氧元素的介绍【关键词】氧气【论文摘要】氧，OXYGEN，源自oxys和gen，意为“酸的形成”，1774年发现，是世界上分布最普遍的 元素地球上所有东西将近一半的成分是氧，空气百分之二十一的体积是氧，构成人体的约有三分之二是 氧，这种气体为动物所吸收，却由植物还给大气，形成一种循环氧，OXYGEN，源自 oxys 和gen,意为“酸的形成”， 1774 年发现，是世界上分布最 普遍的元素地球上所有东西 将近一半的成分是氧，空气百 分之二十一的体积是氧，构成 人体的约有三分之二是氧，这 种气体为动物所吸收，却由植 物还给大气，形成一种循环氧的发现简史氧气的发现经历过一段曲折的历史18世纪初，德国化学家施塔尔(Stahl G E, 1660—1734)等人提出“燃素理论”，认为一切可以燃烧的物质由灰和“燃素”组成，物质燃烧后剩下来的是灰，而 燃素本身变成了光和热，散逸到空间去了这样一来，燃烧后物质的质量应当减轻，但人们发现， 炼铁时燃烧过的铁块的质量不是减轻，而是增加了，锡、汞等燃烧后，也都比原先重为什么燃素 跑掉后，物质反而会增加呢？随着欧洲工业革命的发展，金属的冶炼和煅烧在生产实践中给化学提 出了许多新问题，冲击着燃素理论。
1771—1772年间，瑞典化学家舍勒(Scheele K W，1742—1786)在加热红色的氧化汞、黑色的氧 化锰、硝石等时制得了氧气，把燃着的蜡烛放在这个气体中，火烧得更加明亮，他把这个气体称为 “火空气”他还将磷、硫化钾等放置在密闭的玻璃罩内的水面上燃烧，经过一段时间后，钟罩内的 水面上升了1/5 高度，接着，舍勒把一支点燃的蜡烛放进剩余的“用过了的”空气里去，不一会儿， 蜡烛熄灭了他把不能支持蜡烛燃烧的空气称为“无效的空气”他认为空气是由这两种彼此不同的 成分组成的1774年8月，英国科学家普利斯特里( Priestley J， 1773—1804 )在用一个直径达一英尺的聚光透 镜加热密闭在玻璃罩内的氧化汞时得到了氧气，他发现物质在这种气体里燃烧比在空气中更强烈， 他称这种气体为“脱去燃素的空气”舍勒和普利斯特里虽然先后独立地发现了氧气，但由于他们墨守陈旧的燃素学说，使他们不知 道自己找到了什么1774年，法国著名的化学家拉瓦锡(Lavoisier A L，1743—1794)正在研究磷、硫以及一些金属燃 烧后质量会增加而空气减少的问题，大量的实验事实使他对燃素理论发生了极大怀疑，正在这时， 10 月份普利斯特里来到巴黎，把他的实验情况告诉了拉瓦锡，拉瓦锡立刻意识到他的英国同事的实 验的重要性。
他马上重复了普利斯特里的实验，果真得到了一种支持燃烧的气体，他确定这种气体 是一种新的元素1775年4月拉瓦锡向法国巴黎科学院提出报告——金属在煅烧时与之相化合并增 加其重量的物质的性质一一公布了氧的发现，他说这种气体几乎是同时被普利斯特里、舍勒和他自 己发现的氧的发现不是一个人所做的恩格斯在《资本论》第二卷序言中提到“：普利斯特里和舍勒已经 找出了氧气，但不知道他们找到的是什么他们不免为现有燃素范畴所束缚这种本来可以推翻全 部燃素观点并使化学发生革命的元素，没有在他们手中结下果实不过普利斯特里不久就把他的发 现告诉了巴黎的拉瓦锡；拉瓦锡依据这个新的事实研究了整个燃素化学，方才发现这种新的气体是 一种新的化学元素燃烧的时候，并不是什么神秘的燃素从燃烧体分离，而是这种新的元素和这种 物体化合因此，在燃素形式上倒立着的整个化学才正立起来照拉瓦锡后来主张，他和其他两位 学者是同时并且相互独立地发现氧气虽然事实不是如此，但同其他两位比较起来，他仍不失为氧 气的真正发现者，因为其他两位不过找出了氧气，但一点儿也不知道他们自己找出了什么正是拉瓦锡的实验和结论，使当时的化学研究者们正确地认识了空气的组成成分和氧气对物质 燃烧所起的作用，才击破了燃素学说，发现了氧。
