氧气化学元素,符号为O,原子序数为8。它是宇宙中第三大常见元素,仅次于。当单独使用时,两个氧原子通常会结合二氧(O2),是一种无色气体。它没有味道和气味。它的液体固体都是淡蓝色的。二氧气体占地球大气的20.8%。氧气在元素周期表中属于卤素族,原子序数为8,是一种反应性很强的非金属。它还能与许多元素生成氧化物。氧化物占了地球地壳的近一半。

地球上大多数生命都会吸收氧气气体(O2)用于呼吸作用。生物中的许多有机分子中都含有氧,如蛋白质、核酸、碳水化合物脂肪等。氧气是的一部分,所有已知的生命都需要水来生活。植物通过光合作用制造地球上的二氧,利用太阳光将氧气从水和二氧化碳中分离出来。臭氧(O3)在地球大气层顶部的臭氧层中。它吸收紫外线辐射,从而减少到达地面的辐射。

氧气在1604年前由Michael Sendivogius分离出来。通常认为该元素是由瑞典的卡尔-威廉-谢勒于1773年发现的,或由英国的约瑟夫-普里斯特利于1774年发现的。普里斯特利通常被认为是主要的发现者,因为他的工作是最先发表的,尽管他把它称为"dephlogisticated air",并不认为它是一种化学元素安托万-拉瓦锡(Antoine Lavoisier)在1777年提出了氧气这个名字,是第一个说它是一种化学元素的人。他说的也对,它是如何帮助燃烧工作的。

氧气可用于制造钢铁、塑料纺织品火箭推进剂焊接

历程

早期实验

公元前2世纪,拜占庭的希腊人Philo进行了关于燃烧如何需要空气的第一个已知实验。他在他的著作《Pneumatica》中写道,将一个容器倒置在燃烧的蜡烛上,并在这个容器周围放水,意味着一些水进入了容器。斐洛认为这是因为空气变成了古典元素火。这是错的。很久以后,达芬奇正确地研究出,当燃烧发生时,空气被用掉了,这就迫使水进入容器。

17世纪末,罗伯特-波义耳发现,燃烧需要空气。英国化学家约翰-马约对此进行了补充,证明火只需要一部分空气。我们现在称之为氧气(以二氧的形式)。在他的一个实验中,他发现把蜡烛放在一个封闭的容器中,在熄灭之前,会使水上升,取代容器中空气体积的十四分之一。把一只老鼠放进盒子里,也发生了同样的事情。由此,他研究出氧气是用来呼吸和燃烧的。

闪电理论

罗伯特-胡克、奥勒-波尔奇、米哈伊尔-罗蒙诺索夫和皮埃尔-巴彦都在17、18世纪的实验中制造出了氧气。他们都不认为它是一种化学元素。这可能是因为phlogiston理论的想法。这是大多数人认为引起燃烧和腐蚀的原因。

J.J. Becher在1667年提出了这一理论,Georg Ernst Stahl在1731年对其进行了补充。phlogiston理论指出,所有的可燃物都由两部分组成。一部分称为phlogiston,当含有它的物质燃烧时,它就会被释放出来。

只留下少量残留物的非常易燃的材料,如木材,被认为是由菲林斯顿制成的。腐蚀的东西,如铁,被认为只含有少量的物质。空气不属于这一理论的范畴。

发现

波兰炼金术士、哲学家和医生迈克尔-森迪沃吉乌斯谈到空气中的一种物质,称它为"生命的食物".,这种物质就是氧气。仙迪沃吉乌斯在1598年到1604年之间发现,这种物质与硝酸钾热分解过程中产生的物质是一样的。有人认为这是氧气的发现,也有人不同意。

通常也有人说,氧气是由瑞典药剂师卡尔-威廉-谢勒首先发现的。1771年,他通过加热氧化汞和一些硝酸盐来制造氧气。Scheele称他制造的气体为"火气",因为它是已知唯一可以燃烧的气体。他于1777年发表了他的发现。

