)狀況（0℃，101325Pa）下密度為1.429g/L。無色、無味。在水中溶解度很小，273K時(shí)溶解度為49.1mol/L。壓強(qiáng)為101kPa時(shí)，氧氣在約-183℃時(shí)變?yōu)榈{(lán)色液體，在約-218℃時(shí)變成雪花狀的淡藍(lán)色固體。氧分子具有順磁性。

臭氧

在常溫下，它是一種有魚腥臭味的藍(lán)色氣體。臭氧主要存在于距地球表面20～35公里的平流層頂部的臭氧層中。在常溫常壓下，穩(wěn)定性極差，在常溫下可自行分解為氧氣。臭氧具有強(qiáng)烈的刺激性，吸入過量對人體健康有一定危害。熔點(diǎn)21K，沸點(diǎn)160.6K，溶解度較大，273k時(shí)為494mol/L，具有反磁性。

化合物

氧化物

之前提到的幾乎所有元素都能與氧氣反應(yīng)，得到的化合物中只有氧元素和另一種元素的二元化合物是氧化物，如水，CO2。氧化物有多種多樣，主要分為：酸性氧化物，堿性氧化物，兩性氧化物，不成鹽氧化物和假氧化物。另外還有一些只含有氧元素的基團(tuán)也能形成氧化物，分為：過氧化物，超氧化物，臭氧化物等。

含氧化合物

含氧化合物泛指一切含有氧元素的化合物，比氧化物范圍大，對于組成物質(zhì)的元素種類無要求。

特殊

四聚氧（O4）

這種氧分子可以穩(wěn)定存在，預(yù)計(jì)構(gòu)型為正四面體或者矩形，從兩種構(gòu)型中性分子O4，正一價(jià)分子O4+和負(fù)一價(jià)分子O?-的基態(tài)電子結(jié)構(gòu)，并根據(jù)能量最低原則確定了各自的結(jié)構(gòu)參數(shù)，從而得到了O4分子兩種結(jié)構(gòu)的基態(tài)總能量、一價(jià)電離能及電子親合勢能。與氧原子、普通氧分子O2和臭氧分子O3的計(jì)算結(jié)果比較，顯示O4分子可以以正方形結(jié)構(gòu)或正四面體結(jié)構(gòu)形式存在，其中正方形結(jié)構(gòu)更有可能是O4分子的真實(shí)空間結(jié)構(gòu)。

紅氧（O8）

隨著室溫下氧氣的壓強(qiáng)超過10GPa，它將出人意料地相變?yōu)榱硪粋€同素異形體。它的體積驟減，顏色也從藍(lán)變成深紅。這種ε相發(fā)現(xiàn)于1979年，但當(dāng)時(shí)它的結(jié)構(gòu)并不清楚?；谒募t外線吸收光譜，1999年，研究人員推斷此相態(tài)是O4分子的晶體。但在2006年，X射線晶體學(xué)表明這個被稱作ε氧或紅氧的穩(wěn)定相態(tài)實(shí)為O8。此結(jié)構(gòu)在理論上不曾被預(yù)測：由四個O2分子組成的菱形的O8原子簇。

氧中毒

氧雖對身體有益，但并非越多越好，氧氣含量過高時(shí)也會發(fā)生氧中毒， 氧中毒主要分以下三種類型：

肺型氧中毒

類似支氣管肺炎。其表現(xiàn)及通常的發(fā)展過程為：最初為類似上呼吸道感染引起的氣管刺激癥狀，如胸骨后不適（刺激或燒灼感）伴輕度干咳，并緩慢加重；然后出現(xiàn)胸骨后疼痛，且疼痛逐漸沿支氣管樹向整個胸部蔓延，吸氣時(shí)為甚；疼痛逐漸加劇，出現(xiàn)不可控制的咳嗽；休息時(shí)也伴有呼吸困難。在癥狀出現(xiàn)的早期階段結(jié)束暴露，胸疼和咳嗽可在數(shù)小時(shí)內(nèi)減輕。

腦型氧中毒

最初出現(xiàn)額、眼、鼻、口唇及面頰肌肉的纖維性顫動，也可累及手的小肌肉；面色蒼白、有異味感。繼而可有惡心、嘔吐、眩暈、汗、流涎、上腹部緊張；也可出現(xiàn)視力喪失、視野縮小、幻視、幻聽；還會有心動過緩、心悸、氣哽、指(趾)端發(fā)麻、情緒反常(憂慮、抑郁、煩躁或欣悅)。接著出現(xiàn)極度疲勞、嗜睡、呼吸困難等。少數(shù)情況還可能發(fā)生虛脫。

眼型氧中毒

主要表現(xiàn)為視網(wǎng)膜萎縮。 早產(chǎn)嬰兒在恒溫箱內(nèi)吸氧時(shí)間過長，視網(wǎng)膜有廣泛的血管阻塞、成纖維組織浸潤、晶體后纖維增生，可因而致盲。