拉瓦锡一生虽然没有发明过什么新化合物和新化 学反应，但他是历史上最杰出的化学家之一，他杰出的天才表现在他能看到旧理论的主要弱点，并 能把有用的事实和更正确、更全面的新理论结合起来1777年，拉瓦锡命名此种气体为Oxygen（氧），是由希腊文oxus-（酸）和geinomai（源）组成，即“成 酸的元素”的意思它的化学符号为O我国清末学者徐寿把这种气体称为“羊气”，后来为了统一， 取了其中的“羊”字，因是气体，又加了部首“气”头，成为今天我们使用的“氧”字1998 年 6 月 19 日《中国科学报》刊载了由顾关元同志撰写的“漫话氧的发现”一文文章指 出：“在我国，对于氧的提炼和研究，早在唐朝就开始了作者进一步指出：“鉴于我国南北朝的时 候，炼丹术已经很流行，当时的人就知道用火硝加热等方法，所以我国对氧气的最早发现，时间可 能更早，会是在6 世纪单质氧氧是地球上含量最多，分布最广的元素约占地壳总质量的46.6%它遍及岩石层、水层和大 气层在岩石层中，氧主要以氧化物和含氧酸盐的形式存在在海水中，氧占海水质量的89%在 大气层中，氧以单质状态存在，约占大气质量的 23%自然界中的氧含有三种同位素，即0、170、18O,在普通氧中，160的含量占99.76%, 170占160.04%， 180占 0.2%。
180是一种稳定同位素，常作为示踪原子用于化学反应机理的研究中单质氧有氧气0和臭氧0两种同素异形体在高空约25km高度处，0分子受到太阳光紫外线2 3 2 的辐射而分解成0原子， 0原子不稳定，与0分子结合生成0分子：23紫外线02 200 + 02——Os当0的浓度在大气中达到最大值时，就形成了厚度约20km的环绕地球的臭氧层0能吸收波33 长在220〜330nm范围的紫外光，吸收紫外光后，0又分解为032紫外线20s 302因此，高层大气中存在着0和0互相转化的动态平衡，消耗了太阳辐射到地球上的能量正32 是臭氧层吸收了大量紫外线，才使地球上的生物免遭这种高能紫外线的伤害关于单质氧，我们分别讨论它的这两种同素异形体：氧气臭氧氧气O 是一种无色、无臭的气体，在 90K 时凝聚成淡蓝色的液体，到 54K 时凝聚成淡蓝色固体 2O有明显的顺磁性，是非极性分子，不易溶于极性溶剂水中，293K时ldm3水中只能溶解30cmsO 22 气O在水中的溶解度虽小，但它却是水生动植物赖以生存的基础2关于 O ，我们介绍：2氧分子的结构氧的制备氧分子的结构基态O原子的价电子层结构为2s：2p4,据O分子的分子轨道能级图，它的分子轨道表示式为:KK（o2S）2（o2Sy（o2P：£）2 （砸野）'（砸野丁（兀曲）1，由此我们可以写出O分子的结构式：2OO或O在o分子中有一个键和两个三电子键，每个三电子键中有两个电子在成键轨道，一个电子在反 2键轨道，从键能看相当于半个正常的键，两个三电子键合在一起，键能相当于一个正常的键，因此O分子总键能相当于0=0双键的键能494kJ/mol。