1774年8月1日,英国神职人员约瑟夫-普里斯特利进行了一项实验,将太阳光聚焦在玻璃管中的氧化汞上。这就产生了一种被他称为"除雾空气"的气体。他还发现,蜡烛在这种气体中燃烧得更亮,老鼠在呼吸这种气体时寿命更长。当他呼吸这种气体时,他说(简化版)"感觉就像正常的空气一样,但我的肺在之后感觉更轻盈、更轻松"。他的发现在1775年发表。因为他的发现是最先发表的,所以通常说他是氧气的发现者。

法国化学家Antoine Lavoisier后来说他也发现了这种物质。1774年,普里斯特利去拜访他,告诉他他的实验情况。Scheele也在这一年给Lavoisier写了一封信,信中谈到了他的发现。

拉瓦锡的贡献

拉瓦锡进行了第一个关于氧化的主要实验,并对燃烧的原理作出了第一个正确的解释。他用这些实验和其他实验证明了phlogiston理论的错误。他还试图证明普里斯特利和舍勒发现的物质是一种化学元素

在一次实验中,拉瓦锡发现,锡和空气在密闭容器中加热时,质量没有增加。他还发现,当容器被打开时,空气涌入。此后,他发现锡的质量增加的量与冲入的空气的质量增加的量相同。他在1777年发表了他的发现。他写道,空气是由两种气体组成的。一种他称为"生命之气"(氧气),它是燃烧和呼吸所需要的。另一种他称为"氮气"(azote),在希腊语中是"无生命"的意思。在包括法语在内的一些语言中,这仍然是氮气的名称。

拉瓦锡将"生命之气"改名为"氧气",希腊语的意思是"的生产者"。他之所以这样叫,是因为他认为所有的酸中都有氧,这是错误的。许多化学家意识到拉沃泽的命名是错误的,但当时这个名字已经太普通了,无法更改。

"氧气"成了英语中的名称,尽管英国科学家反对。

后来的历史

约翰-道尔顿的原子理论说,所有元素都有一个原子,化合物中的原子通常是单独存在的。例如,他错误地认为水(H2O)的公式只有HO。1805年,约瑟夫-路易-盖-吕萨克和亚历山大-冯-洪堡证明,水是由两个氢原子和一个氧原子组成的。到了1811年,阿梅迪奥-阿伏加德罗根据阿伏加德罗定律正确地研究出了水的构成。

到了19世纪末,科学家们发现,空气可以变成液体,其中的化合物可以通过压缩和冷却来分离。瑞士化学家和物理学家拉乌尔-皮克泰通过蒸发二氧化硫使二氧化碳变成液体,发现了液态氧。然后也蒸发冷却氧气气体,以使其变成液体。他于1877年12月22日给法国科学院发了一封电报,告诉他们他的发现。

拉瓦锡分解空气Zoom
拉瓦锡分解空气

拉瓦锡在学院--路易-欧内斯特-巴里亚斯。Zoom
拉瓦锡在学院--路易-欧内斯特-巴里亚斯。

特征

性能和分子结构

在标准温度和压力下,氧气没有颜色、气味或味道,是一种化学式为O的气体。
2
称为二氧。

作为二氧,两个氧原子是相互结合的化学键。这种键可以有很多称呼,但简单的说叫共价双键。二氧的反应性很强,可以和许多其他元素反应。当金属元素与二氧反应时,就会产生氧化物,如氧化铁,这就是所谓的铁锈。地球上有很多氧化物化合物。

配位体

地球上常见的氧的同位素(类型)叫做二氧(O2)。这是地球大气中仅次于二氮(N2)的第二大部分。O2的键长为121pm,键能为498kJ/mol由于O2的能量,动物等复杂的生命都在使用它。

臭氧(O3)反应性很强,吸入后会损伤肺部。臭氧是在上层大气中O2与纯氧结合后,O2被紫外线辐射分裂而产生的。臭氧能吸收电磁波谱中紫外线部分的大量辐射,因此大气层上部的臭氧层能保护地球免受辐射。

四氧(O4)于2001年被发现。只有在极端条件下,当大量压力加在O2上时,它才会存在。

物理特性

氧气比氮气更容易从空气中溶入水中。当空气和水的数量相同时,每2个N2分子就有一个O2分子(比例为1:2)。这与空气不同,在空气中,氧与氮的比例是1:4。氧气在淡水中也比在海水中更容易溶解。氧气在90.20 K (-182.95°C, -297.31°F)时凝结,在54.36 K (-218.79°C, -361.82°F)时冻结。液态和固态O2都是透明的,呈淡蓝色。