2D分子的分子轨道能级图在o分子的分子轨道能级图上，我们看到在反键轨道上有两个成单电子，所以o分子是顺磁22 性的氧的制备空气和水是制取 o 的主要原料，工业上使用的氧气大约有 97%的氧是从空气中提取的， 3%的2 氧来自电解水工业上制取氧，主要是通过物理方法液化空气，然后分馏制氧把所得的氧压入高压钢瓶中储 存，便于运输和使用此方法制得的 o 气，纯度高达 99.5%2实验室中制备 o 气最常用的方法是：2(1) O为催化剂，加热分解KC1O ：232KC1O3 鶴？ 2KC1 + 302(2) NaNo 热分解：32NaN0a = 2NaNO2 + O2(3) 金属氧化物热分解：2Hg0 =^= 2Hg + O2(4) 过氧化物热分解：2BaOi = 2BaO + Oi臭氧臭氧因其具有一种特殊的腥臭而得名，O是一种淡蓝色的气体，O在稀薄状态下并不臭，闻起 33来有清新爽快之感雷雨之后的空气，松树林里，都令人呼吸舒畅，沁人心脾，就是因为有少量O 3 存在的缘故O比O易液化，161K时成暗蓝色液体，但难于固化，在22K时，凝成黑色晶体O是抗磁性 3 2 3 的关于 O ，我们介绍：3臭氧分子的结构臭氧的性质和用途臭氧层空洞臭氧分子的结构在O分子中，O原子采取SP2杂化，角顶O原子除与另外两个O原子生成两个O键外，还有一3对孤电子对。
另外两个O原子分别各有两对孤电子对在三个O原子之间还存在着一个垂直于分子 平面的三中心四电子的离域的n键（n 4），这个离域的n键是由角顶O原子提供2个n电子，另外两 3个O原子各提供1个n电子形成的由于三个O原子上孤电子对相互排斥，使O分子呈等腰三角3形状，键角为 116.8，键长为 127.8pm根据分子轨道法处理03分子中n ?键的结果，三个O原子的这组平行的p轨道进行线性组合成 三个分子轨道，一个是成键轨道（0 ）；另一个是非键轨道（Q），第三个是反键轨道（Q），轨道123的能量依次升高三个O原子的 三个原子轨道I卄f +2Pz 2Pz 2PZ线性组合成 三个分子轨道• ”3反键】H 4)2非键H e 1成键分子軌道法处理Or分子中犍的结果四个n电子依次填入成键轨道和非键轨道，分子轨道中不存在成单电子，所以O分子是抗磁性3的而且每两个O原子之间的键级为1 ,不足一个双键，所以O分子的键长127.89pm比O分子的 1/2 3 2键长120.8pm长一些，O分子的键能也低于O分子而不够稳定32臭氧的性质和用途(1) O不稳定，常温下就可分解，紫外线或催化剂(MnO、PbO、铂黑等)存在下，会加速分解:3 2 22 0s = 302A -284kJ/molO分解放出热量，说明O比O有更大的化学活性，无论在酸性或碱性条件下，都比O有更强3 3 2 2 的氧化性。
2) O 是一种极强的氧化剂，3 些只具弱还原性的单质或化合物，氧化能力介于O原子和O分子之间，仅次于F例如它能氧化一22有时可把某些元素氧化到不稳定的高价状态:PbS + 2O3 = PbSO4 + O22Ag + 20a = AgaOj + 20a过氧化银XeOs + 03 + 2H2O = HkXeOe + O2O还能迅速且定量地氧化离子成I，这个反应被用来测定O的含量:3 2 3O3+2I_ +H2O = I2 + O2T +20H-O 还能氧化氰离子，这个反应可用来治理电镀工业中的含氰废水 3O3 + CN_ = OCN- + 02?2OCN- +2O3 = 2CO2T+N2T + 2O2TO 还能氧化有机物，特别是对烯烃的氧化反应可以用来确定不饱和双键的位置，例如：3CH3CH2CH=CH2—CH3CH2CHO + HCHO1-丁烯CH3CH=CHCH3 —2CH3CHO2-丁烯微量的O能消毒杀菌，对人体健康有益但空气中O含量超过时，不仅对人体有害，对农作33 物等物质也有害，它的破坏性也是基于它的氧化性臭氧层空洞近年来保护地球生命的高空臭氧层面临严重的威胁，随着人类活动的频繁和工农业生产及现代 科学技术的大规模发展，造成大气的污染日趋严重。
大气中的还原性气体污染物如氟利昂、SO、co、2HS、NO等越来越多，它们同大气高层中的O发生反应，导致了 O浓度的降低。