氧气的反应性很强,必须远离任何能燃烧的东西。

同位素

自然界中有三种稳定的氧同位素。它们是16O、17O和18O。大约99.7%的氧气是16O同位素。

发生率

银河系中最常见的十种元素,以光谱方式估计。

Z

要素

质量分数(百万分之一)

1

氢气

739,000

71 × 氧气的质量(红条)

2

氦气

240,000

23 × 氧气的质量(红条)

8

氧气

10,400

10400

 

6

4,600

4600

 

10

霓虹灯

1,340

1340

 

氧气是地球上最常见的元素,按质量计算。它是宇宙中第三种最常见的元素,仅次于和氦。太阳的质量中约有0.9%是氧气。氧气作为二氧化硅等氧化物化合物的一部分,占地球地壳质量的49.2%。它也是地球海洋的主要部分,占质量的88.8%。氧气是大气层的第二大组成部分,占其质量的20.8%,体积的23.1%。与其他已知的行星相比,地球很奇怪,因为它的大气层中大量的是氧气气体。火星的O2体积为0.1%,太阳系其他行星的O2体积都低于这个数字。

地球上的氧气多是因为氧循环的缘故。这主要是由光合作用控制的,光合作用用二氧化碳和太阳的能量制造氧气。然后,呼吸作用将氧气从大气中带走,再将其变成二氧化碳和水。这种情况以同样的速度发生,所以氧气和二氧化碳的数量不会因此而改变。

用途

医学

O2是呼吸的重要组成部分。正因为如此,它被用于医学。它是用来增加一个人血液中的氧气量,从而可以进行更多的呼吸。这可以使他们在生病时更快地变得健康。氧气疗法用于治疗肺气肿、肺炎、一些心脏问题和任何使人难以摄取氧气的疾病。

生命支持

低压氧气用于太空服,用这种气体包围身体。使用的是纯氧,但压力要低得多。如果压力较高,则会有毒。

肺气肿患者家中的氧气浓缩器。Zoom
肺气肿患者家中的氧气浓缩器。

安全方面

氧气的NFPA 704说,压缩氧气气体不会危害健康,也不易燃。

毒性

在高压下,氧气(O2)对包括人类在内的动物是危险的。它可以引起抽搐和其他健康问题。氧气毒性通常在压力超过50千帕(kPa)时开始出现,相当于标准压力下空气中约50%的氧气(地球上的空气含氧量约为20%)。

早产儿曾经被放置在装有大量氧气的空气箱中。当一些婴儿因氧气而失明时,这种做法就停止了。

在太空服中呼吸纯氧不会造成损害,因为使用的压力较低。

燃烧和其他危害

浓缩的纯O2可以迅速引起火灾。当浓氧和燃料靠得很近时,稍有点火就会引起大火。阿波罗1号机组人员都是由于在舱内空气中使用了浓氧而被大火烧死的。

如果液态氧溅到木材等有机化合物上,就会发生爆炸。

问题和答案

问:氧气的符号是什么?
答:氧气的符号是O。

问:二氧(O2)中通常有多少个氧原子?
答:二氧(O2)通常含有两个氧原子。

问:液态或固态氧是什么颜色?
答:液态或固态的氧是淡蓝色的。

问:氧在元素周期表中属于哪一组?
答:氧气属于元素周期表中的黄铜族。

问:按体积计算,地球上的大气有多少是由氧气构成的?
答:按体积计算,氧气占地球大气的五分之一以上。

问:植物和其他生物如何产生地球大气中的大部分氧气?
答:植物和其他生物通过光合作用产生地球大气中的大部分氧气,光合作用包括利用阳光将水转化为氢气,并将氧气作为副产品释放出来。

问:液体或凝固形式的氧气有什么用途?
答:液态或凝固形式的氧气可用作火箭推进剂,用于焊接、医疗以及在没有良好空气时的呼吸(如潜水员和消防员)。

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